ДВИЖЕНИЕ

Мир живой природы находится в непрестан­ном движении. Двигаются стада или стаи животных, отдельные организмы, двигаются бактерии и простейшие в капле воды. Растения поворачивают свои листья к солнцу, всё живое

растёт. Способы движения за миллиарды лет прошли долгий путь эволюции. Рассказ о дви­жении мы начнём с самых простых его форм, присущих микроорганизмам.

ЖГУТИКИ. В 1676 г. Антони ван Левенгук первым разглядел под микроскопом бактерии. Он написал, что эти крохотные существа быстро двигаются в капле воды, но каким образом — совершенно непонятно. Левенгук предположил, что бактерии имеют крошечные лапки.

В середине XX в. учёные наконец увидели эти «лапки» под электронным микроскопом и на­звали их жгутиками. Они похожи на тонкие нити. Жгутики вращаются со скоростью около 50 оборотов в минуту. С силой «ввинчиваясь» в жидкость и отбрасывая её, как гребной винт, жгутик тянет бактерию вперёд.

Сенсацию вызвало то, что впервые в живой природе была обнаружена структура, действую­щая по принципу колеса. Природа «отобрала» у человека это изобретение.

Помимо бактерий огромная группа живых существ — жгутиковые, — а также некоторые клетки растений, животных и грибов имеют жгу­тики. Но движутся они с помощью их биения, а не вращения. Такие жгутики уже не заставляют вспомнить колесо.

Короткие и многочисленные жгутики называ­ются ресничками. У инфузории их число превы­шает 10 тыс. Реснички движутся не беспорядоч­но, а волнообразно. Они похожи на гребцов, ритмично погружающих в воду свои вёсла. Уме­ло ведут они свой огромный в сравнении с ними «корабль» — инфузорию, могут разворачивать его, «давать задний ход».

ЛОЖНОНОЖКИ. Иначе, чем жгутиковые, движется амёба. Выдвигая ложноножки (времен­ные выпячивания на теле клетки) по направ­лению движения, она плавно «перетекает» с места на место. Может показаться, что такой способ движения гораздо проще биения жгути­ков. Но на самом деле амёбе, выпуская и убирая ложноножки, приходится весьма сложным обра­зом «перестраиваться».

Надо сказать, что на следующих этапах эво­люции эти формы движения — с помощью лож­ноножек, жгутиков и ресничек — никуда не исчезли, а просто «ушли» на уровень клеток. К примеру, у человека белые кровяные клетки передвигаются подобно амёбам. А мужские поло­вые клетки снабжены жгутиками. Дыхательные пути человека, как «ковром», покрыты реснич­ками — их биение помогает удалять прочь пы­линки и иной «мусор».





МЫШЕЧНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ. Большинство многокле­точных животных движется с помощью мышечных сокра­щений. «Смеётся ли ребёнок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, создаёт ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение» (Иван Сеченов). Этот список можно продолжить, добавив сюда почти любые движения большинства многокле­точных животных. Насколько разнообразны эти движения, основанные на общем принципе!

Учёные выделяют несколько типов мышц. Наиболее древ­няя по происхождению мышечная ткань называется гладкой. У большинства беспозвоночных (например, моллюсков) име­ется только гладкая мускулатура. Сокращаются такие мыш­цы очень медленно (не случайно улитки стали «образцом» неторопливости). Зато и устают эти мышцы тоже медленно. Мышца, сжимающая створки раковины моллюска, к приме­ру, может оставаться в состоянии сокращения много дней подряд.

У человека гладкие мышцы, в частности, сужают крове­носные сосуды, создают волнообразные движения кишеч­ника, регулируют ширину зрачка, поднимают волосы и обра­зуют «гусиную кожу». Сознательно управлять этими движе­ниями человек не может.

СКЕЛЕТНЫЕ МЫШЦЫ. У членистоногих и позвоноч­ных в ходе эволюции независимо друг от друга возник новый тип мышц. Их называют скелетными, или поперечнополоса­тыми. Профессор Николай Бернштейн писал по этому поводу: «Условия борьбы за существование, конкуренция между жи­выми тварями постепенно становились всё жёстче и злее. Жизнь уже не могла мириться с медлительными, мягкоте­лыми организмами, рыхлыми, как студень, и подвижными, вроде часовой стрелки. Борьба и отбор требовали новых ис­каний.

Поперечнополосатая мышца полностью решила проблему быстроты и мощности — того, чего так жестоко не хватало древним мягкотелым. Мышца нового типа способна сокра­щаться с молниеносной быстротой: вспомним хотя бы движе­ния крыльев мухи или комара, совершаемые с частотою нескольких сотен в секунду. При этом, сокращаясь, мышца легко развивает высокую мощность, в тысячи раз превосхо­дящую древние мышечные клетки (гладкие мышцы)».

Действительно, скелетная мышца могла сокращаться по­рой в тысячу раз быстрее, чем гладкая. Но зато скелетные мышцы так же быстро и уставали.

МЕХАНИЗМ СОКРАЩЕНИЯ. Состоят мышцы из мы­шечных волокон. Благодаря чему они сокращаются? Долгое время ответ на этот вопрос оставался для учёных загадкой. Мы знаем, что из всех веществ организма белки наиболее способны к разным удивительным превращениям. Быть мо­жет, при сокращении мышц уменьшается длина белковых молекул?

Учёным было известно, что в состав мышечных волокон входят нити двух видов: тонкие (из белка актина) и толстые (из белка миозина). В 1954 г. ряд биологов одновременно пришли к выводу, что толстые и тонкие нити не меняют своей длины, но могут скользить друг относительно друга.

В скелетной мышце толстые и тонкие нити очень пра­вильно чередуются. Подобно зубьям двух гребёнок, они входят друг в друга. Под электронным микроскопом те участки, где «гребёнки» входят друг в друга, выглядят тёмными, а где они разъединены — светлыми. Получается правильное чередование тёмных и светлых полос. За это скелетные мыш­цы и назвали поперечнополосатыми.

Что же касается гладких мышц, то в них тоже есть тонкие и толстые нити актина и миозина, но они до­вольно беспорядочно перемешаны. Поэтому и чередования полос под микроскопом нельзя увидеть.





МЫШЦЫ-АНТАГОНИСТЫ

Мышцы могут только тя­нуть, но не способны толкать. Поэтому обычно мышцы образуют пары: тако­вы, например, сгибатель руки в локтевом суставе (бицепс) и её разгибатель (трицепс). Такие пары называют анта­гонистами.

СПОСОБЫ ДВИЖЕНИЯ ЧЕТВЕРОНОГИХ

Самый простой способ движения — медленный шаг. При шаге в каждый момент времени приподнята только одна нога, остальные три служат опорой. При более быст­рых аллюрах (способах хода и бега) опора на три ноги исче­зает, в каждый момент движения тело опирается не более чем на две ноги.

Многие хищники и копытные свободно выбирают наилучший аллюр для каждой скорости. Для лошади, например, при скорости движения до 5 км/ч наилучший ал­люр — шаг. При скорости 7 км/ч выгоднее перейти на рысь, а начиная с 15 км/ч, самым удобным аллюром становится галоп. Правда, спортивным рысакам приходится часто и при скорости 45 км/ч передвигаться рысью.

СКОЛЬКО МЫШЦ У ЧЕЛОВЕКА

У человека, по подсчётам учёных, от 400 до 680 мышц. Для сравнения: у саранчи их до 900, а у некоторых гу­сениц — до 4 тыс.

Общий вес мышц по отношению к весу тела у мужчин со­ставляет около 40%, у женщин — около 30%. У штангистов это соотношение повышается до 55%.

Несмотря на то, что современный человек ходит пеш­ком, вероятно, гораздо меньше, чем его первобытные предки, учёные подсчитали, что за 70 лет человек пешком проходит в среднем расстояние более 384 тыс. км (т. е. рас­стояние от Земли до Луны).

САМЫЕ БЫСТРЫЕ И САМЫЕ СИЛЬНЫЕ

Самым быстрым сухопутным животным является гепард. На дистанции до 500 м он может развивать скорость до 101 км/ч. Лучшая скаковая лошадь движется со скоро­стью 72 км/ч.

Самая быстрая рыба — тихоокеанский парусник — на дистанции в 100 м сумела развить скорость до 109 км/ч.

Что же касается силачей в природе, то муравей, например, может поднимать челю­стями вес, в 50 раз больший, чем вес самого насекомого. А жук-носорог умудряется удер­жать на спине вес, в 850 раз больший, чем его собственный. (Для сравнения: слон мо­жет удержать на спине только четверть своего веса.) Общая закономерность такова: чем больше животное, тем меньший вес в сравнении с собственным оно может под­нять.

МЫШЦА КАК ДВИГАТЕЛЬ

Мышца — более эффективный двигатель, чем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания, не говоря уж о паровом. Её КПД достигает 50% (у автомобиля — не выше 35%). Кстати говоря, и остальная энергия не пропадает, поддерживая температуру те­ла. Известно, что лучший способ согреться — поработать мышцами. Когда человеку хо­лодно, мышцы начинают непроизвольно сок­ращаться (тогда человек дрожит), выделяя тепло.

Чтобы мышца работала, необходимо «топливо». Об универсальном клеточном топливе (АТФ) рассказано в статье «Веще­ства организма». Если его запас иссякает, у человека возникает чувство изнеможения, «слабости в коленках», когда кажется, что мышцы отказались служить.

Энергия нужна не только для сокра­щения, но и для расслабления мышц. Если за­пас «топлива» исчерпан, например у погибших животных, мышцы «окоченева­ют», не способные ни расслабиться, ни сок­ратиться.