Войти
Роль кожи в передвижении описывает, как Покровная система участвует в передвижении. Обычно покровную систему можно рассматривать как кожу, однако покровная система также включает в себя сегментированный экзоскелет у членистоногих и перья птиц.. Основная роль покровной системы заключается в обеспечении защиты тела. Однако структура кожи эволюционировала, чтобы помочь животным в их различных способах передвижения. Животные с мягким телом , такие как морские звезды, для передвижения полагаются на расположение волокон в своих трубчатых лапах. Угри, змеи и рыбы используют свою кожу как внешнее сухожилие для создания движущих сил, необходимых для волнообразного передвижения. Позвоночные, которые летают, скользят и парашютно летают, также имеют характерную структуру волокон их полетных мембран, которая позволяет коже сохранять свою структурную целостность во время стресса и напряжения, испытываемого во время полета.
Руки осьминога - мышечные гидростаты Термин «мягкое тело» относится к животным, у которых отсутствуют типичные системы опоры для скелета, в том числе большинство насекомых личинок и настоящих червей. Животные с мягким телом ограничены геометрией и формой своего тела. Однако именно геометрия и форма их тел создают силы, необходимые для движения. Структура кожи с мягким телом может быть охарактеризована узорчатым расположением волокон, которое обеспечивает форму и структуру для животных с мягким телом. Внутри слоя волокна с рисунком обычно находится заполненная жидкостью полость, которая используется для создания гидростатического давления для движения. Некоторые животные, которые демонстрируют передвижение с мягким телом, включают морскую звезду, осьминога и плоские черви.
A гидростатический скелет использует гидростатическое давление, создаваемое сокращением мышц против полость, заполненная жидкостью. Полость, заполненная жидкостью, обычно называется гидростатическим телом. Жидкость внутри гидростатического тела действует как несжимаемая жидкость, и стенка тела гидростатического тела обеспечивает пассивный эластичный антагонист мышечному сокращению, которое, в свою очередь, создает силу, которая, в свою очередь, создает движение. Эта структура играет роль в беспозвоночных системах поддержки и опорно-двигательного аппарата и используется для труб ноги в морской звезды и теле червей. Специализированная версия гидростатического скелета - это мышечный гидростат, который состоит из плотно упакованного массива трехмерных мышечных волокон, окружающих гидростатическое тело. Примеры мышечных гидростатов включают руки осьминога и хоботы слона.
левая и правая спирали Расположение волокон соединительной ткани и мышечных волокон создает опору для скелета мягкотелого животного. Расположение волокон вокруг гидростатического тела ограничивает диапазон движения гидростатического тела («тело» животного с мягким телом) и определяет способ движения гидростатического тела.
Обычно мышечные волокна окружают гидростатическое тело. Есть два основных типа ориентации мышечных волокон, которые отвечают за движение: круговая ориентация и продольная ориентация. Круговые мышцы уменьшают диаметр гидростатического тела, что приводит к увеличению длины тела, тогда как продольные мышцы укорачивают длину гидростатического тела, что приводит к увеличению диаметра тела. Существует четыре категории движений гидростатического каркаса: удлинение, укорачивание, изгиб и кручение. Удлинение, которое включает увеличение длины гидростатического тела, требует либо круговых мышц, либо поперечного расположения мышц, либо радиального расположения мышц. Для поперечного расположения мышц, параллельные листы мышечных волокон, которые проходят по длине гидростатического тела. Для расположения радиальных мышц, радиальные мышцы расходятся от центральной оси вдоль оси, перпендикулярной длинной оси. Укорочение включает сокращение продольной мышцы. И укорачивание, и сгибание связаны с сокращением продольной мышцы, но для изгибающего движения некоторые из антагонистических мышц работают синергетически с продольными мышцами. Амплитуда движений основана на антагонистических мускульных силах и величине рычага, обеспечиваемого антагонистической мышцей для движения. Для торсионного движения мышцы располагаются спиральными слоями вокруг гидростатического тела. Угол волокна (угол, который волокно образует с длинной осью тела) играет решающую роль при кручении, если угол больше 54 ° 44 ', во время сокращения мышцы будут возникать скручивание и удлинение. Если угол волокна меньше 54 ° 44 ', произойдет скручивание и укорочение.
Расположение волокон соединительной ткани определяет диапазон движений тела и служит как антагонист против сокращения мышц. Наиболее часто наблюдаемое устройство соединительной ткани у животных с мягким телом состоит из слоев чередующихся правых и левых спиралей волокон соединительной ткани, которые окружают гидравлическое тело. Это перекрестно-спиральное расположение наблюдается у морских звезд трубчатых ножек, различных видов червей и присосок у осьминогов. Это перекрестно-спиральное расположение позволяет слоям соединительной ткани равномерно распределять силу по гидростатическому телу. Другой часто наблюдаемый диапазон волокон соединительной ткани - это когда волокна соединительной ткани встроены в мышечный слой. Такое расположение волокон соединительной ткани создает более жесткую стенку тела и больший антагонизм мышц, что позволяет создавать и высвобождать больше упругой силы во время движения. Такое расположение волокон наблюдается в мантии кальмаров и плавниках акул.
.
Кожа этих животных, которые используют волнообразные движения для передвижения, имеет несколько отличительных характеристик. Кожа этих животных состоит из поперечно-спирального расположения волокон коллагена и эластина, встроенных в дермальный слой кожи, двумерной жесткости. . который позволяет изгибаться при малых изгибах и сопротивляется изгибу при больших изгибах, а кожа прикрепляется непосредственно к нижележащим мышцам . Рыба, акула и змея - все это примеры животных, которые передвигаются, используя волнообразное движение.
Изображение кожи мраморный угорь Перекрестно-спиральное расположение волокон двух типов кожных волокон коллаген и эластин отвечает за механические свойства кожи, такие как двухмерная жесткость, наблюдаемая на шкура угря. В продольном направлении кожа угря ведет себя как система из чистых волокон с меньшей прочностью на разрыв, чем кожа в направлении обруча. Кожа в направлении обруча демонстрирует более высокий модуль упругости, чем кожа в продольном направлении. Двумерная жесткость позволяет моделировать тело угря в виде цилиндра под давлением с углом расположения волокон в поперечно-спиральной компоновке, определяющим метод, с помощью которого угорь движется. Кожа угря ведет себя как кожа, у которой угол наклона волокон больше 45 °. У угря с поперечно-спиралевидным расположением волокон сокращение мышц в передней области сгибает рыбу, и поэтому кожа на выпуклой стороне растягивается в продольном направлении. Растяжение в продольном направлении вызывает сжатие в направлении обруча по мере того, как угол волокна уменьшается до тех пор, пока этим изменениям размеров не будет сопротивляться тело угря. Кожа становится кожей, и дополнительная продольная сила (прикладываемая кожей) приводит к передаче силы вдоль хвоста. Следовательно, изменение угла наклона волокон в поперечно-спиралевидной структуре в коже угря позволяет передавать силу через кожу во время плавания. Кожа действует как внешнее сухожилие, позволяя угрю генерировать большую движущую силу при сокращении мышцы. В дополнение к тому, что кожа угря действует как внешнее сухожилие, кожа прикрепляется непосредственно к подлежащей мышце, что позволяет угрю генерировать еще большую силу при сокращении мышцы.
Крупным планом кожа длинноносого гарда Из-за сильно покрытой чешуей кожи длинноносого гарда некоторые механические свойства отличаются от модели, описывающей, как кожа угря добавляет движения. Чешуйчатый ряд сопротивляется продольным силам, которые, в отличие от кожи угря, делают кожу более жесткой в продольном направлении, обеспечивая миомеры рычагами и опорой для натяжения сухожилий. При малых кривизнах кажется, что дерма провисает как на вогнутой, так и на выпуклой сторонах тела. Когда дерма находится в напряжении, развивается сопротивление изгибу, которое называется жесткостью на изгиб кожи рыбы. Жесткость при изгибе является результатом жесткости в двух измерениях рыбы с сильно покрытой чешуей кожей, такой как длинноносый щенок. Это механическое свойство кожи рыбы важно для того, как рыба плавает, потому что это механическое свойство пассивно укрепляет тело, что в противном случае было бы мускулистым. Жесткость на изгиб кожи рыбы действует аналогично механизму, с помощью которого кожа угря действует как внешнее сухожилие, однако в случае кожи рыбы жесткость при изгибе действует как механизм для замедления движения тела, а не для создания движущей силы..
Змеи - одно из немногих позвоночных, у которых для передвижения достаточно одной кожи. Во время прямолинейного движения скелет остается неподвижным, в то время как кожа попеременно поднимается и тянется вперед, а затем соприкасается с землей и тянется назад, толкая тело вперед.
Одним из интересных аспектов змеиной кожи являются складки межплоскостной кожи между продольно ориентированными рядами чешуек. Функция этих складок заключается в увеличении окружности змеи, позволяя жертве проходить в желудок во время ощупывания. Змеи отличаются от угрей тем, что кожа более жесткая, спинные ряды чешуек у змей более гибкие, чем у угрей, потому что спинной ряд чешуек связан с растяжением. Различия в локальных дермальных структурах, такие как различия в диаметре и ориентации коллагеновых волокон в межплоскостной коже, создают локальные различия в механических свойствах змеиной кожи, что позволяет ей адаптироваться к стрессам и деформациям во время процесса кормления. 93>
Планирование, полет и прыжки с парашютом - это некоторые из методов воздушного передвижения, используемых животными. Позвоночные животные изменили структуру кожи, чтобы приспособиться к стрессам и напряжениям полета. Обычно кожа млекопитающих состоит из коллагеновых волокон, расположенных в виде войлочной ткани, без какой-либо предпочтительной ориентации волокон. Однако структура кожи у летучих мышей, птиц и скользящих ящериц сильно отличается от таковой у типичной кожи млекопитающих. Структурное расположение волокон внутри обшивки крыла летучей мыши позволяет летучей мыши действовать как пружина во время взмахов вниз. Чешуйки летающих ящериц расположены в виде правильных ребер, чтобы ящерица могла действовать как аэродинамический профиль. Структурно кожа Avain должна быть устроена таким образом, чтобы «перья» оставались гладкими и неповрежденными во время полета.
Рисунок кожи крыла летучей мыши, показывающий волокна «сетчатого каркаса» 
Крупным планом вид фетрового рисунка волокон на коже слона Летучие мыши полагаются на кожа на их крыльях для создания подъемной силы и тяги, используемых в полете. Следовательно, структура кожи крыла летучей мыши отличается от кожи тела летучей мыши. Кожа крыла летучей мыши состоит из двух тонких слоев эпидермиса с тонким слоем дермы / гиподермы, расположенным между слоями эпидермиса, тогда как кожа тела летучей мыши состоит из одного слоя эпидермиса с более толстый слой дермы внутри эпидермиса. В дермальном и эпидермальном слое кожи крыла летучей мыши соединительная ткань и мышечные волокна обеспечивают структурную поддержку. Соединительнотканные волокна в коже крыла летучей мыши состоят из пучков волокон коллагена и эластина, расположенных в виде «регулярной сетки, подобной каркасу», в который встраиваются нервы, волокна скелетных мышц и кровеносные сосуды. Из мышц, которые вставляются в каркас сетки, более крупные мышцы прикрепляют кожу к кости и контролируют натяжение мембраны и выпуклость крыла летучей мыши во время полета, тогда как более мелкие мышцы, которые берут начало в каркасе сетки, прикрепляются к коллагеновым волокнам в сети волокон, регулируют нагрузку на кости и позволяют точно контролировать форму и натяжение крыла. Как видно на примере змей, локальные структурные различия в расположении волокон изменяют механические свойства локальной области, но есть общие характеристики, которые описывают механическое поведение кожи крыла летучей мыши. Внутри сетчатого каркаса из кожи крыла летучей мыши коллагеновые волокна пересекают кости перпендикулярно длинным осям костей, поэтому механические свойства кожи крыла летучей мыши, ориентированной перпендикулярно длинным осям костей, демонстрируют меньшую жесткость, чем кожа, ориентированная параллельно длинные топоры тел. Более жесткая кожа необходима для кожи крыла летучей мыши, ориентированной в направлении, параллельном длинным осям костей, чтобы предотвратить слишком сильную деформацию кожи крыла летучей мыши во время полета (по отношению к кости), приводящую к срезанию кожи крыла летучей мыши с кость. Гибкая кожа необходима для направления, перпендикулярного длинным осям костей, для облегчения изменений формы, необходимых для движения и контроля во время полета. Эта анизотропия кожи крыла летучей мыши также полезна как метод накопления и высвобождения упругой энергии, особенно во время движения вниз. Во время движения вниз летучая мышь вытягивает крыло, и обшивка крыла испытывает аэродинамическую силу. Обшивка крыла расширяется и противодействует аэродинамической силе. После того, как крыло полностью выдвинуто, его ориентация становится почти вертикальной, и аэродинамические силы на крыле уменьшаются. По мере того как аэродинамическая сила уменьшается, крыло отскакивает, сводя пальцы крыльев вместе, готовясь к удару вверх.
Есть два разных механизма, с помощью которых ящерицы скользят по воздуху. Оба механизма включают патагию.
Активный парашютный механизм В активном механизме скелетные опоры и мышцы проходят через патагию ящериц. Скелетные опоры и мышцы поднимают летную мембрану и контролируют скольжение с помощью патагии. Большинство ящериц, которые демонстрируют этот активный механизм скольжения, являются агаминовыми ящерицами, такими как ящерицы из рода Draco. Для пассивного механизма скольжения у ящериц патагия раскрывается только давлением воздуха. Патагия пассивного механизма отличается от патагии активного механизма; в патагиях планирующих ящериц с пассивным скользящим механизмом отсутствует опора скелета и мускулатура. Пассивный механизм скольжения наблюдается у более мелких ящериц, таких как гекконы из рода Ptychozoon. Считается, что для пассивного механизма скольжения движения тела управляют спуском планирующей ящерицы.
Пассивный парашютный механизм Отношение площади поверхности к телу у ящериц с разными механизмами скольжения схоже, но какова площадь поверхности распределен разный. Различие в распределении площади поверхности указывает на различие роли патагий и дополнительных участков для разных механизмов полета. Ящерицы с пассивными механизмами скольжения, как правило, имеют меньшие патагии по сравнению с ящерицами с активными механизмами полета. Однако у ящериц с пассивным механизмом полета площадь поверхности руды расположена во вспомогательных областях (например, перепончатые пальцы ног, хвост), чем у ящериц с активным механизмом скольжения.
Структура кожи патагий и дополнительных областей для патагия Ptychozoon kuhli, летающего геккона, обладающая пассивным скользящим механизмом, состоит из пяти слоев; слой жировой ткани окружен слоем дермы с каждой стороны (вентральной и дорсальной), а слой эпидермиса является внешним по отношению к двум слоям дермы. Распределение жировой ткани наиболее плотно у стенок тела. Считается, что этот толстый слой жировой ткани вблизи стенки тела обеспечивает «запас прочности» для структурных элементов кожи (то есть волокон коллагена) возле стенки тела. Толстый слой жировой ткани более податлив, чем структурные элементы стенки тела (то есть ребра, мышцы), поэтому будет легче деформироваться (поглощать силу) до того, как структурные элементы кожи будут испытывать силу. Слой жировой ткани также способствует созданию выпуклой и выпуклой формы патагии. Что касается структуры дермального слоя патагии, то здесь имеется толстый слой коллагеновых волокон, ориентированных параллельно оси патагиальных ребер. Эти коллагеновые волокна действуют как структурная опора для формы патагий и обеспечивают жесткость, необходимую для сопротивления изменению формы. Наиболее характерными чертами эпидермального слоя патагий являются чешуйки. Морфология дорсальных чешуек патагий изменяется в результате их функциональной роли. Большая часть спинных чешуек патагий расположена в виде правильных ребер, которые направляют поток воздуха и позволяют ящерице вести себя как аэродинамический профиль. Однако в шарнирных суставах (местах, где патагия складывается и прикрепляется к конечностям) регулярная ребристая структура чешуек распадается на более беспорядочное распределение чешуек. Считается, что такое разрушение чешуек способствует механическому нагружению патагий в процессе развертывания, а также определяет степень раскрытия патагий во время полета.
Крыло дятла Птичья кожа немного сложнее, чем шкура летающих ящериц или летучих мышей из-за наличия перьев. В дополнение к противодействию стрессам и пятнам, связанным с полетом, кожа птиц должна обеспечивать средства для наблюдения и закрепления «перьевого слоя», таким образом, структура кожи птиц отличается от кожи других летающих и планирующих животных. Чтобы лучше понять структуру птичьей кожи, птичья кожа была разбита на три различных функциональных компонента:
Этот функциональный компонент состоит только из структурных особенностей трактов перьев., а именно кутис и слой соединительной ткани фасция superficialis. Этот функциональный компонент был назван «гидравлический скелет» из-за того, что жировые тела, заключенные в кутисе и фасции, действуют аналогично гидростатическим телам внутри гидростатического скелета. Однако функциональная роль жировых тел в гидравлическом скелетно-мышечном аппарате перьев заключается в противодействии силам, создаваемым мышцами, разгибающими и подавляющими перья. а не для облегчения движения внутри тела.
Этот функциональный компонент кожи птиц состоит из гладких мышц апертии и поперечно-полосатых подкожных мышц. Гладкие мышцы апертии противодействуют горизонтальным силам, действующим на перьевые фолликулы. Поперечно-полосатые подкожные мышцы также регулируют положение перьевых фолликулов в направлениях, недоступных для гладких мышц. Вместе эта система действует как интегрированная мышечная система, которая правильно позиционирует перья на теле птицы.
Этот функциональный компонент кожи птиц состоит из жировых тел фасции superficialis и фасции subcutanea. Большинство жировых тел расположено между фасцией superficialis и фасцией подкожно. Эти жировые тела расположены в углублениях тела птицы и действуют для выравнивания углублений, так что перьевые участки скелетно-мышечного аппарата функционируют должным образом.
