A növények hihetetlen mennyiségben termelték és termelik a szőlőcukrot (glukóz) és ennek származékait, ugyanis az ehhez szükséges nyersanyag korlátlan mennyiségben állt és áll rendelkezésünkre. A fotoszintézis révén keletkezett szőlőcukorban óriási energia halmozódott és halmozódik fel.
A növényi levéltől az izomig
Evolúciója során azonban az élővilág csak később jutott el abba a szakaszba, amelyben ezt a tetemes energiát már részben hasznosítani tudta: önmozgásának törvényei lehetővé tették, hogy az életnek olyan formája jelenjen meg, amelynek hordozója helyváltoztatásra képes. Az élet új megjelenési formával gazdagodott: a mozgó, helyét változtató állatvilággal, amely számára fenntartóként megmarad a növények előállította energia: az állatok vagy növényekkel táplálkoznak és így használják fel a növényekben elraktározott szőlőcukrot, vagy pedig növényevő rokonaikat falják fel, és így jutnak a voltaképpen szintén növények előállította energiához.
Hogyan és hol jelenhetett meg a Földön az állatvilág? Feltételezhető, hogy az ősóceánokban élő kezdetleges, primitív ősállati lények még nem rendelkeztek aktív mozgási képességgel, s amennyiben mégis helyet változtattak, az amiatt lehetett, hogy az óceáni áramlatok ide-oda sodorták őket a víz felszínén vagy a vízben lebegve. (Valahogy úgy, ahogy ma is vitetik magukat egyes tengeri állatok – például a medúzák – az áramlatokkal.)
Ez a helyváltoztatási mód nyilvánvalóan magán viselte a véletlenszerűség összes bélyegét. Az élővilág továbbfejlődéséhez azonban feltétlenül szükség volt az aktív mozgásra. S a helyváltoztatásra képes élőlények megjelenése a Földön az életnek az élettelen anyag felett aratott egyik legnagyobb győzelmeként könyvelhető el.
Az aktív mozgás képességének megjelenése és kialakulása szoros összefüggésben mehetett végbe a fehérjék egyre bonyolultabbá válásával. Közismert, hogy a fehérjék aminosavakból épülnek fel. Az aminosav-molekulák összekapcsolódva nem egyenes, hanem spirálisan felcsavarodott vagy éppenséggel gomolyaggá feltekeredett óriásmolekula-láncokat hoznak létre. Emiatt a fehérje makromolekulák háromdimenziósak; ez szabja meg – ahogy a biokémikusok nevezik – a fehérjék harmadlagos szerkezetét. Az élő anyag alakváltoztató képessége éppen a fehérjéknek ezzel a harmadlagos szerkezetével magyarázható meg, a fehérjék képlékenységéből, plaszticitásából következik az élő anyagnak az az általános tulajdonsága, hogy önmozgásra képes.
Az állatvilág fejlődésében jól végigkövethető a mozgási mód tökéletesedése. Kezdetben az állati szervezetben jelenlevő összes fehérjék a mozgás szolgálatában állottak. A ma is élő állatok között ez a helyzet például az amőba esetében. (Az amőba úgy mozog, hogy teste álláb képződése következtében egy irányban megnyúlik, majd az egész folyékony sejtplazma utána folyik. Az álláb tehát végeredményben tapadókorongként szolgál: kinyúlva megtapad egy szilárd felületen, majd maga után húzza a test többi részét.)
A mozgás tökéletesedésének egy újabb lépcsőfokát a csillómozgás képviselte. Ennél a mozgásformánál a felületből kiemelkedő vékony citoplazma-képződmények, a csillók az evezőelvet érvényesítik (evezőcsapás: a csillók meghajlása, evezőkiemelkedés: a csilló kiegyenesedése). A csillómozgásban már nem vesznek részt a szervezet összes fehérjeanyagai, hanem csupán a külön erre a célra szolgáló citoplazma-képződmények. Jóllehet a csillómozgás csak kis tömegű anyag helyének megváltoztatására alkalmas, e mozgási módot felleljük nemcsak az egysejtűeknél, ahol a helyváltoztatásnak ez egyik eléggé elterjedt alakja, hanem a nagytestű magasabbrendű állatoknál is, ahol bizonyos szervekben az anyag tovaszállítására szolgál.
Az állati helyváltoztatás legtökéletesebb formáját, módját mégis az izommozgás jelenti. Ez teszi lehetővé, hogy egyes rovarok gyorsabban repüljenek, mint ahogyan a hang terjed a levegőben; az izommozgás kölcsönzi egyes állatoknak azt a „titáni” erőt, melynek folytán testsúlyuknál tízszer nagyobb tömeget is cipelhetnek.
Az izommozgás rejtélyei
Az izommozgás az állatoknál és az embernél a rostokból felépülő izmok révén történik. Az izomrostoknak alapvető tulajdonsága az, hogy különböző élettani, kémiai és fizikai ingerek hatására megrövidülnek, összehúzódnak.
Ez a látszólag oly egyszerű élettani folyamat – az izomösszehúzódás – valójában igen bonyolult mechanizmus révén valósul meg, s egész sor szerkezeti elem közös akciójának, az izomrostban található idegsejt, az idegingerület vezetésében szerepet játszó bonyolult vezetőrendszer, az összehúzódásra képes izomfehérje molekulák stb. együttes munkájának eredménye
Biokémiai szempontból az izomösszehúzódás mindazoknak a vegyi reakcióknak az összessége, amelyek a fent említett szerkezeti elemekben végbemennek. Az izomösszehúzódást megelőző idegi folyamatok az izom ingerlését eredményezik, az izomösszehúzódás idején végbemenő vegyi folyamatok a mechanikai jelenségeket idézik elő, az izom elernyedését és az izomenergia tartalékainak visszaállítását pedig szintén vegyfolyamatok irányítják.
Az izomösszehúzódás molekuláris alapjainak a középpontjában két, alakváltoztatásra képes fehérje: az aktin és a miozin áll. Ezek alkotják az izomrostocskák tekintélyes részét. A vegyfolyamatokat, amelyek révén a vegyi energia mechanikai energiává alakul át, az izomfehérjéknek az energiát szolgáltató adenozintrifoszforsavval (ATP-vel) való kapcsolata határozza meg. Annak ellenére, hogy az utóbbi években jelentős eredményeket értek el az izomműködés tanulmányozásában, az izomösszehúzódás intim mechanizmusa nagyjából tisztázatlan maradt. Ezzel kapcsolatban számos elmélet, hipotézis és vélemény látott napvilágot, de egyik sem tudja tökéletesen megmagyarázni az összehúzódás folyamatának módját. Jelenlegi tudásunk szerint az izomösszehúzódás megfelelő modelljének elkészítéséhez a legbiztosabb támpontot az aktin és a miozin fehérjeszálacskák elhelyeződésének és kapcsolatának módja szolgáltatja.
Az izomösszehúzódás mechanizmusára vonatkozó elméletek közül a legáltalánosabban elfogadott az úgynevezett csúszómechanizmus-elmélet, amelyet H. E. Huxley állított fel. E szerint az izomrostocska (a miofibrillum) két fő eleme (az aktin és a miozin), olyan egymásba ékelődő rendszert alkot, amelyben az összehúzódás során az aktint tartalmazó vékony elemi rostocskák elcsúsznak a miozint tartalmazó vastagabb elemi rostocskák mellett vagy között. (A folyamatot természetesen egész sor – az izomrostocskákban végbemenő – szerkezeti és biokémiai változás kíséri.) Az elemi izomrostocskák nyugalmi, tehát elernyedt állapotban csak részben fedik egymást, összehúzódáskor viszont az aktinszálacskák teljesen fedik a miozinszálacskákat.
Vannak kutatók, akik kétségbevonják ennek az elméletnek a helyességét, de jobbat ajánlani ők sem tudnak. Az utóbbi évtizedekben ismereteink az összehúzódásra képes izomfehérjék szerkezeti felépítéséről és élettani tulajdonságairól rendkívüli módon meggyarapodtak. Ennek ellenére helytállónak kell elfogadnunk e fehérjék egyik legkiválóbb tanulmányozójának és ismerőjének, Szent-Györgyi Albert-nek azt a paradoxálisnak tűnő megállapítását, miszerint „minél többet tudunk meg e fehérjékről, annál kevésbé értjük őket”.
Tökéletesen igazat kell adnunk Szent-Györgyinek abban is, hogy az izomműködés megértéséhez egészen az elektronok szintjéig kell leszállnunk Jelenlegi ismereteink viszont még korántsem elegendők ahhoz, hogy elfogadható módon meg lehessen magyarázni ezt az oly egyszerűnek látszó, de valójában annyira bonyolult mechanizmust.
Az izom voltaképpen kitűnő hatásfokú motorhoz hasonlítható, hiszen teljesítménye több mint 50 százaléka az ATP-ből nyert energiának. Az izomban végbemenő energetikai folyamatok a növényi levélben végbemenő fotoszintetikus folyamatok antitézisének foghatók fel: míg a fotoszintézisnél a klorofill által elnyelt fényenergia a víz felbontását idézi elő, addig az izomösszehúzódást kísérő energiafelszabadulásnál a folyamat fordítottja megy végbe.
Mindezek után elmondhatjuk tehát, hogy az idegrendszer útján irányított izommozgás a mozgás tökéletesedésének csúcspontját jelenti.
Megjelent A Hét III. évfolyama 26. számában, 1972. június 30-án.