Из чего состоит позвоночник птицы

Класс Птицы

          Подкласс Бескилевые

          Подкласс Новонёбные

Класс Птицы включает 10 560 ныне живущих видов птиц и 149 видов, вымерших в современное историческое время (данные на февраль 2015 года).

Птицы максимально приспособлены к полёту, благодаря чему практически не встречают конкуренции в воздушной среде.

Происхождение птиц

Обособление птиц от пресмыкающихся, вероятно, произошло в конце триаса — начале юры (190−170 млн лет назад), но ископаемых остатков древнейших птиц этого периода пока не найдено. 

Непосредственных предков птиц нужно искать не среди летающих ящеров, а среди наиболее древней группы архозавров — псевдозухий, которые дали начало и остальным группам архозавров.
Псевдозухии по внешнему виду напоминали ящериц и вели наземный образ жизни. У части видов задние конечности были несколько длиннее передних, и при быстром беге животные, вероятно, опирались о землю только задними конечностями. 

Промежуточные формы между псевдозухиями и птицами, которые показывали бы последовательные стадии развития оперения и преобразования скелета, пока не обнаружены. Предполагают, что некоторые псевдозухии постепенно переходили к древесному образу жизни. Разрастание роговых чешуй по бокам тела и хвоста, по заднему краю конечностей позволяло удлинить прыжки с ветки на ветку (гипотетическая стадия предптицы).

Одним из самых известных ископаемых предков птиц долгое время считался археоптерикс, останки которого были найдены в песчаных отложениях юрского моря (возраст около 150 млн лет). По размерам он напоминал сороку. 

Археоптерикс имел признаки и рептилий, и птиц:

• длинный хвост, несущий перья;

• пальцы на крыльях оканчиваются когтями;

• ключицы срослись в вилочку, лопатка саблевидна;

• грудина без киля;

• есть брюшные рёбра.

На данный момент известно, что археоптерикс не являлся предком птиц, а был слепой ветвью летающих ящеров.

Рис. Отпечаток скелета археоптерикса

Современные и все остальные ныне известные ископаемые птицы относятся к подклассу настоящих, или веерохвостых, птиц:

• хвостовой отдел укорочен;

• последние хвостовые позвонки сливаются в единую косточку — пигостиль, к которой веером прикрепляются рулевые перья;

• на грудине образуется киль;

• есть цевка и пряжка;

• исчезают брюшные рёбра.

Веерохвостые птицы появились в юрском периоде, но их остатков пока не обнаружено. Наиболее древние остатки обнаружены в отложениях мелового периода (возраст примерно 80−90 млн лет). Гесперорнисы и ихтиорнисы жили большими стаями, имели зубы и питались рыбой.

Гесперорнисы — крупные плававшие и нырявшие птицы, по внешнему облику напоминавшие гагар или поганок. Они утратили способность к полёту: передние конечности и пояс сильно редуцированы, а грудина без киля.

Ихтиорнисы — некрупные, размерами с голубя птицы с хорошо развитым килем, зубами и очень маленьким объёмом мозговой полости.

Рис. Гесперорнисы и ихтиорнисы

В конце мела (70−40 млн лет назад) возникло большинство современных отрядов птиц, что совпадает с бурной эволюцией покрытосеменных растений и насекомых: увеличение количества и разнообразия потенциальных пищевых ресурсов.

Способность к активному полёту, теплокровность и высокий уровень развития центральной нервной системы обеспечили птицам возможность широкого распространения на Земле. С приспособлением птиц в ходе эволюции к жизни в различных условиях (леса, открытые пространства, водоемы) связано образование разных экологических групп, отличающихся внешним обликом и специфическими чертами строения.

Морфофункциональные адаптации затронули все системы органов птиц.

Важнейшие ароморфозы класса Птицы

• Передние конечности превращены в крылья.

• Тело покрыто перьями.

• Сердце четырёхкамерное; полное разделение кругов кровообращения — теплокровность.

• Высокий уровень развития ЦНС.

Основная характеристика класса Птицы

Тело обтекаемой формы.

Покровы

Кожа тонкая и сухая.

Кожные железы отсутствуют (над основанием хвоста — копчиковая железа; функция: уход за перьями, защита от намокания).

Тело покрыто перьями.

Перья — производные эпидермиса, образованы роговым веществом — кератином; эволюционно произошли от роговых чешуй пресмыкающихся.

скелет

Скелет птиц лёгок и в то же время прочен, что важно для полёта. 

Скелет имеет множество морфофункциональных адаптаций для полёта:

• передние конечности — крылья — адаптированы к полёту;

• пневматические кости — кости с воздушными полостями;

• многочисленные срастания костей (грудная кость, сложный крестец; цевка и пряжка);

• бесшовное срастание костей черепа, крупные глазницы, отсутствие зубов — всё для уменьшения массы;

• открытый таз (откладывание крупных яиц);

• киль — вырост грудины для крепления мощной крыловой мускулатуры.

Скелет головы: череп птиц отличается большой тонкостенной мозговой коробкой, огромными глазницами, беззубыми челюстями. У взрослых птиц кости черепа полностью срастаются, что обеспечивает его прочность. Роговой клюв лёгкий и прочный. 

Позвоночник: 

• шейный отдел: разное количество позвонков, соединённых друг с другом седлообразными суставными поверхностями, что придаёт шее большую гибкость;

• грудной отдел: грудные позвонки срастаются в грудную кость;

• сложный крестец — срастание задних грудных, поясничных, крестцовых и передних хвостовых позвонков с тонкими подвздошными костями таза; функция: опора для ног;

• копчиковая кость (пигостиль) — срастание задних хвостовых позвонков; функция: опора для рулевых перьев.  

Грудная клетка:

Каждое ребро состоит из двух костей, соединённых суставом. Рёбра имеют крючковидные отростки, которые налегают концами на рёбра следующей пары, что придаёт грудной клетке большую прочность.

Киль — вырост грудины птиц (кроме тех, которые утратили способность к полёту), к которому с обеих сторон прикрепляются мощные грудные и подключичные мышцы, приводящие в движение крыло.

Плечевой пояс состоит из трёх пар костей: саблевидных лопаток, лежащих вдоль позвоночника; тонких ключиц, которые срастаются нижними концами в вилочку, распирающую основания крыльев; коракоидов — массивных костей, соединяющихся одним концом с лопатками и основаниями плечевых костей, а другим — с грудиной.

Скелет крыла:

• пневматические кости плеча,

• кости предплечья (локтевая и лучевая),

• пряжка — сросшиеся кости запястья и пясти,

• сильно редуцированные фаланги II, III и IV пальцев, I и V пальцы атрофированы.

II палец имеет только одну фалангу, служащую опорой для обособленного пучка перьев на внешнем крае крыла, так называемого крылышка.

Рис. Особенности скелета птицы

Тазовый пояс образован тонкими подвздошными, лобковыми и седалищными костями, срастающимися у взрослых птиц в единую кость. Задние концы лобковых и седалищных костей у большинства птиц (кроме некоторых страусов) не сходятся, поэтому таз остается снизу открытым.

Скелет задних конечностей: 

• кости бедра,

• малая берцовая кость сильно редуцирована и приращена к большой берцовой кости;

• цевка (сросшиеся кости предплюсны и плюсны),

• фаланги пальцев.

Обычно ноги птицы четырёхпалые, но иногда число их сокращается до трёх и даже двух (африканский страус). Из четырёх пальцев в большинстве случаев три направлены вперед и один — назад.

Внутреннее строение птицы

• Нервная система: головной мозг с крупными большими полушариями переднего мозга (кора развита слабо), сильным развитием зрительных бугров среднего мозга. Крупный складчатый мозжечок (точная координация движений).

  

• Органы чувств развиты у птиц в различной степени. Хорошо развито зрение (крупные, сложно устроенные глаза). Органы обоняния развиты слабо. Орган слуха включает внутреннее и среднее ухо с одной слуховой косточкой. 

• Кровеносная система: два круга кровообращения. Сердце четырёхкамерное: два предсердия и два желудочка; полное разделение потоков артериальной и венозной крови — все органы снабжаются только артериальной кровью — высокий уровень обмена веществ — теплокровность. 
  У эмбрионов птиц, как и пресмыкающихся, закладываются как левая, так и правая дуги аорты, но в процессе эмбрионального развития животного левая атрофируется. 
  

• Органы дыхания приспособлены к усиленному газообмену.
  Лёгкие птиц имеют губчатое строение. Бронхи, входя в лёгкие, распадаются на всё более мелкие ветви. Последние заканчиваются тончайшими слепыми канальцами — бронхиолами, в стенках которых проходят капилляры кровеносных сосудов.

• Двойное дыхание. Лёгкие у птиц имеют дополнительные придатки — лёгочные мешки, расположенные между мышцами, среди внутренних органов и в полостях трубчатых костей крыльев.

  

Дыхание птиц осуществляется путём расширения и сжатия воздушных мешков. Этот процесс получил название двойного дыхания, поскольку отдача кислорода в кровь происходит как при вдохе, так и при выдохе.

При подъёме крыльев воздушные мешки растягиваются, и воздух засасывается в лёгкие и в задние мешки. При опускании крыльев происходит выдох, причём воздух, находящийся в легких перемещается в передние мешки, а в лёгкие проходит воздух из задних мешков.

При попадании каждой новой порции воздуха в легкие , происходит газообмен и поступление в кровь кислорода. 

В легких воздух идет всегда в одном направлении: от задних мешков в передние.

• Звукообразование. От глотки птицы отходит длинная трахея, которая в грудной полости делится на два бронха. На месте разделения трахеи на бронхи имеется расширение — нижняя гортань, в которой расположены сиринкс — орган звукообразования птиц. Нижняя гортань особенно сильно развита у птиц, поющих или издающих громкие звуки.

• Пищеварительная система. Зубы у современных птиц отсутствуют — их частично заменяют острые края рогового чехла клюва, которым птица захватывает, удерживает и иногда размельчает пищу.
  Ротовая полость — длинный пищевод — зоб (пища обрабатывается слюной) — железистый желудок с пищеварительными соками — мускульный желудок с ребристыми стенками и мелкими камешками, заглоченными птицей, — тонкая кишка с протоками печени и поджелудочной железы — толстая кишка — клоака.
  Прямая кишка не развита, поэтому фекалии не накапливаются в кишечнике, что облегчает массу птицы.
  В клоаку открываются мочеточники и протоки половых желез. 

• Выделительная система: парные тазовые почки. Мочеточники открываются в клоаку. Густая моча поступает в клоаку, откуда выводится наружу вместе с калом.

• Половая система: раздельнополые. Внутреннее оплодотворение. Половой диморфизм.
  У самцов: два семенника и семяпроводы, открывающиеся в клоаку. У некоторых птиц (гуси) самцы имеют совокупительный орган.
  У самок: один, левый, яичник, лежащий близ почки. Вышедшее из яичника яйцо попадает в непарный яйцевод, в верхней части которого происходит оплодотворение. Пройдя по яйцеводу, яйцо приобретает белковую оболочку, а попав в более широкую матку, покрывается известковой скорлупой. Через конечный отдел половых путей самки — влагалище — яйцо попадает в клоаку, а оттуда выводится наружу.

Рис. Выделительная и половая система птицы

Строение яйца

Яйцо птиц имеет очень крупные размеры, так как содержит много питательных веществ в виде желтка и белка. Зародыш развивается из небольшого зародышевого диска, находящегося на поверхности желтка.

На тупом конце яйца под скорлупой и подскорлуповой оболочкой находится полость, наполненная воздухом; она помогает дыханию зародыша. 

Рис. Строение яйца

птенцы

В зависимости от степени развития птенцов, только что вылупившихся из яиц, птиц делят на три группы:

• выводковые птицы: птенцы опушённые, зрячие, способны через короткое время самостоятельно питаться (курообразные, гусеобразные, страусы); 

• полувыводковые птицы: птенцы вылупляются зрячими и опушёнными, но выкармливаются родителями до приобретения способности к полёту (чайки, чистики, буревестники);

• птенцовые птицы: птенцы голые, слепые, длительное время остаются в гнезде, где их интенсивно кормят родители (воробьиные, дятлы, голуби).

Экология птиц

В зимний период птицы сталкиваются с большими трудностями при добывании нужного количества корма. В поисках мест обитания, которые наиболее полно могут обеспечить тот или иной вид кормом и защитными условиями, многие птицы начинают совершать направленные перемещения (кочёвки и миграции).

Птиц можно разделить на три экологические группы:

1. Оседлые птицы остаются в тех местах, где проходило их размножение, а если и меняют места обитания, то улетают не далее чем за несколько десятков километров (глухари, рябчики, дятлы, воробьи, синицы).

2. Кочующие птицы регулярно перемещаются в пределах одной природной зоны (свиристели, чечётки, снегири, клесты).

3. Перелётные птицы совершают дальние миграции, улетая на зимовку в другие природ?