Какие особенности внешнего и внутреннего строения птиц являются приспособлением к воздушной среде обитания? И к полёту?
Внешнее строение.
Первое, это, конечно, сами крылья — видоизменение передних конечностей.
Второе — обтекаемая каплевидная форма тела, позволяющая затрачивать на полет меньше усилий из-за оптимизации обтекания тела воздухом.
Третье — наличие и строение перьев. Покровные перья завершают оптимизацию формы тела, заглаживая все физиологические неровности тела птицы. Например, многие птицы в полете прячут в перо лапы. Строение пера так же приспособлено к полету. Тонкий и прочный стержень из кератина, полый внутри, дает перу достаточную прочность и одновременно малый вес, что важно для полета. Тонкие и плотно сцепленные между собой бородки покровных перьев создают гладкие обводы тела птицы, такая «обшивка» заметно снижает сопротивление тела потоку воздуха. Тот же стержень и бородки маховых и рулевых перьев, в сочетании с управляющими перьями мышцами позволяют управлять режимами полета весьма эффективно. А пуховые перья, плотно покрывающие тело птицы минимизируют потери тепла в потоке воздуха. Без плотного пухового покрова птице, особенно зимой, было бы гарантировано переохлаждение.
Внутреннее строение.
Скелет. Все крупные кости скелета птиц тонкостенные и полые и некоторые заполнены воздухом. Одновременно скелет в целом весьма подвижен и упруг, что позволяет компенсировать без переломов заметные переменные нагрузки на него, возникающие в полете. Дополнительно можно отметить Y-образное строение грудинной кости птиц. Острое ребро грудины называется килем, к нему прикрепляются грудные летательные мышцы.
Водный баланс.
Птицы, относительно млекопитающих, мало пьют. В их организме оптимизирован оборот жидкости, в частности, обратное всасывание жидкости из помета и мочи. Моча вообще не выделяется в жидком виде — только в виде пастоообразных влажных уратов. Кроме того, у птиц отсутствуют потовые железы — в результате, с одной стороны, удается избежать переохлаждения в полете, когда затрачиваемая энергия и скорость потока воздуха максимальны, а с другой — избежать потерь той же воды.
Сердечно-сосудистая система и метаболизм.
Диапазон нормальных частот сердечных сокращений у птиц в состоянии покоя может различаться в десятки раз. К примеру, у голубя — от от 60 до 600 сокращений в минуту. Таким образом, диапазон скорости метаболизма весьма широк — что дает возможность быстро нарастить его в процессе полета, довольно энергозатратного способа передвижения. Заметно изменяется у птиц и температура тела — от 40,5-41 градуса в покое до 43-44 в полете. Регулирование температуры тела происходит за счет усиленной вентиляции органов дыхания и испарения из них некоторого количества воды — долго и активно летавшая птица часто дышит с приоткрытым клювом.
Дыхательная система.
О ее устройстве можно говорить много и долго. Начнем с того, что у птиц кроме трахеи, парабронхов и легки есть особые приспособления — воздушные мешки. При вдохе в них закачивается воздух, при выдохе этот воздух выталкивается. Причем объем этих воздушных мешков на порядок больше, чем объем легких у млекопитающего такого же размера. В легких у птиц отсутствуют пузырьки-альвеолы, структура легких — это сеть тонких трубок, через которые воздух проходит как на вдохе, так и на выдохе. Таким образом, газообмен на единицу площади легкого как минимум вдвое эффективнее. Система вентиляции легких и воздушных мешков у птиц имеет своеобразное «автоматическое регулирование» — легкие расположены на спине, при этом в процессе движения крыльев легкие и воздушные мешки весьма активно сжимаются и расширяются — следовательно, скорость газообмена регулируется в зависимости от конкретного момента полета. Получается, что сам процесс полета устанавливает нужную скорость газообмена и, как следствие, метаболизма в организе птицы.
Мускулатура.
Основная масса мышц у птицы сконцентрирована на груди — именно эти мышцы и несут основную нагрузку при полете (а вот мышцы, расположенные непосредственно на крыле, предназначены лишь для изменения конфигурации крыла, но не для собственно полета) .
Большинство представителей класса птиц освоили наземно-воздушную среду обитания. Приспособление птиц к полету обусловлено особенностями их внешнего и внутреннего строения. В данной статье рассмотрим эти аспекты более подробно. Признаки приспособления птиц к полету
Основными признаками, позволяющими пернатым освоить воздушную среду являются: — перьевой покров;
— видоизменение передних конечностей в крылья;
— теплокровность;
— легкий скелет;
— наличие специальной кости — киля;
-двойное дыхание;
— укороченный кишечник;
— отсутствие одного яичника у самок;
— хорошо развитая нервная система.
Эти особенности строения иллюстрируют, как птицы приспособлены к полету.
Источник
4. Дыхательная система Птиц. «Двойное дыхание»
Воздух проходит через ноздри в дыхательные пути : носовую полость, гортань, трахею, бронхи — и далее в лёгкие и воздушные мешки .
- носовая полость;
- гортань (верхняя и нижняя (певчая), выполняющая функцию голосового аппарата);
- трахея;
- бронхи.
Газообмен происходит в ветвящихся бронхиолах лёгких. Лёгкие птиц отличаются сложным губчатым строением.
Бронхи, заходя в лёгкие, многократно ветвятся и заканчиваются в полостях, а некоторые, выйдя из лёгких, расширяются, образуя воздушные мешки.
На концах части бронхов образуются тонкостенные полости — воздушные мешки, которые располагаются между внутренними органами и внутри костей.
- участвуют в дыхании при полёте (двойное дыхание);
- обеспечивают охлаждение организма в полёте;
- уменьшают плотность и массу тела.
Когда птица находится в состоянии покоя (не в полёте), дыхание происходит без участия воздушных мешков.
В полёте воздух, насыщенный кислородом, проходит через лёгкие птиц \(2\) раза — при вдохе и при выдохе (при выдохе он перемещается в лёгкие из воздушных мешков). Такой механизм дыхания птиц называется двойным дыханием .
трахея — бронхи — задние воздушные мешки — лёгкие (газообмен!) — передние воздушные мешки — трахея — выход воздуха наружу.
Источник
3.4. Органы дыхания у птиц
Высочайшая потребность птиц в кислороде отразились на строении их воздухоносных путей и легких, а также привела к появлению воздушных мешков.
Воздухоносные пути у птиц начинаются носовыми отверстиями (ноздрями) в клюве. Вход в них окружен венчиком из перьев, предотвращающих проникновение пыли и воды (у водоплавающих птиц ноздри дополнительно окружены восковой кожицей) в носовую полость. Из нее воздух через хоаны и ротоглоточную полость поступает в верхнюю гортань. Здесь надгортанного хряща нет, а его функцию при глотании выполняет поперечная складка слизистой оболочки и задняя часть языка. Верхняя гортань переходит в длинную трахею, которая состоит из большого числа (у кур от 100 до 130, а у гусей — до 200) замкнутых колец. В конце трахеи расположена нижняя, или певчая гортань. Она представляет собой (рис. 3) расширение, которое через две голосовые щели, открывается в правый и левый главные (или первичные) бронхи.
1 — трахея; 2 — расширение гортани; 3 — мостик;
4 — наружная голосовая мембрана; 5 — внутренняя голосовая мембрана; 6 — главные бронхи.
Стенки голосовых щелей при выдохе способны колебаться со звуковыми частотами, а расширение нижней гортани усиливает образующийся звук (резонатора). Поэтому, нижняя гортань наряду с функцией воздухоносных путей, способна формировать голос птиц.
Каждый главный бронх (правый и левый) идет от нижней гортани к легкому на своей стороне.
Легкие птиц расположены в грудобрюшной полости (у птиц имеются лишь зачатки диафрагмы) слева и справа от позвоночника. Они являются упругими (у млекопитающих они эластичные), а их дорсальная поверхность соединена с ребрами. Легкие состоят из системы открытых с обоих концов трубочек, в которых воздух движется только в одном направлении. Эти трубочки образуются при последовательном делении правого (в правом легком) и левого (в левом легком) первичных бронхов на вторичные эндо- и эктобронхи. В дорсальной части легкого преимущественно образуются эндобронхи, а в вентральной — эктобронхи. Эндобронхи проникают в паренхиму легкого и там последовательно распадаются на множество более мелких парабронхов и оплетенных кровеносными сосудами воздушных капилляров (здесь происходит обмен газов между воздухом и кровью). Эктобронхи почти не проникают в паренхиму легкого, а выходят из него и образуют слепые выросты, названные воздушными мешками.
Воздушные мешки расположены между внутренними органами, между мышцами, под кожей, а некоторые (особенно у хищных птиц) даже соединяются с полостями пневматических костей (шейные и спинные кости, позвонки, плечевая, грудная и крестцовая кости, позвоночные концы ребер). Поэтому через их выступающий обломок птица может дышать при повреждении гортани и трахеи. К основным воздушным мешкам относятся четыре парных (шейные, переднегрудные, заднегрудные и брюшные) и один непарный (ключичный). По локализации и вкладу во внешнее дыхание их делят на передние (шейные, ключичный и переднегрудные) и задние (заднегрудные и брюшные) воздушные мешки. Их общий объем в несколько раз больше легких.
Газообмен в воздушных мешках не происходит, а основная их функция заключается в обеспечении вентиляции легких (втягивают и выталкивают воздух). Кроме того, воздухоносные мешки обеспечивают охлаждение птиц, снижают плотность ее тела, служат резервуаром воздуха, способствуют нормальному положению тела при полете, выполняют роль амортизатора для внутренних органов при резких перемещениях, а также улучшают прохождение кишечного содержимого и выделение помета.
Таким образом, органы дыхания и малый круг кровообращения способствуют газообмену между альвеолами легких и кровью. Затем, насыщенная кислородом артериальная кровь должна быть доставлена к клеткам, а образовавшийся в них избыток углекислого газа уже с венозной кровью — поступить в структуры, обеспечивающие его выход в окружающую среду.
Следовательно, дыхание у животных с легочным типом дыхания можно разделить на следующие этапы:
- внешнее дыхание или вентиляция легких;
- обмен газов между альвеолами легких и кровью капилляров малого круга кровообращения;
- транспорт газов кровью;
- газообмен между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей;
- внутреннее (клеточное или тканевое) дыхание.
Источник