Птицы. Класс птиц
Содержание
- Введение
- Скелет
- Кожный покров
- Аппарат пищеварения
- Аппарат дыхания
- Строение дыхательной системы
- Дыхательная система
- Газообмен
- Дыхательный центр, его функция
- Взаимосвязь дыхания и кровообращения
- Система кровообращения
- Вывод
- Список используемой литературы
Введение. Кратко о классе.
Птицы (лат. Aves) - это теплокровные существа, дышащие воздухом. В настоящее время в мире существует свыше 9 тысяч видов птиц, подразделенных на 28 отрядов. Все птицы относятся к классу яйцекладущих. Их тело покрыто перьями, голова маленькая, снабженная клювом, полые кости, есть дополнительные воздушные мешки, их передние конечности преобразованы в крылья. Крылья у птиц прикреплены к жесткой грудной клетке с хорошо развитыми гребнями грудины. Мускулы, позволяющие птицам летать, составляют почти 15% их общего веса. Птицы являются единственными(за исключением летучих мышей) летающими позвоночными.
Класс птиц хорошо обособленная группа позвоночных животных, сохраняющая много морфологических особенностей, общих с предками пресмыкающимися, но также имеет множество мелких морфологических преобразований всех систем органов, которые резко повышают общий уровень жизнедеятельности (интенсификация обмена веществ, усложнение поведения и т. д).
Скелет.
Скелет птиц характеризуется замечательной легкостью и жесткостью. Его облегчение достигнуто благодаря редукции ряда элементов, особенно в конечностях, и появлению внутри определенных костей воздухоносных полостей. Жесткость обеспечивается срастанием многих структур.
Для удобства описания выделяют осевой скелет и скелет конечностей. Первый включает череп, позвоночник, ребра и грудину. Второй образован дуговидными плечевым и тазовым поясами и причлененными к ним костями свободных конечностей передней и задней.
Череп. Строение черепа птиц сходно со строением черепа пресмыкающихся, но отличается большой легкостью, объемной мозговой коробкой, которая заканчивается клювом, а с боков несет огромные глазницы. У взрослой птицы кости черепной коробки срастаются до полного исчезновения швов. Для черепа птиц характерны огромные глазницы, соответствующие очень крупным глазам этих животных. Мозговая коробка прилегает к глазницам сзади и как бы потеснена ими. Сильно выступающие вперед кости образуют беззубые верхнюю и нижнюю челюсти, соответствующие надклювью и подклювью. Ушное отверстие расположено под нижним краем глазницы почти вплотную к ней. В отличие от верхней челюсти человека, у птиц она подвижна благодаря особому шарнирному причленению к мозговой коробке.
Рис. 1. Скелет птицы:
1 нижняя челюсть; 2 череп; 3 шейные позвонки; 4 грудные позвонки; 5 плечевая кость; 6 кости пясти и пальцев; 7кости предплечья; 8лопатка; 9 ребра; 10 таз; 11 хвостовые позвонки; 12 копчиковая кость; 13 бедренная кость; 14 кости голени; 15 цевка; 16 фаланги пальцев; 17 киль грудины; 18 грудина; 19 коракоид; 20 ключица.
Позвоночник, как и у всех наземных позвоночных, состоит из пяти отделов шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового. Большую подвижность сохраняет лишь шейный отдел. Грудные позвонки малоподвижны, а поясничные и крестцовые прочно срастаются друг с другом (сложный крестец) и с костями таза. Срастаются и некоторые кости плечевого пояса: саблевидная лопатка с вороньей костью, ключицы друг с другом, что обеспечивает прочность плечевого пояса, к которому прикрепляются передние конечности крылья. Они содержат все типичные отделы: плечевую, локтевую и лучевую кости предплечья и кисть, кости которой срастаются. Из пальцев сохраняются только три.
Тазовый пояс обеспечивает надежную опору для задних конечностей, что достигается сращением подвздошных костей на всем протяжении со сложным крестцом. Благодаря тому, что тазовые кости не срастаются и широко раздвинуты, птица может откладывать крупные яйца.
Мощные задние конечности образованы типичными для всех наземных животных костями. Для укрепления голени малая берцовая кость приращена к большой берцовой. Кости плюсны срастаются с частью костей предплюсны с образованием свойственной только птицам кости цевки. Из четырех пальцев чаще всего три направлены вперед, один назад.
Грудная клетка. Ребра вместе с грудными позвонками и грудиной окружают и защищают снаружи сердце и легкие. У всех летающих птиц грудина очень широкая, разросшаяся в киль для прикрепления главных летательных мышц. Как правило, чем он крупнее, тем сильнее полет. Относительная масса скелета птиц с возрастом уменьшается в 2 раза.
Плечевой пояс, связывающий с осевым скелетом переднюю конечность (крыло), образован с каждой стороны тремя костями, расположенными наподобие треножника. Одна его ножка, коракоид (воронья кость), упирается в грудину, вторая, лопатка, лежит на ребрах, а третья, ключица, слита с противоположной ключицей в т.н. вилочку. Коракоид и лопатка в месте встречи друг с другом образуют суставную впадину, в которой поворачивается головка плечевой кости.
Крылья. Кости птичьего крыла в принципе те же, что и в человеческой руке. Плечевая кость, единственная в верхнем отделе конечности, в локтевом суставе сочленена с двумя костями предплечья лучевой и локтевой. Ниже, т.е. в кисти, многие элементы, присутствующие у человека, у птиц слиты между собой или утрачены, так что остаются всего две косточки запястья, одна крупная пястно-запястная кость, или пряжка, и 4 фаланговые косточки, соответствующие трем пальцам.
Крыло птицы существенно легче передней конечности любого наземного позвоночного сходного размера. И дело не только в том, что кисть включает меньше элементов, длинные кости плеча и предплечья пустотелы, причем в плечевой находится особый воздушный мешок, относящийся к дыхательной системе. Крыло дополнительно облегчено отсутствием в нем крупных мышц. Вместо них его главные движения контролируют сухожилия сильно развитой мускулатуры грудины.
Тазовый пояс с каждой стороны тела состоит из трех слитых между собой костей седалищной, лобковой и подвздошной, причем последняя срослась со сложным крестцом. Все это вместе защищает снаружи почки и обеспечивает прочную связь ног с осевым скелетом. В том месте, где три кости тазового пояса встречаются друг с другом, находится глубокая вертлужная впадина, в которой вращается головка бедренной кости.
Ноги. У птиц, как и у человека, бедренная кость образует стержень верхнего отдела нижней конечности, бедра. К этой кости в коленном суставе причленяется голень. Если у человека в ее состав входят две длинные кости, большая и малая берцовые, у птицы они срастаются между собой и с одной или более верхними косточками предплюсны в элемент под названием тибиотарзус. От малой берцовой кости остается заметным только тонкий короткий рудимент, прилегающий к тибиотарзусу.
Стопа. В голеностопном (точнее внутрипредплюсневом) суставе к тибиотарзусу причленена стопа, состоящая из одной длинной кости, цевки, и костей пальцев. Цевка образована элементами плюсны, сросшимися между собой и с несколькими нижними предплюсневыми косточками.
У большинства птиц 4 пальца, каждый из которых заканчивается когтем и причленен к цевке. Первый палец обращен назад. В большинстве случаев остальные направлены вперед. У некоторых видов второй или четвертый палец обращен назад вместе с первым. У стрижей первый палец направлен вперед, как и остальные, а у скопы он способен поворачиваться в обе стороны. У птиц цевка не опирается на землю, и ходят они на пальцах с оторванной от грунта пяткой.
Кожный покров.
Кожа покрывает все тело птицы и является барьером между организмом и внешней средой. Она, с одной стороны, защищает организм от внешних воздействий, а с другой осуществляетс связь с внешней средой, так как представляет собой мощное рецепторное поле. Кожа у птиц тонкая (толщиной 0,3-3,0 мм), сухая, но имеет хорошо развитую подкожную клетчатку и образует складки.
Кожные железы птиц представлены сальной железой- копчиковой (glandula uropugii). Она лежит под кожей на хвостовых позвонках в виде двух долей. Секрет железы предохраняет перья от намокания и растрепывания. Потовые железы у птиц отсутствуют.
Роговые производные кожи (клюв, шпоры и когти, чешуйки на лапах) выполняют защитню функцию, а перья и выросты кожи (гребень, мочки, сережки, кораллы) участвуют в терморегуляции.
Покров из перьев придает телу птиц обтекаемую форму и играет большую роль при полете. На пере отмечают стержень (scapus) и опахало (vexillum). На стержне различают очин (calamus) и стебель (rachis), находившийся в опахале. Опахало образовано многочисленными отходящими от стержня по обе стороны пластинами бородками первого порядка, на которых расположены более тонкие, сцепленные друг с другом при помощи крючков бородки второго порядка. В результате этого сцепленное опахало представляет собой легкую упругую пластинку, которая в случае разрыва (например, ветром) легко восстанавливается. Контурные перья образуют летательные плоскости крыльев, хвоста, а также придают телу птицы обтекаемую поверхность. Пуховые перья имеют тонкий стержень и лишены бородок второго порядка, благодаря чему они не имеют цельных опахал. Пуховые перья расположены под контурными. Основная их функция сохранение тепла тела птицы.
Рис. 2. Строение махового пера:
а общий вид; б схема строения опахала; 1 очин; 2 стержень; 3 опахало; 4 бородки первого порядка; 5 бородки второго порядка; 6 крючочки.
Аппарат пищеварения.
Интенсивная двигательная активность птиц требует больших затрат энергии. В связи с этим система пищеварительных органов имеет ряд особенностей. Пища захватывается и удерживается роговым клювом, в ротовой полости смачивается слюной и продвигается в пищевод. У основания шеи пищевод расширяется в зоб, особенно хорошо развитый у зерноядных птиц. В зобе пища накапливается, набухает и частично подвергается химической переработке. В переднем, железистом отделе желудка птиц происходит химическая обработка поступающей пищи, в заднем, мускульном, ее механическая переработка. Стенки мускульного отдела работают как жернова и перетирают твердую и грубую пищу. Этому способствуют и проглоченные птицами камешки. Из желудка пища последовательно поступает в двенадцатиперстную кишку, тонкую и короткую толстую кишку, которая заканчивается клоакой. Из-за недоразвития прямой кишки птицы часто освобождают кишечник, что облегчает их массу. Мощные пищеварительные железы (печень и поджелудочная железа) активно выделяют пищеварительные ферменты в полость двенадцатиперстной кишки и перерабатывают пищу в зависимости от ее вида за 14 часа. Большие затраты энергии требуют поступления значительного количества корма; 5080% от массы тела за сутки у мелких птиц и 2040% у крупных.
Аппарат дыхания.
- Строение дыхательной системы.
Что же отличает птиц от пресмыкающихся? Приобретение способности к полету и возрастание общей подвижности птиц связаны с большим расходом энергии, требующим быстрой компенсации, более высоким уровнем высшей нервной деятельности и лучшей ориентировкой. Поэтому в процессе эволюции птицы приобрели такие особенности организации, которые не только создают механические возможности полета, но путем резкого повышения интенсивности обмена веществ обеспечивают энергетику полета и более сложное поведение. В большей степени эти преобразования затронули дыхательную систему органов.
Ознакомившись с анатомией птицы, и в частности со строением её скелета, мы можем более подробно разобрать механизм дыхания птиц.
У птиц дыхательная система существенно отличается от дыхательной системы человека и животных. Органы дыхания птиц с одной стороны имеют черты приспособления к жизни в наземной среде, с другой - специализированы в связи с движением птицы в воздухе.
Дыхательная система птиц: гортань, трахея, система бронхов, легкие, воздушные мешки. У птицы верхняя гортань не участвует в голосообразовании, только пропускает воздух. Нижняя гортань орган, свойственный только птицам. Легкие птиц плотные губчатые тела, расположенные в спинной части грудной клетки. Трахея и бронхи образованы хрящевыми кольцами. Парные легкие относительно невелики по размерам, довольно плотны и мало растяжимы. Они прирастаю к ребрам по бокам позвоночного столба. С легкими птиц связаны воздушные мешки - прозрачные эластичные тонкостенные выросты слизистой оболочки вторичных бронхов. Войдя в легкое, бронх распадается на вторичные бронхи, большинство которых начинается слепо, а часть сообщается с воздушными мешками. Вторичные бронхи сообщаются друг с другом м многочисленными более мелкими парабронхами, от которых отходит множество бронхиолей радиально расположенных ячеистых выростов, густо оплетенных легочными кровеносными капиллярами. Именно здесь идет насыщение крови кислородом. Объём воздушных мешков во много раз превышает объём лёгких. Воздушные мешки делятся на межключичные, четыре парных шейных, передние и заднегрудные, брюшные. Воздушные мешки расположены между внутренними органами, а их отростки проникают под кожу и в полости крупных костей (плечо, бедро и др.) Воздушные мешки играют важную роль в вентиляции легкий.
Рис. 4. Схема воздушных мешков птицы с вентральной стороны (по Элленбергеру и Бауму):
1 трахея, 2 легкие, 3 шейный мешок, 4 межключичный мешок, 5, 6, 7 и 8 выросты межключичного мешка (подмышечные, грудной, реберный и плечевой), 9 передний грудной мешок, 10 задний грудной мешок, 11 брюшной мешок
- Дыхательная система.
У летящей птицы дыхание двойное: газообмен в лёгких осуществляется как при вдохе, так и при выдохе, когда атмосферный воздух из воздушных мешков поступает в легкие. Благодаря двойному дыханию птицы во время полета не задыхается. Дыхательный процесс у птиц происходит благодаря сокращению мускулатуры грудной клетки, работающей по принципу насоса: ребра движутся веред и вверх, а грудина - вперед назад. Через парные ноздри воздух засасывается в носовую полость и через хоаны переходит ротовую полость. Сюда узкой щелью открывается гортань, поддерживаемая тремя гортанными хрящами. За гортанью идет трахея - гибкая трубка, просвет которой поддерживают расположенные в ее стенках хрящевые трахейные кольца. В полости тела трахея распадается на два бронха, каждый из которых входит в соответствующее легкое и там ветвится. Нижняя честь трахеи и начальные участки бронхов формируют характерную только для птиц нижнюю гортань - голосовой аппарат. Источником звуков служат вибрирующие при прохождении воздуха перепонки, расположенные между последними кольцами трохеи и полукольцами бронхов. Специальная мускулатура меняет натяжение голосовых перепонок, изменяя характер издаваемых звуков. Способность попугаев, а также и некоторых других птиц копировать различные звуки рассматривается как результат работы нижней гортани под воздействием мозга. Но нижняя гортань из-за сложности строения и расположения в самой узкой части дыхательной системы уязвима для грибковых заболеваний, одни из признаков болезни - потеря голоса.
Воздух из легких насасывается в передние воздушные мешки, а воздух из внешней среды по трахее, бронхам и их разветвлениям идет в лёгкие и в задние воздушные мешки - заднегрудные и брюшные. Когда птица вдыхает, воздух всасывается через легкие в воздушные мешки головы и шеи; когда птицы делает выдохи, воздух проталкивается через легкие из брюшных задних воздушных мешков. Это позволяет свежему воздуху проходить через легкие постоянно, давая птице в два раза большее количество кислорода, чем его могут получить млекопитающие. Однако птицы становятся более чувствительны к токсичным газам. Содержащий много кислорода воздух из задних воздушных мешков нагнетается в легкие, а воздух из передних мешков - межключичного, шейных и переднегрудных, содержащий уже мало кислорода, но много углекислого газа., проталкивается в трахею и выводится наружу.
Рис. 5. Вскрытый голубь сбоку:
1 трахея. 2 пищевод, 3 зоб, 4 легкое, 5 воздушные мешки,
6 сердце. 7 железистый желудок, 8 мышечный желудок
Движение крыльев при полете углубляют дыхание птицы, но не определяют частоту ее дыхательных движений. У птиц развился способ дыхания, когда вместо легких используется система воздушных мешков. Система клапанов регулирует поток воздуха. Воздушные мешки во время полета птицы предохраняют тело птицы от перегревания, так как воздух обтекает практически все внутренние органы и мускулатуру. Помимо интенсификации дыхания воздушные мешки предотвращают перегрев организма при интенсивном движении, так как избыток тела удаляется постоянно сменяющимся воздухом. Повышение брюшного давления при выдохе способствует дефекации. Наряду с воздушными мешками важное значение в терморегуляции имеют верхние дыхательные пути - гортань, трахея и бронхи. Частота дыхательного движения птицы зависит и от ее физиологического состояния, и от ее размеров.
Кроме участия в дыхании воздушные мешки выполняют и ряд дополнительных функций. Они играют важную роль в терморегуляции: с их поверхности испаряется через дыхательные пути влага, благодаря чему устраняется возможность перегрева организма, особенно во время полета. При плавании и нырянии работы воздушных мешков способствует регулированию удельного веса тела птицы. У птиц, бросающихся с разлета в воду, наличие воздушных мешков смягчает удар от соприкосновения тела с водой.
- Газообмен.
Газообмен при дыхании протекает у птиц весьма энергично. Этому способствует наличие в легких у птиц противоточной системы кровообращения, при которой воздух и кровь движутся навстречу друг другу. Этим обеспечивается быстрое снабжение крови кислородом и быстрое освобождение ее от углекислого газа. Для птиц характерен интенсивный обмен веществ и высокая температура тела. Последняя колеблется у разных видов от 38 до 43,5оС, а в среднем составляет около 41оС. Поддержание постоянной температуры тела возможно лишь при компенсации утраченного поверхностью тела тепла, за счет происходящей в организме теплообразованительных процессов. Для последних большое значение имеет частота дыхания, которая у птиц велика. Число дыханий в минуту составляет: у голубя 15-32, у уток 30-43, у гуся 12-24, у мелких воробьиных 90-100 раз. Кроме того, большое значение в накоплении и освобождении энергии имеет скелетная мускулатура, микро- и макросокращения которой способствуют согреванию тела.
Рис. 6. Дыхание птиц.
Движение воздуха при вдохе и выдохе по дыхательной системе.
1 трахея, 2 правое легкое, 3 задний воздушный мешок, 4 дорзальный (со стороны спины) грудной мешок, 5 вентральный (со стороны живота) грудной мешок, 6 шейный мешок, 7 левое легкое.
В связи с энергичным дыханием и усиленной работой мышц во время полёта наблюдается интенсивная работа сердца, относительные размеры которого у птиц возрастают. При этом у хороших летунов относительная масса сердца больше, чем у плохих. Так, при одинаковой примерно массе тела у быстрого летуна - чеглока - сердце составляет 1,7% общей массы тела, у менее хорошего летуна - пустельги- 1,2%, у плохого летуна - сороки - всего 0,09%. У мелких птиц относительная масса сердца больше, чем у крупных. Так, у синицы-гаички индекс сердца составляет 1,5%, а у колибри- 2,5%.
- Дыхательный центр, его функция.
Регуляция работы дыхательной системы осуществляется путем контроля частоты дыхательных движений и глубины дыхательных движений (дыхательный объем).
Инспираторные и экспираторные мышцы иннервируются мотонейронами, располагающимися в передних рогах спинного мозга. Активность этих нейронов контролируется нисходящими влияниями продолговатого мозга и коры больших полушарий.
В стволе мозге располагается нейронная сеть (центральный дыхательный механизм), состоящая из 6 типов нейронов:
- Инспираторные нейроны активируются в фазу вдоха, аксоны этих нейронов не покидают пределов ствола мозга, образуя нейронную сеть.
- Экспираторные нейроны активируются в фазу выдоха, являются частью нейронной сети ствола мозга.
- Бульбоспинальные инспираторные нейроны нейроны ствола мозга, которые посылают свои аксоны к мотонейронам инспираторных мышц спинного мозга.
Ритмические изменение активности нейронной сети ритмические изменения активности бульбоспинальных нейронов ритмические изменения активности мотонейронов спинного мозга ритмическое чередование сокращений и расслаблений инспираторных мышц ритмическое чередование вдоха и выдоха.
Рецепторы растяжения располагаются среди гладкомышечных элементов бронхов и бронхиол. Активируются при растяжении легких. Афферентные пути следуют в продолговатый мозг в составе блуждающего нерва.
Периферические хеморецепторы образуют скопления в области каротидного синуса (каротидные тельца) и дуги аорты (аортальные тельца). Активируются при снижении напряжения О2 (гипоксический стимул), повышении напряжения СО2 (гиперкапнический стимул) и повышении концентрации Н+. Афферентные пути следуют в дорзальную часть ствола мозга в составе IX пары черепно-мозговых нервов.
Центральные хеморецепторы расположены на вентральной поверхности ствола головного мозга. Активируются при увеличении концентрации СО2 и Н+ в спинномозговой жидкости.
Рецепторы дыхательных путей возбуждаются при механическом раздражении частицами пыли и т.п.
- Взаимосвязь дыхания и кровообращения.
Отрицательное давление в плевральной полости, обеспечивает, венозный возврат крови в правое предсердие. Во время вдоха давление в брюшной полости увеличивается, что также способствует оттоку крови из венозных сосудов и капилляров брюшины и органов брюшной полости. Вследствие присасывающегося действия грудной полости кровь выкачивается из большого круга кровообращения и наполняет кровеносные сосуды малого круга. Повышение кровяного давления рефлекторно тормозит дыхательные движения вследствие раздражения рецепторов каротидного синуса. Напротив, падение артериального давления вызывает учащение дыхания и изменение его глубины.
Кислородная задолженность накопление МК при непрерывной работе мышц и недостатке кислорода.
Система кровообращения.
Высокий уровень жизнедеятельности птиц обусловлен более совершенной системой кровообращения по сравнению с животными предыдущих классов. У них произошло полное разделение артериального и венозного потоков крови. Это связано с тем, что сердце птиц четырехкамерное и полностью разделено на левую артериальную, и правую венозную, части. Дуга аорты только одна (правая) и отходит от левого желудочка. В ней течет чистая артериальная кровь, снабжающая все ткани и органы тела. От правого желудочка отходит легочная артерия, несущая в легкие венозную кровь. Кровь быстро движется по сосудам, газообмен происходит интенсивно, выделяется много тепла. Температура тела поддерживается постоянной и высокой (у разных птиц от 38 до 43,5°С). Это ведет к общему подъему процессов жизнедеятельности организма птицы. В ответ на понижение температуры внешней среды птицы не впадают в спячку, как земноводные и пресмыкающиеся, а усиливают передвижение кочевки или перелеты, т. е. мигрируют в более благоприятные условия существования.
Выделение конечных продуктов метаболизма осуществляется крупными тазовыми почками. Мочевой пузырь отсутствует. Как и у большинства пресмыкающихся, продуктом азотистого обмена является мочевая кислота. В клоаке вода, содержащаяся в моче, всасывается и вновь возвращается в организм, а густая моча смешивается с остатками непереваренной пищи и выводится наружу.
Головной мозг птиц отличается от мозга пресмыкающихся большими размерами полушарий переднего мозга и мозжечка.
Птицы обладают острым зрением и отличным слухом. Глаза у них крупные, особенно у ночных и сумеречных птиц. Аккомодация зрения двойная, что достигается изменением кривизны хрусталика и расстояния между хрусталиком и сетчаткой. У всех птиц цветовое зрение. Орган слуха представлен внутренним, средним ухом и наружным слуховым проходом. Обоняние развито слабо, за исключением немногих видов.
Выводы.
Подводя общие итоги проведённому нами рассмотрению внутреннего строения тела птицы, мы видим, что вся организация птиц, все их отличия от позвоночных животных других классов связаны с их способностью к полёту. Благодаря сформировавшейся в процессе эволюции способности приспосабливаться к окружающей среде, птицы обитают почти повсюду на земном шаре.
Список используемой литературы.
1. «В мире дикой природы» - Издатель: ООО «Интернейшн Мастерс Паблишерс»
2. «Систематика птиц» - Н.Н. Карташев; Москва "Высшая школа" 1974 год.
3. «Зоология позвоночных»- В.М. Константинов, С.П. Шаталова. : Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2004 год.
4. «Биология: пособие для подготовительных отделений и поступающих в ВУЗы». ред. Н.П. Соколова. М: Высшая школа, 1994.
5. «Биологический энциклопедический словарь» - М.С. Гиляров; Редкол.: А.А. Баев, Г.Г. Винберг, Г.А. Заварзин и др. 1989 год.
6. «Учебно-методическое пособие для студентов» - Величко М.Г., Гродно-2012 год.
7. «Анатомия домашних животных» - Акаевский А.И., Юдичев Ю., Селезнев С. М.: Аквариум-Принт, 2009.
Птицы. Класс птиц