§46. Эволюция опорно-двигательной системы животных

Определения и обозначения

Опорно-двигательная система — совокупность опорных структур и мышц, которые поддерживают тело и обеспечивают движение. Её устройство зависит от среды обитания и способа передвижения животного. Например, для плавания, ползания или полёта нужны разные способы опоры и разные движения мышц.

Гидростатический скелет — опора тела, создаваемая жидкостью внутри него. Когда мышцы сокращаются, они сдавливают жидкость и меняют форму тела. Такая опора помогает животному двигаться без твёрдых костей или покрова, как это происходит у дождевого червя.

Наружный скелет — твёрдый покров, который поддерживает и защищает тело снаружи. К его внутренней поверхности прикрепляются мышцы, поэтому их сокращения могут двигать части тела. Такой скелет прочен, но не растёт непрерывно вместе с животным, поэтому у членистоногих рост связан с линькой.

Внутренний скелет — система опорных элементов, расположенная внутри тела. Он поддерживает тело, защищает некоторые органы и даёт мышцам точки опоры. Благодаря такому устройству животное может двигаться, не теряя внутренней опоры при увеличении размеров тела.

Как это устроено

Движение возникает не только из-за сокращения мышц: мышцам нужна опора, от которой они могут отталкиваться или которую могут тянуть. В ответ на сокращение меняется положение частей тела либо его форма. Опорой бывают твёрдые структуры и жидкость внутри тела, поэтому животные могут двигаться при разном устройстве скелета. Именно совместная работа мышц и опоры позволяет управлять движением.

У многих беспозвоночных опору создают жидкость, наружный покров или раковина, но эти структуры устроены неодинаково. У червеобразных животных жидкость помогает сохранять форму тела и передавать действие мышц. У моллюсков раковина может защищать мягкое тело, а движение обычно обеспечивают мышцы, например мускулистая нога. Какой вариант полезнее, зависит от условий жизни: опора должна помогать двигаться и одновременно выполнять нужную защитную или поддерживающую роль.

У членистоногих наружный скелет не только защищает тело, но и служит местом прикрепления мышц. Это позволяет сгибать и разгибать отдельные части тела, например ноги кузнечика. Однако твёрдый покров не увеличивается непрерывно вслед за животным и становится тесным. Поэтому для дальнейшего роста членистоногое сбрасывает старый покров; этот процесс называется линькой.

У позвоночных внутренний скелет образован хрящами и костями. Позвоночник поддерживает тело, а череп защищает головной мозг; скелет также создаёт опору для прикрепления мышц. Пояса конечностей соединяют конечности с туловищем и помогают передавать усилие при движении. Такое расположение опорных элементов внутри тела даёт возможность поддерживать тело и защищать важные органы.

Конечности позвоночных изменяются в связи с тем, как животное передвигается и где живёт. Плавники помогают перемещаться в воде, а конечности наземных животных приспособлены к опоре на суше, ходьбе, прыжкам или рытью. У летучих мышей передние конечности преобразованы в крылья, а у кротов — в органы для копания. Это разные приспособления, а не обязательные ступени, которые последовательно проходят все животные.

Опорные структуры и движение у разных групп животных

Сначала найди в таблице группу животных и определи, какая структура служит ей опорой. Затем сравни способ движения и выясни, как он связан со средой обитания. Таблица показывает разнообразие приспособлений, а не единую обязательную последовательность развития.

Разбор задач

Задача 1. Сравнить, за счёт чего поддерживается форма тела дождевого червя и кузнечика.

1. Определяем, какая опора есть у дождевого червя: внутри его тела находится жидкость, на которую действуют мышцы.
2. Устанавливаем опору кузнечика: его тело снаружи покрыто твёрдым наружным скелетом, к которому прикреплены мышцы.
3. Сравниваем результаты: у червя форму помогает сохранять жидкость, а у кузнечика — плотный внешний покров.

Ответ: у дождевого червя опорой служит жидкость внутри тела, у кузнечика — наружный скелет. Это разные типы опоры, поэтому нельзя объяснять форму тела обоих животных одинаково.

Задача 2. Объяснить, почему рост кузнечика сопровождается линькой.

1. Вспоминаем расположение скелета кузнечика: твёрдый покров находится снаружи и охватывает тело.
2. Учитываем, что покров не растёт непрерывно вместе с телом и начинает ограничивать его увеличение.
3. Делаем вывод: чтобы продолжить расти, кузнечик сбрасывает старый покров и формирует новый.

Ответ: кузнечику необходимо линять, потому что его наружный скелет ограничивает рост. После сбрасывания старого покрова тело может увеличиться, пока новый покров остаётся мягким и постепенно затвердевает.

Задача 3. Сопоставить передние конечности крота и летучей мыши и объяснить различие их функций.

1. Сначала отмечаем общее: передние конечности обоих животных являются частью внутреннего скелета позвоночного и связаны с мышцами.
2. Затем определяем образ жизни: крот передвигается под землёй, а летучая мышь летает.
3. Связываем строение с задачей: конечности крота приспособлены к рытью, а удлинённые пальцы летучей мыши поддерживают крыло.

Ответ: передние конечности имеют общий план строения, но выполняют разные функции. У крота они помогают копать, у летучей мыши — обеспечивают полёт; различие связано с образом жизни животных.

Типичные ошибки

Ошибка: считать наружный и внутренний скелеты одинаковыми по расположению. Их можно перепутать, если обращать внимание только на то, что оба поддерживают тело. Проверь себя вопросом «где находится опора?»: наружный скелет расположен снаружи, внутренний — внутри тела.

Ошибка: думать, что у всех беспозвоночных опора устроена одинаково. Такое впечатление может возникнуть из-за объединения животных в одну большую группу, но их строение очень разнообразно. Чтобы проверить себя, сравни конкретные примеры: у червя опорой служит жидкость, а у членистоногого есть твёрдый наружный покров.

Ошибка: представлять эволюцию как прямую последовательность от простого скелета к сложному. Такую схему удобно запоминать, но она создаёт неверное впечатление, будто все животные развивались одинаково. Проверь себя, сопоставив способы опоры у разных групп: они приспособлены к разным условиям, а не выстроены в одну обязательную лестницу.

Ошибка: считать, что конечности всех позвоночных выполняют одну и ту же функцию. У них действительно есть общие черты строения, из-за чего назначение конечностей легко смешать. Проверь себя, назвав способ движения животного: конечность может быть приспособлена к плаванию, ходьбе, рытью или полёту.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, нужно знать основные группы животных, условия их обитания и то, как мышцы участвуют в движении. Эти знания связаны с изучением эволюции позвоночных: строение опоры и конечностей помогает понять приспособления к водной, наземной и воздушной среде. Тема пригодится при сравнении скелетов животных и объяснении функций конечностей человека. Сравнивая разные группы, можно увидеть, как сходные задачи решаются разными способами.

Что запомнить

• Опора и мышцы действуют совместно.
• Гидростатический скелет использует жидкость внутри тела.
• Наружный скелет защищает тело и служит местом прикрепления мышц.
• Для роста членистоногим приходится линять.
• Внутренний скелет поддерживает тело и защищает органы.
• Строение конечностей связано со способом передвижения.
• Эволюция опорно-двигательной системы шла по разным направлениям.