Особенности строения и жизнедеятельности птиц в связи с приспособлением к полету

Птицы — прогрессивная группа гомойотермных позвоночных, приспособленная к полету. В настоящее время известно свыше 8,6 тыс. видов птиц (около 750 видов обитает на территории СНГ).Благодаря большой численности и широкому распространению, птицы играют многообразную роль в природе и хозяйственной деятельности человека.

Многие черты строения птиц сходны с пресмыкающимися, от которых они предпошли и отделились в самостоятельную ветвь в конце триаса — начале юры.

Кожа у птиц, как и у пресмыкающихся, сухая, почти лишена желез, покрыта роговыми (перьевыми) образованиями, а на цевке и пальцах нижних конечностей — роговыми чешуями. Перьевой покров периодически обновляется. Ребра имеют крючковидные отростки. Присутствует клоака. Сходны с пресмыкающимися строение мочеполовой системы и характер эмбрионального развития. Размножение осуществляется путем откладывания яиц.

Однако, несмотря на отмеченное сходство с пресмыкающимися, эволюция птиц протекала по пути приобретения ими способности к полету.

Приспособления к полету формировались в нескольких направлениях:

  • уменьшение лобового сопротивления тела птицы;
  • облегчения массы тела;
  • повышения интенсивности процессов жизнедеятельности.

Туловише птиц компактное, округлое, голова небольшая, хорошо выражена шея. Передние конечности освободились от функции передвижения и превратились в летательный орган — крылья. Хвост короткий, снабжен рулевыми перьями. Контурные перья образуют летательные плоскости крыльев и хвоста.

Существенные изменения произошли в опорно-двигательной системе птиц. Единственный подвижный отдел позвоночника — шейный (11-25 позвонков). Благодаря особому строению и сочленению позвонков, а также сложно дифференцированным мышцам шеи, птицы способны поворачивать голову на 180° а некоторые (совы, попугаи) на 270°. Грудные позвонки срослись друг с другом и образовали спинную кость, которая соединена со сложным крестцом (сросшиеся поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков). С крестцом неподвижно срослись также подвздошные кости таза. Благодаря жесткой фиксации отделов позвоночника во время полета и при ходьбе он создает прочную опору. Большие размеры грудины и наличие на ней киля (кроме страусоиодобных) обеспечивают возможность прикрепления мощных мышц, двигающих крыло. Короткая подвижная часть хвостового отдела выполняет функции дополнительной несущей летательной плоскости и управления полетом. В связи с высвобождением передних конечностей от функции опоры, всю нагрузку принимают на себя нижние конечности и тазовый пояс. Скелет задних конечностей образован мощными длинными трубчатыми костями. Для увеличения длины шага у птиц сформировалась цевка путем слияния костей предплюсны и всех плюсневых костей.

Мускулатура птиц дифференцирована значительно сильнее, а ее относительная масса больше, чем у пресмыкающихся. Это обеспечивает большую подвижность птиц и разнообразие их движений. Самыми массивными являются мышцы, приводящие в движение крылья. Масса обеих больших грудных мышц, опускающих крыло, у разных видов составляет от 10 до 25 % массы тела птицы. Подключичные мышцы, поднимающие крыло, меньше. Изменение положения перьев на больших участках тела осуществляет хорошо развитая подкожная мускулатура.

Облегчение массы тела птицы достигнуто развитием ряда приспособлений. Кости скелета отличаются прочностью и легкостью. Полости трубчатых костей частично заполнены воздухом. Плоские кости имеют губчатое строение, сохраняя большую прочность при небольшой толщине. Отсутствуют такие органы, как зубы, мочевой пузырь, правый яичник. Сильно укоротилась задняя кишка.

Возрастание уровня обменных процессов у птиц достигнуто интенсификацией пищеварения, дыхания и кровообращения. Потребляемая пища перетирается в кашицу в мускульном отделе желудка, быстро расщепляется ферментами, активность которых высока благодаря постоянной и высокой температуре тела. Всасывание в тонком отделе кишечника происходит быстро, чему способствует обилие ворсинок в его слизистой оболочке. Относительная суточная масса потребляемой пищи значительно выше, чем у других хордовых животных сходных размеров и составляет у мелких птиц 50-80 %, у крупных — 15-40 % массы их тела.

Все органы и ткани тела снабжаются чистой артериальной кровью, поскольку в четырехкамерном сердце птиц полностью разделены артериальный и венозный кровотоки. Относительная масса сердца выше, чем у других хордовых животных, и составляет 1-2 % массы тела. Частота сердцебиения высокая.

Кровь обладает высокой кислородной емкостью (в 2-4 раза выше, чем у пресмыкающихся), большим содержанием в ней углеводов. В мышцах птиц, особенно летательных, имеются значительные запасы миоглобина, представляющие собой резерв химически связанного кислорода, который может использоваться при интенсивной работе.

Интенсификация дыхания у птиц в полете достигнута за счет практически непрерывного газообмена, происходящего как на вдохе, так и на выдохе (двойное дыхание). При вдохе часть атмосферного воздуха направляется в легкие, где и происходит газообмен. Большая часть воздуха при вдохе поступает в воздушные мешки, объем которых в 10 раз больше объема легких. При выдохе воздух из воздушных мешков также поступает в легкие, где вновь происходит газообмен. Акт дыхания у летящей птицы осуществляется за счет изменения объема грудной клетки при подъеме и опускании крыльев. Поэтому чем чаше взмахи крыльев, тем интенсивнее происходит газообмен.

Интенсификация процессов пищеварения, дыхания и кровообращения обусловили у птиц развитие гомойтермии — способности поддерживать высокую постоянную температуру тела.

Благодаря способности к полету, высокому уровню процессов жизнедеятельности, их независимости от температуры внешней среды, высокому уровню развития центральной нервной системы и органов чувств (в особенности зрения и слуха), усложнению поведения и разнообразию связей между особями, птицы широко расселились по планете.

Вместе с тем, именно глубокая специализация к полету ограничила размеры их тела (все летающие птицы относительно невелики) и не позволила им заселить почву и воду, что с успехом осуществили млекопитающие.