Hệ thống xương và cơ (Động vật học)

Động vật nâng đỡ cơ thể và tạo ra chuyển động thông qua sự phối hợp giữa xương và cơ, cho dù bộ xương là một khoang chứa đầy dịch lỏng, một lớp vỏ bên ngoài, hay xương bên trong.

Definition

Hệ thống xương và cơ là các cấu trúc nâng đỡ cơ thể động vật và tạo ra chuyển động của nó: bộ xương cung cấp một khung cứng hoặc thủy tĩnh và sự bảo vệ, còn cơ bắp là các mô co rút di chuyển các bộ phận của cơ thể bằng cách kéo vào khung đó.

Scope

Chủ đề này bao gồm các hệ thống nâng đỡ và vận động của động vật trong toàn bộ giới động vật. Nó mô tả ba loại bộ xương chính: bộ xương thủy tĩnh của động vật thân mềm, bộ xương ngoài của động vật chân đốt và nhiều loài thân mềm, và bộ xương trong của động vật có xương sống và động vật da gai, cũng như cách mỗi loại cung cấp sự nâng đỡ, bảo vệ và một khung để cơ bắp hoạt động. Nó coi cơ bắp là nguồn gốc của chuyển động ở động vật và giải thích sự hợp tác giống như đòn bẩy giữa cơ bắp và các yếu tố xương.

Core questions

• Các loại bộ xương chính ở động vật là gì, và mỗi loại hoạt động như thế nào?
• Cơ bắp và xương phối hợp với nhau như thế nào để tạo ra chuyển động?
• Tại sao động vật thân mềm lại dựa vào bộ xương thủy tĩnh?
• Những đánh đổi giữa bộ xương ngoài và bộ xương trong là gì?

Key theories

Ba loại bộ xương

Sự nâng đỡ ở động vật có ba dạng chính: bộ xương thủy tĩnh của chất lỏng dưới áp lực cơ bắp, bộ xương ngoài cứng được tiết ra bên ngoài cơ thể, và bộ xương trong, mỗi loại cung cấp sự nâng đỡ và một nền tảng cho hoạt động của cơ bắp với những ưu điểm khác nhau.

Hệ thống đòn bẩy cơ-xương

Cơ bắp chỉ có thể kéo, vì vậy chuyển động đòi hỏi các cơ được sắp xếp thành các nhóm đối lập hoạt động qua các khớp hoặc khoang thủy tĩnh, với các yếu tố xương đóng vai trò là đòn bẩy chuyển đổi sự co rút thành chuyển động có mục đích.

Mechanisms

Bộ xương thủy tĩnh sử dụng một khoang chứa đầy dịch lỏng được giữ ở thể tích không đổi; các cơ vòng và cơ dọc co lại chống lại dịch lỏng làm thay đổi hình dạng cơ thể, cho phép giun và các động vật thân mềm khác đào hang và bò. Bộ xương ngoài là một lớp vỏ cứng bên ngoài, chẳng hạn như lớp biểu bì kitin của động vật chân đốt, bảo vệ cơ thể và cung cấp các bề mặt bên trong để cơ bám vào, nhưng phải lột xác để cho phép tăng trưởng. Bộ xương trong nằm bên trong cơ thể, được cấu tạo từ sụn và xương ở động vật có xương sống hoặc các mảnh xương vôi ở động vật da gai, và phát triển cùng với động vật trong khi vẫn nâng đỡ các kích thước cơ thể lớn. Trong tất cả các trường hợp, cơ bắp, chỉ tạo ra lực bằng cách rút ngắn, được sắp xếp thành các bộ đối kháng để sự co rút của một nhóm di chuyển một đòn bẩy xương theo một hướng và sự co rút của một nhóm đối lập sẽ đảo ngược nó.

Clinical relevance

Nghiên cứu so sánh về xương và cơ là nền tảng của cơ sinh học, việc tái tạo cách các loài động vật đã tuyệt chủng di chuyển, và kỹ thuật lấy cảm hứng từ sinh học; nó cũng cung cấp nền tảng so sánh để hiểu hệ thống cơ xương của động vật có xương sống. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải lời khuyên lâm sàng.

History

Phân tích cơ học về chuyển động của động vật bắt đầu với Borelli, người đã coi cơ bắp và xương như những đòn bẩy vào thế kỷ XVII. Các nhà động vật học thế kỷ XX bao gồm James Gray đã nghiên cứu vật lý của sự vận động ở động vật, và Sidnie Manton đã phân tích thiết kế chức năng của bộ xương và chi của động vật chân đốt, thiết lập cơ sinh học so sánh về sự nâng đỡ và chuyển động được sử dụng trong động vật học ngày nay.

Key figures

• Giovanni Borelli
• Sidnie Manton
• James Gray

Seminal works

• hickman2020
• kardong2019

Frequently asked questions

Bộ xương thủy tĩnh là gì?

Đó là một hệ thống nâng đỡ trong đó cơ bắp hoạt động chống lại một khoang cơ thể chứa đầy dịch lỏng được giữ ở thể tích không đổi, để các cơ co rút làm thay đổi hình dạng cơ thể; giun đất và nhiều động vật thân mềm khác di chuyển theo cách này.

Tại sao cơ bắp phải hoạt động theo cặp đối lập?

Bởi vì một cơ chỉ có thể tạo ra lực bằng cách co rút và kéo, cần có một cơ hoặc nhóm cơ đối lập để di chuyển một bộ phận xương trở lại, vì vậy chuyển động tại một khớp hoặc khoang thủy tĩnh phụ thuộc vào các cơ đối kháng.