Скелетна та м'язова системи (Зоологія)

Тварини підтримують своє тіло та здійснюють рух завдяки спільній роботі скелетів і м'язів, незалежно від того, чи є скелет заповненою рідиною порожниною, зовнішньою оболонкою або внутрішньою кісткою.

Definition

Скелетна та м'язова системи – це структури, які підтримують тіло тварини та генерують її рух: скелети забезпечують жорсткий або гідростатичний каркас і захист, а м'язи – це скоротливі тканини, які рухають частини тіла, тягнучи за цей каркас.

Scope

Ця тема охоплює системи опори та руху тварин у всьому царстві. Вона описує три основні типи скелета: гідростатичний скелет м'якотілих тварин, екзоскелет членистоногих і багатьох молюсків, а також ендоскелет хребетних і голкошкірих, і те, як кожен з них забезпечує опору, захист і каркас, проти якого діють м'язи. Вона розглядає м'язи як джерело руху тварин і пояснює важільну співпрацю м'язів і скелетних елементів.

Core questions

• Які основні типи скелета тварин і як кожен з них працює?
• Як м'язи та скелети співпрацюють для створення руху?
• Чому м'якотілі тварини покладаються на гідростатичні скелети?
• Які компроміси між екзоскелетами та ендоскелетами?

Key theories

Три типи скелета

Опора тварин має три основні форми: гідростатичний скелет рідини під м'язовим тиском, жорсткий екзоскелет, що виділяється поза тілом, і внутрішній ендоскелет, кожен з яких забезпечує опору та основу для дії м'язів з різними перевагами.

Важільні системи м'язів і скелета

М'язи можуть лише тягнути, тому рух вимагає м'язів, розташованих у протилежних групах, що діють через суглоби або гідростатичні відділи, при цьому скелетні елементи слугують важелями, які перетворюють скорочення на цілеспрямований рух.

Mechanisms

Гідростатичний скелет використовує заповнену рідиною порожнину, що підтримується постійним об'ємом; кругові та поздовжні м'язи, скорочуючись проти рідини, змінюють форму тіла, забезпечуючи заривання та повзання у червів та інших м'якотілих тварин. Екзоскелет – це тверде зовнішнє покриття, таке як хітинова кутикула членистоногих, яке захищає тіло та забезпечує внутрішні поверхні для прикріплення м'язів, але має линяти, щоб забезпечити ріст. Ендоскелет розташований всередині тіла, складається з хряща та кістки у хребетних або вапняних осікул у голкошкірих, і росте разом з твариною, підтримуючи великі розміри тіла. У всіх випадках м'язи, які генерують силу лише шляхом скорочення, розташовані в антагоністичних наборах, так що скорочення однієї групи рухає скелетний важіль в одному напрямку, а скорочення протилежної групи повертає його назад.

Clinical relevance

Порівняльне вивчення скелетів і м'язів лежить в основі біомеханіки, реконструкції того, як рухалися вимерлі тварини, та біоінспірованої інженерії; воно також забезпечує порівняльну основу для розуміння опорно-рухової системи хребетних. Це освітній контекст, а не клінічна порада.

History

Механічний аналіз руху тварин розпочався з Бореллі, який у сімнадцятому столітті розглядав м'язи та кістки як важелі. Зоологи двадцятого століття, включаючи Джеймса Грея, вивчали фізику локомоції тварин, а Сідні Ментон аналізувала функціональний дизайн скелетів і кінцівок членистоногих, заклавши основи порівняльної біомеханіки опори та руху, що використовується в зоології сьогодні.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Що таке гідростатичний скелет?

Це система опори, в якій м'язи діють проти заповненої рідиною порожнини тіла, що підтримується постійним об'ємом, так що скорочувальні м'язи змінюють форму тіла; дощові черв'яки та багато інших м'якотілих тварин рухаються таким чином.

Чому м'язи повинні працювати в протилежних парах?

Оскільки м'яз може генерувати силу лише шляхом скорочення та тягнення, для повернення скелетної частини назад потрібен протилежний м'яз або група м'язів, тому рух у суглобі або гідростатичному відділі залежить від антагоністичних м'язів.