Урок Получить доступ за 75 баллов Локомоция
Понятие локомоции
Локомоция- это перемещение живых организмов в пространстве, благодаря их активным действиям.
В основном движение вызывается сокращением мышц.
Результатом локомоции является акт движения.
На локомоцию сильно влияют рельеф местности и сопротивление среды.
Цикл шага состоит из фазы опоры и фазы переноса конечностей:
- Фаза переноса состоит в том, что все три главных сустава конечности согнуты.
В конце фазы переноса колено и лодыжка разгибаются, а бедро сгибается, завершая фазу
- В фазе опоры бедро выпрямляется
В начале фазы опоры колено и лодыжка немного согнуты, что обусловлено пассивным “уступанием”. После этого они выпрямляются до тех пор, пока не кончится фаза опоры.
Эта последовательность движений фиксирована и не зависит от скорости локомоции, но другие параметры шага: длительность фаз, амплитуда движений в суставах могут изменяться в широких пределах.
Скорость локомоции может контролироваться двумя путями:
- изменением сил отталкивания ног
- изменением частоты шага
Виды локомоции
К локомоции относятся:
- плавание
- летание (полёт)
- планирование
- лазание
- бурение почвы
- брахиация (качание на руках)
Наземная локомоция:
- хождение (ходьба), или аллюр, походка
- бегание (бег) на 4 или 2 конечностях
- прыгание (прыжки в высоту)
Различают 2 главных типа наземной локомоции:
1. Симметричная локомоция
- Поочередная работа конечностей: за передней лапой всегда следует диагональная от неё задняя, редко наоборот
- Попарная работа конечностей: в каждой паре одна передняя и одна задняя конечность
2. Асимметричная локомоция
За поочередной или синхронной работой передних конечностей в движение включаются задние.
Вот пример:
Локомоция простейших и кишечнополостных
Простейшие животные организмы двигаются путем сокращения специализированных органоидов - микротрубочек и движения цитоплазмы.
Перестраивая нити цитоскелета, амеба образовывает ложноножки.
Эвглена зеленая передвигается в воде жгутиком вперед, как бы “ввинчиваясь” в воду.
Некоторые эвглены движутся волнообразными движениями тела, которые достигаются за счет белковых нитей в цитоплазме.
Движение инфузорий происходит за счет биения множества ресничек, которые поочередно распрямляясь и выгибаясь проталкивают инфузорию в пространстве тупым концом вперед.
Гидроидные полипы и сцифоидные медузы имеют эпителиально- мускульные клетки, которые содержат мышечные волокна.
У гидры они расположены параллельно вдоль оси, а у медуз по краю зонтика, радиально и в круговую.
Гидра медленно передвигается с места на место, поочередно «ступая» то подошвой, то щупальцами.
Для медуз характерен реактивный способ движения, когда перемещение осуществляется за счет выталкивания воды из-под купола при сокращении стенок зонтика.
Локомоция червей, моллюсков и членистоногих
Наиболее прогрессивный представитель червей- дождевой червь передвигается ползанием.
Червь сначала втягивает передний конец тела и цепляется щетинками, расположенными на брюшной стороне, за неровности почвы, а затем, сокращая мышцы, подтягивает задний конец тела.
При сокращении продольных мышц тело червя становится более коротким и толстым.
При сокращении кольцевых мышц тело делается тоньше и длиннее.
Сокращаясь поочередно, оба слоя мышц обусловливают движение червя:
Брюхоногие моллюски (улитки и слизни) состоят из туловища, головы, ноги, которая занимает всю брюшную сторону тела.
Скользя подошвой ноги по водным предметам, моллюск осуществляет передвижение.
У двустворчатых моллюсков (устрицы, мидии) раковина овальная, состоит из двух створок- правой и левой.
На брюшной стороне они могут открываться, и в образующуюся щель высовывается нога в виде мускулистого, направленного вперед клинка.
При передвижении двустворчатые выдвигают вперед ногу и закрепляются ею в грунте, а затем подтягивает тело.
Таким образом они делают как бы маленькие шаги по 1- 2 см каждый, передвигаясь всего на 20- 30 см за час.
Тело головоногих моллюсков (осьминоги, каракатицы) мешкообразное, есть большая голова и 8- 10 длинных ног или щупалец.
Передвигаются с большой скоростью (до 70 км/ч), осуществляя реактивный способ перемещения (путём засасывания и выталкивания воды).
Членистоногие передвигаются за счет членистых конечностей, крыльев и плавательных конечностей с помощью поперечно-полосатой мускулатуры.
Ракообразные по дну двигаются головой вперед на ходильных ногах.
В момент опасности уплывают быстрыми толчками, подминая под себя воду хвостом или хвостовым плавником.
Способ передвижения- плаванье.
У паукообразных от головогруди отходят 8 ходильных ног, при помощи которых они передвигаются ходьбой или прыжками.
Тело насекомых состоит из 3 отделов: головы, груди и брюшка, от которого отходят 3 пары ног.
Некоторые насекомые имеют крылья.
Таким образом, способ передвижения насекомых- ходьба, прыжки или полёт.
Локомоция рыб, амфибий и рептилий
У рыб плавание происходит путём изгибания тела в горизонтальной плоскости.
После выхода животных на сушу главным органом локомоции стали конечности.
У бесхвостых амфибий (лягушек, жаб) перемещение по суше происходит прыжками: задние конечности наиболее сильные и длинные, передние короткие.
Плавание у лягушек происходит благодаря задним конечностям, передние конечности и голова выполняют роль руля.
Хвостатые амфибии (тритоны) имеют парные одинаковые конечности для перемещения по суше ходьбой и длинный хвост, который является главным двигателем при плавании.
Червяги (безногие амфибии) перемещаются на суше и в воде. извиваясь всем телом, подобно змеям.
Личинки амфибии (головастики) уподобляются рыбам при движении в воде.
Пресмыкающиеся- это первые животные, которые приспособились к полностью сухопутному образу жизни.
Основное направление эволюции- усиление подвижности и маневренности движения.
Исходное строение скелета имеют пресмыкающиеся, передвигающиеся относительно медленно на четырех ногах.
При «пресмыкании» с помощью расставленных по бокам тела коротких парных конечностей, примерно равных друг другу, туловище относительно подвижно, хвост умеренно длинный и шея коротка (гаттерия, большинство ящериц).
Приспособлением к движению по сыпучему грунту служит появление на пальцах оторочки из роговых пластинок («песчаные лыжи») и уплощение тела (ящерицы, круглоголовки).
Ускорение движения по суше достигалось увеличением относительных размеров и изменением постановки конечностей: перенос конечностей под туловище позволяет приподнять его над грунтом и ускорить передвижение (многие пустынные ящерицы; крокодилы, изменяя постановку ног, могут бежать галопом со скоростью 12 км в час).
Еще больше повысил скорость переход к двуногому передвижению, характерному для многих вымерших динозавров и некоторых пустынных ящериц (плащеносной, пустынной агамы).
Хвост становится балансиром, а передние конечности служат для удерживания пищи.
Сильно развитые задние конечности с чешуйчатыми пальцами, позволяют шлемоносному василиску буквально «бежать по воде».
При местообитании в траве, в листве деревьев, в подстилке леса или песчаных почвах оказался выгодным переход к ползанию, который сопровождался потерей конечностей.
Змеевидные движения осуществляются тремя способами:
- изгибы тела в горизонтальной плоскости
- обитатели песков при так называемом «боковом ходе» забрасывают, не касаясь субстрата, заднюю часть тела вперед и в сторону, опираясь на покоящуюся часть тела, затем переносят вперед переднюю часть тела и движение повторяется; при таком движении на песке остаются параллельные полоски поперек направления хода
- при «гусеничном передвижении» по телу пробегает волна сокращения, толкающая его вперед при опоре на расширенные брюшные щитки
Змеевидное тело эффективно и при передвижении в воде: у морских змей хвост сжат с боков, как хвост рыб, для более эффективного движения в водной среде.
Уплощение тела, боковое сплющивание хвоста и приобретение плавательных перепонок между пальцами характерно для крокодилов и многих ископаемых динозавров.
У черепах переход к водному образу жизни сопровождался уплощением, а затем и частичной редукцией панциря и превращением конечностей в мощные ласты.
Локомоция птиц
Птицы хорошо передвигаются по земле, лазают по деревьям и отвесным скалам, плавают и ныряют.
Но самым характерным способом передвижения является полет.
К нелетающим птицам принадлежат страусоподобные птицы, киви, а также некоторые островные виды, утратившие способность к полету вторично.
Птицы Киви имеют длинные ноги, позволяющие им много ходить по лесам и болотам, а вот крылья у них неразвиты и имеют длину всего около 5 см, их даже не видно среди перьев:
Крылья пингвинов преобразовались в ласты, которые, как и плавательные перепонки на задних конечностях, помогают птицам быстрее плавать.
На суше пингвины двигаются медленно и неуклюже на задних конечностях, иногда могут кататься на брюхе с горок.
Выделяют два основных способа полета у птиц: машущий и парящий.
Машущий полет еще называют активным, а парящий полет пассивным.
Во время машущего полета птица совершает активные движения крыльями.
Движения крыльев во время машущего полета могут различаться как по частоте, так и по силе.
Например, колибри машет крыльями с частотой до 80 взмахов в секунду!
К машущему полету относится и пикирование, при помощи которого многие птицы настигают жертву.
Парящий полет отличается от машущего тем, что птица использует восходящие потоки воздуха, которые образуются вследствие неравномерного нагрева поверхности земли солнцем.
Во время парящего полета птица практически не совершает движения крыльями.
Птица может часами парить, практически не прикладывая никаких усилий.
Для парителей характерны крупные размеры, длинные крылья с развитой несущей поверхностью, относительно малые размеры сердца.
Крыло может быть либо широким (наземные виды), либо узким (морские виды).
Парящий полет часто используется хищными птицами (орел, сокол, сыч) для выслеживания добычи сверху, а затем резкого броска вниз за ничего не подозревающей жертвой.
Наземные виды птиц передвигаются по земле шагом или бегом (голуби).
Древесные виды, конечности которых приспособлены в большей степени к перемещению по ветвям деревьев, передвигаются по земле прыжками (воробей).
В экологическую группу воздухореев входят стрижи и ласточки, которые из-за коротких задних конечностей не могут взлетать с земли.
Поэтому, если увидите на земле ласточку, просто возьмите и подбросьте ее вверх.
Она тут же улетит.
Птицы, которые превосходно плавают и ныряют, входят в экологическую группу водоплавающих птиц.
Для движения в воде используются задние конечности.
Их ноги имеют плавательные перепонки, что увеличивает площадь поверхности и силу отталкивания от воды.
Некоторые водные и околоводные птицы могут превосходно нырять и задерживать дыхание на несколько минут.
При этом под водой в качестве основного движителя используются либо задние, либо передние конечности.
Для некоторых видов характерно ныряние с большой высоты.
Они не плавают под водой, а погружаются на краткие мгновения лишь для того, чтобы схватить добычу.
К таким птицам в умеренных широтах относятся скопы, зимородки, крачки и некоторые другие виды.
Локомоция млекопитающих
В целом механизм передвижения (локомоции) одинаковый у всех млекопитающих, но конкретные его способы развивались по многим расходящимся направлениям.
Эволюция способов локомоции млекопитающих была направлена на удлинение и выпрямление ног, поднятие туловища над землей для увеличения скорости передвижения.
У современных млекопитающих способы локомоции включают рытье, ходьбу, бег, прыжки, лазание, планирование, машущий полет и плавание.
Роющие формы, например, кроты и гоферовые, движутся под поверхностью почвы.
Мощные передние конечности этих млекопитающих выдвинуты вперед, так что лапы могут работать перед головой, а плечевые мышцы очень сильно развиты.
Кисти таких зверей могут быть очень большими, приспособленными для разгребания мягкой почвы или же вооружены мощными когтями для "бурения" твердого грунта.
Многие мелкие виды, например крысы, мыши и землеройки, характеризуются сравнительно массивным туловищем с короткими конечностями и обычно передвигаются перебежками.
Некоторые млекопитающие, например, медведи, лучше всего приспособлены к ходьбе.
В случае необходимости они могут переходить на тяжелый бег, но делают это неуклюже и не могут долго сохранять высокую скорость.
Приспособлены к ходьбе также очень крупные животные, например, слоны.
У них наблюдается тенденция к удлинению и усилению верхних костей ног при укорочении и расширении нижних.
Ноги слонов превратились в массивные колонны, поддерживающие огромную массу тела.
У быстро бегающих животных (лошадей и оленей) нижние сегменты ног стержневидные, способные быстро двигаться вперед и назад.
Дополнительные приспособления к быстрому бегу включают редукцию или утрату наружных пальцев и сближение оставшихся.
Необходимость догонять проворную добычу привела к появлению у кошек и собак другого способа локомоции- на пальцах.
Пясть и плюсна при этом удлинились, что позволило увеличить скорость бега.
Большинство животных движется вперед, используя в основном толчки задних ног.
Таким образом появился прыжковый тип передвижения (кенгуру, тушканчики).
Произошло удлинение частей задних конечностей, животное стало пальцеходящим, в то время как наружные пальцы редуцировались или совсем исчезли.
В большинстве случаев передние конечности сильно уменьшились, а шея укоротилась.
Хвост служит балансиром и до некоторой степени рулевым устройством.
Самцы кенгуру в брачный период:
Прыжковый способ локомоции позволяет добиться максимального ускорения.
Вычисления показывают, что самый длинный прыжок возможен при угле отрыва от земли, равном 40- 44 градуса.
Чтобы удлинить прыжки и более эффективно преодолевать расстояние, некоторые звери перешли к планирующему полету как способу передвижения (американская летяга):
Единственные млекопитающие, на самом деле способные летать,- рукокрылые.
Передние конечности рукокрылых преобразованы в крылья.
Их наиболее заметная особенность- сильное удлинение четырех пальцев с летательной перепонкой между ними.
Однако большой палец выступает за ее передний край и обычно вооружен крючковидным когтем.
Как бы там ни было, полет- главный способ локомоции рукокрылых. Причем известно, что некоторые мигрирующие виды покрывают без отдыха до нескольких сотен километров.
Хотя бы один представитель почти каждого отряда млекопитающих хорошо плавает.
У полуводных форм задние лапы обычно увеличены и снабжены перепонкой между пальцами или оторочкой из жестких волос, как у выдры.
Их хвост может быть преобразован в гребную лопасть или руль, став уплощенным вертикально, как у ондатры, или горизонтально, как у бобра.
Морские львы приспособились к жизни в воде еще лучше: их передние и задние лапы вытянуты и превращены в ласты (верхние сегменты конечностей погружены в жировой слой туловища).
Настоящие тюлени пошли по пути специализации дальше и стали водными млекопитающими.
Для плавания они используют только задние конечности, которые уже не могут поворачиваться вперед для передвижения по суше.
Полное приспособление к жизни в воде демонстрируют китообразные и сирены.
Оно сопровождается глубокими морфологическими преобразованиями, включая полное исчезновение наружных задних конечностей, приобретение обтекаемой, рыбообразной формы тела и исчезновение волосяного покрова.
Сохранять тепло китам, как и настоящим тюленям, помогает толстый слой ворвани (жидкий жир), окружающий тело.
Поступательное движение в воде обеспечивают горизонтальные плавники с хрящевым каркасом, расположенные в задней части хвоста.
В бесплатной версии урока недоступны:
- Видео
- Изображения
- Дополнительная информация
- Таблицы
- Тесты