Скелет – это структурный каркас , поддерживающий тело большинства животных . Существует несколько типов скелетов, в том числе экзоскелет , представляющий собой жесткую внешнюю оболочку, поддерживающую форму организма; эндоскелет — жесткий внутренний каркас, к которому прикрепляются органы и мягкие ткани ; и гидроскелет , гибкая внутренняя структура, поддерживаемая гидростатическим давлением жидкостей организма .
Позвоночные животные — это животные, эндоскелет которых сосредоточен вокруг осевого позвоночного столба , а их скелеты обычно состоят из костей и хрящей . Беспозвоночные — это другие животные, у которых отсутствует позвоночный столб, и их скелеты различаются, включая экзоскелет с твердым панцирем ( членистоногие и большинство моллюсков ), покрытые пластинками внутренние панцири (например, каракатицы у некоторых головоногих моллюсков ) или стержни (например, косточки у иглокожих ), полости тела с гидростатической опорой. (большинство) и спикулы ( губки ). Хрящ – это жесткая соединительная ткань , которая встречается в скелетных системах позвоночных и беспозвоночных.
Термин «скелет» происходит от древнегреческого σκελετός ( skeletós ) «высушенный». [1] Скелетон — архаичная форма слова. [2]
Скелеты могут определяться несколькими атрибутами. Твердые скелеты состоят из твердых веществ, таких как кость , хрящ или кутикула . Их можно разделить по местоположению; внутренние скелеты представляют собой эндоскелеты, а внешние скелеты — экзоскелеты. Скелеты также можно определить по жесткости: гибкие скелеты более эластичны, чем жесткие. [3] Жидкостные или гидростатические скелеты не имеют твердых структур, таких как твердые скелеты, а функционируют за счет жидкостей под давлением. Гидростатические скелеты всегда являются внутренними. [4]
Экзоскелет – это внешний скелет, покрывающий тело животного и служащий броней для защиты животного от хищников. У членистоногих есть экзоскелеты, которые покрывают их тела, и по мере роста животных им приходится подвергаться периодической линьке или шелушению . Раковины моллюсков — еще одна форма экзоскелета. [4] Экзоскелеты обеспечивают поверхности для прикрепления мышц, а специальные придатки экзоскелета могут способствовать движению и защите. У членистоногих экзоскелет также способствует сенсорному восприятию . [5]
Внешний скелет может быть довольно тяжелым по отношению к общей массе животного, поэтому на суше организмы, имеющие экзоскелет, в большинстве случаев относительно небольшие. Несколько более крупные водные животные могут поддерживать экзоскелет, поскольку под водой вес не так важен. Южный гигантский моллюск , вид чрезвычайно крупных морских моллюсков, обитающих в Тихом океане, имеет массивную раковину как по размеру, так и по весу. Syrinx aruanus — вид морской улитки с очень большой раковиной.
Эндоскелеты — это внутренняя опорная структура животного, состоящая из минерализованных тканей , таких как костные скелеты, встречающиеся у большинства позвоночных. [6] Эндоскелеты узкоспециализированы и значительно различаются у разных животных. [4] Они различаются по сложности: от функции исключительно для поддержки (как в случае губок ) до службы в качестве места прикрепления мышц и механизма передачи мышечных усилий. Настоящий эндоскелет образуется из мезодермальной ткани. Эндоскелеты встречаются у хордовых , иглокожих и губок.
Гибкие скелеты способны двигаться; таким образом, когда к скелетной структуре прилагается напряжение , она деформируется, а затем восстанавливает свою первоначальную форму. Эта скелетная структура используется у некоторых беспозвоночных, например, в замке раковин двустворчатых моллюсков или мезоглее книдарий , таких как медузы . Гибкие скелеты полезны, потому что для изгиба скелета необходимы только мышечные сокращения; после расслабления мышц скелет вернется к своей первоначальной форме. Хрящ — это один из материалов, из которого может состоять гибкий скелет, но большинство гибких скелетов образованы из смеси белков , полисахаридов и воды. [3] Для дополнительной конструкции или защиты гибкие каркасы могут поддерживаться жесткими каркасами. Организмы с гибким скелетом обычно живут в воде, которая поддерживает структуру тела при отсутствии жесткого скелета. [7]
Жесткие скелеты не способны двигаться при стрессе, создавая прочную систему поддержки, наиболее распространенную у наземных животных . Такой тип скелета используется животными, живущими в воде, больше для защиты (например, ракушки и улитки ) или для быстродвижущихся животных, которым требуется дополнительная поддержка мускулатуры, необходимая для плавания в воде. Жесткие скелеты образуются из материалов, включающих хитин (у членистоногих), соединения кальция , такие как карбонат кальция (у каменистых кораллов и моллюсков ) и силикат (у диатомей и радиолярий ).
Гидростатические скелеты — это гибкие полости внутри животного, которые обеспечивают структуру за счет давления жидкости, встречающегося у некоторых типов организмов с мягким телом , включая медуз, плоских червей, нематод и дождевых червей. Стенки этих полостей состоят из мышечной и соединительной ткани. [4] Помимо обеспечения структуры тела животного, гидростатические скелеты передают силы мышечного сокращения, позволяя животному двигаться за счет попеременных сокращений и расширений мышц по длине животного. [8]
Цитоскелет ( « цито» означает «клетка» [9] ) используется для стабилизации и сохранения формы клеток. Это динамическая структура, которая поддерживает форму клетки, защищает клетку, обеспечивает клеточное движение с использованием таких структур, как жгутики , реснички и ламеллиподии , а также транспорт внутри клеток, например движение везикул и органелл , и играет роль в клеточном делении. Цитоскелет не является скелетом в том смысле, что он обеспечивает структурную систему тела животного; скорее, он выполняет аналогичную функцию на клеточном уровне. [10]
У большинства позвоночных основным компонентом скелета является кость. [6] Кости составляют уникальную скелетную систему каждого вида животных. Другим важным компонентом является хрящ, который у млекопитающих находится преимущественно в области суставов. У других животных, например у хрящевых рыб , к которым относятся акулы , скелет полностью состоит из хрящей . Сегментарный рисунок скелета присутствует у всех позвоночных, при этом основные единицы повторяются, например , в позвоночнике и грудной клетке. [11] [12]
Кости — это жесткие органы , составляющие часть эндоскелета позвоночных. Они обеспечивают структурную поддержку тела, помогают двигаться, противодействуя мышечным сокращениям, и создают защитную стену вокруг внутренних органов. Кости в основном состоят из неорганических минералов, таких как гидроксиапатит , а остальная часть состоит из органической матрицы и воды. Полая трубчатая структура костей обеспечивает значительную устойчивость к сжатию, оставаясь при этом легкими. Большинство клеток в костях представляют собой остеобласты , остеокласты или остеоциты . [13]
Костная ткань представляет собой разновидность плотной соединительной ткани . Одним из типов ткани, из которой состоит костная ткань, является минерализованная ткань , что придает ей жесткость и сотовую трехмерную внутреннюю структуру. Кости также производят красные и белые кровяные тельца и служат хранилищем кальция и фосфатов на клеточном уровне. Другие типы тканей, обнаруженные в костях, включают костный мозг , эндост и надкостницу , нервы , кровеносные сосуды и хрящи.
Во время эмбрионального развития кости развиваются индивидуально из скелетогенных клеток эктодермы и мезодермы. Большинство этих клеток развиваются в отдельные клетки костей, хрящей и суставов, а затем соединяются друг с другом. Специализированные скелетные ткани уникальны для позвоночных. Хрящ растет быстрее, чем кость, поэтому он становится более заметным на ранних этапах жизни животного, прежде чем его вытеснит кость. [14] Хрящ также используется у позвоночных, чтобы противостоять стрессу в точках сочленения скелета. Хрящ у позвоночных обычно покрыт тканью надхрящницы . [15] Связки — это эластичные ткани, которые соединяют кости с другими костями, а сухожилия — это эластичные ткани, которые соединяют мышцы с костями. [16]
Скелеты черепах в ходе эволюции превратились в панцирь из грудной клетки, образующий экзоскелет. [17] В скелетах змей и червяг значительно больше позвонков, чем у других животных. У змей их часто более 300, тогда как у ящериц обычно 65. [18]
Скелеты птиц приспособлены к полету . Кости скелетов птиц полые и легкие, что позволяет снизить метаболические затраты на полет. Некоторые характеристики формы и структуры костей оптимизированы, чтобы выдерживать физические нагрузки, связанные с полетом, включая круглое и тонкое стержне плечевой кости и слияние элементов скелета в отдельные окостенения . [19] Из-за этого у птиц обычно меньше костей, чем у других наземных позвоночных. У птиц также нет зубов или даже настоящей челюсти , вместо этого у них появился клюв , который гораздо легче. В клюве многих птенцов имеется выступ, называемый яичным зубом , который облегчает их выход из околоплодного яйца.
Скелет, образующий опорную структуру внутри рыбы, состоит либо из хрящей, как у Chondrichthyes , либо из костей, как у Osteichthyes . Основным элементом скелета является позвоночный столб, состоящий из сочленяющихся позвонков, легких, но прочных. Ребра прикрепляются к позвоночнику, конечностей и поясов конечностей нет. Их поддерживают только мышцы. Основные внешние особенности рыб — плавники — состоят из костных или мягких шипов, называемых лучами, которые, за исключением хвостового плавника (хвостового плавника), не имеют прямой связи с позвоночником. Они поддерживаются мышцами, составляющими основную часть туловища.
Хрящевые рыбы, такие как акулы, скаты, скаты и химеры, имеют скелет, полностью состоящий из хряща. Более легкий вес хрящей позволяет этим рыбам затрачивать меньше энергии при плавании. [4]
Для облегчения передвижения морских млекопитающих в воде задние ноги либо отсутствовали вовсе, как у китов и ламантинов , либо объединялись в один хвостовой плавник , как у ластоногих (тюленей). У китов шейные позвонки обычно слиты, что обеспечивает гибкость в обмен на устойчивость во время плавания. [20]
Скелет состоит как из сросшихся, так и из отдельных костей, поддерживаемых и дополняемых связками, сухожилиями, мышцами и хрящами. Он служит каркасом, который поддерживает органы, закрепляет мышцы и защищает такие органы, как головной мозг, легкие , сердце и спинной мозг . [21] Самая большая кость в организме — бедренная кость в верхней части голени, а самая маленькая — стремечко в среднем ухе . У взрослого человека скелет составляет около 13,1% от общей массы тела [22] , и половина этого веса составляет вода.
К сросшимся костям относятся кости таза и черепа . Не все кости соединены между собой напрямую: в каждом среднем ухе есть три кости, называемые косточками , которые сочленяются только друг с другом. Подъязычная кость , расположенная на шее и служащая местом прикрепления языка , не сочленяется ни с какими другими костями тела и поддерживается мышцами и связками.
В скелете взрослого человека 206 костей, хотя это число зависит от того, считаются ли кости таза (тазовые кости с каждой стороны) одной или тремя костями с каждой стороны (подвздошная, седалищная и лобковая), копчик или Копчик считается как одна или четыре отдельные кости и не учитывает различные червячные кости между швами черепа. Точно так же крестец обычно считают одной костью, а не пятью сросшимися позвонками. Существует также различное количество мелких сесамовидных костей, обычно встречающихся в сухожилиях. Надколенник или коленная чашечка с каждой стороны являются примером более крупной сесамовидной кости. Надколенники учитываются в сумме, так как они постоянны. Количество костей варьируется у разных людей и с возрастом: у новорожденных детей более 270 костей, некоторые из которых срастаются. [ нужна цитация ] Эти кости организованы в продольную ось, осевой скелет , к которому прикреплен добавочный скелет . [23]
Человеческому скелету требуется 20 лет, прежде чем он полностью разовьется, а кости содержат костный мозг , который производит клетки крови.
Существует несколько общих различий между мужскими и женскими скелетами. Например, мужской скелет обычно крупнее и тяжелее женского. В женском скелете кости черепа, как правило, менее угловатые. Женский скелет также имеет более широкую и короткую грудину и более тонкие запястья. Существуют значительные различия между мужским и женским тазом, связанные с возможностями женщины к беременности и родам. Женский таз шире и неглубокий, чем мужской. Женский таз также имеет увеличенное выходное отверстие таза и более широкое и круглое входное отверстие таза. Известно, что угол между лобковыми костями у мужчин острее, в результате чего таз становится более круглым, узким и близким к сердцу. [24] [25]
Беспозвоночные характеризуются отсутствием позвоночного столба и костного скелета. У членистоногих есть экзоскелет, а у иглокожих — эндоскелет. Некоторые организмы с мягким телом, такие как медузы и дождевые черви , имеют гидростатический скелет. [26]
Скелеты членистоногих , включая насекомых , ракообразных и паукообразных , представляют собой экзоскелеты кутикулы. Они состоят из хитина , выделяемого эпидермисом . [27] Кутикула покрывает тело животного и выстилает несколько внутренних органов, включая части пищеварительной системы. Членистоногие линяют по мере роста в процессе шелушения , развивая новый экзоскелет, переваривая часть предыдущего скелета и оставляя остаток позади . Скелет членистоногого выполняет множество функций: работает как покров , обеспечивающий барьер и поддержку тела, обеспечивая придатки для движения и защиты, а также помогая в сенсорном восприятии. Некоторые членистоногие, например ракообразные, поглощают из окружающей среды биоминералы, такие как карбонат кальция, для укрепления кутикулы. [5]
Скелеты иглокожих , таких как морские звезды и морские ежи , представляют собой эндоскелеты, состоящие из крупных, хорошо развитых склеритовых пластинок, которые прилегают или перекрываются, покрывая тело животного. Скелеты голотурий являются исключением: они уменьшены в размерах, что облегчает питание и передвижение. Скелеты иглокожих состоят из стереома , состоящего из кальцита с монокристаллической структурой. Они также имеют значительное содержание магния , составляющего до 15% состава скелета. Структура стереома пористая, и по мере старения животного поры заполняются соединительной стромальной тканью. Морские ежи имеют до десяти вариантов строения стереома. Среди современных животных такие скелеты уникальны для иглокожих, хотя подобные скелеты использовались и некоторыми палеозойскими животными. [28] Скелеты иглокожих мезодермальные , так как они в основном покрыты мягкими тканями. Пластины скелета могут сцепляться или соединяться посредством мышц и связок. Скелетные элементы иглокожих узкоспециализированы и принимают множество форм, хотя обычно сохраняют некоторую форму симметрии. Шипы морских ежей — самый крупный тип скелетной структуры иглокожих. [29]
У некоторых моллюсков, таких как раковины, гребешки и улитки, есть раковины, которые служат экзоскелетом. Они производятся белками и минералами, выделяемыми из мантии животного . [4]
Скелет губок состоит из микроскопических известковых или кремниевых спикул . К демогубкам относятся 90% всех видов губок. Их «скелеты» состоят из спикул, состоящих из волокон белка спонгина , минерального кремнезема или того и другого. Там, где присутствуют спикулы кремнезема, они имеют форму, отличную от спикул аналогичных стеклянных губок . [30]
Хрящ — это соединительная скелетная ткань, состоящая из специализированных клеток, называемых хондроцитами , которые находятся во внеклеточном матриксе . Этот матрикс обычно состоит из коллагеновых волокон типа II, протеогликанов и воды. Существует много типов хрящей, в том числе эластичный хрящ , гиалиновый хрящ , фиброзный хрящ и липогиалиновый хрящ. [15] В отличие от других соединительных тканей, хрящ не содержит кровеносных сосудов. Хондроциты снабжаются путем диффузии, чему способствует насосное действие, возникающее за счет сжатия суставного хряща или сгибания эластичного хряща. Таким образом, по сравнению с другими соединительными тканями хрящ растет и восстанавливается медленнее.
СМИ, связанные со скелетами, на Викискладе?
