Кейс. Птицы. Материал для работы в группах

1.             Строение тела. Покровы.

Птицы (Aves) – класс высокоразвитых теплокровных позвоночных животных, передние конечности которых в ходе эволюции превратились в крылья.

В связи со способностью к полету птицы приобрели обтекаемую форму тела, снижающую его сопротивление встречному потоку воздуха. Так, их туловище имеет яйцевидную форму; верхняя и нижняя челюсть черепа вытянута вперед, образуя клюв. Все тело покрыто перьями, черепицеобразно налегающими друг на друга и формирующими обтекаемую поверхность перьевого покрова. Облегчение массы тела у птиц достигается отсутствием зубов, мочевого пузыря, правого яичника у самок, наличием воздушных мешков в полости тела и воздухоносных полостей в трубчатых костях, а также тонких прочных костей и тонкой сухой кожи.

Тело птицы состоит из головы, шеи, туловища, передних и задних конечностей и хвоста. На голове расположены ротовая полость и органы чувств. Челюсти заканчиваются роговыми покровами, образующими клюв.

Шея отличается большой подвижностью. Тело является опорой для прочного крепления крыльев. Хвост у птиц сильно укорочен и выполняет рулевую функцию.

Внешнее строение птицы (сокол-чеглок)

Тонкая двуслойная кожа лишена потовых желёз и покрыта пухом и перьями. Перья разделяются на служащие для полёта маховые и рулевые и на одевающие тело покровные. Маховые и рулевые перья большие и жёсткие, покровные (контурные и пуховые) – небольшие и мягкие.

Перо состоит из очина, стержня и опахала (у пуховых перьев стержня нет). Опахало состоит из расходящихся от стержня в две стороны бородок, от которых, в свою очередь, отходят другие бородки. Крючки на бородках скрепляют их друг с другом, благодаря чему образуется поверхность пера.

Перья у птиц растут на отдельных участках кожи, разделённых обнаженными участками. Окраска перьев зависит от пигментов и от микростуктуры пера; у многих птиц она меняется в течение года. Оперение и роговые покровы птиц раз в год полностью или частично обновляются.

У основания хвоста имеется единственная наружная железа – копчиковая. Её выделениями птица смазывает свои перья, которые за счёт этого не намокают и становятся упругими и эластичными.

Перья поддерживают тело птицы в воздухе и способствуют поддержанию постоянной температуры тела.

Различают несколько видов перьев. Контурные перья налегают друг на друга в виде черепицы, образуя вокруг тела птиц покров, иногда очень твердый и прочный (у глухаря его не всегда пробивает охотничья дробь). Под контурными перьями лежат мягкие пуховые перья. Стержень у них короткий, бородки не сцеплены друг с другом. Также есть перья, совмещающие в себе особенности контурных перьев и пуха - полупух. В разных частях туловища контурные перья имеют различную форму и неодинаковые размеры. Самые крупные и крепкие перья - на крыльях птиц, это маховые перья. Маховые перья имеют несимметричные опахала. Более широкое опахало одного пера прикрывает узкую часть опахала другого пера. Маховое перо несколько вогнуто с нижней стороны, что не позволяет ему сгибаться снизу вверх.

Рулевые перья, составляющие хвостовое оперение, получили свое название потому, что раньше хвосту придавалось значение руля. Но, как выяснилось, хвост только выравнивает движение поворота птицы; рулят птицы в полете с помощью крыльев, а движение хвоста - не причина, а следствие полета. Но название перьев - рулевые - осталось. Хвост служит птице для торможения полета, когда она готовится сесть на ветку или круто подняться вверх.

Перьевой покров легко намокает, поэтому птицы смазывают перья маслянистыми выделениями копчиковой железы, расположенной над корнем хвоста. Особенно эта железа развита у водоплавающих.

2.       Скелет и мускулатура Скелет и мускулатура

Скелет птицы состоит из черепа, позвоночника, конечностей и их поясов.

Все кости черепа, за исключением нижней челюсти, сращены. Стенки мозговой коробки тонкие. Челюсти лишены зубов и образуют клюв.

Позвоночник включает в себя подвижный шейный отдел и неподвижные и почти сросшиеся между собой позвонки остальных отделов. Крестцовые позвонки, кроме того, прочно соединены с тазом, обеспечивая опору при ходьбе. Хвостовые позвонки срослись в копчиковую кость – пигостиль, служащую опорой для перьев.

Скелет крыла образуют кости плеча, предплечья и кисти. Скелет ноги состоит из бедра, голени, цевки и стопы с 2–4 пальцами. Лопатки, ключицы, вороньи кости и грудина составляют плечевой пояс.

Воздушные полости в костях делают скелет лёгким, а известковые соли и жёсткое соединение костей – прочным. Лёгкость и прочность птичьих костей являются приспособлением к полёту, а также к ходьбе и лазанию по деревьям.

Скелет птицы

Мускулатура развита хорошо. Летательные мышцы составляют по массе до половины от массы всей мускулатуры. Грудные мышцы прикрепляются к расположенному на грудине гребню – килю. Вместе с подключичными мышцами они обеспечивают опускание и поднимание крыльев. Хорошо развита и мускулатура ног.

Строение скелета и мышц определяет особенности полёта птиц: от парящего у орлов и альбатросов до машущего у стрижей и колибри.

3.      Пищеварительная система

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 1—4 часа. Большие затраты энергии требуют поступления значительного количества корма; 50—80% от массы тела за сутки у мелких птиц и 20—40% у крупных

ПС такая же как и у пресмыкающихся, но у птиц в ротовой полости отсутствует зубы.

Все хордовые, к которым относятся и птицы, имеют сходное строение пищеварительной системы. Начинается она ротовой полостью. Далее через глотку пища поступает в пищевод - трубку, ведущую в желудок. Эта часть пищеварительной системы представляет собой расширение, в котором пища находится достаточно продолжительное время. Окончательное всасывание питательных веществ происходит в тонком кишечнике, а выведение непереваренных остатков пищи осуществляет конечный отдел тракта. Он называется толстый кишечник, открывающийся наружу клоакой или анальным отверстием.

4.      Кровеносная система

Птицы – уникальная группа гомойотерных организмов, чей образ жизни связан с такой способностью, как полет. Он возможен при условии напряженной работы мышц грудины и передних конечностей – крыльев. Этот процесс, в свою очередь, обеспечивается непрерывным снабжением миоцитов кислородом и питательными веществами, особенно глюкозой.

В сердце птиц два предсердия и два желудочка. Желудочек птицы разделен сплошной перегородкой, что обеспечивает поступление из левого желудочка в артериальный ствол только чистой артериальной крови, которая разносится артериями по всему телу птицы.

Интенсивный обмен веществ у птиц возможен по двум причинам. Первая - высокое кровяное давление, обуславливающее большую скорость кровотока в артериях и даже венах. Вторая - специфика кровоснабжения лёгких. Сердце у пернатых четырехкамерное, левая и правая его части не сообщаются (имеется полная перегородка), поэтому кровь не смешивается: в левой части движется артериальная, а в правой – венозная. На обмен веществ птиц влияет такой фактор, как прохождение через почки не только артериальной (как у млекопитающих), но и венозной крови по воротной системе сосудов, поэтому в жидких метаболитах у них вместо мочевины образуется мочевая кислота. Далее: форменные элементы крови – эритроциты - у представителей класса Aves имеют ядра, что увеличивает продолжительность жизни этих клеток. Из левого желудочка сердца выходит самый крупный артериальный сосуд – аорта. Она имеет правую дугу, бифуркация которой приводит к формированию левой и правой безымянных артерий, которые обеспечивают голову и крылья птиц питательными веществами и кислородом.

5.      Дыхательная система.

Дыхательная система птиц является уникальной. У пернатых воздушные потоки идут только в одном направлении, что не свойственно другим позвоночным. Каким образом можно вдыхать и выдыхать через одну трахею? Решение представляет собой удивительное сочетание уникальных анатомических особенностей и манипуляций атмосферного потока. Особенности дыхательной системы птиц обуславливают сложные механизмы работы воздушных мешков. Они не присутствуют в организме млекопитающих.

Процесс у крылатых осуществляется несколько иначе, чем у млекопитающих. Помимо лёгких, у них имеются также воздушные мешки. В зависимости от вида, дыхательная система птиц может включать семь или девять этих лопастей, которые имеют выход в плечевую и бедренную кости, позвонки и даже череп. Из-за отсутствия диафрагмы воздух перемещается путём изменения давления в воздушных мешках при помощи грудных мышц. Это создаёт отрицательное давление в лопастях, заставляя воздух входить в дыхательную систему. Подобные действия не являются пассивными. Они требуют определённые мышечные сокращения для усиления давления на воздушные мешочки и выталкивания воздуха наружу.

Строение дыхательной системы птиц предполагает поднятие грудины во время процесса. Лёгкие пернатых не расширяются или сжимаются, как органы млекопитающих. У животных обмен кислорода и углекислого газа происходит в микроскопических мешочках, называемых альвеолами. У крылатых сородичей газообмен осуществляется в стенах микроскопических трубочек, называемых воздушными капиллярами. Органы дыхания птиц работают эффективнее, чем у млекопитающих. Они способны переносить больше кислорода с каждым вдохом. При сравнении с животными аналогичного веса, имеются более медленные частоты дыхания.

Обмен веществ у птиц очень интенсивен, температура тела доходит до 42°С. Чтобы обеспечить интенсивный обмен веществ, нужно много кислорода. Поэтому у птиц имеются не только легкие, которые вентилируются тем интенсивнее, чем чаще взмахи крыльев, но и воздушные мешки, во много раз превышающие легкие по объему. Их несколько пар: носоглоточные, шейные, переднегрудные, заднегрудные и брюшные, плюс непарный межключичный мешок. Когда птица поднимает крылья, мешки расширяются и заполняются воздухом из легких. При опускании крыльев мешки сжимаются, и воздух, выходя из них, продувает легкие на выходе второй раз. Это двойное дыхание избавляет птиц от одышки: чем быстрее они летят, тем сильнее дышат.

6.      Выделительная система

Органы выделения - почки - имеют плоскую форму и темно-красный цвет и находятся по бокам позвоночника, непосредственно прилегая к костям таза и занимая в них особые углубления. От почек идут два мочеточника, которые впадают в клоаку, не образуя мочевого пузыря. Большая часть воды из мочи всасывается стенками клоаки, поэтому моча густая, кашицеобразная. Основной продукт азотного обмена - мочевая кислота. Соли выводятся носовыми железами, особенно сильно развитыми у птиц, связанных с морем.

Рассмотрим выделительную и половую системы, их внутреннее строение и размножение птиц. Так как обмен веществ у птиц ускоренный, почки крупные. Эти парные метанефрические органы разделены на три лопасти и находятся под спинными стенками таза. Отходящие от них мочеточники открываются в клоаке. Мочевого пузыря у пернатых нет. Отходы жизнедеятельности, состоящие преимущественно из мочевой кислоты, быстро выводятся из организма.

7.       Органы размножения.

Мы рассмотрели внутреннее строение птиц. Биология не только изучает анатомию, но и анализирует поведение животных. Поговорим о таком сложном процессе, как размножение и забота о потомстве у птиц. Период размножения наступает, когда появляется достаточно корма. У наших пернатых – весной и летом. А вот размножение у пернатых, содержащихся в неволе, например декоративных, стимулируют в любое время года, увеличивая количество и питательность корма. Большинство мелких и средних птиц образуют пары на сезон, у крупных нередки длительные союзы. Могут образовывать стайки, где образуются временные пары. Выбор партнера не случаен. Самцы токуют, чтобы привлечь внимание самок: распускают перья, издают особые звуки, вступают в схватки. Большинство видов откладывают яйца в гнездо, которое может располагаться на земле, на деревьях, кустах, в дуплах, норках. Яйца защищает прочная скорлупа, часто имеющая маскирующую окраску. У выводковых видов (домашних птиц, уток, гусей, тетеревов, лебедей) птенцы появляются из яйца с открытыми глазами и покрытые пухом. Очень быстро они начинают есть самостоятельно и выходить из гнезда. У гнездовых птиц (голуби, вороны, синицы, воробьи, грачи, попугаи, хищные птицы) детеныши появляются слепыми и голыми, полностью беспомощными. Для птиц характерна длительная забота о потомстве. Пернатые обогревают и выкармливают своих птенцов, защищают их.

У самца вблизи почек располагаются парные бобовидные семенники, впадающие в клоаку. У самок развивается только левый яичник, что позволяет снизить массу тела птицы. Оплодотворенные яйца опускаются по яйцеводу, по пути покрываясь слоем белка, скорлуповыми оболочками и известковой скорлупой (демонстрация модели «Строение яйца птицы»).  Яйцеживорождение у птиц отсутствует из-за экономии массы тела. Как только яйцо сформируется, птица его немедленно откладывает, не обременяя себя лишним грузом. Ни одна птица не откладывает за один раз несколько яиц.

Из яиц, отложенных птенцовыми (или гнездовыми) птицами (например, голубями), выклевывается голый, совершенно беспомощный птенец. У выводковых птиц (кур, уток) птенец хорошо опушен и с первого часа после выклева способен бегать и клевать пищу.

Птицы раздельнополые. Оплодотворение внутреннее. Развитие прямое. Самки откладывают яйца, содержащий большой запас питательных веществ.

8. Нервная система птиц хорошо развита. Особенно хорошо развит мозжечок, координирующий движения в полете. Полушария переднего мозга больше, чем у рептилий, сильно развиты зрительные доли мозга. Глаза птиц способы к аккомодации (наводке на резкость) двумя способами: изменением формы хрусталика и изменением расстояния между ним и сетчаткой. Птицы хорошо различают цвета. Вообще зрение у птиц развито лучше, чем слух.

Довольно большой мозг птиц свидетельствует об их высоком развитии. Птицы способны к сложным формам деятельности. У них часты случаи брачных турниров (токование), они легко обучаются новому. Сезонные перелеты, устройство сложных гнезд - все это свидетельства хорошо развитой высшей нервной деятельности. В поведении птиц важную роль играет импринтинг (запечатление): вышедший из яйца птенец начинает считать матерью любого, кто его вскармливает, поэтому он следует за ним.

Органы нервной системы птиц составляют центральную нервную систему (спинной и головной мозг) и периферические отделы (нервные окончания, нервы спинного и головного мозга). Строение мозга имеет общие черты с позвоночными, хотя некоторые особенности существенно отличают его. Строение нервной системы и органов чувств птиц напрямую связано с их жизнедеятельностью. Птицы обладают хорошим чувством равновесия и координации движений, необходимых им для полётов. Благодаря этому они прекрасно маневрируют в воздухе.

Нервная система птиц отличается прежде всего размерами головного мозга, который значительно превышает мозг пресмыкающихся. Его масса составляет 0,05-0,09% (от массы тела) у бескилевых и 0,2-8% у летающих представителей птиц. Кора полушарий переднего мозга у птиц является пережитком или рудиментом. У рептилий она развита лучше из-за возникновения полового обоняния.

Наименее развитые чувства у птиц – обоняние и вкус. Большинство видов с трудом различают запахи, исключение составляют хищники, например, американские грифы. Вкус еды определяют вкусовые почки, располагающиеся у основания языка и на нёбе. Особой потребности в них нет, так как пища в основном просто заглатывается.

Лучше всего у птиц развиты зрение и слух. Их уши прикрыты перьями и лишены ушной раковины. Они состоят из внутреннего, среднего и зачатков наружного уха. В чувствительности к звукам они превосходят многих млекопитающих. У сов, салаганов, гуахаро есть способность к эхолокации. Развитый лабиринт внутреннего уха обеспечивает птицам отличное чувство равновесия.

У птиц хорошо развиты органы слуха и зрения, им свойственно цветное зрение.