Характеристики осевого скелета

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ-ЮГРА

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХМАО

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО ОКРУГА»

«Утверждаю»_______________

Зав. кафедрой _______________

«____»________________ 200 г.

Методическая разработка

Практического (лабораторного) занятия № 14 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Эволюция опорно-двигательной системы».

Методическую разработку подготовил

Методическая разработка обсуждена и утверждена

На кафедральном совещании №___

«_____»_____________________200 г.

Сургут, 200 г.

Продолжительность изучения темы: «Эволюция опорно-двигательной системы» составляет три часа; из них занятие три часа, самостоятельная работа 1 ч.20 минут.

Место проведения занятия 533 аудитория

Цель: 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.

Содержание занятия:

Хронокарта занятия:

№	Название этапа	Время (мин)
1.	Проверка присутствующих	1-2
2.	Вступительное слово	10-11
3.	Контроль исходных знаний а) программ. контроль ( вводный ) б) фронтальный опрос	3-5 10-15
4.	Самостоятельная работа студентов	70-80
5.	Контроль конечных знаний а) программ. контроль ( итоговый )	5-7
6.	Подведение итогов, просмотр тетрадей	10-12

Итого: 120 минут

( 3-х часовое занятие)

1.Проверка присутствующих.

2.Вступительное слово преподавателя.

Преподаватель называет тему занятия (можно спросить студента), его цели, значение и обоснование темы. Преподаватель знакомит студентов с организацией и правилами ведения учебных тетрадей.

3.Выявление исходного уровня знаний студентов.

3.1.Вводный программированный контроль (выполняется дома). На занятии проверяется правильность ответов.

3.2.Фронтальный опрос.

Вопросы для самоподготовки

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

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

3. Какова роль опорно-двигательного аппарата?

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

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

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

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

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

9. Каковы принципы эволюционных преобразований мозго­вого черепа?

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

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

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

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

14. Каковы особенности опорно-двигательного аппарата человека?

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

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

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 опорно-двигательной системы.

Изучите функции и запишите их в рабочую тетрадь.

1. Сохранение определенной формы тела.

2. Удержание положения тела и его частей в пространстве.

3. Передвижение тела и его отдельных частей относительно друг друга.

4. Защита и поддержание внутренних органов.

5. Участие в глотании, дыхании, мочеиспускании, дефека­ции, родовой деятельности, артикуляции.

Работа 2. Сравнительная характеристика опорно-двигательного аппарата у беспозвоночных животных.

Изучите материалы табл. 1.

Таблица 1

Подцарства и типы беспозвоночных животных	Морфофункциональная характеристика опорно-двигательного аппарата
опорная функция	двигательная функция
Подцарство Одноклеточные (Простейшие) Тип Простейшие Подцарство Многоклеточные Тип Кишечнополостные     Тип Плоские черви     Тип Круглые черви     Тип Кольчатые черви   Тип Членистоногие	Органеллы (волокон­ца, аксостиль). Внутренний минера­лизованный скелет (лучевики). Раковины (фараминиферы, раковинные амебы)     Мезоглея Внутренний и наруж­ный минерализован­ный скелет     Кожно-мускульный мешок     Кожно-мускульный мешок Гидроскелет (жид­кость первичной по­лости тела) Сегментированный кожно-мускульный мешок Гидроскелет (жид­кость вторичной по­лости тела) Наружный скелет - хитинизированная ку­тикула	Сократительные воло­конца, псевдоподии, жгутики, ундулирующая мембрана, рес­нички.     Эпителиально-мус­кульные клетки; обо­собленный слой мус­кульных клеток, мус­кульные мешки.     Реснички. Кольцевые, продольные и диаго­нальные мышцы   Продольные мышцы     Кольцевые и продоль­ные мышцы Параподии Опорные щетинки   Членистые конечности Поперечнополосатая мускулатура Крылья

Работа 3. Основные эволюционные преобразования опор­но-двигательного аппарата позвоночных животных.

Изучите основные направления эволюционных преобразо­ваний и запишите в рабочую тетрадь.

1. Субституция:

а) замещение хорды позвоночным столбом;

б) замена хрящевой ткани на костную;

в) смена метамерной двигательной мускулатуры на специа­лизированные группы мышц;

г) смена неподвижного соединения частей скелета плавни­ков между собой и с плечевым поясом на подвижное сочлене­ние в виде суставов.

2. Преобразование дистальных отделов хрящевых лучей плавников рыб в скелет свободных конечностей позвоночных.

3. Усиление главной функции за счет:

а) дифференцировки позвоночника на отделы;

б) формирования сложносуставных конечностей наземного типа, увеличение подвижности их соединений;

в) утраты связи плечевого пояса с черепом;

г) увеличения массы мышц конечностей;

д) изменения способа прикрепления конечностей к туловищу;

е) формирования грудной клетки; сильного развития груд­ных мышц;

ж) формирования вертлужной впадины, голеностопного сустава;

з) формирования грудобрюшной диафрагмы и диафрагмы таза.

4. Олигомеризация:

а) уменьшение количества костей запястья и предпястья;

б) уменьшение количества фаланг пальцев;

в) формирование у рыб плечевого и тазового поясов путем слияния оснований хрящевых дуг;

г) слияние костей черепа;

д) слияние лобковой, седалищной и подвздошных костей в тазовую кость;

е) слияние крестцовых позвонков в крестец.

5.Полимеризация органов: возникновение многочисленных хвостовых позвонков у длиннохвостых млекопитающих.

6. Расширение количества выполняемых функций:

а) появление в парных плавниках рыб собственной мускула­туры обеспечило поступательное движение, погружение на глу­бину, передвижение по дну;

б) участие в артикуляции, мимике, глотании, дыхании, мо­чеиспускании, дефекации, родовой деятельности.

7. Уменьшение количества выполняемых функций: руди­менты мышц ушных раковин; копчик у млекопитающих.

Работа 4. Сравнительная характеристика опорно-двигательной системы позвоночных животных.

Рассмотрите скелеты рыбы, лягушки, ящерицы, крысы. .В скелете позвоночных выделите следующие части:

- скелет туловища: осевой скелет (хорда или позвоночник, мозговой череп);

- скелет свободных конечностей и их поясов;

- висцеральный череп.

Отметьте:

- общий план строения осевого скелета позвоночных жи­вотных, а также гомологию скелета конечностей назем­ных животных и человека;

- изменение способа прикрепления конечностей к тулови­щу: у амфибий и рептилий конечности направлены от ту­ловища вбок, у млекопитающих - вниз;

- формирование грудной клетки;

- уменьшение количества фаланг пальцев (I-V) от 3-5- 4-4-3 у амфибий до 2-3-4-5-3 у рептилий и до 2-3-3-3-3- у млекопитающих, что связано с измене­нием положения конечностей, когда все пальцы одинако­во касаются поверхности и, следовательно, имеют тен­денцию выравниваться по длине;

- редукцию шейных и поясничных ребер;

- укорочение и ослабление хвостового отдела, в связи с чем происходит утрата хвостовой мускулатуры.

Проведите сравнительный анализ опорно-двигательного ап­парата у разных классов позвоночных животных.

Используя материал учебника и приведенные ниже характе­ристики осевого скелета, заполните табл. 2.

Таблица 2
Подтипы, классы	Отделы позвоночного столба, количество позвонков в каждом отделе	Грудная клетка, грудобрюшная преграда-диафрагма	Мозговой череп и его соединение с позвоночником
шейный	грудной	поясничный	крестцовый	хвостовой
Подтип Позвоночные Классы: Хрящевые рыбы Костные рыбы Земноводные Рептилии Млекопитающие Человек

Характеристики осевого скелета

Осевой скелет (позвоночный столб):

а) хрящевой позвоночный столб;

б) костный позвоночный столб.

Отделы позвоночного столба:

а) туловищный, хвостовой;

б) шейный, туловищный, крестцовый, хвостовой;

в) шейный, грудной, поясничный, крестцовый, хвостовой;

г) шейный, грудной, поясничный, крестец, копчик.

Количество позвонков в каждом отделе:

шейный:

а) 1, несет ребра,

б) 7-10, ребра отсутствуют,

в) 7, ребра отсутствуют;

туловищный:

а) количество позвонков варьирует, они несут хрящевые ребра; грудина отсутствует,

б) количество позвонков варьирует, они несут костные ребра; грудина отсутствует;

грудной (позвонки несут ребра, которые доходят до грудины, об­разуя грудную клетку):

а) количество позвонков варьирует,

б) 12-15,

в) 12;

поясничный (позвонки имеют хорошо развитые поперечные отро­стки за счет прирастания к ним рудиментарных ребер):

а) количество позвонков варьирует,

б) 2-9,

в) 5, поперечные отростки тонкие;

крестцовый:

а) 1, имеет мощные поперечные отростки,

б) 2, имеют мощные поперечные отростки,

в) 5-10, срослись, образовав крестец,

г) 5, срослись, образовав крестец;

хвостовой:

а) количество позвонков варьирует,

б) позвонки срослись в одну кость - уростиль,

в) позвонки срослись, образовав копчик.

Мозговой череп и его соединение с позвоночным столбом:

а) хрящевой;

б) хрящевой с элементами окостенения;

в) костный;

г) неподвижное соединение с позвоночным столбом;

д) при помощи одного затылочного мыщелка;

е) при помощи двух затылочных мыщелков.

Работа 5. Особенности опорно-двигательного аппарата че­ловека.

Изучите материал и запишите в рабочую тетрадь.

1. Вертикальное расположение позвоночного столба; нали­чие в нем изгибов.

2. Увеличение размеров позвонков (сверху вниз).

3. Увеличение мозгового отдела черепа и уменьшение лице­вого отдела.

4. Центральное положение большого затылочного отверстия в основании черепа; уменьшение остистых отростков шейных позвонков. Череп с короткой лицевой частью и большим моз­говым отделом вертикально сбалансирован на позвоночнике.

5. Развитие сосцевидных отростков для прикрепления грудино-ключично-сосцевидных мышц, удерживающих голову в вертикальном положении. Отсутствуют сагиттальный и заты­лочный гребни, к которым у обезьян прикрепляются жеватель­ные мышцы.

6. Уплощение грудной клетки; укрупнение ключицы.

7. Противопоставление большого пальца кисти остальным благодаря формированию седловидного запястно-пястного сустава большого пальца, что связано с трудовой деятельно­стью (у неандертальцев этот сустав уплощен).

8. Выпрямление фаланг II-V пальцев и развитие дифферен­цированной мускулатуры обеспечили возможность точно за­хватывать предметы, исследовать их на ощупь и сжимать с не­обходимой силой.

9. Широкий короткий таз, наклон таза под углом 60° в связи с перемещением центра тяжести тела.

10. Развитие ягодичных мышц, отсутствие седалищных мо­золей.

11. Ноги длиннее рук, сильное развитие мышц ног.

12. Укорочение пальцев стопы, большой палец не противо­поставлен остальным пальцам, расположен параллельно дру­гим и имеет общую подошвенную поверхность. Это привело к утрате им хватательной функции.

13. Появление продольного свода стопы (роль амортизатора).

14. Развитие пяточного бугра.

Работа 6. Онтофилогенетические пороки развития скелета человека.

Изучите пороки и запишите их в рабочую тетрадь.

1. Увеличение количества позвонков (на один позвонок) в каждом отделе позвоночника.

2. Расщелина дуги позвонков и несрастание остистых отро­ков позвонков (спинномозговые грыжи).

3. Персистирование шейных и поясничных ребер.

4. Нарушение гетеротопии пояса верхних конечностей (врожденное высокое стояние лопаток).

5. Слияние шейных и верхнегрудных позвонков (укороче­ние шеи).

6. Сужение грудной клетки.

7. Сращение пальцев (синдактилия).

8. Увеличение количества фаланг пальцев (полифалангия).

9. Увеличение количества пальцев (полидактилия).

10. Узкий таз.

11. Персистирование хвоста (хвостовой придаток).

12. Врожденное плоскостопие.

13. Косолапость.

Тестовые задания

1. Выберите один правильный ответ.

МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ СЛИЗИСТЫЕ ЖЕЛЕЗЫ В КОЖЕ ВПЕРВЫЕ ПОЯВЛЯЮТСЯ У:

1. Хрящевых рыб. 4. Рептилий.

2. Костных рыб. 5. Млекопитающих.

3. Амфибий.

2. Выберите один правильный ответ.

МЛЕЧНЫЕ ЖЕЛЕЗЫ МЛЕКОПИТАЮЩИХ ПРОИЗОШ­ЛИ ИЗ:

1. Многоклеточных слизистых желез амфибий.

2. Потовых желез млекопитающих.

3. Сальных желез млекопитающих.

3. Выберите один правильный ответ.

КОНЕЧНОСТИ НАЗЕМНЫХ ПОЗВОНОЧНЫХ ГОМОГОЛОГИЧНЫ:

1. Плавникам хрящевых рыб.

2. Плавникам костных рыб.

3. Плавникам кистеперых рыб.

4. Выберите один правильный ответ.

ВНУТРЕННИЙ ОСЕВОЙ СКЕЛЕТ ВПЕРВЫЕ ПОЯВЛЯ­ЕТСЯ У:

1. Круглых червей. 4. Бесчерепных.

2. Кольчатых червей. 5. Черепных.

3. Членистоногих.

5. Выберите один правильный ответ.

ШЕЙНЫЙ И КРЕСТЦОВЫЙ ОТДЕЛЫ ПОЗВОНОЧНИ­КА ВПЕРВЫЕ ПОЯВЛЯЮТСЯ У:

1. Круглоротых. 4. Рептилий.

2. Рыб. 5. Млекопитающих.

3. Амфибий.

6. Выберите несколько правильных ответов.

К ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИ ОБУСЛОВЛЕННЫМ ПОРО­КАМ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА ОТНОСЯТСЯ:

1. Полителия. 3. Гипертрихоз.

2. Альбинизм. 4. Полимастия.

7. Выберите несколько правильных ответов.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ НАЗЕМНЫХ ПОЗВОНОЧНЫХ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ:

1. Увеличением степени подвижности соединения костей.

2. Уменьшением количества костей в запястье.

3. Увеличением количества костей в запястье.

4. Удлинением проксимальных отделов конечностей.

5. Укорочением проксимальных отделов конечностей.

8. Установите соответствие.

ПОРОКИ РАЗВИТИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОКА:

У ЧЕЛОВЕКА: а) увеличение количества фаланг

1. Полителия. пальцев;

2. Полимастия. б) увеличение количества сосков;

3. Полидактилия. в) увеличение количества млечных желез;

4. Полифалангия.

г) увеличение количества паль­цев.

9. Установите соответствие.

ПРИЗНАК: ЯВЛЯЕТСЯ:

1. Шейные ребра. а) рудиментом;

2. Мышцы ушной раковины. б) атавизмом; вины.

3. Хвостовой придаток. в) субституцией.

4. Полимастия.

5. Копчик.

6. Замена хорды позво­ночным столбом.

7. Полителия.

Основная литература

1. Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 2. -С. 91-106.

2. Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М: Изд-во РУДН, 1993. - С. 371-373.

3. Руководство к лабораторным занятиям по биологии / Под ред. Ю.К. Богоявленского. - М.: Медицина, 1979. - С. 181-191.

Дополнительная литература

1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. - М.: Мир, 1990. -Т. 3.

2. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. - М.: Высшая школа, 1981.

3. Карташев Н.Н., Соколов В.Е., Шилов И.А. Практикум по зоологии по­звоночных. - М.: Высшая школа. 1981.

4. Наумов И.П., Карташев Н.Н. Зоология позвоночных. - М.: Высшая школа, 1979. - Т. 1 и 2.

5. Ромер А., Пирсоне Т. Анатомия позвоночных. - М.: Мир, 1992. - Т. 1.

6. Чебышев И.В., Козарь М.В., Беречикидзе И.А. Филогенез систем орга­нов. - М.: Издательский дом «Русский врач», 2000.

Приложение 3