Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор
Биология. В 3-х томах. Т. 3
Глава 17. Движение и опора
Движение может происходить на уровне клетки (например, перетекание цитоплазмы или плавание гамет), на уровне органа (сокращение сердца, движение конечности и т. д.) или на уровне целого организма. Передвижение всего организма с одного места на другое называется локомоцией. Растениям свойственно движение на клеточном и часто на органном уровнях, локомоторная же активность, т. е. перемещение всего организма в поисках пищи или воды, у них отсутствует.
У огромного большинства животных в процессе эволюции выработались сложные локомоторные системы, позволяющие искать и добывать пищу. Лишь немногие животные успешно приспособились к сидячему образу жизни; однако даже у них отдельные части тела отличаются большой подвижностью.
Для некоторых животных локомоторная активность — это не только способ поиска пищи, но и средство для спасения от хищников. Кроме того, перемещаясь, животные расселяются, осваивают новые благоприятные местообитания, а также находят себе половых партнеров.
Локомоция стала возможной в результате формирования, взаимодействия и координированной работы нервной, мышечной и скелетной систем. Мышцы, участвующие в локомоции, прикреплены к частям скелета, и их называют скелетными мышцами (разд. 17.4.1). Они работают как машины, преобразующие химическую энергию в механическую. Мышцы способны сокращаться и при этом приводить в движение системы рычагов, составляющие часть скелета. Благодаря координированной работе рычагов животное перемещается. Скелетно-мышечная система обеспечивает также поддержание позы и находится под общим контролем центральной нервной системы.
Другие мышцы не участвуют в передвижении всего организма, но обеспечивают перемещение веществ внутри тела. Сердечная мышца (разд. 8.5) прогоняет по всему телу кровь, а сокращение или расслабление гладкой мускулатуры (разд. 17.5.3) в стенках различных кровеносных сосудов, изменяя их просвет, регулирует кровоток. Гладкая мускулатура кишечника своими волнообразными сокращениями (перистальтика) проталкивает пищу по кишечному тракту (разд. 10.4.11). Это лишь некоторые из многочисленных процессов такого рода, происходящих в организме.
В этой главе нас будет интересовать в первую очередь локомоторная активность, и мы подробно рассмотрим две системы организма-скелетную и мышечную, а затем познакомимся с типами локомоции, свойственными различным организмам.
17.1. Скелетные системы
У огромного большинства животных имеются разного рода опорные структуры, начиная от простых плотных палочковидных образований у простейших до сложно устроенного скелета у членистоногих и позвоночных. Опорные системы, как правило, обеспечивают характерную форму тела, а она в свою очередь обусловлена определенными потребностями организма. Поэтому такие системы у животных, обитающих на суше или в воде, передвигающихся на двух или четырех ногах, по земле или по воздуху, неизбежно должны иметь разное строение.
Основные функции скелета следующие:
1. Опора. Скелет любого типа служит жестким, устойчивым к сжатию каркасом тела. Он помогает телу сохранять определенную форму. У наземных организмов скелет обеспечивает опору для всей массы тела, противодействуя силе тяжести, и во многих случаях приподнимает тело над землей. Это облегчает животным передвижение по суше. Внутренние органы оказываются закрепленными и подвешенными к скелету.
2. Защита. У некоторых животных (членистоногих) имеется экзоскелет, или наружный скелет, который защищает нежные внутренние органы. У других животных эту функцию выполняют части эндоскелета — внутреннего скелета. У человека, например, черепная коробка обеспечивает защиту головного мозга и органов чувств (зрения, обоняния, равновесия и слуха), позвоночник — защиту спинного мозга, а ребра и грудина-защиту сердца, легких и крупных кровеносных сосудов.
3. Локомоция. Скелет, построенный из жесткого материала, служит местом прикрепления мышц. При сокращении мышц части скелета работают как рычаги, и это приводит к различным движениям. У мягкотелых животных при движении опорой для сокращающихся мышц служит полостная жидкость.
Различают три основных типа скелета: гидростатический скелет, экзоскелет и эндоскелет.
17.1.1. Гидростатический скелет
Этот тип характерен для мягкотелых животных. У них имеется полостная жидкость, заключенная внутри мышечных стенок тела. Эта жидкость оказывает давление на мышцы, а те в свою очередь способны сокращаться, преодолевая это давление. Мышцы не прикреплены к каким-либо структурам, и поэтому при сокращении они тянут лишь друг друга. Животное сохраняет определенные размеры и форму тела благодаря давлению полостной жидкости, с одной стороны, и сокращающихся мышц — с другой. Обычно мышечные волокна образуют два слоя — продольную и кольцевую мускулатуру. Движение происходит благодаря тому, что эти слои работают как антагонисты. У несегментированных животных (таких, как нематоды) давление на жидкость при сокращении мышц передается во все части тела. У сегментированных животных (таких, как Lumbricus terrestris — обыкновенный дождевой червь) этот эффект локализован и лишь определенные сегменты приводятся в движение или изменяют форму. Подробно роль гидростатического скелета при движении на примере дождевого червя будет рассмотрена в разд. 17.6.5.