Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Биология

Класс Птицы. Анатомия, морфология и ароморфозы

27.5.2022
19620

На этой странице вы узнаете

  • Почему археоптериксы вымерли?
  • Различают ли попугаи смысл слов, которые они повторяют за хозяином?
  • Почему птицы не падают с веток, когда спят?
  • Как отличить испорченное яйцо от свежего?
  • Что такое “птичье молоко”?

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!

Реконструкция археоптерикса

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:

Почему археоптериксы вымерли?

Как и большинство переходных форм, археоптерикс является вымершим животным. Но почему они не населяют планету до сих пор? Дело в том, что переходные формы — только “набросок” эволюции на то, как будут выглядеть животные в будущем. Потом появляются более совершенные организмы, которые вытесняют своих предков. Так случилось и с археоптериксом — появились птицы, которые быстрее летают, дольше живут, и герою нашей истории пришлось покинуть эволюционную арену.

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:

  • появляются перья,
  • обтекаемая форма тела,
  • срастаются хвостовые позвонки.

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.

Типы перьев

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.

Вентиляция лёгких у птиц

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.

Сердце птицы

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.
Почему спящие птицы не падают с веток?

Птицы не падают с веток во время сна, потому что мышцы ног находятся в напряжении. Эти мышцы длинными сухожилиями соединены с пальцами. Когда птица садится, мышцы сокращаются, сухожилия натягиваются и пальцы сжимаются. Во сне птица не может выпрямить ноги: во сне ее тело неподвижно. Поэтому пальцы не выпускают опору. Просыпаясь, она приподнимает тело, сухожилия расслабляются, и замок “расщелкивается”.
  • 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

Строение скелета птицы

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.

Различают ли попугаи смысл слов, которые они повторяют за хозяином?

Различают. Это установила доктор психологических наук Айрин Пеппеберг при изучении когнитивных особенностей серых африканских попугаев. Она обучила попугая Алекса различать цвета, формы и числительные. После этого Алекс смог правильно отвечать на вопросы «Предметов какого цвета больше?» или «Сколько зелёных кубиков?» Попугаи точно понимают, о чем говорят.

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.

Строение яйца

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.

Как отличить испорченное яйцо от свежего?

По объему воздушной камеры можно определить, свежее яйцо или нет. Логика проста: чем дольше живет зародыш, тем больше углекислого газа скапливается в воздушных камерах. Вареное яйцо не первой свежести после очистки будет иметь углубление на толстом конце, свежее же будет двояковыпуклым.

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. 

Что такое “птичье молоко”?

Многие птицы вскармливают своих птенцов пищей, запасенной в зобе — расширении пищевода. У некоторых воробьиных этот зоб может вырабатывать вещества, по химической структуре похожие на молочные жиры. Они примешиваются к пищевому комку, и рацион птенцов становится еще богаче. Таким образом, птичье молоко всё-таки существует!

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

Задание 1.

Из перечисленных ниже организмов выберите переходную форму между рептилиями и птицами.

  1. латимерия
  2. ихтиостега
  3. зверозубый ящер
  4. археоптерикс

Задание 2.

Выберите усложнение скелета птиц.

  1. конечности под туловищем
  2. увеличение количества позвонков
  3. появление киля и цевки
  4. исчезновение голени

Задание 3.

К ароморфозам класса Птицы относится…

  1. трёхкамерное сердце
  2. мезодерма
  3. губчатые лёгкие
  4. увеличение длины толстого кишечника

Задание 4.

Заботу о потомстве обусловливает прогрессивное развитие…

  1. кровеносной системы
  2. нервной системы
  3. дыхательной системы
  4. выделительной системы

Задание 5.

Какая структура яйца отвечает за питание зародыша?

  1. желток
  2. белок
  3. канатики
  4. воздушные камеры

Ответы: 1 — 4; 2 — 3; 3 — 3; 4 — 2; 5 — 1.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов