Класс Птицы. Анатомия, морфология и ароморфозы
Чего только не выдумывают люди, чтобы подняться в воздух: самолёты, вертолёты, воздушные шары и дирижабли… Каждый из нас хоть разочек, но мечтал когда-нибудь научиться парить в воздухе и перемещаться по миру без дорог. Но, к сожалению, сами по себе мы летать не можем. А вот у птиц это замечательно получается! Предлагаю погрузиться в изучение анатомии и морфологии птиц, и узнать, как им удается летать.
Происхождение птиц
Считается, что птицы произошли от древних пресмыкающихся. Этому есть палеонтологические доказательства: ученые при раскопках находили останки удивительных животных. С помощью специальных методов был определен их приблизительный возраст — около 150 млн лет!
Имя одной из таких чудесных зверушек — археоптерикс. Его называют “переходной формой” между рептилиями и птицами.
Переходная форма — промежуточное звено эволюции между двумя крупными таксонами.
Как выглядел археоптерикс?
Внешний вид археоптерикса
Археоптерикс выглядел, как полурептилия-полуптица. В его строении были признаки обеих групп животных. Рассмотрим их подробнее:
Морфология и анатомия птиц
Всё тело птиц — сплошное приспособление к полёту. Всё, что мешает летать, в ходе эволюции у них редуцируется, а всё, что помогает — появляется. Значит, чтобы вспомнить все ароморфозы птиц, нам нужно думать так, будто мы конструируем самолёт.
Проблема 1: ветер
Первая проблема воздушной среды — турбулентные завихрения. Так называют потоки воздуха, которые цепляются за тело и не дают ему нормально двигаться. Вспомните сами: в ветреную погоду гораздо проще гулять в застегнутой куртке, чтобы ветер не цеплялся за верхнюю одежду и не осложнял движение.
Как справиться с завихрениями?
Нужно сделать так, чтобы воздуху было не за что цепляться. Форма тела должна стать обтекаемой, как у самолета. Для этого у птиц:
Какими бывают перья?
- Контурное покровное делает тело обтекаемым, придает окраску. Они покрывают всё тело, поэтому называются “покровными”.
- Контурное маховое покрывает крылья. Машем крыльями — значит, маховые перья именно там.
- Контурное рулевое образует хвост. Хвост для птицы — это руль, следовательно, рулевые перья покрывают хвост.
- Пуховые осуществляют теплоизоляцию. Как и пуховик, пух сохраняет тепло в воздушных полостях между пёрышками.
- Нитевидные перья расположены под контурными, выполняют функцию осязания.
- Щетинки, располагающиеся вокруг рта, участвуют в захвате пищи.
Проблема 2: вес
Следующая проблема, которую нужно решить, — вес тела. Попробуйте бросить вверх пустую бутылку и бутылку, наполненную водой. Конечно, вторая упадет быстрее: на неё действует большая сила тяжести. Итак, нам нужно как-то похудеть для полета!
Для облегчения тела у птиц:
- исчезают зубы,
- формируются полые кости,
- редуцируется мочевой пузырь,
- укорачивается толстая кишка.
Полые кости называются так потому, что в них есть полости — пространства, заполненные воздухом.
У позвоночных животных моча накапливается в мочевом пузыре. У птиц этот орган отсутствует за ненадобностью — скопившаяся там моча утяжеляет тело, а в полёте это невыгодно. Образовавшаяся моча сразу выходит наружу. Поэтому, если пролетающая мимо птичка испачкала вашу машину — это не месть за то, что вы её не покормили, а естественный физиологический процесс.
Проблема 3: энергия
Ещё одна проблема — для полёта нужно много энергии. Сравните: для преодоления 1 км пути пассажирский самолёт Boeing 737-300 тратит 2600 кг топлива, а газель — всего около 5-6 кг. Теперь порассуждаем: откуда живые клетки берут энергию, и как добыть её как можно больше?
Наиболее выгодный вариант получения энергии — кислородный этап обмена веществ. На этом этапе образуется целых 36 молекул АТФ! О различиях этапов энергетического обмена Вы можете подробнее прочитать в статье «Фотосинтез, хемосинтез, энергетический обмен». Но тут снова возникает сложность — для того, чтобы кислородный этап протекал нормально, нужно поставлять к клеткам много кислорода.
Чтобы активно снабжать клетки кислородом, птицам нужны:
- губчатые лёгкие и воздушные мешки,
- четырёхкамерное сердце и четкое разделение артериальной и венозной крови,
- теплокровность.
Губчатые лёгкие птиц имеют большую площадь газообмена, чем ячеистые легкие пресмыкающихся. Посмотрите на их строение — перегородок стало гораздо больше!
Кроме того у птиц появляются воздушные мешки. В них на вдохе попадает дополнительная порция воздуха, которая может использоваться, когда происходит выдох. Так мы получаем еще больше кислорода: газообмен происходит и на вдохе, и на выдохе.
Четырёхкамерное сердце необходимо, чтобы кровь не смешивалась. Перегородка в желудочке не даёт перемешиваться артериальной и венозной крови. Таким образом, ткани питает артериальная кровь, в которой концентрация кислорода гораздо больше, чем в смешанной.
Большинство химических реакций (в том числе и окисление веществ) протекает быстрее при нагревании. Поэтому птицам важно всегда поддерживать достаточно высокую температуру тела. Например, для голубя нормальная температура тела = 43,5 ℃. Эта особенность позволяет называть птиц теплокровными или гомойотермными животными.
Гомойотермность — способность поддерживать постоянную температуру тела.
Птицы в полете
Отлично! Мы с вами продумали все “воздушные” проблемы, и теперь тело полностью готово к полёту.
Но как оторвать тело от земли?
- Для того, чтобы всё-таки взлететь, необходимо с силой оттолкнуться от поверхности. Сильный толчок помогает осуществить цевка. Это дополнительная кость нижней конечности птиц, которая соединяет пальцы и голень. Цевка также способствует амортизации при приземлении — чтобы лапка не сломалась при быстрой посадке, нужно её укрепить! Кроме того к цевке прикрепляются сухожилия, которые позволяют птицам не падать во сне.
- В момент взлёта птицы делают сильный взмах крыльями. Чтобы этот первый взмах был достаточной силы, и крылья не уставали в процессе полёта, грудные мышцы птиц очень развиты. Давно ли вы разделывали куриную грудку? Вспомните, какая она толстая — таким мышцам позавидует любой бодибилдер! Грудные мышцы птиц прикрепляются к особому выросту грудины — килю.
Ну всё, с таким строением тела мы точно может оторваться от земли и полететь! Теперь осталось последнее — правильно управлять им, чтобы полететь именно туда, куда нужно.
А управлять телом в воздушной среде гораздо сложнее, чем на земле! Только представьте — мы с вами двигаемся только в направлениях “вперед-назад” и “вправо-влево”, а у птиц появляется ещё одна ось движения — “вверх-вниз”. Нужен сложный бортовой компьютер, который будет контролировать положение тела в пространстве.
Отдел мозга, отвечающий за координацию движений, называется “мозжечок”. У птиц он очень хорошо развит, поэтому они отлично владеют телом на большой высоте.
У птиц увеличивается и развивается кора больших полушарий — отдел, отвечающий за сложное поведение. Именно поэтому птицы способны к примитивным мыслительным процессам: например, у них очень хорошая память. Вспомните попугаев-говорунов: они с точностью до звука воспроизводят слова дрессировщика.
Давайте резюмируем всё вышесказанное и перечислим основные ароморфозы птиц:
- прогрессивное развитие нервной системы;
- губчатые легкие, появление воздушных мешков;
- четырехкамерное сердце, теплокровность;
- перья — роговые образования;
- превращение передних конечностей в крылья.
Развитие птиц
Зародыш птицы развивается в яйце. Давайте подробно разберем, зачем птицы несут яйца и почему их детёныши не могут рождаться так же, как у млекопитающих!
В первую очередь яйцо необходимо для защиты зародыша от высыхания — он не сможет жить без воды. Для этого в яичном белке содержится большое количество влаги. А в желтке есть запас белков — из него эмбрион получает питание до вылупления.
Кроме белка и желтка в строении яйца выделяют скорлупу, канатики и воздушные камеры.
Функции структур яйца
Скорлупа отделяет содержимое яйца от внешней среды. Но зародыш должен как-то получать кислород для дыхания — иначе он просто задохнётся в этом плотном “скафандре”. Для этого в скорлупе имеются многочисленные поры — через них заходит кислород и выходит углекислый газ. Однако весь углекислый газ не может выходить через маленькие поры — он скапливается в воздушных камерах.
Канатики же нужны для того, чтобы поворачивать зародышевый диск к более тёплой стороне — к той, с которой мать-наседка греет яйцо своим телом.
Развитие у птиц прямое, то есть из яйца вылупляется детёныш, который очень похож на взрослую особь.
Как мы уже говорили ранее, у птиц хорошо развит передний мозг, отвечающий за сложное поведение. Это делает возможным заботу о потомстве.
Вспомните мультфильм “Пингвинёнок Лоло”, в котором пингвинят разлучили с родителями. Какие только опасности не преследовали главных героев: пришлось спасаться от хищников и браконьеров, самостоятельно искать еду, бороться с конкурентами за место гнездования. На ранних этапах развития птиц все эти проблемы решают родители: они кормят своих детёнышей, учат их летать и искать пропитание, защищают от хищников. Это способствует большей выживаемости птенцов и популяции в целом.
Фактчек
- Птицы произошли от пресмыкающихся. Переходная форма — археоптерикс.
- Для облегчения веса в костях птиц есть полости, редуцируются хвостовые позвонки, мочевой пузырь и укорачивается кишечник.
- Для восполнения энергетических потребностей у птиц формируются губчатые лёгкие, воздушные мешки, четырёхкамерное сердце.
- В скелете птиц дополнительно образуются киль и цевка.
- Развитые передний мозг и мозжечок нужны для управления телом в полёте.
- Птицам свойственна забота о потомстве.
Проверь себя
Из перечисленных ниже организмов выберите переходную форму между рептилиями и птицами.
Выберите усложнение скелета птиц.
- конечности под туловищем
- увеличение количества позвонков
- появление киля и цевки
- исчезновение голени
К ароморфозам класса Птицы относится…
- трёхкамерное сердце
- мезодерма
- губчатые лёгкие
- увеличение длины толстого кишечника
Заботу о потомстве обусловливает прогрессивное развитие…
- кровеносной системы
- нервной системы
- дыхательной системы
- выделительной системы
Какая структура яйца отвечает за питание зародыша?
Ответы: 1 — 4; 2 — 3; 3 — 3; 4 — 2; 5 — 1.
Источник
5. Размножение и развитие Птиц
Птицы, как и другие позвоночные, являются раздельнополыми животными. У них наблюдается половой диморфизм, т. е. самки и самцы имеют внешние отличия.
Размножаются птицы яйцами . Яйца образуются и развиваются в яичниках и яйцеводах самок. У птиц только один левый яичник (связано с полётом). Органы размножения самцов — парные семенники.
Яйцеклетка птиц — это желток . Вокруг него в яйцеводе формируются оболочки — белковая, подскорлуповая и скорлуповая.
В желтке имеется достаточное количество питательных веществ и воды, чтобы мог сформироваться птенец. Желток крепится в яйце канатиками — халазами . Он находится в подвешенном состоянии и может поворачиваться так, что зародыш всегда располагается сверху.
Белок состоит из воды и органических веществ. Его функции — защита зародыша и обеспечение его водой. Белок покрыт двумя тонкими, похожими на пергамент подскорлуповыми оболочками, которые на тупом конце яйца разделяются и образуют воздушную камеру.
Скорлупа выполняет функции защиты и газообмена. Газообмен возможен только благодаря пористости скорлупы.
Для развития зародыша нужна повышенная температура (примерно \(38\) Сº ). Поэтому птицы насиживают свои кладки яиц (высиживают птенцов). Яйца насиживает один из родителей или оба по очереди. Срок развития птенцов разный — от \(11\) до \(85\) суток.
Все птицы заботятся о потомстве: находят для него корм, согревают, защищают от хищников и обучают летать птенцов.
У голубей, ласточек, стрижей, воробьёв и многих других птиц птенцы выходят из яиц голыми и слепыми. Родителям приходится некоторое время кормить их в гнезде, поэтому такие птенцы называются гнездовыми
- создание пар;
- строительство гнезда;
- откладывание яиц;
- насиживание яиц;
- выкармливание птенцов;
- обучение птенцов полёту.
- линька и накопление жира;
- сбор в стаи и перемещение на небольшие расстояния в поисках пищи;
- увеличение длительности перемещений (миграций), превращение их в кочёвки или перелёты.
Источник