Класс Птицы

Определения и обозначения

Класс Птицы — группа позвоночных животных, приспособленных к полёту, хотя некоторые её представители летать не могут. К позвоночным относят животных с внутренним скелетом и позвоночником. Способность к полёту — распространённая особенность птиц, но не обязательное условие принадлежности к классу.

Перьевой покров — покрывающие тело птицы перья, которые участвуют в полёте, сохраняют тепло и защищают тело. Перья не только образуют поверхность крыла, но и помогают удерживать возле тела слой воздуха. Поэтому они важны и для птиц, которые не летают.

Киль — выступ грудины, к которому прикрепляются мощные грудные мышцы. Грудина — кость передней части туловища. Киль служит опорой для мышц, двигающих крылья, поэтому он особенно развит у многих летающих птиц.

Воздушные мешки — тонкостенные выросты лёгких, связанные с дыхательной системой птицы. Они помогают перемещать воздух через лёгкие при вдохе и выдохе. Воздушные мешки не следует путать с лёгкими: основное место газообмена — именно лёгкие.

Как это устроено

Тело птицы обычно имеет обтекаемую форму, то есть воздух встречает меньше препятствий при движении животного. Передние конечности преобразованы в крылья и помогают создавать подъёмную силу и тягу. Такое сочетание снижает сопротивление воздуха и делает полёт возможным. У нелетающих видов крылья или другие приспособления могут быть уменьшены, поскольку полёт не нужен им для обычного образа жизни.

Перо устроено так, чтобы быть одновременно лёгким и достаточно прочным. От стержня отходят бородки, а их мелкие ответвления сцепляются друг с другом, образуя опахало — широкую часть пера. На крыле такие перья складываются в сплошную поверхность, которая может опираться на воздух. Перьевой покров также удерживает тепло, поскольку между перьями сохраняется воздух.

Скелет должен быть достаточно лёгким, чтобы не мешать полёту, но при этом выдерживать нагрузки. Полые кости уменьшают общую массу тела, а их строение помогает сохранять прочность. Некоторые кости срастаются, поэтому скелет становится более устойчивым во время взмахов крыльями и приземления. Получается, что лёгкость обеспечивается не хрупкостью, а сочетанием разных особенностей строения.

При взмахах крыльями птице нужны сильные мышцы. Они прикрепляются к килю — выступу грудины, который увеличивает площадь для прикрепления мышц. Форма крыла и движения мышц помогают создавать подъёмную силу, удерживающую птицу в воздухе, и тягу, продвигающую её вперёд. Поэтому наличие крыльев само по себе ещё не объясняет, как птица летает.

Воздушные мешки связаны с лёгкими и помогают воздуху проходить через дыхательную систему при вдохе и выдохе. Благодаря такой системе воздух эффективнее движется через лёгкие, где происходит газообмен: кислород поступает в кровь, а углекислый газ удаляется. Эффективное снабжение кислородом необходимо мышцам, которые работают во время полёта. Если дыхательная система хуже перемещает воздух, летать и долго поддерживать усилие становится труднее.

У птиц четырёхкамерное сердце: оно разделено на четыре камеры, поэтому артериальная и венозная кровь не смешиваются. Артериальная кровь несёт больше кислорода к органам, а венозная возвращается к сердцу. Интенсивное кровообращение быстро доставляет кислород и питательные вещества к работающим тканям. Вместе с эффективным дыханием оно поддерживает высокий обмен веществ и постоянную температуру тела.

Клюв, ноги и пальцы у птиц имеют разное строение. Форма клюва связана с тем, какую пищу и каким способом добывает птица, а строение ног — с передвижением и средой обитания. Например, одни ноги удобны для сидения на ветках, другие — для передвижения по земле или плавания. Поэтому по конечностям и клюву можно предположить, как птица живёт и питается.

Размножение птиц начинается с внутреннего оплодотворения, после которого самка откладывает яйца с оболочками. Оболочки защищают развивающийся зародыш и помогают ему развиваться вне тела матери. Многие птицы насиживают яйца, а затем кормят и защищают птенцов. Забота родителей снижает опасность для потомства и повышает вероятность его выживания.

Приспособления птиц к полёту и их значение

В таблице собраны особенности строения, которые помогают птицам летать. Чтобы разобраться в ней, сначала прочитайте название признака, затем сопоставьте его со строением и указанным результатом. Помните, что полёт обеспечивается не одним признаком, а их совместной работой.

Разбор задач

Почему перья крыла образуют сплошную поверхность, хотя состоят из множества частей?

Условие. Нужно объяснить, как отдельные части пера соединяются в поверхность крыла и почему это помогает птице. Важно не ограничиваться словами «перья лежат рядом», а проследить связь между строением пера и его работой. Для этого вспомним, из каких частей состоит опахало.

1. От стержня пера отходят бородки, а их мелкие ответвления сцепляются друг с другом. Поэтому части пера держатся вместе, а не разъезжаются в стороны.

2. Сцепленные бородки образуют широкое опахало. Перья крыла располагаются рядом и перекрывают промежутки, поэтому создаётся относительно сплошная поверхность.

3. Во время полёта эта поверхность взаимодействует с воздухом и помогает крылу создавать опору. Если бы между частями оставались большие щели, крыло хуже удерживало бы воздух.

Ответ. Бородки и их ответвления сцепляются, образуя прочное опахало, а расположенные рядом перья формируют поверхность крыла. Она помогает птице опираться на воздух во время полёта.

Сравните скелет птицы и наземного позвоночного: укажите два признака, облегчающих полёт, и два признака, сохраняющих прочность.

Условие. Нужно назвать четыре признака и разделить их по назначению: два уменьшают массу, два помогают скелету выдерживать нагрузки. Не следует считать, что лёгкость автоматически означает хрупкость. Проверим каждый признак по тому, какую задачу он решает.

1. Полые кости содержат меньше материала, чем сплошные кости такого же размера, и потому помогают уменьшить массу скелета. Это облегчает полёт.

2. Срастание ряда костей делает отдельные части скелета более устойчивыми. Такой скелет лучше выдерживает нагрузки при движении крыльев и приземлении.

3. Киль — выступ грудины — служит местом прикрепления мощных грудных мышц. Он даёт мышцам опору и относится к признакам, связанным с прочностью и работой крыльев.

4. Сначала распределим признаки по функциям: полые кости и небольшая масса облегчают полёт, а срастание костей и киль помогают сохранять устойчивость и опору. Так мы не смешиваем признаки, отвечающие за разные задачи.

Ответ. Полые кости и облегчённый скелет уменьшают массу. Срастание ряда костей и киль с прикреплёнными к нему мышцами помогают сохранять прочность и устойчивость.

У птицы повреждены воздушные мешки. Объясните, как это повлияет на дыхание и почему последствия особенно заметны при полёте.

Условие. Нужно связать повреждение воздушных мешков с движением воздуха, а затем — с работой мышц. Здесь важно помнить, что воздушные мешки не проводят газообмен вместо лёгких. Они помогают воздуху проходить через дыхательную систему.

1. Если воздушные мешки повреждены, движение воздуха через дыхательную систему нарушается. В результате воздух будет менее эффективно проходить через лёгкие при вдохе и выдохе.

2. Газообмен происходит в лёгких, поэтому нарушение движения воздуха может ухудшить поступление кислорода в кровь. Кровь доставляет кислород к органам и мышцам.

3. Во время полёта грудные мышцы активно работают и расходуют много кислорода. Если его поступает меньше, мышцам труднее долго поддерживать усилие, поэтому последствия повреждения особенно заметны при полёте.

Ответ. Повреждение воздушных мешков затруднит движение воздуха через лёгкие и может снизить снабжение крови кислородом. При полёте работающим мышцам требуется много кислорода, поэтому птице будет особенно трудно поддерживать полёт.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все птицы летают. Это заблуждение возникает потому, что полёт часто называют главным признаком птиц. Некоторые виды утратили способность летать, но сохраняют характерные признаки класса. Проверьте себя: принадлежность к птицам определяют не только по умению летать, но и по совокупности признаков, например по перьям и строению конечностей.

Ошибка: называть воздушные мешки местом газообмена. Их легко перепутать с лёгкими, потому что они связаны с дыхательной системой. Однако мешки помогают перемещать воздух, а обмен кислорода и углекислого газа происходит в лёгких. Проверка простая: спросите себя, какая структура обеспечивает движение воздуха, а какая обменивается газами с кровью.

Ошибка: полагать, что полые кости хрупкие. Такое мнение появляется из-за связи пустоты с непрочностью. Но полые кости уменьшают массу скелета, а другие особенности, в том числе срастание костей, помогают ему выдерживать нагрузки. Проверьте объяснение: оно должно учитывать и лёгкость, и прочность, а не только одну из них.

Ошибка: объяснять полёт только крыльями. Крылья необходимы, но без перьев, мышц, киля, лёгкого скелета, дыхания и кровообращения птица не смогла бы эффективно летать. Эту ошибку допускают, когда замечают только внешние движения. Проверьте себя: перечислите, как тело создаёт подъёмную силу, приводит крылья в движение и снабжает мышцы кислородом.

Связь с другими темами

Перед изучением птиц полезно вспомнить общий план строения позвоночных, а также скелет, дыхание и кровообращение пресмыкающихся. Сравнение помогает увидеть, какие особенности птиц связаны с полётом и поддержанием постоянной температуры тела. Эта тема пригодится при сравнении классов позвоночных и изучении приспособлений животных к среде обитания. Она также связана с вопросом о происхождении птиц и изменении организмов в ходе эволюции.

Что запомнить

• Птицы — теплокровные позвоночные, тело которых покрыто перьями.
• Передние конечности птиц преобразованы в крылья.
• Киль служит местом прикрепления мощных грудных мышц.
• Воздушные мешки обеспечивают движение воздуха через лёгкие.
• У птиц четырёхкамерное сердце и раздельные потоки артериальной и венозной крови.
• Птицы откладывают яйца и заботятся о потомстве.