Птахи: пристосування до польоту і різноманітність

Птахи — єдина група тварин, у якої тіло вкрите пір'ям. Саме пір'я, разом із полегшеним скелетом і потужними м'язами, зробило політ можливим. Розгляньмо, як влаштовані покриви й опорно-рухова система птахів, на прикладі сизого голуба — типового об'єкта, який вивчають за програмою НМТ.

Шкіра та її похідні

Шкіра птахів тонка й суха. У ній майже немає залоз — єдина залоза, куприкова, міститься над хвостом. Її жирним секретом птах змащує пір'я, роблячи його водонепроникним і гнучким. На ногах у птахів — рогові луски, а щелепи вкриті роговим дзьобом. Зубів у сучасних птахів немає: це значно зменшує масу голови, що важливо для польоту.

Пір'я: типи й будова

Пір'я поділяють на контурне й пухове. Контурне пір'я створює обтічну форму тіла й забезпечує політ. Серед нього розрізняють махові пера на крилах (створюють підіймальну силу), стернові на хвості (кермують польотом) і покривні, що вкривають усе тіло й надають йому обтічності. Пухове пір'я та пух слугують для теплоізоляції.

Типове контурне перо має міцний стрижень, занурений основою в шкіру. Від стрижня в обидва боки відходять опахала, утворені борідками першого порядку. Від них, своєю чергою, відходять дрібніші борідки другого порядку, зчеплені між собою крихітними гачечками. Завдяки цьому опахало — суцільна пружна пластинка, яка не пропускає повітря. Періодично пір'я замінюється під час линяння.

Скелет: легкість і міцність

Скелет птахів одночасно легкий і міцний. Кістки пневматичні — усередині вони мають порожнини, заповнені повітрям, що зменшує масу тіла. Кістки черепа тонкі й зрослися між собою, утворюючи міцну коробку. Шия довга й рухлива — у різних видів від 9 до 25 хребців.

Грудні хребці частково зрослися, а поперекові, крижові й частина хвостових повністю зрослися з тазом, утворюючи складний крижець. Це створює міцну опору для ніг під час ходіння й приземлення.

Кіль, вилочка, крило й нога

Груднина (sternum) у більшості птахів має високий гребінь — кіль. До кіля прикріплені великі грудні м'язи, які опускають крило вниз під час польоту. Ключиці зрослися у вилочку — пружну кістку, що пом'якшує різкі рухи крил і працює як пружина.

Крило — видозмінена передня кінцівка. Його скелет складається з плеча, передпліччя, пряжки (зрощені кістки зап'ястка й п'ястка) і недорозвинених пальців. Нога складається зі стегна, гомілки, цівки (зрощені кістки передплесна й плесна) і пальців. Цівка подовжує крок і пом'якшує приземлення.

Політ потребує величезної кількості енергії. Щоб її отримати, птахи мають ефективну травну систему, унікальне подвійне дихання й досконалий кровообіг. Розгляньмо кожну з цих систем.

Травна система

Їжа потрапляє в дзьоб без зубів, звідки — у стравохід. Стравохід має розширення — воло, де їжа накопичується й розм'якшується. Далі їжа надходить у залозистий шлунок, де обробляється травними соками, а потім — у м'язовий шлунок з товстими стінками. У м'язовому шлунку їжа перетирається за допомогою дрібних камінців, яких птах навмисно ковтає. Звідти їжа проходить у короткий кишечник і далі в клоаку. Травлення в птахів дуже швидке, кал у кишечнику не накопичується — це зменшує масу тіла в польоті.

Дихальна система й подвійне дихання

Легені птахів щільні, губчасті, майже не розтягуються. Від них відходять тонкостінні повітряні мішки, що лежать між внутрішніми органами й навіть заходять у порожнини пневматичних кісток. Саме завдяки повітряним мішкам птахи мають подвійне дихання.

Як це працює? Під час вдиху повітря проходить крізь легені й частково надходить у задні повітряні мішки. Під час видиху свіже повітря з цих мішків знову проходить крізь легені. Отже, газообмін у легенях відбувається і на вдиху, і на видиху — звідси назва «подвійне дихання». У самих повітряних мішках газообміну немає, вони лише резервуари повітря. Крім того, повітряні мішки охолоджують тіло під час польоту й зменшують загальну густину тіла птаха. У польоті дихальні рухи пов'язані з рухами крил.

Кровоносна система

Серце птахів чотирикамерне: два передсердя й два шлуночки. Артеріальна й венозна кров не змішуються, тому всі органи отримують насичену киснем кров. Від лівого шлуночка відходить права дуга аорти (на відміну від ссавців, у яких ліва дуга). Серце велике, частота скорочень висока — у дрібних птахів може сягати кількох сотень ударів за хвилину. Температура тіла стала й висока — близько 40–42 °C.

Видільна система й мозок

Органи виділення — тазові нирки. Сечового міхура немає, що зменшує масу тіла. Головний мозок птахів має великі півкулі без борозен, великий мозочок (відповідає за координацію польоту) й великі зорові частки середнього мозку. Зір — головний орган чуття: птахи бачать кольори й мають дуже гостру зорову пам'ять.

Птахи — яйцекладні хребетні з внутрішнім заплідненням. Їхнє яйце має складну будову, яка забезпечує розвиток зародка поза організмом матері. Після вилуплення пташенята бувають двох типів — виводкові й нагніздні.

Будова яйця птаха

У самки птаха розвинені лише лівий яєчник і лівий яйцепровід — це зменшує масу тіла. Поки яйце рухається яйцепроводом, на нього пошарово наносяться білок, підшкаралупні оболонки й шкаралупа.

Розгляньмо складники яйця зсередини назовні:

• Жовток — запас поживних речовин для зародка. На поверхні жовтка міститься зародковий диск, з якого власне й розвивається зародок.

• Халази — білкові джгутики, що утримують жовток у центрі яйця, не даючи йому прилипати до стінок.

• Білок — запас води й білків, а також додатковий захист зародка від механічних пошкоджень.

• Дві підшкаралупні оболонки. На тупому кінці яйця вони розходяться й утворюють повітряну камеру — запас повітря, яким пташеня дихає перед вилупленням.

• Вапнякова шкаралупа — тверда зовнішня оболонка, пронизана порами для газообміну. Вона захищає яйце від висихання й пошкоджень.

Порівняння яйця птаха й плазуна

Птахи насиджують яйця — зародок розвивається завдяки теплу батьків. Порівняно з яйцем плазунів, пташине яйце завжди має тверду вапнякову шкаралупу (у більшості плазунів — ящірок і змій — оболонка шкіряста, а в крокодилів і багатьох черепах теж вапнякова), повітряну камеру, халази й значно більше білка. Ці відмінності пов'язані з вищою інтенсивністю обміну речовин у птахів і необхідністю забезпечити зародка киснем і водою на всьому етапі насиджування.

Виводкові й нагніздні птахи

За рівнем розвитку пташенят птахів поділяють на дві групи:

Запам'ятай: кури, качки, гуси, журавлі — виводкові; горобці, ластівки, дятли, голуби — нагніздні.

Усіх сучасних птахів поділяють на дві великі групи за будовою грудної клітки: безкілевих (бігаючих) і кілегрудих. Крім того, за сезонною поведінкою розрізняють осілих, кочових і перелітних птахів.

Безкілеві (бігаючі) птахи

Безкілеві птахи не мають кіля на груднині, тому не можуть літати. Їхні крила недорозвинені, а борідки пір'я не зчеплені між собою — через це пір'я виглядає пухким, не утворює суцільної пластинки. Натомість у них дуже сильні ноги, пристосовані для швидкого бігу.

Найвідоміший представник — африканський страус, найбільший сучасний птах. Він має лише два пальці на нозі. Ще один цікавий безкілевий птах — ківі з Нової Зеландії. Ківі — нічний птах, його ніздрі містяться на кінці дзьоба, що допомагає знаходити їжу в лісовій підстилці, а крила майже непомітні.

Кілегруді птахи

Кілегруді птахи мають кіль — високий гребінь на груднині, до якого кріпляться грудні м'язи. Більшість кілегрудих птахів літає. Однак варто запам'ятати виняток: пінгвіни теж мають кіль, хоча й не літають у повітрі. Їхні крила перетворилися на ласти, за допомогою яких вони «літають» під водою.

Осілі, кочові й перелітні птахи

Головна причина відльоту перелітних птахів — брак їжі взимку. Основним сигналом до відльоту є скорочення світлового дня.

За програмою НМТ ти маєш знати дев'ять рядів кілегрудих птахів. Кожен ряд має характерні ознаки, за якими його можна впізнати на малюнку чи за описом. Розгляньмо їх по черзі.

Розгляньмо п'ять типових завдань НМТ, які перевіряють твої знання про птахів.

Приклад 1. Де в птахів відбувається газообмін?

Завдання: вибери одну правильну відповідь із чотирьох.

У яких органах птахів безпосередньо відбувається газообмін?

• у повітряних мішках

• у легенях

• у легенях і повітряних мішках

• у порожнинах пневматичних кісток

Розв'язання. Газообмін у птахів відбувається лише в легенях. Повітряні мішки є резервуарами повітря, вони забезпечують подвійне дихання, але в них немає газообміну. Пневматичні кістки мають порожнини, заповнені повітрям, але теж не беруть участі в газообміні.

Відповідь: у легенях.

Чому інші варіанти неправильні: перший варіант (у повітряних мішках) — помилка, бо в мішках немає газообміну; третій (у легенях і повітряних мішках) — подвійна помилка; четвертий (у порожнинах пневматичних кісток) — ці порожнини тільки зменшують масу скелета.

Приклад 2. Птах → ряд (логічні пари)

Завдання: установи відповідність між птахом (1–4) і рядом (А–Д). Одна буква зайва.

Розв'язання. Беркут — великий денний хижак із гачкуватим дзьобом, належить до соколоподібних (1 → А). Чапля сіра має довгі ноги й шию, полює біля водойм — це лелекоподібні (2 → Б). Рябчик — невеликий лісовий птах із куроподібних (3 → В). Качка-крижень має плавальні перетинки й плаский дзьоб — гусеподібні (4 → Г). Совоподібні (Д) — зайва позиція.

Відповідь: 1А, 2Б, 3В, 4Г.

Приклад 3. Частина яйця → функція (логічні пари)

Завдання: установи відповідність між структурою яйця (1–4) і її функцією (А–Д). Одна буква зайва.

Розв'язання. Халази (1) — білкові джгутики, що утримують жовток у центрі (→ А). Повітряна камера (2) — запас повітря, яким пташеня дихає перед вилупленням (→ Б). Зародковий диск (3) — власне зародок, який розвивається (→ В). Шкаралупа (4) захищає яйце й через пори пропускає гази (→ Г). Плацента (Д) — зайве, вона є в ссавців, а не в птахів.

Відповідь: 1А, 2Б, 3В, 4Г.

Приклад 4. Три групи: ластівка міська

Завдання: вибери по одній правильній відповіді з кожної групи. Відповідь — тризначне число.

Визначте ряд, сезонну групу й тип пташенят для ластівки міської.

Розв'язання. Ластівка міська належить до ряду горобцеподібних (група 1 → варіант 2). Вона щороку відлітає на зимівлю в теплі краї — це перелітний птах (група 2 → варіант 3). Її пташенята вилуплюються сліпими й голими, батьки довго годують їх у гнізді — це нагніздні птахи (група 3 → варіант 2).

Відповідь: 232.

Чому інші варіанти неправильні: Соколоподібні — денні хижаки (ластівка комахоїдна). Осілі — живуть на одній території цілий рік, а ластівки відлітають. Виводкові — пташенята зрячі й самостійні, ластівки — нагніздні.

Приклад 5. Два твердження

Завдання: визнач, яке з двох тверджень правильне.

I. Кіль є лише в птахів, що літають. II. У безкілевих птахів борідки пір'я не зчеплені, тож пір'я пухке.

• правильне лише I

• правильне лише II

• обидва правильні

• обидва неправильні

Розв'язання. Твердження I — хибне. Кіль мають не лише птахи, що літають: пінгвіни теж мають кіль, хоча вони не літають (їхні крила перетворилися на ласти). Твердження II — правильне. У безкілевих (бігаючих) птахів борідки другого порядку не зчеплені гачечками, тому пір'я пухке й не утворює суцільних опахал.

Відповідь: правильне лише II.

Ось пастки, у які легко потрапити в цій темі:

• Газообмін у повітряних мішках. Багато хто думає, що оскільки повітряні мішки беруть участь у диханні, то газообмін відбувається й там. Насправді повітряні мішки — це тільки резервуари. Газообмін іде винятково в легенях — і на вдиху, і на видиху.

• Кіль є тільки в літаючих птахів. Не забувай про пінгвінів: вони не літають, але мають кіль, а крила використовують як ласти для плавання.

• Серце птахів трикамерне або кров змішана. У птахів, як і в ссавців, серце чотирикамерне. Артеріальна й венозна кров повністю розділені. Не плутай із плазунами.

• Плутанина з дугами аорти. У птахів від лівого шлуночка відходить права дуга аорти. У ссавців — ліва дуга. Це важлива деталь, яку часто переплутують.

• Цівка і пряжка. Цівка — це зрощені кістки передплесна й плесна, частина задньої кінцівки (ноги). Пряжка — зрощені кістки зап'ястка й п'ястка, частина передньої кінцівки (крила). Запам'ятай: цівка — нога, пряжка — крило.

• Птахам приписують зуби або сечовий міхур. У сучасних птахів зубів немає — їх замінює роговий дзьоб. Сечового міхура також немає, що зменшує масу тіла.

• Плутанина виводкових і нагніздних. Кури, качки, гуси — виводкові (пташенята зрячі, вкриті пухом). Горобці, ластівки, дятли — нагніздні (пташенята сліпі й голі).

• Лелека й журавель — один ряд. Це часта помилка. Лелека належить до лелекоподібних, а журавель — до журавлеподібних. У польоті лелека витягує шию, а чапля (теж лелекоподібні) втягує. Журавлі летять клином і мають гучне курликання.

Тема «Птахи» належить до пункту 3.14 програми НМТ з біології. Вона охоплює безкілевих і кілегрудих птахів, дев'ять рядів кілегрудих, будову яйця, виводкових і нагніздних, осілих, кочових і перелітних птахів, а також порівняння яєць птахів і рептилій. Типовий об'єкт вивчення — сизий голуб.

Формати завдань

Стратегія виконання

• Ряд птаха визначай насамперед за формою дзьоба й будовою ніг. Гачкуватий дзьоб і кігті — хижі птахи (соколоподібні, совоподібні). Плавальні перетинки — гусеподібні. Лазальна нога (два пальці вперед, два назад) — дятлоподібні. Довгі ноги й шия — лелекоподібні або журавлеподібні.

• У завданнях про яйце називай і структуру, і її функцію, щоб не переплутати пари.

• У тригрупових завданнях спершу визнач ряд, потім сезонну групу, потім тип пташенят — і запиши тризначне число.

• Покриви: пір'я (контурне — махове, стернове, покривне; пухове), суха шкіра з куприковою залозою, беззубий дзьоб, рогові луски на ногах.

• Скелет: пневматичні кістки, кіль, вилочка, складний крижець, пряжка (крило), цівка (нога).

• Травлення: дзьоб → воло → залозистий шлунок → м'язовий шлунок (камінці) → короткий кишечник → клоака. Травлення швидке.

• Подвійне дихання: газообмін лише в легенях (і на вдиху, і на видиху). Повітряні мішки — резервуари, охолоджують тіло, зменшують густину.

• Кровообіг: чотирикамерне серце, права дуга аорти, стала температура тіла (40–42 °C). Сечового міхура немає.

• Яйце: шкаралупа (з порами), підшкаралупні оболонки, повітряна камера, білок, халази, жовток, зародковий диск. Порівняно з яйцем більшості плазунів — тверда шкаралупа, повітряна камера, халази, більше білка.

• Виводкові (куроподібні, гусеподібні, журавлі) і нагніздні (горобцеподібні, дятли, голуби).

• Осілі (горобець, сорока, ворона, дятел), кочові (омелюхи, снігурі), перелітні (лелека, ластівка, журавель).

• Безкілеві (страус, ківі — кіля немає, не літають). Дев'ять рядів кілегрудих: пінгвіноподібні, дятлоподібні, куроподібні, гусеподібні, соколоподібні, совоподібні, лелекоподібні, журавлеподібні, горобцеподібні.