Tajemství letu čmeláka
Hmyz kmitá křídly až 500krát za sekundu a dlouho nebylo jasné, jak to dělá. Teď se ukázalo, že jeho svaly pracují na stejném principu, jako svaly obratlovců.
Molekulární mechanismus stahu svalového vlákna savců je prozkoumán do detailu. Impuls pro kontrakci svalu přichází z nervu. Ten má za následek uvolnění vápníkových iontů. Vápník je zachycen molekulami troponinu navázanými na dlouhá vlákna tvořená bílkovinou aktinem. Aktinová vlákna se natáčejí a odkrývají se na nich místa pro vazbu bílkoviny myozinu, které pak fungují jako motory. Molekuly myozinu se zkroutí a zatáhnou za aktinová vlákna. To vyvolá celkové smrštění svalu.
Stah svalového vlákna má vysoké nároky na energii a pro jeho zopakování je zapotřebí odčerpat uvolněné vápníkové ionty. Sval by se proto neměl stahovat s příliš vysokou frekvencí. Hrozí mu naprosté vyčerpání. Jak tedy může hmyz létat a kmitat přitom křídly až 500krát za sekundu? Vědci byli přesvědčeni, že svaly hmyzu disponují zvláštní adaptací – troponinem, jenž nepotřebuje pro aktivaci vazbu vápníku.
Japonští vědci Hiroyuki Iwamoto a Naoto Yagi z výzkumného centra v Hyogo se rozhodli přijít záhadě hmyzího letu na kloub. Měli k dispozici vysoce výkonný synchrotron SPring-8 a s jeho pomocí generovali tenký paprsek rentgenového záření. Tomu pak vystavili upoutané čmeláky, kteří se ze všech sil snažili uletět. Rentgenové záření se ohýbá na molekulách, kolem kterých prochází. V pokusu japonských vědců se paprsek ohýbal na molekulách v rychle pracujícím svalu. Čmeláci kmitají křídly 120krát za sekundu a nabídli tak Iwamotovi a Yagimu pohled do svalu pracujícího strhujícím tempem.
Z výsledného stavu rentgenového paprsku po průchodu svalovým vláknem Iwamoto a Yagi usuzovali, jakým změnám podléhají jednotlivé molekuly během stahů svalu. Měnící se vzor rozptylu rentgenového paprsku snímali pomocí speciální kamery rychlostí 5000 záběrů za sekundu. Každý stah létacích svalů čmeláka tak byl zachycen zhruba na 40 snímcích.
Ze záběrů kamery lze vyčíst, že se molekuly myozinu během natažení svalového vlákna natáčejí a díky tomu se pevněji vážou na aktinová vlákna. To je velmi důležité pro práci svalu. Po smrštění se sval opět natahuje. Sval čmeláka se už v rámci toho uvolnění připraví na další stah, a proto ho dokáže provést velmi záhy po předchozím smrštění a s potřebnou intenzitou. Během uvolňování po stahu se tak sval s předstihem „nabíjí“ pro novou práci.
Tento mechanismus vědci velmi dobře znají z některých svalů v těle obratlovců. Podobně funguje například lidská srdeční svalovina, která pracuje prakticky nepřetržitě v neumdlévajícím vysokém tempu 70 stahů za minutu a dočasně dokáže zvýšit frekvenci stahů až na trojnásobek. Iwamoto a Yagi z toho usuzují, že svaly bezobratlých a obratlovců pracují na stejném principu. Svaly hmyzu si podle japonských vědců nevyvinuly žádný speciální mechanismus, pro svalovou práci a fungování svalů se řídí v přírodě obecně platnými, univerzálními principy.
Někteří odborníci se netají k japonské studii publikované ve vědeckém týdeníku Science skepsí. Podle nich je předčasné házet specializované hmyzí troponiny nezávislé na vápníkových iontech do starého železa.
Nejposlouchanější
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
