Тема 14. Класс птиц, особенности и экология
14. 1. Описание строения птиц
По анатомическому строению птицы очень близки к своим непосредственным предкам – пресмыкающимся. Они представляют собой лишь прогрессивную ветвь рептилий, которая приобрела постоянную температуру тела и способность к полету.
Главные черты сходства с рептилиями – отсутствие кожных желез, наличие только одного затылочного мыщелка, сходное строение мочеполовой системы, совершенно одинаковое развитие зародыша в яйце.
Есть у птиц и различия с рептилиями:
1) прогрессивное развитие органов слуха и зрения, координация движений и, вместе с этим, соответствующее развитие отделов головного мозга (дна и полушарий переднего, мозжечка), с чем связан высокий уровень их нервной деятельности;
2) установление постоянной высокой температуры тела, что повышает всю жизнедеятельность организма и дает возможность меньше зависеть от среды обитания (достигается это несмешиваемой кровью, а также развитием перьевого покрова);
3) появление сложного комплекса приспособлений к полету, открывающих широкие возможности для приспособления и расселения.
Главнейшие приспособления к полету:
а) общая обтекаемость формы тела с облегченными конечностями и преобразование передних конечностей в крыло, с чем связано появление киля на грудине, передвижение на двух ногах и появление сложного крестца;
б) развитие сложного дифференцированного перьевого покрова, обеспечивающего эластичность движений при полете;
в) наличие облегченных костей, полости которых заполнены воздухом; развитие системы воздушных мешков, отходящих от легких, пронизывающих все тело и играющих исключительную роль при полете;
г) редукция зубов, замененных роговым клювом, редукция задней кишки и обособление мускульного желудка.
Кратко птицы могут быть охарактеризованы как двуногие амниоты, передние конечности которых видоизменились в крылья, тело покрыто перьями, температуря постоянная, сердце четырехкамерное, головной мозг прогрессивно развит.
Внешнее строение (рис. 29). Тело покрыто перьями, которые в значительной мере скрывают очертания всего тела и придают ему обтекаемую форму. Туловище имеет более или менее яйцевидную форму. Скрытая в перьях шея, длинная и тонкая. Голова небольшая и округлая. Заканчивается она клювом, у которого верхняя часть называется надклювьем, а нижняя – подклювьем. Сверху у основания клюва лежат ноздри. По бокам головы располагаются большие глаза. Они снабжены верхними и нижними веками, а также мигательной перепонкой. За глазами находятся ушные отверстия, они скрыты под перьями и затянуты барабанной перепонкой. На хвосте и крыльях перья наиболее крупные, дающие большую поверхность при полете. Задние конечности служат опорой телу при передвижениях по земле.
Рис. 29. Строение птицы
А
– Внутренние органы птицы: 1 – пищевод,
2 – железистый желудок 3 – селезенка, 4
– мускульный желудок, 5 – поджелудочная
железа 6 – двенадцатиперстная кишка, 7
– тонкая кишка, 8 – прямая кишка, 9 –
слепые кишки, 10
клоака, 11 - зоб, 12 - печень, 13 - трахея, 14
- нижняя гортань, 15– легкие и воздушные
мешки, 1б–семенники, 17 – семяпроводы,
18 – почки, 19 – мочеточники.
Б – Скелет птицы.
В – Перо птицы: 1 – очин, 2 – стержень (или ствол), 3 – бородка, 4 – тонкие нити с крючочками, 5 – опахало.
Кожные покровы. Для птиц характерна тонкая кожа, полное отсутствие на ней каких-либо костных образований. На коже находится своеобразный роговой покров, состоящий из перьев. Единственная железа на коже – копчиковая. Она расположена над корнем хвоста и служит для смазывания перьев жиром. На пальцах птиц имеются роговые чешуи и когти.
Перья. Они покрывают тело не сплошь, а располагаются на определенных участках, которые называют птерилии, между этими участками располагаются полосы кожи, лишенные перьев, – аптерии.
Перо состоит из упругого ствола (очина) и более или менее мягких боковых пластинок. Они составляют наружное и внутреннее опахала. Перья делятся на контурные, определяющие форму тела птицы, пуховые – находящиеся под контурными. Кроме того, у птиц имеются по-разному развитые нитевидные перья и щетинки, которые располагаются у большинства птиц около углов рта.
Скелет. Он характерен легкостью костей и в то же время их большой прочностью. Прочны и сочленения между костями. Прочность и легкость достигается тем, что кости трубчатые. Согласно законам механики, трубка всегда прочнее сплошной балки того же веса или сечения.
Позвоночник птиц разделен на четыре отдела: шейный, грудной, крестцовый и хвостовой. Поясничный отдел у взрослой птицы входит в состав крестца. Шейный отдел отличается чрезвычайной подвижностью. У различных птиц число шейных позвонков может быть от 9 до 25. Грудной отдел содержит четыре грудных позвонка, которые срослись друг с другом и с крестцом. Они несут по паре ребер. Ребра доходят до грудины и подвижно с нею сочленяются. Грудина очень велика и имеет вид широкой пластины. У летающих птиц на середине грудины располагается высокий гребень, который называют килем (или грудным килем). Киль служит для прикрепления самых мощных мышц птицы – грудных. Эти мышцы приводят в движение крылья. Крестцовый отдел содержит несколько сросшихся позвонков, у голубя их 14. В сложном крестце птицы срастаются позвонки поясничного отдела, крестец, часть хвостовых позвонков. Сложный крестец обеспечивает надежную опору задним конечностям. Последний грудной позвонок тоже прирастает к крестцу, он имеет ребра, которые грудины не достигают. Хвостовой отдел имеет несколько позвонков, причем часть их срастается между собой и образует копчиковую кость.
Череп птицы очень' близок к черепу пресмыкающихся. Но отличается от него большей легкостью и очень объемистой мозговой коробкой. Заканчивается он клювом. С боков череп несет огромные глазницы. У взрослой птицы все кости черепа срастаются до исчезновения швов. Причленяется к позвоночнику череп, как и у рептилий, с помощью непарного затылочного мыщелка.
Плечевой пояс образован тремя костями: лопаткой, ключицей и вороньей костью (коракоидом). Ключицы у птиц срастаются внизу, образуя непарную кость – вилочку.
Передние конечности содержат все типичные отделы – видоизмененная кисть, имеющая всего три пальца, которые к тому же не выступают из-под покровов; плечо, состоящее из большой и крепкой плечевой кости; предплечье, как обычно состоит из двух костей – локтевой и лучевой.
Тазовый пояс обладает рядом особенностей, необходимых птице для придания особой устойчивости. Кроме того, у него есть особенности, связанные с необходимостью нести яйца. Кости тазового пояса из-за этого срастаются друг с другом и их брюшные отделы широко раздвинуты. Задние конечности содержат три основных отдела: бедро, голень, стопу. Голень – из двух костей, которые срослись друг с другом до полной утраты швов. Следующий отдел у птиц называют цевкой, она характерна только для задних конечностей птицы. Эта кость образуется при слиянии костей плюсны
Мышечная система. Характерна тем, что все крупные мышцы, приводящие в движение парные конечности, располагаются на туловище. Особенно велики огромные грудные мышцы, достигающие пятой части веса тела птицы. Подкожная мускулатура тоже хорошо развита, с ее помощью птица может поднимать перья (нахохливаться).
Нервная система Головной мозг птицы отличается от мозга пресмыкающихся большими общими размерами, очень крупными полушариями переднего мозга и зрительными долями. Имеется у птицы и огромный мозжечок, и в отличие от рептилий – очень маленькие обонятельные доли. Промежуточный мозг птиц мал, эпифиз (шишковидная железа, у ящерицы – третий глаз) у птиц развит слабо. Мозжечок сверху соприкасается с полушариями, а сзади прикрывает значительную часть продолговатого мозга. Спинной мозг имеет заметные утолщения в спинной и поясничной областях, образуя там мощные плечевые и тазовые сплетения нервов.
Органы чувств. Орган слуха у этих животных состоит из внутреннего, среднего и наружного уха. Внутреннее и среднее сходны с таковыми у рептилий, а наружное является важным приобретением птиц. Оно представлено глубоким слуховым проходом, высокими кожными складками и специализированными перьями. Органы обоняния развиты у птиц очень слабо, эти животные, как правило, лишены способности различать запахи. Органы зрения достигают очень больших размеров и являются основными органами ориентирования. По строению они близки к глазам пресмыкающихся. Характерная особенность глаза птицы – его способность к аккомодации (наведению на резкость). Это достигается не только изменением кривизны хрусталика, но и приближением, либо отдалением его от сетчатки. Таким образом, эти животные обладают двойной аккомодацией.
Органы пищеварения. Небольшая ротовая полость птиц полностью лишена зубов. Ко дну ее прикреплен язык, конец которого заострен и ороговел. Короткая глотка переходит в длинный пищевод, имеющий специальное расширение, – зоб. Он расположен у основания шеи и служит местом временного хранения пищи. Пищевод заканчивается желудком, который состоит из двух частей: передней – железистой и задней – мышечной. В первом отделе пища перерабатывается химически, а во втором – механически. От мышечного желудка отходит двенадцатиперстная кишка (названа так потому, что у человека ее длина около 30 см, то есть 12 поперечников пальца), это первый отдел тонкого кишечника. Она образует петлю, в которой располагается поджелудочная железа. Длинная тонкая кишка извивается и переходит в короткую толстую кишку. На границе между толстой и тонкой располагается парная слепая кишка. Толстая кишка открывается в клоаку. Большая печень голубя лишена желчного пузыря, но у большинства птиц он имеется.
Органы дыхания. Очень своеобразно как строение дыхательных путей, так и легких у птиц. Гортанная щель располагается у них за языком и ведет в гортань. Эта гортань у птиц не связана со слуховой сигнализацией, и с ее помощью нельзя издавать звуков. Как голосовой аппарат у птиц функционирует нижняя гортань. Она располагается на месте отхождения бронхов от трахеи и содержит нижние и верхние голосовые связки. Здесь же крепятся особые певчие мышцы.
Легкие птиц – это не мешки, как у земноводных и большинства рептилий, это плотные губчатые тела. Бронхи, входя в легкие, пронизывают их насквозь, и от концов их главных разветвлений отходят особые воздушные мешки. Они во много раз превосходят сами легкие по объему. У птицы четыре парных и один непарный воздушный мешок. Парные – это шейные, переднегрудные, заднегрудные и брюшные, а непарные – подключичные. Главная функция мешков проявляется при дыхании во время полета. При вдохе воздух наполняет легкие, а часть его сразу попадает в воздушные мешки. В легких воздух обогащает кровь кислородом, а при выдохе легкие вентилируются воздухом из воздушных мешков. Он еще не использовался для дыхания и поэтому снова окисляет кровь. Таким образом, получается, что птица в полете дышит (окисляет кровь) и на вдох и на выдох. Воздушные мешки работают только в полете, в спокойном состоянии птица дышит без их участия.
Кровеносная система. Сердце птиц содержит четыре отдела – два предсердия и два желудочка. Оно делится на две половины: правую – венозную и левую – артериальную. Сердце птицы относительно велико, потому что оно усиленно работает при полете. У этих животных два круга кровообращения. Большой – это путь крови из левого желудочка и оттуда по аорте ко всем органам тела. Возвращается кровь, уже отдав кислород (венозная кровь), в правое предсердие. В малый, или венозный, круг кровообращения кровь из правого предсердия переходит в правый желудочек и по легочным артериям течет в легкие. Из них уже окисленная (артериальная) возвращается в левое предсердие.
Температура тела птиц обычно около 420С.
Органы выделения. Строение органов выделения у птиц сходно со строением этих органов у пресмыкающихся. Парные метанефрические почки очень велики. Это связано с усиленным обменом веществ. Почка представляет собой удлиненное плоское тело, разделенное на три лопасти. Располагаются они под спинными стенками таза. От каждой отходит мочеточник, который открывается в средний отдел клоаки. В клоаке у птиц происходит обратное поглощение воды из мочи. Мочевого пузыря нет.
Органы размножения. Семенники представлены парой бобовидных тел и лежат они вблизи почек. От семенников отходят извитые семявыводящие канальцы. Перед впадением в клоаку они образуют расширения – семенные пузырьки. Яичник, так же как и яйцевод, у птиц только один – левый. Он имеет вид зернистого тела неправильной формы и разных размеров (его размеры зависят еще и от состояния размножения). Яйцевод открывается воронкой в полость тела около яичника. Это толстостенная, сильно извитая трубка, которая открывается в клоаку.
Яйцо этих животных состоит из концентрических слоев желтого желтка, между ними располагаются слои светлого желтка (яйцевая плазма). В одном месте светлый желток образует скопление, которое пронизывает яйцо до самого центра. На поверхности этого скопления находится небольшой диск, состоящий из протоплазмы с ядром. Это яйцеклетка. Двигаясь по трубе, яйцо обволакивается белком, а при прохождении через матку покрывается двумя тонкими скорлуповыми оболочками и самой скорлупой. Вещество скорлупы, при выделении его из матки, имеет вид тягучей жидкой массы, но вскоре оно затвердевает. Скорлупа состоит из извести и вся пронизана порами. К желтку яйца прилегает тонкий слой очень тягучего белка, от которого в обе стороны отходят длинные скрученные шнуры. Они пронизывают два остальных слоя белка и прикрепляются к внутренней скорлуповой оболочке Зародышевый диск (начавшая делиться яйцеклетка) всегда располагается сверху на желтке, как бы ни поворачивалось яйцо. Желток, плавая в белке, переворачивается диском вверх. Ведь обогрев яйца при насиживании тоже происходит всегда сверху.
Развитие зародыша сопровождается перестройкой его тела, вкратце повторяющей эволюцию типа (вспомните биогенетический закон Геккеля-Мюллера). На ранних стадиях это вообще одна клетка, потом это гаструла, на последующих стадиях по бокам на шее зародыша появляются пять пар жаберных щелей, в одну из стадий он имеет длинный хвост и так до формирования типичной птицы. Насиживание яиц у этих животных продолжается 20-30 суток. Выклюнувшиеся из яйца птенцы разделяются на два экологических типа – птенцовые и выводковые.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На основании чего птиц считают родственниками рептилий?
2. Имеются ли различия в строении птиц и пресмыкающихся?
3. По каким внешним признакам можно определить, что она летает?
4. Какие особенности имеют кожные покровы и скелет птиц?
5. Изменился ли мозг у птиц в сравнении с рептилиями?
6. Какие особенности органов дыхания имеют птицы?
7. Как изменились органы пищеварения и выделения?
8. Какие новые черты появились в размножении и развитии птиц в сравнении с рептилиями?