骨格系と筋系（動物学）

動物は、骨格が体液で満たされた腔、外殻、または内部の骨であるかどうかにかかわらず、骨格と筋肉が連携して体を支え、運動を生み出します。

Definition

骨格系と筋系は、動物の体を支え、その運動を生み出す構造です。骨格は硬い、または静水圧的な枠組みと保護を提供し、筋肉はその枠組みを引っ張ることで体の部位を動かす収縮性組織です。

Scope

このトピックでは、動物界全体の動物の支持および運動システムについて扱います。軟体動物の静水圧骨格、節足動物や多くの軟体動物の外骨格、脊椎動物や棘皮動物の内骨格という3つの主要な骨格タイプと、それぞれがどのように支持、保護、および筋肉が作用する枠組みを提供するかを説明します。筋肉を動物の運動源として扱い、筋肉と骨格要素のレバーのような協調作用を解説します。

Core questions

• 動物の骨格の主な種類は何ですか、そしてそれぞれどのように機能しますか？
• 筋肉と骨格はどのように協力して運動を生み出しますか？
• なぜ軟体動物は静水圧骨格に依存しているのですか？
• 外骨格と内骨格のトレードオフは何ですか？

Key theories

骨格の3つのタイプ

動物の支持には主に3つの形態があります。筋肉の圧力下にある体液の静水圧骨格、体外に分泌される硬い外骨格、そして内部の内骨格です。それぞれが異なる利点を持って支持と筋肉作用の基盤を提供します。

筋骨格レバーシステム

筋肉は引っ張ることしかできないため、運動には関節または静水圧区画を介して作用する拮抗するグループに配置された筋肉が必要です。骨格要素は、収縮を用途のある動きに変換するレバーとして機能します。

Mechanisms

静水圧骨格は、一定の体積に保たれた体液で満たされた区画を利用します。環状筋と縦走筋が体液に対して収縮することで体の形状が変化し、ミミズなどの軟体動物の穴掘りや這い回りを可能にします。外骨格は、節足動物のキチン質のクチクラのような硬い外皮で、体を保護し、筋肉が付着するための内部表面を提供しますが、成長を可能にするためには脱皮が必要です。内骨格は体内にあり、脊椎動物では軟骨と骨、棘皮動物では石灰質の骨片で構成され、動物の成長とともに大きくなり、大きな体サイズを支えます。いずれの場合も、筋肉は短縮することによってのみ力を発生させるため、拮抗するセットで配置されており、あるグループの収縮が骨格レバーを一方向に動かし、反対側のグループの収縮がそれを逆方向に動かします。

Clinical relevance

骨格と筋肉の比較研究は、生体力学、絶滅した動物がどのように動いたかの再構築、および生体模倣工学の基礎となります。また、脊椎動物の筋骨格系を理解するための比較基盤も提供します。これは教育的な文脈であり、臨床的な助言ではありません。

History

動物の運動の機械的分析は、17世紀に筋肉と骨をレバーとして扱ったボレッリから始まりました。20世紀の動物学者であるジェームズ・グレイは動物の運動の物理学を研究し、シドニー・マントンは節足動物の骨格と肢の機能的設計を分析し、今日の動物学で用いられる支持と運動の比較生体力学を確立しました。

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

静水圧骨格とは何ですか？

静水圧骨格とは、筋肉が一定の体積に保たれた体液で満たされた体腔に対して作用することで、収縮する筋肉が体の形状を変化させる支持システムです。ミミズや他の多くの軟体動物はこの方法で移動します。

なぜ筋肉は拮抗するペアで働く必要があるのですか？

筋肉は収縮して引っ張ることでしか力を発生させることができないため、骨格の一部を元に戻すには拮抗する筋肉または筋肉群が必要です。したがって、関節または静水圧区画での運動は拮抗筋に依存します。