Szkielety wspierające i ochronne

Komórki stają się większe, ponie­waż jest to w wielu przy­pad­kach korzystne termo­dy­na­micz­nie, tj. fizy­cz­nie i ener­ge­ty­cz­nie. Stos­unek obję­tości do powierzchni komórki stanowi jedną trze­cią promie­nia kuli:

Oznacza to, że im większa staje się kula, tym bard­ziej rośnie jej zawar­tość w porówna­niu z jej powierzch­nią. Oznacza to, że wymi­ana wody, mate­rii i ciepła z otoc­ze­niem może być lepiej kontro­lo­wana. To zjawisko wzrostu wiel­kości można zaob­s­er­wo­wać u wielu orga­niz­mów jedno­komór­ko­wych, które żyją przy ogra­nic­zo­nej podaży skład­ni­ków odżyw­c­zych. Jednak zwiększe­nie obję­tości ma również wady, np. siły, które wystę­pują przy różni­cach ciśnień osmo­ty­cz­nych między wnętrzem i zewnę­trzem komórki są znacz­nie większe. W tym przy­padku może pomóc ochrona mecha­niczna. Komórki bez takiej ochrony mogą istnieć tylko w równo­wadze osmo­ty­cz­nej z otoc­ze­niem i są również wraż­liwe na mecha­niczne siły ścinające.

Już jedno­komór­kowce, zarówno proka­rio­ty­cz­nejak i euka­rio­ty­czne, rozwinęły ścianę komór­kową zbudo­waną z białek pomoc­nic­zych i poli­sacha­ry­dów, tak zwanych pepty­do­gli­kanów, które zapew­niają ich komór­kom mecha­niczną ochronę na wczes­nym etapie ewolucji. Stało się to co najm­niej 3,5 mili­arda lat temu, jak poka­zują znale­ziska skami­e­niałości prekur­sorów cyja­no­ficea. Jedy­nymi wyjąt­kami są bakte­rie pasożyt­nicze, takie jak myko­plazmy i tym podobne.

Jednak taka ściana komór­kowa nie jest już wyst­ar­c­za­jąca dla więks­zych grup komó­rek i orga­niz­mów wielo­komór­ko­wych. Dopiero utwor­ze­nie dals­zych struk­tur stabi­li­zu­ją­cych rozwią­zało ten problem.

Najw­c­ześ­nie­jszą z tych struk­tur była celu­loza, która składa się z długich łańcuchów czystych cząs­tec­zek glukozy (cukru grono­wego) połąc­z­onych spec­jal­nym wiąza­niem chemicz­nym. Celu­loza ta powstaje w błonie komór­ko­wej komó­rek, osadza się na zewną­trz i jej cząs­teczki natych­mi­ast łączą sie. Z jednym wyjąt­kiem, tuni­cata, tylko komórki roślinne są zdolne do syntezy i wydziel­a­nia (wydala­nia) celu­lozy. Dzięki swojej struk­turze włókno celu­lo­zowe może wytrzy­mać duże obciąże­nia rozcią­ga­jące, ale nie wytrzy­muje prawie żadn­ego nacisku (rośliny osią­gnęły stabil­ność ścis­ka­nie tylko dzięki maga­zy­no­wa­niu ligniny między włók­nami celulozowymi).

W świe­cie zwier­ząt, z wyjąt­kiem wspom­nianych wyjąt­ków, egzoszkie­let powsta­wał zwłaszcza u stawo­no­gów jako zewnę­trzne złogi naskórka. Nazywa się naskó­rek i jako istotny element struk­tu­ralny składa się z bezbarwnych, elas­ty­cz­nych włókien chity­no­wych. Skład­nik biał­kowy, brązowawa sklero­tyna, otacza te fibryle i określa wytrzy­małość kompl­eksu. Minerały, takie jak kalcyt lub apatyt, mogą być również maga­zy­no­wane jako dodat­kowe wzmoc­ni­e­nie, ale także mogą to być związki cynku lub magnezu. Mięś­nie przy­c­ze­piają się od wewną­trz do poszc­ze­gól­nych elemen­tów egzoszkie­letu, umoż­li­wia­jąc ruch elemen­tów wzglę­dem siebie.

Ponie­waż egzoszkie­lety są nieroz­bier­alne i nie rosną razem z nimi, stawo­nogi są zmus­zone opuścić tę skorupę w fazie wzrostu i ufor­mo­wać nowy, większy egzoszkie­let. Ten proces nazywa się „lini­e­niem”. Ponie­waż pancerz chity­nowy nie chroni przed utratą wody, u wielu stawo­no­gów na naskórku odkłada się wosko­wata warstwa ochronna zwana Epicuticula.

Hydro­szkie­let jest filoge­ne­ty­cz­nie starszy niż egzoszkie­let, tj. powstał przed nim w dzie­jach ewolucji. Mówi się o hydro­szkiele­cie, gdy część mięśni działa na doszc­zęt­nie wypeł­ni­oną poduszkę z płynem, dzięki czemu siły mecha­niczne mogą być przyj­mo­wane i skutecz­nie dalej prze­ka­zy­wane, podob­nie jak w tech­nicz­nym układ­zie hydrau­licz­nym. Ten system praw­do­po­d­ob­nie wywodzi się z nici­eni i pierście­nic i istnieje do dziś.
Owady również wykor­zys­tują ten hydro­szkie­let, pomimo swojego uksz­ta­tow­a­n­ego egzoszkie­letu, np. do porus­za­nia nóg do skaka­nia lub do chod­ze­nia, a także do pozbycia się ich egzoszkie­letu podc­zas procesów lini­enia. Funk­c­jo­nal­nie hydro­szkie­le­towi odpo­wiada tzw. turgor komór­kowy roślin, w którym ciśni­e­nie osmo­ty­czne wnętrza komórki, zwięks­zone w porówna­niu z ośrod­kiem zewnę­trz­nym, prowadzi do hydro­sta­ty­cz­nej różnicy ciśnień, która musi zostać prze­jęta przez ściankę komórkową.

Endoszkie­let czyli szkie­let wewnę­trzny jest najbard­ziej zauważalną wspólną cechą kręgow­ców. Jest to mecha­niczna konstruk­cja nośna (szkie­let), która nie jest częścią zewnę­trz­nej powłoki orga­nizmu. Jego poszc­ze­gólne elementy nazy­wane są kośćmi. Podc­zas gdy u stawo­no­gów mięś­nie przy­c­ze­pione są do wnętrza egzoszkie­letu, u kręgow­ców przy­c­ze­piają się do kości wewną­trz ciała i porus­zają poszc­ze­gólne części ciała wzglę­dem siebie. Z wyjąt­kiem ryb chrzęst­nych, których szkie­let wewnę­trzny składa się z chrząstki z włąc­z­onym węgl­a­nem wapnia, szkie­let wewnę­trzny więks­zości kręgow­ców składa się z fosforanu wapnia i kola­genu. Kole­jnym skład­ni­kiem wewnę­trz­n­ego szkie­letu jest chrząstka. W prze­ci­wieńst­wie do egzoszkie­letu zbudo­wa­n­ego z chityny, taki kościsty szkie­let wewnę­trzny rośnie wraz z orga­niz­mem: każda chrząstka i każda kość podlega ciągłemu rozpa­dowi i odbu­do­wie. [KHB]