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Körper: Skelett

Das Skelett (medizinisch-fachsprachlich (Anthropotomie) auch Skelet; gr.: skeletos ausgetrockneter Körper, Mumie) ist in der Biologie ein Körperbestandteil, der die Stützstruktur des Organismus bildet. Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Skelettarten: Das Exoskelett, das eine stabile, äussere Hülle eines Organismus bildet, und das Endoskelett, das eine Stützstruktur im Inneren des Körpers ist.

Im übertragenen Sinn versteht man in der Technik unter einem Skelett auch eine tragende Struktur beispielsweise eines Gebäudes.

Zytoskelett

Endothelzellen unter dem Mikroskop. Die Mikrotubuli sind in grün, Aktinfilamente sind in rot markiert worden. Die Zellkerne sind blau markiert.
Endothelzellen unter dem Mikroskop. Die Mikrotubuli sind in grün, Aktinfilamente sind in rot markiert worden. Die Zellkerne sind blau markiert.

Das Zytoskelett (gr. kytos – Zelle) dient zur Stabilisierung und Formwahrung der Zellen. Weiterhin können sich Zellen mit dessen Hilfe bewegen und Stoffe in ihrem Inneren transportieren. Ausserdem übernehmen Teile des Zytoskeletts auch Aufgaben in der Signalübertragung zwischen Zellen. Es besteht aus dünnen Proteinen, die die Zelle je nach Bedarf auf- und wieder abbauen können. Diese werden als Filamente bezeichnet und verlaufen wie Fasern in alle Richtungen durch die Zelle. Bei Eukaryoten werden drei verschiedene Typen von Filamenten unterschieden: Aktinfilamente, Mikrotubuli und Intermediärfilamente. Die Filamente der Prokaryoten sind zwar homolog zu denen der Eukaryoten, besitzen jedoch einen anderen Aufbau.

Hydroskelett

Die einfachste Skelettform, die vor allem bei verschiedenen Wirbellosen Tieren auftaucht, die als Würmer bezeichnet werden, ist das Hydroskelett, bei dem der äussere Hautmuskel wie ein Schlauch das Wasser im Inneren des Körpers zusammendrückt. Da Wasser kaum komprimierbar ist (d.h. sich nicht zusammendrücken lässt), wird der Körper relativ stabil.

Exoskelett

Kopf einer Ameise
Kopf einer Ameise

Andere Tiere, vor allem die Gliederfüsser (Arthropoda), und hier besonders Insekten, Kieferklauenträger und Krebstiere, haben Exoskelette entwickelt. Da diese nur begrenzt mitwachsen können, finden in der Individualentwicklung zumeist Häutungen statt, bei denen die während des Wachstums zu klein gewordenen Hülle abgestreift wird.

Exoskelette können aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispiele hierfür sind Knochen und Knorpel (Schildkröten und Panzerfische), Chitin (Gliederfüsser), Kalziumverbindungen (Korallen, Mollusken und einige Vielborster) oder Silikat (Kieselalgen und Strahlentierchen).

Das Exoskelett von Insekten dient nicht nur als Schutz, sondern auch als Oberfläche zum Muskelansatz, als wasserdichter Schutz vor Austrocknung und als Sinnesorgan zur Interaktion mit ihrer Umwelt. Es besteht aus mehreren Schichten mit vier funktional unterschiedlichen Regionen: Epicuticula, Procuticula, Epidermis und Basallamina[1]. Obwohl das Exoskelett der Gliederfüsser zum Grossteil aus Chitin besteht, trifft dies nicht hundertprozentig zu.

Endoskelett

Vom Endoskelett spricht man, wenn die Stützstruktur der Tiere sich innerhalb des Körpers befindet. Diese Strukturen findet man etwa bei Chordatieren, Stachelhäutern und Schwämmen. Ein Endoskelett gibt dem Körper Halt und Stabilität und ermöglicht ihm die freie Bewegung. Echtes Endoskelett entstammt dem Mesoderm, diese Art von Skelett findet sich in den Chordatieren und den Stachelhäuter.

Schwämme

Spicula eines Pachastrelliden
Spicula eines Pachastrelliden

Das Skelett der Schwämme besteht aus mikroskopisch kleinen kalk- oder siliziumdioxidhaltigen Spiculae. Weiterer Bestandteil bei den Hornkieselschwämmen (Demospongiae) ist Spongin. Die Spiculae werden von Sklerocyten, einer Zellart im Mesogloea (bindegewebsartige Mittelschicht) gebildet. Je nachdem, ob die Spiculae aus Kalk oder Siliziumdioxid gebildet werden, spricht man von Kalk- oder Kieselschwämmen.

Stachelhäuter

Das Skelett der Stachelhäuter, zu denen auch die Seesterne gehören, besteht aus Calcit und einem geringen Magnesiumoxidanteil. Es liegt unterhalb der Aussenhaut (Epidermis) im Mesoderm und wird innerhalb von Zellverbänden von Skelettbildungszellen (Sclerocyten) gebildet. Dieses von den Sklerocyten geformte Gebilde (Stereom) ist porös und deshalb fest und zugleich leicht. Es verwächst zu Platten (Ossikel), das in alle Richtungen wachsen kann und somit auch den Verlust eines Körperteils ersetzen kann. Gelenke, die einzelne Skelettteile verbinden, können durch die Muskulatur bewegt werden.

Chordatiere

Das Skelett der Wirbeltiere und der Schädellosen besteht aus festen Elementen, die über Skelettmuskeln gegeneinander bewegt werden können. Bei Menschen und generell bei den meisten Wirbeltiergruppen werden diese Elemente als Knochen bezeichnet. Weiterer wichtiger Baustein von Endoskeletten sind die Knorpel. Bei Säugetieren findet man sie überwiegend in den Gelenkbereichen. Bei anderen Tieren, wie den Knorpelfischen, zu denen die Haie zählen, ist das Skelett gänzlich aus Knorpeln aufgebaut.

Während Knochen aus Osteozyten (spezifische Zellen des Knochens) besteht, die um sich herum eine Matrix aus Collagen aufbauen, in die inorganische Elemente wie Hydroxyapatitkristalle (Ca5(PO4)3OH) eingelagert werden, besteht Knorpel aus Chondrozyten (spezifische Zellen der Knorpel), die um sich herum eine wasserreiche Matrix aus Proteoglycan und Glycoproteinen aufbauen. Anhand der Interzellulärmatrix wird zwischen hyalinem, elastischem und Faserknorpel unterschieden.

Knochen bilden neben ihrer Stützfunktion des Körpers und Schutzfunktion für die inneren Organe die mechanische Grundlage, die erst eine Bewegung ermöglicht. Ausserdem dienen sie, auf zellulärer Ebene, als Kalzium- und Phosphatspeicher.

Wirbeltiere

Dem Skelett der Wirbeltiere sind viele Gemeinsamkeiten ansehbar, trotzdem unterscheidet es sich, je nach Lebensraum und Anforderungen, teilweise erheblich. Mit diesen Gemeinsamkeiten und Unterschieden beschäftigt sich die Vergleichende Anatomie.

Fische
Das Skelett der Fische besteht entweder aus Knorpel (Knorpelfische) oder Knochen (Knochenfische). Die Hauptmerkmale der Fische, die Flossen, sind mit knochigen Flossenstrahlen (Radien) verstärkt. Dabei sind die paarigen Brust- und Bauchflossen mit dem Schulter- bzw. Beckengürtel verbunden, die Unpaarigen hingegen sind durch Flossenträger (Radiale) mit der Wirbelsäule verwachsen. Die Gräten bestehen aus verknöchertem Bindegewebe in den Muskelscheiden der Knochenfische.
Vögel
Um das Gewicht möglichst gering zu halten, sind einige der Vogelknochen luftgefüllt.
Walskelett
Walskelett
Meeressäuger
Um eine Fortbewegung im Wasser zu erleichtern bzw. erst zu ermöglichen haben sich bei den Meeressäugern die Vorderextremitäten zu paddelartigen Flossen umentwickelt. Die Hinterbeine gingen entweder gänzlich verloren, wie zum Beispiel bei den Walen und Seekühen oder vereinigten sich zu einer einheitlichen Schwanzflosse (Robben).


Mensch
Menschliches Skelett
Menschliches Skelett
Das menschliche Skelett besteht aus ca. 206 Knochen (genaue Zahlen schwanken zwischen Individuen) und wird in einen axialen und einen Extremitätenteil unterschieden. Das axiale Skelett besteht aus Schädel, Hals, und Rumpf. Zum Extremitätenskelett werden die Knochen der Arme und Beine sowie Schulter- und Beckengürtel gezählt.
Das menschliche Skelett braucht mehrere Jahre, bis es vollständig entwickelt ist. Obwohl der Oberarmknochen (Humerus) bereits im Mutterleib (8. Woche) verknöchert (ossifiziert), ist das Skelett erst um das 20. Lebensjahr herum vollständig entwickelt.



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