الجهازان الهيكلي والعضلي (علم الحيوان)
تدعم الحيوانات أجسامها وتنتج الحركة من خلال عمل الهياكل العظمية والعضلات معًا، سواء كان الهيكل عبارة عن تجويف مملوء بالسوائل، أو قشرة خارجية، أو عظم داخلي.
Definition
الجهازان الهيكلي والعضلي هما التراكيب التي تدعم جسم الحيوان وتولد حركته: توفر الهياكل العظمية إطارًا صلبًا أو هيدروستاتيًا وحماية، والعضلات هي أنسجة قابلة للانقباض تحرك أجزاء الجسم عن طريق الشد على ذلك الإطار.
Scope
يغطي هذا الموضوع أنظمة الدعم والحركة لدى الحيوانات عبر المملكة. ويصف الأنواع الرئيسية الثلاثة للهيكل العظمي: الهيكل الهيدروستاتي للحيوانات ذات الأجسام الرخوة، والهيكل الخارجي للمفصليات والعديد من الرخويات، والهيكل الداخلي للفقاريات وشوكيات الجلد، وكيف يوفر كل منها الدعم والحماية وإطارًا تعمل العضلات ضده. ويتناول العضلات كمصدر لحركة الحيوان ويوضح التعاون الشبيه بالرافعة بين العضلات والعناصر الهيكلية.
Core questions
- ما هي الأنواع الرئيسية للهيكل العظمي الحيواني، وكيف يعمل كل منها؟
- كيف تتعاون العضلات والهياكل العظمية لإنتاج الحركة؟
- لماذا تعتمد الحيوانات ذات الأجسام الرخوة على الهياكل الهيدروستاتية؟
- ما هي المفاضلات بين الهياكل الخارجية والهياكل الداخلية؟
Key theories
- ثلاثة أنواع من الهيكل العظمي
- يتخذ دعم الحيوان ثلاثة أشكال رئيسية: الهيكل الهيدروستاتي للسائل تحت الضغط العضلي، والهيكل الخارجي الصلب الذي يُفرز خارج الجسم، والهيكل الداخلي، ويوفر كل منها الدعم وقاعدة لعمل العضلات مع مزايا مختلفة.
- أنظمة رافعة العضلات والهيكل العظمي
- يمكن للعضلات أن تسحب فقط، لذا تتطلب الحركة عضلات مرتبة في مجموعات متضادة تعمل عبر المفاصل أو الحجرات الهيدروستاتية، مع عمل العناصر الهيكلية كرافعات تترجم الانقباض إلى حركة هادفة.
Mechanisms
يستخدم الهيكل الهيدروستاتي حجرة مملوءة بالسوائل تُحفظ عند حجم ثابت؛ وتغير العضلات الدائرية والطولية التي تنقبض ضد السائل شكل الجسم، مما يمكن الديدان والحيوانات الأخرى ذات الأجسام الرخوة من الحفر والزحف. الهيكل الخارجي هو غطاء خارجي صلب، مثل القشيرة الكيتينية للمفصليات، يحمي الجسم ويوفر أسطحًا داخلية لالتصاق العضلات، ولكنه يجب أن يُنسل للسماح بالنمو. يقع الهيكل الداخلي داخل الجسم، ويتكون من الغضاريف والعظام في الفقاريات أو العظيمات الكلسية في شوكيات الجلد، وينمو مع الحيوان بينما يدعم أحجام الجسم الكبيرة. في جميع الحالات، العضلات، التي تولد القوة فقط عن طريق التقصير، مرتبة في مجموعات متضادة بحيث يؤدي انقباض مجموعة واحدة إلى تحريك رافعة هيكلية في اتجاه واحد ويؤدي انقباض مجموعة معاكسة إلى عكسها.
Clinical relevance
تكمن الدراسة المقارنة للهياكل العظمية والعضلات وراء الميكانيكا الحيوية، وإعادة بناء كيفية تحرك الحيوانات المنقرضة، والهندسة المستوحاة من البيولوجيا؛ كما أنها توفر الأساس المقارن لفهم الجهاز العضلي الهيكلي للفقاريات. هذا سياق تعليمي، وليس نصيحة سريرية.
History
بدأ التحليل الميكانيكي لحركة الحيوان مع بوريللي، الذي تعامل مع العضلات والعظام كرافعات في القرن السابع عشر. درس علماء الحيوان في القرن العشرين، بمن فيهم جيمس جراي، فيزياء الحركة الحيوانية، وحللت سيدني مانتون التصميم الوظيفي لهياكل وأطراف المفصليات، مما أرسى الميكانيكا الحيوية المقارنة للدعم والحركة المستخدمة في علم الحيوان اليوم.
Key figures
- Giovanni Borelli
- Sidnie Manton
- James Gray
Related topics
Seminal works
- hickman2020
- kardong2019
Frequently asked questions
- ما هو الهيكل الهيدروستاتي؟
- هو نظام دعم تعمل فيه العضلات ضد تجويف جسم مملوء بالسوائل يُحفظ عند حجم ثابت، بحيث تغير العضلات المنقبضة شكل الجسم؛ وتتحرك ديدان الأرض والعديد من الحيوانات الأخرى ذات الأجسام الرخوة بهذه الطريقة.
- لماذا يجب أن تعمل العضلات في أزواج متضادة؟
- لأن العضلة لا يمكنها توليد القوة إلا عن طريق الانقباض والشد، لذا تلزم عضلة أو مجموعة عضلية معاكسة لتحريك جزء هيكلي إلى الخلف، وبالتالي تعتمد الحركة عند المفصل أو الحجرة الهيدروستاتية على العضلات المتضادة.