Sert ve Eklemli İskeletli Hayvanlar

Dış İskeletlere Karşı İç İskeletler

Eklembacaklılar ve omurgalılar çok hücreli hayvanlar içinde en hareketli olanlarıdır. Her iki grup da hareketli eklem (bacaklar ve bazen kanatlar) çiftlerine sahiptirler. Bunların hiçbiri, kaslarının karşı koyduğu mekanik direnç bakımından hidrostatik iskelete bağımlı değildir. Bunun yerine, sert ve eklemli bir iskelet geliştirmişlerdir. Bu iskelette kaslar öyle yerleşmişlerdir ki, bir uçları iskeletin bir bölümüne bağlıyken, diğer uçları farklı bir bölümüne bağlanmıştır. Böylece kas kasıldığı zaman iskelet iki bağlantı noktası arasında bükülür. Eklembacaklıların ve omurgalıların iskelet ve kas sistemleri, birçok bakımlardan çarpıcı benzerlikler gösterir. Fakat bu iki büyük hayvan grubu tamamen farklı atasal kökenlerden evrimleşmiştir. Dolayısıyla, çarpıcı benzerliklerinin yanısıra, bu iki grubun iskelet ve kasları önemli farklılıklar gösterirler.
İki hayvan grubu da aynı problemlere karşı birçok benzer uyumlar geliştirmişlerse de bu uyumlara tamamen farklı yollardan ulaşmışlardır. Eklembacaklılar ile omurgalıların iskelet sistemleri arasındaki en belirgin farklılık, eklembacaklıların bir As iskelete (içindeki bütün kasları ve organları örten sert bir vücut örtüsü) omurgalıların ise bir iç iskelete (organizmanın içinde kasların bağlandığı bir çatı) sahip olmalarıdır.
Her iki tip iskelet de, kasların kasılması için destek oluşturmalarının yanısıra, hayvanlara şekil verme ve yapısal destek oluşturma bakımından da önemlidir. Bu, destek için suyun bulunmadığı karasal ortamda yaşayan hayvanlar için özellikle önemlidir. Bu açıdan iskelet sistemleri, kara bitkilerinin büyümesi için kritik bir etmen olan ksilemlerle analogturlar. Epidermis tarafından salgılanan ve hücresel olmayan materyalden oluşan dış iskelet, daha yumuşak vücut kısımları için koruyucu bir zırh ve karasal eklembacaklılarda aşırı su kaybını önleyen balmumumsu bir bariyer olarak da görev yapar. Dış iskelet vücut büyümesi bakımından güçlükler yaratır. Bu nedenle, vücudun büyümesine izin vermek üzere, periyodik olarak atılıp yerine yenisi yapılır. Bunun ötesinde, her hangi bir dış iskelet sisteminin mekaniği hayvanın olası büyüklüğünü sınırlayıcı bir etki yaratır.
Bir hayvanın ağırlığı onu hacminin bir fonksiyonu olduğuna göre (uzunluk x genişlik x yükseklik), hayvanın doğrusal boyutlarının iki kat artması, onun ağırlığını 8 kat arttırır (yani 23). Bu ek ağırlığı destekleyebilmek için örneğin eklembacaklıların silindirik dış iskeleti orantısız olarak kalınlaşmalı, ağırlaşmalı ve uzamalıdır. Sonuç olarak, ıstakoz gibi tüm büyük eklembacaklılar suda yaşarlar; ağırlıklarının gerektirdiği desteğin çoğunu içinde yaşadıkları suyun kaldırma gücü karşılar. Aynı sınırlamalar, daha az şiddetle, omurgalılar için de geçerlidir.
Hayvanın duyarlı iç organlarına destek ve koruma sağlayan iç iskelet, büyük hayvanlarda orantısız ağırlık artışı için yeteri kadar güçlü olmalıdır. Filler anteloplarınkinden daha kalın kemiklere sahiptirler ve en büyük memeliler olan balinalar, büyük eklembacaklılarda olduğu gibi, suculdurlar. Fakat iç iskeletin iki avantajı vardır: Dış iskeletten daha güçlü materyallerden yapılmışlardır ve kendisine bağlı kasları dıştan sarmalamak yerine onların içinde yer almıştır. Bir dış iskeletin duvarları tarafından sınırlanmamış olan kaslar nispeten büyük bir hacme sahip olan bir vücudu desteklemek için yeterli büyüklüğe ulaşabilirler. Küçük hayvanlarda dış ve iç iskeletler hemen hemen aynı etkinliktedir ve çok küçüklerde dış iskelet büyük bir olasılıkla daha verimlidir.
Omurgalılarda iskelet ve kas sistemleri Omurgalı iskeletleri, esas olarak daha önce değinilen iki tip bağ dokudan, kemik ve kıkırdaktan oluşur. Kıkırdak dayanıklıdır; fakat kemik kadar sert ya da kırılgan değildir. Tüm omurgalı embriyolarında iskeletin esas bileşenidir ve bazı ergin omurgalılarda özellikle köpekbalıkları, vatozlar ve kedibalıklarında kıkırdak iskelet tüm yaşam boyunca varlığını korur. Fakat omurgalıların çoğunda, gelişme ilerledikçe kıkırdağın yerini giderek kemik alır. Buna karşın, kaburgaların ucu, eklem yüzeyleri, larinksin (gırtlak) ve trakenin (nefes borusu) duvarı, dış kulak ve burun gibi katılığın ve esnekliğin birarada gerektiği yerlerde bir miktar kıkırdak korunmuştur.
Bazı kemikler kısmen süngerimsidir. Bunlarda sert bir çubuk ağı ve bunun çevresinde içi ilikle dolu boşluklar bulunur. Diğer kemikler daha sıkıdır ve bunların sert kısımları, içinde mikroskopik boşluklar bulunan kesintisiz bir kütle oluşturur. Kol ve bacağınki gibi uzun kemiklerin şaftları, geniş bir merkezi ilik boşluğunu çeviren sıkı kemikten oluşur. Erişkinlerde uzun kemiklerin şaftlarının boşluklarındaki ilik esas olarak sarı yağlı tiptendir. Buna karşın kaburgalar ve kafatasının yassı kemiklerindeki ve uzun kemiklerin uçlarındaki ilik kırmızı tipten olup kan hücrelerinin yapımında aktiftir. Bu iki tip ilik arasında kesin bir ayırım yoktur ve birarada bulunabilirler. Hatta en tipik kırmızı ilikte yaklaşık %70 oranında yağ bulunur.
Sıkı kemik, Haversian sistemleri denilen yapısal birimlerden oluşur. Bu birimlerden her biri düzgün olmayan silindir biçimindedir ve mikroskopik bir Haversian kanalının çevresinde, iç içe daireler düzeninde yerleşmiş sert inorganik matriks tabakalarından oluşmuştur. Kan damarları ve sinirler bu kanal boyunca yerleşmişlerdir.
Düzensiz şekilli kemik hücreleri, sert matriks tabakalarının birbirleriyle temas ettikleri yüzeyler boyunca yerleşmiş küçük boşluklara saçılmış olarak yerleşmişlerdir. Kemik hücreleriyle Haversian kanallarındaki kan damarları arasındaki madde alış verişi, sert matriks tabakaları arasında uzanan kanalikuli (küçük kanallar) yoluyla olur.

Omurgalıların iskeleti iki bileşene ayrılır:
(1) Aksiyal iskelet. Kafatası ile vertebral kolon (omurga) ve ona bağlı göğüs kafesinden oluşan esas boylamasına kısımdır.
(2) Apendiküler iskelet. Uzantı çiftlerinin (yüzgeçler, bacaklar, kanatlar) ve bunlara bağlı pektoral ve pelvik kuşakların kemiklerini içerir.
Bazı kemikler birbirlerine hareketsiz eklemlerle ya da bağlarla bağlanmışlardır. Örneğin hep birlikte kafatasını oluşturan çok sayıdaki küçük kemikler. Fakat diğer bir çoğu, hareketli eklemlerle ligamentler aracılığıyla birarada tutulur. Kemiklere tendonlar aracılığıyla tutunmuş olan iskelet kasları, etkilerini bu hareketli eklemlerde iskeleti bükerek gösterirler. Bükülmeyi sağlayan güç, her zaman, kasılan kasların uyguladığı çekme gücüdür; kaslar aktif olarak itemezler. Büküldükten sonra düzelme ya da ters yöne bükülme farklı kasların kasılmasıyla başarılmalıdır.
Eğer bir kas, aralarında bir ya da daha fazla eklem olan iki kemiğe bağlıysa, bu kasın kasılması genellikle bu iki kemikten sadece birisinin hareketine yol açar; diğeri başka kaslar tarafından, nispeten hareketsiz tutulur. Esasen hareketsiz olan kemiğe bağlı kasın ucu (genellikle kol—bacak kaslarının proksimal (yakın) ucu) orijin olarak adlandırılır. Hareketli kemiklere bağlı kasların ucuna ise genellikle kol (bacak kaslarının distal (uzak) ucu) insersiyon adı verilir. Hareketli kemikler, dayanak noktası eklemde olan kaldıraç sistemleri gibi davranırlar. Bazen bir kasın, aynı ya da farklı kemiklere bağlı birden fazla orijini ya da insersiyonu olabilir. Herhangi bir kasın kasılması sonucunda meydana gelen etki, esas olarak, onun orijinlerinin ve insertiyonlarının tam pozisyonuna ve bunların arasındaki eklem tipine bağımlıdır.
Aslında, normal koşullar altında, izole kaslar kasılmazlar. Sinir sistemi, antagonistik gruplar halinde görev yapan tüm kaslara impulslar gönderir. Bir grup kas güçlü bir kasılma yaptığı zaman bir antagonistik grup daha zayıf bir çekme uygulayarak hareketin ince ayarını yapar. Bunun da ötesinde, bu bilinen kontrol prensibi, gerektiğinde antagonistik kasın hareketi ters yönde gerçekleştirebilmesini sağlar. Buna ek olarak, diğer kaslar (sinerjistler), harekete daha da fazla yön verip onu sınırlayabilirler. Dolayısıyla, bir kasın etkisini anlamak için, kasın kendi orijinlerine ve insersiyonlarına ek olarak, onun antagonistlerinin ve sinerjistlerinin de pozisyonları, hareketleri ve ilişkileri bilinmelidir. En basit bir hareket, örneğin bir adım atma, bile çok sayıda kasın işe karıştığı karmaşık ve koordine bir aktiviteyi içerdiğine göre, bir izole kasın fizyolojisini anlamak sınırlı bir değer taşır. Çeşitli eklem tipleri ve çok sayıdaki kas-eklem düzeni, makaraların, kaldıraçların, askıların mekanik prensiplerini kullanır ve biyomühendislik ve biyomekanikle ilgilenenler için cazip bir çalışma konusu oluşturur.

Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com

Yazar: Taner Tunç