Układy szkieletowy i mięśniowy (Zoologia)

Zwierzęta utrzymują swoje ciała i wykonują ruchy dzięki współdziałaniu szkieletów i mięśni, niezależnie od tego, czy szkielet jest wypełnioną płynem jamą, zewnętrzną skorupą, czy wewnętrzną kością.

Definition

Układy szkieletowy i mięśniowy to struktury, które podtrzymują ciało zwierzęcia i generują jego ruch: szkielety zapewniają sztywną lub hydrostatyczną ramę i ochronę, a mięśnie to tkanki kurczliwe, które poruszają części ciała, pociągając za tę ramę.

Scope

Temat ten obejmuje układy podporowe i ruchowe zwierząt w całym królestwie. Opisuje trzy główne typy szkieletów: szkielet hydrostatyczny zwierząt o miękkim ciele, egzoszkielet stawonogów i wielu mięczaków oraz endoszkielet kręgowców i szkarłupni, a także sposób, w jaki każdy z nich zapewnia wsparcie, ochronę i strukturę, na której działają mięśnie. Traktuje mięśnie jako źródło ruchu zwierząt i wyjaśnia dźwigniową współpracę mięśni i elementów szkieletowych.

Core questions

• Jakie są główne typy szkieletów zwierzęcych i jak działa każdy z nich?
• Jak mięśnie i szkielety współpracują, aby wytwarzać ruch?
• Dlaczego zwierzęta o miękkim ciele polegają na szkieletach hydrostatycznych?
• Jakie są kompromisy między egzoszkieletami a endoszkieletami?

Key theories

Trzy typy szkieletów

Podpora zwierząt przyjmuje trzy główne formy: szkielet hydrostatyczny z płynu pod ciśnieniem mięśniowym, sztywny egzoszkielet wydzielany na zewnątrz ciała oraz wewnętrzny endoszkielet, z których każdy zapewnia wsparcie i podstawę dla działania mięśni z różnymi zaletami.

Dźwigniowe układy mięśniowo-szkieletowe

Mięśnie mogą tylko ciągnąć, więc ruch wymaga mięśni ułożonych w przeciwstawne grupy działające na stawy lub komory hydrostatyczne, z elementami szkieletowymi służącymi jako dźwignie, które przekształcają skurcz w celowy ruch.

Mechanisms

Szkielet hydrostatyczny wykorzystuje wypełnioną płynem komorę utrzymywaną w stałej objętości; mięśnie okrężne i podłużne kurczące się przeciwko płynowi zmieniają kształt ciała, umożliwiając drążenie i pełzanie u robaków i innych zwierząt o miękkim ciele. Egzoszkielet to twarda powłoka zewnętrzna, taka jak chitynowy oskórek stawonogów, która chroni ciało i zapewnia wewnętrzne powierzchnie do przyczepu mięśni, ale musi być zrzucana, aby umożliwić wzrost. Endoszkielet znajduje się wewnątrz ciała, zbudowany z chrząstki i kości u kręgowców lub wapiennych ossykuli u szkarłupni, i rośnie wraz ze zwierzęciem, jednocześnie wspierając duże rozmiary ciała. We wszystkich przypadkach mięśnie, które generują siłę tylko przez skracanie, są ułożone w antagonistyczne zestawy, tak że skurcz jednej grupy przesuwa dźwignię szkieletową w jednym kierunku, a skurcz przeciwnej grupy odwraca ten ruch.

Clinical relevance

Porównawcze badanie szkieletów i mięśni stanowi podstawę biomechaniki, rekonstrukcji sposobu poruszania się wymarłych zwierząt oraz inżynierii bioinspirowanej; stanowi również podstawę porównawczą do zrozumienia układu mięśniowo-szkieletowego kręgowców. Jest to kontekst edukacyjny, a nie porada kliniczna.

History

Mechaniczna analiza ruchu zwierząt rozpoczęła się od Borellego, który w XVII wieku traktował mięśnie i kości jako dźwignie. Zoolodzy XX wieku, w tym James Gray, badali fizykę lokomocji zwierząt, a Sidnie Manton analizowała funkcjonalną budowę szkieletów i kończyn stawonogów, ustanawiając porównawczą biomechanikę wsparcia i ruchu stosowaną w zoologii do dziś.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Czym jest szkielet hydrostatyczny?

Jest to układ podporowy, w którym mięśnie działają przeciwko wypełnionej płynem jamie ciała utrzymywanej w stałej objętości, tak że kurczące się mięśnie zmieniają kształt ciała; dżdżownice i wiele innych zwierząt o miękkim ciele porusza się w ten sposób.

Dlaczego mięśnie muszą pracować w przeciwstawnych parach?

Ponieważ mięsień może generować siłę tylko przez skurcz i pociągnięcie, do cofnięcia części szkieletowej potrzebny jest przeciwstawny mięsień lub grupa mięśni, więc ruch w stawie lub komorze hydrostatycznej zależy od mięśni antagonistycznych.