Skelett- och muskelsystem (Zoologi)

Djurs kroppar stöds och rörelser produceras genom att skelett och muskler samverkar, oavsett om skelettet är en vätskefylld hålighet, ett yttre skal eller inre ben.

Definition

Skelett- och muskelsystemen är de strukturer som stöder ett djurs kropp och genererar dess rörelse: skelett ger en styv eller hydrostatisk ram och skydd, och muskler är kontraktila vävnader som flyttar kroppsdelar genom att dra i den ramen.

Scope

Detta ämne behandlar djurens stöd- och rörelsesystem inom hela djurriket. Det beskriver de tre huvudtyperna av skelett: det hydrostatiska skelettet hos mjukkroppade djur, exoskelettet hos leddjur och många blötdjur, samt endoskelettet hos ryggradsdjur och tagghudingar, och hur var och en ger stöd, skydd och en ram mot vilken muskler verkar. Det behandlar muskler som källan till djurens rörelse och förklarar musklernas och skelettelementens hävstångsliknande samarbete.

Core questions

• Vilka är de huvudsakliga typerna av djurskelett, och hur fungerar var och en?
• Hur samverkar muskler och skelett för att producera rörelse?
• Varför förlitar sig mjukkroppade djur på hydrostatiska skelett?
• Vilka är fördelarna och nackdelarna med exoskelett jämfört med endoskelett?

Key theories

Tre typer av skelett

Djurs stöd intar tre huvudsakliga former: det hydrostatiska skelettet av vätska under muskulärt tryck, det styva exoskelettet som utsöndras utanför kroppen, och det inre endoskelettet, där var och en ger stöd och en bas för muskelverkan med olika fördelar.

Muskel-skelett-hävstångssystem

Muskler kan bara dra ihop sig, så rörelse kräver muskler arrangerade i motsatta grupper som verkar över leder eller hydrostatiska fack, med skelettelement som fungerar som hävstänger som omvandlar kontraktion till ändamålsenlig rörelse.

Mechanisms

Ett hydrostatiskt skelett använder ett vätskefyllt fack som hålls vid konstant volym; cirkulära och longitudinella muskler som drar ihop sig mot vätskan ändrar kroppens form, vilket möjliggör grävande och krypande hos maskar och andra mjukkroppade djur. Ett exoskelett är ett hårt yttre hölje, såsom leddjurens kitinösa kutikula, som skyddar kroppen och tillhandahåller inre ytor för muskelfästen, men måste ömsas för att tillåta tillväxt. Ett endoskelett ligger inuti kroppen, bestående av brosk och ben hos ryggradsdjur eller kalkhaltiga ossiklar hos tagghudingar, och växer med djuret samtidigt som det stöder stora kroppsstorlekar. I alla fall är muskler, som endast genererar kraft genom att förkortas, arrangerade i antagonistiska uppsättningar så att kontraktion av en grupp flyttar en skeletthävstång i en riktning och kontraktion av en motsatt grupp vänder den.

Clinical relevance

Jämförande studier av skelett och muskler ligger till grund för biomekanik, rekonstruktionen av hur utdöda djur rörde sig, och bioinspirerad ingenjörskonst; det utgör också den jämförande grunden för att förstå ryggradsdjurens muskuloskeletala system. Detta är ett utbildningssammanhang, inte kliniska råd.

History

Den mekaniska analysen av djurrörelser började med Borelli, som behandlade muskler och ben som hävstänger på 1600-talet. Zoologer under 1900-talet, inklusive James Gray, studerade fysiken bakom djurs lokomotion, och Sidnie Manton analyserade den funktionella designen av leddjurens skelett och lemmar, vilket etablerade den jämförande biomekaniken för stöd och rörelse som används inom zoologin idag.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Vad är ett hydrostatiskt skelett?

Det är ett stödsystem där muskler verkar mot en vätskefylld kroppshålighet som hålls vid konstant volym, så att sammandragande muskler ändrar kroppens form; daggmaskar och många andra mjukkroppade djur rör sig på detta sätt.

Varför måste muskler arbeta i motsatta par?

Eftersom en muskel endast kan generera kraft genom att dra ihop sig och dra, behövs en motsatt muskel eller muskelgrupp för att flytta en skelettdel tillbaka, så rörelse vid en led eller ett hydrostatiskt fack beror på antagonistiska muskler.