СКЕЛЕТ

Многие люди ошибочно считают, что скелет имеют только позвоночные животные: ры­бы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. На самом деле скелет имеется у подавляющего большинства животных, и за миллиарды лет он претерпел огромную и доволь­но интересную эволюцию.

Впервые скелетные образования возникли у простейших. Скелет радиолярий (лучевиков), со­стоящий у большинства этих созданий из крем­незёма, придаёт им необычайную красоту. Не случайно немецкий биолог Эрнст Геккель в своём известном атласе рисунков «Красота форм в при­роде» много места уделил радиоляриям. Скелет помогает им «парить» в толще воды, а кроме того, защищает от поедания (не всякий хищник способен переваривать их острые скелетные иг­лы). Беря в руки кусок мела, мы часто не подо­зреваем, что мел образован неисчислимым мно­жеством останков фораминифер (см. ст. «Про­стейшие»). Когда-то эти раковинки тоже защи­щали своих хозяев от поедания хищниками.

Вообще, защита — одна из основных задач скелета. У многих беспозвоночных животных (губок, коралловых полипов и др.) тело насыще­но острыми скелетными иглами, что делает его малосъедобным для хищников.

Можно выделить два направления дальней­шей эволюции скелета. Первое — формирование наружного скелета (например, раковины мол­люсков, панцирь ракообразных, твёрдый покров насекомых). Второе — развитие внутреннего ске­лета (у радиолярий, губок, позвоночных живот­ных).

Долгое время на суше господствовали исклю­чительно животные с наружным скелетом. Он весьма удачно защищает его обладателей от на­падения врагов, служит опорой их телу, помога­ет передвижению. Иногда ему достаётся самая неожиданная роль. Корабельному червю (один из видов моллюсков) остаток раковины помогает просверливать ходы в древесине, которой он питается.

Основной материал для раковин моллюсков и фораминифер, скелета полипов — известь, т. е. карбонат кальция. (Из почти чистого карбоната кальция состоят мел и скорлупа куриных яиц.) Но вещество это довольно плотное, тяжёлое. Жи­вотные с внешним известковым скелетом на суше весьма неповоротливы. Медлительность улиток даже вошла в поговорку.

Самый совершенный наружный скелет — у членистоногих. Они сумели «найти» для него более удачный и лёгкий материал — хитин (см.









раздел «Углеводы» в статье «Вещества организма»). Для большей прочности хитин может пропитываться той же известью. Твёрдые щитки, покрывающие тело животного, соединяются друг с другом более мягкими перепонками. Это позволило членистоногим иметь характерные для них чле­нистые конечности «на шарнирах», столь незаменимые при передвижении по суше. Их скелеты напоминают суставча­тые рыцарские латы. Мышцы крепятся к такому скелету изнутри (что можно увидеть при разделывании клешней рака). В конечном итоге благодаря всем этим приспособ­лениям членистоногие сумели завоевать сушу.

К сожалению, наружный скелет членистоногих имеет и ряд недостатков. Он не может нарастать по мере роста животного, поэтому мешает росту. Чтобы расти, животному приходится время от времени покидать свой скелет — претерпевать линьку. Наблюдательные читатели нередко могли заметить висящую на паутине пустую оболочку па­учьих лап — паук покинул свой скелет. Сразу после линьки животное быстро растёт, пока не затвердеют его новые покровы. Но в этот период оно легко уязвимо для хищников. Лишённое опоры, оно вдобавок почти не может двигаться (в особенности если живёт на суше). На время линьки животные обычно прячутся в укромные места.

И ещё одно несовершенство наружного скелета. С уверен­ностью можно сказать, что муравьи размером с быка и тому подобные гигантские насекомые могут существовать лишь в произведениях писателей-фантастов. У гигантской стреко­зы, жившей в каменноугольном периоде палеозойской эры, размах крыльев достигал 70 см (см. ст. «Происхождение и развитие жизни»). Но это, вероятно, рекорд. В реальности «муравью-быку» понадобился бы столь толстый и тяжёлый наружный скелет, что он не смог бы его носить. У водных членистоногих предельный размер тела несколько больше, чем у наземных, но ненамного.

Более перспективным в эволюционном плане оказался путь развития не наружного, а внутреннего скелета.

Зарывшись в песок на дне моря, процеживая из воды съедобные частицы, проводит свою жизнь небольшое (5— 10 см длиной) полупрозрачное существо — ланцетник. Стро­ение его настолько несложно, что каждая из двух половинок разрезанного ланцетника может отрастить недостающую, как у дождевого червя. На первый взгляд в облике этого морского обитателя нет ничего примечательного. Но именно похожие на ланцетника существа сотни миллионов лет назад дали начало всем современным позвоночным — от рыб до зверей и человека. Оказывается, вдоль тела этого невзрачного жителя моря располагается зачаток внутренне­го скелета — хорда (или спинная струна). На её месте в ходе эволюции разовьётся прочный позвоночный столб. У бесче­люстных (миног и миксин) в передней части спинной стру­ны уже образуется череп, защищающий головной мозг от внешних повреждений. У рыб мозговой череп дополнится лицевым (челюстями, захватывающими пищу, и др.). Ске­лет бесчелюстных ещё настолько гибок, что их тело можно без вреда для них завязать узлом.

В ходе эволюции скелет позвоночных постепенно утра­чивает излишнюю гибкость и становится всё более твёрдым. У хрящевых рыб (акул и скатов) скелет состоит ещё только из хрящевой ткани. Хрящ лучше приспособлен для роста, чем твёрдая костная ткань, — он может нарастать, не меняя пропорций. Зато костная ткань более прочна и тверда





благодаря тому, что пропитана фосфатом кальция. Большинство позвоночных нашло интересный компромисс между необходимостью роста и потребностью в прочном скелете. У зародышей и молодых растущих животных скелет полностью или большей частью состоит из хряща. Но у взрослых особей он окостеневает, хрящ вытесняется костью (см. ст. «Ткани»). Окостенение скелета человека заканчивает­ся к 25 годам.

Эволюция вносила в свой первоначальный «проект» (внутренний скелет) всё новые и новые усовершенствования и дополнения. На­сколько скелет человека, состоящий из 206 костей, отличается от скелета ланцетника, в котором — одна-единственная хорда!

ПОЧЕМУ ПРОЧНЫ КОСТИ

По внешнему виду кость часто кажется сплошной, целиком состоящей из твёрдо­го материала. На деле это не так: большинство костей внутри заполнены неокостеневающей тканью — костным мозгом — или просто полые внутри. Благода­ря этому скелет взрослого человека, например, весит всего около 8 кг. За счёт че­го же достигается удивительная прочность скелета (большая берцовая кость человека выдерживает нагрузку до 1,5 т)?

Дело в том, что в веществах кости есть две «составляющие»: гибкая (органические ве­щества) и твёрдая, но хрупкая (соли кальция). Прокалённая на огне кость твёрдая, но может рассыпаться от одного прикосновения. А кость, обработанную соля­ной кислотой, вполне можно завязать узлом, хотя сломать почти невозможно.

Похожий принцип сочетания твёрдости и гибкости применяется человеком в строительстве (кстати говоря, позаимство­ван он у природы). Бетон — материал хрупкий, железо — гибкий. Бетон в соче­тании с железным каркасом (железобетон) гораздо прочнее каждого из этих двух ма­териалов в отдельности.

СУСТАВЫ

Одно из самых удивительных «изобрете­ний» природы, связанных со скелетом, — суставы. Если бы все кости скелета, например, человека просто неподвижно со­единялись друг с другом, такой человек не смог бы даже пошевелиться. Подвижные со­единения костей и называются суставами.

Участки соприкасающихся в суставе кос­тей покрыты хорошо скользящим хрящом и герметически укрыты оболочкой — сустав­ной капсулой (сумкой). Для уменьшения трения полость, частично разделяющая кости, заполняется синовиальной жидко­стью, которую выделяют ткани суставной сумки и хрящей. Стираясь при трении, хрящ также превращается в смазку. Здоровый сус­тав, таким образом, сам себя смазывает и поддерживает в рабочем состоянии.

Есть суставы, которые могут только сгибаться и разгибаться (например, суставы между фалангами пальцев человека). Другие могут, кроме того, совершать движения в разных направлениях — в стороны и т. д. На­конец, шаровидные суставы (например, плече­вой) могут ещё и вращаться.

МОГЛИ ЛИ СУЩЕСТВОВАТЬ ВЕЛИКАНЫ СВИФТА?

Гулливер, герой знаменитого произведения Джонатана Свифта, совершая свои фан­тастические путешествия, оказы­вался в стране великанов, чей рост в 12 раз превышал рост Гулливера.

Автор «Путешествий Гулливе­ра» вряд ли заботился о научной обоснованности своего повество­вания. Между тем вопрос о том, возможно ли существование людей-великанов, подобных изображён­ным в романе Свифта, был решён наукой почти за сто лет до выхо­да в свет этого произведения.

В 1638 г. Галилео Галилей пришёл к выводу о том, что по за­конам физики форма крупной особи должна сильно отличаться от формы мелкой особи. Кости крупного животного должны иметь гораздо большую толщину относительно своей длины, чтобы сохранить ту же прочность. Что­бы скелет свифтовских великанов выдерживал их тяжесть, они долж­ны были бы состоять почти из одних костей.

Таково одно из ограничений, ус­танавливающих предел максималь­ным размерам земных животных.