哺乳动物的骨骼系统上有哪些适应快速奔跑的特征

哺乳动物的骨骼系统上有哪些适应快速奔跑的特征
哺乳动物的骨骼系统上有哪些适应快速奔跑的特征

哺乳动物的骨骼系统上有哪些适应快速奔跑的特征
哺乳类的骨骼系统十分发达,支持,保护和运动的功能进一步完善化.表现在脊柱分区明显,结构坚实而灵活.四肢下移至腹面,出现肘和膝,将躯体撑起,适宜在陆上快速运动.头骨因脑与嗅囊(鼻囊)的高度发达而有较大特化.从形态解剖特征来看,颈椎 7 枚,下颌由单一齿骨构成,头骨具 2 个枕骨髁和牙齿异型,都是哺乳类骨骼的鉴别性特征.
哺乳动物骨骼系统的演化趋向是:①骨化完全,为肌肉的附着提供充分的支持;②愈合和简化,增大了坚固性并保证轻便;③提高了中轴骨的韧性,使四肢得以较大的速度和范围(步幅)活动;④长骨的生长限于早期,与爬行类的终生生长不同,提高了骨的坚固性并有利于骨骼肌的完善.
1.脊柱,肋骨及胸骨 脊柱分为颈椎,胸椎,腰椎,荐椎及尾椎 5 部分(见图).
水栖种类由于后肢退化而无明显的荐椎.颈椎数目大多为 7 枚,这是哺乳类特征之一.第一,二枚颈椎特化为寰椎和枢椎,这种结构使寰椎与头骨间除可作上下运动外,寰椎还能与头骨一起在枢椎的齿突(枢突)上转动,更提高了头部的运动范围,这对于充分利用感官,寻捕食物和防卫,都是有利的适应(见图).
胸椎 12 ～ 15 枚,两侧与肋骨相关节.胸椎,肋骨及胸骨构成胸廓,是保护内脏,完成呼吸动作和间接地支持前肢运动的重要器官.荐椎多 3 ～ 5 枚,有愈合现象,构成对后肢带骨(腰带)的稳固支持.尾椎数目不定而且退化.
哺乳类的脊椎骨借宽大的椎体相联结,称双平型椎体,这种椎体类型提高了脊柱的负重能力.相邻的椎体之间具有软骨构成的椎间盘.椎间盘内有一髓核,是脊索退化的痕迹.坚韧而富有弹力的椎间盘,能缓冲运动时对脑及内脏的震动,提高了活动范围.
2.头骨 哺乳类的头骨由于脑,感官(特别是鼻囊)的发达和口腔咀嚼的产生而发生显著变化.脑颅和鼻腔扩大和发生次生腭(假腭)(见图),使头骨的一些骨块消失,变形和愈合.
所余留下的骨骼因而获得扩展的可能性,使头骨有较大的变形:顶部有明显的"脑杓"以容纳脑髓,枕骨大孔移至头骨的腹侧(见图).
头骨骨块的减少和愈合,是哺乳类的一个明显特征.例如哺乳类的枕骨,蝶骨,颞骨和筛蝶骨等,均系由多数骨块愈合而成的.骨块愈合是解决坚固与轻便这一矛盾的途径.
哺乳类的嗅觉(鼻囊)和听觉(耳囊)十分发达,表现在鼻囊容积扩大的同时,在鼻腔内出现复杂的鼻甲骨(嗅粘膜即覆于鼻甲骨表面),使嗅觉表面积又获得增大,这是哺乳类嗅觉灵敏的基础.相当于爬行动物的副蝶骨向前伸入鼻腔,构成鼻中隔的一部分,称为"犁骨".哺乳类头骨因鼻腔的扩大而有明显的"脸部",与低等种类不同.陆地动物所特有的犁鼻器,在哺乳类中的单孔目,有袋目和食虫目比较发达,其它类群大多退化.在听觉的复杂化方面,表现在中耳腔被硬骨(鼓室泡)所保护,腔内有 3 块互为关节的听骨(锤骨,砧骨及镫骨)把鼓膜与内耳相联结.鼓膜受到声波的轻微震动,即被这些巧妙的装置加以放大并传送入内耳.
鼻腔扩大必然导致内鼻孔的扩大,再加上哺乳类口腔咀嚼的出现,就产生了当咀嚼食物时"消化"与"呼吸"的矛盾.哺乳类解决这一矛盾的途径是具有分割口腔内呼吸与消化通路的隔板——次生腭或硬腭.硬腭是由前颌骨,颌骨及腭骨的突起拼合成的,它与软腭一起使空气沿鼻通路向后输送至喉,从而使咀嚼时能完成正常呼吸.
哺乳类头骨的一个标志性特征是下颌由单一的齿骨构成.齿骨与头骨的颞骨鳞状部直接关节,从关节所处的(支点〕位置和关节的方式来看,均加强了咀嚼的能力.与此相联系的是头骨具有颧弓(由颌骨与颞骨的突起以及颧骨本体所构成),以作为强大的咀嚼肌的起点.颧弓的特点常作为分类的一种依据.
3.带骨及肢骨 哺乳类的四肢主要是前后运动,肢骨长而强健,与地面垂直,指(趾)朝前.疾走种类的前后肢均在一个平面上运动,与屈伸无关的肌肉退化,以减轻肢体重量.
肩带薄片状,由肩胛骨,乌喙骨及锁骨构成.肩胛骨十分发达,乌喙骨已退化成肩胛骨上的一个突起(称乌喙突).锁骨多趋于退化,仅在攀缘(如猴),掘土(如鼹鼠)和飞翔(如蝙蝠)等类群发达.在单孔目尚有前乌喙骨及间锁骨.哺乳类肩带的简化与运动方式的单一性有密切关系.前肢骨的基本结构与一般陆生脊椎动物类似,但肘关节向后转,提高了支撑和运动的能力(见图).
腰带由髂骨,坐骨和耻骨构成.髂骨与荐骨相关节,左右坐骨与耻骨在腹中线缝合,构成关闭式骨盘.哺乳类的腰带愈合,加强了对后肢支持的牢固性.后肢骨的基本结构与一般陆生脊椎动物类似,但膝关节向前转,提高了支撑和运动的能力(见图).
陆栖哺乳动物适应于不同的生活方式,在足型上有跖行,趾行和蹄行性(见图).
其中以蹄行性与地表接触最小,是适应于快速奔跑的一种足型.
(四)肌肉 哺乳类的肌肉系统基本上与爬行类相似,但结构与功能均已进一步复杂化,特别表现在四肢肌肉强大以适应快速奔跑.此外还具有以下特点:
1.具有特殊的膈肌 膈肌起于胸廓后端的肋骨缘,止于中央腱,构成分隔胸腔与腹腔的隔.在神经系统的调节下发生运动而改变胸腔容积,是呼吸运动的重要组成部分.
2.皮肤肌发达.
3.咀嚼肌 强大具有粗壮的颞肌和嚼肌,分别起自颅侧和颧弓,止于下颌骨(齿骨).这与口为捕食和防御的主要武器以及用口腔咀嚼密切相关.
(五)消化 哺乳类消化系统从结构和功能方面看,主要表现在消化管分化程度高,出现了口腔消化,进一步提高了消化力.与之相关联的是消化腺十分发达.从行为方面看,哺乳类凭借各种灵敏的感官和有力的运动器官,而能积极主动地寻食,这是其他动物所不及的.
1.口腔及咽部 哺乳类的咀嚼和口腔消化方式面临着一系列新的矛盾(例如口腔咀嚼与呼吸的矛盾,食物的粉碎,湿润和酵解问题等),因而引起口和咽部结构发生改变(见图).
哺乳类开始出现肉质的唇,有颜面肌肉附着以控制运动,为吸乳,摄食及辅助咀嚼的重要器官.草食种类的唇尤其发达,有的在上唇还具有唇裂(如兔).唇为人类的发音吐字器官的组成部分.
与口腔咀嚼活动相适应,哺乳类的口裂已大为缩小,在两侧牙齿的外侧出现了颊部使咀嚼的食物碎屑不致掉落.某些种类(特别是树栖生活类群如松鼠,猴)的颊部还发展了袋状构造,称为颊囊,用以暂时贮藏食物.
口腔的顶壁是由骨质的硬腭(次生腭)以及从硬腭向后的延伸部分——软腭所构成.这个顶壁把鼻腔开口(内鼻孔)与口腔分隔开,使鼻通路沿硬腭,软腭的背方后行,直至正对喉的部位,借后鼻孔而开口于咽腔.腭部常有成排的具角质上皮的棱,与咀嚼时防止食物滑脱有关.草食及肉食种类角质棱发达;鲸须即为此种角质棱的特化物所构成的特殊滤食器官.
肌肉质的舌在哺乳类最为发达.与摄食,搅拌及吞咽动作有密切关系.舌表面分布有味觉器官称味蕾,为一种化学分析器.舌也是人的发音辅助器官.
哺乳类的前颌骨,颌骨及下颌骨(齿骨)上着生有异型齿.它与某些爬行类同为槽生齿,但齿型有分化现象,即分化为门牙(切牙, i —— incisor ),犬牙(尖牙 c —— canine )和臼齿(磨牙, m —— molar )(见图).
门牙有切割食物的功能,犬牙具撕裂功能,臼齿具有咬,切,压,研磨等多种功能.由于牙齿与食性的关系十分密切,因而不同生活习性的哺乳类,其牙齿的形状和数目均有很大变异.齿型和齿数在同一种类是稳定的,这对于哺乳动物分类学有重要意义.通常以齿式来表示一侧
哺乳类的牙齿从发育特征看,有乳齿与恒齿的区别.乳齿脱落以后即代以恒齿,恒齿终生不再更换.此种生齿类型称为再出齿.它与低等种类的多出齿不同,后者牙齿易脱落,一生中多次替换,随掉随生.哺乳类的前臼齿和门牙,犬牙有乳齿.臼齿无乳齿.
从哺乳动物的系统发展历史可见,中生代白垩纪(距今约 7 000 万年)的胎盘哺乳动物为食虫类.在进化过程中出现各种适应辐射,即肉食类,草食类和杂食类.这一方面反映了哺乳动物在食性上的高度适应能力,同时也必然引起齿型(特别是臼齿)形态上的剧变.现在一般认为,原始哺乳动物(以现存食虫目为代表)臼齿的基本形态为三角型,其上着生 3 个齿尖,以增大对食物的研磨功能(下颌臼齿的三角型齿后方,尚有带有 2 个齿尖的附属结构).在进化过程中发生"方化"现象以扩大臼齿的研磨面,成为四方形的臼齿.而以干草为食者,其齿冠加高成高冠齿.臼齿面上的椎尖也特化为各种形态(如牛,鹿和马),以加强臼齿的耐磨寿命.这些结构既可作为分类依据,又是根据磨损程度鉴定年龄的一种手段.
牙齿是真皮与表皮(齿的釉质)的衍生物.是由齿质,釉质(珐琅质)和齿骨质(白垩质)所构成(见图).
齿质内有髓腔,充有结缔组织,血管和神经,供应牙齿所需营养.釉质是体内最坚硬的部分,覆盖于齿冠部分.齿骨质覆于齿根外周,与颌骨的齿槽相联合,它的成分是以磷酸钙为主.象的门牙不具釉质,为艺术雕刻的优质原料.啮齿类的门牙,仅在前面覆以釉质.齿根外有齿龈包被,仅齿冠露出齿龈之外.
哺乳类动物口腔内有 3 对唾液腺,即耳下腺,颌下腺和舌下腺.其分泌物中除含有大量粘液外,还含有唾液淀粉酶,能把淀粉分解为麦芽糖,进行口腔消化.有人认为哺乳类的唾液腺分泌物(以及眼泪)中还含有溶菌酶,具有抑制细菌的作用.通过唾液腺蒸发失水,是很多哺乳类利用口腔调节体温的一种形式.
口腔后方即为咽部.后鼻孔即开口于软腭后端而达于咽部.在咽部两侧还有耳咽管(欧氏管)的开口.耳咽管连通咽部与中耳腔,可调整中耳腔内的气压而保护鼓膜.咽部周围还分布有大的淋巴腺体,即扁桃体.哺乳动物适应于吞咽食物碎屑,防止食物进入气管,而在喉门外形成一个软骨的"喉门盖",即会厌软骨.当完成吞咽动作时,先由舌将食物后推至咽,食物刺激软腭而引起一系列的反射:软腭上升,咽后壁向前封闭咽与鼻道的通路;舌骨后推,喉头上升,使会厌软骨紧盖喉,封闭咽与喉的通路.此时呼吸暂停,食物经咽部而进入食管,以吞咽反射的完成,解决咽交叉部位呼吸与吞咽的矛盾.