ΙI. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Ομοιόσταση Θερμορύθμιση Καλυπτήριο Σύστημα Σκελετικό Σύστημα Μυϊκό Σύστημα
Παρά τη μεγάλη ετερογένεια της φυσιολογίας και των μορφολογικών προσαρμογών των ζωικών οργανισμών, οι ανάγκες που αυτοί καλούνται να καλύψουν είναι όμοιες, από το σπόγγο μέχρι τον άνθρωπο: Απέκκριση Κίνηση Θρέψη Αναπαραγωγή Οξυγόνωση Άμυνα Ομοιόσταση Οι κοινές εξελικτικές ιστορίες και σχέσεις (ομολογία) και τα διαφορετικά περιβάλλοντα στα οποία ζουν οι οργανισμοί (προσαρμογή- φυσική επιλογή) είναι δύο από τους βασικούς παράγοντες που διαμορφώνουν την τεράστια ποικιλία στις δομές και τη λειτουργία τους, προκειμένου αυτές να ανταποκρίνονται στις ανάγκες που διαμορφώνει η διαβίωσή τους. Π.χ. Δεύτερο ζεύγος φτερών στα έντομα Όμοια περιβάλλοντα/περιβαλλοντικά προβλήματα συχνά οδηγούν σε παρόμοιες δομές (ανάλογα όργανα), χωρίς να υπάρχει εξελικτική σχέση π.χ. Φτερά πουλιών εντόμων, υδροδυναμικό σχήμα θαλάσσιων θηλαστικών ψαριών. Συγκλίνουσα εξέλιξη
Ομόλογα όργανα
Ανάλογα όργανα
Ομοιόσταση Μονοκύτταροι ή απλοί πολυκύτταροι οργανισμοί δεν έχουν τρόπο να διατηρήσουν από μόνοι τους ένα σταθερό περιβάλλον μέσα στο οποίο να μπορούν να πραγματοποιήσουν τις διάφορες λειτουργίες τους. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να ζουν σε ένα σχετικά σταθερό περιβάλλον για να μπορούν να επιβιώσουν (π.χ. θάλασσα) και να διαθέτουν λεπτά τοιχώματα κυττάρων για την άμεση ανταλλαγή ουσιών με αυτό Σοβαρός περιοριστικός παράγοντας Οι πιο πολύπλοκοι πολυκύτταροι οργανισμοί έχουν αναπτύξει μηχανισμούς που τους επιτρέπουν να ζουν σε περιβάλλοντα που μεταβάλλονται συνεχώς Εσωτερικό περιβάλλον: ένα διάμεσο υγρό που γεμίζει το χώρο ανάμεσα στα κύτταρα, τους προμηθεύει θρεπτικά και δέχεται τις άχρηστες ουσίες του μεταβολισμού. Έτσι διατηρεί σταθερό το φυσικοχημικό τους περιβάλλον και τα προστατεύει από αντίξοες περιβαλλοντικές αλλαγές Ομοιόσταση: δυναμικό φαινόμενο που δρα εξισορροπιστικά ανάμεσα στις εξωτερικές δυνάμεις που τείνουν να αλλάζουν το εσωτερικό του οργανισμού και στους μηχανισμούς ρύθμισης που διαθέτει ο κάθε οργανισμός για να επανέλθει στη φυσιολογική του κατάσταση
Πώς επιτυγχάνεται η ομοιόσταση; Μηχανισμοί αρνητικής ανάδρασης Εμποδίζουν μία αλλαγή ωθώντας τον οργανισμό να λειτουργήσει προς την αντίθετη κατεύθυνση π.χ. ρύθμιση θερμοκρασίας, πίεση αίματος Μηχανισμοί θετικής ανάδρασης Ενισχύουν μία αλλαγή προς την ίδια κατεύθυνση π.χ. σεξουαλική διέγερση, φτάρνισμα, ούρηση, εμετός (γενικά όταν η απάντηση είναι το άδειασμα μιας κοιλότητας) Όλοι οι ομοιοστατικοί μηχανισμοί ελέγχονται και ρυθμίζονται από ορμόνες και τελικά από το νευρικό σύστημα
Θερμορύθμιση Έλεγχος στο κέρδος θερμότητας (υψηλό κόστος) Α. Διακύμανση στον ενδογενή ρυθμό παραγωγής ενέργειας α. Μυϊκή θερμογένεση (κίνηση τρέμουλο) β. Μη μυϊκή θερμογένεση (μεταβολισμός) Β. Διακύμανση της εισερχόμενης θερμότητας από το περιβάλλον α. Ποσότητα αίματος που φτάνει στην επιφάνεια του σώματος β. Διακύμανση της αγωγιμότητας, της μεταγωγής και της ακτινοβολίας Έλεγχος στις απώλειες θερμότητας Διακύμανση της εξερχόμενης θερμότητας από το περιβάλλον α. Ποσότητα αίματος που φτάνει στην επιφάνεια του σώματος β. Διακύμανση της αγωγιμότητας, της μεταγωγής και της ακτινοβολίας γ. Διακύμανση της απώλειας νερού με εξάτμιση (λαχάνιασμα, ιδρώτας, σάλιο) Δομή - Λειτουργία - Συμπεριφορά
Ηλιακή ακτινοβολία Υπέρυθρη ακτινοβολία διαθλώμενη Εξάτμιση Μεταγωγή: ρεύμα αέρα ή νερού μεταφέρει θερμότητα ανακλώμενη Αγωγιμότητα: μεταφορά θερμότητας μεταξύ στερεών
Εξώθερμα-ενδόθερμα ζώα Ρυθμιστές Συμμορφωτές Δεν είναι όλα τα εξώθερμα ζώα ποικιλόθερμα! Τα εξώθερμα ζώα που σχετίζονται με πολύ κρύα περιβάλλοντα δεν επιβιώνουν μόνο με μηχανισμούς συμμόρφωσης
Ενδοθερμία: Πώς;; Kατανάλωσης πλούσιων ενεργειακά τροφών Πυκνότητας μιτοχονδρίων Δραστηριότητας μεταβολικών ενζύμων Σωματικό μέγεθος μέχρι ένα κατώτατο όριο Συνεπάγεται την απελευθέρωση των οργανισμών από το φυσικό περιβάλλον αλλά και τη δέσμευσή τους σε υψηλά επίπεδα μεταβολικών ρυθμών Όσο μικραίνει το σώμα, τόσο αυξάνει ο μεταβολικός του ρυθμός
Βιοκλιματικοί κανόνες Κανόνας του Bergmann: τα ενδόθερμα ζώα είναι μεγαλύτερα στα ψυχρά κλίματα, γιατί έτσι μειώνεται ο μεταβολικός ρυθμός τους και οι απώλειες θερμότητας Έρημος Εύκρατη ζώνη Αρκτική ζώνη Κανόνας του Allen: τα ενδόθερμα ζώα των ψυχρών περιοχών τείνουν να μειώσουν το μέγεθος των άκρων του σώματος, γιατί από αυτά αποβάλλονται μεγάλα ποσά θερμότητας από το σώμα
~ σχέση επιφάνειας όγκου: όσο μία σφαίρα μεγαλώνει, ο όγκος της αυξάνεται πιο γρήγορα από την επιφάνειά της Η αύξηση ενός μονοκύτταρου οργανισμού μπορεί να συμβεί μέχρι ενός συγκεκριμένου ορίου, αλλά όχι περισσότερο από αυτό Στα μεγάλα ζώα η μικρότερη αναλογικά επιφάνεια οδηγεί σε μείωση των απωλειών θερμότητας
Κρύο Φαιός λιπώδης ιστός στα μικρόσωμα ζώα για παραγωγή περισσότερης θερμότητας (10φ>) από τον λευκό λιπώδη ιστό. Κατά την οξείδωσή του παράγει θερμότητα αντί για ATP Μονωτικές δομές στο σώμα: λίπος, τρίχωμα, γούνα, φτερά Αγγειοσυστολή στα άκρα και πτώση του καρδιακού ρυθμού Αντοχή μικρότερων θερμοκρασιών περιβάλλοντος (άμβλυνση των θερμοκρασιακών ορίων) Υποθερμία (οικονομία μεταβολικής ενέργειας) Σύστημα ανταλλαγής θερμότητας με αντιροή στα άκρα ζώων που ζουν σε πολύ κρύα περιβάλλοντα (υδρόβια/αρκτικά θηλαστικά π.χ. γλώσσα των φαλαινών, πτερύγια των δελφινιών, άκρα των αρκτικών αλεπούδων)
Μηχανισμοί συμπεριφοράς : Επιλογή μικροενδιαιτημάτων προστατευμένων από τις χαμηλές θερμοκρασίες Δραστηριοποίηση μόνο κατά τις πιο θερμές ώρες της ημέρας Χτίσιμο φωλιάς, κοινωνική ζωή, π.χ. πιγκουίνοι Εποχικές μεταναστεύσεις Χειμερία νάρκη Κατά τη χειμερία νάρκη το σώμα του ζώου πέφτει στους 1-2 ο C. Κατά διαστήματα ανεβαίνει στους 37 ο C, γίνονται κάποιες ζωτικές λειτουργίες και ξαναπέφτει. Αν αυτό δεν συνέβαινε θα έπρεπε να καταναλώνει διπλάσια μεταβολική ενέργεια για να κρατήσει τη θερμοκρασία του σταθερή!
Προσαρμογές στους Πόλους Το λευκό χρώμα της γούνας της παρέχει τέλειο καμουφλάζ Το πυκνό τρίχωμα και το στρώμα λίπους (11 cm) κάτω από το δέρμα, παρέχουν προστασία από το κρύο Ursus maritimus Οι φαρδιές πατούσες, βοηθούν τη βάδιση στο μαλακό χιόνι, ενώ λειτουργούν ως «βατραχοπέδιλα» όταν κολυμπούν Η μεγάλη μυϊκή μάζα εξασφαλίζει σχετικά μικρότερες απώλειες θερμότητας και μικρότερο μεταβολικό ρυθμό Όταν καταδύονται στα παγωμένα νερά, τα ρουθούνια κλείνουν για να μην εισέλθει νερό Τις ζεστές μέρες οι πολικές αρκούδες υπερθερμαίνονται και αποβάλλουν τη θερμότητα από τις γυμνές επιφάνειες τους σώματος (ρουθούνια, εσωτερικό μηρών & χεριών) ή κάνουν μια βουτιά
Προσαρμογές θερμορύθμισης Παχύτερο δέρμα και λίπος Σκούρο χρώμα πλάτης Τάση για συνάθροιση (οι βασιλικοί πιγκουίνοι μαζεύονται σε ομάδες ως και 1000 ατόμων προκειμένου να ζεσταθούν) Pygoscelis papua Οι πιγκουίνοι καταναλώνουν αλμυρό νερό και το μετατρέπουν σε γλυκό νερό μέσω ενός αδένα που βρίσκεται κοντά στα ρουθούνια τους Προσαρμογές για γρήγορο κολύμπι ως και τα 25 km/h) Μεμβράνη μεταξύ των δαχτύλων των ποδιών Υδροδυναμικό σχήμα σώματος Φτερούγες με σχήμα πτερυγίων Προσαρμογές για τη διαβίωση μέσα στο παγωμένο νερό [-2.2 έως 2 C] Φτερά τοποθετημένα με επικαλυπτόμενο τρόπο (αδιαβροχοποίηση) Κάλυψη πτερώματος με λιπαρή ουσία που εκκρίνεται από έναν αδένα κοντά στην ουρά
Θαλάσσια θηλαστικά Θερμορύθμιση: Βασικές διαφορές από άλλα ζώα της θάλασσας: 1. Κατανάλωση ατμοσφαιρικού οξυγόνου 2. Τρίχες (κύριο χαρακτηριστικό θηλαστικών) που καλύπτουν όλο το σώμα ή ένα μικρό μέρος αυτού 3. Οι πρόγονοι των θαλάσσιων θηλαστικών ζούσαν στη χέρσο. Ως εκ τούτου οι σπόνδυλοί τους έχουν ελάχιστη δυνατότητα για πλάγια κίνηση. Έτσι κολυμπούν κινώντας τους σπόνδυλους τους πάνω-κάτω (ενώ τα ψάρια πλαγίως). Διαθέτουν παχύ στρώμα λίπους, το οποίο σε συνδυασμό με το τρίχωμα αποτελεί μονωτικό υλικό για μείωση της απώλειας θερμότητας. Παράγουν γάλα πλούσιο σε λίπος, βοηθώντας έτσι τα μικρά να αναπτύξουν το δικό τους στρώμα λίπους.
Αγγειοδιαστολή στα άκρα και αύξηση του καρδιακού ρυθμού Ζέστη Μηχανισμοί συμπεριφοράς : Επιλογή μικροενδιαιτημάτων προστατευμένων από τις υψηλές θερμοκρασίες Δραστηριοποίηση μόνο κατά τη διάρκεια της νύχτας Εποχικές μεταναστεύσεις Καλοκαιρινή νάρκη Σύστημα ανταλλαγής θερμότητας με αντιροή (θηλαστικά της ερήμου, όπως η γκαζέλα) Αύξηση της απώλειας νερού με διάφορους μηχανισμούς (580cal/gr νερού), π.χ. λαχάνιασμα, ιδρώτας, σάλιο
Έρημος: ένα περιβάλλον για λίγους! Τα βασικά προβλήματα: Η έλλειψη νερού και τα μεγάλα θερμοκρασιακά εύρη. Τα ζώα είναι πιο ευαίσθητα από τα φυτά στις ακραίες τιμές θερμοκρασίας. Αντλούν θερμότητα μέσω της άμεσης έκθεσής τους στην ακτινοβολία του ήλιου, αλλά και μέσω της επαφής τους με το έδαφος (αγωγιμότητα) και τον αέρα (μεταγωγή). μηχανισμοί συμπεριφοράς & φυσιολογίας
Λεπτά - μακριά άκρα για μείωση της αγώγιμης θερμότητας με την καυτή άμμο. Camelus bactrianus Πυκνή καφέ γούνα που αλλάζει με τις εποχές (χειμερινό / καλοκαιρινό τρίχωμα) Μακριές βλεφαρίδες στα μάτια, αυτιά και ρουθούνια καλυμμένα με τρίχες Οι καμήλες μπορούν να μεταβάλλουν την εσωτερική τους θερμοκρασία κατά 6 ο C ημερησίως! [Ομοιόθερμα ζώα;] Οι «καμπούρες» των καμήλων = χώροι αποθήκευσης λίπους Μια καμήλα μπορεί να επιβιώσει χωρίς νερό για αρκετούς μήνες. Όταν υπάρχει νερό μπορεί να καταναλώσει 120 lt νερού μονομιάς.
Το μικρό αυτό θηλαστικό είναι το μόνο που μπορεί και διαβιώνει στις ερήμους χωρίς να χρειάζεται άμεσα πόσιμο νερό. Βασική πηγή νερού αποτελεί η διατροφή τους. Vulpes zerda Τα νεφρά τους έχουν εξελιχθεί ώστε να περιορίζουν τις απώλειες νερού. Τα αυτιά τους φτάνουν σε μήκος τα 10-15 cm (για αποβολή θερμότητας) Δραστηριοποιούνται κυρίως τη νύχτα και κινούνται μέσα σε λαγούμια: αποφυγή άμεσης έκθεσής τους σε υψηλές θερμοκρασίες και δημιουργία υδρατμών που θα εκμεταλλευτούν για αύξηση της υγρασίας Πυκνή γούνα στο σώμα (προστασία από τις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες της νύχτας) και στις πατούσες (περιορίζει τη μεταφορά θερμότητας από τη ζεστή άμμο) Απαλό χρώμα που αντανακλά τη θερμότητα και παρέχει τέλειο καμουφλάζ
Εξωθερμία: [+] Δεν ξοδεύεται χρόνος και ενέργεια για τη θερμορύθμιση Χρησιμοποίηση όλης της προσλαμβανόμενης ενέργειας για ανάπτυξη και αναπαραγωγή Τα εξώθερμα ζώα είναι πιο άνετα στην εποίκιση νέων ενδιαιτημάτων (χώρος/χρόνος) και στην αντιμετώπιση αντίξοων συνθηκών επειδή ούτως ή άλλως διαθέτουν μηχανισμούς προσαρμογής σε ευρείας κλίμακας αλλαγές [-] Πολλές από τις εσωτερικές βιοχημικές λειτουργίες δεν πραγματοποιούνται στο μέγιστο της απόδοσής τους λόγω μεταβαλλόμενης εσωτερικής θερμοκρασίας Μηχανισμοί συμπεριφοράς Λειτουργία
Αντιψυκτικές στρατηγικές Αποφυγή/καθυστέρηση ψύξης (ελάττωση του σημείου πήξης του σώματος με αύξηση της ωσμωμοριακότητας των ενδο-εξωκυττάριων υγρών). Στα εξωκυττάρια υγρά: Αντιψυκτικές ουσίες κρυοπροστασίας [σάκχαρα (π.χ. γλυκόζη, φρουκτόζη), σάκχαρα & αλκοόλες (π.χ. γλυκερόλη, σορβιτόλη), πρωτεΐνες] οι οποίες προκαλούν διαφοροποίηση του σημείου πήξης και τήξης των υγρών εμποδίζοντας τα μόρια του νερού να σχηματίσουν κρυστάλλους πάγου ~ ψάρια, έντομα Αντοχή στο πάγωμα των εξωκυττάριων υγρών μέχρι και 90% Στα εσωκυττάρια υγρά: Στοιχεία «πυρηνοποίησης» (μόρια μικρού Μ.Β.) που λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο ~ αρθρόποδα, ψάρια Τα ζώα που έχουν τον παραπάνω μηχανισμό αντέχουν και στην αφυδάτωση. Γιατί; Παραγωγή ισομορφών ενζύμων που ενεργοποιούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες Αλλαγή ακόρεστων/κορεσμένων λιπιδίων των μεμβρανών ώστε να παραμένουν ρευστές σε ποικίλες θερμοκρασίες
Ενδοθερμία στα εξώθερμα Αρκετά μεγάλα ψάρια έχουν τη δυνατότητα να διατηρούν τη θερμοκρασία των μυών τους υψηλότερη από αυτή του νερού χρησιμοποιώντας ανταλλάκτες θερμότητας μέσα στους μύες Το «κρύο» αρτηριακό αίμα θερμαίνεται καθώς περνάει δια μέσου των μυών και σε επαφή με τις «ζεστές» φλέβες: διαδικασία αντιροής με αντίθετη φορά μεταγωγής θερμότητας σε σχέση με τα ενθόθερμα ζώα Τα θηλυκά του ινδικού πύθωνα Python molorus έχουν τη δυνατότητα να παράγουν μεταβολική θερμότητα κατά την περίοδο που κλωσάνε τα αυγά τους με τρεμούλιασμα του σώματός τους.
Έντομα Κατάλληλος προσανατολισμός Η συχνότητα των μελανικών μορφών των εντόμων αυξάνεται με το υψόμετρο (alpine melanism). Αρκετά είδη εντόμων έχουν τη δυνατότητα να είναι δραστήρια σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών του αέρα. Τα περισσότερα από αυτά ρυθμίζουν τη θερμοκρασία του θώρακα (μυς της πτήσης) και όχι τη θερμοκρασία της κοιλιάς. Μόνωση και απομόνωση του θώρακα μέσω αεροφόρων σάκων και ανταλλακτών θερμότητας Το 80% της ενέργειας μεταβολισμού των θωρακικών μυών των εντόμων μετατρέπεται σε θερμότητα (π.χ η πεταλούδα Eupsilia έχει θερμοκρασία θώρακα 30 ο C όταν Ta= O ο C). Οι μέλισσες κατατάσσονται στα ομοιόθερμα/ενδόθερμα ζώα! Η ρύθμιση της θερμοκρασίας τους γίνεται σε ομαδικό επίπεδο και όχι ατομικά. Το χειμώνα οι εργάτριες συγκεντρώνονται κατάλληλα γύρω από τις προνύμφες και τροποποιούν το μεταβολικό τους ρυθμό ώστε οι τελευταίες να αναπτύσσονται σε ένα σταθερό περιβάλλον γύρω στους 34 ο C, ακόμα και όταν οι εξωτερικές θερμοκρασίες ο
Ζέστη Επιλογή κατάλληλων μικροβιότοπων Περιορισμένη δραστηριότητα μόνο σε σκιερά μέρη ή τη νύχτα Η εξάτμιση βοηθά στην ψύξη του σώματος Στοιχεία πυρηνοποίησης ενδοκυτταρικά για μείωση των απωλειών νερού Λαχάνιασμα
Ερπετά Συμπεριφορά & φυσιολογία Το κυκλοφορικό συμβάλλει στη θερμορύθμιση: Κατά τη θέρμανση αυξάνεται ο καρδιακός ρυθμός Διαστολή των αγγείων στα ζεστά μέρη του σώματος & παράκαμψη! της κυκλοφορίας στα άκρα Το λαχάνιασμα δίνει τη δυνατότητα σε πολλά είδη ερπετών να κρατούν τη θερμοκρασία του εγκεφάλου χαμηλότερη από του σώματος Επιλογή διαφορετικών μικροενδιαιτημάτων στη διάρκεια του 24ώρου Η στρατηγική θερμορύθμισης εξαρτάται από το κόστος: Σε περιβάλλοντα με μικρό κόστος η προτιμούμενη στρατηγική είναι η ρύθμιση ενώ σε υψηλού κόστους περιβάλλοντα τα ερπετά ακολουθούν τη συμμόρφωση.
Καλυπτήριο σύστημα Αυτό που διαχωρίζει το εσωτερικό του οργανισμού από το εξωτερικό του περιβάλλον Μονοκύτταροι οργανισμοί = Πλασματική μεμβράνη Απλοί πολυκύτταροι οργανισμοί - ασπόνδυλα = Στρώματα επιθηλιακών κυττάρων, συχνά με βλεφαρίδες και εκκριτικά κύτταρα που εκκρίνουν ποικίλες ανόργανες ουσίες Δηλητηριώδεις ουσίες βλέννα χιτίνη νηματοκύστεις/ κνιδοκύτταρα Ανθρακικό ασβέστιο
Επίσης: Χαρακτηριστικές μυρωδιές προειδοποίησης ή επικοινωνίας Τροποποίηση κυττάρων σε αισθητήρες φωτός, χημικών ή μηχανικών ερεθισμάτων Νήματα επικοινωνίας, θήρευσης, δημιουργίας φωλιάς, ωοαπόθεσης
Πολύπλοκοι πολυκύτταροι οργανισμοί Κερατίνη: αδιάλυτη σκληροπρωτεΐνη που αδιαβροχοποιεί την επιδερμίδα & προστατεύει από εισβολές παθογόνων Ωρίμανση κυττάρων : μέιωση θρέψης & μεταβολικής δραστηριότητας, θάνατος. Συγκέντρωση κερατίνης. - Σπονδυλωτά Κεράτινο στρώμα Επιδερμίδα Βλαστικό στρώμα Τα κύτταρα του κεράτινου στρώματος αποβάλλονται περιοδικά (ερπετά) ή συνέχεια (θηλαστικά) Κολλαγόνο: στενή/χαλαρή σύνδεση μορίων του & προσανατολισμός τους Βασική μεμβράνη Χόριο ή Επίπεδο δερμίδα αντοχής/ευλυγισίας Αγγεία, νεύρα, αισθητήρες αφής θερμοκρασίας, πόνου, αδένες θύλακες τριχών Υποδόρια στιβάδα Σμηγματογόνοι, ιδρωτοποιοί, βλεννώδεις, γαλακτικοί, δηλητηριώδεις, οσμηγόνοι, φωτογόνοι (Αβυσσαία ψάρια) Θηλαστικά: χαλαρός συνδετικός & λιπώδης ιστός λαμινίνη
Εξειδικευμένες δομές του δέρματος: τρίχες νύχια κέρατα πτέρωμα λέπια Χρώμα του δέρματος: Μελανοκύτταρα - μελανίνη Ο αριθμός των μελανοκυττάρων είναι περίπου όμοιος σε όλους τους ανθρώπους. Η διαφορά στο χρώμα του δέρματος οφείλεται στην παραγωγή μελανίνης/κύτταρο και τη διάχυση των προεκτάσεων των κυττάρων αυτών στην επιδερμίδα Χρωμοφόρα = αστροκύτταρα που παράγουν χρωστικές [καλαμάρια, σαλαμάνδρες, γαρίδες, καβούρια, βάτραχοι]. Διάχυση της χρωστικής σε όλο το κύτταρο ή συγκέντρωσή της στο κέντρο οδηγεί στην αλλαγή του χρώματος των ζώων αυτών
Ρόλος: Προστασία Προστατευτικό κάλυμμα ενάντια σε διάφορους φυσικούς παράγοντες Οι σμηγματογόνοι αδένες δημιουργούν όξινο ph (3-5) που εμποδίζει την ανάπτυξη μικροργανισμών Ο ιδρώτας περίεχει ένα ένζυμο, τη λυσοζύμη, που σκοτώνει τα βακτήρια Η μελανίνη προστατεύει τον οργανισμό από την υπεριώδη ακτινοβολία Διαχωρισμός Επικοινωνία (αισθητήριοι υποδοχείς) Άμυνα Προστασία ενάντια στους θηρευτές (καμουφλάζ, κέρατα, νύχια,δηλητήρια κλπ) Θερμορύθμιση (ιδρωτοποιοί αδένες, τρίχες, πτέρωμα, γούνα)
Σκελετικό σύστημα Δέχεται, μεταφέρει και μετατρέπει την απλή κίνηση των μυών σε σύνθετες κινήσεις του σώματος Προσφέρει προστατευτικό περίβλημα σε ευαίσθητα όργανα (π.χ. εγκέφαλο, καρδιά, πνεύμονες) Δύο κατηγορίες : Υδροστατικός & σκληρός σκελετός Υδροστατικοί σκελετοί: Σκληροί σκελετοί Κνιδόζωα & Δακτυλιοσκώληκες εξωσκελετοί (αρθόποδα, μαλάκια) & ενδοσκελετοί (σπόγγοι, εχινόδερμα, σπονδυλωτά)
Υδροστατικός σκελετός - Α. Ύδρες (Κνιδόζωα) Κίνηση σε όλο το σώμα με τη βοήθεια δύο τύπων συσταλτών μυοεπιθηλιακών κυττάρων Η σύσπαση των κυκλικών εσωτερικών κυττάρων προκαλεί επιμήκυνση και λέπτυνση Η σύσπαση των επίμηκων επιδερμικών κυττάρων προκαλεί σμίκρυνση και πάχυνση Ένα μπαλόνι που γεμίζει νερό και μπορεί να αλλάξει σχήμα άλλα όχι συνολικό όγκο Β. Δακτυλιοσκώληκες (σκουλήκια) Το υγρό του κάθε μεταμερούς λειτουργεί σαν υδροσκελετός Όμοιο σύστημα κυττάρων με ύδρα με δύο ομάδες κυττάρων που συσπώνται ανταγωνιστικά Εναλλασσόμενη συστολή επίμηκων και κυκλικών μυών σε πολλές περιοχές του σώματος ταυτόχρονα
Σκληροί σκελετοί: εξωσκελετοί - ενδοσκελετοί Εξωσκελετοί μαλακίων: κογχιολίνη, CaCO 3, ένα σκληρό στρώμα που αυξάνει συνεχώς από το χείλος του οστράκου Εξωσκελετοί αρθροπόδων: χιτίνη, γλυκοπρωτεΐνες, κηρώδεις και λιπαρές ουσίες (στα καβούρια και CaCO 3 ). Στα μαλάκια ο εξωσκελετός αυξάνεται συνεχώς ενώ στα αρθρόποδα η αύξηση γίνεται περιοδικά με τη διαδικασία της έκδυσης. Διακοπτόμενες δομές που αντιστοιχούν στην εσωτερική μεταμέρεια του ζώου, με εγκολπώσεις που εισχωρούν στο σώμα και παρέχουν θέσεις για την πρόσφηση κινητήριων μυών. Εύπλαστες λεπτές συνδέσεις (=αρθρώσεις) ενώνουν τα τμήματα του εξωσκελετού και επιτρέπουν την κίνηση. Διαφορετική μηχανική από αυτή του μυοσκελετικού συστήματος των σπονδυλωτών!
Ενδοσκελετοί Σπόγγοι: σπογγίνη ή ακίδες ανθρακικού ασβεστίου ή διοξειδίου του πυριτίου διάχυτες στη μεσοΰλη Εχινόδερμα: μικρά πορώδη πλακίδια CaCO 3 και MgCO 3 κάτω από την επιδερμίδα, συνδεόμενα μεταξύ τους και με τους εσωτερικούς μυς. Στους αστερίες και τους αχινούς ο ενδοσκελετός προεκβάλλει και στην επιφάνεια με αγκάθια Χονδριχθύες (σαλάχια, καρχαρίες κλπ): όλος ο εσωτερικός σκελετός αποτελείται από χόνδρο
Όλα τα υπόλοιπα σπονδυλωτά: σύνθετο σύστημα χόνδρων και οστών. Ρόλος: 1. στήριξη, 2. προστασία ζωτικών οργάνων, 3. συνεισφορά στην κίνηση, 4. αιμοποίηση από τον ερυθρό μυελό των πλατιών οστών (κρανίο, πλευρά, στέρνο), 5. αποθήκευση αλάτων ασβεστίου και φωσφόρου. ~ 200 οστά ανά σκελετό! Σε αντίθεση με τους βαρείς εξωσκελετούς, οι ενδοσκελετοί είναι έτσι φτιαγμένοι ώστε να παρέχουν στήριξη, αλλά ταυτόχρονα να είναι ελαφρείς και να αντέχουν στους κραδασμούς και τις πιέσεις. Αυτό το επιτυγχάνουν με διάκενα (σπόγγωδες οστό) και εσωτερικούς κοίλους σωλήνες (επιμήκη οστά) Αξονικός σκελετός (κρανίο, θώρακας, σπονδυλική στήλη) Περιφερειακός σκελετός (άκρα και ζώνες στήριξής τους στον αξονικό σκελετό) Συναρθρώσεις (δεν επιτρέπουν καμία κίνηση) Διαρθρώσεις (μεγάλη ποικιλία κινήσεων)
Κίνηση σε πολλά επίπεδα: Μυϊκό σύστημα Κίνηση του σώματος, κυκλοφορία του αίματος, λειτουργία του πεπτικού συστήματος, επεξεργασία αντικειμένων μέσω αφής κ.ο.κ. Εξελικτικά ο πρώτος τύπος μυϊκού ιστού ήταν ο λείος Γραμμωτοί μύες: Τα αρθρόποδα διαθέτουν μόνο γραμμωτούς μύες. Κίνηση με διαφορετικό σύστημα από αυτό των σπονδυλωτών αλλά επίτευξη πολύ μεγάλων συχνοτήτων κίνησης και έργου. Στα σπονδυλωτά η κίνηση επιτυγχάνεται με τη συνεργασία γραμμωτών μυών και οστών που μεταξύ τους συνδέονται με τους τένοντες και οργανώνονται από τις αρθρώσεις. Κάθε κίνηση απαιτεί δύο ομάδες ανταγωνιστικών μυών. Λείοι μύες: Τα ασπόνδυλα έχουν κατά κανόνα λεία μυϊκά κύτταρα, διάχυτα κάτω από την επιδερμίδα (κνιδόζωα), οργανωμένα σε δέσμες (μέδουσες), ή σε μυς (δίθυρα μαλάκια, σπονδυλωτά). Δίθυρα μαλάκια: παραμυοσίνη. Σύσπαση αργή, συνεχής, ενεργειακά οικονομική και ακούσια. Καρδιακοί μύες: αυτόματη και ρυθμική συστολή μέσω