Skelett: Die 7 Bestandteile des Skeletts bei Wirbeltieren & Menschen
Das Skelett der Wirbeltiere, also auch des Menschen, ist ein Endoskelett. Damit ist gemeint, dass sich die Knochen innerhalb des Körpers befinden. Dies ermöglicht Stabilität und eine gewissen Grad an Bewegungsfreiheit (siehe Hauptartikel: Die 8 Aufgaben und Funktionen von Skelett und Knochen). Das Skelett ist ein Organsystem und besteht aus mehreren Einzelteilen, welche in diesem Artikel vorgestellt werden.
Inhalt
Bestandteile des Skeletts beim Menschen und anderer Landwirbeltiere
Das Innenskelett der Landwirbeltiere besteht aus Knochen, einer Hartsubstanz – bestehend aus Calciumphosphat und Kollagenen. In den Osteoblasten wird das Knochengewebe gebildet. Diese speziellen Zellen entwickeln sich aus undifferenzierten embryonalen Bindegewebszellen, verbinden das Calciumphosphat und Typ-1-Kollagen (spez. Protein) zu einem Mineral mit dem Namen: Hydroxylapatit.
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Dieses Hydroxylapatit – besteht dann aus Kalciumphosphat und Kollagen und wird von den Osteoplasten ins Bindegewebe ausgeschieden. Die Knochen des Körperskelettes bestehen zu etwa 50 % aus diesem Apatit. In Zahnschmelz kommt es zu ungefähr 97 % vor, im Elfenbein von Rüsseltieren zu etwa 60 %.
Hormonausschüttung beim Knochenaufbau
Angetrieben wird die Produktion des Hydroxylapatits in den Osteoblasten durch das Wachstumshormon Somatropin, welches über die Vorderlappen der Hypophyse (Hirnanhangdrüse) ausgeschüttet wird. Während der Pubertät eines Menschen ist die Somatropin-Produktion allgemein am höchsten, geht im Alter zurück. In den normalen Wachstumsstadien – außerhalb der Pubertät – wird Somatropin hauptsächlich im Schlaf ausgeschüttet.
Bestandteile des Skeletts einiger Fische
Bei den Fischen unterscheidet man zwei Großgruppen – welche in der Biologie als Reihe oder Klasse bezeichnet werden. Diese Großgruppen sind die Knochenfische, zu denen die meisten Fischarten gezählt werden und die Knorpelfische mit den Haien, Seekatzen und Rochen.
Die Reihe der Knochenfische wird weiter unterteilt in Strahlenflosser und Fleischflosser bzw. Muskelflosser. In der Zoologie werden, neben sämtlichen Fleischflosser-Fischen, auch alle Landwirbeltiere der Klasse der Muskelflosser zugeordnet. Somit gehört der Mensch und alle anderen Säugetiere nach moderner Systematik in die Gruppe der Knochenfische. Die Einordnung erfolgt aufgrund einer gemeinsamen Stammesgeschichte.
Mit den Fleischflossern haben alle Landwirbeltiere gemeinsam, dass deren Skelett aus Knochen besteht – welches von einer Muskulatur umgeben ist. Der Apparat dazu wird auch als Muskel-Skelett-System bezeichnet. In den Sportwissenschaften bezeichnet man dieses Organsystem auch als Bewegungsapparat– was allerdings gleichbedeutend ist.
Zurück zu den Fischen….
Die Knorpelfische trennten sich weitaus früher von der gemeinsamen Stammesgeschichte und werden deshalb in einer eigenen Klasse gesehen. Das Skelettgewebe der Haie, Rochen und Seekatzen besteht aus Knorpeln. Nur circa 4 Prozent aller Fischarten sind Knorpelfische. Funde von Fossilien belegen, dass Knorpelfische vor etwa 450 Millionen Jahren erstmalig auftraten.
Das Gewebe der Knorpelfische besteht aus Knorpeln, welche elastischer und glatter sind als Knochen. Allerdings wird die Knorpelsubstanz durch Kalkeinlagerungen ähnlich ausgehärtet, da sich das Material dadurch verdichten lässt. Bei Haien bestehen die Schuppen (Placoidschuppen) ebenfalls aus Knochenmaterial und gelten als homologes Organ zu den Zähnen der Säugetiere.
Zwei Skelettsysteme des Menschen und der Wirbeltiere
Bei den Wirbeltieren unterscheidet man zwei Skelettsysteme, welche man anatomisch trennt – deren Trennung allerdings physiologisch begründet ist. Denn nur ein Teil des Skelettes aller Wirbeltiere dient als Stützapparat zur Stabilität und zum Schutz. Dieses Skelettsystem wird als axiales oder Achsenskelett bezeichnet und umfasst den Brustkorb mit Rippen und Brustbein, die Wirbelsäule und das Kreuzbein.
Der andere Teil des Skelettes – mit Schultergürtel, Becken und Gliedmaßen – wird als appendikuläres Skelett (Appendikularskelett) bezeichnet. Dieses dient der Fortbewegung der Wirbeltiere. Denn die Vordergliedmaßen, beim Menschen sind es die Arme, sind im Schultergürtel verankert und werden darüber bewegt. Und die Hintergliedmaßen, beim Menschen sind es die Beine, sind im Beckengürtel verankert und werden darüber bewegt.
2 Skelettsysteme der Wirbeltiere, Draufklicken – um zu vergrößern
Die Ausnahme bilden die Meeressäugetiere und die Fische. Denn das Skelett dieser Lebewesen ist an ein Leben im Wasser angepasst. Die Schwanzflosse der Robben ist eine Weiterentwicklung der hinteren Gliedmaßen. Und diese Schwanzflosse ist direkt mit der Wirbelsäule verbunden, liegt waagerecht im Wasser.
Skelett einer Robbe
Wieso?
Wenn du heute ins Wasser gehen würdest und deine Beine zu Flossen umfunktionieren würdest, dann würden deine Hintergliedmaßen ebenfalls waagerecht im Wasser liegen. Du würdest dich fortbewegen, indem du deine Beine nach oben und unten bewegst. Der Körper der Meeresssäuger ist auf diese Fortbewegungsmethode angepasst, indem deren Schwanzflosse den zusammengewachsenen Beinen gleicht.
Jungtier eines Kalifornischen Seelöwen (Zalophus californianus)
Bei Fischen steht die Schwanzflosse senkrecht im Wasser. Dies beweist, dass sich beide Flossentypen völlig losgelöst voneinander entwickelten. Denn Robben und Wale waren einmal echte Landsäugetiere, welche wahrscheinlich wegen zunehmender Konkurrenz ins Wasser zurückgingen und dort eine ökologische Nische bildeten.
Flossen eines Fisches
Bei den Fischen sind außerdem die Körperflossen ins Muskelgewebe integriert und nicht mit dem Skelett verbunden. Nur die Schwanzflosse ist Teil des Achsenskeletts und ist, wie bei Walen, direkt mit der Wirbelsäule verbunden. Alle anderen Flossen sind dies nicht, weshalb Fische auch keinen Schultergürtel besitzen. Die Wale, Delfine und Robben haben allerdings so einen Schultergürtel, in welchem die Vorderflossen integriert sind.
Schauen wir uns nun die Einzelteile etwas genauer an.
Schädel
Der Schädel ist eine Knochenstruktur, um das Gehirn zu schützen. Bei den Wirbeltieren sind im Schädel außerdem das Gebiss und der Kiefer integriert, wodurch die Nahrungsaufnahme möglich wird. Somit ist der Rachen bzw. die Mundöffnung bereits Teil des Verdauungsapparates, also eines anderen Organsystem.
Aber der Schädel ist auch der Ort, in welchem die Sinnesorgane platziert worden. Dazu gehören bei den Landwirbeltieren die Nase, der Mund, die Augen und die Ohren. In den Ohren sind kleine Knochen integriert, welche bei Geräuschen und den ausgesonderten Schallwellen in Schwingung geraten, wodurch Hören möglich wird. Beim Menschen befindet sich der kleinste Knochen im Ohr, wird als Steigbügelknochen bezeichnet, welcher zusammen mit anderen Knochen und dem Trommelfell den Gehörgang bildet.
Die Fische haben keine Ohren, registrieren allerdings Schallwellen über den restlichen Teil des Skeletts, sobald dieses in Schwingung gerät. Auch Meeressäugetiere registrieren Schwingungen im Wasser über echte Ohren und über die anderen Knochen ihres Skeletts.
Bei allen Wirbeltieren sitzt der Schädel vorn auf. Dies ist wichtig, da dadurch die Reize aus der Umwelt am besten wahrgenommen werden können. Die wichtigsten Umweltreize sind Geräusche, Gerüche oder Licht. Durch die eingelagerten Sinnesorgane werden die Reize, ab einer gewissen Reizschwelle, registriert und zum Gehirn geleitet. Dort entsteht dann ein Bild aus der Lichtreflektion, ein Geräusch aus der Schallwelle und ein Geruch aus dem chemischen Reiz.
Sinnesorgane und Gehirn machen Wahrnehmung möglich, gehören aber zum Nervensystems, also zu einem anderen Organsystem. Der Schädel bzw. die Schädelknochen sollen dieses Nervensystems schützen.
Schultergürtel
(Zum Hauptartikel: Schultergürtel: Anatomie, Muskeln & Funktionen bei Menschen und Wirbeltieren)
Der Schultergürtel besteht im Wesentlichen aus drei Knochen. Dies sind:
- das Schulterblatt
- das Schlüsselbein
- das Rabenbein
Schultergürtel des Menschen
Das Rabenbein ist bei den Vögeln der kräftigste Knochen im kompletten Schultergürtel. Bei den meisten Säugetieren ist dieser Knochen allerdings zurückgebildet und lediglich ein Fortsatz des Schulterblattes. Nur bei den Seekühen und den Kloakentieren – mit Schnabeltier und Ameisenigel – ist das Rabenbein komplett ausgebildet.
Das Rabenbein (Coracoid) der Vögel ist größer als bei anderen Wirbeltieren, da es für den Vogelflug benötigt wird
Das Schlüsselbein ist bei den Amphibien nicht vorhanden. Bei Knochenfischen ist der Ursprung dieses Knochens als kleines Stümmelchen vorhanden. Und auch bei den meisten Säugern ist das Schlüsselbein lediglich als rudimentäres Organ vorhanden. Doch beim Menschen ist es ziemlich deutlich ausgebildet, was damit zu tun hat, dass der Mensch aufrecht steht.
Das Rabenbein des Menschen ist verkümmert, In der Seitenansicht ist dies gut zu erkennen. Man nennt es Rabenschnabelfortsatz (Processus coracoideus)
Falls du das Schlüsselbein bei dir suchst, kannst du dieses oberhalb deiner Brust erfühlen. Dort verläuft auf jeder Körperhälfte ein Knochen waagerecht, parallel zur Brust – der am Hals beginnt und an der Schulter endet. Bei besonders dünnen Menschen tritt dieses Schulterbein auffällig heraus. Der kleines Raum dahinter wird als Salzfässchen bezeichnet und galt Mitte des 19. Jahrhunderts als Schönheitsideal bei Frauen, da es deren Schlankheit unterstrich.
Frau mit auffälliger Überschlüsselbeingrube (Fossa supraclavicularis), umgangssprachlich als Salzfässchen bezeichnet
Das Schulterblatt ist ein platter dreieckiger Knochen, welcher bei den Tieren oben auf dem Schultergürtel aufliegt. Da der Mensch aufrecht steht, liegt der Schultergürtel bei dir hinten – in der Region des Rückens – an. In dieser Knochenstruktur sind die Knochen deiner Arme befestigt. Außerdem beginnen dort die Muskeln der Oberarme.
Ist das Schulterblatt bei den Säugetieren die größte Knochenstruktur des Schultergürtels, so ist es bei Vögel sehr viel kleiner und wird vom Rabenbein deutlich überschattet.
Brustkorb
Der Brustkorb besteht aus Knochen, welche in dieser Region als Rippen bezeichnet werden. Die Rippen umschließen die Brusthöhle und einen Teil der Bauchhöhle. In der Brusthöhle liegen lebenswichtige Organe, wie Herz und Lunge, welche durch den Brustkorb geschützt werden sollen.
Der Brustkorb des Menschen
Der hintere Brustkorb, bei Tieren oben, wird durch die Wirbel der Brustwirbelsäule geschlossen. Und der vordere Teil, bei Tieren der untere Teil, wird durch die Knochen des Brustbeines geschlossen und zusätzlich verstärkt.
Bei den Landwirbeltieren, welche auf Lungenatmung angewiesen sind, befindet sich im Inneren des Brustkorbes die Atemmuskulatur. Diese ermöglicht ein Senken und Heben des Brustkorbes, was für die Atmung zwingend notwendig ist, um Atemluft entweder hinein- oder hinauszupressen.
Vogelskelett und Knochenstruktur mit Leichtbauweise
Bei den Vögeln ist das Brustbein besonders stark ausgeprägt und ist großflächiger als bei den anderen Wirbeltierklassen. Dadurch kann sich auf dem Brustbein eine besonders große Brustmuskulatur bilden, welche zum Fliegen notwendig ist. Denn bei jedem Flügelschlag muss der Vogel sein Körpergewicht anheben können, was enorme Muskelkraft erfordert, weshalb große Brustmuskeln nötig sind.
Grundsätzliche Anatomie eines Blauwals
Bei den Walen liegen einzelne Rippen frei, sind zwar mit den Brustwirbeln – aber nicht mit dem Brustbein verbunden. So sind es – je nach Art – die letzten zwei bis drei Rippenpaare, welche immer frei liegen. Aber bei den Bartenwalen, zu denen auch der Blauwal gehört, sind lediglich die ersten beiden Rippenpaare mit dem Brustbein verbunden.
Fische haben wiederum überhaupt kein Brustbein. Bei denen ist der Brustkorb nach unten geöffnet und die Rippen reichen ins Muskelfleisch.
Wirbelsäule
Die Wirbelsäule ist das Verbindungsstück des Achsenskeletts. Diese durchzieht den Körper vom Schädel bis zum Becken. Die einzelnen Wirbel der Wirbelsäule sind Knochen, welche innen einen Hohlraum haben. Durch diesen Hohlraum verläuft der Wirbelkanal, in welchem das Rückenmark eingebettet ist. Je nach Tierart besteht die Wirbelsäule aus verschiedener Anzahl an Wirbeln. Beim Menschen sind es 32 bis 34 Wirbel.
Die Wirbelsäule mit der jeweiligen Anzahl der freien Wirbel, sowie den verwachsenen Wirbeln des Kreuzbeins und Steißbeins, Draufklicken um zu vergrößern
Zur Wirbelsäule der Tiere gehört auch der Schwanz, welcher beim Menschen als Kreuzbein und Steißbein verwachsen ist. Sowohl Kreuz- als auch Steinbein sind Wirbel, die im Beckengürtel eingewachsen und somit nicht beweglich sind. Bei den Tieren sind die Schwanzwirbel durchaus beweglich und bei einigen Primaten garantiert ein Wickel- oder Greifschwanz eine völlige Bewegungsfreiheit.
Bei den Walen sind die Wirbel der Halswirbelsäule verwachsen, was eine Fortbewegung im Wasser besser ermöglicht, wodurch allerdings der Kopf kaum bewegt werden kann. Beim Menschen garantieren 7 Halswirbel einen gewissen Bewegungsradius des Kopfes.
Becken
Die Knochen des Beckengürtels dienen sowohl dem Schutz der dahinterliegenden Ausscheidungsorgane als auch der Integration der hinteren Gliedmaßen. In der Beckenhöhle der Tiere befinden sich die Harnblase, der Mastdarm, die Harnröhre, die Lymphdüsen und bei weiblichen Tieren die Vagina und der Scheidenvorhof. Alle diese Organe werden durch den Beckengürtel zusätzlich geschützt.
Bei den Hüftknochen, welche für die Bewegung verantwortlich sind, unterscheidet man zwischen drei großen Strukturen:
- Dambein
- Schambein
- Sitzbein
Alle drei Hüftbeine treffen im Hüftgelenk auf den Oberschenkelknochen. Die Beckenpfanne, so nennt man den Teil der Hüftbeinknochen im Becken, überträgt die Muskelkraft auf den Knochen des Oberschenkels, wodurch dieser bewegt werden kann.
Arme
Die Vordergliedmaßen bzw. oberen Extremitäten werden beim Menschen und anderen Primaten als Arme bezeichnet. Diese Bezeichnung impliziert, dass sich an den Armen auch Hände anschließen, die eine Greifbewegung möglich machen.
Für die Greifhand ist die Gegenüberstellung (Opponierbarkeit) des Daumens verantwortlich, welcher das Greifen und Festhalten überhaupt erst möglich macht. Somit besitzt jedes Tier, dessen Hand so beweglich ist, dass es seinen Daumen den restliche Fingern gegenüberstellen kann – eine Greifhand. Und nur das Vorhandensein einer Greifhand wird als Hand bezeichnet.
Solche Greifhände besitzen die Primaten, die Pandabären, Koalabären und einige Vogelarten, wie die Papageien. Allerdings werden beim Papagei und anderen Vögeln die Hinterbeine zum Greifen genutzt, weshalb man bei denen auch nicht von Armen spricht.
Durch die Gegenüberstellung des Daumens können Große Pandas ihre Nahrung in der Faust verschließen
Die Bewegung der Arme geschieht über das Schultergelenk, indem Adduktoren (hinführende Muskel) und Abduktoren (abspreizender Muskel) zusammenwirken. Neben der Bewegung der Oberarme, kann über den Ellbogen auch der Unterarm bewegt werden. Und aufgrund des Handgelenks und der Fingergelenke sind weitere filigrane (äußerst genaue) Bewegungen möglich.
Beim Menschen entsteht durch das Zusammenspiel dieser Gelenke die größte Bewegungsfreiheit über die Arme.
Bei Landwirbeltiere ohne Hand werden die Vordergliedmaßen nicht als Arm, sondern als Vorderbein bezeichnet. Die Vögel und Fledertiere besitzen dort Flügel, welche mit spezieller Flughaut überzogen sind. Bei Walen und Robben werden die Vordergliedmaßen als Brustflosse oder Flipper bezeichnet. Genauso ist es bei den Fischen, deren Brustflossen allerdings nicht direkt mit dem Skelett verbunden sind, sondern lediglich mit Muskeln. Bei einigen Reptilien, wie den Schlangen und Blindschleichen, sind die Vordergliedmaßen zurückgebildet.
Beine
Beim Menschen bezeichnet man die unteren bzw. hinteren Gliedmaßen als Beine. Bei den Sohlengängern, deren Fußsohle komplett aufsetzt – wird außerdem ein Fuß differenziert, welcher eine Fußsohle und Zehen aufweist. Zu den Sohlengängern gehören bspw. der Mensch und die Primaten.
Neben dem Sohlengängern unterscheidet man weiter zwischen Zehengängern und Spitzengängern. Die Zehengänger sind Tiere mit Krallen, die allerdings nur ihre Zehen vollständig aufsetzen und zwischen Fußsohle und Boden einen Hohlraum lassen. Das Fußgelenk der Zehengänger funktioniert ähnlich wie das Ellenbogengelenk beim Menschen, wodurch im Fuß mehr Kraft erzeugt werden kann. Deshalb können Zehengänger schneller laufen und höher springen als die meisten Sohlengänger.
Bei den Spitzengängern berührt nur das letzte Finger– oder Zehenglied den Boden. Dies ist bei Huftieren der Fall, wodurch auch diese mehr Kraft erzeugen können als ein Sohlengänger. Bei den Huftieren unterscheidet man zudem zwischen Paarhufern mit gerader Anzahl an Zehen und Unpaarhufern, welche eine ungerade Anzahl an Zehen haben.
Die Hintergliedmaße der Wale und Delfine sind zurückgebildet. Bei Robben und Seekühen haben sich die Hinterbeine zusammengeschlossen, sind also zusammengewachsen und bilden die Schwanzflosse.
Nun stellt sich die Frage, wieso sich die Schwanzflosse bei Walen und Robben anders entwickelte. Der Unterschied lässt sich aufgrund einer unterschiedlichen Stammesgeschichte zurückführen. So sind Robben als hundeartige Raubtiere ins Wasser zurückgekehrt, welche mit Mardern und Bären heute noch verwandt sind.
Die Wale hingegen sind ehemalige Huftiere gewesen, die mit dem Nilpferd den engsten Verwandten auf dem Festland haben. Die Hinterbeine waren somit völlig verschieden. Die Robben als Zehengänger (Robbe) schlossen ihre Beine zusammen und die Wals als Spitzengänger ließen diese ganz verkümmern. Eine Schwanzflosse wuchs dann separat.
Doch bei allen Meeressäugetieren hat sich die waagerechte Schwanzflosse durchgesetzt, anders als bei Fischen – deren Schwanzflosse senkrecht im Wasser steht.
Literatur
- Milton Hildebrand (Autor), George Goslow (Autor), Claudia Distler (Übersetzer), Vergleichende und funktionelle Anatomie der Wirbeltiere (Springer-Lehrbuch), ISBN: 978-3540007579*
- Thomas Geissmann (Autor), Vergleichende Primatologie (Springer-Lehrbuch), ISBN: 978-3540436454*
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