§ 45. Класс Птицы. Особенности внешнего строения и опорно-двигательной системы птиц

Определения и обозначения

Класс Птицы — группа позвоночных животных, тело которых покрыто перьями, а передние конечности преобразованы в крылья. К позвоночным относятся животные с внутренним скелетом и позвоночником. Перья и крылья — главные особенности, по которым птиц отличают от других позвоночных. Эти признаки связаны с защитой тела и приспособлением к полёту.

Перьевой покров — совокупность перьев птицы, обеспечивающая защиту тела, сохранение тепла и участие в полёте. Перья лежат так, что защищают кожу и помогают телу сохранять обтекаемую форму. Между перьями может удерживаться воздух, который плохо проводит тепло. Разные виды перьев выполняют разные задачи, поэтому покров одновременно защищает и помогает движению.

Крыло — видоизменённая передняя конечность птицы, приспособленная главным образом к полёту. Это не отдельный орган вместо конечности: крыло имеет изменённые кости, суставы и пальцы передней конечности. К ним прикрепляются перья, которые образуют рабочую поверхность крыла. Благодаря этому движения мышц передаются крылу и помогают птице лететь.

Киль грудины — вырост грудины, к которому прикрепляются мощные грудные мышцы, работающие при полёте. Грудина — кость на нижней стороне туловища, а киль выступает от неё и увеличивает место для прикрепления мышц. При сокращении эти мышцы двигают крылья. Поэтому киль связан с работой опорно-двигательной системы, а не с дыханием или строением самого крыла.

Как это устроено

Тело птицы обычно компактное и обтекаемое: его передняя часть плавно переходит в туловище, а перья приглажены вдоль тела. Такая форма уменьшает сопротивление воздуха, который обтекает птицу во время полёта. Подвижная шея позволяет поворачивать голову и доставать клювом до разных частей тела, не меняя положения туловища. Голова сравнительно лёгкая, поэтому она меньше увеличивает нагрузку на летящую птицу и помогает сохранять равновесие.

Покров состоит из перьев разных типов, потому что одной структуре трудно одинаково хорошо защищать тело, сохранять тепло и помогать полёту. Контурные перья покрывают тело снаружи, защищают его и придают ему гладкую форму. На крыльях особенно важны маховые перья: при движении они взаимодействуют с воздухом и помогают создавать силу, поддерживающую птицу. Рулевые перья хвоста помогают менять направление и замедлять полёт, а мягкий пух удерживает тёплый воздух у тела.

Передние конечности превратились в крылья, поскольку именно ими птица создаёт взмахи и взаимодействует с воздухом. В крыле есть изменённые кости передней конечности и суставы, благодаря которым оно может сгибаться и разгибаться. Кости и пальцы укорочены или срослись в разной степени, чтобы поддерживать перья и сохранять форму крыла. Мышцы приводят его в движение, а перья увеличивают поверхность, которой крыло давит на воздух.

Скелет птицы должен быть достаточно лёгким для полёта, но выдерживать нагрузку при взмахах и приземлении. У многих птиц кости имеют воздушные полости, а часть костей срослась; срастание делает отдельные участки скелета более жёсткими и устойчивыми. Воздушные полости уменьшают массу костей, хотя степень их развития у разных видов неодинакова. Поэтому лёгкость создаётся не только полыми костями, а особенностями всего скелета.

При полёте крылья должны двигаться с большой силой, поэтому у многих птиц хорошо развита грудина с килем. К килю прикрепляются грудные мышцы: они сокращаются и обеспечивают взмахи крыльями. Задние конечности нужны для передвижения и приспособлены к образу жизни: одни помогают ходить или бегать, другие — держаться на ветвях, плавать либо захватывать добычу. Значит, форма ног может различаться, даже если общий план строения конечностей у птиц сходен.

Особенности внешнего строения и опорно-двигательной системы птиц

В таблице можно проследить связь между строением каждой части тела и её функцией. Сравнивайте признаки не по отдельности, а как части единой системы: например, мышцы работают вместе с крыльями и перьями. Различия в строении ног помогают понять, к какому образу жизни приспособлена птица.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Назовите части внешнего строения птицы, которые непосредственно участвуют в полёте, и укажите их функции. Чтобы ответить точно, разделим задачу на движение крыльев, взаимодействие с воздухом и управление направлением. Не забудем, что в полёте одновременно действуют несколько частей тела.

1. Крылья — это преобразованные передние конечности; мышцы двигают их вверх и вниз.
2. Маховые перья образуют рабочую поверхность крыла и помогают при взмахах создавать силу, поддерживающую птицу.
3. Хвост с рулевыми перьями помогает поворачивать и тормозить, а обтекаемая форма туловища уменьшает сопротивление воздуха.

Ответ. В полёте участвуют крылья с маховыми перьями, хвост с рулевыми перьями и обтекаемое туловище. Крылья создают взмахи, перья взаимодействуют с воздухом, а хвост помогает управлять движением. Все эти части работают согласованно.

Задача 2

Условие. Сравните скелет птицы и скелет наземного позвоночного животного. Объясните, какие особенности скелета птицы связаны с полётом. Для сравнения выберем признаки, важные для опоры, движения и массы тела. Не следует считать, что скелеты всех наземных животных одинаковы: здесь важны общие отличия от приспособлений птиц.

1. У птиц передние конечности изменены в крылья, тогда как у наземных животных они обычно служат для ходьбы, бега или захвата.
2. Скелет птицы лёгкий, но прочный: некоторые кости имеют воздушные полости, а срастание костей укрепляет отдельные участки.
3. Грудина с килем даёт место прикрепления сильным грудным мышцам, которые двигают крылья.

Ответ. По сравнению со скелетом типичного наземного животного скелет птицы имеет приспособления к полёту: крылья, облегчённые кости, сросшиеся участки и киль. Они сочетают небольшую массу с прочностью и обеспечивают работу летательных мышц. При этом птицы также должны выдерживать нагрузку при ходьбе и приземлении.

Задача 3

Условие. У птицы повреждены маховые перья одного крыла и мышцы, прикреплённые к килю. Объясните, как это повлияет на её полёт. Нужно отдельно рассмотреть повреждение перьев и мышц, а затем связать их действие. Сравним, что происходит с поверхностью крыла и с силой взмаха.

1. Маховые перья образуют часть поверхности крыла, поэтому их повреждение нарушит взаимодействие крыла с воздухом.
2. Мышцы, прикреплённые к килю, обеспечивают сильные движения крыльев; при их повреждении взмахи станут слабее.
3. Если одно крыло работает хуже другого, птице будет труднее сохранять равновесие и управлять полётом.

Ответ. Полёт станет затруднённым: повреждённое крыло будет хуже создавать необходимую силу, а мышцы не смогут выполнять полноценные взмахи. Из-за разницы в работе крыльев птица может терять устойчивость. Значит, для полёта важны и целые маховые перья, и работа мышц.

Типичные ошибки

Ошибка — считать крыло отдельным органом, не связанным с передней конечностью. Так могут думать, потому что внешне крыло совсем не похоже на обычную руку или лапу. На самом деле у крыла есть изменённые кости, суставы и пальцы передней конечности. Проверь себя: если в ответе говорится, что у птицы передних конечностей нет, это неверно.

Маховые и рулевые перья тоже часто путают, поскольку оба типа участвуют в полёте. Маховые находятся на крыльях и помогают при взмахах, а рулевые расположены на хвосте и участвуют в управлении и торможении. Проверь себя по месту расположения перьев, а затем назови их функцию. Не приписывай хвосту создание взмахов крыла.

Неверно объяснять лёгкость птицы только полыми костями. Это упрощение возникает из-за того, что воздушные полости легко запомнить как заметный признак. На массу и прочность влияют также срастание костей и особенности всего скелета; воздушные полости есть не в одинаковой степени у всех птиц. Проверь себя: в объяснении должны быть названы как минимум облегчение и прочность.

Киль иногда называют органом дыхания или частью крыла. Путаница появляется потому, что киль связан с работой мышц, необходимой для полёта. Но это вырост грудины, к которому крепятся мощные грудные мышцы, а не дыхательная структура и не элемент крыла. Проверь себя вопросом: к какой кости относится киль и что к нему прикрепляется?

Связь с другими темами

Для понимания строения птиц пригодятся знания о позвоночных, скелете, типах конечностей и функциях покровов тела. Полёт требует активной работы мышц и снабжения их кислородом, поэтому особенности внешнего строения связаны с темой о дыхании птиц. Позже эти знания помогут сравнивать классы позвоночных и объяснять, как птицы приспособились к разным способам передвижения и образу жизни. Строение крыльев, перьев и ног можно связывать с тем, где и как живёт конкретный вид.

Что запомнить

• Тело птицы имеет обтекаемую форму и покрыто перьями.
• Передние конечности птиц преобразованы в крылья.
• Маховые перья обеспечивают полёт, а рулевые участвуют в управлении и торможении.
• Скелет птицы лёгкий и прочный; многие кости срослись или имеют воздушные полости.
• Киль грудины служит местом прикрепления мощных грудных мышц.
• Задние конечности птиц приспособлены к ходьбе, сидению на ветвях, плаванию или захвату добычи.
• Особенности внешнего строения и скелета птиц связаны прежде всего с полётом.