Dýchací systém – Anatomické znaky organismu létajících ptáků

Co lidé vymyslí, aby se dostali do vzduchu: letadla, vrtulníky, horkovzdušné balóny a vzducholodě. Každý z nás alespoň jednou snil o tom, že se jednou naučí létat ve vzduchu a pohybovat se po světě bez silnic. Ale bohužel nemůžeme létat sami. Ale ptáci to dělají báječně! Navrhuji ponořit se do studia anatomie a morfologie ptáků a zjistit, jak zvládají létat.

Původ ptáků

Předpokládá se, že ptáci se vyvinuli od starověku plazi. Existují pro to paleontologické důkazy: vědci během vykopávek našli pozůstatky úžasných zvířat. Pomocí speciálních metod bylo určeno jejich přibližné stáří – asi 150 milionů let!

Jméno jednoho z těchto úžasných zvířat je Archaeopteryx. Říká se tomu „přechodná forma“ mezi plazy a ptáky.

Přechodná forma – mezičlánek ve vývoji mezi dvěma velkými taxony.

Jak vypadal Archaeopteryx?

Archaeopteryx vypadal jako napůl plaz, napůl pták. Jeho struktura obsahovala znaky obou skupin živočichů. Podívejme se na ně podrobněji:

Morfologie a anatomie ptáků

Celé tělo ptáků se neustále přizpůsobuje let. Vše, co jim brání v létání, se v průběhu evoluce zmenšuje a objevuje se vše, co pomáhá. To znamená, že abychom si zapamatovali všechny aromorfózy ptáků, musíme přemýšlet, jako bychom navrhovali letadlo.

Problém 1: vítr

První problém se vzduchem je turbulentní víry. Tak se nazývají proudy vzduchu, které ulpívají na těle a brání mu v normálním pohybu. Zapamatujte si sami: ve větrném počasí je mnohem snazší chodit v zapnuté bundě, aby se vám vítr nelepil na svrchní oblečení a nekomplikoval vám pohyb.

Jak se vypořádat s víry?

Musíte se ujistit, že není nic, na čem by se vzduch držel. Tvar těla by měl být zjednodušenéjako letadlo. Chcete-li to provést u ptáků:

• objeví se peří
• aerodynamický tvar těla,
• Ocasní obratle jsou srostlé.

Jaké druhy peří existují?

• Obrysové krycí sklíčko zjemňuje tělo a dodává barvu. Pokrývají celé tělo, a proto se jim říká „krycí“.
• Obrysový setrvačník kryty křídla. Máváme křídly – to znamená, že letky jsou tam.
• Obrysové řízení tvoří ocas. Ocas pro ptáka je kormidlo, proto ocasní pera pokrývají ocas.
• Downy zajistit tepelnou izolaci. Stejně jako péřová bunda zadržuje peří teplo ve vzduchových dutinách mezi peřím.
• vláknité peří umístěné pod obrysovými, plní funkci dotyku.
• Štětinyumístěné kolem úst, se podílejí na zachycování potravy.

Problém 2: hmotnost

Další problém, který je třeba vyřešit, je tělesná hmotnost. Zkuste vyhodit prázdnou láhev a láhev naplněnou vodou do vzduchu. Druhý samozřejmě dopadne rychleji: působí na něj větší gravitační síla. Na let tedy musíme nějak zhubnout!

pro úleva těla u ptáků:

• zuby mizí
• tvoří se duté kosti
• močový měchýř je snížený,
• dvojtečka se zkracuje.

Duté kosti Říká se jim tak, protože mají dutiny – prostory naplněné vzduchem.

U obratlovců se moč ukládá v měchýř. U ptáků tento orgán chybí jako zbytečný – moč tam nahromaděná zatěžuje tělo a to je za letu nerentabilní. Výsledná moč okamžitě vytéká. Pokud vám tedy pták, který prolétne kolem, ušpiní vaše auto, není to pomsta za to, že jste ho nenakrmili, ale přirozený fyziologický proces.

Problém 3: Energie

Další problém – létat potřebujete hodně energie. Porovnejte: na překonání 1 km cesty spotřebuje osobní letadlo Boeing 737-300 2600 kg paliva a gazela pouze asi 5-6 kg. Nyní se zamysleme: odkud získávají živé buňky energii a jak jí získat co nejvíce?

Nejvýnosnější možností získávání energie je kyslíkové stadium metabolismus. V této fázi se tvoří až 36 molekul ATP! Více o rozdílech mezi fázemi energetického metabolismu si můžete přečíst v článku „Fotosyntéza, chemosyntéza, energetický metabolismus“. Zde ale opět nastává potíž – aby kyslíková fáze probíhala normálně, musí být buňkám dodáváno hodně kyslíku.

Aktivně zásobovat buňky kyslík, ptáci potřebují:

• houbovité plíce a vzduchové vaky,
• čtyřkomorové srdce a jasné oddělení arteriální a venózní krve,
• teplokrevný.

Houbovité plíce ptáci mají větší oblast výměny plynů než buněčné plíce plazů. Podívejte se na jejich strukturu – existuje mnohem více oddílů!

Kromě toho se objevují ptáci vzduchové vaky. Při nádechu se do nich dostává další část vzduchu, kterou lze využít při výdechu. Tímto způsobem získáme ještě více kyslíku: k výměně plynů dochází jak při nádechu, tak při výdechu.

Plicní ventilace u ptáků

Čtyřkomorové srdce Je nutné, aby se krev nemíchala. Přepážka v komoře zabraňuje míšení arteriální a venózní krve. Tkáně jsou tedy vyživovány arteriální krví, ve které je koncentrace kyslíku mnohem vyšší než ve smíšené krvi.

Většina chemických reakcí (včetně oxidace látek) probíhá rychleji při zahřátí. Proto je důležité, aby ptáci vždy udržovali dostatečně vysokou tělesnou teplotu. Například pro holuba je normální tělesná teplota 43,5 ℃. Tato funkce umožňuje pojmenovat ptáky teplokrevný nebo homeotermický zvířat.

Homeothermic – schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu.

Ptáci za letu

Velký! Promysleli jsme všechny problémy „vzduchu“ a nyní je tělo zcela připraveno k letu.

Jak ale zvednout tělo ze země?

• Abyste ještě vzlétli, musíte se od povrchu odrazit silou. Silný tlak pomáhá realizovat tarsus. Jedná se o další kost v dolní končetině ptáků, která spojuje prsty a dolní končetinu. Tarsus také přispívá k tlumení nárazů při přistání – aby se noha při rychlém přistání nezlomila, je potřeba ji zpevnit! Kromě toho jsou k tarzu připojeny šlachy, které umožňují ptákům nespadnout během spánku.

• V okamžiku vzletu ptáci silně mávají křídly. Aby byla tato první klapka dostatečně pevná a křídla se během letu neunavila, jsou prsní svaly ptáků velmi vyvinuté. Jak je to dlouho, co jsi nakrájel kuřecí prsa? Pamatujte, jak je tlustá – takové svaly jí bude závidět každý kulturista! Prsní svaly ptáků jsou připojeny ke speciálnímu výrůstku hrudní kosti – kýl.

No, to je ono, s takovou stavbou těla se určitě můžeme zvednout ze země a letět! Nyní je správná poslední věc řídit aby létali přesně tam, kam potřebují.

A ovládat své tělo ve vzduchu je mnohem obtížnější než na zemi! Jen si to představte – vy a já se pohybujeme pouze ve směrech “vpřed-vzad” a “vpravo-doleva”, ale ptáci mají jinou osu pohybu – “nahoru-dolů”. Potřebujeme komplexní palubní počítač, který bude řídit polohu těla v prostoru.

Část mozku zodpovědná za koordinaci pohybů se nazývá „mozeček” U ptáků je velmi dobře vyvinut, takže mají výbornou kontrolu těla ve vysokých nadmořských výškách.

U ptáků se zvyšuje a vyvíjí mozková kůra – oddělení odpovědné za komplexní chování. Proto jsou ptáci schopni primitivních myšlenkových procesů: mají například velmi dobrou paměť. Pamatujte na mluvící papoušky: přesně reprodukují slova trenéra až po zvuk.

Shrňme vše výše uvedené a vyjmenujme to hlavní aromorfózy ptáků:

• progresivní vývoj nervového systému;
• houbovité plíce, vzhled vzduchových vaků;
• čtyřkomorové srdce, teplokrevné;
• peří – rohovité útvary;
• přeměna předních končetin na křídla.

Vývoj ptáků

Ptačí embryo se vyvine do vejce. Pojďme se blíže podívat na to, proč ptáci kladou vajíčka a proč se jejich mláďata nemohou narodit stejně jako savci!

Za prvé, vejce je nezbytné pro ochrany embryo před vyschnutím – bez vody nebude moci žít. Abychom toho dosáhli, obsahují vaječné bílky velké množství vlhkosti. A žloutek obsahuje rezervu bílkovin – z toho embryo přijímá výživa před vylíhnutím.

Kromě bílku a žloutku zahrnuje struktura vejce skořápka, provazce a vzduchové komory.

Funkce vaječných struktur

Shell odděluje obsah vajíčka od vnějšího prostředí. Ale embryo musí nějakým způsobem přijímat kyslík, aby mohlo dýchat – jinak se v tomto hustém „skafandru“ jednoduše udusí. Za tímto účelem má skořápka četné póry – přes ně vstupuje kyslík a vystupuje oxid uhličitý. Veškerý oxid uhličitý však nemůže uniknout malými póry – hromadí se v nich vzduchové komory.

Lano jsou potřeba k tomu, aby se embryonální kotouč otočil na teplejší stranu – na tu, ze které slepice ohřívá vejce tělem.

Vývoj u ptáků přímý, tedy z vajíčka se vylíhne mládě, které je velmi podobné dospělému.

Jak jsme řekli dříve, ptáci mají dobře vyvinutý přední mozek, který je zodpovědný za složité chování. Díky tomu je to možné péče o potomstvo.

Vzpomeňte si na karikaturu „Little Penguin Lolo“, ve které byli tučňáci odděleni od svých rodičů. Hlavní postavy pronásledovaly nejrůznější nebezpečí: museli utéct před predátory a pytláky, sami si hledat potravu, bojovat s konkurenty o hnízdiště. V raných fázích vývoje ptáků všechny tyto problémy řeší rodiče: krmí mláďata, učí je létat a hledat potravu a chrání je před predátory. To přispívá k většímu přežití kuřat a populace jako celku.

Kontrola faktů

• Ptáci se vyvinuli z plazů. Přechodná forma – Archaeopteryx.
• Pro odlehčení váhy V kostech ptáků jsou dutiny, ocasní obratle a močový měchýř jsou zmenšeny a střeva jsou zkrácena.
• K uspokojení energetických potřeb ptákům se vyvinou houbovité plíce, vzduchové vaky a čtyřkomorové srdce.
• V kostře ptáků, dodatečně vytvořené kýl и tarsus.
• Je potřeba vyvinutý přední mozek a mozeček ovládat tělo za letu.
• Charakteristické pro ptáky péče o potomstvo.

Otestujte se

1 úloha.

Z níže uvedených organismů vyberte přechodnou formu mezi plazy a ptáky.

1. coelacanth
2. Ichthyostega
3. ještěr zubatý
4. Archaeopteryx

2 úloha.

Vyberte komplikaci ptačí kostry.

1. končetiny pod tělem
2. zvýšení počtu obratlů
3. vzhled kýlu a tarzu
4. vymizení bérce

3 úloha.

Mezi aromorfózy třídy Bird patří.

1. tříkomorové srdce
2. mezoderm
3. houbovité plíce
4. zvýšení délky tlustého střeva

4 úloha.

Péče o potomstvo je dána progresivním vývojem.

1. oběhový systém
2. Nervový Systém
3. dýchací systém
4. vylučovací soustava

5 úloha.

Která struktura vajíčka je zodpovědná za výživu embrya?

1. žloutek
2. protein
3. lana
4. vzduchové komory

Odpovědi: 1-4; 2-3; 3-3; 4-2; 5 – 1.

Létající pták má dvojité dýchání: výměna plynů v plicích probíhá jak při nádechu, tak při výdechu, kdy atmosférický vzduch z dýchacích vaků vstupuje do plic. Díky dvojitému dýchání se ptáci během letu nedusí. Dýchací proces u ptáků probíhá v důsledku kontrakce hrudních svalů, které fungují na principu pumpy: žebra se pohybují dopředu a nahoru a hrudní kost se pohybuje tam a zpět. Vzduch je nasáván do nosní dutiny párovými nosními dírkami a prochází choanami do ústní dutiny. Zde se hrtan otevírá úzkou štěrbinou, kterou podepírají tři chrupavky hrtanu. Za hrtanem se nachází průdušnice – ohebná trubice, jejíž lumen je podepřen chrupavčitými průdušnicovými prstenci umístěnými v jejích stěnách. V tělní dutině se průdušnice dělí na dvě průdušky, z nichž každá vstupuje do odpovídající plíce a tam se větví. Spodní část průdušnice a počáteční úseky průdušek tvoří dolní hrtan – hlasový aparát, charakteristický pouze pro ptáky. Zdrojem zvuků jsou membrány vibrující při průchodu vzduchu, které se nacházejí mezi posledními prstenci trocheje a polokruhy průdušek. Speciální svaly mění napětí hlasivek, čímž se mění povaha vydávaných zvuků. Schopnost papoušků, stejně jako některých dalších ptáků, kopírovat různé zvuky je považována za výsledek práce dolního hrtanu pod vlivem mozku. Dolní hrtan je však vzhledem ke složitosti své struktury a umístění v nejužší části dýchacího systému náchylný k plísňovým onemocněním, jedním z příznaků onemocnění je ztráta hlasu.

Vzduch z plic je nasáván do předních vzduchových vaků a vzduch z vnějšího prostředí se dostává do plic a do zadních vzduchových vaků – metathorakálních a břišních – přes průdušnici, průdušky a jejich větve. Když pták nadechne, vzduch je nasáván plícemi do vzduchových vaků hlavy a krku; když ptáci vydechují, vzduch je protlačován plícemi ze zadních břišních vzduchových vaků. To umožňuje neustálý průchod čerstvého vzduchu plícemi, což ptákovi dodává dvakrát tolik kyslíku, kolik mohou získat savci. Ptáci se však stávají citlivějšími na toxické plyny. Vzduch ze zadních vzduchových vaků, obsahující hodně kyslíku, je tlačen do plic a vzduch z předních vaků – interklavikulárních, krčních a prothorakálních, obsahujících málo kyslíku, ale hodně oxidu uhličitého, je tlačen do průdušnice a vypuzován.

Obr. 5. Preparovaný holub z boku: 1 – průdušnice. 2 – jícen, 3 – žláza, 4 – plíce, 5 – vzduchové vaky, 6 – srdce. 7 – žláznatý žaludek, 8 – svalnatý žaludek

Pohyb křídel během letu prohlubuje dýchání ptáka, ale neurčuje frekvenci jeho dýchacích pohybů. Ptáci si vyvinuli způsob dýchání, při kterém se místo plic používá systém vzduchových vaků. Systém chlopní reguluje proudění vzduchu. Během letu ptáka chrání vzduchové vaky tělo ptáka před přehřátím, protože vzduch obtéká téměř všechny vnitřní orgány a svaly. Kromě zesílení dýchání vzduchové vaky zabraňují přehřátí těla během intenzivního pohybu, protože přebytečný vzduch z těla je odstraňován neustálou výměnou vzduchu. Zvýšení břišního tlaku během výdechu podporuje defekaci. Spolu se vzduchovými vaky mají velký význam pro termoregulaci horní cesty dýchací – hrtan, průdušnice a průdušky. Frekvence dýchacích pohybů ptáka závisí na jeho fyziologickém stavu a velikosti.

Kromě účasti na dýchání plní vzduchové vaky řadu dalších funkcí. Hrají důležitou roli v termoregulaci: vlhkost se z jejich povrchu odpařuje dýchacími cestami, čímž se eliminuje možnost přehřátí těla, zejména během letu. Při plavání a potápění pomáhá práce vzduchových vaků regulovat měrnou hmotnost těla ptáka. U ptáků, kteří se vrhají do vody, přítomnost vzduchových vaků zmírňuje dopad kontaktu těla s vodou.