Қаңқа және оның түрлері

Кіріспе

Денеге тіреу құрылымын құрайтын дене бөлігі, жалпы скелеттер.

Скелет – көптеген жануарлардың денесін тіреп тұратын құрылымдық қаңқа. Скелеттердің бірнеше түрі бар, оның ішінде экзоскелет – организмнің пішінін сақтайтын қатты сыртқы қабық; эндоскелет – мүшелер мен жұмсақ тіндер бекітілетін қатты ішкі қаңқа; гидроскелет – дене сұйықтықтарының гидростатикалық қысымымен қолдау көрсетілген икемді ішкі құрылым. Омыртқалы жануарлар – омыртқа бағанасының ортасында орналасқан эндоскелеті бар жануарлар, олардың скелеттері әдетте сүйектер мен шеміршектерден тұрады. Омыртқасыз жануарлар – омыртқа бағанасы жоқ басқа жануарлар, олардың скелеттері әртүрлі болады, соның ішінде қатты қабықты экзоскелет (бунақтылар мен моллюскалардың көпшілігі), пластиналы ішкі қабықтар (мысалы, кейбір баспаяқтылардағы кесек сүйектер) немесе таяқшалар (мысалы, теңіз жұлдыздарындағы сүйекшелер), гидростатикалық қолдауға ие дене қуыстары (көпшілігі) және шпикулалар (гүбкілер). Шеміршек – омыртқалылар мен омыртқасыздардың сүйек жүйесінде кездесетін қатты дәнекер тіндер.

Этимология

Скелет терминінің көне нұсқасы – Sceleton.

Жіктеу

Скелеттер бірнеше қасиеттерімен сипатталуы мүмкін. Қатты скелеттер сүйек, шеміршек немесе күтікулярлық заттар сияқты қатты заттардан тұрады. Оларды орналасуына қарай бөлуге болады: ішкі скелеттер – эндоскелеттер, ал сыртқы скелеттер – экзоскелеттер. Скелеттерді де қаттылығы бойынша анықтауға болады, мұнда икемді скелеттер қатты скелеттерге қарағанда серпімдірек. Сұйықтық немесе гидростатикалық скелеттерде қатты құрылымдар болмайды, олар қысыммен жұмыс істейтін сұйықтықтар арқылы қызмет етеді. Гидростатикалық скелеттер әрқашан ішкі болады.

Экзоскелеттер

Экзоскелет – жануардың денесін жауып тұратын сыртқы қаңқа, ол жануарды жыртқыштардан қорғауға арналған броня ретінде қызмет етеді. Буынтық аяқтылардың денелерін қоршап тұратын экзоскелеттері болады, ал жануарлар өскен сайын олардың экдизисі немесе қабық ауыстыруы жүреді. Молюскалардың қабықтары – экзоскелеттің тағы бір түрі. Эндоскелеттер жоғары мамандандырылған және жануарлар арасында айқын айырмашылықтарға ие. Қатты қаңқалар стресске ұшырағанда қимылға келмейді, құрлықта тіршілік ететін жануарларда кең таралған берік тірек жүйесін құрайды. Суда тіршілік ететін жануарлар қолданатын осындай қаңқа түрі көбінесе қорғану үшін (мысалы, ұлулар мен бұқақ қабықшалары) немесе суда жылдам қозғалуға және жүзуге қажетті бұлшық еттерге қосымша тірек қажет жануарлар үшін қолданылады. Қатты қаңқалар хитиннен (буынтық аяқтыларда), кальций карбонаты сияқты кальций қосылыстарынан (тасты кораллдар мен молюскаларда) және диотомдар мен радиоляриялар үшін силикаттан тұрады.

Гидростатикалық скелеттер

Гидростатикалық скелеттер – жануарлардың ішіндегі сұйық қысымы арқасында құрылымды сақтайтын икемді қуыстар. Олар кейбір жұмсақ денелі организмдерде кездеседі, мысалы, медузалар, жалпақ құрттар, нематодалар және дождевой құрттар. Бұл қуыстардың қабырғалары бұлшықет және байланыстыру тіндерінен құралған.

Цитоскелет

Цитоскелет (цито – «жасуша» деген мағынаны білдіреді) жасушалардың нысанын тұрақтандыру және сақтау үшін қолданылады. Бұл жасуша пішінін ұстап тұратын, жасушаны қорғайтын, флагелла, кірпікшелер және ламеллиподия сияқты құрылымдар арқылы жасушаның қозғалысын қамтамасыз ететін, сондай-ақ жасуша ішіндегі көлікті – мысалы, көпіршіктер мен органеллалардың қозғалысын жүзеге асыратын динамикалық құрылым. Цитоскелет жануар денесінің құрылымдық жүйесін құрайтын қаңқа емес, оның орнына жасуша деңгейінде осыған ұқсас қызмет атқарады.

Омыртқалы жануарлардың қаңқалары

Көптеген омыртқалы жануарларда негізгі скелеттік компонент – сүйек. Сүйектер – омыртқалы жануарлардың эндоскелетінің құрамына кіретін қатты мүшелер. Олар денеге құрылымдық қолдау көрсетеді, бұлшықеттердің жиырылуына қарсы тұру арқылы қозғалысқа көмектеседі және ішкі мүшелерді қорғайтын қабырға жасайды. Сүйектер негізінен гидроксиапатит сияқты бейорганикалық минералдардан тұрады, ал қалғаны органикалық матрица мен судан құралған. Сүйектердің қуыс түтікшелі құрылымы, салмағы жеңіл болса да, қысымға қарсы айтарлықтай кедергі келтіреді. Сүйектердегі жасушалардың көпшілігі остеобласттар, остеокласттар немесе остеоциттер болып табылады. Сүйек тіні – тығыз қосымды тінінің бір түрі. Сүйекті құрайтын тіндердің бірі – минералданған тіндер, ол оған қаттылық және бал арасы ұясы тәрізді үш өлшемді ішкі құрылым береді. Сүйектер сонымен қатар қызыл және ақ қан жасушаларын өндіреді және жасушалық деңгейде кальций мен фосфатты сақтауға қызмет етеді. Сүйектерде кездесетін басқа тіндерге сүйек миы, эндостеум және периостеум, жүйкелер, қан тамырлары және шеміршек жатады. Эмбриональды даму кезінде сүйектер эктодерма мен мезодермадағы скелетогендік жасушалардан жеке-жеке қалыптасады. Бұл жасушалардың көпшілігі жеке сүйек, шеміршек және буын жасушаларына айналады, содан кейін бір-бірімен байланысады. Арнайы скелеттік тіндер омыртқалы жануарларға ғана тән. Шеміршек сүйектен тез өседі, сондықтан ол жануардың өмірінде сүйектен бұрын көрінеді. Шеміршек омыртқалы жануарларда сүйектің буын нүктелеріндегі кернеуге төтеп беру үшін де қолданылады. Омыртқалы жануарлардағы шеміршек әдетте перихондрий тінімен қапталған. Байлауыштар – сүйектерді басқа сүйектерге, ал сіңірлер – бұлшықеттерді сүйектерге жалғастыратын серпімді тіндер.

Екібарлы және бауырымен жорғалаушылар

Қайыңдардың қаңқасы қабырғаларын қабықшаға айналдырып дамыған, сыртқы қаңқа құрайды. Жыландар мен тұмсықтылардың қаңқасында басқа жануарларға қарағанда әлдеқайда көп омыртқа болады. Жыландарда көбінесе 300-ден астам, ал кеділерде (бауырлы жәндіктерде емес) әдетте 65 омыртқа кездеседі.

Құстар

Құстардың қаңқалары ұшуға бейімделген. Құс қаңқасындағы сүйектер ұшудың метаболизм шығындарын азайту үшін қуыс және жеңіл. Сүйектердің пішіні мен құрылымының бірнеше ерекшеліктері ұшумен байланысты физикалық күштерге төзу үшін жақсартылған, оның ішінде дөңгелек және жұқа жауырын сүйегі және қаңқа элементтерінің бірігіп, біртұтас сүйектерге айналуы. Осы себепті, құстардың сүйектері басқа құрлықтағы омыртқалы жануарларға қарағанда көбінесе аз болады. Құстарда тістер де, тіпті нағыз жақ та жоқ, олардың орнына салмағы әлдеқайда жеңіл болатын мүңк пайда болған. Көптеген жас құстардың мүңктерінде жұмыртқа тісі деп аталатын өскір болады, ол олардың жұмыртқадан шығуына көмектеседі.

Балық

Балықтың ішіндегі тірек құрылымын құрайтын қаңқасы, хондрихт тәрізділердегідей шеміршек немесе остеихт тәрізділердегідей сүйектерден тұрады. Басты сүйек элементі – жеңіл, бірақ берік омыртқалардан құралған омыртқа бағанасы. Қабырғалар омыртқаға бекітіледі, ал аяқтар немесе аяқ белдіктері жоқ. Оларды тек бұлшықеттер ғана ұстап тұрады. Балықтың негізгі сыртқы ерекшеліктері – қанаттары, олар сүйекті немесе жұмсақ сүйекшелерден (қабырғалардан) тұрады. Бұл қабырғалар, құйрық қанатынан (құйрық) басқа, тікелей омыртқамен байланысты емес. Оларды дененің басты бөлігін құрайтын бұлшықеттер ұстап тұрады. Шағалақ балықтар, мысалы, акулалар, скаттар, тасбақалар және химералар, толығымен шеміршек қаңқасына ие. Шеміршектің жеңіл салмағы осы балықтарға жүзу кезінде аз энергия жұмсауға мүмкіндік береді.

Адамдар

Скелет біріккен және жеке сүйектерден тұрады, олар байланыстармен, көктамырлармен, бұлшық еттермен және шеміршектермен қолдау табады және толықтырылады. Ол мүшелерді ұстап тұратын, бұлшық еттерді бекітетін және ми, өкпе, жүрек және жұлын сияқты мүшелерді қорғайтын тірек ретінде қызмет етеді. Денедегі ең үлкен сүйек – жоғары жамбастағы сан сүйегі, ал ең кішкентайы – ортаңғы құлақтағы есті сүйегі. Ересек адамда скелет жалпы дене салмағының шамамен 13,1% құрайды, ал салмақтың жартысы су. Біріккен сүйектерге жамбас және бас сүйектері жатады. Барлық сүйектер тікелей байланысқан емес: әр ортаңғы құлақта үш сүйек бар, олар тек бір-бірімен байланысады. Тілдің тіреуіш нүктесі болып табылатын мойындағы тіл сүйегі денедегі басқа сүйектермен байланыспайды, оны бұлшықеттер мен байланыстар ұстап тұрады. Ересек адамның скелетінде 206 сүйек бар, бірақ бұл сан жамбас сүйектерінің (әр жақтағы жамбас сүйектері) әр жақтағы бір немесе үш сүйек (ішек, отырық және ұялы сүйек) ретінде есептеледі, құйрық сүйегі бір немесе төрт жеке сүйек ретінде есептеледі және бас сүйегінің тігістері арасындағы құрт сүйектері есепке алынбайды. Сол сияқты, сакральды сүйек әдетте бес біріккен омыртқа емес, бір сүйек ретінде есептеледі. Сондай-ақ, көбінесе көктамырларда кездесетін шағын сезамоидтық сүйектердің саны да өзгеріп отырады. Екі жақтағы тізе бунағы үлкен сезамоидтық сүйектердің мысалы болып табылады. Тізе бунақтары тұрақты болғандықтан, олардың саны жалпы санына есептеледі. Сүйектердің саны әр адамда әртүрлі және жасқа байланысты өзгереді – жаңа туған нәрестелерде 270-тен астам сүйек болады, олардың кейбіреуі бірігеді. Бұл сүйектер бойлық оське, яғни осьтік скелетке ұйымдастырылған, оған қосымша скелет бекітіледі. Адамның скелеті толық дамуына 20 жыл қажет, ал сүйектерінде қан жасушаларын өндіретін сүйек миы болады. Еркек және әйел скелеттері арасында бірнеше жалпы айырмашылықтар бар. Мысалы, еркек скелеті әйел скелетінен әдетте үлкен және ауыр болады. Әйелдердегі бас сүйектерінің сүйектері көбінесе бұрышты емес. Әйелдердегі кеуде сүйегі кеңірек және қысқарақ, ал білегі жұқарақ болады. Еркек және әйелдердің жамбас сүйектері арасында әйелдердің жүктілік және босану қабілетімен байланысты маңызды айырмашылықтар бар. Әйелдердің жамбас сүйегі еркектерге қарағанда кеңірек және жағалауы аз. Әйелдердегі жамбас шығуы кеңейтілген, ал жамбас ені кең және дөңгелек. Еркектерде ұялы сүйектер арасындағы бұрыш өткір болады, бұл дөңгелек, тар және жүрек пішіндес жамбас сүйегіне әкеледі.

The skeleton consists of both fused and individual bones supported and supplemented by ligaments, tendons, muscles and cartilage. It serves as a scaffold which supports organs, anchors muscles, and protects organs such as the brain, lungs, heart and spinal cord. The biggest bone in the body is the femur in the upper leg, and the smallest is the stapes bone in the middle ear. In an adult, the skeleton comprises around 13.1% of the total body weight, and half of this weight is water. Fused bones include those of the pelvis and the cranium. Not all bones are interconnected directly: There are three bones in each middle ear called the ossicles that articulate only with each other. The hyoid bone, which is located in the neck and serves as the point of attachment for the tongue, does not articulate with any other bones in the body, being supported by muscles and ligaments. There are 206 bones in the adult human skeleton, although this number depends on whether the pelvic bones (the hip bones on each side) are counted as one or three bones on each side (ilium, ischium, and pubis), whether the coccyx or tail bone is counted as one or four separate bones, and does not count the variable wormian bones between skull sutures. Similarly, the sacrum is usually counted as a single bone, rather than five fused vertebrae. There is also a variable number of small sesamoid bones, commonly found in tendons. The patella or kneecap on each side is an example of a larger sesamoid bone. The patellae are counted in the total, as they are constant. The number of bones varies between individuals and with age – newborn babies have over 270 bones some of which fuse together. These bones are organized into a longitudinal axis, the axial skeleton, to which the appendicular skeleton is attached. The human skeleton takes 20 years before it is fully developed, and the bones contain marrow, which produces blood cells. There exist several general differences between the male and female skeletons. The male skeleton, for example, is generally larger and heavier than the female skeleton. In the female skeleton, the bones of the skull are generally less angular. The female skeleton also has wider and shorter breastbone and slimmer wrists. There exist significant differences between the male and female pelvis which are related to the female's pregnancy and childbirth capabilities. The female pelvis is wider and shallower than the male pelvis. Female pelvises also have an enlarged pelvic outlet and a wider and more circular pelvic inlet. The angle between the pubic bones is known to be sharper in males, which results in a more circular, narrower, and near heart shaped pelvis.

Омыртқасыздардың қаңқалары

Омыртқасыз жануарлар омыртқа бағанасының болмауымен сипатталады және оларда сүйек қаңқасы жоқ. Бунақты аяқталғандардың экзоскелеті, ал теңіз жұлдыздарының эндоскелеті болады. Кейбір жұмсақ денелі организмдер, мысалы, медузалар мен жер құрттары гидростатикалық қаңқаға ие.

Артроподтар

Бунақденелілердің, оның ішінде жәндіктердің, қабықтылылардың және кенелердің қаңқалары сыртқы қаңқа (экзоскелет) болып табылады. Олар эпидермис бөліп шығаратын хитиннен тұрады. Сыртқы қаңқа жануардың денесін жауып, сондай-ақ ас қорыту жүйесінің бөліктері сияқты бірнеше ішкі мүшелерді жабады. Бунақденелілер өскенде экдиз процесі арқылы тері жаңартады, жаңа сыртқы қаңқа дамытып, ескі қаңқаның бір бөлігін қорытып, қалғанын қалдырады. Бунақденелінің қаңқасы көптеген функцияларды атқарады: ол денеге қорғаныш пен тіреу беретін, қозғалыс және қорғануға арналған мүшелерді қамтамасыз ететін және сезімталдық қабылдауға көмектесетін жабын қызметін атқарады. Кейбір бунақденелілер, мысалы, қабықтылылар, сыртқы қаңқаны нығайту үшін кальций карбонаты сияқты биоминералдарды қоршаған ортадан сіңіреді.

Эхинодермиялық жануарлар

Теңіз жұлдыздары мен теңіз кірпілері сияқты эхинодермдердің қаңқалары – жануардың денесін жабу үшін біріккен немесе жабысқан үлкен, жақсы дамыған склерит тақталарынан тұратын эндоскелеттер болып табылады. Теңіз қияндарының қаңқасы – ерекше жағдай, ол тамақтану мен қозғалысқа көмектеседі. Эхинодермдердің қаңқалары стереомадан тұрады, ол монокристалл құрылымы бар кальциттен жасалған. Олардың құрамында сондай-ақ маңызды мөлшерде магний бар, ол қаңқаның 15%-ға дейін құрайды. Стереоманың құрылымы кезеңді, ал осы кезеңдер жануар өскен сайын дәнекер тіндермен толады. Теңіз кірпілерінде стереома құрылымының онға дейін нұсқасы кездеседі. Қазіргі замандағы жануарлардың арасында мұндай қаңқалар эхинодермдерге ғана тән, бірақ ұқсас қаңқалар кейбір палеозойлық жануарлармен де кездесетін. Эхинодермдердің қаңқалары мезодермалық, себебі олар көбінесе жұмсақ тіндермен қапталған. Қаңқа тақталары бірімен-бірі байланысқан немесе бұлшықеттер мен байлау тіндері арқылы қосылған болуы мүмкін. Эхинодермдердегі қаңқа элементтері жоғары маманданып, көптеген түрлерге ие, бірақ олар әдетте симметрияның белгілі бір түрін сақтайды. Теңіз кірпілерінің тікенектері – эхинодермдердің қаңқа құрылымының ең ірі түрі.

Молюскалар

Кейбір моллюскалар, мысалы, конхтар, исі қабықшалар және бұршақтар, сыртқы қаңқа ретінде қызмет ететін қабықшаларына ие. Олар жануардың мантиясынан шығарылатын ақуыздар мен минералдар арқылы пайда болады.

Қабықша

Қабықша – клеткадан тыс матрицада орналасқан хондроциттер деп аталатын арнайы жасушалардан құралған байланыстырғыш қаңқа тіні. Бұл матрица әдетте II типті коллаген талшықтарынан, протеогликандардан және судан тұрады. Қабықшаның көптеген түрлері бар, оның ішінде серпімді қабықша, гиалинді қабықша, фиброқабықша және липогиалинді қабықша. Басқа байланыстырғыш тіндерден айырмашылығы, қабықшада қан тамырлары жоқ. Хондроциттер диффузия арқылы қоректендіріледі, мұнда буын қабықшасының қысылуы немесе серпімді қабықшаның иілуінен туындайтын сорғы тәрізді әрекет көмектеседі. Осылайша, қабықшаның өсуі және жаңаруы басқа байланыстырғыш тіндерге қарағанда баяу жүреді.