運動には物理があふれている！

動物は、時に信じられないような体の動きを見せることがあります。その秘密に迫るために、ちょっと調べることにしましょう。さて、初歩からですが、生物は「脊椎動物」と「無脊椎動物」に大きく分けられます。脊椎動物というのは、魚類、両性類、爬虫類、鳥類、哺乳類です。これらは体内に形成される背骨を中心とする骨格と、そこに付いている筋肉によって運動します。

無脊椎動物は、ウニを代表とする棘皮動物、昆虫・エビ・クモ・ムカデなどの節足動物、イカ・貝などの軟体動物、ミミズを代表とする環形動物、回虫などの線形動物です。これらを大きく分けると、体を覆う硬い殻（外骨格）を持つ節足動物、甲殻類、昆虫、多足類と、柔らかい体そのものである軟体動物のイカ、タコ、ナメクジ、クラゲに分けられます。脊椎動物と外骨格を持つ動物の運動は、骨または外骨格とそれに付いた筋肉によって決まります。基本的運動は、骨のリンク機構とそれに付いた筋肉の収縮です。筋肉の収縮は、筋繊維を構成するアクチン・ミオシンタンパク質のフィラメントによります。

神経細胞から指令を受けて筋原線維周辺にある筋小胞体からカルシウムイオンCa2+が放出され、アクチンとミオシン頭部の結合を促します。ミオシンとの結合数が増えていくと、アクチンを引き寄せるために、３・７㎛（マイクロメートル）の長さの筋原繊維が、およそ１・４㎛収縮します。縮み率は38％です。このとき、Ｚ板間に入っているタイチンは、バネの働きをするタンパク質が縮んでエネルギーを蓄えます。筋原繊維が元の長さに戻る（弛緩する）とき、このバネの力で戻ります。

弛緩には、筋小胞体がCa2+（カルシウム）回収し、アクチン・ミオシンの結合を開放します。イオンチャンネルの開閉やミオシンのアクチンを引っ張る力のエネルギー源は、筋細胞内のミトコンドリアによってつくられるＡＴＰ（アデノシン３リン酸）です。ＡＴＰが加水分解によりＡＤＰ（アデノシン２リン酸）と、リン酸基に変化するとき放出するエネルギー31kJ/molがエネルギー源となります。骨もしくは外骨格に付いた筋肉によって引き起こされる運動は、「てこの原理」を用いて骨で構成されるリンク機構の運動となります。軟体動物では、ミミズを例にとると、体節ごとに細かなスパイク状の剛毛が後方向きに生はえており、これが接地面に引っかかる。それを起点として体の蠕動運動で進むことができるわけです。そして、体節の蠕動は、筋肉によって行なわれます。

出典：『眠れなくなるほど面白い　図解　すごい物理の話』著/望月修