生命的支撐

　　當(dāng)生命消逝之后，骨骼是唯一的遺物，它與大地共存，成為一截堅硬的記憶。
　　
　　動物骨骼的出現(xiàn)，意義非常重大。特別是脊椎動物進化出一條縱貫背部的脊柱，從而使它們的運動，無論在速度還是在靈敏度方面，都獲得了高度的發(fā)展。骨骼可以支撐龐大的軀體，于是出現(xiàn)了鯨、大象、長頸鹿和恐龍那樣的大型動物。對人類來說，骨骼的特殊結(jié)構(gòu)使直立成為可能。經(jīng)過無數(shù)代的努力，人類終于站立起來，不但行動自如地踏遍腳下這個星球，還被頭頂更大的神秘所吸引，從而獲得了天空與宇宙。
　　
　　軀體的支架
　　
　　骨骼的第一大功能就是支撐人與動物的身體。由于骨骼具有彈性和堅固性，使它能成為人與動物軀體這座“大廈”的“鋼筋水泥”框架，而肌肉則像一塊塊的“預(yù)制扳”貼附在骨架上，共同維持人與動物的形態(tài)。
　　“硬骨頭”常常用來形容一個人的凜然正氣。那么，人的骨頭究竟有多“硬”？有人曾做過測試，每平方厘米的骨頭能承受2.1噸的壓力，比花崗石還要堅固。骨骼中的有機物好像鋼筋，組成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分層次地緊密排列，讓骨骼具有彈性和韌性。骨骼中的無機物，尤其是鈣和磷結(jié)合而成的羥基磷灰石，能緊密地充填于有機物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)里，像水泥一樣，讓骨骼具有硬度和堅固性。
　　經(jīng)過長期自然演化，人與動物所具有的不同類型的骨骼產(chǎn)生了最優(yōu)的力學(xué)性能，即具有最大的強度、最省的材料、最輕的重量。簡言之，具有“以盡可能少的材料承擔(dān)最大負(fù)荷”的最優(yōu)力學(xué)特性。
　　骨骼的這種力學(xué)特性與它的比重和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。骨骼的密度比鑄鐵小3倍，柔性比鑄鐵大10倍，并具可塑性，承受外力時可吸收6倍能量。骨骼是由羥基磷灰石和膠原纖維組成的復(fù)合材料，前者抗壓力，后者抗拉力，柔韌的膠原纖維可以阻止脆性斷裂，堅硬的礦物質(zhì)成分可克服軟材料的柔性，因此能承受很強的打擊。
　　骨骼作為復(fù)合材料還具有不均勻性和各向異性，即在同一塊骨骼的不同部位或在同一部位的不同方向，其力學(xué)性能都有很大差別。
　　骨骼作為一種有生命的材料、一種活的組織，具有不同于其他工程材料的特性，即功能適應(yīng)性?；铙w骨骼會按其所受應(yīng)力而改變成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)，換言之，骨骼的重建與其所處的力學(xué)環(huán)境密切相關(guān)。
　　骨骼不斷進行生長、發(fā)育、再造和吸收的過程就是“骨重建”。骨重建使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外表形態(tài)動態(tài)地適應(yīng)不斷變化的外部力學(xué)環(huán)境。例如，應(yīng)力對骨骼的改變、生長和吸收起著調(diào)節(jié)作用，每一塊骨骼都對應(yīng)一個最適宜的應(yīng)力范圍，應(yīng)力過高和過低都會使骨骼萎縮。骨骼通常會在應(yīng)力加大的方向上再造。運動和功能鍛煉可促進骨骼的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其變得更加粗壯和堅固。骨骼的再生能力較強，在受到創(chuàng)傷后能很快修復(fù)。
　　
　　運動的杠桿
　　
　　骨骼的第二大功能是為肌肉提供附著的基礎(chǔ)，構(gòu)成一個連接的、可以運動的杠桿系統(tǒng)。骨與骨之間大部形成關(guān)節(jié)，而肌肉附著在骨上，常?？畿S一個或多個關(guān)節(jié)。骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉3個密切相關(guān)的部分構(gòu)成人與動物的運動裝置。人與動物各種動作的完成，主要是肌肉收縮作用于骨骼的結(jié)果。換句話說，運動是以骨骼為杠桿、關(guān)節(jié)為樞紐、肌肉的收縮作為動力來完成的。
　　人與動物四肢的靈活與其有眾多關(guān)節(jié)有關(guān)。關(guān)節(jié)是由兩個或更多的骨端及多種組織相連接而成。關(guān)節(jié)內(nèi)骨端的表面有一層光滑的軟骨覆蓋。正常情況下關(guān)節(jié)軟骨的存在可以使關(guān)節(jié)在無痛和無摩擦的狀態(tài)下運動。軟骨的摩擦系數(shù)非常小，比冰面還光滑。軟骨的彈性大，起到緩沖的作用。
　　關(guān)節(jié)的周圍有纖維組織——關(guān)節(jié)囊包圍，關(guān)節(jié)囊有一層光滑“內(nèi)襯”——滑膜。關(guān)節(jié)滑膜能夠產(chǎn)生“高級潤滑劑”——關(guān)節(jié)液，可以減少關(guān)節(jié)的摩擦和運動產(chǎn)生的磨損，并增加關(guān)節(jié)的靈活性。
　　骨關(guān)節(jié)在長期適應(yīng)過程中，發(fā)展了許多有利于加快速度的變化。例如，從椎間關(guān)節(jié)的能動性來看，由只能稍稍擺動（魚的雙凹椎體），到兩椎體間的關(guān)節(jié)比較靈活（兩棲動物、爬行動物的前凹型和后凹型椎體），最后達到極其靈活的轉(zhuǎn)動程度（鳥類的馬鞍型椎體、哺乳動物的雙平型椎體），結(jié)合脊柱的分區(qū)與加固使這一支持動物身體的重要結(jié)構(gòu)越來越完善。
　　動物正常的生活和運動要求骨骼有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。強度指骨骼抵抗外力破壞的能力，使動物運動時不發(fā)生骨折。剛度指骨骼在外力作用下抵抗變形的能力，使骨的形狀和尺寸因受力而產(chǎn)生的變形不超過正常生活所允許的限度。穩(wěn)定性指骨骼在外力作用下保持原有平衡形態(tài)的能力。
　　骨骼所受的外力來自于自身重力、肌群收縮力、肌張力、外力和各種運動產(chǎn)生的力等。骨骼受力后的變形主要有拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)等5種基本變形。例如，人類進行吊環(huán)運動時上肢骨被拉伸；舉重運動員舉起杠鈴后上肢和下肢骨被壓縮；彎腰時脊柱的彎曲；花樣滑冰時轉(zhuǎn)動動作使下肢骨受扭轉(zhuǎn)等等。實際上，骨骼所受力往往是幾種力的組合。
　　骨骼在運動中的受力情況雖然復(fù)雜，但它總是以最優(yōu)的外表形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)適應(yīng)其功能，以優(yōu)化的形態(tài)和結(jié)構(gòu)為骨骼自身重建的目標(biāo)。因此，凡是強有力的肌腱附著的骨骼部分，為適應(yīng)受較大應(yīng)力的功能，均形成局部隆起，如骨三角肌結(jié)節(jié)等。
　　脊椎動物的四肢骨骼的典型結(jié)構(gòu)，前后肢基本上是一樣的，包括附肢骨與帶骨。在身體前部有前肢骨與肩帶，身體后部有后肢骨與腰帶。水生脊椎動物附肢骨是鰭，適于在水中游動。鰭分兩類，一類是不成對的奇鰭，如背鰭、臀鰭和尾鰭；另一類是成對的偶鰭，如胸鰭和腹鰭。奇鰭可以維持身體平衡，還可以幫助游泳。尾鰭的作用除像舵一樣控制游泳的方向，還推動身體前進。偶鰭的作用是維持身體平衡及改變運動的方向。
　　陸生脊椎動物的鰭退化，四肢出現(xiàn)。這是多支點的杠桿，不僅整個附肢可以依軀體做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，而且附肢的各部彼此也可以做相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動，既堅固又靈活，適于載重和沿地面行動。哺乳動物的四肢出現(xiàn)了肘和膝，將軀體撐起，進一步提高了在陸地上支撐和運動的能力。
　　鎖骨的存在與否也和運動方式有密切關(guān)系。一般來說，善于跳躍、奔跑的哺乳動物的鎖骨大多退化；前肢具有多樣性活動的哺乳動物，包括用前肢掘土（如鼴鼠）、飛行（如蝙蝠）和攀援（如靈長類）的種類鎖骨發(fā)達，這樣的前肢在多樣性活動中具有更大的堅固性。作為靈長類的一員，人類的鎖骨也很發(fā)達，從而使前肢可以多方向轉(zhuǎn)動，活動得到了極大的增強，在勞動和使用工具的行為中發(fā)揮了重要的作用。
　　骨體中的空腔如同鋼管一樣，不但減少重量，而且可以減少運動的負(fù)荷。鳥類的骨腔內(nèi)具有可充滿氣體的腔隙，使骨骼變得薄而輕便。在體型巨大的動物中也有類似的適應(yīng)結(jié)構(gòu)，例如大象的頭蓋骨雖然很厚，但骨骼內(nèi)充滿了氣孔，可以減輕重量；鯨的骨骼具有海綿狀組織，可以減輕身體的比重，增大浮力。
　　
　　器官的鎧甲
　　
　　骨骼的第三大功能是像鎧甲一樣保護著人與動物身體的內(nèi)部器官，使其在劇烈運動時能夠保持內(nèi)部穩(wěn)定。身體中那些最重要的柔軟器官，全都獲得了骨骼周到而堅強的護衛(wèi)。這樣，動物的身體就經(jīng)得起尋常的磕磕碰碰，甚至較小的意外打擊。
　　骨骼參與構(gòu)成人與動物體內(nèi)一個個大小不等的腔室。這些腔室是人與動物體內(nèi)各種重要器官的專用“居室”。如顱腔容納腦子，胸腔容納心臟和肺臟，腹腔容納肝脾和胃腸，盆腔容納泌尿生殖器官等。脊柱是軀干的中軸，上承顱骨，下連髖骨，中附肋骨，參與構(gòu)成胸廓、腹腔和盆腔的后壁。在脊柱的中央，有由椎孔連成的椎管，容納和保護脊髓。正是由于骨骼的保護作用，上述重要而嬌嫩的臟器，才能在自己的“居室”里安全而舒適地生活和工作。
　　啄木鳥每天敲擊樹木500~600次，速度幾乎是音速的兩倍，它的頭部不可避免地受到非常劇烈的震動，但它既不會得腦震蕩，也不會頭痛，因為它的大腦被一層密實而富有彈性的頭骨緊密地包裹起來，頭骨骨質(zhì)呈海綿狀，形成一個避震功能極佳的保護墊，可以有效緩沖外力的撞擊。
　　人類的脊柱前后彎曲呈S形，共有4個彎曲：頸曲、胸曲、腰曲和骶曲，它和被達芬奇稱為“工程學(xué)上的杰作”的由跗骨與跖骨借韌帶和肌腱相連所形成的足弓一起，起著彈簧的作用，減少行走時震動對腦的沖擊，這些都是對人類進化到直立行走的一種適應(yīng)。
　　除此之外，有些動物甚至整個身體都被骨骼所保護，如龜鱉類的身體被包在堅固的骨質(zhì)甲殼之內(nèi)；犰狳的身體外面也有一層由小骨片組成的、如瓷磚般排列的骨質(zhì)鱗片，如同硬甲一般，前段和后段的骨質(zhì)鱗片連成像龜甲一樣的整塊結(jié)構(gòu)，不能伸縮，中段的鱗片呈條帶狀環(huán)繞而形成“絆”，有筋肉相連，可以自由伸縮，從而增加了身體的靈活性，快速奔跑也絲毫不受影響。
　　
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