Skelett

Grundbegriff und Hauptformen

Das Skelett ist in Biologie und Anatomie der Körperbestandteil, der die Stützstruktur eines Lebewesens bildet. Es sorgt je nach Organismus für Stabilität, Schutz, Form und Bewegung. Grundsätzlich werden zwei Skelettarten unterschieden: das Exoskelett als stabile äußere Hülle eines Organismus und das Endoskelett als Stützstruktur im Inneren des Körpers.

Neben diesen Formen gibt es weitere Stützsysteme. Das Zytoskelett stabilisiert einzelne Zellen und hilft ihnen, ihre Form zu bewahren. Ein Hydroskelett nutzt Wasser im Körperinneren als kaum komprimierbares Stützmedium. Bei vielen Tieren besteht das Skelett aus festen Stoffen wie Chitin, Kalk, Silikat, Knochen oder Knorpel.

Stützsysteme von Zellen und einfachen Tieren

Das Zytoskelett dient der Stabilisierung und Formwahrung von Zellen. Außerdem ermöglicht es Zellbewegung, Transport von Stoffen innerhalb der Zelle und teilweise Signalübertragung zwischen Zellen. Es besteht aus dünnen Proteinen, die nach Bedarf auf- und abgebaut werden können. Diese faserartig verlaufenden Strukturen heißen Mikrofilamente. Bei Eukaryoten werden drei Filamenttypen unterschieden: Aktinfilamente, Mikrotubuli und Intermediärfilamente. Die Filamente der Prokaryoten sind homolog zu denen der Eukaryoten, besitzen aber einen anderen Aufbau.

Das Hydroskelett ist eine sehr einfache Skelettform, besonders bei verschiedenen wirbellosen Tieren, die als Würmer bezeichnet werden. Dabei drückt ein äußerer Hautmuskel wie ein Schlauch auf das Wasser im Körperinneren. Weil Wasser kaum komprimierbar ist, also sich kaum zusammendrücken lässt, bleibt der Körper relativ stabil.

Exoskelett

Ein Exoskelett ist eine stabile äußere Hülle. Es kommt besonders bei Gliederfüßern vor, vor allem bei Insekten, Kieferklauenträgern und Krebstieren. Da ein Exoskelett nur begrenzt mitwachsen kann, finden während der Individualentwicklung meist Häutungen statt: Die zu klein gewordene Hülle wird abgestreift.

Exoskelette können aus verschiedenen Materialien bestehen. Beispiele sind Chitin bei Gliederfüßern, Kalziumverbindungen bei Korallen, Weichtieren und einigen Vielborstern sowie Silikat bei Kieselalgen und Strahlentierchen.

Bei Insekten schützt das Exoskelett nicht nur den Körper. Es dient auch als Oberfläche für den Muskelansatz, als wasserdichter Schutz vor Austrocknung und als Sinnesorgan zur Interaktion mit der Umwelt. Es besteht aus mehreren Schichten mit vier funktionell unterschiedlichen Regionen: Epicuticula, Procuticula, Epidermis und Basallamina. Obwohl das Exoskelett der Gliederfüßer zu einem großen Teil aus Chitin besteht, trifft dies nicht hundertprozentig zu.

Endoskelett und wirbellose Beispiele

Von einem Endoskelett spricht man, wenn die Stützstruktur im Inneren des Körpers liegt. Solche Strukturen gibt es unter anderem bei Chordatieren, Stachelhäutern und Schwämmen. Ein Endoskelett gibt Halt und Stabilität und ermöglicht freie Bewegung. Echtes Endoskelett entstammt dem Mesoderm und kommt bei Chordatieren und Stachelhäutern vor.

Bei Schwämmen besteht das Skelett aus mikroskopisch kleinen kalk- oder siliciumdioxidhaltigen Skelettnadeln, den Spicula. Bei Hornkieselschwämmen kommt außerdem Spongin hinzu. Spicula werden von Sklerocyten in der Mesogloea gebildet. Je nachdem, ob sie aus Kalk oder Siliziumdioxid bestehen, spricht man von Kalk- oder Kieselschwämmen.

Das Skelett der Stachelhäuter, zu denen auch Seesterne gehören, besteht aus Calcit und einem geringen Anteil Magnesiumoxid. Es liegt unter der Oberhaut im Mesoderm und wird von Skelettbildungszellen gebildet. Das dadurch geformte Stereom ist porös, dadurch fest und zugleich leicht. Es verwächst zu Platten, den Ossikeln, die in alle Richtungen wachsen und auch den Verlust eines Körperteils ersetzen können. Bewegliche Gelenke zwischen Skelettteilen können durch Muskulatur bewegt werden.

Wirbeltiere und besondere Anpassungen

Das Skelett der Wirbeltiere und der Schädellosen besteht aus festen Elementen, die durch Skelettmuskeln gegeneinander bewegt werden können. Bei Menschen und den meisten Wirbeltiergruppen heißen diese Elemente Knochen. Ein weiterer wichtiger Baustein ist Knorpel. Bei Säugetieren findet man ihn vor allem in Gelenken; bei Knorpelfischen wie Haien besteht das ganze Skelett aus Knorpel.

Knochen bestehen aus Osteozyten, also Knochenzellen, die eine Matrix aus Kollagenen bilden. In diese Matrix werden anorganische Elemente wie Hydroxyapatitkristalle mit der Formel Ca_{5}(PO_{4})_{3}OH eingelagert. Knorpel besteht aus Chondrozyten, also Knorpelzellen, die eine wasserreiche Matrix aus Proteoglycan und Glycoproteinen bilden. Nach der Interzellulärmatrix unterscheidet man hyalinen Knorpel, elastischen Knorpel und Faserknorpel. Knochen stützen den Körper, schützen innere Organe, ermöglichen Bewegung und dienen auf zellulärer Ebene als Calcium- und Phosphatspeicher.

Das Wirbeltierskelett wird in Cranium und Postcranium eingeteilt. Das Cranium umfasst den Schädel. Das Postcranium umfasst den übrigen Teil des Skeletts und wird in axiales und appendikuläres Skelett gegliedert. Zum axialen Skelett gehören Rumpf mit Wirbelsäule, Kreuzbein, Rippen und Brustbein. Zum appendikulären Skelett gehören Gliedmaßen, Schultergürtel und Beckengürtel.

Bei Fischen besteht das Skelett entweder aus Knorpel oder aus Knochen. Ihre Flossen sind mit knöchernen Flossenstrahlen, den Radien, verstärkt. Die meisten Flossen haben keine direkte Verbindung zur Wirbelsäule, sondern werden durch Muskeln an den Flossenträgern gestützt. Bei Knochenfischen bestehen Gräten aus verknöchertem Bindegewebe in den Muskelscheiden. Vögel besitzen zur Gewichtsverringerung teilweise luftgefüllte Knochen; außerdem sind einige Knochen fusioniert, sodass ihr Skelett aus weniger Knochen besteht als das anderer Wirbeltiere. Bei Meeressäugern wurden die Vorderextremitäten zu paddelartigen Flossen umgebildet; Hinterbeine gingen bei Walen und Seekühen ganz verloren oder vereinigten sich bei Robben zu einer Schwanzflosse.

Beim Menschen macht das Skelett etwa 12 Prozent des Gesamtgewichts aus. Bei einem 75 Kilogramm schweren Menschen wiegen die Knochen also nur neun Kilogramm. Das Skelett eines erwachsenen Menschen besteht aus etwas über 200 Knochen, wobei die genaue Zahl zwischen Individuen schwankt. Die Entwicklung dauert mehrere Jahre: Der Oberarmknochen, lateinisch Humerus, verknöchert schon im Mutterleib in der 8. Woche, aber das gesamte Skelett ist erst um das 20. Lebensjahr herum vollständig entwickelt.

Bedeutung von Skelettfunden

Skelette, Skelettteile und ihre Versteinerungen gehören zu den wichtigsten fossil erhaltenen Hinterlassenschaften von Lebewesen. Oft sind sie sogar die einzigen erhaltenen Reste, besonders wenn sie aus festen Stoffen wie Kalk oder Silikat bestehen. Weichere Skelettteile, etwa aus Knorpel, bleiben meist nur unter günstigen Bedingungen erhalten. Dunkleosteus ist zum Beispiel nur durch seinen Schädel- und Nackenpanzer fossil überliefert.

Aus Fossilien ziehen Forschende Schlüsse auf Anatomie, Physiologie, Lebensweise, Verbreitung, Ausbreitung, Entstehung, Aussterben und Verwandtschaft zu anderen Arten. Das kann problematisch sein, wenn keine weiteren Quellen vorhanden sind. Ähnliche Merkmale können nämlich auch durch konvergente Evolution entstehen, also durch unabhängig entwickelte Ähnlichkeiten. Außerdem ist die fossile Überlieferung oft lückenhaft.

Auch in der Archäologie sind Skelettfunde wichtig. Die Archäozoologie bestimmt Tierarten anhand von Skelettfunden aus archäologischen Ausgrabungen und wertet Daten unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten aus. Dadurch lassen sich Jagdgewohnheiten, Domestikationsabläufe und Wirtschaftsweisen vor- und frühgeschichtlicher Gesellschaften untersuchen. Spuren an Knochen, Pathologien und Isotopensignaturen liefern außerdem Hinweise auf Klimaverhältnisse, Nahrungsnetze sowie Nahrungsnutzung und Nahrungszusammensetzung.