Σκελετικά και Μυϊκά Συστήματα (Ζωολογία)

Τα ζώα υποστηρίζουν το σώμα τους και παράγουν κίνηση μέσω σκελετών και μυών που συνεργάζονται, είτε ο σκελετός είναι μια κοιλότητα γεμάτη υγρό, ένα εξωτερικό κέλυφος, είτε εσωτερικό οστό.

Definition

Τα σκελετικά και μυϊκά συστήματα είναι οι δομές που υποστηρίζουν το σώμα ενός ζώου και παράγουν την κίνησή του: οι σκελετοί παρέχουν ένα άκαμπτο ή υδροστατικό πλαίσιο και προστασία, και οι μύες είναι συσταλτικοί ιστοί που κινούν μέρη του σώματος τραβώντας αυτό το πλαίσιο.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τα συστήματα υποστήριξης και κίνησης των ζώων σε όλο το ζωικό βασίλειο. Περιγράφει τους τρεις κύριους τύπους σκελετού, τον υδροστατικό σκελετό των ζώων με μαλακό σώμα, τον εξωσκελετό των αρθροπόδων και πολλών μαλακίων, και τον ενδοσκελετό των σπονδυλωτών και των εχινόδερμων, καθώς και το πώς ο καθένας παρέχει υποστήριξη, προστασία και ένα πλαίσιο έναντι του οποίου δρουν οι μύες. Αντιμετωπίζει τον μυ ως την πηγή της ζωικής κίνησης και εξηγεί τη συνεργασία μυών και σκελετικών στοιχείων που λειτουργεί σαν μοχλός.

Core questions

• Ποιοι είναι οι κύριοι τύποι ζωικού σκελετού και πώς λειτουργεί ο καθένας;
• Πώς συνεργάζονται οι μύες και οι σκελετοί για να παράγουν κίνηση;
• Γιατί τα ζώα με μαλακό σώμα βασίζονται σε υδροστατικούς σκελετούς;
• Ποιες είναι οι ανταλλαγές μεταξύ εξωσκελετών και ενδοσκελετών;

Key theories

Τρεις τύποι σκελετού

Η υποστήριξη των ζώων λαμβάνει τρεις κύριες μορφές: τον υδροστατικό σκελετό υγρού υπό μυϊκή πίεση, τον άκαμπτο εξωσκελετό που εκκρίνεται έξω από το σώμα, και τον εσωτερικό ενδοσκελετό, καθένας από τους οποίους παρέχει υποστήριξη και βάση για τη μυϊκή δράση με διαφορετικά πλεονεκτήματα.

Συστήματα μοχλών μυών-σκελετού

Οι μύες μπορούν μόνο να τραβούν, οπότε η κίνηση απαιτεί μύες διατεταγμένους σε αντίθετες ομάδες που δρουν σε αρθρώσεις ή υδροστατικά διαμερίσματα, με τα σκελετικά στοιχεία να λειτουργούν ως μοχλοί που μετατρέπουν τη σύσπαση σε σκόπιμη κίνηση.

Mechanisms

Ένας υδροστατικός σκελετός χρησιμοποιεί ένα διαμέρισμα γεμάτο υγρό που διατηρείται σε σταθερό όγκο. Οι κυκλικοί και επιμήκεις μύες που συσπώνται ενάντια στο υγρό αλλάζουν το σχήμα του σώματος, επιτρέποντας την εκσκαφή και την έρπουσα κίνηση σε σκουλήκια και άλλα ζώα με μαλακό σώμα. Ένας εξωσκελετός είναι ένα σκληρό εξωτερικό κάλυμμα, όπως η χιτινώδης επιδερμίδα των αρθροπόδων, που προστατεύει το σώμα και παρέχει εσωτερικές επιφάνειες για την προσκόλληση των μυών, αλλά πρέπει να εκδύεται για να επιτρέψει την ανάπτυξη. Ένας ενδοσκελετός βρίσκεται μέσα στο σώμα, αποτελούμενος από χόνδρο και οστό στα σπονδυλωτά ή ασβεστολιθικά οσίδια στους εχινόδερμους, και αναπτύσσεται μαζί με το ζώο ενώ υποστηρίζει μεγάλα μεγέθη σώματος. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι μύες, οι οποίοι παράγουν δύναμη μόνο με τη βράχυνση, είναι διατεταγμένοι σε ανταγωνιστικά σύνολα, έτσι ώστε η σύσπαση μιας ομάδας να κινεί έναν σκελετικό μοχλό προς μία κατεύθυνση και η σύσπαση μιας αντίθετης ομάδας να την αντιστρέφει.

Clinical relevance

Η συγκριτική μελέτη των σκελετών και των μυών αποτελεί τη βάση της βιομηχανικής, της ανακατασκευής του τρόπου με τον οποίο κινούνταν τα εξαφανισμένα ζώα, και της βιο-εμπνευσμένης μηχανικής. Παρέχει επίσης τη συγκριτική βάση για την κατανόηση του σκελετικού-μυϊκού συστήματος των σπονδυλωτών. Αυτό είναι εκπαιδευτικό περιεχόμενο, όχι κλινική συμβουλή.

History

Η μηχανική ανάλυση της κίνησης των ζώων ξεκίνησε με τον Borelli, ο οποίος αντιμετώπισε τους μύες και τα οστά ως μοχλούς τον δέκατο έβδομο αιώνα. Ζωολόγοι του εικοστού αιώνα, συμπεριλαμβανομένου του James Gray, μελέτησαν τη φυσική της ζωικής κίνησης, και η Sidnie Manton ανέλυσε τον λειτουργικό σχεδιασμό των σκελετών και των άκρων των αρθροπόδων, καθιερώνοντας τη συγκριτική βιομηχανική υποστήριξης και κίνησης που χρησιμοποιείται στη ζωολογία σήμερα.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Τι είναι ένας υδροστατικός σκελετός;

Είναι ένα σύστημα υποστήριξης στο οποίο οι μύες δρουν ενάντια σε μια κοιλότητα σώματος γεμάτη υγρό που διατηρείται σε σταθερό όγκο, έτσι ώστε οι συσπώμενοι μύες να αλλάζουν το σχήμα του σώματος. Οι γεωσκώληκες και πολλά άλλα ζώα με μαλακό σώμα κινούνται με αυτόν τον τρόπο.

Γιατί πρέπει οι μύες να λειτουργούν σε αντίθετα ζεύγη;

Επειδή ένας μυς μπορεί να παράγει δύναμη μόνο με τη σύσπαση και το τράβηγμα, απαιτείται ένας αντίθετος μυς ή μυϊκή ομάδα για να μετακινήσει ένα σκελετικό μέρος πίσω, οπότε η κίνηση σε μια άρθρωση ή ένα υδροστατικό διαμέρισμα εξαρτάται από ανταγωνιστικούς μύες.