Скелетная и мышечная системы (Зоология)

Животные поддерживают свое тело и осуществляют движение благодаря совместной работе скелетов и мышц, независимо от того, является ли скелет заполненной жидкостью полостью, внешней оболочкой или внутренними костями.

Definition

Скелетная и мышечная системы — это структуры, которые поддерживают тело животного и генерируют его движение: скелеты обеспечивают жесткий или гидростатический каркас и защиту, а мышцы — это сократительные ткани, которые перемещают части тела, воздействуя на этот каркас.

Scope

Эта тема охватывает системы опоры и движения животных по всему царству. В ней описываются три основных типа скелета: гидростатический скелет мягкотелых животных, экзоскелет членистоногих и многих моллюсков, а также эндоскелет позвоночных и иглокожих, и то, как каждый из них обеспечивает опору, защиту и каркас, против которого действуют мышцы. Мышцы рассматриваются как источник движения животных, и объясняется рычагообразное взаимодействие мышц и элементов скелета.

Core questions

• Каковы основные типы скелета животных и как каждый из них функционирует?
• Как мышцы и скелеты взаимодействуют для осуществления движения?
• Почему мягкотелые животные полагаются на гидростатические скелеты?
• Каковы преимущества и недостатки экзоскелетов по сравнению с эндоскелетами?

Key theories

Три типа скелета

Опора у животных принимает три основные формы: гидростатический скелет из жидкости под мышечным давлением, жесткий экзоскелет, выделяемый вне тела, и внутренний эндоскелет, каждый из которых обеспечивает опору и основу для действия мышц с различными преимуществами.

Рычажные системы мышц и скелета

Мышцы могут только тянуть, поэтому для движения требуются мышцы, расположенные в противоположных группах, действующие через суставы или гидростатические полости, при этом элементы скелета служат рычагами, которые преобразуют сокращение в целенаправленное движение.

Mechanisms

Гидростатический скелет использует заполненную жидкостью полость, поддерживаемую в постоянном объеме; круговые и продольные мышцы, сокращаясь против жидкости, изменяют форму тела, обеспечивая зарывание и ползание у червей и других мягкотелых животных. Экзоскелет — это твердое внешнее покрытие, такое как хитиновый покров членистоногих, которое защищает тело и предоставляет внутренние поверхности для прикрепления мышц, но должно линять для обеспечения роста. Эндоскелет находится внутри тела, состоит из хрящей и костей у позвоночных или известковых осцикул у иглокожих, и растет вместе с животным, поддерживая при этом крупные размеры тела. Во всех случаях мышцы, которые генерируют силу только путем укорочения, расположены в антагонистических группах, так что сокращение одной группы перемещает скелетный рычаг в одном направлении, а сокращение противоположной группы возвращает его обратно.

Clinical relevance

Сравнительное изучение скелетов и мышц лежит в основе биомеханики, реконструкции движения вымерших животных и биоинспирированной инженерии; оно также обеспечивает сравнительную основу для понимания опорно-двигательной системы позвоночных. Это образовательный контекст, а не клинический совет.

History

Механический анализ движения животных начался с Борелли, который в семнадцатом веке рассматривал мышцы и кости как рычаги. Зоологи двадцатого века, включая Джеймса Грея, изучали физику локомоции животных, а Сидни Мэнтон анализировала функциональную конструкцию скелетов и конечностей членистоногих, заложив основы сравнительной биомеханики опоры и движения, используемой в зоологии сегодня.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Что такое гидростатический скелет?

Это система опоры, в которой мышцы действуют против заполненной жидкостью полости тела, поддерживаемой в постоянном объеме, так что сокращающиеся мышцы изменяют форму тела; дождевые черви и многие другие мягкотелые животные передвигаются таким образом.

Почему мышцы должны работать в антагонистических парах?

Поскольку мышца может генерировать силу только путем сокращения и тяги, для возвращения скелетной части обратно необходима противоположная мышца или группа мышц, поэтому движение в суставе или гидростатической полости зависит от антагонистических мышц.