Скелет позвоночника у животных
Скелет — это фундамент каркаса тела, на котором закрепляются все мягкие ткани организма. Он придает форму и величину телу животного (рис. 4.3).
У многоклеточных организмов беспозвоночных каркас образован плотными соединительными перепонками (как у червей), на которых закреплялись мягкие ткани, приводящие тело в движение. Миллион лет тому назад с появлением позвоночных животных соединительнотканный скелет начал замещаться сначала хрящевым (хрящевые рыбы), а затем костным (костные рыбы). У наземных животных костная ткань совершенствовалась, и костным скелетом на дальнейших этапах филогенеза уже обладали амфибии и рептилии, но у них костная ткань была грубоволокнистая. Для млекопитающих и птиц характерна пластинчатая костная ткань. Так как «онтогенез повторяет филогенез», у домашних животных в эмбриональный период скелет сначала построен из соединительной ткани, затем — из хрящевой, а к моменту рождения — из костной (рис. 4.4).
Рис. 4.3. Скелет домашних животных:
I — скелет крупного рогатого скота; II — скелет овцы; III — скелет козы; IV — скелет лошади; V — скелет свиньи; VI — скелет собаки
Рис. 4.4. Развитие кости в онтогенезе:
а — перепончатый скелет; б — хрящевая закладка будущей кости; в — окостенение в диафизе (7); г — начало энхондрального окостенения (2); д — появление эпифизарного очага окостенения (3), образование компакты (4), губчатого вещества (5) и костного мозга (б); е — появление второго эпифизарного очага окостенения (7), метафизарного хряща (8), субхондральной кости (9); 8 + 9 —зоны роста: ж — закончился рост кости, на его концах образовался суставной хрящ (70)
Скелет домашних животных делится на осевой и периферический. Осевой скелет состоит из позвоночного столба, грудной клетки и черепа (рис. 4.5), а периферический — из конечностей (грудных и тазовых).
Рис. 4.5. Деление скелета на отделы
Осевой скелет
Позвоночный столб образован позвонками, соединенными друг с другом межпозвоночными дисками и суставными отростками (рис. 4.6). Такое строение позвоночника делает его гибким. Весь позвоночник разделяется на шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой отделы (рис. 4.7).
Рис. 4.6. Строение позвонка
Рис. 4.7. Скелет крупного рогатого скота с дорсальной поверхности:
7 — череп; 2 — шейный отдел; 3 — грудной отдел; 4 — поясничный отдел; 5 — крестцовый отдел; 6 — хвостовой отдел
Строение позвонков и их количество в каждом отделе свое, но любой позвонок имеет основные части — тело позвонка и расположенную над ним дугу (рис. 4.8). Тела позвонков формируют позвоночный столб, а дуги, расположенные над телами позвонков, образуют позвоночный канал, в котором расположен спинной мозг. На теле позвонка впереди имеется головка, сзади — ямка. Чем подвижнее позвонок, тем сильнее выражены его ямка и головка. На каждой дуге позвонка находится три вида отростков: по срединной плоскости сверху — непарные остистые отростки (особенно высокие на первых грудных позвонках, формирующих область холки); по переднему и заднему верхнему краю дуг — парные суставные отростки (краниальные и каудальные), которые при соединении, наклады- ваясь друг на друга, образуют суставы, соединяющие дуги позвонков.
На шейных позвонках (рис. 4.9) суставные отростки имеют широко расставленную, плоскую суставную поверхность, на грудных позвонках они имеют маленькие, плоские, сближенные суставные поверхности, а на поясничных позвонках передние суставные поверхности вогнутые, а задние — выпуклые.
Рис. 4.8. Строение позвонков различных отделов:
I — шейный позвонок; II — грудной позвонок; III — поясничный позвонок: а — тело позвонка; б — дуга позвонка; в — позвоночное отверстие; на теле позвонка: 7 — головка; 2 — ямка; 3 — реберная ямка (краниальная); 3′ — реберная ямка (каудальная); 3″ — реберная ямка на поперечном отростке; 4 — поперечный отросток; 4′ — поперечно-реберный отросток; 5 — суставной отросток (краниальный); 5′ — суставной отросток (каудальный); б — остистый отросток (или остистая шероховатость); 7 и 7′ — межпозвоночные вырезки (краниальная и каудальная); 7″ — межпозвоночное
отверстие
Рис. 4.9. Атлант:
А — крупный рогатый скот; 6 — лошадь; В — свинья; Г — собака: 7 — дорсальная дужка; 2 — вентральная дужка; 3 — крыло атланта; 4 — крыловое отверстие; 4′ — крыловая вырезка; 5 — межпозвоночное отверстие; б — поперечное отверстие; 7 — ямка зуба; 8 — каудальная суставная поверхность
По бокам тела позвонка у основания дуг грудных позвонков расположены парные поперечные отростки. Там, где к позвонкам не прикрепляются ребра, а прирастают лишь их рудименты, отростки называются поперечно-реберными (шейный и поясничный отделы).
На шее вместе с рудиментами ребер поперечно-реберные отростки раздваиваются, а на пояснице они плоские, длинные и расположены горизонтально. На грудных позвонках на поперечном отростке лежит суставная поверхность, она служит для соединения с бугорком ребра. Поперечный отросток небольшой. Только в грудном отделе есть ребра, соединенные суставами с грудными позвонками, которые на теле позвонка по бокам от головки и ямки имеют реберные ямки. В этом отделе осевой скелет формирует грудную клетку, движение стенки которой обеспечивает дыхание животного.
На шее особое строение имеют первый, второй и седьмой шейные позвонки. Первый из них называется атлантом (рис. 4.10). Вместо поперечных отростков он имеет крылья, впереди на нем имеются глубоковогнутые, большие суставные поверхности, которыми атлант соединяется с мыщелками затылочной кости черепа, а на заднем его крае расположены плоские обширные суставные поверхности, служащие для сочленения со следующим позвонком.
Второй шейный позвонок — осевой (эпистрофей) (рис. 4.11). Он длиннее остальных шейных позвонков, впереди вместо головки имеет зуб эпистрофея, а вместо остистого отростка образует мощный гребень осевого позвонка.
Седьмой шейный позвонок на каудальном конце тела, по бокам от ямки позвонка имеет пару реберных ямок, с которыми соединяется головка первого ребра, а его поперечные отростки уже не раздвоены.
Рис. 4.10. Осевой позвонок:
А — крупный рогатый скот; Б — лошадь; В — свинья; Г — собака: 7 — зуб осевого позвонка; 2 — гребень осевого позвонка; 3 — суставной отросток (каудальный); 4 — суставной отросток (краниальный); 5 — поперечный отросток; 6 — поперечное отверстие
В шейном отделе у всех домашних животных семь позвонков (табл. 4.2).
Грудные позвонки (см. рис. 4.8) отличаются прежде всего тем, что к ним суставами прикрепляются ребра и на них справа и слева имеется три пары реберных фасеток — две на теле по бокам от головки и ямки позвонка и одна на поперечном отростке. Суставные отростки плоские и маленькие, у краниальных суставная поверхность
Рис. 4.11. Крестцовая кость:
А — собака; 6 — свинья; В — крупный рогатый скот; Г — лошадь: 7 — головка первого крестцового позвонка; 2 — крылья крестцовой кости; 3 — ушковидная поверхность; 4 — дорсальные крестцовые отверстия; 5 — боковые части крестцовой кости; 6 — краниальные суставные отростки; 7 — каудальные суставные отростки; 8 — межкостные пространства; 9 — средний крестцовый гребень (остистые отростки); 70 — междуговые пространства
Таблица 4.2
Количество позвонков у разных видов млекопитающих
Вид животного | Отделы позвоночного столба | Всего | ||||
шейный | грудной | поясничный | крестцовый | хвостовой | ||
Крупный рогатый скот | 7 | 13 | 6 | 5 | 18-20 | 49-51 |
Лошадь | 7 | 17-19 | 6(5) | 5 | 17-19 | 53-55 |
Свинья | 7 | 14-16 | 7 (6-5) | 4 | 20-23 | 52-55 |
Овца | 7 | 13 | 6 | 4 | 3-24 | 33-54 |
Северный олень | 7 | 13 | 5 | 5 | 9-10 | 40-41 |
Верблюд | 7 | 13 | 6(7) | 5(4) | 13-20 | 43-50 |
Собака | 7 | 13 | 7(6) | 3 | 20-23 | 43-50 |
Человек | 7 | 12 | 5 | 5 | 4-5 | 23-34 |
направлена вверх, у каудальных — вниз. Грудных позвонков у собак и жвачных — 13, у свиней — 14— 16, у лошади — 18—19.
Поясничных позвонков (см. рис. 4.8) у собак и свиней, как и шейных, — 7, у жвачных и лошадей — 6. Поперечно-реберные отростки по бокам широко расставлены, (только у собак направлены вперед и вниз), а суставные отростки на поясничных позвонках значительно выдвигаются за каудальный и краниальный края дуги позвонка и имеют краниальные — вогнутую, а каудальные — выпуклую суставные поверхности.
Крестцовый отдел позвоночного столба (см. рис. 4.11) стал особым — к нему прикрепился тазовый пояс конечности, и потребовалось более прочное соединение крестцовых позвонков с тазом. Крестцовые позвонки срослись в крестцовую кость. Передние поперечно-реберные отростки тоже срослись в крылья крестцовой кости, к которым прикрепились крылья подвздошной кости таза. Остистые отростки также срослись с крестцовой костью и образовали, особенно у жвачных, мощный гребень. Только у свиней остистых отростков на крестцовой кости нет. В крестцовой кости у лошади и жвачных 5 позвонков, у свиней — 4, у собаки — 3.
Хвостовые позвонки находятся в стадии редукции. Первые позвонки еще сохраняют дуги, у остальных остались только тела позвонков в виде столбиков. Количество их варьирует от 6—7 до 22—25 (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Хвостовые позвонки:
А — собака; Б — свинья; В — крупный рогатый скот; Г — лошадь; I и II — первые хвостовые позвонки с дорсальной поверхности (?) и каудальной стороны (2); III — последние хвостовые позвонки: 7 — рудимент тела; 2 — рудимент дуги позвонка
Источник
Скелеты разных животных отличаются друг от друга. Их строение во многом зависит от места обитания и образа жизни конкретного организма. Что общего в скелете животных? Какие различия существуют? Чем отличается скелет человека от строения других млекопитающих?
Скелет – опора организма
Твердая и упругая структура из костей, хрящей и связок в теле человека и животных называется скелетом. Вместе с мышцами и сухожилиями он образует опорно-двигательную систему, благодаря которой живые существа могут перемещаться в пространстве.
Преимущественно он включает в себя кости и хрящи. В наиболее подвижной части они соединены суставами и сухожилиями, формируя единое целое. Твердый «каркас» организма не всегда состоит из костной и хрящевой ткани, иногда его образует хитин, кератин или даже известняк.
Удивительной составляющей тела являются кости. Они очень прочные и жесткие, способны выдерживать огромные нагрузки, но при этом остаются легкими. В молодом организме кости упругие, и со временем становятся более хрупкими и ломкими.
Скелет животных является своеобразной «кладовой» минеральных веществ. Если организм испытывает их недостаток, то баланс нужных элементов пополняется из костей. Кости состоят из воды, жира, органических веществ (полисахаридов, коллагена), а также солей кальция, натрия, фосфора, магния. Точный химический состав зависит от питания конкретного организма.
Значение скелета
Тело людей и животных — это оболочка, внутри которой находятся внутренние органы. Форму этой оболочке придает скелет. Мышцы и сухожилия крепятся прямо к нему, сокращаясь, они сгибают суставы, осуществляя движение. Так, мы можем поднять ногу, повернуть голову, сесть или держать что-нибудь рукой.
Кроме того, скелет животных и человека служит защитой для мягких тканей и органов. Например, ребра скрывают под собой легкие и сердце, закрывая их от ударов (конечно, если удары не слишком мощные). Череп предотвращает от повреждений довольно хрупкий мозг.
Некоторые кости содержат в себе один из важнейших органов — костный мозг. У человека он участвует в процессах кроветворения, формируя эритроциты. Он также образует лейкоциты – белые кровяные тельца, которые отвечают за иммунитет организма.
Как и когда возник скелет?
Скелет животных и весь опорно-двигательный аппарат возникли благодаря эволюции. Согласно общепринятой версии, первые организмы, появившиеся на Земле, не имели таких сложных приспособлений. Долгое время на нашей планете существовали амебные мягкотелые существа.
Тогда в атмосфере и гидросфере планеты было в десятки раз меньше кислорода. В какой-то период доля газа стала возрастать, запустив, как предполагают ученые, цепную реакцию изменений. Так, в минеральном составе океана увеличилось количество кальцитов и арагонитов. Они, в свою очередь, накапливались в живых организмах, образуя твердые или упругие структуры.
Наиболее ранние организмы, которые обладали скелетом, были найдены в толщах известняковых пород в Намибии, Сибири, Испании и других регионах. Они населяли мировой океан примерно 560 миллионов лет назад. По своему строению организмы напоминали губок с цилиндрообразным телом. Радиально от них отходили длинные лучи (до 40 см) из карбоната кальция, которые и исполняли роль скелета.
Разновидности скелетов
В животном мире выделяют три типа скелета: наружный, внутренний и жидкостный. Внешний или экзоскелет не спрятан под покровом кожи или других тканей, а полностью или частично покрывает тело животного снаружи. У каких животных наружный скелет? Им обладают паукообразные, насекомые, ракообразные, а также некоторые позвоночные.
Словно доспехи, он выполняет в основном защитную функцию, а иногда может служить убежищем для живого организма (панцирь черепах или улиток). Такой скелет имеет значительный недостаток. Он не растет вместе с хозяином, отчего животное вынуждено периодически сбрасывать его и отращивать новый покров. На какой-то период организм лишается привычной защиты и становится уязвимым.
Эндоскелет – это внутренний скелет животных. Он обтянут мясом и кожей. Он имеет более сложную конструкцию, выполняет множество функций и растет одновременно со всем организмом. Эндоскелет разделяется на осевую часть (позвоночник, череп, грудная клетка) и добавочную или периферийную (конечности и кости поясов).
Жидкостный, или гидростатический скелет распространен меньше всего. Им обладают медузы, черви, актинии и т. д. Он представляет собой мышечные стенки, заполненные жидкостью. Давление жидкости поддерживает форму организма. При сокращении мышц давление изменяется, что приводит организм в движение.
У каких животных нет скелета?
В привычном понимании скелет – это именно внутренний каркас тела, совокупность костей и хрящей, формирующих череп, конечности, позвоночник. Однако существует целый ряд организмов, которые не обладают этими частями, у некоторых из них даже нет определенной формы. Но означает ли это, что они не имеют скелета вообще?
Жан Батист Ламарк когда-то объединил их в большую группу беспозвоночных, но кроме отсутствия позвоночника, этих животных больше ничего не объединяет. В настоящее время известно, что даже одноклеточные организмы имеют скелет.
Например, у радиолярии он состоит из хитина, кремния или сернокислого стронция и находится внутри клетки. У кораллов скелет может быть гидростатический, внутренний белковый или внешний известняковый. У червей, медуз и некоторых моллюсков он гидростатический.
У ряда моллюсков скелет наружный и имеет форму раковины. У различных видов её строение отличается. Как правило, она включает три слоя, состоящих из белка конхиолина и карбоната кальция. Раковины бывают двустворчатые (мидии, устрицы) и спиральные с завитками, а иногда карбонатными иглами и шипами.
Членистоногие
Тип членистоногих тоже относится к беспозвоночным. Это наиболее многочисленная группа животных, которая объединяет ракообразных, паукообразных, насекомых, многоножек. Их тело симметрично, имеет парные конечности и разделено на сегменты.
По строению скелет животных – наружный. Он покрывает все тело в виде кутикулы, содержащей хитин. Кутикула является твердым панцирем, защищающим каждый сегмент животного. Её плотные участки склериты, соединены между собой более подвижными и гибкими мембранами.
У насекомых кутикула прочная и толстая, состоит из трех слоев. На поверхности она образует волоски (хеты), шипы, щетинки и различные выросты. У паукообразных кутикула относительно тонкая и содержит под собой кожный слой и базальные мембраны. Помимо защиты, он предохраняет животных от потери влаги.
У сухопутных крабов и мокриц нет внешнего плотно слоя, который сохраняет влагу в теле. От пересыхания их спасает только образ жизни – животные постоянно стремятся к местам с повышенной влажностью.
Скелет хордовых животных
Хорда – внутреннее осевое скелетное образование, продольный тяж костного каркаса тела. Присутствует у хордовых животных, которых насчитывается более 40 000 видов. В их число входят и беспозвоночные, у которых хорда присутствует некоторый период в одной из стадий развития.
У низших представителей группы (ланцетников, круглоротых и отдельных видов рыб) хорда сохраняется на протяжении всей жизни. У ланцетников она находится между кишечником и нервной трубкой. Она состоит из поперечных мышечных пластинок, которые окружены оболочкой и соединяются между собой выростами. Сокращаясь и расслабляясь, она работает подобно гидростатическому скелету.
У круглоротых хорда более твердая и обладает зачатками позвонков. У них нет парных конечностей, челюстей. Скелет образован только соединительной и хрящевой тканью. Из них и сформирован череп, лучи плавников и ажурная решетка жабр животного. Язык круглоротых тоже имеет скелет, на вершине органа расположен зуб, которым животное пробуравливает добычу.
Позвоночные
У высших представителей хордовых осевой тяж превращается в позвоночник – несущий элемент внутреннего скелета. Он представляет собой гибкий столб, состоящий из костей (позвонков), которые соединены дисками и хрящами. Как правило, его разделяют на отделы.
Строение скелетов позвоночных животных значительно усложнено, по сравнению с остальными хордовыми и, тем более, с беспозвоночными. Для всех представителей группы характерно наличие внутреннего каркаса. С развитием нервной системы и головного мозга у них сформировалась костная черепная коробка. А появление позвоночника обеспечило лучшую защиту спинного мозга и нервов.
От позвоночника отходят парные и непарные конечности. Непарные представляют собой хвосты и плавники, парные делятся на пояса (верхний и нижний) и скелет свободных конечностей (плавники или пятипалые конечности).
Рыбы
У этих позвоночных животных скелет состоит из двух отделов: туловищного и хвостового. Акулы, скаты и химеры не имеют костной ткани. Их скелет сложен из гибких хрящей, которые со временем накапливают известь и становятся тверже.
У остальных рыб скелет костный. Хрящевые прослойки находятся между позвонками. В передней части от них отходят боковые отростки, переходящие в ребра. Череп рыб, в отличие от наземных животных, имеет больше сорока подвижных элементов.
Глотку полукольцом окружает от 3 до 7 жаберных дуг, между которыми расположены жаберные щели. С внешней стороны они образуют жабры. Они есть у всех рыб, только у одних образуются хрящевой тканью, а у других – костной.
От позвоночника отходят лучевые кости плавников, соединенных перепонкой. Парные плавники – грудные и брюшные, непарные – анальные, спинные, хвостовые. Их число и вид варьируются.
Земноводные и пресмыкающиеся
У земноводных появляется шейный и крестцовый отделы, которые составляют от 7 до 200 позвонков. Часть земноводных обладает хвостовым отделом, у некоторых хвоста нет, зато имеются парные конечности. Они перемещаются прыжками, поэтому задние конечности удлинены.
У бесхвостых видов отсутствуют ребра. Подвижность головы обеспечивает шейный позвонок, который прикрепляется к затылку. В грудном отделе появляются лопатки, ключица, плечи, предплечья и кисти. В тазовом отделе есть подвздошные, лобковые и седалищные кости. А у задних конечностей есть голень, бедро, стопа.
Скелет пресмыкающихся тоже имеет эти части, усложняясь пятым отделом позвоночника – поясничным. У них от 50 до 435 позвонков. Череп более окостеневший. Хвостовой отдел обязательно присутствует, его позвонки уменьшаются к концу.
У черепах есть экзоскелет в виде прочного панциря из кератина и внутреннего костного слоя. Челюсти черепах лишены зубов. У змей нет грудины, плечевого и тазового пояса, а ребра присоединены по всей длине позвоночника, кроме хвостового отдела. Их челюсти соединены очень подвижно, чтобы заглатывать крупную добычу.
Птицы
Особенности скелета птиц во многом связаны с их умением летать, у некоторых видов есть приспособления к бегу, нырянию, лазанию по ветвям и вертикальным поверхностям. У птиц пять отделов позвоночника. Части шейного отдела соединены подвижно, в остальных отделах позвонки часто сросшиеся.
Их кости легкие, а некоторые частично заполнены воздухом. Шея птиц удлинена (10-15 позвонков). Их череп целостный, без швов, в передней части имеет клюв. Форма и длина клюва сильно отличаются и связаны со способом питания животных.
Главным приспособлением для полета является киль. Это костный вырост в нижней части грудины, к которому прикрепляются грудные мышцы. Киль развит у летающих птиц и пингвинов. В строении скелета позвоночных животных, связанных с полетом или рытьем (кроты и летучие мыши), он тоже присутствует. Его нет у страусов, совиного попугая.
Передние конечности птиц – крылья. Они состоят из толстой и сильной плечевой кости, изогнутой локтевой и тонкой лучевой. В кисти некоторые кости срослись между собой. У всех, кроме страусов, тазовые лобковые кости не срастаются друг с другом. Так птицы могут откладывать крупные яйца.
Млекопитающие
Сейчас существует около 5 500 видов млекопитающих, в число которых входит и человек. У всех представителей класса внутренний скелет делится на пять отделов и включает череп, позвоночный столб, грудную клетку, пояса верхних и нижних конечностей. У броненосцев есть экзоскелет в виде панциря из нескольких щитков.
Черепная коробка млекопитающих более крупная, есть скуловая кость, вторичное костное нёбо и парная барабанная кость, чего нет у других животных. Верхний пояс, преимущественно включает лопатки, ключицы, плечо, предплечье и кисть (из запястья, пясти, пальцев с фалангами). Нижний пояс состоит из бедра, голени, стопы с предплюсной, плюсной и пальцами. Наибольшие различия внутри класса видны именно в поясах конечностей.
У собак и непарнокопытных нет лопаток и ключиц. У тюленей плечевой и бедренный отдел спрятаны внутри тела, а пятипалые конечности соединены перепонкой и похожи на ласты. Рукокрылые летают как птицы. Их пальцы рук (кроме одного) сильно удлинены и соединены перепонкой из кожи, образуя крыло.
Чем отличается человек?
Скелет человека имеет те же отделы, что и других млекопитающих. По строению он больше всего схож с шимпанзе. Но, в отличие от них, ноги человека гораздо длиннее рук. Все тело ориентировано вертикально, голова не выпирает вперед, как у животных.
Доля черепа в строении гораздо больше, чем у обезьян. Челюстной аппарат, наоборот, меньше и короче, клыки уменьшены, зубы покрыты защитной эмалью. У человека есть подбородок, череп округленный, не имеет сплошных надбровных дуг.
У нас нет хвоста. Его недоразвитый вариант представлен копчиком из 4-5 позвонков. В отличие от млекопитающих, грудная клетка не сплюснута с двух сторон, а расширена. Большой палец противопоставлен остальным, кисть подвижно соединяется с запястьем.
Источник