Мышцы и скелет животных

Способность к активному движению – важнейшая черта животного царства. Даже те немногие примитивные животные, которые ведут прикреплённый образ жизни, способны шевелить щупальцами или перемещаться на небольшие расстояния. Движение обеспечивается согласованной работой скелета и мышц.

Все мышцы в теле животного крепятся к прочному скелету. И если структура мышц практически не менялась сотни миллионов лет, то скелет у различных групп животных принимает самые необычные формы.

Мышцы

Первые мышцы появились ещё на заре эволюции животных – около 550 млн лет назад. С тех пор принцип работы мышц остался прежним: сокращаясь, мышцы меняют свою длину, что приводит к движению частей тела.

Половина веса животного приходится на мышцы. У млекопитающих в среднем насчитывается около 600 отдельных мышц, а в теле некоторых насекомых их число превышает полторы тысячи!

Важное отличие в строении мышц беспозвоночных и позвоночных – способ их крепления (смотри рисунок). У большинства беспозвоночных мышцы крепятся к внешнему прочному каркасу. У позвоночных наоборот: мышцы крепятся к костям, которые располагаются внутри тела.

Мышца состоит из мышечных пучков, которые в свою очередь собираются из более мелких мышечных волокон. Сами волокна образованы двумя белками – актином и миозином. За счет сложного химического взаимодействия актина и миозина изменяется длина нитей, что в итоге приводит к мышечному сокращению – движению.

Скелетные мышцы работают только в одном направлении. По этой причине они всегда идут парами. Например, при сокращении двуглавой мышцы вы сгибаете руку, однако в исходное положение руку возвращает уже другая мышца – трёхглавая. Без трёхглавой мышцы рука осталась бы в постоянно согнутом положении.

Сустав – подвижное сочленение костей. Кости в суставе покрыты хрящом, а пространство между костями заполнено жидкостью. Хрящ и внутрисуставная жидкость предотвращают истирание костей. Крепкие эластичные связки прикрепляются к костям, увеличивая подвижность сустава.

Скелет

Гидроскелет

Множество мягкотелых беспозвоночных животных поддерживают форму тела и двигаются за счет гидроскелета. Медузы, актинии, большинство червей – эти животные не имеют твердого каркаса, а опорой им служит вода внутри организма. Жесткость и прочность поддерживается за счет сокращения мышц, которые давят на внутреннюю жидкость.

Гидроскелеты развиты в основном у водных животных. Для передвижения не требуются мощные мышцы – тело легко маневрирует в толще воды. Однако простота строения накладывает ограничения на развитие конечностей, и таким животным не доступны сложные движения.

В теле  кольчатых червей имеется два слоя мышц: продольные и кольцевые. Поочередное их сокращение создаёт «волны», толкающие червя вперед. Тело кольчатых червей, к тому же, разделено на сегменты. Мышцы могут давить на жидкость в отдельных сегментах, что делает движения более сложными.

Помимо перемещения всего тела, гидростатические и гидравлические принципы используются для шевеления отдельными частями тела. С помощью таких движений животное обороняется или хватает жертву.

Позвоночные животные тоже используют гидростатическое движение. Так, в хоботе слона отсутствуют кости, однако хобот легко сгибается, скручивается и поднимает тяжёлые бревна. Хобот и язык – примеры мышечных гидростатов. Мышечные гидростаты работают подобно гидроскелету червей, только вместо жидкости внутри тела червя, сжимаются различные мышцы языка или хобота. Сложное расположение мышц в хоботе обеспечивает разнообразное движение органа во всех направлениях.

Встречается гидростатическое движение и у членистоногих. Например, в некоторых частях ног сенокосцев отсутствуют мышцы-разгибатели. Тонкие ноги сгибаются за счет мышц, а вот разгибаются под давлением жидкости.

Тело членистоногих снаружи покрыто прочным слоем – кутикулой. Главный компонент кутикулы – углевод хитин. Хитин придаёт кутикуле жёсткость и упругость. В тех частях тела, где требуется особая прочность, например, в челюстях или в панцире, хитин пропитан белком склеротином или минералом кальцитом. Склеротиновое укрепление встречается у насекомых, а кальцит входит в состав экзоскелета ракообразных.

Подобный экзоскелет обеспечивает защиту и служит местом прикрепления мышц. Однако внешняя твердая кутикула ограничивает рост членистоногих. Поэтому членистоногим приходится линять – сбрасывать старый слой кутикулы. После линьки новая кутикула растет в течение нескольких часов, увеличивая размеры насекомого, а затем затвердевает. В часы линьки животное особо уязвимо без своей защиты.

Внешний скелет – кутикула

Необычайной ловкости пауков стоит только позавидовать. Пауки с невероятной скоростью взбираются на любые поверхности, висят даже на гладком стекле вниз головой, и не прилипают к своей паутине. Как им это удаётся?

У пауков нет липучек, зато их лапы усеяны многочисленными крошечными выростами кутикулы. Выросты увеличивают площадь соприкосновения с поверхностью, что позволяет пауку ловко карабкаться и не падать.

Бегая по паутине, паук также с помощью выростов кутикулкы «стряхивает» липкие капельки, которые приклеивают остальных насекомых к ловчей сети.

Известковый скелет

Тела некоторых беспозвоночных поддерживаются каркасами на основе известняка. Раковины моллюсков и скелет иглокожих состоят из карбоната кальция – главного компонента мела или известняка. Карбонат кальция в скелете соединяется с белковыми компонентами.

Внутренний известковый скелет морских звезд и ежей образует многочисленные иглы и шипы – отсюда и название – иглокожие. Основания игл содержат ядовитые железы, которые могут вызвать отравление даже у человека. Иглокожие обладают необычной способностью – они умеют изменять жёсткость скелета. Например, изменяя жёсткость, морские звезды поворачивают иглы для отражения атак хищников.

Раковина моллюсков состоит из нескольких слоёв, один из которых имеет блестящий оттенок и известен как перламутр. Все раковины различаются по форме и размеру, однако по какой-то неизвестной для ученых причине, раковины подавляющего большинства моллюсков закручены вправо.

Внутренний костный скелет

У хордовых животных внутри тела залегает осевой позвоночный столб, который создаёт каркас для органов и конечностей. Скелет примитивных хордовых (хрящевых рыб, микси́н) состоит из хрящевого компонента. Хрящи по строению напоминают кость, однако в хрящах отсутствует минеральный компонент.

Скелет большинства хордовых образован костями, а хрящи встречаются только в местах соединений костей. Кости образованы коллагеновыми волокнами, обеспечивающими эластичность, и минеральным веществом – фосфатом кальция, который придаёт костям прочность.

Внутренний костный каркас – основа тела любого позвоночного животного. Но помимо внутреннего скелета, у некоторых позвоночных развились костные придатки, выполняющие свои особые функции.