§ 5. Опора и движение животных

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ В РАЗНЫХ СРЕДАХ ОБИТАНИЯ

• Опорно-двигательная система: Способность к активному перемещению в пространстве — важнейшая черта подавляющего большинства животных. Подвижность обеспечивается слаженной работой опорно-двигательной системы, объединяющей опорные структуры (скелет) и активные двигательные элементы (мышцы). Движение необходимо животным для поиска корма, бегства от хищников, расселения на новые территории и поиска особей противоположного пола для размножения.

• Локомоция в наземной среде: На суше ключевыми способами передвижения являются хождение, бег, прыжки, лазанье и ползание. Наземные животные опираются на парные конечности: четвероногие позвоночные (собаки, волки, ящерицы, копытные) передвигаются на двух парах ног, пауки — на четырёх парах, а насекомые — на трёх парах членистых ног. Для быстрого преодоления препятствий и спасения многие виды используют прыжки (кузнечики, блохи, лягушки, зайцы, кенгуру) или лазанье по ветвям и стволам деревьев при помощи цепких пальцев и когтей (белки, куницы, обезьяны).

• Движение в воде, почве и воздухе:
  • В водной среде: животные плавают за счёт волнообразных изгибов туловища, согласованных гребных движений плавников и ластов, либо медленно ползают по донному грунту с помощью ножек или ресничек.
  • В почвенной среде: из-за высокой плотности грунта передвижение требует специальных приспособлений; подземные обитатели роют ходы мощными лопатообразными передними лапами (кроты, медведки) или протискиваются сквозь толщу земли, раздвигая почвенные частицы мускулистым телом (дождевые черви).
  • В воздушной среде: самым стремительным способом перемещения является активный полёт при помощи крыльев, освоенный летающими насекомыми, птицами и рукокрылыми млекопитающими.

ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

• Амёбоидное движение (ложноножки / псевдоподии): У примитивных одноклеточных животных корненожек (например, у амёбы протей) нет постоянной формы тела. Они перемещаются благодаря непрерывному перетеканию вязкой цитоплазмы и выпячиванию эластичной плазматической мембраны с образованием временных выростов — псевдоподий (ложноножек). Ложноножки медленно выдвигаются вперед, закрепляются за микронеровности дна и подтягивают всё тело клетки, одновременно служа для захвата пищевых частиц.

• Жгутиконосцы (жгутики): Одноклеточные жгутиконосцы (эвглена зелёная, вольвокс) снабжены одним или несколькими длинными упругими жгутиками. Колеблясь и вращаясь по сложной винтообразной траектории, жгутик ввинчивается в воду подобно гребному винту корабля, затягивая клетку вперёд.

• Инфузории (реснички): Тело высокоорганизованных одноклеточных инфузорий покрыто сплошным ковром из тысяч микроскопических волосков — ресничек. Реснички совершают ритмичные синхронные удары, работая подобно веслам галеры. Это позволяет инфузории-туфельке развивать огромную для микромира скорость и совершать резкие маневры.

ОПОРА И ДВИЖЕНИЕ БЕССКЕЛЕТНЫХ ЖИВОТНЫХ: КОЖНО-МУСКУЛЬНЫЙ МЕШОК

• Жизнь без твёрдого каркаса: Среди многоклеточных животных существует обширная группа бесскелетных организмов с удлинённым телом — черви. У них полностью отсутствуют твердые минеральные или хитиновые образования. Несущую и опорную функции выполняет упругая наружная стенка тела.

• Организация на примере молочной планарии: У свободноживущего плоского червя планарии (длиной около 2 см) тело снаружи покрыто слоем покровных эпителиальных клеток со множеством ресничек. Под эпителием плотно залегают три непрерывных слоя гладких мышечных волокон: наружный кольцевой, средний диагональный и внутренний продольный.

• Кожно-мускульный мешок и гидроскелет: Покровы и лежащие под ними слои мышц срастаются в единый сплошной защитный чехол — кожно-мускульный мешок. Пространство внутри мешка заполнено несжимаемой полостной жидкостью или паренхимой, находящейся под постоянным давлением. Эта жидкость работает как упругий амортизатор — гидростатический скелет (гидроскелет): при сокращении мышц тело червя плавно изгибается, вытягивается или укорачивается, позволяя животному скользить по камням и водным растениям.

ДВИЖЕНИЕ ЖИВОТНЫХ С НАРУЖНЫМ СКЕЛЕТОМ

• Понятие наружного скелета (экзоскелета): Твёрдый защитный каркас, окружающий тело животного снаружи, называют наружным скелетом. В природе он представлен прочными известковыми раковинами моллюсков (мидий, устриц, улиток) или многослойным хитиновым панцирем членистоногих (раков, крабов, пауков, скорпионов, жуков).

• Эволюционные преимущества экзоскелета: Возникновение наружного скелета стало гигантским шагом в эволюции беспозвоночных:
  • Панцирь надёжно укрывает внутренние органы от ударов, хищников и защищает ткани сухопутных животных от смертоносного высыхания;
  • Твёрдый каркас послужил идеальным местом для прикрепления изнутри обособленных мышечных пучков. Благодаря этому скорость движения членистоногих многократно возросла: животные освоили быстрый бег, резкие прыжки и сформировали совершенный летательный аппарат с крыльями.

ДВИЖЕНИЕ ЖИВОТНЫХ С ВНУТРЕННИМ СКЕЛЕТОМ И РЫЧАЖНЫЕ КОНЕЧНОСТИ

• Строение внутреннего скелета (эндоскелета): У позвоночных животных (рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) опорную основу организма составляет внутренний скелет. Он состоит из прочных костей, упругих хрящей и соединительнотканных связок. Эндоскелет поддерживает постоянную форму тела, служит надежной механической броней для нежных внутренних органов (череп защищает головной мозг, позвоночник — спинной мозг, а ребра грудной клетки — сердце и легкие) и непрерывно растет вместе со всем организмом, избавляя позвоночных от необходимости линять.

• Биомеханика локомоции позвоночных: Движение тела осуществляется за счет скелетных мышц, которые прикрепляются к костям посредством прочных сухожилий. У рыб передвижение в воде достигается волнообразным сокращением мощных боковых мышц туловища и гребными движениями хвостового плавника. У наземных позвоночных главная двигательная нагрузка сместилась на пояса и свободные конечности.

• Рычажные конечности — ответ гравитации суши: При выходе из плотной водной среды на сушу животные столкнулись с разрушительной силой тяжести. Для эффективного перемещения по твердому субстрату у членистоногих и четвероногих позвоночных выработались парные конечности рычажного типа. Звенья таких конечностей подвижно сочленены в суставах и функционируют по физическому закону рычага: сокращаясь, мышцы-антагонисты сгибают и разгибают суставы, обеспечивая широкий шаг, стремительный галоп, отталкивание при прыжке или взмах крыла птицы.