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骨格とは、ほとんどの動物の体を支える構造的な枠組みのことです。骨格にはいくつかの種類があり、生物の形状を支える硬い外殻である外骨格、臓器や軟組織が付着する硬い内部構造である内骨格、そして体液の静水圧によって支えられる柔軟な内部構造である水骨格などがあります。
脊椎動物は、軸となる脊柱を中心とした内骨格を持つ動物で、その骨格は通常、骨と軟骨で構成されています。無脊椎動物は脊柱を持たない他の動物で、その骨格は様々で、硬い殻を持つ外骨格（節足動物やほとんどの軟体動物）、板状の内殻（一部の頭足動物のイカの甲など） 、棒状の構造（棘皮動物の骨片など）、静水圧で支えられた体腔（ほとんどの動物）、骨片（海綿動物）などがあります。軟骨は、脊椎動物と無脊椎動物の骨格系に見られる硬い結合組織です。
「骸骨」という言葉は、古代ギリシャ語のσκελετός ( skeletós ) 「干からびた」に由来する。[ 1 ]骸骨は、この言葉の古形である。[ 2 ]
骨格はいくつかの属性によって定義できます。固体骨格は、骨、軟骨、クチクラなどの硬い物質で構成されています。これらはさらに位置によって分類でき、内部骨格は内骨格、外部骨格は外骨格と呼ばれます。骨格は剛性によっても定義でき、柔軟な骨格は硬い骨格よりも弾力性があります。[ 3 ]流体骨格または静水圧骨格は、固体骨格のような硬い構造を持たず、加圧された流体によって機能します。静水圧骨格は常に内部にあります。[ 4 ]
外骨格は動物の体を覆う骨格であり、捕食者から動物を守る鎧の役割を果たします。節足動物は体を覆う外骨格を持ち、成長するにつれて定期的に脱皮または脱皮を行う必要があります。軟体動物の殻も外骨格の一種です。[ 4 ]外骨格は筋肉が付着するための表面を提供し、外骨格の特殊な付属器官は移動や防御を助けます。節足動物では、外骨格は感覚知覚も助けます。[ 5 ]
外骨格は動物の全体の質量に比べてかなり重くなることがあるため、陸上では外骨格を持つ生物は大抵比較的小型である。水生動物は水中では重量がそれほど問題にならないため、やや大型でも外骨格を支えることができる。太平洋に生息する非常に大型の海水二枚貝であるミナミオオシャコガイは、大きさも重さも巨大な殻を持つ。Syrinx aruanus は、非常に大きな殻を持つ巻貝の一種である。
内骨格は、ほとんどの脊椎動物に見られる骨骨格のように、石灰化した組織で構成される動物の内部支持構造です。 [ 6 ]内骨格は高度に特殊化されており、動物によって大きく異なります。[ 4 ]内骨格の複雑さは、純粋に支持機能を持つもの（海綿動物の場合など）から、筋肉の付着部位として機能し、筋力を伝達するメカニズムとして機能するものまで様々です。真の内骨格は中胚葉組織から派生します。内骨格は、脊索動物、棘皮動物、海綿動物に見られます。
柔軟な骨格は動きが可能であり、そのため、骨格構造にストレスがかかると変形し、その後元の形に戻ります。この骨格構造は、二枚貝の蝶番やクラゲなどの刺胞動物の中膠など、一部の無脊椎動物で使用されています。柔軟な骨格は、骨格を曲げるのに筋肉の収縮のみが必要であり、筋肉が弛緩すると骨格が元の形に戻るため、有利です。軟骨は柔軟な骨格を構成する材料の1つですが、ほとんどの柔軟な骨格はタンパク質、多糖類、および水の混合物から形成されます。[ 3 ]追加の構造または保護のために、柔軟な骨格は硬い骨格によって支えられる場合があります。柔軟な骨格を持つ生物は通常、硬い骨格がない場合でも体の構造を支える水中に生息しています。[ 7 ]
硬い骨格は、ストレスがかかっても動くことができないため、陸上動物に最もよく見られる強力な支持システムを形成します。水中に生息する動物が使用するこのような骨格は、主に保護（フジツボやカタツムリの殻など）のため、または水中を泳ぐために必要な筋肉の追加的な支持を必要とする高速移動動物のために使用されます。硬い骨格は、キチン（節足動物）、炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物（石サンゴや軟体動物） 、ケイ酸塩（珪藻や放散虫）などの材料から形成されます。
静水圧骨格は、動物の体内にある柔軟な空洞で、流体圧によって構造を維持するものであり、クラゲ、扁形動物、線虫、ミミズなどの軟体動物の一部に見られる。これらの空洞の壁は筋肉と結合組織でできている。[ 4 ]静水圧骨格は、動物の体の構造を維持するだけでなく、筋肉の収縮力を伝達し、動物が体の長さに沿って筋肉の収縮と拡張を交互に繰り返すことで移動することを可能にする。[ 8 ]
細胞骨格（cyto- は「細胞」を意味する[ 9 ]）は、細胞の形状を安定させ、維持するために使用されます。細胞骨格は、細胞の形状を維持し、細胞を保護し、鞭毛、繊毛、ラメリポディアなどの構造を使用して細胞運動を可能にし、小胞や細胞小器官の移動などの細胞内輸送を可能にし、細胞分裂において役割を果たす動的な構造です。細胞骨格は、動物の体の構造システムを提供するという意味での骨格ではなく、むしろ細胞レベルで同様の機能を果たします。[ 10 ]
脊椎動物の骨格は内骨格であり、骨格の主要な構成要素は骨である。[ 6 ]骨は、動物の種類ごとに独自の骨格系を構成する。もう 1 つの重要な構成要素は軟骨であり、哺乳類では主に関節領域に存在する。サメを含む軟骨魚類などの他の動物では、骨格は完全に軟骨で構成されている。骨格の分節パターンはすべての脊椎動物に存在し、脊柱や肋骨などの基本単位が繰り返される。[ 11 ] [ 12 ]
骨は、身体の構造的サポート、筋肉の収縮に抵抗することによる運動の補助、および内臓の周囲に保護壁を形成する役割を果たす硬い器官です。骨は主にヒドロキシアパタイトなどの無機鉱物で構成され、残りは有機マトリックスと水で構成されています。骨の空洞の管状構造は、軽量でありながら圧縮に対してかなりの抵抗力を提供します。骨の細胞のほとんどは、骨芽細胞、破骨細胞、または骨細胞です。[ 13 ]
骨組織は、密な結合組織の一種であり、石灰化した組織で、骨に剛性とハニカム状の三次元構造を与えます。骨はまた、赤血球と白血球を生成し、細胞レベルでカルシウムとリン酸の貯蔵庫として機能します。骨に含まれるその他の組織には、骨髄、骨内膜、骨膜、神経、血管、軟骨などがあります。
胚発生中、骨は外胚葉と中胚葉の骨形成細胞から個別に発達します。これらの細胞のほとんどは、別々の骨、軟骨、関節細胞に発達し、その後互いに連結されます。特殊な骨格組織は脊椎動物に特有のものです。軟骨は骨よりも速く成長するため、骨に取って代わられる前に動物の生涯の早い段階でより顕著になります。[ 14 ]軟骨は脊椎動物において、骨格の関節点におけるストレスに耐えるためにも使用されます。脊椎動物の軟骨は通常、軟骨膜組織に包まれています。[ 15 ]靭帯は骨と他の骨をつなぐ弾性組織であり、腱は筋肉と骨をつなぐ弾性組織です。[ 16 ]
カメの骨格は、肋骨から甲羅を発達させ、外骨格を形成するように進化しました。 [ 17 ]ヘビやアシナシイモリの骨格は、他の動物よりも椎骨がかなり多く、ヘビは300個以上あることが多いのに対し、トカゲは65個が一般的です。[ 18 ]
鳥の骨格は飛行に適応している。鳥の骨格の骨は、飛行の代謝コストを減らすために中空で軽量である。骨の形状と構造のいくつかの特徴は、飛行に伴う物理的ストレスに耐えるように最適化されており、丸くて細い上腕骨幹や、骨格要素が単一の骨化物に融合していることなどが含まれる。[ 19 ]このため、鳥は通常、他の陸生脊椎動物よりも骨の数が少ない。鳥はまた、歯や真の顎さえ持たず、代わりに、はるかに軽量な嘴を進化させている。多くの雛鳥の嘴には、羊膜卵から出るのを容易にする卵歯と呼ばれる突起がある。
魚の体内の支持構造を形成する骨格は、軟骨魚類のように軟骨でできている場合と、硬骨魚類のように骨でできている場合がある。主要な骨格要素は脊柱であり、軽量でありながら丈夫な関節を持つ椎骨で構成されている。肋骨は脊柱に付着しており、四肢や四肢帯はない。肋骨は筋肉のみによって支えられている。魚の主な外見上の特徴である鰭は、骨質または軟骨質の条鰭で構成されており、尾鰭を除いて脊柱とは直接つながっていない。鰭は、胴体の主要部分を構成する筋肉によって支えられている。
サメ、エイ、ガンギエイ、ギンザメなどの軟骨魚類は、骨格全体が軟骨でできています。軟骨は軽量であるため、これらの魚は泳ぐ際に消費するエネルギーが少なくて済みます。[ 4 ]
海洋哺乳類が水中で動きやすくするために、クジラやマナティーのように後肢が完全に失われたり、鰭脚類（アザラシ）のように尾びれが1つに融合したりした。クジラでは、頸椎は通常融合しており、これは泳ぐ際の安定性と引き換えに柔軟性を犠牲にした適応である。[ 20 ]
骨格は、融合した骨と個々の骨の両方から構成され、靭帯、腱、筋肉、軟骨によって支えられ、補強されています。骨格は、臓器を支え、筋肉を固定し、脳、肺、心臓、脊髄などの臓器を保護する足場として機能します。[ 21 ]体内で最も大きな骨は大腿骨で、最も小さい骨は中耳の鐙骨です。成人では、骨格は総体重の約13.1%を占め、[ 22 ]この重量の半分は水です。
骨盤や頭蓋骨など、骨が融合している部分もあります。すべての骨が直接つながっているわけではありません。中耳には耳小骨と呼ばれる3つの骨があり、これらは互いにのみ関節でつながっています。首に位置し、舌の付着点となる舌骨は、筋肉や靭帯によって支えられているため、体内の他の骨とは関節でつながっていません。
成人の人間の骨格には 206 個の骨がありますが、この数は骨盤（左右の股関節の骨）を左右それぞれ 1 個または 3 個（腸骨、坐骨、恥骨）として数えるか、尾骨を 1 個または 4 個の独立した骨として数えるかによって異なり、頭蓋縫合の間にある可変的なワーム骨は数えません。同様に、仙骨は通常 5 つの融合した椎骨ではなく、単一の骨として数えられます。また、腱によく見られる小さな種子骨の数も可変です。左右の膝蓋骨は、より大きな種子骨の一例です。膝蓋骨は数が一定であるため、合計数に含まれます。骨の数は個人や年齢によって異なり、新生児には 270 個以上の骨があり、そのうちのいくつかは融合します。これらの骨は、軸骨格と呼ばれる縦軸に組織化され、そこに付属肢骨格が付着しています。[ 23 ]
人間の骨格が完全に発達するには20年かかり、骨の中には血液細胞を生成する骨髄が含まれている。
男性と女性の骨格にはいくつかの一般的な違いがあります。たとえば、男性の骨格は一般的に女性の骨格よりも大きく、重いです。女性の骨格では、頭蓋骨の骨は一般的に角張っていません。女性の骨格は、胸骨が幅広く短く、手首が細いです。男性と女性の骨盤には、女性の妊娠と出産能力に関連する大きな違いがあります。女性の骨盤は男性の骨盤よりも幅広く浅くなっています。女性の骨盤は、骨盤出口が拡大し、骨盤入口が広く円形になっています。恥骨間の角度は男性の方が鋭いことが知られており、その結果、骨盤はより円形で狭く、ハート型に近くなります。[ 24 ] [ 25 ]
無脊椎動物は脊柱を持たず、骨格を持たないことで定義されます。節足動物は外骨格を持ち、棘皮動物は内骨格を持ちます。クラゲやミミズなどの軟体動物の中には、静水圧骨格を持つものもいます。[ 26 ]
昆虫、甲殻類、クモ類などの節足動物の骨格は、クチクラ外骨格です。これらは表皮から分泌されるキチンで構成されています。[ 27 ]クチクラは動物の体を覆い、消化器系の一部を含むいくつかの内臓の内壁を覆っています。節足動物は脱皮によって成長し、新しい外骨格を発達させ、以前の骨格の一部を消化し、残りを残します。節足動物の骨格は、バリアとして体を支える外皮として機能し、移動や防御のための付属肢を提供し、感覚知覚を助けるなど、多くの機能を果たします。甲殻類などの一部の節足動物は、環境から炭酸カルシウムなどの生体鉱物を吸収してクチクラを強化します。[ 5 ]
ヒトデやウニなどの棘皮動物の骨格は、動物の体を覆うように隣接または重なり合う、大きく発達した硬化板からなる内骨格です。ナマコの骨格は例外で、摂食と移動を助けるためにサイズが小さくなっています。棘皮動物の骨格は、単結晶構造のカルサイトからなるステレオムで構成されています。また、骨格の構成の最大 15% を占めるマグネシウム含有量もかなりあります。ステレオム構造は多孔質で、動物が成長するにつれて孔が結合間質組織で満たされます。ウニには、ステレオム構造のバリエーションが 10 種類もあります。現存する動物の中で、このような骨格は棘皮動物に特有のものですが、同様の骨格は古生代の動物にも使用されていました。[ 28 ]棘皮動物の骨格は、ほとんどが軟組織で覆われているため、中胚葉性です。骨格の板は互いに連結したり、筋肉や靭帯で繋がったりしている。棘皮動物の骨格要素は高度に特殊化しており、多くの形態をとるが、通常は何らかの対称性を保持している。ウニの棘は棘皮動物の骨格構造の中で最大のものである。[ 29 ]
コンク貝、ホタテガイ、カタツムリなどの一部の軟体動物は、外骨格として機能する殻を持っています。これらは、動物の外套膜から分泌されるタンパク質とミネラルによって生成されます。[ 4 ]
海綿の骨格は、微細な石灰質または珪質の骨片から構成されています。海綿動物は、海綿の全種の90%を占めています。その「骨格」は、タンパク質スポンジン、鉱物シリカ、またはその両方の繊維からなる骨片でできています。シリカの骨片が存在する場合、それらは、それ以外は類似しているガラス海綿の骨片とは異なる形状をしています。[ 30 ]
軟骨は、細胞外マトリックス中の軟骨細胞と呼ばれる特殊な細胞から構成される結合骨格組織です。このマトリックスは通常、II型コラーゲン線維、プロテオグリカン、および水から構成されています。軟骨には、弾性軟骨、硝子軟骨、線維軟骨、およびリポ硝子軟骨など、多くの種類があります。 [ 15 ]他の結合組織とは異なり、軟骨には血管がありません。軟骨細胞は拡散によって供給され、関節軟骨の圧縮または弾性軟骨の屈曲によって生じるポンプ作用によって促進されます。したがって、他の結合組織と比較して、軟骨は成長および修復がより遅くなります。
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