生物学 第2版 — 第33章 動物体:基本形態と機能 —
Japanese translation of “Biology 2e”
OpenStax のサイトで公開されている教科書“ Biology 2e”の翻訳です。こちらのページから各章へ移動できます。
33 | 動物体:基本形態と機能
この章の概要
33.1:動物の形態と機能
33.2:動物の主要組織
33.3:恒常性
はじめに
ホッキョクギツネは、その環境に適応した複雑な動物の一例であり、動物の形態と機能の間の関係性を示しています。動物の構造は、より複雑な器官や器官系を構成する主要な組織で構成されています。恒常性は、動物がその内部環境と外部環境との間の平衡を維持することを可能にします。
33.1 | 動物の形態と機能
この節が終わるまでに、あなたは次のことができるようになります:
•動物に生じるさまざまな種類の体制を記述する
•動物の大きさや形に関する制限を記述する
•生体エネルギー学を体の大きさ、活動のレベル、そして環境に関連づける
動物は形態や機能が異なります。海綿から蠕虫、ヤギまで、生物はその大きさと形を制限するはっきりと違う体制を持っています。動物の体は、深海であれ、熱帯雨林の林冠であれ、砂漠であれ、その環境と相互作用するようにも設計されています。したがって、生物の環境を研究することによって、その生物の体の構造(解剖学)、およびその細胞、組織、器官の機能(生理学)についての大量の情報を学ぶことができます。
体制
動物の体制は対称性に関連する定められたパターンに従います。それらは、図33.2に示されるように、非対称性、放射相称性、または左右相称性の形態です。非対称性の動物は、パターンや対称性がない動物です。非対称性の動物の例は海綿です。図33.2に示されるように、放射相称性は、動物が上下方向の向きを持っている場合を表します。生物を縦軸に沿って切断するいかなる平面でも、その生物の等しい半分を作り出しますが、明確な右側または左側はありません。この体制は主に水生動物、特に岩やボートのような基盤に自分自身を付着させ、水が生物の周囲を流れるときにその周囲の水から食べ物を抽出する生物に見られます。左右相称性は同じ図でヤギによって説明されています。ヤギには上下の要素もありますが、前方から後方にかけて切断する平面が、この動物を明確な左側と右側に分けています。体内の位置を説明するときに使用される追加の用語は、前側(前方)、後側(後方)、背側(背中へ向かう)、および腹側(腹へ向かう)です。左右相称性は陸上動物と水生動物の両方に見られます。それは高レベルの運動性を可能にします。
動物の大きさと形の制限
水中に生息する左右相称性の動物は紡錘状の形になる傾向があります。紡錘状とは管状であって、両端が先細りになった体のことです。この形状は、水中を移動するときの身体への抗力を減少させ、動物が高速で泳ぐことを可能にします。表33.1にさまざまな動物の最高速度が列挙されています。ある種類のサメは時速50キロで泳ぐことができ、いくつかのイルカは時速32～40キロメートルで泳ぐことができます。陸上動物は頻繁に速く移動しますが、カメやカタツムリはチーターよりもかなり遅いです。水生生物と陸上生物の適応における別の違いは、水は空気よりも粘性が高いため、水生生物は水中での抗力によって形状が制約されるということです。一方、陸上生物は主に重力によって制約されており、抗力は比較的重要ではありません。たとえば、鳥類のほとんどの適応は抗力のためではなく重力のためのものです。
昆虫、クモ、サソリ、カブトガニ、ムカデ、甲殻類を含む、ほとんどの動物は外骨格を持っています。科学者たちは、昆虫だけでも、地球上には3000万種以上の種がいると推定しています。外骨格は、捕食者からの被害や水分の喪失(陸上動物の場合)に対する保護など、動物に利益をもたらす硬い覆いまたは殻です。それはまた筋肉の付属物を提供します。
外骨格は、節足動物における頑丈で抵抗力のある外側の覆いとして、キチンのような丈夫なポリマーから構成されていることがあり、しばしば炭酸カルシウムのような材料でバイオミネラル化されています。これは動物の表皮と融合しています。内突起と呼ばれる外骨格の内方成長部は筋肉の付着部位として機能しており、これはより高度な動物における腱と似ています(図33.3)。成長するためには、まず動物は古いものの下に新しい外骨格を合成し、それから元の覆いを脱ぎ落とすか、または脱皮しなければなりません。これは継続的に成長する動物の能力を制限し、そしてもし脱皮が適切な時期に起こらないならばその個体の成熟する能力を制限するかもしれません。外骨格の厚さは、重量の増加に対応するためには大幅に大きくしなければなりません。体の大きさを2倍にすると、体重は8倍にもなると推定されています。この体重を支えるのに必要なキチンの厚さの増加は、外骨格を有するほとんどの動物を比較的小さなサイズに制限します。同じ原理が内骨格にも当てはまりますが、それらは筋肉が外側に付着しており増加した重さを相殺することが容易になるため、より効率的です。
内骨格を持つ動物は、他の組織を支えるために必要な骨格系の量と運動に必要な筋肉の量によってその大きさが決まります。体のサイズが大きくなるにつれて、骨量と筋肉量の両方が増加します。動物によって達成可能なスピードは、その全体のサイズと、支持および運動を提供する骨および筋肉との間の均衡点です。
サイズと発達に対する拡散の制限的な効果
細胞とその水の多い環境との間における栄養素と廃棄物との交換は拡散のプロセスを通して起こります。単細胞生物であろうと多細胞生物であろうと、全ての生きている細胞は液体に浸されています。拡散は特定の距離にわたるときにだけ効果的であり、個々の細胞が達成することのできる大きさを制限します。もしある細胞がアメーバのような単細胞微生物である場合、それはその栄養素および廃棄物の必要性の全てを拡散によって満たすことができます。もしその細胞が大きすぎると、拡散は効果的でなくなり、細胞の中心は十分な栄養素を受け取ることができず、細胞の廃棄物を効果的に排出することもできません。
拡散が輸送手段としてどれだけ効率的であるかを理解する上で重要な概念は、表面積対体積比です。どんな三次元物体も表面積と体積を持っていることを思い出してください。これら2つの量の比が表面積対体積比です。完全な球のような形をした細胞を考えてみましょう。それは4πr²の表面積と(4/3)πr³の体積を持ちます。球の表面積対体積比は3/rです。細胞が大きくなるにつれて、その表面積対体積比は減少し、拡散が非効率的になります。球または動物のサイズが大きければ大きいほど、それが有する拡散のための表面積は小さくなります。
より大きな生物を作り出すための解決策は、それらが多細胞になることです。特殊化は複雑な生物で起こり、細胞がより少ない仕事をすることでより効率的になることを可能にします。たとえば、循環器系は栄養素をもたらし廃棄物を除去する一方、呼吸器系は細胞に酸素を供給し、それらから二酸化炭素を除去します。他の器官系は、細胞および組織のさらなる特殊化を発展させ、そして身体機能を効率的に制御しています。さらに、表面積対体積比は、骨格を支持する際の筋肉量と断面積との間の関係、および筋肉量と熱放散の発生との間の関係など、動物の他の発達の分野にも適用されます。
学習へのリンク
このインタラクティブなサイト(http://openstaxcollege.org/l/nanoscopy)にアクセスして、動物全体(ゼブラフィッシュの胚)を細胞レベルおよび細胞内レベルで確認してください。ズームとナビゲーション機能を使用して、仮想のナノスケールの探査を行ってください。
動物の生体エネルギー学
すべての動物は、摂取または吸収する食物からエネルギーを得なければなりません。これらの栄養素は、短期間の貯蔵とすべての細胞による使用のためにアデノシン三リン酸(ATP)に変換されます。いくつかの動物はグリコーゲンとしてわずかに長い時間エネルギーを貯蔵し、他の動物は特殊な脂肪組織に収容されたトリグリセリドの形ではるかに長い時間エネルギーを貯蔵します。100%効率的であるようなエネルギーシステムはありません。そして動物の代謝は熱の形で廃エネルギーを生成します。もし動物がその熱を保存して比較的一定の体温を維持できる場合、それは温血動物として分類され、内温動物と呼ばれます。体温を保つために使用される断熱材は、毛皮、脂肪、または羽毛の形をしています。外温動物には断熱材がないため、それらは体温の環境依存性が高くなります。
特定の時間に動物が消費するエネルギー量は、その代謝率と呼ばれます。代謝率は、ジュール、カロリー、またはキロカロリー(1000カロリー)を使ってさまざまに測定されます。炭水化物およびタンパク質は約4.5～5kcal/gを含み、脂肪は約9kcal/gを含みます。代謝率は、安静時の内温動物では基礎代謝率(BMR)として、そして外温動物では標準代謝率(SMR)として推定されます。人間の男性のBMRは1600～1800kcal/日で、人間の女性のBMRは1300～1500kcal/日です。断熱材があったとしても、内温動物は一定の体温を維持するために大量のエネルギーを必要とします。アリゲーターのような外温動物のSMRは60kcal/日です。
体の大きさに関連するエネルギー要件
より小さな内温動物は、より大きな動物よりもその質量に対してより大きな表面積を有します(図33.4)。したがって、小さい動物は大きい動物より速く熱を失い、一定の内部温度を維持するためにより多くのエネルギーを必要とします。このため、より小さな内温動物は、より大きな内温動物よりも、体重あたりでより高いBMRを有します。
活動のレベルに関連するエネルギー要件
動物の活動が活発であるほど、その活動を維持するためにより多くのエネルギーが必要とされ、そのBMRまたはSMRは高くなります。1日の平均エネルギー消費量は、動物のBMRまたはSMRの約2～4倍です。人間はたいていの動物よりも座りがちであり、1日の平均消費量はBMRの1.5倍しかありません。内温動物の食事はそのBMRによって決定されます。たとえば、草食動物が食べる草、葉、または低木の種類は、それが摂取するカロリー数に影響します。草食動物の食料の相対カロリー含有量は、降順で、背の高い草>豆>背の低い草>広葉草本(草ではなく広葉樹である任意のもの)>亜低木>一年生植物/二年生植物です。
環境に関連するエネルギー要件
動物は休眠を通じて極端な温度や食物の入手可能性に対して適応します。休眠は活性と代謝の低下をもたらし、動物が悪条件を乗り切ることを可能にするプロセスです。休眠は、動物が冬の間に冬眠状態に入るなど、動物によって長期間使用されることがあります。その場合には休眠は低下した体温を維持することができます。冬眠の間、ジリスは腹部温度が0°C(32°F)達することがありますが、熊の内部温度はより高い約37°C(99°F)に維持されます。
もし夏の間に高温と水の量が少ないために休眠が起こると、それは夏眠と呼ばれます。砂漠の動物の中には、これを使って一年で最も過酷な月を生き残るものもあります。休眠は毎日起こることもあります。これはコウモリやハチドリに見られます。小動物では内温性は表面積対体積比によって制限されていますが、一部の生物は小さくても依然として内温性であることがあります。なぜなら、それらの動物は1日の間で最も寒い部分の間には日ごとの休眠を使用するためです。これは、それらの動物が体温を維持するためにより多くのエネルギーを消費するであろう、1日のより寒い部分の間にエネルギーを節約することを可能にします。
動物の体の断面と体腔
立っている脊椎動物はいくつかの面で分けることができます。矢状面は本体を左右の部分に分割します。正中矢状面は、体を正確に中央で分割し、左右に2等分します。前頭面(冠状面とも呼ばれます)は正面と裏面を分離します。横断面(または水平面)は動物を上部と下部に分割します。これは横断面の断面と呼ばれることがあり、もし横断面の切断が斜めになっている場合は斜面と呼ばれます。図33.5は、ヤギ(4本足の動物)と人間におけるこれらの面を示しています。
図33.6に示されるように、脊椎動物は、定義された体腔をいくつか持っています。これらのうちの2つは、主要な体腔であり、それらの中に小さな体腔を含みます。背腔は頭蓋腔および脊椎(または脊柱)腔を含みます。腹腔は胸腔を含み、胸腔は肺の周りの胸膜腔および心臓を取り囲む心膜腔を含みます。腹腔はまた腹部骨盤腔を含み、これは腹部腔と骨盤腔に分けることができます。
キャリアへのつながり
形質人類学者
形質人類学者は、人間や、人間の生きている親戚や化石の親戚における適応、多様性、および進化を研究しています。彼らはさまざまな場面で仕事をすることができますが、ほとんどは大学において、通常は人類学科または生物学、遺伝学、または動物学の学科で学術的な役職につくでしょう。
非学術的な場所としては、自動車産業および航空宇宙産業が利用可能です。そこでは人間の大きさ、形状、および解剖学的構造に焦点が置かれています。これらの専門家による研究は、人体が車の衝突にどのように反応するかの研究から、座席をより快適にする方法を探ることにまで及ぶかもしれません。また、自然史、人類学、考古学、または科学技術の博物館では、別の非学術的な立場を得ることができます。これらの立場には、小学校から大学院までの学生を教育することを含みます。形質人類学者は、教育コーディネーター、収蔵品の管理者、博物館出版物の著作者、そして管理職としての役割を果たします。動物園では、特に霊長類の生物学の専門知識がある場合は、これらの専門家を雇用しています。彼らは、絶滅の危機に瀕している種のための飼育動物の管理や飼育下繁殖プログラムに取り組んでいます。科学捜査では、人間や動物の遺体の特定、死因の特定、および裁判における専門家による証言のために、形質人類学の専門知識を利用しています。
33.2 | 動物の主要組織
この節が終わるまでに、あなたは次のことができるようになります:
•上皮組織を記述する
•動物のさまざまな種類の結合組織について議論する
•3種類の筋肉組織を記述する
•神経組織を記述する
多細胞の複雑な動物の組織には、4つの主要なタイプがあります:上皮組織、結合組織、筋肉組織、神経組織です。組織は類似の細胞(関連する機能を果たす細胞)のグループであることを思い出してください。これらの組織は組み合わさって、皮膚や腎臓のように、体内で特定の特殊な機能を持つ器官を形成します。器官は機能を実行するために器官系に編成されています。例としては、心臓と血管からなる循環器系、胃、腸、肝臓、膵臓などのいくつかの器官からなる消化器系があります。器官系は一緒になって生物全体を作り出します。
上皮組織
上皮組織は、器官の外側および体内の構造を覆い、細胞の単層または多層で器官の内腔を裏打ちしています。上皮の種類は、存在する細胞の形状と細胞の層の数によって分類されます。単層の細胞からなる上皮は単層上皮と呼ばれます。複数の層からなる上皮組織は、重層上皮と呼ばれます。表33.2は、さまざまな種類の上皮組織をまとめたものです。
扁平上皮
扁平上皮細胞は一般的に円形で平らであり、そして中心に位置する小さな核を有します。細胞の輪郭はわずかに不規則で、細胞は互いにぴったり組み合わさって、覆いまたは裏地を形成します。細胞が単層で配置されている場合(単層上皮)、それらは、肺におけるガス交換の領域および毛細血管での栄養素および廃棄物の交換といったような、組織における拡散を促進します。
図33.7aは、扁平上皮細胞の1つの層を示しており、それらの膜は一緒に結合して上皮を形成しています。図33.7bの画像は、外側の擦り傷や損傷から身体を保護する必要がある箇所における、重層状に配置された扁平上皮細胞を示しています。これは重層扁平上皮と呼ばれ、皮膚や口と膣を裏打ちする組織に存在します。
立方上皮
図33.8に示された立方上皮細胞は、単一の中心の核を持つ立方体形状をしています。それらは、最も一般的には、体全体の腺組織における単層上皮を表す単一の層に見られます。そこでは、それらは腺材料を調製しそして分泌します。それらはまた、尿細管の壁や腎臓や肝臓の管にも見られます。
円柱上皮
円柱上皮細胞はその幅よりも背が高いです。上皮層の柱状の積み重ねに似ており、最も一般的には単層配列で見られます。図33.9に示されるように、消化管の円柱上皮細胞の核は、細胞の基部に並んでいるように見えます。これらの細胞は消化管の内腔から物質を吸収し、それが循環器系とリンパ系を通して体内に入るための準備をします。
気道を裏打ちする円柱上皮細胞は重層化しているように見えます。しかしながら、それぞれの細胞は組織の基底膜に付着しており、したがってそれらは単層組織です。図33.10に見られるように、核は細胞の層の中で異なる高さに配置されており、まるで複数の層があるかのように見えます。これは、偽重層の円柱上皮と呼ばれます。この細胞の覆いは、細胞の頂端面、または遊離面に繊毛を有します。繊毛は、粘液や閉じ込められた粒子の気道外への移動を促進し、侵入した微生物や体内に吸い込まれた有害物質から系を保護するのに役立ちます。杯細胞は、いくつかの組織(気管の裏打ちなど)に散在しています。杯細胞は刺激物を捕捉する粘液を含み、気管の場合にはそれらの刺激物が肺に入り込まないようにします。
移行上皮
移行上皮細胞または尿道上皮細胞は、泌尿器系、主に膀胱と尿管にのみ現れます。これらの細胞は重層状に配置されていますが、図33.11に示されるように、それらはリラックスした空の膀胱の中では互いに積み重なっているように見えるような能力を有しています。膀胱が一杯になると、上皮層が広がって拡張し、そこに導入された量の尿を保持します。膀胱がいっぱいになるにつれて、それは拡張し、そして裏打ちはより薄くなります。言い換えれば、この組織は厚いものから薄いものへと移行します。
ビジュアルコネクション
上皮細胞の種類についての次の記述のうち、間違っているものはどれですか?
a.単層円柱上皮細胞は肺の組織を裏打ちしている。
b.単層立方上皮細胞は腎臓での血液の濾過に関与している。
c.偽重層円柱上皮は単層として生じるが、核の配置によって、複数の層が存在するように見える。
d.移行上皮は、膀胱がどの程度一杯になっているかに応じて厚さが変化する。
結合組織
結合組織は、生きている細胞と、基質と呼ばれる生きていない物質からなるマトリックスで構成されています。基質は有機物(通常はタンパク質)と無機物(通常はミネラルまたは水)でできています。結合組織の主要な細胞は線維芽細胞です。この細胞は、ほとんどすべての結合組織に見られる繊維を作ります。線維芽細胞は運動性で有糸分裂を実行することができ、そして必要とされるどのような結合組織でも合成することができます。マクロファージ、リンパ球、そして場合によっては白血球がいくつかの組織に見られます。いくつかの組織は、他の組織には見られない特殊な細胞を持っています。結合組織のマトリックスは組織に対してその密度を与えます。結合組織が高い集中度の細胞または繊維を有する場合、それは比例して密度の低いマトリックスを有します。
結合組織に見られる有機部分またはタンパク質繊維は、膠原繊維、弾性繊維、または細網繊維のいずれかです。膠原繊維は組織に強度を与え、それが周囲の組織から引き裂かれたり分離されたりするのを防ぎます。弾性繊維はタンパク質のエラスチンでできています。この繊維は、その長さの1.5倍まで伸びるとともに、元のサイズと形状に戻ることができます。弾性繊維は組織に柔軟性を提供します。細網繊維は、結合組織に見られる3番目のタイプのタンパク質繊維です。この繊維は、組織およびそれが接続されている他の器官を支持するための繊維のネットワークを形成するコラーゲンの細いつながりからなります。さまざまな種類の結合組織、それらが作られている細胞と繊維の種類、および組織の位置の例が表33.3にまとめられています。
疎性結合組織
疎性結合組織は、結合組織のすべての構成要素の見本を持っています。図33.12に示されるように、疎性結合組織はいくつかの線維芽細胞を持っています。マクロファージも存在します。膠原繊維は比較的太くて淡いピンク色に色づけられており、弾性繊維は細くて濃い青から黒に色づけられています。組織の形成された要素間の空間はマトリックスで充填されています。結合組織の中の素材は、引きちぎることができる綿球のような、緩い硬さを与えます。疎性結合組織はすべての血管の周りに見られ、血管を所定の位置に保つのに役立ちます。この組織は、ほとんどの体の器官の周りやその間にも見られます。まとめると、疎性組織は、頑丈でありながら柔軟であり、膜をなしています。
繊維性結合組織
繊維性結合組織は、大量の膠原繊維を含み、細胞またはマトリックス材料をほとんど含みません。繊維は、平行に並べられたストランドが不規則に配置されていることも、規則的に配置されていることもあります。不規則に配置された繊維性結合組織は、皮膚の真皮など、あらゆる方向からストレスが発生する身体の領域に見られます。図33.13に示される規則的な繊維性結合組織は、腱(筋肉と骨をつなぐ)と靭帯(骨と骨をつなぐ)に見られます。
軟骨
軟骨は、大量のマトリックスと可変な量の繊維を有する結合組織です。軟骨細胞と呼ばれる細胞が、この組織のマトリックスと繊維を作ります。軟骨細胞は、軟骨小腔と呼ばれる組織内の空間に見られます。
図33.14に示されるように、膠原繊維と弾性繊維をほとんど含まない軟骨が硝子軟骨です。軟骨小腔は組織全体にランダムに分散しており、マトリックスは通常の組織学的染色によって乳白色またはよく洗浄された外観を呈しています。サメは軟骨性の骨格を持っており、出生前の特定の発達段階の間には人間のほぼ全体の骨格もそうです。この軟骨の残りは人間の鼻の外側部分に残っています。硝子質軟骨は長骨の端にも見られ、摩擦を減らし、これらの骨の関節の衝撃をやわらげます。
伸縮性軟骨は大量の伸縮性繊維を持っているので、非常に柔軟です。ほとんどの脊椎動物の耳には、喉頭の一部と同様に、この軟骨が含まれています。繊維性軟骨は大量の膠原繊維を含み、組織に大きな強さを与えます。繊維性軟骨は脊椎動物の椎間板を構成します。膝や肩などの可動関節に見られる硝子軟骨は、加齢または外傷の結果として損傷を受けます。損傷した硝子軟骨は繊維性軟骨に置き換えられ、関節が「硬直」します。
骨
骨、または骨組織は、2つの異なる種類のマトリックス材料を大量に有する結合組織です。有機マトリックスは、他の結合組織に見られるマトリックス材料に似ており、いくらかの量の膠原繊維および弾性繊維を含みます。これは組織に強度と柔軟性を与えます。無機マトリックスは、組織に硬さを与える無機塩(大部分はカルシウム塩)で構成されています。マトリックス中に適切な有機物質がないと、この組織は壊れます。マトリックス中に適切な無機物質がないと、この組織は曲がります。
骨には3種類の細胞があります:骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞です。骨芽細胞は成長および再構築のために骨を作る際に活性化します。骨芽細胞は骨材料をマトリックスに沈着させます。マトリックスがそれらを取り囲んだ後もそれらは生存し続けますが、骨細胞として代謝状態は低下しています。骨細胞は骨の小腔に見られます。破骨細胞は骨の再構築のために骨を破壊する際に活性化し、そしてそれらは組織に貯蔵されたカルシウムへのアクセスを提供します。破骨細胞は通常、組織の表面に見られます。
骨は2つの種類に分けることができます:緻密骨と海綿骨です。緻密骨は、長骨の幹(または骨幹)および扁平骨の表面に見られる一方で、海綿骨は、長骨の端部(または骨端)に見られます。図33.15に示されるように、緻密骨は骨単位と呼ばれるサブユニットで編成されています。血管と神経がハバース管内の構造の中心に見られ、その周りには骨層板として知られる骨小腔の放射状の輪があります。骨小腔の間に見られる波線は、骨細管と呼ばれる微小流路です。それらは細胞間の拡散を助けるために骨小腔をつないでいます。海綿骨は骨小柱と呼ばれる小さな板でできています。これらの板は海綿骨に強度を与えるための支柱として機能します。時間が経つと、これらの板が破損して骨の弾力性が低下することがあります。骨組織は脊椎動物の内部骨格を形成し、動物に構造と腱の付着点を提供します。
脂肪組織
脂肪組織は、たとえそれが線維芽細胞または実際のマトリックスを持たず、そしてほんの数本の繊維しか持たないとしても、結合組織と考えられています。脂肪組織は、エネルギー代謝のために、脂肪をトリグリセリドの形で集めて貯蔵する脂肪細胞と呼ばれる細胞で構成されています。さらに脂肪組織は体温を維持するのを助ける断熱材として働き、動物が内温性となるのを可能にします。そしてそれらは体の器官への損傷に対するクッションとして機能します。顕微鏡下では、観察のために材料を処理している間に脂肪が抽出されるため、図33.16に示されるように、脂肪組織の細胞は空に見えます。画像の細い線は細胞膜で、核は細胞の端にある小さな黒い点です。
血液
図33.17に示されるように、血液はマトリックスを持っているため、結合組織と見なされます。生きている細胞の種類は、赤血球(RBC)と、白血球(WBC)です。全血の流体の部分、すなわちそのマトリックスは一般に血漿と呼ばれます。
血中に最も豊富に見られる細胞は赤血球です。赤血球は血液サンプル中では数百万という値で数えられます:霊長類の赤血球の平均数は1マイクロリットルあたり470万～550万個です。赤血球は1つの種の中では一貫して同じサイズですが、種と種の間ではサイズが異なります。たとえば、霊長類の赤血球の平均直径は7.5μlであり、イヌは7.0μlに近いですが、ネコの赤血球の直径は5.9μlです。ヒツジの赤血球は4.6μlとさらに小さいです。哺乳動物の赤血球は、それらが作られた骨髄から放出されると、その核およびミトコンドリアを失います。魚類、両生類、および鳥類の赤血球は、細胞の生涯を通してその核とミトコンドリアを維持します。赤血球の主な仕事は、酸素を運搬して組織に届けることです。
白血球は、末梢血に見られる主要な白血球です。白血球は血液中では数千という値で数えられ、測定値は範囲をもって表示されます。霊長類の値は1μlあたり4800～10800個、イヌは1μlあたり5600～19200個、ネコは1μlあたり8000～25000個、ウシは1μlあたり4000～12000個、ブタは1μlあたり11000～22000個です。
リンパ球は主に外来の抗原または物質に対する免疫反応において機能します。異なる種類のリンパ球は、外来抗原に合わせて抗体を作成し、それらの抗体の産生を制御します。好中球は食細胞であり、それらは微生物侵入者に対する初期の防衛線の1つに参加して、体内に入った細菌の除去を助けます。末梢血に見られる別の白血球が単球です。単球は、体内の死んだり損傷したりした細胞(外来性であろうと宿主動物に由来するものであろうと)を一掃する食作用性マクロファージを生じさせます。血中の2つの追加の白血球は好酸球と好塩基球です — 両方とも炎症反応を促進するのを助けます。
細胞間の小さな粒状をした物質は、骨髄内の細胞の細胞質断片です。これは血小板と呼ばれます。血小板は、損傷した血管からの出血を止めるための血液の凝固に至る段階に参加します。血液は多くの機能を持っていますが、それは主として栄養素を細胞に持っていき、そこから廃棄物を取り除くように、体全体で物質を運びます。
筋肉組織
動物の体には、平滑筋、骨格筋、心筋の3種類の筋肉があります。筋肉は、横紋またはバンドの有無、核の数と位置、それらが随意または不随意に制御されているかどうか、および体内でのそれらの位置によって異なります。表33.4はこれらの違いをまとめています。
平滑筋
平滑筋はその細胞に横紋を持ちません。図33.18に示されるように、それは中心に位置した単一の核を持ちます。平滑筋の収縮は、不随意に自律神経の制御下で、そして組織内の局所的な状態に応答して起こります。平滑筋組織は、骨格筋および心筋のような帯状の外観を欠くため、非横紋筋とも呼ばれます。血管の壁、消化器系の管、生殖器系の管は、大部分が平滑筋で構成されています。
骨格筋
骨格筋は、その細胞を横切る横紋を有しており、これは収縮性タンパク質のアクチンおよびミオシンの配置によって生じています。これらの筋肉細胞は比較的長く、細胞の端に沿って複数の核を持っています。骨格筋は随意の体性神経系の制御下にあり、骨を動かす筋肉の中に見られます。図33.18は骨格筋の組織構造を示しています。
心筋
図33.18に示される心筋は心臓にのみ見られます。心筋は、骨格筋と同様に、その細胞内に横紋を有しますが、それは中心に位置する単一の核を有します。心筋は随意的な制御下にはありませんが、自律神経系の影響を受けて加速または減速することがあります。心筋細胞の追加の特徴は、それが列内の次の心筋細胞に隣接するときに細胞の端部に沿って延びる線です。この線は介在板と呼ばれます。それは電気インパルスをある細胞から次の細胞に効率的に受け渡すのを助け、隣接する心臓細胞間の強い接続を維持します。
神経組織
神経組織は、身体の特定の領域から電気インパルスを受け取って伝達し、それらを身体の特定の場所に送るように特殊化された細胞でできています。図33.19に示されるように、神経系の主な細胞はニューロンです。中心核を伴う大きな構造は、ニューロンの細胞体です。細胞体からの突起は、入力信号を受け取ることを専門とする複数の樹状突起か、またはインパルスを伝達することを専門とする単一の軸索のいずれかです。いくつかのグリア細胞もまた示されています。星状膠細胞は神経細胞の化学的環境を調節し、希突起膠細胞は電気的な神経インパルスがより効率的に伝達されるように軸索を絶縁します。示されていない他のグリア細胞は、ニューロンの栄養素および廃棄物の要件をサポートします。いくつかのグリア細胞は食作用性であり、組織から破片または損傷した細胞を除去します。1つの神経はニューロンとグリア細胞からなります。
学習へのリンク
インタラクティブなレビュー(http://openstaxcollege.org/l/tissues)をクリックして進むことで上皮組織についてさらに詳しく学んでください。
キャリアへのつながり
病理学者
病理学者は、人間を含む動物の疾病の研究室での検出に特化した医師または獣医師です。これらの専門家は医科大学院教育を修了し、それに続いて医療センターで大学院卒業後の広範な臨床研修を行います。病理学者は、疾患または感染の検出における体組織および血液サンプルの評価のために臨床検査室を監督することがあります。彼らは顕微鏡で組織標本を調べてがんや他の病気を特定します。病理学者の中には、死因と病気の進行を調べるために剖検を行う人もいます。
33.3 | 恒常性
この節が終わるまでに、あなたは次のことができるようになります:
•恒常性を定義する
•恒常性に影響を与える要因を記述する
•恒常性に用いられる正と負のフィードバックメカニズムを議論する
•内温性および外温性の動物の体温調節について記述する
動物の器官および器官系は恒常性(「定常状態」)と呼ばれるプロセスを通じて、常に内的および外的な変化に適応します。これらの変化は、血中におけるグルコースまたはカルシウムのレベルであるかもしれませんし、外部温度であるかもしれません。恒常性とは、体内の動的平衡を維持することを意味します。恒常性は、体の系が遭遇する変化に絶えず適応するために動的なものです。また恒常性は、身体機能が特定の範囲内に保たれているために平衡なものです。明らかに不活発な動物でさえ、この恒常性の平衡を維持しています。
恒常性プロセス
恒常性の目的は、設定点と呼ばれる点または値の周囲で平衡を維持することです。設定点からの平常な変動がある間、身体の系は通常はこの点に戻ろうとします。内部環境または外部環境の変化は刺激と呼ばれ、受容体によって検出されます。系の反応とは、逸脱パラメータを設定点に向かって調整することです。たとえば、もし体が暖かくなりすぎると、その動物を冷やすための調整が行われます。もし食事後に血糖値が上昇した場合は、栄養素を必要な組織の中に取り込むか、後で使用するために保存することで血糖値を下げるように調整します。
恒常性の制御
動物の環境に変化が生じたときは、調整をしなければなりません。受容体は環境の変化を感知し、次に制御センター(ほとんどの場合、脳)にシグナルを送り、今度はこの制御センターがエフェクターに合図する反応を生成します。エフェクターは筋肉(収縮または弛緩)または分泌腺です。恒常性は負のフィードバックループによって維持されます。正のフィードバックループは実際には生物を恒常性からさらに遠ざけますが、生命が生じるためには必要かもしれません。恒常性は哺乳類の神経系や内分泌系によって制御されています。
負のフィードバックメカニズム
刺激の方向を変える恒常性プロセスが負のフィードバックループです。それは刺激を増加または減少させることがありますが、受容体が感知する前に行っていたのと同じような刺激を続けることは許されません。言い換えれば、もしあるレベルが高すぎるならば、体はそれを下げるために何かをし、逆にあるレベルが低すぎるならば、体はそれを上げるために何かをします。したがって、負のフィードバックという用語が使われます。一例は動物の血糖値の維持です。動物が食事をしたとき、血糖値は上がります。これは神経系によって感知されます。膵臓の特殊な細胞がこれを感知し、ホルモンのインスリンが内分泌系によって放出されます。図33.20に示されるように、インスリンは負のフィードバックシステムで予想されたとおりに血糖値を低下させます。しかしながら、もし動物が食事をしておらず血糖値が下がると、これは膵臓の別の細胞のグループで感知され、ホルモンのグルカゴンが放出されて血糖値が上昇します。これは依然として負のフィードバックループですが、「負」という用語の使用によって予想される方向ではありません。フィードバックループの結果としての増加についての別の例は、血中カルシウムの制御です。もしカルシウムレベルが低下すると、副甲状腺の特殊化された細胞がこれを感知して副甲状腺ホルモン(PTH)を放出し、腸や腎臓を通じたカルシウム吸収の増加、そして場合によってはカルシウムを遊離させるための骨の破壊を引き起こします。PTHの効果は、この元素の血中濃度を上げることです。負のフィードバックループは恒常性で使用される主なメカニズムです。
正のフィードバックループ
正のフィードバックループは刺激の方向を維持し、あるいはそれを加速させます。動物の体内には正のフィードバックループの例はほとんどありませんが、血液のかたまり、すなわち凝固を引き起こす一連の化学反応の中に見られます。1つの凝固因子が活性化されると、それはフィブリン塊に達するまで次の因子を順番に活性化します。この方向は変更されるのではなく、維持されるため、これは正のフィードバックです。図33.21に示されるように、正のフィードバックの別の例は、出産中の子宮収縮です。内分泌系によって作られるホルモンのオキシトシンは、子宮の収縮を刺激します。これは神経系によって感じる痛みを生じさせます。オキシトシンを下げて痛みを和らげる代わりに、収縮が出産を引き起こすのに十分なほど強力になるまで、より多くのオキシトシンが産生されます。
ビジュアルコネクション
以下のそれぞれのプロセスが、正のフィードバックループまたは負のフィードバックループのどちらによって調節されているかを述べてください。
a.人は大量の食事を食べた後に満腹感を感じる。
b.血液にたくさんの赤血球がある。その結果、エリスロポエチン(新しい赤血球の生産を刺激するホルモン)は、もはや腎臓から放出されない。
設定点
ある系の設定点を調整することが可能です。これが発生すると、フィードバックループは新しい設定を維持するように機能します。その一例が血圧です。時間の経過とともに、血圧の継続的な上昇の結果として、血圧の正常値または設定点が上昇することがあります。この体はもはや上昇が異常であるとは認識しなくなり、低い設定点に戻ろうとしなくなります。その結果、体に有害な影響を及ぼしかねない高血圧が維持されます。投薬によって血圧を下げ、この系の設定点をより健康的なレベルに下げることができます。これは、フィードバックループにおける設定点の変更プロセスと呼ばれます。
別の系で設定点を維持するために、体の器官系のグループに変更を加えることができます。これは順応と呼ばれます。これは、たとえば、動物が慣れ親しんでいるよりも高い高度に移動したときに起こります。新しい高度でのより低い酸素レベルに適応するために、体は血液中を循環する赤血球の数を増やして、組織への適切な酸素供給を確実にします。別の順応の例は、毛の季節的な変化を持っている動物です:冬のより厚い毛は十分な保温を確実にします。そして夏の薄い毛は体温が有害なレベルにまで上がるのを防ぐのを助けます。
学習へのリンク
走路に沿ってレースカーを運転するという観点からフィードバックメカニズムを理解することができます:正と負のフィードバックループに関する短いビデオレッスンを見てください。(http://cnx.org/content/m66613/1.3/#eip-id2699660)
恒常性:体温調節
体温は身体活動に影響を与えます。一般に、体温が上昇するにつれて、酵素活性も上昇します。ある程度までは、摂氏10度の温度上昇ごとに酵素の活性は2倍になります。酵素を含む体のタンパク質は、高熱(哺乳類では約50°C)で変性し始めてその機能を失います。いくつかの例外を除いて、酵素活性は氷点下になるまで、摂氏10度の温度低下ごとに半分になります。いくつかの魚は固体に凍っても耐えることができて、そして解凍で正常に戻ることができます。
学習へのリンク
体温調節に関するこのディスカバリーチャンネルのビデオを見て、さまざまな動物におけるこのプロセスの実例を見てください。 (http://cnx.org/content/m66613/1.3/#eip-id1168127177818)
内温動物と外温動物
動物は2つのグループに分けることができます。あるものは異なる環境温度に直面しても一定の体温を維持しますが、他のものはその環境と同じであり、したがって環境によって変化するような体温を持ちます。体温を制御していない動物は外温動物です。このグループは、冷血動物と呼ばれていますが、この用語は非常に暖かい体温を持つ砂漠の動物には当てはまらないでしょう。体温を設定するために外気温に依存する外温動物とは対照的に、変温動物は、常に変化する内部の温度を持つ動物です。環境の変化に直面しても一定の体温を維持する動物は恒温動物と呼ばれます。内温動物は、体温を内部の原因に頼る動物ですが、極端な体温を示すことがあります。これらの動物は、異なる酵素の活性レベルのために外温動物が活動性を維持できないようなより低い温度でも、一定レベルの活動性を維持することができます。
熱は、放射、蒸発、対流、伝導の4つのメカニズムを通じて、動物とその環境の間で交換されます(図33.22)。放射は電磁気的な「熱」の波の放出です。熱はこのように太陽から来て、同じように乾燥した肌から放射されます。蒸発の間には、液体を用いて表面から熱を除去することができます。これは哺乳類が汗をかくときに起こります。空気が対流すると、乾燥した肌の表面を空気が通り過ぎるにつれて、熱が奪われます。暖かい岩の上で休んでいる動物のように、表面が直接接触している間には、ある表面から別の表面へと熱が伝導するでしょう。
熱の保存および放散
動物はさまざまな方法で熱を保存または放散します。特定の気候では、内温性の動物は、毛皮、脂肪、羽毛、またはそれらのいくつかの組み合わせといった、何らかの形の断熱材を有します。厚い毛皮や羽毛のある動物は、皮膚と内部器官の間に空気の絶縁層を作ります。ホッキョクグマとアザラシは氷点下の環境で生活したり泳いだりしますが、それでも一定の、暖かい体温を維持します。たとえば、ホッキョクギツネは、寒い天候で丸まって眠りにつくときに、ふわふわの尾をさらなる断熱材として使用します。哺乳類には、震えや筋肉活動の増加による残存効果があります。立毛筋は「鳥肌」を引き起こし、個体が冷たいときに小さな毛が立ち上がる原因となります。これは体温を上昇させるという意図的な効果を持っています。哺乳類は同じ目的を達成するために脂肪の層を使います。かなりの量の体脂肪が失われると、熱を節約するという個人の能力が低下します。
内温動物は体温を維持するのを助けるためにその循環器系を使用します。血管拡張は体表面により多くの血液と熱をもたらし、放射と蒸発による熱損失を促進し、体を冷やすのに役立ちます。血管収縮は末梢血管内の血流を減少させ、血液を中心部およびそこに見られる重要な器官に向かって押しやり、そして熱を保存します。いくつかの動物はその循環器系に適応を持っており、動脈から静脈へと熱を伝え、暖められた血液を心臓に戻すことが可能です。これは対向流熱交換と呼ばれます。それは、冷たい静脈血が心臓や他の内部器官を冷やすのを防ぎます。この適応は、一部の動物においては、内部器官の過熱を防ぐために停止されます。対向流適応は、イルカ、サメ、硬骨魚、ミツバチ、ハチドリを含む多くの動物に見られます。対照的に、イルカの尾びれやゾウの耳などでは、同様の適応が必要なときに内温動物を冷やすのに役立ちます。
いくつかの外温性の動物は体温調節を助けるために自らの行動の変化を利用します。たとえば、砂漠の外温性の動物は、砂漠での一日の最も暑い時間に、暑くなり過ぎないようにするために、単純に涼しい場所を探すことがあります。この同じ動物は、寒い砂漠の夜の間には熱をとらえるために岩の上に登るかもしれません。爬虫類で見られるように、一部の動物は水を探し求めて、自身を冷却するような蒸発を助けます。他の外温動物は、冬を生き延びるために巣を暖めるような蜂の活動といったような、グループでの活動を使います。
多くの動物、特に哺乳類は、熱源として代謝廃熱を使用しています。筋肉が収縮するときには、筋肉の働きに使われるATPからのエネルギーの大部分は、熱に変換される無駄なエネルギーとなります。激しい寒さは、体に熱を発生させる震えの反射を引き出します。多くの種はまた、発熱を専門とする褐色脂肪と呼ばれる脂肪組織の一種を持っています。
体温調節の神経制御
図33.22に示されるように、神経系は体温調節にとって重要です。恒常性と温度制御のプロセスは、高度な動物の脳の視床下部に集中しています。
ビジュアルコネクション
白血球によって細菌が破壊されると、発熱物質が血中に放出されます。発熱物質は体のサーモスタットをより高い温度に再設定し、発熱を生じさせます。発熱物質はどのようにして体温を上昇させるのでしょうか?
視床下部は、体温が高すぎるときには血管拡張や発汗を引き起こし、体温が低すぎるときには血管収縮と震えを引き起こす反射を通じて、体温の設定点を維持します。それは体からの化学物質に反応します。細菌が食作用性の白血球によって破壊されると、内因性発熱物質と呼ばれる化学物質が血中に放出されます。これらの発熱物質は視床下部へと循環し、サーモスタットを再設定します。これは、一般に発熱と呼ばれるもので体の温度が上昇することを可能にします。体温が上がると鉄分が保存され、細菌が必要とする栄養素が減少します。体温の上昇はまた、その動物の酵素および保護細胞の活性を高める一方で、侵入してきた微生物の酵素および活性を抑制します。最後に、熱自体も病原体を殺すことがあります。かつては感染の合併症であると考えられていた発熱は、現在では正常な防御機構であると理解されています。
重要用語
順応:環境変化に反応した身体の系の変更
変更:恒常性システムにおける設定点の変化
内突起:筋肉の付着部位として機能する動物の外骨格の内方成長部
非対称:体のパターンに対称軸がない動物を表す
基礎代謝率(BMR):内温性の動物における安静時の代謝率
骨細管:骨小腔を接続し、細胞間の拡散を助ける微小流路
軟骨:大量の基質マトリックス、軟骨細胞と呼ばれる細胞、およびいくらかの量の繊維を含む結合組織の種類
軟骨細胞:軟骨に見られる細胞
円柱上皮:幅よりも背が高い細胞でできている上皮で、吸収に特化している
結合組織:細胞、基質マトリックス、繊維からなる組織の種類
立方上皮:腺機能に特化した立方体形状の細胞からなる上皮
背腔:動物の後部または裏面部の体腔。頭蓋腔および脊椎腔を含む
外温動物:比較的一定の内部体温を維持することができない動物
内温動物:比較的一定の内部体温を維持することができる動物
上皮組織:器官または他の組織を裏打ちする、または覆う組織
夏眠:極度の高温および低い水の利用可能性に対応した休眠
繊維性結合組織:高濃度の繊維を有する結合組織のタイプ
前頭(冠状)面:個体を正面部と裏面部に分けるように動物を切断する平面
紡錘形状:管状で両端が先細りの動物の体型
冬眠:冬などの長期間にわたる休眠
恒常性:適切な身体機能を維持する動的平衡
骨小腔:生きている細胞を含む軟骨と骨の空間
疎性結合組織:少量の細胞、マトリックス、および繊維を含む結合組織の種類。血管の周りに見られる
マトリックス:生きている細胞と生きていない(基質)細胞の両方からなる結合組織の成分
正中矢状面:個体を左右均等に分けるように動物を切断する平面
負のフィードバックループ:刺激を維持するのではなく増減させるような、制御メカニズムへのフィードバック
骨単位:緻密骨のサブユニット
正のフィードバックループ:刺激の方向を継続するような、制御メカニズムへのフィードバック
偽重層:多層のように見えるが単層の覆いである上皮層
矢状面:個体を左右に分けるように動物を切断する平面
設定点:恒常性における中間点または目標点
単層上皮:上皮細胞の単一の層
扁平上皮:扁平細胞からなる上皮の種類で、拡散の促進または擦過防止に特化している
標準代謝率(SMR):外温性の動物における安静時の代謝率
重層上皮:上皮細胞の複数の層
体温調節:体の温度の調節
休眠:動物が悪条件を乗り切ることができるようにする活動と代謝の減少
骨小柱:海綿骨を作り、それに強度を与える小さな板
移行上皮:多層から単層に見えるように移行することができる上皮。尿路上皮とも呼ばれる
横断(水平)面:個体を上部と下部に分けるように動物を切断する平面
腹腔:胸腔および腹部骨盤腔を含む動物の前部または正面部の体腔
この章のまとめ
33.1 | 動物の形態と機能
動物の体はさまざまな大きさや形状をしています。動物の大きさや形状の制限は、それらの動きへの影響を含みます。拡散は動物の大きさと発達に影響を与えます。生体エネルギー学は、動物がその体の大きさ、活動レベル、および環境に関連して、どのようにエネルギーを使用および獲得するかを記述します。
33.2 | 動物の主要組織
複雑な動物の基本的な構成要素は、4つの主要な組織です。これらは組み合わされて器官を形成します。器官は皮膚や腎臓のように体内で特定の特殊な機能を持っています。器官は、共通の機能を実行するために系の形でまとめられています。4つの主要な組織とは、上皮、結合組織、筋肉組織、および神経組織です。
33.3 | 恒常性
恒常性は、体の組織や器官で維持されている動的平衡です。恒常性は、体の系が遭遇する変化に絶えず適応するために動的なものです。また恒常性は、プロセスのための設定点の周りでのいくらかの変動を伴う正常な範囲内に身体機能が保たれているために平衡なものです。
ビジュアルコネクション問題
1.図33.11 |上皮細胞の種類についての次の記述のうち、間違っているものはどれですか?
a.単層円柱上皮細胞は肺の組織を裏打ちしている。
b.単層立方上皮細胞は腎臓での血液の濾過に関与している。
c.偽重層円柱上皮は単層として生じるが、核の配置によって、複数の層が存在するように見える。
d.移行上皮は、膀胱がどの程度一杯になっているかに応じて厚さが変化する。
2.図33.21 | 以下のそれぞれのプロセスが、正のフィードバックループまたは負のフィードバックループのどちらによって調節されているかを述べてください。
a.人は大量の食事を食べた後に満腹感を感じる。
b.血液にたくさんの赤血球がある。その結果、エリスロポエチン(新しい赤血球の生産を刺激するホルモン)は、もはや腎臓から放出されない。
3.図33.23 | 白血球によって細菌が破壊されると、発熱物質が血中に放出されます。発熱物質は体のサーモスタットをより高い温度に再設定し、発熱を生じさせます。発熱物質はどのようにして体温を上昇させるのでしょうか?
レビュー問題
4.どの種類の動物が一定の内部体温を維持しますか?
a.内温動物
b.外温動物
c.体腔動物
d.中胚葉
5.素早く動く動物に見られる対称性は________です。
a.放射相称性
b.左右相称性
c.逐次対称性
d.断続対称性
6.暑い日に代謝率を下げて「眠る」サバクネズミの状態を表す用語は何ですか?
a.膨張
b.冬眠
c.夏眠
d.通常の睡眠パターン
7.動物を左右均等に分割する平面は________です。
a.斜面
b.正中矢状面
c.冠状面
d.横断面
8.動物を背側と腹側の部分に分割する平面は________です。
a.矢状面
b.正中矢状面
c.冠状面
d.横断面
9.胸膜腔はどの腔の一部ですか?
a.背腔
b.胸腔
c.腹部腔
d.心膜腔
10.気候変動に伴う地球の気温の増加は、どのように外温動物に影響を与えるでしょうか?
a.外温動物の多様性が寒冷地で減少するだろう。
b.外温動物は熱帯で一日中活動することができるようになるだろう。
c.外温動物は体温を下げるためにより多くのエネルギーを費やさなければならなくなるだろう。
d.外温動物は新しい生息地に広がることができるようになるだろう。
11.ほとんどの動物は左右相称性ですが、いくつかは放射相称性を示します。放射相称性の利点は何ですか?
a.それは捕食者を混乱させる。
b.それは動物があらゆる側面から食物を集めることを可能にする。
c.それは動物があらゆる方向に素早く意図的な動きをすることを可能にする。
d.それは動物がその環境を感知するために背面を使うことを可能にする。
12.どの種類の上皮細胞が拡散を助けるのに最も適応していますか?
a.扁平
b.立方
c.円柱
d.移行
13.腺にはどの種類の上皮細胞が見られますか?
a.扁平
b.立方
c.円柱
d.移行
14.膀胱にはどの種類の上皮細胞が見られますか?
a.扁平
b.立方
c.円柱
d.移行
15.どの種類の結合組織が最も多く繊維を持っていますか?
a.疎性結合組織
b.繊維性結合組織
c.軟骨
d.骨
16.どの種類の結合組織がミネラル化された異なるマトリックスを持っていますか?
a.疎性結合組織
b.繊維性結合組織
c.軟骨
d.骨
17.骨で見られる、骨を分解する細胞は________と呼ばれます。
a.骨芽細胞
b.骨細胞
c.破骨細胞
d.骨単位
18.骨で見られる、骨を作る細胞は________と呼ばれます。
a.骨芽細胞
b.骨細胞
c.破骨細胞
d.骨単位
19.血漿は________です。
a.血液中の繊維
b.血液のマトリックス
c.細菌を貪食する細胞
d.組織に見られる細胞断片
20.随意的に制御される筋肉細胞の種類は________です。
a.平滑筋
b.骨格筋
c.心筋
d.内臓筋
21.核を含むニューロンの部分は________です。
a.細胞体
b.樹状突起
c.軸索
d.グリア
22.介在板が心筋の機能に不可欠なのはなぜですか?
a.介在板は細胞間の障壁を維持する。
b.介在板は細胞間で栄養素を受け渡す。
c.介在板は全ての心筋細胞が単一のユニットとして拍動することを確実にする。
d.介在板は心拍数を制御する。
23.環境温度の急激な低下に直面したとき、内温性の動物は:
a.体温の低下を経験するだろう
b.それがさらに低くなるかを見守るだろう
c.筋肉の活動を高めて熱を発生させるだろう
d.絶縁性を高めるために毛皮や脂肪を加えるだろう
24.負のフィードバックの例はどれですか?
a.食後の血糖値の低下
b.けがをした後の血液凝固
c.保育中の授乳
d.分娩中の子宮収縮
25.熱源と動物が直接接触している間に起こる熱交換の方法はどれですか?
a.放射
b.蒸発
c.対流
d.伝導
26.体のサーモスタットは________にあります。
a.恒常性の受容体
b.視床下部
c.髄質
d.血管拡張中心
27.次のうち、順応について正しくないものはどれですか?
a.順応により、動物はその環境の変化を相殺することができる。
b.順応は新しい環境における機能を改善する。
c.動物が恒常性の設定点を再確立しようとすると、順応が起こる。
d.順応は順応した個体の子孫に受け継がれる。
28.次のうち、外温動物が体温を変えることができる方法でないのはどれですか?
a.蒸発冷却のための発汗。
b.1日の中での活動のタイミングの調整。
c.直射日光を求める、あるいは避ける。
d.グループとして身を寄せ合う。
クリティカルシンキング問題
29.拡散は生物の大きさをどのように制限しますか?これはどのようにして対抗されますか?
30.BMRと体の大きさとの間の関係は何ですか?それはなぜですか?
31.開放循環器系を使うことが動物の大きさをどのように制限するかを説明してください。
32.重要な環境上の制約を外温動物について1つ、そして内温動物について1つ記述してください。なぜそれらは異なる要因によって制限されるのでしょうか?
33.扁平上皮はどのようにして拡散を促進し、擦過による損傷を防ぐことができるのでしょうか?
34.軟骨と骨の類似点は何ですか?
35.多発性硬化症は、衰弱させるような自己免疫疾患であり、その結果、ニューロンの軸索の周囲の絶縁が失われます。免疫系はどの種類の細胞を攻撃しているのでしょうか?そしてこれは神経系によるメッセージの伝達をどのように妨害するでしょうか?
36.ある人が座りがちな生活を送るとき、彼の骨格筋は萎縮しますが、彼の平滑筋はそうではありません。これはなぜですか?
37.なぜ体の恒常性を制御するために負のフィードバックループが使われるのでしょうか?
38.細菌感染の間には、なぜ発熱が「良いこと」なのでしょうか?
39.どのようにして、糖尿病などの状態が人間における設定点の失敗の良い例となるのでしょうか?
40.分子レベルでは、内温動物はどのようにして細胞呼吸に関連するプロセスを調整することによって、自身の熱を生み出すことができるのでしょうか?もし必要ならば、呼吸の詳細について第7章を見直してください。
解答のヒント
第33章
1 図33.11 A 3 図33.23 発熱物質は血管を収縮させ、震えを引き起こし、汗腺が体液を分泌するのを防ぐことによって体温を上昇させます。4 A 6 C 8 D 10 D 12 C 14 D 16 D 18 A 20 B 22 C 24 A 26 B 28 A 29 拡散は非常に短い距離において効果的です。もし細胞の大きさがこの距離を超えると、細胞の中心部は十分な栄養素を得ることができず、生存するのに十分な廃棄物を排出することもできません。これを補うために、細胞は液体の媒体中で互いにゆるく接着するか、または循環器系および呼吸器系を使用して栄養分を送達し廃棄物を除去するような多細胞生物に発達することができます。31 開放循環器系では、心臓は血液を開放腔に送り込み、組織を浸します。血液が組織の空間を通って拡散するにつれて、それは代謝性廃棄物を受け取るのと引き換えに栄養素を送達します。その後、血液は心臓に拡散して再び送り込まれます。しかしながら、この系は拡散に頼っているので、血液が分子を組織と効率的に交換するのに十分なほど急速に拡散することができるように、開放循環器系を使用する動物の大きさはかなり小さなものに制限されます。33 扁平上皮は単層であることも重層であることもあります。細胞の単層としては、それは拡散の阻害を最小限に抑える非常に薄い上皮となります。重層上皮としては、表面の細胞は剥がれ落ちることができ、そしてより深い層の細胞は下層の組織を損傷から保護します。35 多発性硬化症では、免疫系が希突起膠細胞を攻撃します。希突起膠細胞の死は、ニューロンの軸索の周りの絶縁鞘の喪失をもたらします。鞘がなくなると、電気インパルスは軸索の長さに沿ってはるかにゆっくりと移動することになります。37 内部または外部環境の変化に対する調整は、刺激の方向の変化を必要とします。負のフィードバックループはこれを達成しますが、正のフィードバックループは刺激を継続し、動物に害をもたらします。39 糖尿病はしばしばインスリンの産生の欠如と関連しています。インスリンがなければ、血糖値は食事の後に上がりますが、通常の値に戻ることは決してありません。
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