生命的支撐

　　當生命消逝之后，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，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，都獲得了高度的發展。骨骼可以支撐龐大的軀體，于是出現了鯨、大象、長頸鹿和恐龍那樣的大型動物。對人類來說，骨骼的特殊結構使直立成為可能。經過無數代的努力，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“預制扳”貼附在骨架上，共同維持人與動物的形態。
　　“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，組成了網狀結構，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，尤其是鈣和磷結合而成的羥基磷灰石，能緊密地充填于有機物的網狀結構里，像水泥一樣，讓骨骼具有硬度和堅固性。
　　經過長期自然演化，人與動物所具有的不同類型的骨骼產生了最優的力學性能，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最大負荷”的最優力學特性。
　　骨骼的這種力學特性與它的比重和結構密切相關。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，即功能適應性。活體骨骼會按其所受應力而改變成分、內部結構和外部形態，換言之，骨骼的重建與其所處的力學環境密切相關。
　　骨骼不斷進行生長、發育、再造和吸收的過程就是“骨重建”。骨重建使其內部結構和外表形態動態地適應不斷變化的外部力學環境。例如，應力對骨骼的改變、生長和吸收起著調節作用，每一塊骨骼都對應一個最適宜的應力范圍，應力過高和過低都會使骨骼萎縮。骨骼通常會在應力加大的方向上再造。運動和功能鍛煉可促進骨骼的形態結構發生變化，使其變得更加粗壯和堅固。骨骼的再生能力較強，在受到創傷后能很快修復。
　　
　　運動的杠桿
　　
　　骨骼的第二大功能是為肌肉提供附著的基礎，構成一個連接的、可以運動的杠桿系統。骨與骨之間大部形成關節，而肌肉附著在骨上，常?？畿S一個或多個關節。骨骼、關節和肌肉3個密切相關的部分構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果。換句話說，運動是以骨骼為杠桿、關節為樞紐、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節有關。關節是由兩個或更多的骨端及多種組織相連接而成。關節內骨端的表面有一層光滑的軟骨覆蓋。正常情況下關節軟骨的存在可以使關節在無痛和無摩擦的狀態下運動。軟骨的摩擦系數非常小，比冰面還光滑。軟骨的彈性大，起到緩沖的作用。
　　關節的周圍有纖維組織——關節囊包圍，關節囊有一層光滑“內襯”——滑膜。關節滑膜能夠產生“高級潤滑劑”——關節液，可以減少關節的摩擦和運動產生的磨損，并增加關節的靈活性。
　　骨關節在長期適應過程中，發展了許多有利于加快速度的變化。例如，從椎間關節的能動性來看，由只能稍稍擺動（魚的雙凹椎體），到兩椎體間的關節比較靈活（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動程度（鳥類的馬鞍型椎體、哺乳動物的雙平型椎體），結合脊柱的分區與加固使這一支持動物身體的重要結構越來越完善。
　　動物正常的生活和運動要求骨骼有足夠的強度、剛度和穩定性。強度指骨骼抵抗外力破壞的能力，使動物運動時不發生骨折。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生的變形不超過正常生活所允許的限度。穩定性指骨骼在外力作用下保持原有平衡形態的能力。
　　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、彎曲和扭轉等5種基本變形。例如，人類進行吊環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；花樣滑冰時轉動動作使下肢骨受扭轉等等。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雜，但它總是以最優的外表形態和內部結構適應其功能，以優化的形態和結構為骨骼自身重建的目標。因此，凡是強有力的肌腱附著的骨骼部分，為適應受較大應力的功能，均形成局部隆起，如骨三角肌結節等。
　　脊椎動物的四肢骨骼的典型結構，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。這是多支點的杠桿，不僅整個附肢可以依軀體做相應的轉動，而且附肢的各部彼此也可以做相對應的轉動，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，人類的鎖骨也很發達，從而使前肢可以多方向轉動，活動得到了極大的增強，在勞動和使用工具的行為中發揮了重要的作用。
　　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荷。鳥類的骨腔內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結構，例如大象的頭蓋骨雖然很厚，但骨骼內充滿了氣孔，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部器官，使其在劇烈運動時能夠保持內部穩定。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。這樣，動物的身體就經得起尋常的磕磕碰碰，甚至較小的意外打擊。
　　骨骼參與構成人與動物體內一個個大小不等的腔室。這些腔室是人與動物體內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。
　　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甲殼之內；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鱗片，如同硬甲一般，前段和后段的骨質鱗片連成像龜甲一樣的整塊結構，不能伸縮，中段的鱗片呈條帶狀環繞而形成“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。
　　
　　【責任編輯】龐云