Опорно-двигательная система

БУ ВО «Сургутский государственный университет»

Методическая разработка

Лабораторного занятия № 9 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Эволюция покровов тела.

Эволюция опорно-двигательной системы».

Выполнил (а) студент (ка) I курса

Медицинского института

_____ группы

Ф.И.О._________________________

_________________________

Сургут, 2015 г.

Цель занятия:Изучить основные этапы эволюции покровов тела у бес­позвоночных и хордовых животных. Выделить главные направ­ления эволюции покровов у животных. Обосновать возмож­ность формирования у человека онтофилогенетических поро­ков развития покровов.

Изучить основные этапы развития опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных и позвоночных животных. Выде­лить основные эволюционные преобразования опорно-двига­тельного аппарата. Отметить отличия в строении скелета чело­века и скелета млекопитающих. Обосновать возможности фор­мирования у человека онтофилогенетических пороков опорно-двигательной системы.

Вопросы для самоподготовки студентов:

1. Производными каких зародышевых листков являются по­кровы беспозвоночных и хордовых животных?

2. Какова роль покровов в жизнедеятельности организма?

3. По какому пути шла эволюция покровов беспозвоночных?

4. Каковы функции производных покровов у беспозвоночных?

5. Какие изменения в строении покровов наблюдаются у бес­позвоночных, ведущих паразитический образ жизни?

6. Каковы эволюционные преобразования покровов у позво­ночных?

7. Каково происхождение плакоидной чешуи, костной чешуи рыб, роговой чешуи рептилий, волос млекопитающих?

8. Какие онтофилогенетические пороки развития покровов мо­гут быть у человека и чем они обусловлены?

9. Из каких зародышевых листков развиваются скелет беспо­звоночных, хорда и скелет позвоночных животных?

10. У каких животных хорда функционирует в течение всей жизни, у каких - только в эмбриональном периоде?

11. Какова роль опорно-двигательного аппарата?

12. Каковы характерные особенности опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных?

13. Каковы основные эволюционные преобразования опорно-двигательного аппарата у хордовых животных?

14. На какие отделы дифференцирован позвоночник рыб, ам­фибий, рептилий, млекопитающих, человека? Каково коли­чество позвонков в каждом отделе?

15. Позвонки каких отделов несут ребра у различных классов позвоночных? У кого впервые появилась грудная клетка и какое значение это имело?

16. Каковы основные филогенетические стадии развития моз­гового черепа у позвоночных?

17. Каковы принципы эволюционных преобразований мозго­вого черепа?

18. Каково происхождение плавников рыб, плечевого и тазово­го поясов наземных позвоночных?

19. Каковы особенности строения плавников кистеперых рыб? Каково происхождение конечностей наземного типа?

20. В чем заключаются прогрессивные преобразования конечно­стей и соматической мускулатуры у позвоночных животных?

21. В чем сходство строения скелета человека и позвоночных животных?

22. Каковы особенности опорно-двигательного аппарата человека?

23. Чем объясняется факт, что иннервация плечевого пояса у млекопитающих и человека осуществляется шейными, а не грудными сегментами спинного мозга?

24. Какие онтофилогенетические пороки опорно-двигательной системы встречаются у человека и чем они обусловлены?

Покровы тела

Покровы тела непосредственно соприкасаются с внешней средой и выполняют разнообразные функции. У беспозвоноч­ных животных эволюция покровов происходила от мерцатель­ного эпителия (ресничные черви) к эпителию, лишенному рес­ничек (сосальщики, ленточные, круглые, кольчатые черви). У многих беспозвоночных эпителий снаружи покрыт много­слойной кутикулой (дополнительная опора и защита). У члени­стоногих хитинизированная кутикула выполняет функцию экзоскелета, с появлением которого они утратили способность ме­нять форму тела. У них развились многоколенные конечности, соединяющиеся с телом при помощи суставов, которые обеспе­чивают сложные движения. Эволюция мышечного компонента опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных осуществля­лась от кожно-мускульного мешка (черви) к специализирован­ным группам поперечнополосатых мышц (членистоногие).

У всех хордовых животных покров тела дифференцируется на эпидермис и дерму, которые тесно связаны друг с другом, но различны по происхождению: эпидермис развивается из экто­дермы, дерма - из дерматома мезодермы. Эволюция эпидерми­са происходила в направлении от однослойного цилиндрическо­го эпителия (подтип Бесчерепные) к многослойному плоскому (подтип Позвоночные). У рыб и амфибий эпидермис образован живыми клетками; освоение позвоночными суши обусловило ороговение поверхностных слоев эпидермиса, создалась воз­можность препятствовать неконтролируемой потере воды путем испарения, что важно в условиях постоянного наземного суще­ствования. Переход от внутренней части эпидермиса к наруж­ной у амфибий и рептилий постепенный, а у млекопитающих между ростковым слоем и роговым есть граница (блестящий слой). Производными эпидермиса являются разнообразные спе­циализированные структуры: чешуя, рога, копыта, когти, ногти, волосы (видоизменения рогового слоя), а также многочислен­ные экзокринные железы (слизистые, ядовитые, церуминозные, сальные, потовые, млечные). Эволюция желез происходила в направлении усложнения от одноклеточных к многоклеточным оформленным структурам, которые углубились в дерму.

Эволюция дермы совершалась по пути увеличения волокни­стого компонента (коллагеновых волокон), развития сосудистых сетей и нервных сплетений, формирования подкожно-жировой клетчатки. Следует отметить, что волокнистое строение дермы является вторичным (первично наличие в ней костных образований - у костных рыб дерма состоит из толстых костных че­шуй). Об этом свидетельствуют палеонтологические данные последовательных стадий редукции костных чешуй и перехода к современному строению дермы у амфибий и рептилий.

Покровы млекопитающих построены наиболее сложно в связи с расширением количества выполняемых функций. В дерме формируются сосочковый и сетчатый слои; дермальные сосочки обеспечивают более тесный контакт между эпи­дермисом и дермой, приближают кровеносные сосуды к эпи­дермису (интенсификация терморегуляции). Формируется но­вый структурный элемент эпидермиса - волосяной покров. Он различается у разных животных, на разных участках тела, в раз­ное время года, у особей разного возраста. Большое приспосо­бительное значение имеет разнообразная окраска животных: защита, предупреждение, роль в брачном поведении и др.

У млекопитающих развиваются специализированные произ­водные потовых желез - млечные железы, давшие название классу; никаких предшественников этих желез у представите­лей предыдущих классов позвоночных не имеется.

Онтогенез покровов млекопитающих и человека отражает их эволюцию по типу архаллаксиса, который не допускает река­питуляции предкового состояния признака (например, роговых чешуй), в противном случае изменяется весь ход эмбриогенеза. Нарушение раннего эмбриогенеза покровов тела может при­вести к формированию онтофилогенетических пороков, не за­трагивающих, однако, жизненно важных функций организма.

Опорно-двигательная система

Прогрессивная эволюция животных в значительной мере обусловлена особенностями строения опорно-двигательного аппарата и характером двигательной активности. У большинст­ва беспозвоночных скелет наружный, в виде кутикулярных об­разований. Развитие опорно-двигательного аппарата у беспо­звоночных происходило по пути появления твердого экзоскелета (хитинизированная кутикула), членистых суставных ко­нечностей и поперечнополосатой мускулатуры. Это вывело членистоногих на путь широкой адаптации и позволило осво­ить все среды обитания. В настоящее время это самая много­численная группа животного мира.

У хордовых формируется внутренний скелет. Основой его служит мышечно-хордальный комплекс (миохорд). Хорда за­кладывается в эмбриогенезе всех хордовых и выполняет морфогенетическую роль - под влиянием миохорда развиваются нервная трубка, позвоночник, происходит дифференцировка склеротома в хрящ или кость. В течение всей жизни хорда явля­ется осевым скелетом у бесчерепных, круглоротых и ганоидных рыб. У большинства позвоночных она замешается хрящевым или костным позвоночником, состоящим из позвонков; это позволило увеличить прочность осевого скелета при сохране­нии его подвижности.

В процессе эволюции позвоночных произошли дифференцировка позвоночника на отделы, формирование мозгового че­репа для защиты головного мозга и органов чувств. Лицевой череп является производным висцерального скелета и поддер­живает у предков позвоночных переднюю часть кишечной трубки. У водных форм возникают парные конечности: груд­ные и брюшные плавники, на основе которых развились ко­нечности наземного типа. Эволюция конечностей и их поясов сопровождалась уменьшением количества костных элементов, заменой неподвижных сочленений подвижными суставами, удлинением проксимальных и укорочением дистальных отделов. Строение конечностей адаптировано к условиям обитания и способу передвижения. Изменение строения позвонков от амфицелъных - двояковогнутых (рыбы) на ацельные - с плоски­ми торцевыми поверхностями (млекопитающие) увеличило прочность соединения позвонков при сохранении подвижно­сти позвоночного столба. У высших позвоночных формируется грудная клетка.

Смена среды обитания (выход на сушу) обусловила измене­ние способа прикрепления конечностей к туловищу: в отличие от земноводных и рептилий у млекопитающих конечности от туловища направлены вниз, что значительно облегчило пере­движение и увеличило его экономичность. У земноводных ут­рачивается связь между плечевым поясом и черепом, в силу чего голова и передние конечности получили возможность дви­гаться независимо друг от друга. У наземных форм происходит укорочение шейных ребер (земноводные) или исчезновение их (рептилии, млекопитающие) (приложение 1).

Развитие мышечной системы коррелировало с усилением опорной функции, что выразилось в замене метамерной муску­латуры на специализированные группы мышц, в возрастании относительной массы мышц конечностей и в уменьшении мас­сы дорсальной и туловищной мускулатуры. У высших позво­ночных метамерность сохраняется в расположении части мышц позвоночного столба, брюшного пресса и межреберных мышц.

Адаптации к разным условиям наземного существования способствовали формированию многообразных типов передви­жения, что расширило возможности добывания пищи, спасе­ния от врагов, поиска оптимальных зон обитания и заселения позвоночными почти всех биотопов суши, воды, нижних слоев атмосферы.

В эмбриогенезе человека происходит рекапитуляция основ­ных филогенетических стадий становления опорно-двигатель­ного аппарата. Нарушение механизма смены предкового состоя­ния признака на видоспецифическое приводит к развитию онтофилогенетических пороков опорно-двигательного аппарата.

Задание для студентов

Работа 1. Функции покровов тела.

Изучите функции и запишите в рабочую тетрадь.

1. Защита от механических, физических, химических и био­логических (бактерии, вирусы, грибы) воздействий.
2. Опорная.
3. Рецепторная (тактильная, болевая, температурная чувст­вительность).
4. Осязание.
5. Газообмен.
6. Регуляция водно-солевого обмена.
7. Терморегуляция (теплообмен, теплоизоляция).
8. Метаболическая (образование подкожно-жировой клетчатки, витамина D, молока).
9. Экскреторная.
10. Адаптационная (приспособительная окраска; вариабельность волосяного покрова; многообразие придатков; секрет желез определяет поведенческие реакции).

Работа 2.Сравнительная характеристика покровов тела у различных типов беспозвоночных животных.

Используя материалы учебников и предлагаемой табл. 1, изучите особенности строения покровов у разных типов беспо­звоночных животных.

Таблица1

Подцарства и типы беспозвоноч­ных	Морфофункциональная характери­стика покровов	Производные покровов	Функции покровов
Подцарство Одно­клеточные (Простей­шие) Тип Про­стейшие Подцарство Много­клеточные Тип Ки­шечнопо­лостные   Тип Плоские черви: Класс Реснич­ные чер­ви   Класс Сосальщики     Класс Ленточ­ные чер­ви     Тип Круглые черви     Тип Кольчатые черви     Тип Членисто­ногие	Цитоплазматиче­ская мембрана     Эктодерма, состо­ит из нескольких видов клеток: эпи­телиально-мускуль-ных, стрека­тельных, по-ловых, интерстициальных     Кожно - мускульный мешок, со­стоит из эпителия и сложной систе­мы мышечных волокон. На брюшной стороне тела мерцательный эпителий. Кожно- мускуль­ный, мешок со­стоит из эпителия особого строения - тегумента (лишенно­го ресничек) и трех слоев глад­ких мышц То же   Кожно-мускуль­ный мешок, состоит из многослойной нерастяжимой кутикулы, гиподермы и одного слоя гладких мышц Кутикула, одно­слойный цилинд­рический эпите­лий, сложная сис­тема мышечных волокон. В эпите­лии разветвленная сеть капилляров Многослойная хитинизирован­ная кутикула, од­нослойный эпи­телий. Утрата сплошного кож­но-мускульного мешка	Пелликула; раковины; оболочка цисты.     Статоциты. Наружный известковый скелет.   Железистые клет­ки; рабдитные клетки. Реснички. Статоциты.     Железистые клет­ки; присоски; кутикулярные шипики; оболочка цист, капсул.     Присоски, крючья, ботрии. Чувстви­тельные клетки. Микротрихии. Стенка финнозных стадий     Кутикулярные гу­бы; хитиновые зубы; оболочка капсул, яиц   Слизистые, белковые одноклеточные железы. Чувствительные клетки. Хитиновая оболочка; кокон. Кожные жабры. Присоски. Верхняя губа. Жабры, статоциты. Хитиновая выстилка трахей. Чувствительные, покровные, ядовитые волоски. Чешуйки, щетинки, щитки, бугорки, бляшки. Одноклеточные и многоклеточные железы. Крылья. Кокон. Присоски	Защитная; постоянство формы тела. Участие цитоплазматической мембраны в про­цессах пино- и фагоцитоза, в об­разовании псевдоподий, ундулирующей мембра­ны, жгутиков и ресничек; у паразитических форм смена антигенных свойств. Защитная; поражение добычи, изменение формы тела, равновесие, размножение.     Защитная, осяза­тельная, захват пищи, рецепторная, равновесие   Защита от перева­ривания фермен­тами хозяина; фиксация; анти­генная маскиров­ка   Защита от перева­ривания фермен­тами хозяина; фиксация; рецепторная; всасыва­ние питательных веществ; бесполое размножение - почкование боль­шого количества мелких финн Опорная; защит­ная; фиксация   Защитная, рецепторная, газо­обменная; фик­сация     Защитная, двига­тельная, рецепторная. Железы: пахучие, линочные, восковые, паутинные. У паразитических форм: фиксация увеличение объе­ма тела при кровососании.

Работа 3. Эволюционные преобразования покровов у хор­довых животных.

Изучите преобразования и запишите в рабочую тетрадь.

1. Усиление главной - защитной функции за счет:

а) формирования многослойного эпидермиса;

б) кератинизации верхних слоев эпидермиса;

в) образования специализированных структур (чешуя, ког­ти, ногти);

г) приспособительной окраски;

д) разрастания соединительной ткани в дерме.

2. Усиление функции терморегуляции за счет:

а) обильной кровеносной сети дермы;

б) быстрого изменения диаметра артериальных сосудов.

3. Расширение количества выполняемых функций:

а) участие в теплообмене;

б) теплоизоляционная;

в) водно-солевой обмен;

г) рецепторная;

д) сигнальная;

е) метаболическая.

4. Смена функций:

а) деление эпидермиса на два слоя: ростковый и роговой;

б) формирование зубов позвоночных из плакоидной чешуи хрящевых рыб;

в) особый тип волос - вибриссы выполняют функцию ося­зания.

5. Формирование у млекопитающих новых структурных эле­ментов кожи - волосяного покрова, подкожной жировой клет­чатки, желез нового типа:сальных, потовых, млечных.

Работа 4.Сравнительная характеристика покровов тела у животных типа Хордовые.

Используя приведенные ниже характеристики эпидермиса и дермы, проведите сравнительный анализ строения покровов бесчерепных и различных классов позвоночных животных. Ра­боту оформите в виде табл. 2.

Таблица 2

Подтипы, классы	Особенности строения эпидер­миса и дермы	Производ­ные эпидер­миса	Производ­ные дермы
Подтип Бесчерепные Класс Ланцетники Подтип Позвоночные: Класс Хрящевые рыбы Класс Костные рыбы Класс Земноводные Класс Рептилии Класс Млекопитающие