动物骨骼的出现是生物进化史上的重大事件之一,这是一个极其复杂的过程。
最初具有骨骼的生物是寒武纪的无脊椎动物。这种骨骼位于体表,起到保护作用,称为“外骨骼”。外骨骼还具有支撑作用-支持体内器官有相对稳定的空间位置。之后,随着海洋无脊椎动物向陆地迁移,外骨骼又起到了防水保水的作用。而在这些历程中,外骨骼的成分也在发生变化(如下表)。古生物学研究显示,古代海水中的化学成分变化可能也是促进骨骼进化的重要因素。
骨骼类型 | 出现时间 | 骨骼主要成分 | 代表物种 |
外骨骼 | 6亿年前 | 磷质、钙质 | 软舌螺 |
5.7亿年前 | 碳酸钙 | 软体动物,如贝类、蜗牛等 | |
3.4亿年前 | 有机几丁质 | 节肢动物,如昆虫、虾、蟹等 | |
内骨骼 | 4.4亿年前 | 碳酸钙、磷酸盐、胶质纤维 | 高等的脊椎动物,如狗等 |
当脊椎动物出现在地球上时,骨骼开始被肌肉、皮肤、鳞片或毛发包裹在内部,称作“内骨骼”。内骨骼有支撑功能,更为关键的是,通过内骨骼胸廓的运动改变胸廓容积,从而使肺内外产生气压差,实现了肺的通气,这对适应陆地环境至关重要。另外,脊柱是脊神经的支架,也加速了中枢神经系统的进化。
不同脊椎动物的内骨骼在结构上有很大不同。骨单位,是脊椎动物具有的适应骨骼功能的结构:鱼类生活在水中,不需要骨骼来支撑身体的重量,没有形成骨单位;两栖类和爬行类的肢体需要承担部分身体重量,已出现结构简单的骨单位;鸟类的骨骼出现了面积较小、数量较多且相对简单的骨单位,满足其飞行要求;哺乳动物需要支撑身体的重量,还要适应其长距离的运动,其骨单位形态比较复杂。
骨单位直径(μm) | 骨单位面积(μ㎡) | 环层骨板数(层) | |
鳖 | 96 | 6896 | 0.22 |
鸭 | 128 | 10191 | 3.5 |
狗 | 134 | 14148 | 3.8 |
人 | 242 | 35659 | 5.74 |
由此可见,骨骼结构和功能的不断演变,是推动生物体由简单到复杂、由水生到陆生的重要因素,实现了进化历程的一次次飞跃。
生物名称 | 生物类群 | 该生物的部分特征 | |
A | 海葵 | 扁形动物 | 有刺细胞 |
B | 绦虫 | 线形动物 | 寄生 |
C | 水蛭 | 环节动物 | 唾液中含蛭素 |
D | 乌贼 | 软体动物 | 退化贝壳石决明可入药 |