СКЕЛЕТ - Мурзим
СКЕЛЕТ
Много хора погрешно вярват, че само гръбначните животни имат скелет: риби, земноводни, влечуги, птици, бозайници. Всъщност по-голямата част от животните имат скелет и в продължение на милиарди години той е претърпял огромна и доста интересна еволюция.
За първи път скелетни образувания възникват в протозоите. Скелетът на радиолариите (лъчевите лъчи), състоящ се от силициев диоксид в повечето от тези същества, им придава необикновена красота. Неслучайно немският биолог Ернст Хекел в своя прочут атлас от рисунки „Красотата на формите в природата” отделя много място на радиолариите. Скелетът им помага да се "реят" във водния стълб и освен това ги предпазва от изяждане (не всеки хищник може да смила острите им скелетни игли). Взимайки парче креда, често не подозираме, че креда е образувана от безброй останки от фораминифери (вижте статията „Протозои“). Някога тези черупки също са защитавали собствениците си от изяждане от хищници.
Като цяло защитата е една от основните задачи на скелета. При много безгръбначни (гъби, коралови полипи и др.) Тялото е наситено с остри скелетни игли, което го прави негоден за консумация от хищници.
Могат да се разграничат две посоки на по-нататъшна еволюция на скелета. Първият е образуването на външния скелет (например черупки на мекотели, черупки на ракообразни, твърда обвивка на насекоми). Второто е развитието на вътрешния скелет (при радиоларии, гъби и гръбначни).
Дълго време на сушата доминираха само животни с външен скелет. Той много успешно защитава стопаните си от атаката на врагове, служи за опора на тялото им и подпомага движението. Понякога той получава най-неочакваната роля. За корабния червей (един от видовете мекотели) остатъкът от черупката помага за пробиване на проходи вдървесината, с която се храни.
Основният материал за черупките на мекотелите и фораминиферите, скелетът на полипите е вар, тоест калциев карбонат. (Кредата и черупките от пилешки яйца са съставени от почти чист калциев карбонат.) Но това вещество е доста плътно, тежко. Животните с външен варовит скелет са много тромави на сушата. Бавността на охлювите е дори пословична.
Най-съвършеният външен скелет е при членестоногите. Те успяха да "намерят" за него по-успешен и по-лек материал - хитин (вж.
раздел "Въглехидрати" в статията "Вещества на тялото"). За по-голяма здравина хитинът може да бъде импрегниран със същата вар. Твърдите щитове, покриващи тялото на животното, са свързани помежду си с по-меки мембрани. Това позволи на членестоногите да имат характерните си съчленени крайници "на панти", така незаменими при движение по суша. Техните скелети приличат на съединени рицарски доспехи. Мускулите са прикрепени към такъв скелет отвътре (което може да се види при клане на ракови нокти). В крайна сметка, благодарение на всички тези адаптации, членестоногите успяха да завладеят земята.
За съжаление външният скелет на членестоногите има и редица недостатъци. Той не може да се натрупа, докато животното расте, така че пречи на растежа. За да расте, животното трябва от време на време да напуска скелета си - да се подлага на линеене. Наблюдателните читатели често можеха да забележат празната черупка от крака на паяк, висяща в мрежата - паякът беше оставил скелета си. Веднага след линеене животното расте бързо, докато новите му кори се втвърдят. Но през този период е лесно уязвим за хищници. Лишен от опора, освен това почти не може да се движи (особено ако живее на сушата). По време на линеене животните обикновено се крият на уединени места.
И още едно несъвършенствовъншен скелет. Спокойно може да се каже, че мравки с размерите на бик и подобни гигантски насекоми могат да съществуват само в произведенията на писатели на научна фантастика. Гигантското водно конче, което е живяло в карбоновия период на палеозойската ера, има размах на крилата до 70 см (вижте статията „Произходът и развитието на живота“). Но това вероятно е рекорд. В действителност "мравката бик" ще се нуждае от външен скелет, толкова дебел и тежък, че няма да може да го носи. При водните членестоноги максималният размер на тялото е малко по-голям, отколкото при сухоземните, но не много.
По-обещаващ в еволюционен план беше пътят на развитие не на външния, а на вътрешния скелет.
Заровено в пясъка на дъното на морето, филтрирайки ядливи частици от водата, малко (5-10 см дълго) полупрозрачно същество, ланцетникът, прекарва живота си. Структурата му е толкова проста, че всяка от двете половини на отрязано копие може да израсне липсващата, като земен червей. На пръв поглед няма нищо забележително във външния вид на този морски живот. Но точно създанията, подобни на ланцетника, са дали началото на всички съвременни гръбначни животни - от риби до животни и хора преди стотици милиони години. Оказва се, че по тялото на този невзрачен обитател на морето е зачатъкът на вътрешния скелет - хордата (или гръбната струна). На негово място в хода на еволюцията ще се развие силен гръбначен стълб. При животни без челюст (миноги и мигони) в предната част на гръбната струна вече е оформен череп, който предпазва мозъка от външни увреждания. При рибите мозъчният череп ще бъде допълнен от лицевия (челюсти, които улавят храна и т.н.). Скелетът без челюст е все още толкова гъвкав, че тялото им може да бъде вързано на възел, без да им навреди.
В хода на еволюцията скелетът на гръбначните животни постепенно губи прекомерна гъвкавост и става все повече и повечетвърд. При хрущялните риби (акули и скатове) скелетът все още се състои само от хрущялна тъкан. Хрущялът е по-подходящ за растеж от твърдата костна тъкан - той може да расте без промяна на пропорциите. Но костната тъкан е по-здрава и по-твърда
поради факта, че е импрегниран с калциев фосфат. Повечето гръбначни животни са намерили интересен компромис между нуждата от растеж и необходимостта от здрав скелет. При ембрионите и младите подрастващи животни скелетът се състои изцяло или предимно от хрущял. Но при възрастните той вкостява, хрущялът се изтласква от костта (виж чл. "Тъкани"). Осификацията на човешкия скелет завършва до 25-годишна възраст.
Еволюцията донесе все повече и повече подобрения и допълнения към първоначалния си "проект" (вътрешен скелет). Колко човешкият скелет, състоящ се от 206 кости, се различава от ланцетния скелет, в който има една хорда!
ЗАЩО КОСТИТЕ СА СИЛНИ
На външен вид костта често изглежда твърда, състояща се изцяло от твърд материал. Всъщност това не е така: повечето кости са пълни отвътре с неосифицираща тъкан - костен мозък - или просто са кухи отвътре. Благодарение на това скелетът на възрастен човек например тежи само около 8 кг. Благодарение на какво се постига невероятната здравина на скелета (човешкият пищял може да издържи натоварване до 1,5 тона)?
Факт е, че в костните вещества има два „компонента“: гъвкави (органични вещества) и твърди, но крехки (калциеви соли). Костта, калцинирана на огън, е твърда, но може да се разпадне от едно докосване. И една кост, обработена със солна киселина, може да се завърже на възел, въпреки че е почти невъзможно да се счупи.
Подобен принцип на комбиниране на твърдост и гъвкавост се използва от човека в строителството (между другото, заимствантой е сред природата). Бетонът е крехък материал, желязото е гъвкаво. Бетонът в комбинация с желязна рамка (стоманобетон) е много по-здрав от всеки от тези два материала поотделно.
СТАВИ
Едно от най-удивителните „изобретения“ на природата, свързани със скелета, са ставите. Ако всички кости на скелета, например на човек, бяха просто неподвижно свързани помежду си, такъв човек дори не би могъл да се движи. Подвижните стави на костите се наричат стави.
Зоните на контактните кости в ставата са покрити с добре плъзгащ се хрущял и херметично покрити от обвивка - ставната капсула (чанта). За да се намали триенето, кухината, която частично разделя костите, е пълна със синовиална течност, която се секретира от тъканите на ставната торба и хрущяла. Изтрит от триенето, хрущялът също се превръща в лубрикант. Така здравата става се смазва и поддържа.
Има стави, които могат само да се огъват и разгъват (например ставите между фалангите на пръстите на човек). Други могат освен това да правят движения в различни посоки - настрани и т.н. И накрая, сферичните стави (например рамото) също могат да се въртят.
Може ли ГИГАНТИТЕ НА SWIFT да СЪЩЕСТВУВАТ?
Гъливер, героят на известната творба на Джонатан Суифт, правейки своето фантастично пътешествие, се озова в страната на гиганти, чийто растеж беше 12 пъти по-висок от височината на Гъливер.
Авторът на „Пътешествията на Гъливер“ едва ли се е интересувал от научната валидност на своя разказ. Междувременно въпросът дали съществуването на гигантски хора, подобни на тези, изобразени в романа на Суифт, е било възможно от науката почти сто години преди публикуването на тази работа.
През 1638 г. Галилео Галилей стига до извода, че според законите на физикатаформата на голям индивид трябва да бъде много различна от формата на малък индивид. Костите на голямо животно трябва да са много по-дебели спрямо дължината си, за да запазят същата здравина. За да може скелетът на бързите гиганти да издържи тежестта им, те трябва да се състоят от почти нищо друго освен кости.
Това е едно от ограниченията, които ограничават максималния размер на сухоземните животни.