Променял коробку передач на турбонаддув

Несмотря на неплохую эффективность перевода химической энергии в механическую (около 30%), способности наших мышц всё-таки существенно ограничены. Если предела силы и выносливости можно не достичь даже после многих лет тренировок, то максимальная частота сокращений каждой мышцы – величина постоянная, практически не меняющаяся от рождения. Наша нервная система способна посылать и десятки управляющих сигналов в секунду, но увеличить частоту мышечных сокращений она не в состоянии. Ведь для каждого движения в мышечные клетки должны успеть зайти и выйти ионы кальция, соединиться и разъединиться несколько белков, а также выработаться соответствующее количество энергии в виде молекул АТФ.

Этот «энергетический вопрос», вероятно, и стал тем фактором, что за миллионы лет эволюции заставил животных «изобрести» два вида мышечных волокон – быстрые и медленные. У человека это волокна белые и красные соответственно. В белых волокнах преобладает бескислородный путь обмена, а в красных кислород, который запасается в миоглобине (аналоге гемоглобина крови), практически полностью окисляет питательные вещества в «клеточных электростанциях», митохондриях. Обычно каждая мышца состоит из волокон обоих типов, которые вступают в работу на подходящем для них этапе работы мускула.

В зависимости от того, каких волокон больше, человек будет предрасположен либо к спринту, где требуются быстрые, сильные сокращения, либо к бегу на длинные дистанции, где ключевую роль начинает играть выносливость и способность избавляться от токсичных продуктов обмена веществ. Частично это определяется от рождения, частично – упорными тренировками.

Приполярному крылоногому моллюску Clione antarctica, который проводит всю свою жизнь при температуре ниже нуля, пришлось сделать более радикальный выбор. Как выяснил Джошуа Розенталь из Университета Пуэрто-Рико,

для максимальной экономии энергии моллюск отказался и от быстрых волокон, и от иннервирующих их нейронов.

Учёный сравнил этого антарктического хищника с его чуть более теплолюбивым собратом – морским ангелом C. limacina, живущим хотя и на севере Тихого и Атлантического океанов, но всё же при вполне пристойных +5…+12^o C.

У крылоногих моллюсков «нога», определяющая принадлежность к этому типу, разделена на две части – независимо движущиеся «крылья», которые и дали название отряду. И у ангела в каждом крыле есть своеобразная «коробка передач», переключающая частоту взмахов «крыльями» с 1 на 3,25 Гц и обратно, в зависимости от режима – патруль или охота. Частоту определяет выбор нужных мышечных волокон; быстрых и медленных у моллюска примерно поровну.

При этом каждым волокнам полагаются свои моторные нейроны – маленькие для медленных и большие для быстрых. А на вершине «пирамиды» стоят управляющие нейроны, которые при активации серотонином тормозят работу маленьких мотонейронов и стимулируют работу больших, повышая тем самым частоту сокращений и общую скорость движения.

Розенталь и соавторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences

не нашли в мышцах антарктических «летунов» ни больших нейронов, ни быстрых мышечных волокон. Зато в их мышцах был настоящий «турбонаддув» – почти в 2 раза больше «дышащих» митохондрий, чем у ангела.

Добавление серотонина никак не увеличивало свою скорость движения в ледяной воде, а в относительно теплой (+11^oC) частота сокращений немного возрастала.

Несмотря на такие ограниченные способности, родственник улиток C. antarctica все равно остался хищником, хотя и не таким прожорливым, как морской ангел, основной добычей которого служат его же крылоногие сородичи. Вместо быстрого передвижения антарктический моллюск научился пользоваться разнообразными приманивающими и отпугивающими веществами, управляющими поведением потенциальной добычи. Правда, все эти приспособления могут оказаться абсолютно бесполезными, если из-за потепления океана ему придется конкурировать с более шустрыми родственниками.

Остается надеяться, что за оставшееся этому виду время ученые успеют изучить развитие этих «супердышащих» мышц, ведь это отличное направление для создания сверхспортсменов, способных без проблем бегать марафоны.