Реферат: Эволюция органов движения животных и человека
Млекопитающие. У млекопитающих 4 пятипалые конечности (пара передних и пара задних конечностей). Принцип их строения у всех млекопитающих одинаков. В местах соединения костей образуются суставы, обеспечивающие движение элементов скелета относительно друг друга. Пояса передних (лопатка и ключица) и задних (тазовые кости) конечностей обеспечивают их причленение к осевому скелету (позвоночнику). У наземных млекопитающих проксимальные участки скелета удлинены, а у водных эти участки короче, в то время как дистальные участки удлиняются и преобразуются в ласты. Способы передвижения у млекопитающих очень разнообразны и зависят от образа жизни: Хищные млекопитающие хорошо бегают. В связи с этим пясть, запястье, плюсна и предплюсна расположены вертикально и опираются на пальцы. У копытных млекопитающих число пальцев значительно редуцировано.
-6-
Опорно-двигательная система и движение человека.
Опорно-двигательная система человека состоит из скелета и мышц. Скелет является пассивной частью опорно-двигательной системы. Он образован костями хрящами и связками. В скелете человека более 200 костей, из которых 85 являются парными. Человеческое тело представляет собой совокупность органов, систем и аппаратов, которые действуют слаженно, выполняя жизненно важные функции. Движение является необходимой частью функции связи и взаимодействия, и тело может осуществлять это движение благодаря опорно-двигательному аппарату. Опорно-двигательная система включает кости, мышцы и соединения костей. Кости - это твердые и прочные части, служащие опорой телу, мышцы - мягкие части, покрывающие кости, а соединения костей - это структуры, при помощи которых кости соединяются. Все кости, а их примерно 206, составляют систему костей, или скелет, который придает телу внешнюю конфигурацию, вид и обеспечивает ему жесткое и прочное устройство, защищает внутренние органы, накапливает минеральные соли и вырабатывает клетки крови. Кости состоят в основном из воды и минеральных веществ, образованных на основе кальция и фосфора, и из вещества, именуемого остеином. Кость не является застывшим органом: она находится в постоянном процессе развития и разрушения. Для этого у нее имеются остеобласты, костеобразующие клетки, и остеокласты, клетки, разрушающие ее, чтобы не давать ей чрезмерно утолщаться. В случае перелома остеокласты разрушают осколки кости, а остеобласты вырабатывают новую костную ткань. Развитие и прочность кости зависят от витаминов группы D (кальциферола), регулирующих обмен кальция, необходимого для работы мышц. Кальциферолом особенно богаты рыбий жир, мясо тунца, молоко и яйца. Также ультрафиолетовые лучи солнца способствуют всасыванию витамина D. Кости лицевого черепа - их главная функция - участие в пережевывании пищи. Кости мозгового черепа - мозговой череп состоит из восьми плоских костей, защищающих головной мозг, соединенных неподвижно. Ребра - это кости, которые вместе с грудиной образуют грудную клетку, необходимый элемент защиты внутренних органов, размещенных в ней. Позвоночный столб - ось, или опора нашего тела, состоящая из 33 или 34 позвонков, в нем размещен спинной мозг. Бедренная кость - самая длинная кость тела человека. Позволяет делать разнообразные движения ногой благодаря своему соединению с коленной чашечкой. Кости стопы - группа из 26 костей, среди которых выделяется самая большая, пяточная кость, образующая пятку. Самым высоким человеком в мире был американец, рост которого составлял 2,72 м. Ко времени своей смерти, в 1940 году, когда ему было 22 года, он еще продолжал расти. Самым низким человеком была 19-летняя голландка: ее рост составлял всего 59 см, она умерла в 1895 году. Самые длинные кости, о которых имеются сведения, - это кости брахиозавра – динозавра, останки которого были найдены в Колорадо (США). Его лопатки достигали длины 2,4 м, а некоторые ребра превышали 3 м. Среди современных живых существ самое высокое животное Земли – жираф, его рост может достигать 6 м. Длинная, более 2 метров шея, необходимая жирафу, чтобы питаться ветками деревьев, насчитывает только семь шейных позвонков, столько же, сколько у мыши. Возможно, самыми маленькими являются височные кости колибри – птички, длина которой не превышает 2-3 см, но у которой на крыльях имеются мышцы, позволяющие ей делать до 90 взмахов в секунду. Колибри может зависать в воздухе, когда питается нектаром цветов, и даже лететь задним ходом. Мышцы, которых более 400, покрывают скелет и совместно с костями и их соединениями делают возможным движение, однако некоторые из них, например мышцы вен и артерий, обеспечивающих ток крови, нагнетаемой сердцем, выполняют функции, не связанные с двигательным аппаратом. Мышцы лица - позволяют принимать различные выражения нашего лица: смеха, гнева и т.д. Двуглавая мышца плеча - совместно со своим антагонистом - трехглавой мышцей плеча - обеспечивает сгибание и разгибание предплечья. Наружные косые мышцы живота - позволяют при сокращении выталкивать воздух из легких. Выполняют работу, противоположную работе диафрагмы, которую здесь не видно, так как она находится внутри брюшной полости. Четырехглавая мышца бедра - как и в случае с верхними конечностями,
-7-
четырехглавая мышца бедра также имеет мышцу-антагониста - двуглавую мышцу бедра. Обе сгибают и разгибают бедро.
Год от года выявляется все больше и больше сторон жизнедеятельности, на которые головной мозг простирает свое верховное влияние: обмен веществ, управление физико-химическими процессами в крови, кроветворение, борьба с заразными началами и т. д., и т. д. Как бесконечно далеко это от тех невзрачных волоконец, едва начавших обособляться от окружающей ткани, по которым пробивал себе дорогу первобытный электрохимический возбудительный импульс! У высших, неокинетических животных, в том числе и у нас, движения идут на поводу у ощущений, управляются и направляются ими. У низших, наоборот, ощущения обслуживаются и обеспечиваются с помощью движений. Движения; с виду бессистемно и бестолково, идут впереди ощущений, хватают и ловят их, где попало. Этот механизм активного, деятельного "ощущения", сохранился и у нас, за исключением бессистемности, в работе наших наивысших органов чувств, зрения и осязания, где круговорот "рефлекторного кольца" сплетается в совершенно неразрывное и очень сложное по строению целое. В последующих очерках мы будем иметь еще несколько случаев увидеть, с какою бережностью наша центральная нервная система вообще сохраняет самые древнейшие механизмы, казалось бы давно устаревшие и подлежащие сдаче в архив. Этот грубый древний механизм ощущения, действовавший в отдаленнейшие времена, еще задолго до сенсорных коррекций, вновь возродился в усовершенствованном и утонченном виде и, слившись в своей работе с этими коррекциями, обеспечил работу наших наиболее высокоразвитых органов чувств.
О сенсорных коррекциях следует добавить еще, что необходимая потребность в них, выявившаяся у высших животных, послужила новым и очень могучим побудителем к дальнейшему развитию головного мозга. Как мы покажем дальше, главным образом эта потребность способствовала развитию так называемых сенсорных полей, т. е. целых сложных слепков из ощущений самых разнообразных органов чувств, слепков, направляющих движения животного или человека и помогающих упорядочению этих движений в пространстве.
Развитие конечностей
Вторым новшеством, естественно последовавшим за упрочением неокинетической системы с ее суставчатыми рычагами и поперечнополосатыми мышцами, было развитие у животных конечностей. У низших, бесскелетных организмов не было конечностей, в лучшем случае вместо них иногда возникали "ложные конечности" (псевдоподии) вроде лучей морской звезды или "ноги" улитки, которая, по сути дела, есть низ ее туловища. И у позвоночных настоящие конечности выработались далеко не сразу.
Конечности явились очень глубоким, принципиальным новшеством. Они появились в ту пору, когда древние побудительные причины к члениковому (сегментному) строению тела в большей степени выдохлись и развитие конечностей пошло как бы перешагивая через развалины этого старинного принципа строения, еще сохранявшегося на древнейшей части тела - туловище. Поэтому, во-первых, сами конечности уже не обнаруживают никаких следов сегментности - это видно хотя бы на способах снабжения их мышц двигательными нервами. Во-вторых, нужно указать здесь на одно обстоятельство, гораздо более важное для нашего изложения. Последовательное развитие у позвоночных неокинетики, за нею - больших двигательных синергии для передвижения по пространству (локомоций) наконец, конечностей как усовершенствованных орудий для такого передвижения, повело к соответствующему обогащению центральной нервной системы приспособлениями, нужными для обслуживания всех этих эволюционных нововведений. Сравнительная анатомия мозга животных показывает, что вся эта серия новшеств более чем какие-либо из предшествующих шагов развития содействовала настоящей централизации в мозгу, появлению в нем первых образований, без оговорок заслуживающих названия головного мозга. Древнейшая часть центральной нервной системы позвоночных - спинной мозг, еще полностью выдержан на члениковом (сегментном) типе строения. Новые ядра головного мозга, вырабатывавшиеся в "рыбьем" периоде эволюции позвоночных и окончательно оформившиеся у первого животного с ногами - лягушки, уже полностью надсегментны. Их нервные проводники управляют уже всем спинным мозгом в целом, и в частности всеми конечностями. Еще важнее отметить тот факт, что деятельность этого верховного головного мозга, управляющего движениями конечностей и локомоциями (мы будем в последующих очерках обозначать его как уровень В протекает у земноводных полностью по законам неокинетической системы: с относительно высоковольтными и быстро несущимися электрическими сигналами, с повиновением закону "все или ничего" и т. д. Более же древние центры мозга, за которыми у земноводных сохранилось управление туловищем (уровень А по нашим обозначениям), работают в большой мере еще по древнедвигательным законам: с низковольтными, медленными импульсами, с большой степенью участия в них
-8-
старинной, химической передачи сигналов и т. д. Замечательно здесь то, что даже у нас, людей, обладателей мозга, который сильнее отличается от мозга лягушки, чем многоэтажный дворец от лачуги дикаря, - даже у нас в головном мозгу имеются в раздельном виде уровень В и уровень А, с порядочной четкостью делящие между собой управление конечностями и шейно-туловищной мускулатурой, и даже у нас все еще древний, сегментный, туловищный уровень А в большой степени продолжает работать по тем же древнедвигательным законам. Вопрос об уровнях мы полнее осветим в следующих двух очерках.
Обогащение движений
Все последующее развитие движений у позвоночных - это непрерывное обогащение двигательных средств и возможностей животных от класса к классу и от "года" к "году" нашей хронологической таблицы их эволюции. Это обогащение происходит отнюдь не без причины и не вследствие какой-либо таинственной, заложенной в животных внутренней "пружины", которая побуждает их к непрерывному совершенствованию. Нет, к обогащению двигательных ресурсов ведет все время одна и та же жесткая и безжалостная, чисто внешняя причина: конкуренция и борьба за жизнь. Животным становится тесно от непрерывно идущего размножения. Им не хватает средств питания. Вырабатываются хищные породы, которые предпочитают предоставлять другим животным изыскивание себе пригодного питательного материала и захватывать его уже в готовом, "полуфабрикатном" виде, пожирая этих более слабых животных. У этих последних вырабатываются средства самозащиты: резвые ноги, защитная окраска, броневые покровы, рога и копыта и т. п. Не имеющие таких средств защиты в первую очередь пожираются хищниками, которые, сами того не подозревая, способствуют этим усовершенствованию преследуемых ими пород. В самом деле, наибольшие шансы уцелеть от истребления и еще долго производить похожее на себя потомство имеют те особи, которые, может быть даже случайно, лучше защищены. А самой надежной самозащитой являются все-таки богатые и совершенные двигательные возможности. Тот же закон конкуренции бьет другим концом палки и по хищникам: недостаточно проворные, хитрые и зубастые среди них рискуют умереть с голоду, не будучи в состоянии захватить изловчившуюся в самозащите съедобную живность.
Движения обогащаются этим путем прежде всего по их силе, быстроте, точности и выносливости. Но это обогащение почти только количественное. Важнее другие две стороны движений, все более совершенствующиеся. Во-первых, те двигательные задачи, которые приходится решать животному, становятся все сложнее и при этом все разнообразнее. Весь перечень движений рыбы состоит почти целиком из ее основной локомоции - плавания да какой-нибудь пары простейших охот-ничьих движений в придачу. У одной из наиболее низко развитых рыб - акулы вся ее охота состоит в том, что она подплывает под свою жертву, поворачивается брюхом кверху (так ей способнее) и раскрывает пасть Земноводное животное кроме плавания может еще ползать, прыгать, издавать звуки. Змея умеет уже затаиться в засаде. А как сложны и полны разнообразия, по сравнению со всем этим, хотя бы цепные охотничьи действия хищника-млекопитающего! Тут и хитрости лисицы, и чуткий поиск охотничьей собаки, и коварная засада тигра, нацеливающегося на нелегкую и для него добычу. В ближайших строках мы более обстоятельно проследим эту сторону движений, усложнение решаемых ими задач.
Во-вторых, все больше возрастает число непредвиденных, не шаблонных задач, которые животному приходится решать тут же, "на ходу". Как мы уже видели во вступительном очерке, здесь-то как раз имеет место наибольший спрос на лов-кость. В двигательном обиходе животного становится относительно все меньше стандартных, всегда одинаковых движений, которые можно совершать автоматически, ни во что не вникая и ни к чему не приспосабливаясь. Можно было бы предположить, что, например, локомоции, передвижения по пространству, - это образчик подобных, извечно шаблонных движений. Это далеко не так. Когда рыба плывет внутри беспредельной, однородной по всем направлениям водной среды, тут, действительно, не много поводов для разнообразия. Но уже совершенно иное дело передвижения по суше, которое ведь совершается в природе не по беговым дорожкам. Здесь и рвы, и буераки, и болотные кочки, и непролазные заросли; здесь и безопасные тропинки, по которым можно трусить рысцой, и полный тайных врагов лес, где необходимо красться без звука, насторожив все свои телерецепторы, и т. д., и т. п. Что же говорить о более сложных двигательных актах, совершенно недоступных рыбе и переполняющих собою жизнь высокоразвитого млекопитающего? Во много раз обострившаяся борьба за жизнь делает его существование полным неожиданностей, а неожиданности требуют способности тут же, дорожа сотою долей секунды, принять правильное двигательное решение и точно, ловко осуществить его. Мы увидим дальше, что это безостановочное возрастание количества незаученных движений и действий опирается на такое же безостановочное развитие совершенно новых, высших отделов головного мозга, главным образом так называемой коры больших полушарий мозга.
-9-
Первые зачатки мозговой коры появляются уже у высших пресмыкающихся, но только у высших позвоночных - у млекопитающих - она захватывает решающее преобладание и непрерывно развивается все дальше и дальше. Именно кора больших полушарий есть орган мозга, обладающий неограниченной способностью впитывать в себя личный жизненный опыт животного, запоминать его, со смыслом осваивать и создавать на его основе разовые решения новых, раньше не встречавшихся задач. В плане умственной деятельности эта способность есть сообразительность, сметливость, разум; в плане двигательных актов эту же самую способность мы и называем ловкостью. Недаром нередко про человека, наделенного ярко выраженною ловкостью, говорят: "Какие у него умные движения! Какие умные руки» Мозг вызревает у человеческого младенца этаж за этажом в том самом порядке, в каком они возникали в животном мире. Младенец родится на свет с только-только кончающим свое развитие этажом-уровнем паллидума В - "потолочным" уровнем земноводных. Поэтому ребенок не в состоянии совершать никаких движений, которые выходили бы за пределы скудного списка этого уровня. Дело осложняется еще тем, что более древний и более низко расположенный уровень А, о котором будет рассказано ниже и который управляет движениями и положениями шеи и туловища, не успевает созреть и вступить в строй к моменту рождения. Из-за этого получается прежде всего то, что новорожденный не может владеть основною опорой всего тела - ту?