6.3: Типи локомоції

Last updated
Save as PDF

Page ID: 72841

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть різні типи локомоції з посиланням на обмеження навколишнього середовища та/або підтримку жорсткої структури для функції м'язів

М'язова і скелетна системи забезпечують підтримку тіла і дозволяють рухатися. Кістки скелета захищають внутрішні органи організму і підтримують вагу тіла. М'язи м'язової системи скорочуються і тягнуть на кістки, дозволяючи рухи настільки різноманітні, як стоячи, ходьба, біг і захоплення предметів. Ми зосередимося на зв'язку між скелетною та м'язовою системою людини, щоб проілюструвати, як ці дві системи органів координуються для створення локомоції.

Скелетна система людини

Скелет людини - це ендоскелет, який складається з 206 кісток у дорослої людини. Ендоскелет розвивається всередині тіла, а не зовні, як екзоскелет комах. Скелет виконує п'ять основних функцій: забезпечення підтримки організму, зберігання мінералів і ліпідів, вироблення клітин крові, захист внутрішніх органів і забезпечення руху. Скелетна система у хребетних поділяється на осьовий скелет (який складається з черепа, хребетного стовпа та грудної клітини) та апендикулярний скелет (який складається з кісток кінцівок, грудного або плечового пояса та тазового пояса).

Дослідіть скелет людини, переглянувши наступне відео з цифровою 3D-скульптурою.

Осьовий скелет утворює центральну вісь тіла і включає в себе кістки черепа, кісточки середнього вуха, під'язикову кістку горла, хребетний стовп, грудну клітку (грудну клітку) (рис. 6.5).

Кістки черепа підтримують структури обличчя і захищають мозок. Череп складається з черепних кісток і лицьових кісток. Кістки черепа утворюють порожнину черепа, яка охоплює мозок і служить місцем кріплення м'язів голови і шиї. У дорослої людини вони щільно з'єднані зі сполучною тканиною і прилеглі кістки не рухаються.

Слухові кісточки середнього вуха передають звуки з повітря у вигляді вібрацій до заповненої рідиною равлики. Слухові кісточки складаються з двох кісток молотка (молотка), двох кісток інкуса (ковадла) і двох стрічок (стремена), по одній з кожного боку. Лицьові кістки забезпечують порожнини для органів почуттів (очі, рот і ніс) і служать точками кріплення для м'язів обличчя.

Під'язикова кістка лежить нижче нижньої щелепи в передній частині шиї. Він виступає рухомою основою для мови і з'єднаний з м'язами щелепи, гортані, мови. Нижня щелепа утворює суглоб з основою черепа. Нижня щелепа контролює отвір до рота і, отже, дихальних шляхів і кишки.

Хребетний стовп, або хребетний стовп, оточує і захищає спинний мозок, підтримує голову, виконує роль місця кріплення ребер і м'язів спини і шиї. Він складається з 26 кісток: 24 хребців, крижів і куприка. Кожне тіло хребця має великий отвір в центрі, через яке спинний мозок проходить вниз до рівня першого поперекового хребця. Нижче цього рівня отвір містить спинномозкові нерви, які виходять між хребцями. На кожній стороні отвору є виїмка, через яку спинномозкові нерви можуть виходити зі спинного мозку, щоб обслуговувати різні ділянки тіла. Хребетний стовп приблизно 70 см (28 дюймів) у дорослих і вигнутий, що видно збоку.

Міжхребцеві диски, що складаються з фіброзного хряща, лежать між сусідніми хребцями від другого шийного хребця до крижів. Кожен диск допомагає сформувати злегка рухомий суглоб і діє як подушка для поглинання ударів від таких рухів, як ходьба і біг.

Грудна клітка, також відома як грудна клітка, складається з ребер, грудини, грудних хребців та реберних хрящів. Грудна клітка охоплює і захищає органи грудної порожнини, включаючи серце і легені. Він також забезпечує підтримку плечових поясів і верхніх кінцівок і служить місцем кріплення діафрагми, м'язів спини, грудей, шиї, плечей. Зміни в обсязі грудної клітки дозволяють дихати. Грудина, або грудина, являє собою довгу плоску кістку, розташовану в передній частині грудної клітини. Як і череп, він утворюється з багатьох кісток в ембріоні, який зростається у дорослої людини. Ребра - це 12 пар довгих вигнутих кісток, які прикріплюються до грудних хребців і вигинаються до передньої частини тіла, утворюючи грудну клітку. Реберні хрящі з'єднують передні кінці більшості ребер з грудиною.

Апендикулярний скелет складається з кісток верхніх і нижніх кінцівок. Він також включає в себе грудний, або плечовий пояс, який прикріплює верхні кінцівки до тіла, і тазовий пояс, який прикріплює нижні кінцівки до тіла (рис. 6.5).

Кістки грудного пояса передають силу, що генерується м'язами, що діють на верхню кінцівку, до грудної клітки. Він складається з ключиць (або ключиць) спереду, а лопатки (або лопатки) ззаду.

Верхня кінцівка містить кістки руки (плече до ліктя), передпліччя, кисті. Плечова кістка - найбільша і довга кістка верхньої кінцівки. Утворює суглоб з плечем і з передпліччям в лікті. Передпліччя простягається від ліктя до зап'ястя і складається з двох кісток. Рука включає в себе кістки зап'ястя, долоні, кістки пальців.

Тазовий пояс прикріплюється до нижніх кінцівок осьового скелета. Так як він відповідає за виношування ваги тіла і за пересування, тазовий пояс надійно кріпиться до осьового скелету міцними зв'язками. Він також має глибокі розетки з міцними зв'язками, які надійно кріпляться до стегнової кістки. Тазовий пояс в основному складається з двох великих кісток стегна. Кістки стегна з'єднуються між собою в передній частині тіла в суглобі, званому лобковим симфізом, і з кістками крижів в задній частині тіла.

Нижня кінцівка складається з стегна, гомілки і стопи. Кістки нижніх кінцівок товщі і міцніші, ніж кістки верхніх кінцівок, щоб підтримувати всю вагу тіла і сили від локомоції. Стегнова кістка, або стегнова кістка, є найдовшою, найважчою і міцною кісткою в організмі. Стегнова кістка і таз утворюють тазостегновий суглоб. На іншому її кінці стегнова кістка разом з гомілкової і колінної чашечкою утворюють колінний суглоб.

Суглоби і скелетний рух

Точка, в якій зустрічаються дві і більше кісток, називається суглобом, або зчленуванням. Суглоби відповідають за рух, такі як рух кінцівок, і стабільність, наприклад, стабільність, виявлена в кістках черепа.

Існує два способи класифікації суглобів: виходячи з їх будови або виходячи з їх функції. Структурна класифікація ділить суглоби на фіброзні, хрящові і синовіальні суглоби в залежності від матеріалу, що становить суглоб, і наявності або відсутності порожнини в суглобі. Кістки фіброзних суглобів скріплюються фіброзною сполучною тканиною. Між кістками немає порожнини, або простору, тому більшість фіброзних суглобів взагалі не рухаються, або здатні лише до незначних рухів. Суглоби між кістками в черепі і між зубами і кісткою їх розеток є прикладами фіброзних суглобів (рис. 6.6а).

Хрящові суглоби - це суглоби, в яких кістки з'єднані хрящами (рис. 6.6б). Приклад зустрічається на суглобах між хребцями, так званих «дисках» хребта. Хрящові суглоби дозволяють дуже мало рухатися.

Синовіальні суглоби - єдині суглоби, які мають простір між прилеглими кістками (рис. 6.6в). Цей простір називають порожниною суглоба і заповнене рідиною. Рідина змащує суглоб, зменшуючи тертя між кістками і дозволяючи більше рухатися. Кінці кісток покриті хрящем і весь суглоб оточений капсулою. Синовіальні суглоби здатні до найбільшого руху суглобових типів. Коліна, лікті та плечі - приклади синовіальних суглобів.

Широкий діапазон рухів, дозволених синовіальними суглобами, виробляє різні типи рухів. Кутові рухи виробляються при зміні кута між кістками суглоба. Згинання, або згинання, відбувається при зменшенні кута між кістками. Рух передпліччя вгору в лікті - приклад згинання. Розгинання протилежне згинанню в тому, що кут між кістками суглоба збільшується. Обертальний рух - це рух кістки, коли вона обертається навколо власної поздовжньої осі. Рух голови як у приказці «ні» є прикладом обертання.

Пересування тварин

Люди обмежуються наземним переміщенням на двох кінцівках або плаванням усіма чотирма кінцівками. Інші тварини більш широко досліджують як водне, так і повітряне царство. Наприклад, птахи є відмінними плавцями і літаками. Однак деякі птахи погано вміють пересуватися як в повітрі, так і у воді. Одним із прикладів птахів з обмеженими здібностями в польоті є пінгвіни, а інший - члени вимерлої групи Hesperirnithformes, які, як і пінгвіни, не вміли плавати у воді і мали лише обмежене переміщення на суші.

Перегляньте відео про рух плавання у вимерлих Hesperornithiformes, щоб допомогти вам зрозуміти, як скелет та м'язи координуються для створення локомоції та чому деякі тварини можуть бути більш обмеженими в пересуванні в одному типі середовища.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Який режим пересування, на вашу думку, найменш ефективний з точки зору загальних витрат енергії, якщо ви розглядаєте тварин різного розміру?