骨骼系统

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图为人类骨骼

生物学中,骨骼或者骨骼系统是为生物体提供支持作用的生命系统,也和肌肉系统组成运动系统。(扩展开来,非生物的轮廓结构例如桶架建筑也具有类似的“骨架”)。

功能

骨骼的最主要功能,为支撑保持体形。因此海洋生物的骨骼不及陆地动物,是因为海洋提供了浮力支撑。动物进化而迁往陆地,就开始形成坚固的骨骼结构。另一方面,骨骼也提供肌肉连接面,透过关节,协助肌肉产生运动。骨骼也为内部软组织结构提供保护。

外骨骼包裹整个身体,容纳所有器官,保护度较高,但行动不便,也限制了生物的大小,因此只见于较低等生物。而较高等的生物则具有内骨骼,虽然保护性不及外骨骼,但也能保护一些重要器官,如:大脑脊髓心脏,行动方便快速,并且体形较大。一些内骨骼更有在红骨髓内产生血液细胞的能力。

分类

骨骼系统通常可分为外骨骼内骨骼水骨骼英语Hydrostatic skeleton细胞骨架。其中水骨骼和细胞骨架其没有坚硬的支持结构,和另外二种不同。

外骨骼

蚂蚁的外骨骼

在骨骼大小相同的情况下,大型的外骨骼结构与内骨骼相比所能支持的重量相对较小,因此,许多大型动物,例如脊椎动物具有内骨骼结构。外骨骼动物例如节肢动物软体动物和一些昆虫,它们的骨骼是一层保护内部器官的壳。

节足动物软体动物都具有外骨骼。由于外骨骼限制了动物的生长,这些外骨骼动物找到了不同的解决办法。大部分软体动物具有石灰质的壳,并且随着生长,壳的直径增大,形状不变。节肢动物在生长的过程中蜕去旧皮,这个过程称为蜕皮。生出新的外骨骼后,外骨骼通过不同的方式硬化(例如石灰质、骨质)。

内骨骼

象的内骨骼

内骨骼由体内坚硬的组织构成。有些动物的内骨骼只用来支撑身体(例如海绵),而有些动物的内骨骼可由肌肉系统提供动力。棘皮动物脊索动物内骨骼都是由中胚层组织发展而来。

矿物质化或骨质化的内骨骼被称为,例如人类和哺乳动物的骨骼。软骨是骨骼系统中另一重要的组成部分,起支持和补充骨骼的作用。人的由软骨定型。有些动物的骨骼完全由软骨构成而没有骨质化的骨,例如鲨鱼。骨于其他坚硬的结构由韧带相互连接,而与肌肉系统之间由肌腱连接。

海绵

海绵的骨骼是由小的钙质或硅质海绵骨针英语骨針组成。寻常海绵纲占所有海绵的90%,其骨骼中骨针的成分是海绵硬蛋白英语spongin纤维、硅质矿物质,或是两者都有。若海绵骨针的成分中有硅,其外型会比较类似玻璃海绵[1]

脊索动物

对于人类及大部分的脊索动物而言,骨骼系统大部分是由构成,其他部分则是软骨,哺乳类动物的软骨主要会在关节,而软骨鱼(包括鲨鱼)的骨骼系统完全是由软骨构成。

骨头除了支撑身体外,也可以储存钙和磷,供其他细胞使用。

鱼可以依其骨骼是硬骨或软骨,分为硬骨鱼软骨鱼。鱼骨骼的特殊之处是鱼鳍,其中只有尾鳍直接和脊椎相连,其余部分都是透过肌肉连接脊椎。

鸟的骨骼相当符合鸟类飞行的需要:轻量化、但有足够的强度可以承受起飞、飞行和降落时的应力。鸟类骨骼的特征是其成骨作用的骨头融合,像尾综骨英语pygostyle的形成,因此鸟类骨头的数量比其他同在陆地上的脊索动物要少。为了骨骼的轻量化,鸟类用来代替其他动物常用的没有牙齿,鸟类也没有牙齿,不过很很多幼鸟的喙上有一突起,称为蛋齿英语egg tooth,有助于在孵化英语Egg incubation后可以破壳而出。

海洋哺乳动物

为方便在水中活动,海洋哺乳动物的后脚可能会完全退化,像鲸鱼海牛,或是整合在单一的尾鳍中,像是鳍足。

水骨骼

水骨骼则好像是充满水的气球。腔肠动物(例如水母珊瑚虫等)和环节动物(例如水蛭)这些具有水骨骼的动物体腔内充满液体。提供静水压支撑身体,能通过收缩液囊周围的肌肉实现移动,例如蚯蚓通过改变身体的形状向前移动。

细胞骨架

细胞骨架是用来稳定及保护细胞的外形,是一个动态结构,可以维持细胞外形、透过鞭毛纤毛板状伪足等结构使细胞可以移动,在细胞间运输(像细胞器囊泡的移动)及细胞分裂时扮演重要角色。

头颅分类

羊膜动物都拥有外骨骼,这类动物是基于其骨骼而被分类。特别是其颅骨,透过在颅骨上颞窝窗的数量,可知道羊膜动物的分类。

人类骨架

“骨骼系统的学习”,列奥纳多·达·芬奇,1510年

人体骨架系统内已融合及独立的骨骼均由韧带肌腱肌肉软骨所支持及填充。骨架系统可以支持内脏、保护像肺脏心脏等重要器官,并且提供肌肉的固定点。虽然牙齿中不包括其他骨骼中常见的组织,但牙齿仍视为是骨骼,而且是骨架系统中的一员。人体中最大的骨是腿部的股骨,最小的是中耳中的镫骨。骨骼约占人体重量的14%[2],其中有一半是水分。

人类有些部分骨头是由多块骨头融合而成,包括人类髗骨英语Human skull,大部分的骨头都直接(或透过关节)和骨架系统中的其他骨头连接,只有少数例外:中耳中的镫骨砧骨锤骨彼此相连,但没有和其他骨头相连。舌头舌骨只透过肌肉和韧带连接其他骨头,没有和其他骨头之间的关节。

成人的骨头共有206个,但其数字会依以下的算法而不同:骨盆中的髋骨是否算成一个,还是髂骨坐骨耻骨三个?尾骨要当成一个骨头还是四个骨头?颅骨需视为几个骨头?一般而言,骶骨会算成一个单一的骨,而不是五个稠合的椎骨。而在肌腱中也有许多的籽骨。像髌骨英语patella(膝盖骨)就是较大的籽骨。因为髌骨数量是固定的,一般会列入计算。骨头的数量也会因年龄而异,新生儿有超过270个骨头[3][4][5],后来有些骨头融合成为单一的骨头。人类的骨头可以整合成轴向骨架英语axial skeleton肢骼骨架英语肢骼骨架,前者为头及躯干的骨骼,后者为四肢的骨骼[6]

人类的骨头约在二十岁时才发育完成,骨头中含有骨髓,可以制造血球[7]

人类骨骼中维持了很多脊索动物(哺乳类、鸟类、鱼类、爬虫类及两栖动物)的特征,骨骼中有许多反复出现的基本单位,尤其在脊柱肋骨最为明显。

另见

参考资料

  1. ^ Barnes, Robert D. Invertebrate Zoology. Philadelphia, PA: Holt-Saunders International. 1982: 105–106. ISBN 0-03-056747-5. 
  2. ^ William W. Reynolds and William J. Karlotski. The Allometric Relationship of Skeleton Weight to Body Weight in Teleost Fishes: A Preliminary Comparison with Birds and Mammals. Copeia. 1977: 160–163. 
  3. ^ Miller, Larry. We’re Born With 270 Bones. As Adults We Have 206. Ground Report. 2007-12-09. 
  4. ^ How many bones does the human body contain?. Ask.yahoo.com. 2001-08-08 [2010-03-04]. 
  5. ^ EXPLORING OUR HUMAN BODIES (PDF). San Diego Supercomputer Center. 
  6. ^ Tözeren, Aydın. Human Body Dynamics: Classical Mechanics and Human Movement. Springer. 2000: 6–10. ISBN 0-387-98801-7. 
  7. ^ Human bones in the body?. Hman Body. 

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