"Биология. Биологические системы и процессы (профильный уровень) ", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Опорная система придаёт телу форму, помогает противостоять деформациям и служит основой движения. У разных организмов эту роль выполняют разные структуры: жидкость под давлением вместе с мышцами, наружный скелет, внутренние кости и хрящи или внутриклеточные элементы. Каждый вариант имеет свои преимущества и ограничения. Например, наружный скелет защищает, но мешает непрерывному росту, а внутренний растёт вместе с организмом и работает как система рычагов. Даже у отдельной клетки есть цитоскелет, который поддерживает её форму и помогает перемещать вещества.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Опорная система — совокупность структур, которые придают телу форму, поддерживают его и обеспечивают взаимодействие с мышцами. Она помогает организму сохранять устойчивость и служит основой движения. Слово «система» подчёркивает, что опора обычно создаётся не одной частью тела, а несколькими связанными элементами.
Гидроскелет — опора тела, создаваемая жидкостью в полости или тканях организма и напряжением окружающих мышц. Жидкость сопротивляется сжатию, а мышцы удерживают её под давлением и меняют форму тела. Поэтому такой скелет может работать без твёрдых костей.
Экзоскелет — наружный скелет, расположенный поверх тела и защищающий его от повреждений. Он также поддерживает тело и часто служит местом прикрепления мышц. Такое устройство даёт прочную оболочку, но может затруднять рост.
Эндоскелет — внутренний скелет, состоящий из костей, хрящей или других опорных элементов. К нему прикрепляются мышцы, а его части могут соединяться подвижно. Благодаря этому тело получает опору, не теряя возможности двигаться.
Клеткам и многоклеточным организмам нужна опора, потому что мягкие ткани сами по себе могут менять форму под действием тяжести, давления или движения. Опорные структуры противодействуют таким деформациям и помогают сохранять нужное положение частей тела. Кроме того, мышцам необходимо на что-то опираться или за что-то тянуть, чтобы создавать движение.
В гидроскелете опорой служит жидкость, заключённая в полости или тканях: она плохо сжимается и передаёт давление. Когда мышцы сокращаются, давление меняется, а тело изгибается или вытягивается; расслабленные мышцы позволяют изменить его форму в другом направлении. Насколько эффективно работает такая система, зависит от того, насколько замкнута полость и как ориентированы мышечные волокна. Например, кольцевые мышцы удлиняют сегмент, а продольные укорачивают его.
Экзоскелет образует наружную жёсткую или уплотнённую оболочку. У членистоногих он защищает мягкие ткани, поддерживает тело и образует участки, к которым прикрепляются мышцы. Но если оболочка не растёт вместе с животным, она становится тесной; поэтому животное периодически сбрасывает старый покров. После линьки новый экзоскелет ещё мягкий, и лишь постепенно затвердевает.
Эндоскелет находится внутри тела, поэтому окружающие ткани и мышцы могут расти вместе с ним. У позвоночных кости соединены суставами и связками, а мышцы прикрепляются к костям и приводят их в движение. Костная ткань твёрдая и хорошо сопротивляется нагрузке, тогда как хрящ более упругий и гибкий; он образует, например, поверхности суставов и опорные части тела. Разнообразие соединений позволяет сочетать прочность с подвижностью.
Цитоскелет — сеть белковых нитей и трубочек внутри клетки. Он поддерживает форму клетки, помогает ей менять очертания и перемещать органоиды. По его элементам могут передвигаться молекулярные «моторы», поэтому цитоскелет участвует и во внутриклеточном транспорте. Это особенно важно для клеток, которым нужно быстро перемещать вещества или менять положение.
| Критерий | Гидроскелет | Экзоскелет | Эндоскелет | Цитоскелет |
|---|---|---|---|---|
| Расположение опорных элементов | Жидкость в полости или тканях, окружённая стенками тела | Снаружи тела | Внутри тела | Внутри клетки |
| Главный механизм создания опоры | Давление жидкости и напряжение мышц | Прочность наружной оболочки | Опорные элементы и их подвижные соединения | Сеть белковых нитей и трубочек |
| Примеры организмов | Дождевой червь, актиния | Речной рак, насекомые | Человек, другие позвоночные | Амёба и другие клетки |
| Основные функции | Поддержка формы и движение | Опора, защита и движение | Опора, защита внутренних органов и движение | Поддержка формы клетки, движение и транспорт |
| Преимущества | Гибкость тела, отсутствие жёсткой оболочки | Надёжная наружная защита | Рост вместе с организмом, разнообразие движений | Перестройка и движение внутри клетки |
| Ограничения или недостатки | Зависимость от сохранения давления и целостности стенок | Ограничивает рост; после линьки покров мягкий | Требует согласованной работы мышц и соединений | Не образует прочной опоры для всего многоклеточного тела |
| Связь с движением и мышцами | Мышцы меняют давление и форму тела | Мышцы прикрепляются к внутренней поверхности оболочки | Мышцы тянут кости и хрящи | Обеспечивает перемещение органоидов и изменение формы клетки |
| Особенности роста или обновления | Меняется вместе с ростом тканей и полости | Рост требует периодической линьки | Растёт и перестраивается вместе с организмом | Элементы постоянно собираются и разбираются |
Сначала определите, где расположена опора: внутри клетки, внутри тела или снаружи, либо её создаёт жидкость. Затем сопоставьте механизм работы и связь с мышцами. Так можно отличить типы скелета, даже если организм не приведён в таблице.
Задача 1. Определите тип опоры у дождевого червя, речного рака, человека и амёбы и обоснуйте ответ по строению организмов.
Ответ: дождевой червь — гидроскелет, речной рак — экзоскелет, человек — эндоскелет, амёба — цитоскелет. Решение основано на расположении и устройстве опорных структур, а не только на том, есть ли у организма кости.
Задача 2. Объясните, почему насекомое после линьки некоторое время малоподвижно и уязвимо.
Ответ: насекомое временно уязвимо, потому что его новый экзоскелет ещё не затвердел. По той же причине мышцы пока не могут использовать его как прочную опору для активных движений.
Задача 3. Сравните движение дождевого червя и позвоночного животного: назовите опорные структуры и группы мышц, которые обеспечивают движение.
Ответ: червь движется за счёт давления жидкости и попеременной работы кольцевых и продольных мышц. Позвоночное животное использует внутренний скелет как систему рычагов, которые приводятся в движение сокращением скелетных мышц.
Считать скелетом только кости позвоночных животных — значит не учитывать другие способы опоры. Так ошибаются, потому что в повседневной речи слово «скелет» часто связывают с костями человека. Проверьте себя: у дождевого червя опора гидростатическая, у рака наружная, а у клетки — цитоскелет.
Экзоскелет нельзя считать просто покровом тела. Такое упрощение возникает из-за того, что оболочка действительно находится снаружи и защищает организм. Но она также поддерживает тело и взаимодействует с мышцами; если наружная структура выполняет лишь роль покрова, это ещё не делает её скелетом.
Неверно утверждать, что гидроскелет состоит только из жидкости. Жидкость сама по себе не удерживает форму тела: для этого нужны полость, её стенки и напряжение мышц. Проверка простая: назовите все элементы, которые создают давление и не дают телу бесконтрольно деформироваться.
Эндоскелет не является неподвижной конструкцией. Такое впечатление создаёт прочность костей, но кости соединены суставами, а хрящи обеспечивают гибкие участки. Чтобы проверить ответ, проследите, как мышца, прикреплённая к кости, может переместить её относительно соседней кости.
Для понимания опорных систем полезны знания об уровнях организации тела, строении клетки, тканях и мышечной ткани. Тип скелета помогает объяснять эволюцию животных и их приспособления к разным средам обитания. Позже эти представления пригодятся при изучении опорно-двигательной системы человека. Физиологически скелет работает не отдельно: движение требует сокращения мышц, нервной регуляции и затрат энергии.
Почему мягкое тело дождевого червя не распластывается?
В полости тела дождевого червя находится жидкость, которая почти не сжимается и создаёт внутреннее давление. Стенки тела и кольцевые и продольные мышцы удерживают её и формируют гидроскелет. Поэтому тело сохраняет форму, хотя в нём нет твёрдых костей.
Чем экзоскелет отличается от обычных покровов тела?
Обычные покровы прежде всего отделяют организм от среды и защищают его поверхность. Экзоскелет, помимо защиты, служит опорой и местом прикрепления мышц, поэтому участвует в движении. Его наличие можно распознать по тому, что он образует жёсткую наружную оболочку.
Почему животным с экзоскелетом приходится линять?
Жёсткая наружная оболочка не растёт непрерывно вместе с телом и ограничивает его увеличение. Чтобы вырасти, животное сбрасывает старый покров и формирует новый, более крупный. Пока он не затвердел, организм особенно уязвим.
Как кости помогают мышцам осуществлять движение?
Мышцы прикрепляются к костям и при сокращении тянут их. Кости работают как рычаги, а подвижные соединения между ними служат точками поворота. Согласованная работа мышц и скелета позволяет менять положение частей тела.
Есть ли скелет у одноклеточных организмов?
У клетки есть цитоскелет — система белковых нитей и трубочек внутри неё. Он поддерживает форму, участвует в движении клетки и перемещении органоидов. Это не скелет из костей, но он выполняет опорные функции на клеточном уровне.
§31. Опора тела организмов
