"Биология. Биологические системы и процессы (углублённый уровень)", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Опорная система придаёт организму форму, поддерживает его части и помогает противостоять силе тяжести и внешним воздействиям. У разных организмов эту роль выполняют давление жидкости, наружные или внутренние скелетные структуры, клеточные стенки, тургор и механические ткани. Опора тесно связана с движением: мышцы изменяют форму тела или перемещают его части, опираясь на твёрдые либо упругие структуры. Понимание различий между гидростатическим скелетом, экзоскелетом и эндоскелетом помогает объяснить особенности роста, защиты и передвижения животных и растений.
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 противостоят внешним воздействиям. Проще говоря, это «каркас» организма, даже если он не состоит из костей. Он нужен для сохранения положения тела и работы мышц.
Гидростатический скелет — система опоры, в которой форму тела поддерживает давление жидкости в замкнутой полости. Жидкость почти не сжимается и передаёт давление стенкам тела. Благодаря этому мышцы могут менять форму организма, не разрушая его.
Экзоскелет — наружный скелет, расположенный на поверхности тела и защищающий организм. Он также поддерживает форму и служит местом прикрепления мышц. Его жёсткость полезна для защиты, но становится препятствием для роста.
Эндоскелет — внутренний скелет, к которому прикрепляются мышцы и который растёт вместе с организмом. Он не закрывает тело сплошной оболочкой, поэтому сохраняет подвижность частей. У позвоночных эндоскелет одновременно поддерживает тело и защищает внутренние органы.
Опора нужна организму потому, что мягкие ткани сами по себе часто не способны сохранять форму под действием силы тяжести и движений. Опорные структуры распределяют нагрузку и не дают телу чрезмерно сгибаться или сжиматься. К ним прикрепляются мышцы, поэтому опора становится основой перемещения тела и его частей.
У одноклеточных опору создаёт цитоскелет — сеть белковых нитей внутри клетки, поддерживающая её форму и положение органоидов. У растений клеточная стенка ограничивает растяжение клетки, а тургорное давление изнутри натягивает эту стенку. На уровне всего растения прочность усиливают механические ткани с утолщёнными стенками, поэтому стебли и листья сохраняют форму.
Гидростатический скелет действует благодаря жидкости, заключённой в полости тела. Поскольку жидкость почти несжимаема, давление от сокращения одной группы мышц передаётся стенкам и другим участкам тела. Согласованные сокращения продольных и кольцевых мышц меняют длину и ширину организма, как у дождевого червя.
Экзоскелет членистоногих образован прочным наружным покровом, часто содержащим хитин. Он защищает мягкие ткани от повреждений и высыхания, а изнутри к нему прикрепляются мышцы конечностей и тела. Однако оболочка не растягивается, поэтому животное периодически сбрасывает её при линьке.
Эндоскелет позвоночных расположен внутри тела и включает кости, хрящи и их соединения. Кости образуют рычаги, суставы задают возможные движения, а мышцы при сокращении перемещают эти рычаги. Кроме опоры, скелет защищает мозг, спинной мозг, сердце и другие органы.
| Признак | Гидростатический скелет | Экзоскелет | Эндоскелет | Опора растений |
|---|---|---|---|---|
| Расположение опорной структуры | Внутри тела, в полости с жидкостью | Снаружи тела | Внутри тела | В клетках, тканях и органах |
| Основной материал или фактор опоры | Давление жидкости и стенки тела | Хитиновый покров или другая твёрдая оболочка | Кости, хрящи, связки | Клеточная стенка, тургор, механические ткани |
| Примеры организмов | Дождевой червь, круглый червь | Рак, насекомые, пауки | Человек, рыбы, птицы | Травянистые и древесные растения |
| Как обеспечивается движение или изменение формы | Сокращением мышц и изменением давления | Сокращением мышц, прикреплённых к оболочке | Работой мышц, костей и суставов | Изменением тургора и ростом клеток, работой тканей |
| Преимущества | Гибкость и возможность изменять форму | Защита и прочная опора для мышц | Рост вместе с телом, защита органов и разнообразные движения | Опора без костей, прочность клеток и тканей |
| Ограничения | Меньшая защита внутренних органов | Рост требует линьки, оболочка может повреждаться | Переломы и повреждения суставов нарушают движение | Зависимость тургора от обеспеченности водой |
Сначала определите, где находится опорная структура: снаружи, внутри или в жидкости. Затем сопоставьте материал опоры и способ движения. При анализе растения учитывайте не только клеточные стенки, но и тургор и механические ткани.
Нужно определить тип опоры у дождевого червя, рака, человека и травянистого растения. Для каждого организма требуется назвать главную структуру, выполняющую опорную функцию. Решение строится на сравнении расположения и состава опоры.
Ответ: дождевой червь имеет гидростатический скелет, рак — экзоскелет, человек — эндоскелет, а травянистое растение опирается на клеточные стенки, тургор и механические ткани. Такой способ проверки подходит для незнакомых организмов.
Нужно объяснить, почему членистоногие растут только после линьки, а позвоночным обычно не требуется сбрасывать скелет. Причина связана не с самим фактом роста, а с расположением и свойствами опорной структуры. Сравним наружную оболочку и внутренний скелет.
Ответ: линька необходима из-за ограниченного растяжения экзоскелета. Внутренний скелет позвоночных растёт и перестраивается вместе с телом, поэтому обычный рост не сопровождается его сбрасыванием.
Нужно предсказать последствия повреждения клеточной стенки, потери тургора, перелома кости и повреждения экзоскелета. Для этого следует связать каждую структуру с её функцией. Нарушение опоры прежде всего изменит форму, прочность или движение.
Ответ: повреждение опорных структур приводит к деформации, потере прочности, снижению защиты или нарушению движения. Точный результат зависит от того, какая часть системы повреждена и насколько сильно.
Считать скелетом только кости позвоночных. Так забывают, что опорой могут быть жидкость, наружная оболочка, клеточная стенка или ткани растения. Проверьте себя: спросите, что сохраняет форму организма, даже если костей у него нет.
Путать экзоскелет с покровом. Ошибку допускают, когда учитывают только защиту от среды. Проверьте ответ по двум признакам: экзоскелет поддерживает тело и служит местом прикрепления мышц.
Утверждать, что эндоскелет полностью неподвижен. Кости сами не сокращаются, но суставы позволяют им перемещаться, когда мышцы тянут их. Проверьте себя: описывайте движение как совместную работу костей, суставов и мышц.
Не различать тургор и клеточную стенку. Тургор создаёт внутреннее давление, а стенка ограничивает растяжение клетки; только вместе они дают опору. Проверьте формулировку: давление должно быть названо внутренним, а стенка — прочной границей клетки.
До изучения темы нужны знания о строении клетки, цитоскелете, клеточной стенке, тургоре, тканях растений и мышечной ткани. С движением опора связана через прикрепление мышц к скелетным структурам или через изменение давления жидкости. Дальше эти сведения пригодятся при изучении эволюции животных, приспособления к среде и сравнении способов передвижения организмов.
Почему жидкость внутри тела может выполнять функцию скелета?
Жидкость почти не сжимается и передаёт давление во всех направлениях. Если она находится в замкнутой полости, давление натягивает стенки тела и поддерживает его форму, а мышцы могут изменять эту форму.
Чем экзоскелет отличается от обычного покрова?
Обычный покров главным образом отделяет организм от внешней среды. Экзоскелет дополнительно поддерживает тело, защищает его и служит местом прикрепления мышц.
Почему членистоногим необходима линька?
Их жёсткий экзоскелет не растягивается вслед за телом. Поэтому для роста животное сбрасывает старую оболочку, некоторое время остаётся мягким и формирует новый, больший покров.
Как растения сохраняют вертикальное положение без костей?
Давление воды внутри клеток создаёт тургор, а клеточные стенки ограничивают их растяжение. У многих растений дополнительную прочность дают механические ткани, например волокна и клетки с утолщёнными стенками.
Как опорная система связана с движением организма?
Мышцы сокращаются и тянут опорные структуры, к которым прикреплены. В результате меняется положение частей тела или всего организма: это происходит у животных с суставами, у червей с гидростатическим скелетом и у растений при изменении тургора.
§31. Опора тела организмов
