โครงกระดูกแขนขาในวิวัฒนาการ

สัตว์มีกระดูกสันหลังเกือบทั้งหมดมีขา 2 คู่ ดังนั้น ปลาจึงมีครีบอกและเชิงกรานเป็นคู่ ซึ่งพัฒนามาจากเนื้อเยื่อเกี่ยวพันของรอยพับด้านข้าง

เมื่อสัตว์มีกระดูกสันหลังย้ายจากสภาพแวดล้อมทางน้ำไปยังบก สภาพความเป็นอยู่ของสัตว์เหล่านี้ก็เปลี่ยนไป ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของร่างกายอย่างมีนัยสำคัญ สัตว์บกพัฒนาขาส่วนหน้าและส่วนหลัง โดยโครงกระดูกจะสร้างขึ้นเหมือนคานกระดูกที่ประกอบด้วยข้อต่อหลายจุดและช่วยให้เคลื่อนไหวบนบกได้ กระดูกสะบักมีอยู่ในรูปแบบพื้นฐานในปลาอยู่แล้ว แต่กระดูกสะบักจะพัฒนาถึงขีดสุดในสัตว์บก โดยเริ่มจากสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก ขาจะเชื่อมต่อกับลำตัวด้วยกระดูกสะเทินน้ำสะเทินบก โครงกระดูกกระดูกสะเทินน้ำสะเทินบกในรูปแบบดั้งเดิมที่สุดสามารถสังเกตได้ในปลาฉลาม ซึ่งประกอบด้วยกระดูกอ่อนส่วนโค้งด้านหลังและส่วนโค้งด้านท้องที่เชื่อมติดกันใกล้กับด้านท้องของลำตัวมากขึ้น จากจุดที่กระดูกอ่อนทั้งสองส่วนเชื่อมกันที่ด้านข้างทั้งสองข้าง ครีบส่วนที่เป็นอิสระจะแยกออกจากกระดูกอ่อนส่วนโค้งด้านหลังของกระดูกสะเทินน้ำสะเทินบก ทั้งในปลาที่อยู่บนบกและในสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก กระดูกสะบักจะถูกสร้างขึ้นในเวลาต่อมา โพรงกลีโนด์ก่อตัวใกล้กับกระดูกสะบัก เพื่อการเชื่อมต่อกับโครงกระดูกของส่วนที่อิสระของแขนขา

ส่วนโค้งกระดูกอ่อนด้านท้องก่อให้เกิดกระดูกคอราคอยด์ ซึ่งในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก สัตว์เลื้อยคลาน และนกจะรวมเข้ากับกระดูกอก ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ออกลูกเป็นตัว กระดูกคอราคอยด์จะหดตัวบางส่วนและเติบโตไปที่กระดูกสะบักในรูปแบบของกระบวนการที่มีรูปร่างเหมือนจะงอยปาก กระบวนการอื่นที่เรียกว่า "โปรคอราคอยด์" พัฒนามาจากพื้นฐานเดียวกัน ซึ่งกระดูกหุ้มร่างกายที่เรียกว่ากระดูกไหปลาร้าจะถูกสร้างขึ้นจากพื้นฐานดังกล่าว กระดูกไหปลาร้าจะเชื่อมต่อกับกระดูกอกที่ปลายด้านในและกับกระดูกสะบักที่ปลายด้านข้าง กระดูกเหล่านี้พัฒนาขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งส่วนที่เป็นอิสระของแขนขาสามารถเคลื่อนไหวได้รอบแกนทั้งหมด ในสัตว์ที่เคลื่อนไหวขณะวิ่งและว่ายน้ำได้รอบแกนเดียวเท่านั้น (สัตว์มีกีบเท้า สัตว์กินเนื้อ และสัตว์จำพวกวาฬ) กระดูกไหปลาร้าจะหดตัวลง

กระดูกเชิงกรานในปลาเป็นกระดูกพื้นฐานและไม่เชื่อมต่อกับกระดูกสันหลัง เนื่องจากปลาไม่มีกระดูกเชิงกราน ในปลาฉลาม กระดูกเชิงกรานจะแสดงโดยส่วนโค้งกระดูกอ่อนด้านหลังและด้านท้อง ครีบหลังยื่นออกมาจากจุดที่เชื่อมกัน ส่วนโค้งกระดูกอ่อนด้านหลังของกระดูกเชิงกรานในสัตว์บกจะพัฒนาเป็นกระดูกเชิงกราน กระดูกเชิงกรานและกระดูกหัวหน่าวซึ่งสอดคล้องกับกระดูกคอราคอยด์และกระดูกโพรคอราคอยด์ของกระดูกไหล่ มีต้นกำเนิดจากส่วนโค้งกระดูกอ่อนด้านท้อง กระดูกเชิงกรานพื้นฐานทั้งสามนี้เชื่อมต่อกันที่ตำแหน่งที่สร้างแอ่งกลีโนอิดเพื่อเชื่อมต่อกับส่วนที่ว่างของขาหลัง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เมื่ออายุมากขึ้น กระดูกทั้งสามจะรวมเข้าด้วยกันเป็นกระดูกเชิงกรานชิ้นเดียว และกระดูกอ่อนระหว่างกระดูกทั้งสองจะหายไปโดยสิ้นเชิง ในสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นสูง โดยเฉพาะลิงและมนุษย์ กระดูกเชิงกรานทั้งสองจะเชื่อมต่อกันที่ปลายด้านท้อง และกระดูกเชิงกรานจะอยู่ระหว่างกระดูกทั้งสองที่ด้านหลัง กระดูกเชิงกรานจะก่อตัวเป็นวงแหวนกระดูกที่เรียกว่า กระดูกเชิงกราน ในสัตว์ กระดูกเชิงกรานจะทำหน้าที่รองรับขาหลัง และในมนุษย์ กระดูกเชิงกรานจะทำหน้าที่รองรับขาส่วนล่างเนื่องจากอยู่ในตำแหน่งแนวตั้ง ในมนุษย์ กระดูกอุ้งเชิงกรานจะขยายตัวออกไปด้านข้างอย่างมีนัยสำคัญ โดยทำหน้าที่รองรับอวัยวะภายในของช่องท้อง

โครงกระดูกของส่วนที่เป็นอิสระของขาของปลาประกอบด้วยกระดูกอ่อนหรือกระดูกหลายส่วนที่เรียงกันเป็นรูปร่างของรังสีและสร้างฐานที่มั่นคงสำหรับครีบ ในโครงกระดูกของขาของสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก รังสีจะลดลงเหลือห้ารังสี โครงกระดูกของขาหน้าและขาหลังในสัตว์ และขาส่วนบนและขาส่วนล่างในมนุษย์มีโครงสร้างแบบแผนร่วมกันและแสดงด้วยข้อต่อสามส่วนที่ต่อเนื่องกัน: ข้อต่อส่วนต้น (กระดูกต้นแขนและกระดูกเชิงกราน) ข้อต่อส่วนกลาง (กระดูกเรเดียสและกระดูกอัลนา กระดูกแข้งและกระดูกน่อง) และข้อต่อส่วนปลาย (มือและเท้า) มือและเท้าในส่วนต้นประกอบด้วยกระดูกขนาดเล็ก และในส่วนปลายมีรังสีอิสระห้ารังสีที่เรียกว่านิ้ว กระดูกที่ระบุทั้งหมดเป็นกระดูกที่เหมือนกันทั้งสองขา

เนื่องจากสภาพการดำรงอยู่ของสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก ส่วนประกอบของกระดูกแต่ละชิ้นในส่วนปลายของแขนขาจะเชื่อมติดกันเป็นกระดูกชิ้นเดียวหรือสลายตัวไป ไม่ค่อยพบการพัฒนาของกระดูกเพิ่มเติม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นกระดูกงา (กระดูกสะบ้า กระดูกรูปพิสิฟอร์ม ฯลฯ) ในสัตว์บก ไม่เพียงแต่กายวิภาคของแขนขาจะเปลี่ยนไปเท่านั้น แต่ตำแหน่งของแขนขาก็เปลี่ยนไปด้วย ดังนั้น ในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกและสัตว์เลื้อยคลาน ส่วนปลายของส่วนที่เป็นอิสระของแขนขาทั้งสองคู่จึงตั้งฉากกับลำตัว และส่วนโค้งระหว่างส่วนปลายและส่วนตรงกลางก็จะทำมุมเปิดไปทางด้านในด้วย ในสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นสูง ส่วนอิสระจะอยู่ในระนาบซากิตตัลที่สัมพันธ์กับลำตัว ในขณะที่ส่วนปลายของขาหน้าจะหมุนไปข้างหลัง และส่วนปลายของขาหลังจะหมุนไปข้างหน้า เป็นผลให้ข้อศอกหันไปข้างหลัง และข้อเข่าของขาล่างจะหันไปข้างหน้า

เมื่อสัตว์มีกระดูกสันหลังพัฒนาก้าวหน้าขึ้น ขาหน้าก็เริ่มปรับตัวให้ทำหน้าที่ที่ซับซ้อนกว่าขาหลัง โครงสร้างของสัตว์ก็เปลี่ยนไปด้วย ตัวอย่างเช่น ปีกของนกซึ่งเป็นอวัยวะสำหรับบิน สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ปีนป่ายได้พัฒนาแขนขาสำหรับคว้าจับพร้อมนิ้วหัวแม่มือที่งอได้ ขาทั้งสี่ข้างของลิงมีหน้าที่นี้

มนุษย์ซึ่งเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่มีตำแหน่งในแนวตั้งและเริ่มพึ่งพาขาหลัง (ส่วนล่าง) เท่านั้น ขาหน้าของมนุษย์ซึ่งกลายเป็นส่วนบนเนื่องจากตำแหน่งในแนวตั้งนั้นได้รับการปลดปล่อยอย่างสมบูรณ์จากการเคลื่อนไหวของร่างกายในอวกาศ ซึ่งทำให้พวกมันมีโอกาสเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนได้ในบางครั้ง ในเรื่องนี้ กระดูกของแขนแตกต่างจากกระดูกของขาตรงที่เบากว่าและมีโครงสร้างที่ละเอียดกว่า กระดูกทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อที่เคลื่อนไหวได้ การเคลื่อนไหวที่อิสระของแขนส่วนบนในมนุษย์ยังขึ้นอยู่กับการมีกระดูกไหปลาร้าซึ่งขยับแขนส่วนบนที่เป็นอิสระไปด้านข้าง มือของมนุษย์ได้ปรับตัวให้เข้ากับกิจกรรมการทำงาน กล่าวคือ กระดูกของข้อมือมีขนาดเล็ก เชื่อมต่อกันแบบเคลื่อนไหวได้ นิ้วยาวขึ้นและเคลื่อนไหวได้ นิ้วหัวแม่มือตั้งอยู่ในมุมฉากเกือบกับกระดูกของกระดูกฝ่าเท้า เคลื่อนไหวได้มากและตรงข้ามกับนิ้วอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งช่วยให้มือทำหน้าที่หยิบของได้เมื่อทำงานที่ซับซ้อน

ขาส่วนล่างของมนุษย์ทำหน้าที่พยุงร่างกายให้ตั้งตรงและเคลื่อนไหวร่างกายในอากาศ กระดูกของขาส่วนล่างมีขนาดใหญ่ ข้อต่อระหว่างข้อต่อแต่ละข้อจะเคลื่อนไหวได้น้อยกว่าข้อต่อของขาส่วนบน หน้าที่ที่แตกต่างกันของขาส่วนบนและขาส่วนล่างในมนุษย์ส่งผลกระทบมากที่สุดต่อข้อต่อปลายมือและเท้า

มือเป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่ช่วยพยุงร่างกาย เท้าทำหน้าที่รับน้ำหนักของร่างกาย นิ้วเท้าไม่ได้มีบทบาทสำคัญในการพยุงร่างกายมากนัก เนื่องจากนิ้วเท้าสั้นมาก นิ้วหัวแม่เท้าอยู่ในแถวเดียวกันกับนิ้วเท้าอื่นๆ และไม่เคลื่อนไหวได้คล่องตัวมากนัก

เท้าเป็นโครงสร้างโค้งที่มีกลไกซับซ้อน ซึ่งทำให้ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับแบบสปริง ซึ่งจะช่วยรองรับแรงกระแทกและแรงสั่นสะเทือนขณะเดิน วิ่ง หรือกระโดด

ในกระบวนการกำเนิดของมนุษย์ รากฐานของแขนขาจะปรากฏขึ้นในสัปดาห์ที่ 3 ของชีวิตตัวอ่อนในรูปของกลุ่มเซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันในรอยพับด้านข้างของลำตัวตัวอ่อน ซึ่งมีลักษณะคล้ายครีบปลา รอยพับขยายออกและสร้างแผ่นที่ก่อให้เกิดมือ และต่อมาอีกเล็กน้อยจึงเกิดเท้า ในรากฐานเหล่านี้ ยังไม่สามารถแยกแยะนิ้วได้ แต่ก่อตัวในภายหลังในรูปของรังสี 5 รังสี ลำดับของการพัฒนาต่อไปขององค์ประกอบของแขนขาในอนาคตจะสังเกตได้ในทิศทางจากส่วนเชื่อมต่อปลายของแขนขาไปยังส่วนเชื่อมต่อส่วนใกล้เคียง

กระดูกของส่วนปลายทั้งหมด ยกเว้นกระดูกไหปลาร้า ซึ่งพัฒนาบนพื้นฐานของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน โดยผ่านระยะกระดูกอ่อน จะต้องผ่านสามระยะของการพัฒนา ในกรณีนี้ ไดอะไฟซิสของกระดูกทั้งหมดจะกลายเป็นกระดูกในครรภ์ และเอพิฟิซิสและอะพอฟิซิสจะเกิดขึ้นหลังคลอด มีเพียงเอพิฟิซิสบางส่วนเท่านั้นที่เริ่มกลายเป็นกระดูกไม่นานก่อนคลอด ในกระดูกแต่ละชิ้นจะมีศูนย์สร้างกระดูกจำนวนหนึ่ง ซึ่งจะปรากฏขึ้นตามลำดับที่แน่นอน ในไดอะไฟซิสของกระดูกท่อ ศูนย์สร้างกระดูกหลักจะปรากฏขึ้นในช่วงปลายเดือนที่ 2 ถึงต้นเดือนที่ 3 ของชีวิตในครรภ์ และจะเติบโตไปในทิศทางของเอพิฟิซิสส่วนต้นและส่วนปลาย เอพิฟิซิสของกระดูกเหล่านี้ในทารกแรกเกิดยังคงเป็นกระดูกอ่อน และศูนย์สร้างกระดูกรองในกระดูกเหล่านี้จะเกิดขึ้นหลังคลอดในช่วง 5-10 ปีแรก เอพิฟิซิสของกระดูกจะเติบโตไปถึงไดอะฟิซิสหลังจาก 15-17 ปีและแม้กระทั่งหลังจาก 20 ปี ช่วงเวลาที่จุดสร้างกระดูกหลักปรากฏขึ้นระหว่างการสร้างกระดูกแต่ละชิ้นควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]