Рассмотрите рисунки 86-93. Какие органы и их части выполняют функцию опоры у организмов? Чем скелетные системы изображенных на рисунках животных отличаются друг от друга? Какие структуры обеспечивают движение организмов, изображенных на рисунках?
Рис. 86. Компоненты каркаса растений - волокна древесины: I — поперечный срез; II — продольный срез: 1 - древесное волокно; 2 — древесная паренхима; 3 — сосуды
Большинство организмов обладают разного рода опорными системами, поддерживающими форму их тела, играющими защитную роль и обеспечивающие движения. У растений, грибов и бактерий такие функции в основном выполняет клеточная оболочка, состоящая из целлюлозы, хитина или муреина соответственно. У животных в роли опоры тела выступают различные скелетные системы.
Каркас растений. Органы растений обладают прочностью. Основу их составляют клетки механической ткани с утолщенными клеточными оболочками, состоящими из целлюлозы. У многих растений оболочки одревесневают, т.е. пропитываются особыми веществами: лигнином, танином, солями кальция и кремнеземом, и образуют твердый каркас растения, своеобразный его внутренний «скелет» (рис. 86).
В зеленых стеблях, жилках листьев, плодоножках плодов каркас состоит из неравномерно утолщенных оболочек живых клеток. В древесных стеблях опора растения связана с волокнами луба и древесины - мертвыми клетками с равномерно утолщенными оболочками. В косточках слив, персиков, скорлупе орехов, незрелых плодах груш и айвы твердость обеспечивают каменистые клетки с утолщенными и пропитанными лигнином клеточными оболочками (см. рис. 80, 2).
Скелеты одноклеточных и многоклеточных беспозвоночных животных. У животных бывают внутренний, наружный и гидростатический скелеты. Сложно устроенный внутренний скелет имеется у одноклеточных морских простейших - радиолярий (рис. 87,1). Он представлен скелетными иглами, состоящими из кремнезема, радиально сходящимися к центру клетки.
Рис. 87. Внутренние скелеты одноклеточных и беспозвоночных животных: 1 - скелетные иглы у радиолярии; 2 - известковый скелет у колониальных коралловых полипов; 3 - гидростатический скелет у кольчатого (дождевого) червя
Этот скелет выполняет двоякую роль: защищает тело животного от повреждения и способствует его пассивному передвижению в толще воды.
Внутренний известковый скелет имеется у колониальных коралловых полипов (рис. 87, 2). Он состоит из известковых игл, которые формирует каждый отдельный полип из солей морской воды и откладывает в своей подошве, в результате чего внутри колонии, состоящей из множества полипов, образуется плотная и твердая масса, выполняющая роль опоры.
Гидростатическийскелетвстреча.етсяумягкотелых животных, например, кольчатых червей (рис. 87, 3). У них в полости тела имеется особая полостная жидкость, которая оказывает давление на мышцы животного, соединенные с его кожными покровами. Мышцы способны сокращаться и преодолевать это давление, в результате чего червь передвигается.
Наружный скелет имеют членистоногие. Он вырабатывается клетками кожи и состоит из неклеточного образования - хитина. Поэтому его называют хитиновым покровом (рис. 88). В участках наружного скелета членистоногих, которые должны сохранять подвижность, в частности в местах сочленения отделов конечностей, хитиновый покров мягкий. Отделы конечностей соединены при помощи этих сочленений подвижно, подобно рычагам. Их движение обеспечивают мышцы, которые прикрепляются к хитиновому покрову изнутри. Снаружи хитиновый покров имеет водонепроницаемый воскоподобный слой, предохраняющий тело наземных членистоногих от потери воды. Таким образом, наружный скелет членистоногих (хитиновый покров) выполняет функции опоры и защиты для внутренних органов и защищает организм от обезвоживания.
Рис. 88. Наружный скелет (хитиновый покров) членистоногих: 1 — слои хитина; 2 — мышцы; 3 - подвижное сочленение отделов конечности
Скелет позвоночных животных и человека. Внутренний скелет, состоящий из костной, хрящевой и волокнистой соединительной тканей, имеют позвоночные животные, в том числе и человек. Такой скелет образован костями, хрящами и сухожилиями.
В химический состав костей входят неорганические вещества (вода, карбонаты и фосфаты кальция) и органические (белок оссеин). Органические вещества придают костям упругость, а неорганические - твердость.
Кости скелета соединены между собой неподвижно - посредством костных швов, полуподвижно или подвижно - с помощью суставов. К костям прикреплены мышцы, которые приводят кости, соединенные суставами, в движение. Таким образом, внутренний скелет позвоночных животных расположен под слоем мышц. От наружного скелета беспозвоночных он отличается еще и тем, что состоит из живой ткани и может расти в теле животного. Поэтому у этих животных нет необходимости в линьках.
Скелет позвоночных, например, человека, состоит из четырех отделов: черепа, осевого скелета, поясов конечностей и свободных конечностей (рис. 89). Череп, образованный костями лицевого и мозгового отделов, служит для защиты головного мозга, опорой для зубов и мышц головы. Осевой скелет состоит из позвоночника и грудной клетки. Он развивается в процессе зародышевого развития из хорды, которая характерна для всего типа Хордовые. У позвоночных животных хорда постепенно замещается позвоночником, и от нее сохраняются лишь остатки между телами позвонков. Однако у некоторых животных этого типа, например, ланцетников, хорда сохраняется в течение всей жизни.
Рис. 89. Скелет человека: 1 — череп; 2 - грудная клетка; 3 — позвоночник; 4 - плечевой пояс; 5 — тазовый пояс; 6 — скелет верхней конечности: 7 — скелет нижней конечности
Грудная клетка, образованная ребрами и грудиной, защищает расположенные в ней сердце и легкие. Кроме того, движения ребер, осуществляемые при помощи сокращения межреберных мышц, обеспечивают у наземных позвоночных животных дыхательные движения - вдох и выдох.
Наиболее подвижными отделами скелета у представителей позвоночных животных, в том числе и человека, являются пояса конечностей и свободные конечности, образующие периферический скелет. Например, у млекопитающих верхние конечности соединены с осевым скелетом при помощи парных костей плечевого пояса - лопаток и ключиц, а нижние конечности - посредством парных тазовых костей. К скелету свободных конечностей прикреплены мышцы, обеспечивающие движение в суставах. Таким образом, скелет позвоночных выполняет функции опоры, защиты и движения.
Движение одноклеточных организмов. Перемещение всего организма или его частей в пространстве - один из характерных признаков живого. Оно может совершаться пассивно (с током воды или воздуха), но встречается и активное движение, которое лучше выражено у животных, чем у растений и грибов. Рассмотрим основные виды активного движения организмов.
Движение бактерий, водорослей и простейших обеспечивают мельчайшие нити сократительных белков, расположенные в цитоплазме клеток и в двигательных органоидах - жгутиках и ресничках. Так, у простейших различают три способа движения: амебоидное, жгутиковое и ресничное (рис. 90).
Движение многоклеточных растений. Хотя у растений нет органов чувств, нервной и мышечной систем, у них отчетливо проявляются изменения направления роста отдельных органов, называемые тропизмами - ростовыми движениями. Причиной тропизмов служит направленно действующий раздражитель: свет, влага, химическое вещество и др.
Рис. 90. Некоторые способы движения простейших: 1 — амебоидное (выход амебы из цисты); 2 — жгутиковое — у эвглены зеленой
Тропизмы бывают положительными и отрицательными. В зависимости от характера действующего раздражителя встречаются разные виды ростовых движений. Так, побег растения проявляет положительный фототропизм (растет по направлению к свету), а корень - отрицательный фототропизм (рис. 91). Растения реагируют и на гравитационное поле Земли. Например, зародышевый корень семени растет всегда вертикально вниз, в почву (положительный геотропизм), а побег - вертикально вверх от поверхности Земли (отрицательный геотропизм).
Помимо тропизмов у растений наблюдаются движения иного типа - настии (от греч. nastys - уплотненный). Они возникают при действии ненаправленных раздражителей, например, от сотрясения или при изменении температуры. Так, если прикоснуться к листьям «стыдливой мимозы», они быстро складываются в продольном направлении и опускаются вниз. Цветки тюльпана открываются и закрываются в ответ на потепление или охлаждение воздуха.
Рис. 91. Тропизмы растений: 1 — фототропизм; 2 - положительный геотропизм у корня и отрицательный геотропизм у побега
Движения многоклеточных животных и человека.
Большинство многоклеточных животных передвигаются благодаря мышечной системе. У кишечнополостных она представлена сократительными волоконцами, расположенными внутри кожно-мускульных и пищеварительно-мускульных клеток. Мышечная система у большинства червей образована кожно-мускульным мешком.
Рис. 92. Некоторые скелетные мышцы тела человека
Мышечная система членистоногих состоит из мышц, прикрепленных к наружному скелету - хитиновому покрову (см. рис. 88). В связи с развитием отдельных мышц членистоногие могут ходить, прыгать, плавать. Одно из наиболее сложных движений - это полет насекомых.
Рис. 93. Основные способы мышечного движения у позвоночных животных: 1 - плавание рыбы; 2 — полет птицы; 3 — ходьба и бег млекопитающего
Мышечная система позвоночных составляет в среднем у животных около 30% массы тела (у человека до 44%). Она связана с костями скелета, поэтому называется скелетной мускулатурой (рис. 92). Скелетные мышцы имеют различную форму, расположение в теле и выполняют разные функции.
Мышечное движение у позвоночных животных представлено различными способами плавания, полета и перемещения по суше (рис. 93). Так, плавание у рыб осуществляется благодаря сокращению отдельных сегментов мышц, расположенных вдоль гибкого позвоночника (рис. 93, 1). Сокращения мышц начинаются от головы и распространяются к хвосту. Хвостовой плавник, которым заканчивается тело рыбы, при боковых движениях изгибается и с силой отталкивается от достаточно плотной среды - воды.
Полет у птиц обеспечивается движением крыльев. С костями крыла связаны летательные мышцы, которые осуществляют их поднятие и опускание (рис. 93, 2). При махе вниз, крылья выпрямляются, опахала перьев плотно смыкаются, что обеспечивает максимальное сопротивление воздуху и создает подъемную силу крыла.
Движение по суше наземных четвероногих животных осуществляется с помощью рычажных конечностей (рис. 93, 3). Они перемещаются вперед благодаря сокращению мышц сгибателей и разгибателей. Сокращение мышечных волокон происходит под влиянием нервных импульсов и координируются двигательными центрами, расположенными в больших полушариях головного мозга. Благодаря этому осуществляется согласованная работа разных мышц, обеспечивающих перемещение в пространстве.
Опорные системы: каркас: скелет: наружный, внутренний, гидростатический; кости; движения: амебоидное, жгу тиковое, ресничное; тропизмы, настии; мышечные системы.
1. Какие типы опорных систем встречаются у организмов? 2. Из чего состоит каркас тела у растений? 3. Чем представлены внутренний и наружный скелеты у беспозвоночных животных? 4. Среди членистоногих омары и крабы достигают величины в десятки сантиметров, а почвенные клещи и насекомые - листоблошки имеют микроскопические размеры. Объясните, почему. 5. Чем представлен внутренний скелет у позвоночных животных? Какие функции он выполняет? 6. Какими способами передвигаются простейшие? 7. Что такое тропизмы и настии? Приведите примеры различных тропизмов и настий, встречающихся у растений. 8. Охарактеризуйте основные способы мышечного движения беспозвоночных и позвоночных животных.
На примере скелета млекопитающего (морской свинки, кошки или кролика), выясните, из каких отделов и костей он состоит. Заполните таблицу (в тетради).
Скелет млекопитающего
