Un esqueleto es el marco estructural que sostiene el cuerpo de la mayoría de los animales . Hay varios tipos de esqueletos, incluido el exoesqueleto , que es una capa exterior rígida que sostiene la forma de un organismo; el endoesqueleto , un marco interno rígido al que se adhieren los órganos y tejidos blandos ; y el hidroesqueleto , una estructura interna flexible sostenida por la presión hidrostática de los fluidos corporales .
Los vertebrados son animales con un endoesqueleto centrado alrededor de una columna vertebral axial , y sus esqueletos suelen estar compuestos de huesos y cartílagos . Los invertebrados son otros animales que carecen de columna vertebral, y sus esqueletos varían, incluyendo exoesqueletos de caparazón duro ( artrópodos y la mayoría de los moluscos ), conchas internas plateadas (p. ej., huesos de sepia en algunos cefalópodos ) o bastones (p. ej., huesecillos en los equinodermos ), cavidades corporales soportadas hidrostáticamente. (la mayoría), y espículas ( esponjas ). El cartílago es un tejido conectivo rígido que se encuentra en los sistemas esqueléticos de vertebrados e invertebrados.
El término esqueleto proviene del griego antiguo σκελετός ( skeletós ) 'secado'. [1] Sceleton es una forma arcaica de la palabra. [2]
Los esqueletos se pueden definir por varios atributos. Los esqueletos sólidos están formados por sustancias duras, como hueso , cartílago o cutícula . Estos se pueden dividir aún más por ubicación; Los esqueletos internos son endoesqueletos y los esqueletos externos son exoesqueletos. Los esqueletos también pueden definirse por la rigidez, donde los esqueletos flexibles son más elásticos que los rígidos. [3] Los esqueletos fluidos o hidrostáticos no tienen estructuras duras como los esqueletos sólidos, sino que funcionan a través de fluidos presurizados. Los esqueletos hidrostáticos son siempre internos. [4]
Un exoesqueleto es un esqueleto externo que cubre el cuerpo de un animal y sirve como armadura para protegerlo de los depredadores. Los artrópodos tienen exoesqueletos que recubren sus cuerpos y deben sufrir mudas periódicas o ecdisis a medida que los animales crecen. Las conchas de los moluscos son otra forma de exoesqueleto. [4] Los exoesqueletos proporcionan superficies para la unión de los músculos, y los apéndices especializados del exoesqueleto pueden ayudar con el movimiento y la defensa. En los artrópodos, el exoesqueleto también ayuda con la percepción sensorial . [5]
Un esqueleto externo puede ser bastante pesado en relación con la masa total de un animal, por lo que en la tierra, los organismos que tienen un exoesqueleto son en su mayoría relativamente pequeños. Los animales acuáticos algo más grandes pueden soportar un exoesqueleto porque el peso es menos importante bajo el agua. La almeja gigante del sur , una especie de almeja de agua salada extremadamente grande del Océano Pacífico, tiene un caparazón enorme tanto en tamaño como en peso. Syrinx aruanus es una especie de caracol marino con un caparazón muy grande.
Los endoesqueletos son la estructura de soporte interna de un animal, compuesta por tejidos mineralizados , como los esqueletos óseos que se encuentran en la mayoría de los vertebrados. [6] Los endoesqueletos están altamente especializados y varían significativamente entre animales. [4] Varían en complejidad desde funcionar puramente como soporte (como en el caso de las esponjas ) hasta servir como un lugar de unión para los músculos y un mecanismo para transmitir fuerzas musculares. Un verdadero endoesqueleto se deriva del tejido mesodérmico . Los endoesqueletos se encuentran en cordados , equinodermos y esponjas.
Los esqueletos flexibles son capaces de moverse; así, cuando se aplica tensión a la estructura esquelética, ésta se deforma y luego recupera su forma original. Esta estructura esquelética se utiliza en algunos invertebrados, por ejemplo en la bisagra de los caparazones de los bivalvos o en la mesoglea de los cnidarios como las medusas . Los esqueletos flexibles son beneficiosos porque sólo se necesitan contracciones musculares para doblar el esqueleto; Tras la relajación muscular, el esqueleto volverá a su forma original. El cartílago es un material del que puede estar compuesto un esqueleto flexible, pero la mayoría de los esqueletos flexibles se forman a partir de una mezcla de proteínas , polisacáridos y agua. [3] Para estructura o protección adicional, los esqueletos flexibles pueden estar soportados por esqueletos rígidos. Los organismos que tienen esqueletos flexibles suelen vivir en el agua, que sostiene la estructura del cuerpo en ausencia de un esqueleto rígido. [7]
Los esqueletos rígidos no son capaces de moverse cuando están estresados, lo que crea un fuerte sistema de soporte más común en los animales terrestres . Este tipo de esqueleto utilizado por los animales que viven en el agua es más para protección (como los percebes y los caracoles ) o para animales que se mueven rápidamente y que requieren el apoyo adicional de la musculatura necesaria para nadar en el agua. Los esqueletos rígidos se forman a partir de materiales que incluyen quitina (en artrópodos), compuestos de calcio como carbonato de calcio (en corales pétreos y moluscos ) y silicato (en diatomeas y radiolarios ).
Los esqueletos hidrostáticos son cavidades flexibles dentro de un animal que proporcionan estructura a través de la presión del fluido, y se encuentran en algunos tipos de organismos de cuerpo blando , incluidas las medusas, los platelmintos , los nematodos y las lombrices de tierra. Las paredes de estas cavidades están hechas de músculo y tejido conectivo. [4] Además de proporcionar estructura al cuerpo de un animal, los esqueletos hidrostáticos transmiten las fuerzas de contracción muscular, lo que permite que el animal se mueva alternando contracciones y expansiones de los músculos a lo largo del animal. [8]
El citoesqueleto ( cito, que significa "célula" [9] ) se utiliza para estabilizar y preservar la forma de las células. Es una estructura dinámica que mantiene la forma celular, protege la célula, permite el movimiento celular utilizando estructuras como flagelos , cilios y lamellipodios , y el transporte dentro de las células, como el movimiento de vesículas y orgánulos , y desempeña un papel en la división celular. El citoesqueleto no es un esqueleto en el sentido de que proporciona el sistema estructural del cuerpo de un animal; más bien, cumple una función similar a nivel celular. [10]
En la mayoría de los vertebrados, el principal componente esquelético es el hueso. [6] Los huesos componen un sistema esquelético único para cada tipo de animal. Otro componente importante es el cartílago que en los mamíferos se encuentra principalmente en las zonas articulares. En otros animales, como los peces cartilaginosos , entre los que se incluyen los tiburones , el esqueleto está compuesto íntegramente de cartílago . El patrón segmentario del esqueleto está presente en todos los vertebrados, con unidades básicas repetidas, como en la columna vertebral y la caja torácica. [11] [12]
Los huesos son órganos rígidos que forman parte del endoesqueleto de los vertebrados. Proporcionan soporte estructural al cuerpo, ayudan en el movimiento oponiéndose a la contracción muscular y crean una pared protectora alrededor de los órganos internos. Los huesos están formados principalmente de minerales inorgánicos, como la hidroxiapatita , mientras que el resto está formado por una matriz orgánica y agua. La estructura tubular hueca de los huesos proporciona una resistencia considerable a la compresión sin dejar de ser ligera. La mayoría de las células de los huesos son osteoblastos , osteoclastos u osteocitos . [13]
El tejido óseo es un tipo de tejido conectivo denso . Uno de los tipos de tejido que conforma el tejido óseo es el tejido mineralizado y esto le confiere rigidez y una estructura interna tridimensional en forma de panal . Los huesos también producen glóbulos rojos y blancos y sirven como almacenamiento de calcio y fosfato a nivel celular. Otros tipos de tejido que se encuentran en los huesos incluyen la médula , el endostio y el periostio , los nervios , los vasos sanguíneos y el cartílago.
Durante el desarrollo embrionario , los huesos se desarrollan individualmente a partir de células esqueléticas del ectodermo y mesodermo. La mayoría de estas células se convierten en células separadas de hueso, cartílago y articulación, y luego se articulan entre sí. Los tejidos esqueléticos especializados son exclusivos de los vertebrados. El cartílago crece más rápidamente que el hueso, lo que hace que sea más prominente en una etapa más temprana de la vida del animal, antes de que el hueso lo supere. [14] El cartílago también se utiliza en los vertebrados para resistir la tensión en los puntos de articulación del esqueleto. El cartílago de los vertebrados suele estar recubierto de tejido de pericondrio . [15] Los ligamentos son tejidos elásticos que conectan huesos con otros huesos, y los tendones son tejidos elásticos que conectan músculos con huesos. [dieciséis]
Los esqueletos de las tortugas han evolucionado hasta desarrollar un caparazón a partir de la caja torácica, formando un exoesqueleto. [17] Los esqueletos de serpientes y cecilias tienen significativamente más vértebras que otros animales. Las serpientes suelen tener más de 300, en comparación con los 65 típicos de los lagartos. [18]
Los esqueletos de las aves están adaptados para el vuelo . Los huesos de los esqueletos de las aves son huecos y livianos para reducir el costo metabólico del vuelo. Varios atributos de la forma y estructura de los huesos están optimizados para soportar el estrés físico asociado con el vuelo, incluido un eje humeral redondo y delgado y la fusión de elementos esqueléticos en osificaciones simples . [19] Debido a esto, las aves suelen tener una menor cantidad de huesos que otros vertebrados terrestres. Las aves también carecen de dientes o incluso de una verdadera mandíbula , y en lugar de ello han desarrollado un pico , que es mucho más ligero. Los picos de muchos pajaritos tienen una proyección llamada diente de huevo , que facilita su salida del huevo amniótico.
El esqueleto, que forma la estructura de soporte dentro del pez, está hecho de cartílago, como en los condrictios , o de huesos, como en los osteictios . El elemento esquelético principal es la columna vertebral, compuesta de vértebras articuladas que son livianas pero fuertes. Las costillas se unen a la columna y no hay extremidades ni cinturas. Están sostenidos únicamente por los músculos. Las principales características externas del pez, las aletas , están compuestas por espinas óseas o blandas llamadas rayos que, a excepción de la aleta caudal (aleta caudal), no tienen conexión directa con la columna. Están sostenidos por los músculos que componen la parte principal del tronco.
Los peces cartilaginosos, como los tiburones, las rayas, las rayas y las quimeras, tienen esqueletos hechos enteramente de cartílago. El peso más ligero del cartílago permite a estos peces gastar menos energía al nadar. [4]
Para facilitar el movimiento de los mamíferos marinos en el agua, las patas traseras se perdían por completo, como en las ballenas y los manatíes , o se unían en una sola aleta caudal como en los pinnípedos (focas). En la ballena, las vértebras cervicales suelen estar fusionadas, una adaptación que cambia la flexibilidad por la estabilidad durante la natación. [20]
El esqueleto consta de huesos fusionados e individuales sostenidos y complementados por ligamentos, tendones, músculos y cartílagos. Sirve como andamio que sostiene los órganos, ancla los músculos y protege órganos como el cerebro, los pulmones , el corazón y la médula espinal . [21] El hueso más grande del cuerpo es el fémur en la parte superior de la pierna, y el más pequeño es el hueso del estribo en el oído medio . En un adulto, el esqueleto constituye alrededor del 13,1% del peso corporal total, [22] y la mitad de este peso es agua.
Los huesos fusionados incluyen los de la pelvis y el cráneo . No todos los huesos están interconectados directamente: hay tres huesos en cada oído medio llamados huesecillos que se articulan únicamente entre sí. El hueso hioides , que se encuentra en el cuello y sirve como punto de unión de la lengua , no se articula con ningún otro hueso del cuerpo, estando sostenido por músculos y ligamentos.
Hay 206 huesos en el esqueleto humano adulto, aunque este número depende de si los huesos de la pelvis (los huesos de la cadera de cada lado) se cuentan como uno o tres huesos de cada lado (ilion, isquion y pubis), si el cóccix o El hueso de la cola se cuenta como uno o cuatro huesos separados y no cuenta los huesos de gusano variables entre las suturas del cráneo. De manera similar, el sacro generalmente se cuenta como un solo hueso, en lugar de cinco vértebras fusionadas. También hay un número variable de pequeños huesos sesamoideos, que se encuentran comúnmente en los tendones. La rótula o rótula de cada lado es un ejemplo de hueso sesamoideo más grande. Las rótulas se cuentan en el total, ya que son constantes. La cantidad de huesos varía entre individuos y con la edad: los bebés recién nacidos tienen más de 270 huesos, algunos de los cuales se fusionan. [ cita necesaria ] Estos huesos están organizados en un eje longitudinal, el esqueleto axial , al que se une el esqueleto apendicular . [23]
El esqueleto humano tarda 20 años en desarrollarse por completo y los huesos contienen médula , que produce células sanguíneas.
Existen varias diferencias generales entre los esqueletos masculinos y femeninos. El esqueleto masculino, por ejemplo, es generalmente más grande y pesado que el esqueleto femenino. En el esqueleto femenino, los huesos del cráneo son generalmente menos angulares. El esqueleto femenino también tiene un esternón más ancho y más corto y muñecas más delgadas. Existen diferencias significativas entre la pelvis masculina y femenina que están relacionadas con las capacidades de embarazo y parto de la mujer. La pelvis femenina es más ancha y menos profunda que la pelvis masculina. Las pelvis femeninas también tienen una salida pélvica agrandada y una entrada pélvica más ancha y circular. Se sabe que el ángulo entre los huesos púbicos es más agudo en los hombres, lo que da como resultado una pelvis más circular, más estrecha y casi en forma de corazón. [24] [25]
Los invertebrados se definen por la falta de columna vertebral y no tienen esqueleto óseo. Los artrópodos tienen exoesqueletos y los equinodermos tienen endoesqueletos. Algunos organismos de cuerpo blando, como las medusas y las lombrices de tierra , tienen esqueletos hidrostáticos. [26]
Los esqueletos de los artrópodos , incluidos los insectos , los crustáceos y los arácnidos , son exoesqueletos de cutícula. Están compuestos por quitina secretada por la epidermis . [27] La cutícula cubre el cuerpo del animal y recubre varios órganos internos, incluidas partes del sistema digestivo. Los artrópodos mudan a medida que crecen mediante un proceso de ecdisis , desarrollando un nuevo exoesqueleto, digiriendo parte del esqueleto anterior y dejando el resto . El esqueleto de un artrópodo cumple muchas funciones, trabajando como un tegumento para proporcionar una barrera y sostener el cuerpo, proporcionando apéndices para el movimiento y la defensa, y ayudando en la percepción sensorial. Algunos artrópodos, como los crustáceos, absorben biominerales como el carbonato de calcio del medio ambiente para fortalecer la cutícula. [5]
Los esqueletos de los equinodermos , como las estrellas de mar y los erizos de mar , son endoesqueletos que constan de placas escleríticas grandes y bien desarrolladas que se unen o se superponen para cubrir el cuerpo del animal. Los esqueletos de los pepinos de mar son una excepción, ya que tienen un tamaño reducido para facilitar la alimentación y el movimiento. Los esqueletos de los equinodermos están compuestos por estereomas , formados por calcita con estructura monocristalina . También tienen un importante contenido en magnesio , formando hasta el 15% de la composición del esqueleto. La estructura del estereoma es porosa y los poros se llenan de tejido estromal conectivo a medida que el animal envejece. Los erizos de mar tienen hasta diez variantes de estructura de estereomas. Entre los animales existentes, estos esqueletos son exclusivos de los equinodermos, aunque algunos animales del Paleozoico utilizaron esqueletos similares . [28] Los esqueletos de los equinodermos son mesodérmicos , ya que en su mayoría están recubiertos por tejido blando. Las placas del esqueleto pueden estar entrelazadas o conectadas a través de músculos y ligamentos. Los elementos esqueléticos de los equinodermos están muy especializados y adoptan muchas formas, aunque normalmente conservan alguna forma de simetría. Las espinas de los erizos de mar son el tipo más grande de estructura esquelética de equinodermos. [29]
Algunos moluscos, como las caracolas, las vieiras y los caracoles, tienen conchas que sirven como exoesqueletos. Son producidos por proteínas y minerales secretados por el manto del animal . [4]
El esqueleto de las esponjas está formado por espículas microscópicas calcáreas o silícicas . Las demosponjas incluyen el 90% de todas las especies de esponjas. Sus "esqueletos" están hechos de espículas que consisten en fibras de la proteína espongina , del mineral sílice o de ambos. Cuando hay espículas de sílice, tienen una forma diferente a la de las esponjas de vidrio , por lo demás similares . [30]
El cartílago es un tejido conectivo esquelético compuesto por células especializadas llamadas condrocitos que se encuentran en una matriz extracelular . Esta matriz suele estar compuesta por fibras de colágeno tipo II , proteoglicanos y agua. Hay muchos tipos de cartílago, incluido el cartílago elástico , el cartílago hialino , el fibrocartílago y el cartílago lipohialino. [15] A diferencia de otros tejidos conectivos, el cartílago no contiene vasos sanguíneos. Los condrocitos son irrigados por difusión, ayudados por la acción de bombeo generada por la compresión del cartílago articular o la flexión del cartílago elástico. Así, en comparación con otros tejidos conectivos, el cartílago crece y se repara más lentamente.
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