Кіріспе

Экзоскелет (гр. έξω éxō "сыртқы" және σκελετός skeletós "скелет") – жануардың денесінің сыртында орналасқан және дене пішінін сақтап, ішкі мүшелерді қорғауға арналған скелет. Бұл ішкі эндоскелеттен (мысалы, адамдағыдай) өзгеше, ол басқа жұмсақ тіндердің астында жабысқан болады. Кейбір үлкен, қатты және икемсіз қорғаныш экзоскелеттері қабық немесе броня деп аталады. Жануарлардағы экзоскелеттерге мысал ретінде буынтықтылардың (жәндіктер, хелицераттар, мириаподтар және қабықтылар) және тардиградтардың ортақ қабықшалық скелеттері, сондай-ақ кейбір губкалардың сыртқы қабықшасы және бұқақтар, моллюскалар, тісті қабықшалар, хитондар мен наутилустердің ортақ моллюск қабықшалары жатады. Кейбір омыртқалы жануарлар, мысалы, тасбақа, эндоскелетке де, қорғаныш экзоскелетке де ие.

Рөл

Экзоскелеттер көптеген жануарларда қорғаныс, экскреция, сезімталдық, тіреу, тамақтану және құрлықтағы организмдерде құрғақшылыққа қарсы тосқауыл ретінде қызмет ететін функционалдық рөлдерді атқаратын қатты және төзімді компоненттерді қамтиды. Экзоскелеттердің зиянкестер мен жыртқыштардан қорғануда және бұлшықеттерді бекітуге арналған құрылымды қамтамасыз етудегі рөлі бар. Буынтық аяқтылардың экзоскелеттері хитинден тұрады; кальций карбонатының қосылуы оларды ауыррақ және күштірек етеді, бірақ салмағы артады. Буынтық аяқтылардың экзоскелетінен өсіп шыққан аподемдер бұлшықеттерді бекіту орындары ретінде қызмет етеді. Бұл құрылымдар хитиннен тұрады және омыртқалылардың сіңірлерінен шамамен алты есе күшті және екі есе қатаң. Сіңірлер сияқты, аподемдер де секіру үшін, әсіресе шегірткелерде, серпімді энергияны сақтау үшін созылуы мүмкін. Кальций карбонаттары моллюскалардың, брахиоподтардың және кейбір түтікшелі полихеталық құрттардың қабықтарын құрайды. Кремний микроскопиялық диатомдар мен радиоларияларда экзоскелетті құрайды. Бір моллюск түрі – қабыршақты табанды гастропод тіпті темір сульфидтерін – грегитті және пиритті пайдаланады. Кейбір организмдер, мысалы, кейбір форминифералар, құмның ұсақ бөлшектерін және қабықшаларын сыртқы бетіне жабыстыру арқылы экзоскелеттерді агглютинациялайды. Көптеген адамдардың қате пікіріне қарамастан, теңіз жұлдыздарының (эхинодермдердің) экзоскелеті жоқ және олардың қабықшасы әрқашан тірі тіндердің қабатында орналасқан. Экзоскелеттер көптеген рет тәуелсіз түрде пайда болды; тек кальцийленген экзоскелеттерді 18 тұқым дамытты. Сонымен қатар, басқа тұқымдар, мысалы, кейбір сүтқоректілер, экзоскелетке ұқсас берік сыртқы қаптамаларды жасады. Бұл қаптама армадиллода сүйектен, ал панголинде жүнден жасалған. Тасбақалар мен анкилозаврлар сияқты дернәсілдердің қару-жарағы сүйектен жасалған; крокодилдерде сүйекті қалқаншалар мен мүйізді қабыршақтар бар.

Өсу

Экзоскелеттер қатты болғандықтан, олардың өсуіне белгілі шектеулер қояды. Ашық қабықшасы бар организмдер қабықшаларының ашылуына жаңа материал қосу арқылы өсе алады, мысалы, құты қабықтылар, екі жақтаулылар және басқа моллюскаларда кездеседі. Артроподтардағыдай нағыз экзоскелет өскен кезде түсірілуі (құтылуы) керек. Ескі экзоскелеттің астында жаңа экзоскелет пайда болады. Жаңа қаңқа ескісі түсірілген кезде жұмсақ және иілгіш болады. Бұл кезеңде жануар өте осал болғандықтан, әдетте, иінде немесе қуыста жасырынады. Экзоскелет кем дегенде жартылай қатып қалғаннан кейін организм оны кеңейтуге тырысады. Дегенмен, жаңа экзоскелет белгілі бір деңгейде өсуге қабілетті. Керісінше, терісін қысып түсіретін жорғалаушылар тек терісінің сыртқы қабатын ғана түсіреді және көбінесе белгісіз өседі. Бұл жануарлар өмір бойы жаңа тері мен жабын жасайды, оларды өсуіне қарай алмастырады. Алайда, буынтықтылардың өсуі олардың қазіргі экзоскелетінің ішіндегі кеңістікпен шектеледі. Экзоскелетті уақтылы түсірмеу жануардың өліміне алып келуі мүмкін немесе жас организмдердің жетілуіне кедергі келтіріп, олардың көбеюіне тосқауыл қоюы мүмкін. Осы механизм кейбір жәндіктерге қарсы қолданылатын пестицидтерде, мысалы, Азадирахтинде кездеседі.

Палеонтологиялық маңызы

Экзоскелеттер организмдердің қатты бөліктері ретінде, олардың жұмсақ тіндері әдетте қазбаланғанға дейін шіріп кететін организмдерді сақтауға өте көмектеседі. Минералданған экзоскелеттер қабық сынықтары түрінде сақталуы мүмкін. Экзоскелетке ие болу қазбаланудың басқа да жолдарына мүмкіндік береді. Мысалы, берік қабат тығыздалуға қарсы тұра алады, бұл қаңқаның астында организмнің қалыптасуына мүмкіндік береді, ол кейіннен ыдырауы мүмкін. Сонымен қатар, ерекше сақталу хитиннің минералдануына әкелуі мүмкін, мысалы, Берджесс тақтасында, немесе ыдырауға төтеп беретін және қалпына келтірілетін кератинге айналуы мүмкін. Дегенмен, қазбаланған қаңқаларға тәуелділігіміз эволюция туралы түсінігімізді айтарлықтай шектейді. Әдетте, организмдердің минералданған бөліктері ғана сақталады, мысалы, моллюскалардың қабықтары. Экзоскелеттерде жиі кездесетін "бұлшықет іздері" – бұлшықеттердің экзоскелетке бекітілген жерлері, организмнің ішкі мүшелерінің көп бөлігін тек оның экзоскелеті арқылы қайта құруға мүмкіндік береді. Минералданған қаңқалар алғаш рет кембрий кезеңінің басталуына аз уақыт бұрын қазба жазбаларында пайда болады. Минералданған экзоскелеттің эволюциясы жануарлар әлемінің кембрийлік жарылысының ықтимал қозғаушы күші деп есептеледі, нәтижесінде жыртқыштық және қорғаныс тактикасының әртараптануына әкелді. Алайда, кейбір кембрийге дейінгі (эдиакар) организмдер берік сыртқы қабықтарды жасады.

Эволюция

Фоссильдік деректер негізінен минералданған экзоскелеттерден тұрады, себебі олар ең беріктігімен ерекшеленеді. Экзоскелеті бар көптеген туыстамалардың бастапқыда минералданбаған экзоскелеттері болған деп саналады, олар кейін минералданды. Сондықтан, әр туыстаманың экзоскелетінің өте ерте эволюциясы туралы пікір білдіру қиын. Дегенмен, кембрий кезеңінен аз бұрын, қысқа мерзім ішінде әртүрлі материалдардан – кремний, кальций фосфаты, кальцит, арагонит және тіпті біріктірілген минералды қабыршақтардан – жасалған экзоскелеттер әртүрлі орталарда пайда болды. Көптеген туыстамалар алғаш минералданған кезде мұхитта тұрақты болған кальций карбонатының түрін қабылдады және бұл минералдық форманы оның қолайсыз болған кезінде де өзгерте қоймады. Қалқан құрайтын басқа организмдердің көпшілігі кембрий кезеңінде пайда болды, ал бриозойлар ғана ордовик кезеңінде пайда болған кальцификациялық филум болып табылады. Қабықтардың кенеттен пайда болуы мұхит химиясының өзгеруімен байланысты, бұл қабықтарды құрайтын кальций қосылыстарын қабыққа түсіру үшін жеткілікті тұрақты етті. Алайда, бұл себеп жеткілікті болмауы мүмкін, себебі қабықтарды құрудың негізгі шығыны минералды компоненттердің шөгінуінен емес, қабықтың күрделі құрылымына қажетті ақуыздар мен полисахаридтерді жасаудан тұрады. Жақында ашылған, терең теңіздегі гидротермалдық қайнарлардың жанында тіршілік ететін қазіргі заманғы Chrysomallon squamiferum гастроподы бұл процеске әсер ететінін көрсетеді. Оның қабығы арагониттен жасалған, ол ең ерте кездескен моллюсктердің кейбір қазбаларында кездеседі; бірақ оның аяғының екі жағында да бронь пластиналары бар, олар бұрын ешбір метазоанда табылған емес, бірақ олардың құрамдас бөліктері қайнарлардан көп мөлшерде шығарылады.