Биология

Опора и движение

На предыдущем уроке мы рассматривали покровы тела. Часто покровы тела сами по себе являются частью опорно-двигательной системы. Например, у членистоногих мышца часто крепится к экзоскелету.

Почему опорно-двигательная система так странно называется? Почему скелет и мышцы человека, совершенно не похожие друг на друга, не выделяют в две различные системы, а относят к единой?

Каков бы ни был орган, за счет которого осуществляется движение, для успешной работы ему всегда нужна опора. Иногда твердого скелета у организма вообще может не быть. Тогда роль опоры может выполнять жидкость, находящаяся под давлением.

Движение простейших

Долгое время самым примитивным считался амебоидный тип движения – медленное перетекание при помощи ложноножек (рис. 1). Корненожки передвигаются, постоянно изменяя форму тела, однако при изучении выяснилось, что амебоидный механизм движения очень сложен и вряд ли является примитивным. До конца понять, как именно и за счет чего движется амеба, пока что не смог никто.

Рис. 1. Амеба обыкновенная

Некоторые простейшие способны медленно ползти, выделяя слизь. Так делают, например, некоторые споровики (рис. 2).

Рис. 2. Грегарина

У очень многих простейших имеются специальные органы передвижения – жгутики и реснички. Друг от друга жгутик и ресничка отличаются только длиной, не строением (рис. 3).

Рис. 3. Эвглена (Источник)

На прошлом уроке мы рассмотрели, что у некоторых простейших под мембраной находится специальное скопление белковых нитей. Так вот, жгутики и реснички часто имеют специальные приспособления к заякориванию в этой сети. Любой жгутик или любая ресничка должны быть хоть как-то прикреплены к содержимому клетки. Часто жгутики и реснички связаны между собой, чтобы работать координированно.

Рис. 4. Инфузория-туфелька (Источник)

Опорно-двигательная система первичноротых и членистоногих

У настоящих многоклеточных животных в той или иной форме появляются мышечные клетки. Уже у кишечнополостных есть эпителиально-мускульные клетки, за счет которых осуществляется движение (рис. 5).

Рис. 5. Эпителиально-мускульные клетки кишечнополостных

У плоских червей функцию опоры выполняют внешние растяжимые покровы тела. Мышцы опираются и друг на друга. Опорно-двигательная система такого типа называется кожно-мускульным мешком (рис. 6).

Рис. 6. Кожно-мускульный мешок плоских червей

В целом она характерна для многих мягкотелых животных. Полости тела, которая могла бы функционировать как опора, у плоских червей нет (рис. 7).

Рис.7. Плоский червь (Источник)

У круглых, или нематод, также присутствует кожно-мускульный мешок. У мелких форм им дело и ограничивается (рис. 8).

Рис. 8. Круглый червь

А вот у крупных между кожно-мускульным мешком и внутренними органами имеется первичная полость тела (рис. 9).

Рис. 9. Продольный разрез круглого червя

Часто она заполнена жидкостью, находящейся под давлением, и функционирует как опора. Такая опора называется гидроскелет. У кольчатых червей, помимо того же кожно-мускульного мешка, также имеется вторичная полость тела, или целом (рис. 10).

Рис. 10. Анатомическое строение кольчатого червя

Полости целома могут быть заполнены жидкостью, находящейся под давлением, тогда он представляет собой гидроскелет. Помимо всего этого, на теле кольчатых червей часто присутствуют содержащие хитин щетинки (рис. 11). Эти щетинки также способствуют передвижению.

Рис. 11. Щетинки кольчатых червей

На каждом сегменте могут быть примитивные конечности – параподии, или боковые выросты. Часто щетинки растут как раз из них. Передвижение у крупных форм обычно осуществляется за счет червеобразного изгибания тела, а у мелких за счет движения параподий.

Для членистоногих характерен прочный, содержащий хитин экзоскелет. Помимо него у членистоногих может присутствовать и слаборазвитый внутренний скелет. И к тем, и к другим элементам способны прикрепляться мышцы, которые обеспечивают передвижение этих животных. Конечности членистоногих развитые – членистые (рис. 12).

Рис. 12. Трилобит (Источник)

У крылатых насекомых внутренний скелет исчезает совсем, он слишком тяжелый для полетов (рис. 13). Однако у них существует вворачивание наружного скелета внутрь тела, образующее места эффективного прикрепления крупных мышц.

Рис. 13. Стрекоза

При небольших размерах тела экзоскелет имеет некоторые преимущества над эндоскелетом. Если мы возьмем, к примеру, насекомое и млекопитающее одинаковой массы, то насекомое будет гораздо сильнее.

Исчезновение внутреннего скелета и развитие наружного позволило крылатым насекомым освоить такие способы передвижения, как прыжки и полет. Действительно, расселение крылатых насекомых чрезвычайно эффективно. Они захватили все возможные места обитания во всем мире, исключением является, разве что, море. Однако жесткий и прочный наружный скелет не растет вместе с животным. Для роста тела животному необходимо периодически линять, то есть сбрасывать старые покровы и образовывать новые. Естественно, этот процесс чрезвычайно энергозатратный и требует некоторого запаса «материала». Часто членистоногие погибают во время линьки. Только что полинявшие членистоногие очень уязвимы из-за того, что все их покровы чрезвычайно мягкие. Часто такое животное может быть съедено даже своими сородичами.

Опорно-двигательная система позвоночных

Внутренний скелет механически выгоден для животных больших размеров. К тому же, он растет вместе с животным и его не требуется постоянно образовывать заново. Все абсолютные рекорды размеров и массы тела, скорости передвижения принадлежат позвоночным – современным или вымершим. У всех хордовых внутренний скелет (рис. 14).

Рис. 14. Внутренний скелет позвоночных

В состав костей скелета входят как органические, так и неорганические вещества (рис. 15).

Рис. 15. Анатомическое строение кости

Кости обладают большой прочностью. Они могут соединяться либо неподвижно, срастаясь, либо подвижно, при помощи сустава.

В составе скелета можно выделить следующие части: осевой скелет, скелет конечностей и череп (рис. 16).

Рис. 16. Скелет рыбы

Осевой скелет низших хордовых, например ланцетника, представляет собой вытянутый упругий стержень – хорду. Она расположена на спинной стороне тела и тянется от головы до хвоста (рис. 17).

Рис. 17. Строение ланцетника

У круглоротых уже имеется зачаточный позвоночник (рис. 18).

Рис. 18. Минога (Источник)

У рыб, пресноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих позвоночник развит достаточно хорошо. Он состоит из хрящевых, в случае хрящевых рыб, или костных, во всех остальных случаях, позвонков (рис. 19).

Рис. 19. Скелет рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающего

Каждый позвонок состоит из тела, верхних и нижних дуг. Концы верхних дуг позвонков, срастаясь между собой, образуют канал, в котором располагается спинной мозг. К концам нижних дуг, направленных в стороны, прикрепляются ребра (рис. 20).

Рис. 20. Строение позвонка

Среди позвоночных животных хорда сохраняется в течение всей жизни лишь у некоторых видов рыб. Например, среди костных рыб – это белуга, осетр и другие осетровые.

У большинства рыб остаток хорды сохраняется между телами позвонков (рис. 21).

Рис. 21.Остаток хорды между телами позвонков

Позвоночник рыб состоит из двух отделов: туловищного и хвостового.

Земноводным, в связи с частичным переходом к наземному существованию, была необходима подвижность головы относительно туловища. В скелете появляется шейный отдел, который представлен одним позвонком. Туловищный отдел состоит из семи позвонков с ребрами. Ребра оканчиваются свободно. Крестцовый отдел состоит из одного позвонка, с прикрепленными к нему костями таза (рис. 22).

Рис. 22. Скелет амфибии (Источник)

Хвостатые амфибии также имеют несколько позвонков в хвостовом отделе.

Позвоночник пресмыкающихся имеет уже пять отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой. В шейном отделе позвонки соединены подвижно. Они обеспечивают большую подвижность головы относительно туловища – необходимое условие наземного существования. Грудные и поясничные позвонки несут ребра. У некоторых пресмыкающихся ребра соединяются с грудиной, образуя грудную клетку. Грудная клетка защищает внутренние органы и избавляет легкие от лишнего давления, что обеспечивает лучшее поступление воздуха. Крестцовый отдел состоит из двух позвонков. Хвостовой отдел достаточно хорошо развит, но число позвонков в нем бывает различным (рис. 23).

Рис. 23. Скелет пресмыкающегося

У змей все отделы позвоночника, кроме хвостового, несут ребра, концы которых оканчиваются свободно. Грудины у змей нет. В принципе, это позволяет змеям иногда захватывать очень крупную добычу (рис. 24).

Рис. 24. Скелет змеи 

Как вы, наверное, помните, птицы – это родственники пресмыкающихся, особенно крокодилов. Позвоночник птиц имеет те же самые пять отделов, которые характерны для пресмыкающихся. В шейном отделе от 5 до 20 позвонков, соединенных подвижно. Сросшиеся грудные позвонки и ребра, соединенные с грудиной, образуют очень прочную грудную клетку. Грудина многих птиц имеет особый выступ – киль. К этому крупному килю прикрепляются грудные мышцы, активно работающие при полете или при плавании у пингвинов. Конечный грудной позвонок, поясничный, крестцовый и первый хвостовой позвонки срослись, создав мощный сложный крестец, служащий для опоры задних конечностей. Это очень важно, потому что у птиц вся нагрузка при прыжках и ходьбе ложится именно на задние конечности (рис. 25).

Рис. 25. Скелет птицы

Большая часть птиц – это активно летающие создания. Таким животным огромное преимущество дает облегченный скелет. Кости птиц легкие, многие из них полые внутри.

Позвоночник млекопитающих состоит из все тех же пяти отделов. Шейный отдел у них почти всегда состоит из семи позвонков. Одним из исключений являются ленивцы. Грудной отдел их включает от 10 до 24 позвонков. Поясничный – от 2 до 9. А крестцовый – от 1 до 9. В хвостовом отделе число позвонков сильно варьирует: от 4, у некоторых обезьян и человека, до 46 (рис. 26).

Рис. 26. Скелет млекопитающего

Скелеты парных конечностей всех четвероногих животных имеют сходное строение. Передние конечности состоят из плеча, предплечья и кисти. Задние конечности состоят из бедра, голени и стопы. Плечевая кость передней конечности прикрепляется к грудной клетке с помощью пояса передних конечностей. У некоторых животных он состоит из ключицы и лопаток, у других только из лопаток (т. к. ключицы отсутствуют). При помощи пояса задних конечностей, состоящего из тазовых костей, сросшихся с крестцовым отделом позвоночника, задние конечности прикрепляются к позвоночнику. Череп состоит из мозгового и лицевого отделов. В мозговом отделе располагается головной мозг.

Реконструкция облика по скелету

В газетах, журналах, сети Интернет мы постоянно можем видеть картинки и рисунки динозавров или других ископаемых животных. Каким образом люди узнают, как эти животные выглядели, ведь мягких тканей от них не сохранилось? Дело в том, что внешний облик животного часто можно реконструировать по его скелету. Сначала кости очищают от окружающей породы и моют. Хрупкие кости укрепляют при помощи специальных наполнителей. Затем кости, как мозаику, собирают вместе, получая, таким образом, скелет. По форме и размерам отдельных костей часто можно догадаться, как животное держало голову и конечности. По шишкам, углублениям и шероховатым поверхностям костей можно говорить о месте прикрепления тех или иных мышц и об их форме. Например, по костным буграм и гребням на черепе видно, что крупные мышцы поддерживали тяжелую голову или приводили в движение мощные челюсти. Все это помогает специалистам-художникам как бы облечь плотью череп или скелет. Масса скелета изменяется непропорционально размерам тела животного. Чем крупнее животное, тем большую долю от его общего веса занимает вес скелета. У мелких млекопитающих, например бурозубки, масса скелета составляет всего 8 % массы тела (рис. 27).

Рис. 27. Бурозубка (Источник)

У слонов и бегемотов – целых 20 % массы тела (рис. 28).

Рис. 28. Слон

Опорно-двигательные системы различных позвоночных довольно-таки сходны. Различия между ними связаны в основном со средой обитания. Сходный образ жизни и условия среды обитания иногда приводят к тому, что у скелетов неродственных друг к другу животных появляются сходные образования. Такой случай называется конвергенцией. Например, киль у летающих птиц и костный гребень на грудной кости летучих мышей – это случай конвергенции (рис. 29).

Рис. 29. Пример конвергенции

 

Список литературы

1. Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология. Животные. 7 класс. – М.: Дрофа, 2011.
2. Н.И. Сонин, В.Б. Захаров. Биология. Многообразие живых организмов. Животные. 8 класс. – М.: Дрофа, 2009.

 

Домашнее задание

1. Какие виды движения вам известны?
2. В чем биологический смысл движения живых организмов? Сравните особенности жизненной стратегии прикрепленного и свободно живущего (пассивно или активно перемещающегося) живого организма.
3. Из каких компонентов состоит опорно-двигательная система Простейших?
4. Сравните опорно-двигательную систему Хордовых и Членистоногих. В чем  состоит их сходство и различие?
5. О чем свидетельствует сходство в строении скелета всех позвоночных животных?
6. Обсудите с друзьями и родными, как строение опорно-двигательной системы связано со средой обитания живых организмов. 

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
2. Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
3. Интернет-портал Files.school-collection.edu ru (Источник).
4. Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
5. Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).