§ 17. Опора и движение организмов

Определения и обозначения

Опора — поддержание формы тела и противодействие действию силы тяжести. Благодаря опоре тело не сплющивается под собственным весом, а его внутренние органы сохраняют положение. Она нужна как организмам с твёрдыми скелетами, так и тем, у кого опорную роль выполняют другие структуры.

Движение — изменение положения организма или его частей относительно окружающей среды. Движением считают не только перемещение всего тела, но и сгибание конечности, поворот листа или рост побега в определённом направлении. Оно помогает живым существам взаимодействовать со средой.

Скелет — совокупность твёрдых или упругих образований, обеспечивающих опору и служащих местом прикрепления мышц. Скелет не обязательно состоит из костей: опорные структуры могут находиться снаружи или внутри тела. Их устройство определяет, как организм сохраняет форму и движется.

Двигательная система — взаимосвязанная система скелета и мышц, обеспечивающая движение тела. Скелет служит опорой, а сокращающиеся мышцы воздействуют на него и изменяют положение частей тела. Поэтому движение зависит от согласованной работы обеих составляющих.

Как это устроено

Опора нужна организму, потому что сила тяжести постоянно тянет его части вниз и может менять форму тела. Опорные структуры противодействуют этому воздействию, благодаря чему тело сохраняет устойчивость. Они также удерживают внутренние органы в определённом положении. Без опоры организму было бы сложнее сохранять форму и выполнять движения.

При гидроскелете жидкость внутри тела находится под давлением и передаёт его на стенки. Когда сокращаются мышцы, участок тела становится короче или уже, а давление жидкости помогает соседним участкам сохранять форму. Попеременное сокращение кольцевых и продольных мышц вызывает волнообразные изгибы. Так тело дождевого червя перемещается относительно поверхности.

Наружный скелет членистоногих образует прочный покров вокруг тела. Он защищает организм от повреждений и создаёт поверхность, к которой прикрепляются мышцы. Однако такой покров не может бесконечно растягиваться вслед за растущим животным. Поэтому членистоногое периодически сбрасывает старый покров — линяет, а затем формирует новый.

Внутренний скелет позвоночных находится внутри тела и растёт вместе с организмом. Он поддерживает тело, защищает некоторые органы и предоставляет места для прикрепления мышц. Сокращаясь, мышцы тянут кости, а кости перемещаются в суставах подобно рычагам. Такое устройство позволяет менять положение частей тела без сбрасывания скелета по мере роста.

Растениям не нужны мышцы, чтобы изменять положение органов. Их движения возникают, когда клетки растут неодинаково или меняют тургор — внутреннее давление содержимого на клеточные стенки. Медленный изгиб побега к свету связан с направленным ростом его клеток. Быстрое складывание листьев мимозы при прикосновении происходит из-за изменения тургора в отдельных клетках.

Типы скелета и их роль в опоре и движении

Сравнивайте типы скелета по месту расположения опоры, способу движения и ограничениям. Например, линька характерна для наружного скелета, а работа костей как рычагов — для внутреннего. Такая проверка помогает связать строение с образом жизни организма.

Разбор задач

Дождевой червь

Определите, какой тип скелета обеспечивает движение дождевого червя, и объясните роль жидкости и мышц. У червя нет костей или твёрдого наружного панциря. Поэтому нужно выяснить, что внутри его тела поддерживает форму при сокращении мышц.

1. Сначала исключите наружный и внутренний скелеты: у червя нет жёсткого покрова и костей. Значит, опорой служит жидкость в полости тела. Такой тип опоры называют гидроскелетом.
2. Затем свяжите жидкость с работой мышц. Давление жидкости передаётся на стенки тела и помогает им сохранять форму. Чередование сокращений кольцевых и продольных мышц создаёт изгибы.
3. Наконец, проследите результат сокращений. Червь поочерёдно вытягивает и укорачивает участки тела. Из-за этих движений он продвигается по поверхности.

Ответ: у дождевого червя гидроскелет. Жидкость под давлением служит опорой, а чередующиеся сокращения кольцевых и продольных мышц изгибают тело и обеспечивают перемещение.

Кузнечик и собака

Сравните движения кузнечика и собаки: укажите тип скелета, место прикрепления мышц и главное ограничение каждого типа. Оба животных активно передвигаются, но их опорные структуры устроены по-разному. При сравнении важно не только назвать скелет, но и объяснить, как он связан с движением и ростом.

1. У кузнечика наружный скелет: мышцы прикрепляются к внутренней поверхности покрова и тянут его участки. Покров защищает тело, но сам не увеличивается вместе с ним. Поэтому кузнечик должен линять, чтобы расти.
2. У собаки внутренний скелет, состоящий из костей. Мышцы прикрепляются к костям и при сокращении перемещают их в суставах. Кости действуют как рычаги, помогая выполнять движения.
3. Сопоставьте ограничения. Рост кузнечика требует смены наружного покрова, а движение собаки зависит от согласованной работы мышц и суставов. Это показывает, что разные типы скелета по-разному сочетают опору и движение.

Ответ: у кузнечика скелет наружный, мышцы прикрепляются к его внутренней поверхности, а рост ограничен покровом и требует линьки. У собаки скелет внутренний, мышцы прикреплены к костям, которые движутся в суставах; ограничения связаны с работой двигательной системы.

Движения растений

Объясните, почему побег изгибается к источнику света, а мимоза складывает листья при прикосновении. В первом случае изменение положения происходит постепенно, во втором — заметно быстрее. Значит, нужно установить, какие процессы обеспечивают каждый вид движения.

1. Рассмотрите изгиб побега. Клетки на разных его сторонах растут неодинаково, и орган постепенно меняет направление. Это ростовое движение, помогающее побегу развиваться к свету.
2. Теперь разберите реакцию мимозы. При прикосновении мышцы не сокращаются, потому что у растения их нет. Изменяется тургор клеток в участках листа, из-за чего лист складывается.
3. Сравните причины. Изгиб побега связан с направленным ростом клеток, а складывание листьев — с изменением их тургора. Оба процесса меняют положение частей растения, но происходят по-разному.

Ответ: побег изгибается к свету вследствие неодинакового роста клеток. Мимоза складывает листья из-за быстрого изменения тургора, поэтому растения могут двигаться без мышц.

Типичные ошибки

Ошибка: считать скелетом только кости. Так думают, потому что у человека кости хорошо заметны и обычно первыми приходят на ум при слове «скелет». Однако опору могут обеспечивать жидкость, наружные покровы и другие структуры. Проверьте себя: если у организма нет костей, выясните, что сохраняет форму его тела.

Ошибка: считать наружный скелет просто покровом, не связанным с движением. Его можно недооценить, потому что он находится снаружи и выглядит как оболочка. Но он защищает тело и служит местом прикрепления мышц. Проверьте себя: спросите, к чему прикрепляются мышцы и что защищает организм.

Ошибка: утверждать, что растения неподвижны. Такое впечатление возникает, если сравнивать их с быстро перемещающимися животными. Но органы растений растут в определённом направлении, а изменение тургора вызывает движения вроде складывания листьев. Проверьте себя: вспомните рост побега к свету и реакцию мимозы.

Ошибка: представлять, будто мышцы сами толкают кости. Мышцы действительно приводят скелет в движение, поэтому легко упустить способ их действия. На самом деле мышца сокращается и тянет кость, а кости перемещаются относительно друг друга в суставах. Проверьте себя: проследите цепочку «сокращение мышцы — движение кости — изменение положения части тела».

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания об уровнях организации организма, тканях и органах. В частности, нужно знать, что мышечная ткань способна сокращаться, а органы выполняют связанные между собой функции. Это помогает разобраться, почему движение зависит не от одной части тела, а от совместной работы структур.

Тема связана с опорно-двигательной системой человека и эволюцией животных. Сравнение гидроскелета, наружного и внутреннего скелетов показывает, как строение организма связано с образом жизни и средой. Такие примеры помогают понять приспособления организмов к разным условиям.

Эти знания пригодятся при изучении механики движения и работы суставов. Понимание того, как мышцы перемещают кости, помогает разбирать движения человека. Оно также связано с профилактикой нарушений осанки: положение тела зависит от работы опорно-двигательной системы.

Что запомнить

• Опора сохраняет форму тела и поддерживает органы.
• Движение обеспечивается взаимодействием опорных структур и мышц.
• Гидроскелет основан на давлении жидкости внутри тела.
• Наружный скелет защищает организм, но ограничивает рост и требует линьки.
• Внутренний скелет растёт вместе с организмом и служит местом прикрепления мышц.
• Растения двигаются благодаря росту, изменению тургора и движению отдельных клеток.
• Тип опоры связан со строением организма и способом его движения.