§ 47. Размножение, развитие и происхождение птиц

Определения и обозначения

Внутреннее оплодотворение — слияние мужской и женской гамет внутри тела самки. Гаметы — половые клетки, участвующие в размножении. Такой способ особенно важен на суше: гаметы защищены от высыхания, а вероятность их встречи выше.

Яйцо птицы — зародыш и запас питательных веществ, окружённые оболочками. Желток служит главным запасом питания, белок содержит воду и смягчает удары, скорлупа защищает яйцо и пропускает газы через поры. Воздушная камера содержит запас воздуха, который нужен зародышу, особенно перед вылуплением.

Инкубация — согревание яйца до температуры, необходимой для развития зародыша. Обычно яйца насиживает один или оба родителя, поддерживая подходящие условия для развития. Без достаточного тепла развитие может замедлиться или остановиться.

Прямое развитие — развитие, при котором нет личиночной стадии и метаморфоза, то есть резкого превращения организма. Птенец может отличаться от взрослой птицы размером, оперением и самостоятельностью, но имеет тот же общий план строения. Затем он растёт и постепенно приобретает признаки взрослой особи.

Как это устроено

Размножению часто предшествуют брачное поведение и образование пары. Демонстрации, звуки и ухаживание помогают птицам найти партнёра своего вида и согласовать размножение. У многих видов оба родителя участвуют в заботе о кладке или птенцах, поэтому потомство получает больше защиты и корма. Такая помощь повышает вероятность, что хотя бы часть птенцов выживет.

Во время спаривания мужские половые клетки попадают в организм самки, где одна из них может слиться с яйцеклеткой. Так возникает оплодотворённая яйцеклетка — первая клетка нового организма. Внутреннее оплодотворение не требует воды снаружи тела, поэтому оно подходит для жизни и размножения на суше. После оплодотворения яйцеклетка начинает делиться, а вокруг развивающегося зародыша формируются части яйца.

Яйцо складывается из зародыша, запасов и оболочек, каждая часть выполняет свою задачу. Желток обеспечивает зародыш питательными веществами, а белок даёт воду и помогает смягчать механические воздействия. Скорлупа и подскорлуповые оболочки защищают содержимое от повреждений и потери воды, при этом поры скорлупы позволяют газам проходить внутрь и наружу. Воздушная камера образуется у тупого конца яйца и служит небольшим запасом воздуха.

Во время инкубации тепло поддерживает процессы, благодаря которым клетки зародыша делятся и образуют ткани и органы. Но одного тепла недостаточно: зародышу нужен кислород, а углекислый газ должен выходить через поры скорлупы. Родители согревают яйца телом и могут переворачивать их, чтобы развитие шло равномерно. Когда птенец достаточно развит, он пробивает скорлупу изнутри и вылупляется.

Вылупившийся птенец растёт и со временем становится похож на взрослую птицу, хотя сначала может быть слабым и зависеть от родителей. Птицы связаны с древними пресмыкающимися общим происхождением; об этом говорят сходные особенности скелета и размножения яйцами. Особенно наглядна ископаемая переходная форма археоптерикс: у него были перья и крылья, но также зубы, длинный костный хвост и пальцы с когтями. Ископаемые остатки помогают сравнивать древние и современные организмы, а появление перьев и изменение передних конечностей связывают с формированием полёта.

Размножение и развитие птиц

Таблица показывает последовательность этапов — от образования пары до роста птенцов — и объясняет значение каждого из них. Пользуйся ею, чтобы восстановить ход размножения и различать оплодотворение, развитие зародыша и инкубацию. Последние два процесса связаны во времени, но означают разное: зародыш развивается, а родители обеспечивают яйцу тепло.

Разбор задач

Задача 1. Установи соответствие между скорлупой, белком, желтком, воздушной камерой и их функциями. Нужно определить, какая часть защищает яйцо, какая питает зародыш, какая связана с запасом воздуха, и не забыть о воде. Для проверки важно сопоставить не название части, а её строение и назначение.

1. Скорлупу связываем с защитой яйца от повреждений и высыхания; её поры при этом позволяют газам проходить.
2. Желток выбираем как основной запас питательных веществ для зародыша.
3. Белок связываем с водой и дополнительной защитой от ударов.
4. Воздушную камеру соотносим с запасом воздуха, особенно нужным перед вылуплением.

Ответ: скорлупа — защита и газообмен; белок — вода и смягчение ударов; желток — питание; воздушная камера — запас воздуха.

Задача 2. Расположи события: оплодотворение, образование яйца, инкубация, развитие зародыша, вылупление, рост птенца. Чтобы не перепутать начало и середину процесса, сначала найди событие, при котором возникают клетки нового организма, а затем определи, что происходит до выхода птенца из яйца и после него.

1. Сначала происходит оплодотворение: сливаются гаметы и возникает оплодотворённая яйцеклетка.
2. Затем формируется яйцо с оболочками и запасами, после чего оно откладывается.
3. Во время инкубации родители согревают яйцо, а зародыш развивается внутри него.
4. Когда развитие достаточно завершено, птенец вылупляется, а затем растёт.

Ответ: оплодотворение → образование яйца → инкубация и развитие зародыша → вылупление → рост птенца. Инкубация и развитие идут одновременно, поэтому их можно назвать соседними этапами, а не строго раздельными событиями.

Задача 3. Назови два признака сходства птиц с пресмыкающимися и два отличия птиц от них, учитывая археоптерикса. Не следует считать ископаемое животное современной птицей: нужно сопоставить признаки и понять, что именно показывает их сочетание.

1. К сходству отнесём размножение яйцами и особенности строения скелета, указывающие на родство с древними пресмыкающимися.
2. У современных птиц есть перьевой покров и крылья, а у археоптерикса были перья и передние конечности, похожие на крылья.
3. У археоптерикса сохранялись признаки, характерные для древних пресмыкающихся: зубы, длинный костный хвост и пальцы с когтями.
4. Сочетание признаков показывает переходный характер ископаемой формы, но не доказывает, что она была прямым предком всех птиц.

Ответ: сходство — размножение яйцами и особенности скелета; отличия современных птиц — перьевой покров и крылья. Археоптерикс сочетал птичьи и пресмыкающиеся признаки и служит свидетельством эволюционной связи этих групп.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что яйцо состоит только из скорлупы и желтка. Так думают, если замечают лишь самые очевидные части, но при этом забывают о белке, оболочках и воздушной камере. Проверь себя: назови назначение каждой части, включая защиту, питание, воду и запас воздуха.

Ошибка — путать оплодотворение с инкубацией. Оба процесса связаны с появлением птенца, поэтому их легко объединить в одно событие, но оплодотворение — слияние гамет, а инкубация — согревание уже отложенного яйца. Проверь себя: спроси, происходит ли слияние клеток или поддерживается температура яйца.

Ошибка — называть развитие птиц непрямым из-за того, что птенец не всегда похож на взрослую особь. Различия в размере, оперении и самостоятельности не означают появления личинки. Проверь себя: есть ли отдельная личиночная стадия и метаморфоз; у птиц их нет, значит развитие прямое.

Ошибка — считать археоптерикса современной птицей или прямым предком всех птиц. Его называют переходной ископаемой формой из-за сочетания признаков, и это не означает, что он был предком каждой современной птицы. Проверь себя: отличай установленное сходство от недоказанного утверждения о прямом происхождении.

Связь с другими темами

Для понимания размножения птиц нужны знания об органах размножения, гаметах, оплодотворении, зародыше и признаках пресмыкающихся. Связь с клеточным делением и эмбриональным развитием состоит в том, что зародыш развивается из оплодотворённой яйцеклетки благодаря делению клеток. Позже эти знания помогут разбирать эволюцию позвоночных и приспособления животных к размножению на суше. Они также пригодятся при изучении охраны редких птиц: сохранение мест гнездования и спокойствия родителей может помочь потомству выжить.

Что запомнить

• У птиц происходит внутреннее оплодотворение.
• Яйцо защищает зародыш и содержит необходимые для его развития запасы.
• Инкубация обеспечивает зародышу подходящую температуру.
• Развитие птиц прямое: личиночной стадии и метаморфоза нет.
• Птенец развивается из зародыша внутри яйца и после вылупления продолжает расти.
• Птицы имеют общих древних предков с пресмыкающимися.
• Археоптерикс сочетал признаки пресмыкающихся и птиц.