Luusto- ja lihasjärjestelmät (eläintiede)

Eläimet tukevat ruumistaan ja tuottavat liikettä luurankojen ja lihasten yhteistyöllä, olipa luuranko sitten nesteen täyttämä ontelo, ulkoinen kuori tai sisäinen luu.

Definition

Luusto- ja lihasjärjestelmät ovat rakenteita, jotka tukevat eläimen ruumista ja tuottavat sen liikettä: luurangot tarjoavat jäykän tai hydrostaattisen kehikon ja suojan, ja lihakset ovat supistuvia kudoksia, jotka liikuttavat ruumiinosia vetämällä tätä kehikkoa vasten.

Scope

Tämä aihe käsittelee eläinkunnan tuki- ja liikkumisjärjestelmiä. Se kuvaa kolme päätyyppiä luurankoa: pehmeärunkoisten eläinten hydrostaattisen luurangon, niveljalkaisten ja monien nilviäisten ulkoisen luurangon (eksoskeleton) sekä selkärankaisten ja piikkinahkaisten sisäisen luurangon (endoskeleton), ja miten kukin niistä tarjoaa tukea, suojaa ja kehikon, jota vasten lihakset toimivat. Se käsittelee lihaksia eläinten liikkeen lähteenä ja selittää lihasten ja luurankoelementtien vipumaista yhteistyötä.

Core questions

• Mitkä ovat eläinten luurangon päätyypit, ja miten kukin niistä toimii?
• Miten lihakset ja luurangot toimivat yhdessä tuottaakseen liikettä?
• Miksi pehmeärunkoiset eläimet tukeutuvat hydrostaattisiin luurankoihin?
• Mitkä ovat ulkoisten ja sisäisten luurankojen edut ja haitat?

Key theories

Kolme luurankotyyppiä

Eläinten tuki ilmenee kolmessa päämuodossa: lihaspaineen alaisen nesteen hydrostaattinen luuranko, ruumiin ulkopuolelle erittyvä jäykkä ulkoinen luuranko (eksoskeleton) ja sisäinen luuranko (endoskeleton), joista jokainen tarjoaa tukea ja lihasten toiminnan perustan eri eduin.

Lihas-luuranko-vipujärjestelmät

Lihakset voivat vain vetää, joten liike vaatii vastakkaisiin ryhmiin järjestettyjä lihaksia, jotka toimivat nivelten tai hydrostaattisten osastojen poikki, luurankoelementtien toimiessa vipuina, jotka muuntavat supistuksen tarkoituksenmukaiseksi liikkeeksi.

Mechanisms

Hydrostaattinen luuranko käyttää nesteen täyttämää, vakiotilavuudessa pidettyä osastoa; ympyrä- ja pitkittäislihasten supistuminen nestettä vasten muuttaa ruumiin muotoa, mahdollistaen kaivautumisen ja ryömimisen madoilla ja muilla pehmeärunkoisilla eläimillä. Ulkoinen luuranko (eksoskeleton) on kova ulkokuori, kuten niveljalkaisten kitiininen kutikula, joka suojaa ruumista ja tarjoaa sisäpintoja lihasten kiinnittymiselle, mutta se on luotava kasvun mahdollistamiseksi. Sisäinen luuranko (endoskeleton) sijaitsee ruumiin sisällä, ja se koostuu rustosta ja luusta selkärankaisilla tai kalkkipitoisista luulevyistä piikkinahkaisilla, ja se kasvaa eläimen mukana samalla kun se tukee suuria ruumiinkokoja. Kaikissa tapauksissa lihakset, jotka tuottavat voimaa vain lyhentymällä, ovat järjestettyinä antagonistisiin sarjoihin siten, että yhden ryhmän supistuminen liikuttaa luurankovipua yhteen suuntaan ja vastakkaisen ryhmän supistuminen kääntää sen.

Clinical relevance

Luurankojen ja lihasten vertaileva tutkimus on biomekaniikan, sukupuuttoon kuolleiden eläinten liikkumisen rekonstruoinnin ja bioinspiroidun insinööritaidon perusta; se tarjoaa myös vertailevan pohjan selkärankaisten tuki- ja liikuntaelimistön ymmärtämiselle. Tämä on opetuksellista sisältöä, ei kliinisiä neuvoja.

History

Eläinten liikkeen mekaaninen analyysi alkoi Borellista, joka käsitteli lihaksia ja luita vipuina 1600-luvulla. 1900-luvun eläintieteilijät, mukaan lukien James Gray, tutkivat eläinten liikkumisen fysiikkaa, ja Sidnie Manton analysoi niveljalkaisten luurankojen ja raajojen toiminnallista suunnittelua, luoden nykyään eläintieteessä käytetyn tuen ja liikkeen vertailevan biomekaniikan.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Mikä on hydrostaattinen luuranko?

Se on tukijärjestelmä, jossa lihakset toimivat nestetäytteistä, vakiotilavuudessa pidettyä ruumiinonteloa vasten, niin että supistuvat lihakset muuttavat ruumiin muotoa; lierot ja monet muut pehmeärunkoiset eläimet liikkuvat tällä tavalla.

Miksi lihasten on toimittava vastakkaisissa pareissa?

Koska lihas voi tuottaa voimaa vain supistumalla ja vetämällä, tarvitaan vastakkainen lihas tai lihasryhmä liikuttamaan luurankoa takaisin, joten liike nivelessä tai hydrostaattisessa osastossa riippuu antagonistisista lihaksista.