Rychlejší než myšlenka: Proč v rychlosti reakce se zvířaty prohráváme?

Nad stadionem práskne výstřel a sprinteři vyrazí. V dokonale trénovaném těle se ve zlomku sekundy odehraje série procesů. Zvukové vlny výstřelu dorazí k ušnímu bubínku sportovce a rozechvějí ho. Vibrace se titěrnými kůstkami středního ucha přenášejí do vnitřního ucha, kde je podrážděn sluchový nerv. Přes něj nervový vzruch putuje do mozku. Jakmile ho sluchové centrum zaregistruje, vysílá signál do pohybového centra, kde se generuje povel pro svaly. Výkonný povel směřuje přes míchu do nervů, přechází na svalová vlákna, která se poslušně smrští.

Od okamžiku, kdy atlet zaslechl výstřel, do chvíle, kdy jsou uvedeny do pohybu svaly, uplyne zhruba patnáct setin sekundy. Úžasně hbitá reakce je ve světě zvířecích rekordmanů nemožným ploužením se zbytečně komplikovaným předáváním podnětů.

Rychlost v jiné dimenzi

Když sprinterovi usedne na čelo moucha a on se po ní ožene, v drtivé většině případů obtížného hmyzího trapiče mine. Ani do krajnosti vytrénovaná reakce sportovce na obyčejnou mouchu nestačí. Jak je to možné?

Ve srovnání s reakcemi některých živočichů je i ten nejrychlejší člověk zoufale pomalý. Někteří členovci, například vznášivky Pleuromamma, zareagují na podnět za pouhých šest tisícin sekundy. Ještě rychleji „vystartují“ jejich příbuzné z rodu Lobidocera. Těm stačí na reakční pohyb asi tři tisíciny sekundy a zástupcům rodu Undinula či Neocalanus pouze 1,5 tisíciny sekundy! Některým olihním (Loligo) trvá reakce tři setiny sekundy. Ve srovnání s jinými tvory ale stále patří k těm rychlejším. Proč někteří tvorové reagují bleskurychle a jiní jsou o poznání pomalejší?

Rychlí trpaslíci, pomalí obři

Rychlost reakce ovlivňuje celá řada faktorů. Tím prvním je velikost živočicha. V malém těle je všechno blízko a tak putování nervového vzruchu nezabere tolik času jako v těle velkého živočicha. Velcí živočichové ale mohou tento handicap do určité míry kompenzovat. Nervový vzruch běží z nervové buňky neuronu výběžkem označovaným jako axon nebo také neurit. Čím je axon delší, tím déle jím nervový vzruch putuje. Tlustší axony ale vedou vzruchy rychleji než axony tenké. Podobně jako potrubím o větším průměru proteče za daný čas více vody než tenkou trubkou. Velcí živočichové proto mají axony tlustší než trpaslíci živočišné říše.

Názorně to lze demonstrovat na jednom z nejmenších savců titěrné bělozubce nejmenší (Suncus etruscus) dorůstající délky cca čtyř centimetrů a hmotnosti kolem 2 gramů a na slonu indickém (Elephas maximus), který váží až pět tun a je vysoký až tři metry. Končetina slona je stokrát delší než nožka bělozubky. Slon se to snaží kompenzovat tlustšími a tedy i průchodnějšími axony. Má je ale jen dvakrát tlustší než titěrný hmyzožravec. Proto je reakce slona výrazně pomalejší než reakce bělozubky.

A proč nemají velcí živočichové ještě silnější axony? Protože pak by jich vměstnali do omezeného prostoru v tkáních mnohem méně a to by se projevilo negativně na funkcích celého organismu. Například končetina ovládaná menším počtem neuronů by měla podstatně hůře koordinované pohyby.

Žirafí daň z výšky

Žirafa (Giraffa camelopardalis) patří k nejvyšším tvorům planety a končetiny má o polovinu delší, než je běžné u savců se stejnou tělesnou hmotností. Délkou krku hraje mezi savci bezkonkurenčně prim. Pro dostatečně rychlou reakci na důležité podněty to představuje velkou výzvu. Vědci měřili rychlost, jakou se šíří vzruch axony žirafí zadní končetiny, a došli ke stejným hodnotám jako u nervů v končetině podstatně menšího potkana (Rattus norvegicus).

Teoretické výpočty ukázaly, že kdyby měla žirafa reagovat stejně rychle jako potkan, musely by jí vzruchy putovat přes axony čtyřikrát rychleji než u tohoto hlodavce. K tomu by se musel průřez axonů žirafy zvýšit dvaapůlkrát, ale to si žirafa nemůže dovolit, protože by se jí do nohy vešlo méně axonů. Už teď na tom není v tomto ohledu nijak valně. Kdyby měla mít žirafa v poměru k velikosti těla v noze stejně axonů jako potkan, potřebovala by jich padesátkrát více. Důsledkem velikosti je, že žirafy žijí s vrozeným, trvalým handicapem. Nejsou tak vnímavé k dění kolem a na podněty z okolí reagují pomaleji než menší živočichové.

Bleší katapult

Kromě délky a tloušťky axonů ovlivňuje rychlost reakce živočichů také počet neuronů, přes něž signál prochází. Mezi dvěma neurony se vzruch předává přes zvláštní spoj zvaný synapse. Průchod signálu synapsí je pomalejší než jeho cesta axonem. Proto na každé synapsi dochází ke zdržení asi 0,002 sekundy.

Svou roli v rychlosti rekce sehrává i samotný sval. Některé svaly se smršťují rychleji než jiné a to má na odezvu na signál nezanedbatelný vliv. I z tohoto omezení našli někteří živočichové elegantní východisko. Jsou k akci permanentně připravení, protože jejich končetiny fungují na principu stlačené pružiny. K pohybu stačí, aby se tato pružina uvolnila.

TIP: Muži vs. ženy: Kdo má rychlejší reakce?

Tak trochu to připomíná samostříl, kde jen stačí uvolnit napnutou tětivu a ta vymrští šíp. Tímto způsobem je například vždy připravena ke skoku blecha obecná (Pulex irritans). V noze má extrémně pružný svazek z bílkoviny zvané resilin, který je v klidu napnut do krajnosti a v této poloze je zablokován. Jakmile se blecha ocitne v ohrožení, resilinovou pružinu uvolní a ta katapultuje zhruba 3 mm velký hmyz až 20 centimetrů vysoko a 35 centimetrů do dálky. Zrychlení je tak velké, že blechu vystaví přetížení 250násobku tíhového zrychlení g. Pro srovnání, člověk dokáže vlastní silou při skoku dosáhnout přetížení nejvýše tří g.