Locomoția la vertebrate

Vertebratele se deplasează în moduri diferite, folosind scheletul, mușchii și mediul în care trăiesc. Un pește înoată prin mișcări ale corpului și înotătoarelor, o pasăre zboară folosind aripile și musculatura toracică, iar un mamifer terestru merge sau aleargă pe membre. Unele vertebrate sar, se târăsc ori înoată, iar aceeași specie poate folosi mai multe moduri de deplasare. Forma corpului și a membrelor influențează ce mișcări sunt posibile și câtă energie necesită.

Nu există un singur „schelet perfect” pentru toate mediile. În apă, flotabilitatea reduce o parte din sarcina de susținere a greutății; pe uscat, membrele trebuie să sprijine corpul împotriva gravitației. În zbor, forma aripii și mușchii care o mișcă contează împreună. Comparațiile între specii trebuie să urmărească relația dintre structură, funcție și habitat, fără să presupună că un mod de locomoție este „mai evoluat” decât altul. Pentru un exercițiu, alege două vertebrate, identifică mediul, organul principal de deplasare și forța produsă de mușchi. Lecțiile Sistemul osos și Sistemul muscular detaliază mecanismele la om, pe care le poți folosi ca punct de comparație.

Exemplu pe pași: compară trei vertebrate și mediul lor.

1. Crapul trăiește în apă: are corp fusiform (alungit, ca un fus), solzi acoperiți cu mucus și înotătoare. Înaintează prin mișcări ondulatorii ale corpului și ale cozii, iar vezica înotătoare îl ajută să stea la o anumită adâncime.
2. Broasca trăiește pe uscat și în apă: are membre posterioare lungi, cu mușchi puternici, pentru sărituri, și membrane între degete, pentru înot.
3. Rândunica zboară: are aripi (membre anterioare modificate), pene, oase ușoare, pline cu aer, și mușchi pectorali foarte dezvoltați, prinși de o creastă a sternului numită carenă.
4. Compară: forma corpului și organele de deplasare se potrivesc cu mediul. Niciun mod de deplasare nu este mai bun în toate situațiile: peștele nu poate zbura, iar pasărea nu înoată la fel de repede ca peștele.

Pinguinul este o pasăre care nu zboară, dar are aripi transformate în lopeți pentru înot; strutul aleargă pe două degete, cu viteză mare.

Planul comun al scheletului vertebratelor este modificat prin adaptări ale membrelor și trunchiului. La pești, propulsia implică unduirea corpului și controlul înotătoarelor; la tetrapode, membrele transmit forța către substrat. La păsări, sternul carenat la multe specii zburătoare oferă inserție mușchilor de zbor, iar oasele și articulațiile aripii sunt specializate. Aceleași principii biomecanice se aplică în medii cu rezistență și sprijin diferite.

Mișcarea se produce prin contracția mușchilor, care trag de oase ca de niște pârghii. La pești, mușchii laterali ai corpului se contractă alternativ pe stânga și pe dreapta și formează o undă care se propagă dinspre cap spre coadă, iar coada împinge apa înapoi. La păsări, coborârea aripii, care dă forța de ridicare și de înaintare, este făcută de mușchii pectorali, iar ridicarea ei de mușchii supracoracoidieni, situați tot pe stern. La mamiferele alergătoare, mușchii mari stau aproape de trunchi, iar membrul se termină cu oase lungi și ușoare și cu tendoane lungi, astfel încât pasul este rapid cu un efort mic.

Formele de locomoție se asociază cu modificări ale scheletului și ale mușchilor. Peștii au corp fusiform, înotătoare nepereche (dorsală, caudală, anală) și pereche (pectorale, pelviene); înaintarea se datorează în principal ondulației laterale a corpului și a cozii. Vezica înotătoare, plină cu gaze, la peștii osoși reglează flotabilitatea; rechinii, fără vezică, plutesc mai greu și se mențin prin înot activ. Amfibienii adulți au membre posterioare lungi pentru sărituri și, la anure, un bazin alungit; mormolocii înoată cu coada. Reptilele se deplasează prin mers sau târâre; șerpii se deplasează prin unduiri laterale, cu sprijin pe solzii ventrali. Păsările au oase pneumatice, aripi cu pene, stern cu carenă la speciile care zboară și mușchi pectorali care pot reprezenta 15–25% din masa corpului; păsările fără zbor (struț, nandu) nu au carenă. Mamiferele au locomoție variată: după sprijinul pe sol sunt plantigrade (ursul, omul: calcă pe toată talpa), digitigrade (pisica, câinele: calcă pe degete) și unguligrade (calul: calcă pe vârful unui deget acoperit de copită). Liliacul zboară cu o membrană (patagiu) între degete, iar balena înoată cu înotătoare și coadă orizontală.

Exemplu rezolvat 1: viteze medii de deplasare. Recordul măsurat pentru un ghepard este de 5,95 s pe 100 m, din start; un sprinter uman parcurge 100 m în 10 s.

1. Viteza medie a ghepardului: $\frac{100}{5,95}\approx 16,8$ m/s, adică $16,8\cdot 3,6\approx 60,5$ km/h.
2. Viteza medie a sprinterului: $\frac{100}{10}=10$ m/s, adică 36 km/h.
3. Raportul: $\frac{16,8}{10}\approx 1,7$; ghepardul aleargă din start de aproape 1,7 ori mai repede. Adaptările sunt corp suplu, coloană flexibilă și membre lungi pe degete (digitigrad), care mărește lungimea pasului.

Exemplu rezolvat 2: încadrarea după sprijinul pe sol. Se clasifică cinci mamifere.

1. Ursul brun calcă pe toată talpa: plantigrad.
2. Câinele calcă pe degete: digitigrad.
3. Calul calcă pe vârful unui singur deget, protejat de copită: unguligrad.
4. Omul calcă pe toată talpa: plantigrad.
5. Cu cât suprafața de sprijin este mai mică, iar membrul mai lung, cu atât pasul este mai lung și viteza mai mare, dar stabilitatea la ridicarea greutăților este mai mică.

Greșeli frecvente

• Greșit: Toate vertebratele se deplasează pe membre de mers.
  Corect: Modurile de locomoție diferă, de la înot și târâre la mers și zbor.
• Greșit: Adaptarea pentru zbor arată că o specie este universal superioară alteia.
  Corect: Adaptările se interpretează în raport cu mediul și modul de viață.
• Greșit: Toate păsările pot zbura, deoarece au aripi.
  Corect: Strutul, nandu și pinguinul nu zboară; aripile lor sunt reduse sau transformate pentru alte funcții.

Înainte și după