Locomoția

Locomoția este capacitatea organismelor de a se deplasa activ dintr-un loc în altul. Ea le permite să caute hrană, să se ferească de prădători, să își găsească partenerii de reproducere și să ocupe noi habitate. Plantele sunt, în general, fixate de substrat, dar execută diferite mișcări. La animale, locomoția are forme foarte variate, adaptate mediului de viață; la mamifere, ea este realizată de sistemul locomotor.

Mișcarea la plante

Plantele nu se deplasează dintr-un loc în altul (nu au locomoție propriu-zisă), dar execută mișcări prin care răspund la stimulii din mediu și își orientează organele în mod favorabil. Programa le tratează împreună cu sensibilitatea plantelor.

Mișcări de creștere

Mișcările de creștere sunt lente și ireversibile, deoarece se bazează pe alungirea și diviziunea inegală a celulelor. Din această categorie fac parte tropismele (prezentate la sensibilitate) și alte mișcări produse prin creștere.

Tropismele ca mișcări de creștere

Tropismele sunt principalele mișcări de creștere ale plantelor:

• fototropismul: creșterea orientată după direcția luminii, prin redistribuirea auxinei;
• gravitropismul: creșterea orientată după direcția forței gravitaționale;
• tigmotropismul: creșterea orientată ca răspuns la atingerea unui suport (înfășurarea cârceilor);
• hidrotropismul: creșterea rădăcinilor spre zonele mai umede ale solului.

La baza celor mai multe tropisme stă auxina (acidul indolilacetic), un hormon vegetal care stimulează alungirea celulelor. Când auxina se distribuie inegal pe cele două fețe ale unui organ, o față crește mai repede decât cealaltă, iar organul se curbează.

Nutația

Nutația este o mișcare de creștere circulară sau oscilantă a vârfului tulpinilor și al rădăcinilor în creștere. Este o mișcare autonomă (nu este declanșată de un stimul extern) și ajută tulpinile volubile să întâlnească un suport pe care să se înfășoare.

Exemplu: vârful unei tulpini de fasole urcătoare descrie cercuri în aer pe măsură ce crește, până întâlnește un suport.

Epinastia și hiponastia

• Epinastia: fața superioară a unui organ (frunză, petală) crește mai repede, iar organul se curbează în jos.
• Hiponastia: fața inferioară crește mai repede, iar organul se curbează în sus.

Prin aceste mișcări se deschid și se închid unele flori și se orientează frunzele.

Mișcări de turgescență

Mișcările de turgescență sunt rapide și reversibile și se produc prin variații ale presiunii de turgescență din anumite celule. Spre deosebire de mișcările de creștere, ele nu presupun o alungire permanentă a celulelor.

Exemple:

• la mimoză (Mimosa pudica), foliolele se pliază rapid la atingere (seismonastie), deoarece celulele din pulvinus pierd turgescența;
• deschiderea și închiderea stomatelor: celulele stomatice își modifică turgescența în funcție de lumină, de concentrația de CO₂ și de cantitatea de apă din plantă;
• „somnul” frunzelor de fasole și de trifoi (nictinastie), produs de variații de turgescență la baza frunzelor.

Mișcări citoplasmatice

Cicloza (curentul citoplasmatic) este mișcarea continuă a citoplasmei în celulele vegetale, ușor de observat în celulele mari. Ea ajută la transportul organitelor și al substanțelor în interiorul celulei.

Exemplu: la microscop, în celulele frunzei de ciuma-apelor (Elodea), cloroplastele se văd deplasându-se de-a lungul pereților celulari.

Locomoția la animale

Animalele se deplasează în moduri diferite, în funcție de mediul de viață (acvatic, terestru, aerian) și de mărimea corpului. Programa de bacalaureat cere sistemul locomotor la mamifere, adică scheletul și musculatura membrelor; tipurile de mișcare ale organismelor unicelulare și adaptările locomotorii de la finalul lecției sunt noțiuni complementare.

Sistemul locomotor la mamifere

Sistemul locomotor are o componentă pasivă, formată din oase și articulații, și o componentă activă, formată din mușchii scheletici. Mușchii se prind de oase prin tendoane, iar prin contracție deplasează oasele, care funcționează ca niște pârghii, în jurul articulațiilor. Exemplele de mai jos se referă la om, ca reprezentant al mamiferelor.

Scheletul membrului superior

• Centura scapulară leagă membrul superior de trunchi și este formată din claviculă, situată anterior, și scapulă (omoplat), un os lat așezat pe fața posterioară a toracelui.
• Brațul are un singur os, humerusul, care se articulează cu scapula la umăr și cu oasele antebrațului la cot.
• Antebrațul are două oase: radiusul, pe partea degetului mare, și ulna (cubitusul), pe partea degetului mic; radiusul se poate roti în jurul ulnei.
• Mâna are 8 oase carpiene (scurte, dispuse pe două rânduri), 5 oase metacarpiene și 14 falange (două la degetul mare și câte trei la celelalte degete).

Scheletul membrului inferior

• Centura pelviană este formată din cele două oase coxale; fiecare provine din sudarea a trei oase: ilionul, ischionul și pubisul. Împreună cu sacrul și coccisul, oasele coxale alcătuiesc bazinul.
• Coapsa are un singur os, femurul, cel mai lung și mai rezistent os al corpului.
• Patela (rotula) este un os mic, situat în tendonul mușchiului cvadriceps, pe fața anterioară a genunchiului.
• Gamba are două oase: tibia, mai groasă, situată medial, și fibula (peroneul), subțire, situată lateral.
• Piciorul are 7 oase tarsiene (între ele talusul și calcaneul), 5 oase metatarsiene și 14 falange; oasele sunt dispuse în bolți, care susțin greutatea corpului.

Articulațiile

Oasele se leagă între ele prin articulații, care pot fi fixe (între oasele cutiei craniene), semimobile (între corpurile vertebrelor) sau mobile (umărul, cotul, șoldul, genunchiul). În articulațiile mobile, oasele sunt ținute împreună de ligamente.

Musculatura membrelor

Mușchii care produc mișcări opuse în jurul aceleiași articulații se numesc antagoniști: când bicepsul brahial se contractă, tricepsul brahial se relaxează, iar antebrațul se flectează, și invers.

Mișcarea ameboidă

Mișcarea ameboidă este întâlnită la unele organisme unicelulare și la unele celule ale organismelor pluricelulare. Ea se realizează prin pseudopode („picioare false”), prelungiri temporare ale citoplasmei.

Mecanismul, pe scurt: în dreptul unui pseudopod, citoplasma trece din starea de gel în starea de sol (fluidă) și curge spre vârful prelungirii, unde trece din nou în starea de gel; restul celulei este apoi tras în aceeași direcție.

Exemple:

• amiba (Amoeba proteus), care se deplasează și își capturează hrana cu ajutorul pseudopodelor;
• leucocitele, care trec prin peretele capilarelor (diapedeză) și se deplasează prin țesuturi spre locul unei infecții;
• macrofagele, celule ale sistemului imunitar care fagocitează microorganismele.

Mișcarea ciliară

Mișcarea ciliară se realizează prin bătaia coordonată a cililor, prelungiri scurte și numeroase ale celulei, acoperite de membrană și susținute în interior de microtubuli (dispuși după modelul 9+2).

Mecanismul:

• cilii bat ritmic: o mișcare rapidă și rigidă, care împinge apa, este urmată de o revenire lentă și flexibilă;
• cilii vecini bat cu o mică întârziere unii față de alții, astfel încât pe suprafața celulei se propagă un val.

Exemple:

• parameciul, un protist ciliat care înoată rapid datorită miilor de cili;
• epiteliul ciliat al căilor respiratorii la mamifere, ai cărui cili împing mucusul și particulele inhalate spre faringe (aici cilii transportă substanțe, nu deplasează organismul);
• unii viermi lați mici (planarii), care alunecă pe substrat prin bătaia cililor de pe fața ventrală.

Mișcarea flagelară

Mișcarea flagelară se realizează prin flageli, prelungiri lungi și puțin numeroase (de obicei 1–4). La eucariote, flagelii au aceeași structură internă ca cilii (microtubuli dispuși 9+2), iar flagelii bacteriilor au o alcătuire diferită, mai simplă, fără microtubuli.

Mecanismul:

• la eucariote, flagelul ondulează de la bază spre vârf și împinge celula în sens opus undei;
• la bacterii, flagelul se rotește ca o elice, acționat de un „motor” proteic de la baza lui.

Exemple:

• euglena, un protist flagelat de apă dulce;
• spermatozoizii, care înaintează prin mișcarea flagelului (coada);
• tripanosoma, un parazit flagelat care produce boala somnului;
• unele bacterii (Escherichia coli, Helicobacter pylori), care se deplasează prin rotația flagelilor.

Mișcarea musculară

Mișcarea musculară este forma de locomoție a animalelor pluricelulare. Se bazează pe contracția țesutului muscular, care transformă energia chimică a ATP-ului în energie mecanică.

Tipuri de țesut muscular

1. Țesutul muscular striat scheletic: formează mușchii prinși de oase prin tendoane; contracția lui este voluntară și produce mișcările corpului; fibrele musculare sunt lungi, cu mulți nuclei și cu striații transversale.
2. Țesutul muscular neted: se găsește în pereții organelor interne (stomac, intestin, vase de sânge, vezică urinară); contracția lui este involuntară, lentă și de durată, sub controlul sistemului nervos vegetativ.
3. Țesutul muscular striat cardiac: formează miocardul; contracția lui este involuntară, ritmică și automată; celulele sunt ramificate și legate prin discuri intercalare.

Mecanismul contracției musculare: teoria filamentelor glisante

Contracția mușchiului scheletic este explicată prin teoria filamentelor glisante (propusă de H. E. Huxley și J. Hanson):

1. Sarcomerul este unitatea structurală și funcțională a fibrei musculare striate; conține filamente groase de miozină și filamente subțiri de actină, care se întrepătrund.
2. Stimularea: impulsul nervos ajunge la placa motorie, unde se eliberează acetilcolină, care depolarizează membrana fibrei musculare.
3. Eliberarea ionilor de Ca²⁺: depolarizarea determină ieșirea ionilor de calciu din reticulul sarcoplasmatic.
4. Formarea punților transversale: ionii de Ca²⁺ se leagă de troponină și eliberează locurile de legare de pe actină; capetele miozinei se atașează de actină.
5. Glisarea filamentelor: capetele miozinei se înclină și trag filamentele de actină spre mijlocul sarcomerului, care se scurtează; procesul consumă ATP.
6. Relaxarea: când stimularea încetează, ionii de Ca²⁺ sunt pompați înapoi în reticulul sarcoplasmatic, punțile se desfac (tot cu consum de ATP), iar mușchiul se relaxează.

Adaptări locomotorii la diferite medii

Locomoția acvatică:

• înotul: prin mișcări ondulatorii ale corpului și ale cozii (pești), prin mișcările membrelor (broaște, țestoase marine) sau prin expulzarea unui jet de apă (meduze, caracatițe);
• corpul are, de obicei, o formă hidrodinamică (fusiformă), care reduce rezistența apei.

Locomoția terestră:

• mersul și alergarea: deplasarea pe membre, sprijinită de un schelet intern sau extern;
• târârea: deplasarea prin contracții ale musculaturii corpului (șerpi, râme);
• săritura: prin membre posterioare puternice (broaște, iepuri, canguri).

Locomoția aeriană:

• zborul: membrele anterioare sunt transformate în aripi (păsări, lilieci); sunt necesari mușchi pectorali puternici, iar la păsări oasele sunt pneumatice și corpul este acoperit cu pene;
• planarea: folosirea curenților de aer ascendenți (vulturi) sau a unor pliuri ale pielii (veverițe zburătoare).

Pentru bacalaureat, la acest capitol trebuie cunoscute mai ales oasele și mușchii membrelor la mamifere, așezarea lor și rolul lor în mișcare.