Sistemi scheletrico e muscolare (Zoologia)

Gli animali sostengono il loro corpo e producono movimento attraverso scheletri e muscoli che lavorano insieme, sia che lo scheletro sia una cavità piena di fluido, un guscio esterno o un osso interno.

Definition

I sistemi scheletrico e muscolare sono le strutture che sostengono il corpo di un animale e generano il suo movimento: gli scheletri forniscono una struttura rigida o idrostatica e protezione, e i muscoli sono tessuti contrattili che muovono parti del corpo tirando su quella struttura.

Scope

Questo argomento copre i sistemi di supporto e movimento degli animali in tutto il regno. Descrive i tre tipi principali di scheletro: lo scheletro idrostatico degli animali a corpo molle, l'esoscheletro degli artropodi e di molti molluschi, e l'endoscheletro dei vertebrati e degli echinodermi, e come ciascuno fornisce supporto, protezione e una struttura contro cui agiscono i muscoli. Tratta il muscolo come la fonte del movimento animale e spiega la cooperazione a leva dei muscoli e degli elementi scheletrici.

Core questions

• Quali sono i principali tipi di scheletro animale e come funziona ciascuno?
• Come cooperano muscoli e scheletri per produrre movimento?
• Perché gli animali a corpo molle si affidano a scheletri idrostatici?
• Quali sono i compromessi tra esoscheletri ed endoscheletri?

Key theories

Tre tipi di scheletro

Il supporto animale assume tre forme principali: lo scheletro idrostatico di fluido sotto pressione muscolare, l'esoscheletro rigido secreto all'esterno del corpo e l'endoscheletro interno, ciascuno dei quali fornisce supporto e una base per l'azione muscolare con diversi vantaggi.

Sistemi a leva muscolo-scheletrici

I muscoli possono solo tirare, quindi il movimento richiede muscoli disposti in gruppi opposti che agiscono attraverso articolazioni o compartimenti idrostatici, con elementi scheletrici che fungono da leve che traducono la contrazione in movimento intenzionale.

Mechanisms

Uno scheletro idrostatico utilizza un compartimento pieno di fluido mantenuto a volume costante; i muscoli circolari e longitudinali che si contraggono contro il fluido cambiano la forma del corpo, consentendo lo scavo e lo strisciamento in vermi e altri animali a corpo molle. Un esoscheletro è un rivestimento esterno duro, come la cuticola chitinosa degli artropodi, che protegge il corpo e fornisce superfici interne per l'attacco muscolare, ma deve essere mutato per consentire la crescita. Un endoscheletro si trova all'interno del corpo, costituito da cartilagine e osso nei vertebrati o da ossicini calcarei negli echinodermi, e cresce con l'animale sostenendo grandi dimensioni corporee. In tutti i casi i muscoli, che generano forza solo accorciandosi, sono disposti in serie antagoniste in modo che la contrazione di un gruppo muova una leva scheletrica in una direzione e la contrazione di un gruppo opposto la inverta.

Clinical relevance

Lo studio comparato di scheletri e muscoli è alla base della biomeccanica, della ricostruzione di come si muovevano gli animali estinti e dell'ingegneria bio-ispirata; fornisce anche le basi comparative per la comprensione del sistema muscolo-scheletrico dei vertebrati. Questo è un contesto educativo, non un consiglio clinico.

History

L'analisi meccanica del movimento animale iniziò con Borelli, che trattò muscoli e ossa come leve nel diciassettesimo secolo. Zoologi del ventesimo secolo, tra cui James Gray, studiarono la fisica della locomozione animale, e Sidnie Manton analizzò il design funzionale degli scheletri e degli arti degli artropodi, stabilendo la biomeccanica comparata di supporto e movimento utilizzata in zoologia oggi.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Cos'è uno scheletro idrostatico?

È un sistema di supporto in cui i muscoli agiscono contro una cavità corporea piena di fluido mantenuta a volume costante, in modo che i muscoli che si contraggono cambino la forma del corpo; i lombrichi e molti altri animali a corpo molle si muovono in questo modo.

Perché i muscoli devono lavorare in coppie opposte?

Poiché un muscolo può generare forza solo contraendosi e tirando, è necessario un muscolo o un gruppo muscolare opposto per riportare indietro una parte scheletrica, quindi il movimento a un'articolazione o a un compartimento idrostatico dipende da muscoli antagonisti.