生命的支撑

当生命消逝之后，骨骼是唯一的遗物，它与大地共存，成为一截坚硬的记忆。

　　

　　动物骨骼的出现，意义非常重大。特别是脊椎动物进化出一条纵贯背部的脊柱，从而使它们的运动，无论在速度还是在灵敏度方面，都获得了高度的发展。骨骼可以支撑庞大的躯体，于是出现了鲸、大象、长颈鹿和恐龙那样的大型动物。对人类来说，骨骼的特殊结构使直立成为可能。经过无数代的努力，人类终于站立起来，不但行动自如地踏遍脚下这个星球，还被头顶更大的神秘所吸引，从而获得了天空与宇宙。

　　

　　躯体的支架

　　

　　骨骼的第一大功能就是支撑人与动物的身体。由于骨骼具有弹性和坚固性，使它能成为人与动物躯体这座“大厦”的“钢筋水泥”框架，而肌肉则像一块块的“预制扳”贴附在骨架上，共同维持人与动物的形态。

　　“硬骨头”常常用来形容一个人的凛然正气。那么，人的骨头究竟有多“硬”？有人曾做过测试，每平方厘米的骨头能承受2.1吨的压力，比花岗石还要坚固。骨骼中的有机物好像钢筋，组成了网状结构，分层次地紧密排列，让骨骼具有弹性和韧性。骨骼中的无机物，尤其是钙和磷结合而成的羟基磷灰石，能紧密地充填于有机物的网状结构里，像水泥一样，让骨骼具有硬度和坚固性。

　　经过长期自然演化，人与动物所具有的不同类型的骨骼产生了最优的力学性能，即具有最大的强度、最省的材料、最轻的重量。简言之，具有“以尽可能少的材料承担最大负荷”的最优力学特性。

　　骨骼的这种力学特性与它的比重和结构密切相关。骨骼的密度比铸铁小3倍，柔性比铸铁大10倍，并具可塑性，承受外力时可吸收6倍能量。骨骼是由羟基磷灰石和胶原纤维组成的复合材料，前者抗压力，后者抗拉力，柔韧的胶原纤维可以阻止脆性断裂，坚硬的矿物质成分可克服软材料的柔性，因此能承受很强的打击。

　　骨骼作为复合材料还具有不均匀性和各向异性，即在同一块骨骼的不同部位或在同一部位的不同方向，其力学性能都有很大差别。

　　骨骼作为一种有生命的材料、一种活的组织，具有不同于其他工程材料的特性，即功能适应性。活体骨骼会按其所受应力而改变成分、内部结构和外部形态，换言之，骨骼的重建与其所处的力学环境密切相关。

　　骨骼不断进行生长、发育、再造和吸收的过程就是“骨重建”。骨重建使其内部结构和外表形态动态地适应不断变化的外部力学环境。例如，应力对骨骼的改变、生长和吸收起着调节作用，每一块骨骼都对应一个最适宜的应力范围，应力过高和过低都会使骨骼萎缩。骨骼通常会在应力加大的方向上再造。运动和功能锻炼可促进骨骼的形态结构发生变化，使其变得更加粗壮和坚固。骨骼的再生能力较强，在受到创伤后能很快修复。

　　

　　运动的杠杆

　　

　　骨骼的第二大功能是为肌肉提供附着的基础，构成一个连接的、可以运动的杠杆系统。骨与骨之间大部形成关节，而肌肉附着在骨上，常常跨跃一个或多个关节。骨骼、关节和肌肉3个密切相关的部分构成人与动物的运动装置。人与动物各种动作的完成，主要是肌肉收缩作用于骨骼的结果。换句话说，运动是以骨骼为杠杆、关节为枢纽、肌肉的收缩作为动力来完成的。

　　人与动物四肢的灵活与其有众多关节有关。关节是由两个或更多的骨端及多种组织相连接而成。关节内骨端的表面有一层光滑的软骨覆盖。正常情况下关节软骨的存在可以使关节在无痛和无摩擦的状态下运动。软骨的摩擦系数非常小，比冰面还光滑。软骨的弹性大，起到缓冲的作用。

　　关节的周围有纤维组织——关节囊包围，关节囊有一层光滑“内衬”——滑膜。关节滑膜能够产生“高级润滑剂”——关节液，可以减少关节的摩擦和运动产生的磨损，并增加关节的灵活性。

　　骨关节在长期适应过程中，发展了许多有利于加快速度的变化。例如，从椎间关节的能动性来看，由只能稍稍摆动（鱼的双凹椎体），到两椎体间的关节比较灵活（两栖动物、爬行动物的前凹型和后凹型椎体），最后达到极其灵活的转动程度（鸟类的马鞍型椎体、哺乳动物的双平型椎体），结合脊柱的分区与加固使这一支持动物身体的重要结构越来越完善。

　　动物正常的生活和运动要求骨骼有足够的强度、刚度和稳定性。强度指骨骼抵抗外力破坏的能力，使动物运动时不发生骨折。刚度指骨骼在外力作用下抵抗变形的能力，使骨的形状和尺寸因受力而产生的变形不超过正常生活所允许的限度。稳定性指骨骼在外力作用下保持原有平衡形态的能力。

　　骨骼所受的外力来自于自身重力、肌群收缩力、肌张力、外力和各种运动产生的力等。骨骼受力后的变形主要有拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等5种基本变形。例如，人类进行吊环运动时上肢骨被拉伸；举重运动员举起杠铃后上肢和下肢骨被压缩；弯腰时脊柱的弯曲；花样滑冰时转动动作使下肢骨受扭转等等。实际上，骨骼所受力往往是几种力的组合。

　　骨骼在运动中的受力情况虽然复杂，但它总是以最优的外表形态和内部结构适应其功能，以优化的形态和结构为骨骼自身重建的目标。因此，凡是强有力的肌腱附着的骨骼部分，为适应受较大应力的功能，均形成局部隆起，如骨三角肌结节等。

　　脊椎动物的四肢骨骼的典型结构，前后肢基本上是一样的，包括附肢骨与带骨。在身体前部有前肢骨与肩带，身体后部有后肢骨与腰带。水生脊椎动物附肢骨是鳍，适于在水中游动。鳍分两类，一类是不成对的奇鳍，如背鳍、臀鳍和尾鳍；另一类是成对的偶鳍，如胸鳍和腹鳍。奇鳍可以维持身体平衡，还可以帮助游泳。尾鳍的作用除像舵一样控制游泳的方向，还推动身体前进。偶鳍的作用是维持身体平衡及改变运动的方向。

　　陆生脊椎动物的鳍退化，四肢出现。这是多支点的杠杆，不仅整个附肢可以依躯体做相应的转动，而且附肢的各部彼此也可以做相对应的转动，既坚固又灵活，适于载重和沿地面行动。哺乳动物的四肢出现了肘和膝，将躯体撑起，进一步提高了在陆地上支撑和运动的能力。

　　锁骨的存在与否也和运动方式有密切关系。一般来说，善于跳跃、奔跑的哺乳动物的锁骨大多退化；前肢具有多样性活动的哺乳动物，包括用前肢掘土（如鼹鼠）、飞行（如蝙蝠）和攀援（如灵长类）的种类锁骨发达，这样的前肢在多样性活动中具有更大的坚固性。作为灵长类的一员，人类的锁骨也很发达，从而使前肢可以多方向转动，活动得到了极大的增强，在劳动和使用工具的行为中发挥了重要的作用。

　　骨体中的空腔如同钢管一样，不但减少重量，而且可以减少运动的负荷。鸟类的骨腔内具有可充满气体的腔隙，使骨骼变得薄而轻便。在体型巨大的动物中也有类似的适应结构，例如大象的头盖骨虽然很厚，但骨骼内充满了气孔，可以减轻重量；鲸的骨骼具有海绵状组织，可以减轻身体的比重，增大浮力。

　　

　　器官的铠甲

　　

　　骨骼的第三大功能是像铠甲一样保护着人与动物身体的内部器官，使其在剧烈运动时能够保持内部稳定。身体中那些最重要的柔软器官，全都获得了骨骼周到而坚强的护卫。这样，动物的身体就经得起寻常的磕磕碰碰，甚至较小的意外打击。

　　骨骼参与构成人与动物体内一个个大小不等的腔室。这些腔室是人与动物体内各种重要器官的专用“居室”。如颅腔容纳脑子，胸腔容纳心脏和肺脏，腹腔容纳肝脾和胃肠，盆腔容纳泌尿生殖器官等。脊柱是躯干的中轴，上承颅骨，下连髋骨，中附肋骨，参与构成胸廓、腹腔和盆腔的后壁。在脊柱的中央，有由椎孔连成的椎管，容纳和保护脊髓。正是由于骨骼的保护作用，上述重要而娇嫩的脏器，才能在自己的“居室”里安全而舒适地生活和工作。

　　啄木鸟每天敲击树木500~600次，速度几乎是音速的两倍，它的头部不可避免地受到非常剧烈的震动，但它既不会得脑震荡，也不会头痛，因为它的大脑被一层密实而富有弹性的头骨紧密地包裹起来，头骨骨质呈海绵状，形成一个避震功能极佳的保护垫，可以有效缓冲外力的撞击。

　　人类的脊柱前后弯曲呈S形，共有4个弯曲：颈曲、胸曲、腰曲和骶曲，它和被达芬奇称为“工程学上的杰作”的由跗骨与跖骨借韧带和肌腱相连所形成的足弓一起，起着弹簧的作用，减少行走时震动对脑的冲击，这些都是对人类进化到直立行走的一种适应。

　　除此之外，有些动物甚至整个身体都被骨骼所保护，如龟鳖类的身体被包在坚固的骨质甲壳之内；犰狳的身体外面也有一层由小骨片组成的、如瓷砖般排列的骨质鳞片，如同硬甲一般，前段和后段的骨质鳞片连成像龟甲一样的整块结构，不能伸缩，中段的鳞片呈条带状环绕而形成“绊”，有筋肉相连，可以自由伸缩，从而增加了身体的灵活性，快速奔跑也丝毫不受影响。

　　

　　【责任编辑】庞云