§ 5. Опора и движение животных

Временные цитоплазматические выросты клетки, образующиеся за счёт эластичности наружной мембраны и тока цитоплазмы.

• 1. Тип передвижения — амёбоидное движение (характерно для амёб, корненожек и лейкоцитов крови).
• 2. Функция — медленное скольжение по субстрату и захват оформленных пищевых частиц (фагоцитоз).

Длинные нитевидные подвижные органоиды движения эукариотических клеток.

• 1. Биомеханика — совершают винтообразные волновые движения, увлекая организм вперёд в толще воды.
• 2. Примеры — свободноживущие одноклеточные жгутиконосцы (эвглена зелёная), колониальный вольвокс, мужские гаметы (сперматозоиды).

Многочисленные короткие волосковидные органеллы движения, сплошным строем покрывающие поверхность клетки.

• 1. Синхронность — совершают согласованные вёсельные гребки с высокой частотой, обеспечивая высокую скорость плавания.
• 2. Локализация — инфузории (инфузория-туфелька), клетки мерцательного эпителия ресничных червей и дыхательных путей млекопитающих.

Опорно-двигательный аппарат бесскелетных беспозвоночных животных (червей), образованный плотным слиянием покровного эпителия и слоёв продольных и кольцевых мышц.

• 1. Действие — при сокращении кольцевых мышц тело удлиняется и истончается, а при сокращении продольных — укорачивается и утолщается.
• 2. Гидроскелет — опирается на полостную жидкость, создавая внутреннее давление и позволяя червю ввинчиваться в грунт.

Комплекс плотных образований или изолированных полостей, служащий механической опорой тела, защитой внутренних органов и местом прикрепления мышц.

• 1. Наружный скелет (экзоскелет) — прочный внешний защитный покров из минерализованной раковины (улитки, мидии) или хитинового панциря (раки, пауки, жуки), к которому изнутри крепятся пучки мышц.
• 2. Внутренний скелет (эндоскелет) — костно-хрящевой осевой каркас хордовых животных (позвоночник, череп, пояса и свободные конечности), растущий вместе с телом без линек.
• 3. Гидростатический скелет — опора за счёт давления полостной жидкости внутри замкнутого пространства кожно-мускульного мешка у мягкотелых бесскелетных животных (планарии, дождевые черви, нематоды).

Членистые многосуставные двигательные придатки наземного типа, состоящие из шарнирно соединённых твердых костных или хитиновых рычагов.

• 1. Принцип действия — сгибание и разгибание отделов конечностей относительно друг друга с помощью мышц-антагонистов (сгибателей и разгибателей).
• 2. Эволюционное преимущество — обеспечили освоение суши, позволив осуществлять ходьбу, бег, прыжки, лазанье и машущий полёт членистоногим и четвероногим позвоночным (амфибиям, рептилиям, птицам, млекопитающим).

Органами опоры и движения у животных являются:

• У одноклеточных: псевдоподии (ложноножки), жгутики и реснички.
• У бесскелетных беспозвоночных: кожно-мускульный мешок и полостная жидкость (гидростатический скелет), а также щетинки (у дождевых червей).
• У членистоногих: наружный хитиновый скелет и членистые рычажные конечности, а также крылья у летающих насекомых.
• У позвоночных животных: внутренний костно-хрящевой скелет (череп, позвоночник, пояса и кости свободных конечностей), скелетные мышцы и сухожилия, а также плавники у рыб и крылья у птиц.

Преимущества и недостатки наружного скелета:

• Преимущества: высокая прочность; надёжная механическая защита мягких внутренних органов от повреждений и хищников; защита тела наземных членистоногих от потери влаги (испарения); большая площадь для внутреннего прикрепления мощных двигательных мышечных пучков.
• Недостатки: наружный скелет не способен расти вместе с телом животного, из-за чего рост возможен только скачкообразно во время периодических линек, когда животное сбрасывает старый панцирь и становится совершенно беззащитным; большая масса плотного панциря накладывает строгое физическое ограничение на предельные размеры тела животных (на суше членистоногие не могут достигать крупных габаритов).

Схема «Способы движения животных»:

• В водной среде:
• Амёбоидное движение (амёбы);
• Движение с помощью жгутиков и ресничек (эвглены, инфузории);
• Реактивное движение (медузы, кальмары, личинки стрекоз);
• Волнообразные изгибания тела и движения плавников (рыбы, китообразные);
• Гребные движения конечностей с перепонками (водоплавающие птицы, бобры, тюлени).
• В наземно-воздушной среде:
• Ползание за счёт сокращения кожно-мускульного мешка или мышц туловища (черви, змеи);
• Ходьба и бег на рычажных парных конечностях (млекопитающие, птицы, насекомые);
• Прыганье за счёт удлинённых задних конечностей (лягушки, кузнечики, тушканчики, кенгуру);
• Лазанье по деревьям и скалам с помощью когтей или цепких пальцев (белки, обезьяны);
• Полёт при помощи крыльев (птицы, рукокрылые, насекомые).
• В почвенной среде:
• Рытьё ходов с помощью передних копательных конечностей (кроты, медведки);
• Проталкивание сквозь толщу почвы путём перистальтики тела (дождевые черви).

Примеры животных средней полосы:

• Хождение: бурый медведь, лось, серая цапля, домашняя овца, ёж обыкновенный.
• Прыганье: полевой сверчок, зелёный кузнечик, травяная лягушка, заяц-беляк, прыткая ящерица.
• Ползание: обыкновенный уж, гадюка обыкновенная, дождевой червь, виноградная улитка, личинки жуков.
• Бег: рыжая лисица, серый волк, заяц-русак, полевая мышь, жужелица.

Сообщение о ползающих животных:

Ползание — один из древнейших способов локомоции без участия высоких рычажных конечностей. У кольчатых червей (дождевого червя) ползание осуществляется волнами сокращений кольцевых и продольных мышц кожно-мускульного мешка при фиксации за почву микроскопическими хитиновыми щетинками. У брюхоногих моллюсков (улиток) по плоской подошве мускулистой ноги пробегают мелкие волнообразные мышечные волны, а обильно выделяемая слизь облегчает скольжение по сухим поверхностям.

Среди позвоночных непревзойдёнными мастерами ползания являются змеи и безногие ящерицы (веретеницы). Они используют несколько кинематических моделей: отталкивание боковыми изгибами тела от неровностей субстрата (ундулирующее движение), собирание тела «гармошкой» в узких норах и прямолинейное движение за счёт волнообразного смещения брюшных щитков, приводимых в движение рёберными мышцами.

Нельзя выделить единственный «абсолютно лучший» способ движения, поскольку каждый из них оптимально адаптирован к своей экологической нише и среде обитания:

• Машущий полёт птиц и рукокрылых наиболее выгоден энергетически для быстрого преодоления гигантских пространств, миграций, перелёта через препятствия и мгновенного ухода от наземных хищников.
• Бег на парных рычажных конечностях млекопитающих (например, копытных и хищников) идеален на открытых равнинных ландшафтах, обеспечивая маневренность, развитие колоссальной скорости (до 100 км/ч у гепарда) и преследование добычи.
• Рытьё и перистальтическое ползание в почве непревзойденны для жизни в темноте и тесноте подземных горизонтов, где конечности только мешали бы продвижению.

Таким образом, эволюционный успех определяет не способ сам по себе, а его максимальное соответствие физическим законам окружающей среды.

Примеры жгутиковых организмов: эвглена зелёная, трипаносома (паразит крови), бодо, трихомонада, хламидомонада, колониальный вольвокс, а также сперматозоиды всех типов позвоночных и беспозвоночных животных.

Преимущества жгутикового движения:

• Винтообразное вращение спирального жгутика работает по принципу гребного винта судна, эффективно затягивая клетку вперёд даже в относительно вязкой водной микросреде с микроскопическими числами Рейнольдса.
• Жгутик позволяет плавно и точно менять траекторию движения при фототаксисе (движении к свету) или хемотаксисе (поиску пищи по химическому градиенту).
• По сравнению с ресничками, требующими сложной согласованной координации сотен органелл, один или два жгутика управляются значительно проще и требуют меньших затрат пластических материалов на построение клетки.

Примеры животных с необычными способами локомоции:

• Реактивное движение головоногих моллюсков (кальмары, осьминоги) — выбрасывание струи воды через сифон с гидродинамическим ускорением.
• Бег по поверхности воды у ящерицы-василиска (за счёт частых ударов лап с чешуйчатыми оторочками) и клопов-водомерок (за счёт поверхностного натяжения воды и несмачиваемых лапок).
• Парящий планирующий полёт у белки-летяги, шерстокрыла и летающих рыб (за счёт натяжения кожистых перепонок).
• Движение методом «кувыркания» у пресноводной гидры (попеременно встаёт на щупальца и подошву подобно акробату).

В нашем регионе встречаются: клопы-водомерки (скользят по глади прудов), пресноводная гидра (кувыркается по стеблям элодеи) и белка-летяга (совершает затяжные планирующие прыжки между кронами сосен и берёз).