Kas ir eksoskelets? Definīcija, funkcijas un evolūcija

Eksoskelets: definīcija, funkcijas un evolūcija — atklāj, kā ārējais bruņu slānis nodrošina aizsardzību, uzturi, kustību un Kambrijas laikmeta nozīmi dzīvības attīstībā.

Eksoskelets balsta un aizsargā dzīvnieka ķermeni no ārpuses, nevis kā, piemēram, cilvēka iekšējais endoskelets - no iekšpuses.

Daudziem bezmugurkaulniekiem (piemēram, gliemenēm ar čaulām) ir eksoskelets - ārējās cietās daļas. Taču, ja runā par eksoskeletu, galvenokārt ar to saprot posmkāju (t. i., kukaiņu, zirnekļu, miriodeņu un vēžveidīgo) eksoskeletu.

Eksoskeletos ir cietas un izturīgas sastāvdaļas, kas pilda virkni funkcionālu funkciju, tostarp aizsardzības, izvadīšanas, uztveršanas, atbalsta, barošanās un (sauszemes organismiem) kalpo kā barjera pret izžūšanu. Eksoskeleti pirmo reizi fosiliju liecībās parādījās pirms aptuveni 550 miljoniem gadu, un to evolūcija tiek uzskatīta par izšķirošu, jo tai bija izšķiroša nozīme Kambrijas dzīvnieku eksplozijā, kas notika pēc šī laika.

Kas veido eksoskeletu?

Lielākā daļa posmkāju eksoskeletu galvenokārt sastāv no hitīna — polisaharīda, kas kopā ar olbaltumvielām veido cietu, elastīgu materiālu. Dažiem vēžveidīgajiem pie eksoskeleta pievienojas arī kalcija karbonāts, kas padara čaulu vēl cietāku. Ķermeņa ārējā sega bieži ir daudzslāņaina: no ārpuses ir plāns, vaska saturošs epikutikulas slānis, zem tā — biezāks prokutikulas slānis (kas var dalīties uz eksokutikulu un endokutikulu).

Eksoskelets ne tikai veido ārējo "bruņu", bet arī sadala ķermeni segmentātos svariem vai sclerites (piem., tergīti, sternīti), starp kuriem atrodas locītavas un elastīgi membrānas laukumi, kas nodrošina kustību.

Galvenās funkcijas

• Aizsardzība: pret plēsējiem, mehāniskiem bojājumiem un baktērijām.
• Atbalsts un kustība: eksoskelets nodrošina vietu muskuļu piestiprināšanai, tādējādi ļaujot efektīvi pārvietoties un manipulēt ar vidi.
• Izžūšanas novēršana: sauszemes posmkājiem eksoskelets samazina ūdens zudumu, pateicoties taukainiem ārējā slāņa komponentiem.
• Uztvere: no eksoskeleta attīstās jutīgas struktūras — matiņi (setae), sensori un receptori, kas uztver vibrācijas, ķīmiskas vielas un pieskārienu.
• Elpošanas un izvadfunkcijas saistība: eksoskeletā ir atveres (piem., spirakli) elpošanai vai sargātas struktūras, kas savienotas ar gāzu apmaiņas orgāniem (plaušu plāksnītēm, žaunām).

Augšana un lūšana (moltēšanās)

Tā kā eksoskelets ir ciets, dzīvniekam, kas to nes, augšana prasa to nomainīt. Šo procesu sauc par lūšanu vai ecdysis. Pirms lūšanas dzīvnieks izdala jaunu, mīkstāku kutikulu zem vecā, un pēc vecā eksoskeleta norakšanas jaunais sacietē un bieži kalcificējas. Lūšanās periods ir kritisks — dzīvnieks ir jutīgs pret plēsējiem un izžūšanu, un procesa laikā var rasties defekti jaunas kutikulas veidošanā.

Evolūcija un fosilijas

Eksoskeletu attīstība bija viens no svarīgākajiem evolūcijas panākumiem. Tas parādījās fosiliju ierakstos aptuveni pirms 550 miljoniem gadu un ir cieši saistīts ar Kambrijas faunas straujo dažādošanos, jo cietā ārējā sega palielināja iespējas aizsargāties, kolonizēt jaunas nišas un attīstīt sarežģītākas kustību un barošanās struktūras. Lieli fosīliju grupējumi, piemēram, trilobīti, rāda, cik daudzveidīgi var būt eksoskeleti — ar dažādu ornamentāciju, segmentāciju un locītavām.

Priekšrocības un ierobežojumi

Eksoskeleta priekšrocības: laba aizsardzība, viegls konstrukcijas svars attiecībā pret izturību un efektīvas izejas vietas muskuļiem. Ierobežojumi ietver nepieciešamību lūst, lai augtu, un izmēra ierobežojumus: ļoti liela ķermeņa izmēra kombinācija ar cietu ārējo apvalku rada problēmas gāzu apmaiņai un mehāniskai atbalstīšanai, tāpēc ļoti lieli dzīvnieki parasti ir endoskeletiski.

Cilvēku izstrādātie eksoskeleti

Vārds "eksoskelets" tiek lietots arī cilvēku radītiem mehāniskajiem rūpniecības, medicīnas un militāriem ierīcēm. Šie eksoskeleti (jeb ārējās balsta ierīces) var būt pasīvi atbalsta rāmji vai aktīvi, ar elektromotoru vai pneimatisku palīgmehānismu darbināmi aparāti, kas palielina lietotāja spēku vai atjauno kustību pacientiem pēc traumas. Populāras pielietošanas jomas ir rehabilitācija (palīdz staigāt cilvēkiem ar paralīzi), smagu slodzi prasošu darbu atvieglošana un funkciju atjaunošana pēc traumas.

Biežāk sastopamie eksoskeleta tipi

• Kukaiņu tipa eksoskelets: segmentēts, ar locītavām starp segmentiem (piem., kukaiņi, zirnekļi).
• Čaulu tipa eksoskelets: ciets ārējais apvalks, kas ietver visu organismu (piem., vēžveidīgie, gliemenes).

Kopumā eksoskelets ir daudzfunkcionāls bioloģisks risinājums, kas ir ļāvis bezmugurkaulniekiem veiksmīgi ekspluatēt ļoti dažādas vides. Tā izpēte sniedz arī iedvesmu cilvēka tehnoloģiju attīstībai, piemēram, inovatīviem atbalsta un pārvietošanās palīglīdzekļiem.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir eksoskelets?

J: Kādiem dzīvniekiem ir eksoskelets?

Kādas funkcionālās funkcijas ir eksoskeletiem?

J: Kad eksoskeleti pirmo reizi parādījās fosiliju liecībās?

J: Kāda nozīme ir bijusi eksoskeletu evolūcijai?

J: Kas ir eksoskeleta tērps?

J: Ar ko eksoskeleti atšķiras no endoskeletiem?

Meklēt pēc burta