Кіріспе
Құстардың дауысты органы. Сырынкс (грекше "σύριγξ" – құс сыбызғысы) – құстардың дауысты органы. Құстың трахеясының төменгі бөлігінде орналасқан, ол сүтқоректілердің дауыстық байланыстары болмайтын дыбыстарды шығарады. Дыбыс трахея арқылы ауа ағынының нәтижесінде сырынкстің қабырғаларының (мембрана тимпаниформис) және пессулустың тербелісінен пайда болады. Бұл ауа ағынын модуляциялайтын және дыбыс жасайтын өздігінен тербеліске түсетін жүйені құрайды. Бұлшықеттер мембраналардың және бронхтардың ашылуларының кернеуін өзгерту арқылы дыбыстың пішінін өзгертеді. Сырынкс кейбір құстарға (мысалы, тотықұстар, қарғалар, миналар) адам сөйлеген сөзді еліктеуге мүмкіндік береді. Сүтқоректілердің кеуде қуысынан айырмашылығы, сырынкс трахеяның өкпеге екіге бөлінетін жерінде орналасқан. Бұл сол және оң тармақтардағы бұлшықеттердің тербелісті тәуелсіз түрде реттеуіне мүмкіндік береді, сондықтан кейбір әнші құстар бір уақытта бірнеше дыбыс шығара алады. Жаңа әлемнің құрлы қаздары сияқты кейбір құстарда сырынкс болмайды және олар жұмсақ сызылыстар арқылы қарым-қатынас жасайды. Құстардың дауыс қоры бар, бірақ сүтқоректілердегідей дыбыс шығармайды. Сырынкстің орны, құрылымы және бұлшықеттері құстар тобына қарай әртүрлі болады. Кейбір топтарда сырынкс трахеяның төменгі бөлігін және бронхтардың жоғарғы бөлігін қамтиды, мұндай жағдайда сырынкс трахеобронхиалды деп аталады – бұл ең көп кездесетін түрі және барлық әнші құстарда кездеседі. Сырынкс кейбір құс емес түрлерде, атап айтқанда, соулар, көкектер және түнгі құстарда бронхтармен шектелуі мүмкін. Сырынкс трахеямен шектелуі де мүмкін, және бұл Furnariidae (пеш құстар), Dendrocolaptidae (ағашқа шабу құстар), Formicariidae (жердегі құмырсқатар), Thamnophilidae (типикалық құмырсқатар), Rhinocryptidae (tapaculos) және Conopophagidae (gnateaters) кіретін suboscine passeriformes құрамындағы трахеофона деп аталатын құстардың өте аз тобында кездеседі. Трахея трахеялық сақиналар деп аталатын жартылай сүйектелген сақиналармен жабылған. Трахеялық сақиналар толық, ал бронхтық сақиналар С пішіндес және олардың бойымен тегіс бұлшықеттер орналасқан. Көптеген құстардың трахеясы көлденең қимада дөңгелек немесе сопақ пішіндес, бірақ ибистерде жалпақ. Ұсақ қаздың трахеясы қарапайым және түтікше тәрізді. Трахеяның соңғы бірнеше сақинасы мен бронхтың алғашқы бірнеше сақинасы бірігіп, барабандық қорапшаны құрайды. Трахеяның төменгі бөлігінде және бронхтардың қосылған жеріндегі орталық дорсовентральді құрылым – пессулус, әртүрлі деңгейде дамуы мүмкін. Пессулус passeriformes құстарында сүйекті және мембраналарға, алдыңғы жарым айлық мембраналарға бекітіледі. Бірінші үш бронхтық сақинаның бір бөлігін құрайтын мембрана көптеген passeriformes құстарында тербеліп, дыбыс шығарады. Бұл мембраналар сондай-ақ пессулусқа бекітілуі мүмкін. Мысалы, Gracula religiosa сияқты кейбір түрлерде екінші және үшінші бронхиалдық жартылай сақиналар арасында үлкен бұлшықеттер бекітілген кең саңылау бар, бұл ішкі диаметрдің кеңінен өзгеруіне мүмкіндік береді. Сырынксті басқаруға басқа бұлшықеттер де қатысады, олар сырынкстің ішінде немесе сыртынан бекітілгеніне байланысты ішкі немесе сыртқы болуы мүмкін. Сыртқы бұлшықеттерге стернотрахеалис кіреді.
The syrinx (from the Greek word "σύριγξ" for pan pipes) is the vocal organ of birds. Located at the base of a bird's trachea, it produces sounds without the vocal folds of mammals. The sound is produced by vibrations of some or all of the membrana tympaniformis (the walls of the syrinx) and the pessulus, caused by air flowing through the syrinx. This sets up a self oscillating system that modulates the airflow creating the sound. The muscles modulate the sound shape by changing the tension of the membranes and the bronchial openings. The syrinx enables some species of birds (such as parrots, crows, and mynas) to mimic human speech. Unlike the larynx in mammals, the syrinx is located where the trachea forks into the lungs. Thus, lateralization is possible, with muscles on the left and right branch modulating vibrations independently so that some songbirds can produce more than one sound at a time. Some species of birds, such as New World vultures, lack a syrinx and communicate through throaty hisses. Birds do have a larynx, but unlike in mammals, it does not vocalize. The position of the syrinx, structure and musculature varies widely across bird groups. In some groups the syrinx covers the lower end of the trachea and the upper parts of the bronchi in which case the syrinx is said to be tracheobronchial, the most frequent form and the one found in all songbirds. The syrinx may be restricted to the bronchi as in some non passerines, notably the owls, cuckoos and nightjars. The syrinx may also be restricted to the trachea and this is found in a very small number of bird groups that are sometimes known as tracheophonae, a subset of the suboscine passeriformes that include Furnariidae (ovenbirds), Dendrocolaptidae (woodcreepers), Formicariidae (ground antbirds), Thamnophilidae (typical antbirds), Rhinocryptidae (tapaculos), and Conopophagidae (gnateaters). The trachea are covered in partly ossified rings known as tracheal rings. Tracheal rings tend to be complete, while the bronchial rings are C shaped and the unossified part has smooth muscles running along them. The trachea are usual circular or oval in cross section in most birds but are flattened in ibises. The trachea is simple and tubular in ducks. The last few tracheal rings and the first few bronchial rings may fuse to form what is called the tympanic box. At the base of the trachea and at the joint of the bronchi a median dorsoventral structure, the pessulus, may be developed to varying extents. The pessulus is bony in passerines and provides attachment to membranes, anteriorly to the semilunar membranes. The membrane that forms part of the first three bronchial rings is responsible for vibrating and producing the sound in most passerines. These membranes may also be attached to the pessulus. In some species like the hill myna, Gracula religiosa, there is wide gap between the second and third bronchial semirings where large muscles are attached, allowing the inner diameter to be varied widely. Other muscles are also involved in syringeal control, these can be intrinsic or extrinsic depending on whether they are within the syrinx or attached externally. The extrinsic muscles include the sternotrachealis from the sternum.
Эволюциялық уақыт сызығы
Құс тұқымдасының ішінде, дауыс көзінің көмейден трахеобронхиалды сиринкске ауысуы Динозаврлар дәуірінде, Авестің шамамен 66-68 миллион жыл бұрын пайда болуымен бірге немесе одан бұрын болған. Сиринкс қалдықтарының ең ерте фоссилдік жазбасы осы кезеңдегі Vegavis iaai-дың бір ғана үлгісінен табылды. Бұл жаңалыққа дейін сиринкс құрамының қазба жазбаларында сирек кездесетіні ойылған, сондықтан дауыс мүшелерінің ауысуы қашан болғанын анықтау қиын болды. Дегенмен, кейінгі крета кезеңіне жататын толық сақталған үлгі, ататек құрылымының қазбалану мүмкіндігін көрсетеді және сиринкстің құстар эволюциясында кейін пайда болған белгі екенін ұсынады.
Эволюциялық себептілік
Архозаврлардың көмейден сиринкске ауысуы таж құстарына таңдау артықшылығын берген болуы керек, бірақ бұл ауысудың себептері әлі белгісіз. Жағдайды қиындататыны, сиринкс функционалдық эволюцияның ерекше санатына жатады: көмейге негізделген дыбыс көзіне ие болған ата-тектерден пайда болған сиринкс, алмастырған құрылымымен маңызды функционалдық қабаттасуды қамтиды. Шын мәнінде, бастапқы, қарапайым сиринкс аллигатордың көмейдегіден артық жиілік диапазонымен немесе күштірек шақырулармен дыбыс шығара алатынына ешқандай дәлел жоқ, бұл потенциалды дене шынықтыруды арттыруы мүмкін. Құс тұқымдас архозаврларда екі тармақты тыныс жолдарының болуы, метаболизмнің жоғарылауы және үздіксіз тыныс алу тыныс жолдары қабырғаларын қабырғалық кернеудің өзгеретін деңгейіне, сұйықтық пен ыдыс қабырғасы арасындағы үйкелістің өлшеміне ұшыратты. Құстар мен сүтқоректілер сияқты үздіксіз тыныс алатындардың трахеясы дем алу және дем шығару кезінде қабырғалық кернеудің өзгеруіне ұшырайды. Кингсли және авторлар (2018) жүргізген қарапайым тыныс жолдарымен жасалған модельдеулерде ағын үлгілеріндегі өзгерулер қабырғаның жергілікті кернеуіне әкелді, ең жоғары кернеу дем шығару кезінде трахеобронхиалды қосылыста байқалды. Жергілікті кернеу тыныс жолының ашықтығын сақтау үшін трахеобронхиалды қосылыста орналасқан тыныс жолын қолдауға қатысты таңдау қысымын тудырған болуы мүмкін. Бұл күштер жұмсақ тіндерге немесе шеміршекке қатысты эволюцияға ықпал еткенін анықтау үшін қосымша зерттеулер қажет. Тыныс алу өзгерістерімен қатар, бұл ерекшеліктер құстарда сиринкстің эволюциясына ықпал еткен болуы мүмкін. Сүтқоректілер мен архозаврлардың тыныс жолдарының геометриясы да сиринкс эволюциясына әсер еткен болуы мүмкін: мысалы, крокодилдер мен адамдардың бронхтары әртүрлі бұрыштарда бөлінеді. Осыған байланысты, тербелістік тіндердің алғашқылары трахеяға алғашқы бұлшықеттердің бекітілуінен бұрын, тыныс алу жолының функциясын қамтамасыз ету үшін тыныс алу жолын тазарту үшін қысқа мерзімге ғана болған болуы керек. Дауыстық мүшелердің эволюциясында дыбысқа байланысты емес, мысалы, тыныс алу кезінде немесе ұшу кезінде тыныс алуды қолдау сияқты құрылымдық өзгерістердің пайда болуын анықтау үшін қосымша қазба деректері мен таксономиялық салыстырулар қажет. Физикалық және есептеу модельдерін қолдану арқылы Риде және авторлар инерция мен трахея ұзындығы арасындағы динамикаға байланысты сиринкстік позициядағы құрылым ларингиялық позициядағы құрылымнан гөрі әлдеқайда тиімді екенін анықтады. Бұл өзгерістер құстардың трахеясында көбірек "өлген кеңістікке" жол ашуы мүмкін, бұл трахея диаметрін төмендетпестен трахеяның ұзынуына мүмкіндік береді. Ұзын трахеямен құстардың дауыстық жүйесі негізгі жиілік пен алғашқы трахеялық резонанс арасындағы үндесуге мүмкіндік беретін диапазонға ауысты. Трахеяның маңызды ұзындығы болмаса, сүтқоректілер трахея ұзындығы мен жиілігінің идеалды комбинациясына жете алмады. Құстар эволюциясының осы кезеңінде дауыстық құрылымды трахеобронхиалды қосылысқа жақын сиринкстік позицияға жылжыту тиімді болуы мүмкін. Ұзын мойындылардың таңдалуы өте өзгермелі болғанымен, көбінесе пайдалы тамақтану бейімделулеріне байланысты. Атап айтқанда, ұзын мойын су астындағы жыртқыштыққа көмектеседі, бұл Cygnus (көкөріктер) және Cormorant (шағаштар) тұқымдарында байқалады. Ұзын мойын Aves-ті сиринкс эволюциясына бейімдеген болуы мүмкін. Мойын ұзындығы мен трахея ұзындығы арасындағы байланыстың арқасында құстардың акустикалық жағынан ұзын трахеясы бар деп саналады. Техникалық тұрғыдан алғанда, бұл тербеліс жасайтын объектінің ең төменгі резонанстық жиілігі (яғни, сиринкс) түтік ұзындығынан төрт есе ұзын болатын түтікке қатысты. Қысқа түтік тиімділігі төмен болады, ал ұзын түтік толқын пішінінің бұрмалануына әкеледі. Көптеген сүтқоректілер түрлерінде және олардың терапсид ата-тектерінде дыбыстық тиімділікті арттыру үшін трахея ұзындығы жеткіліксіз болды. Мысалы, лек сияқты жұптасу жүйесі бар полигиноз құстар көрсету кезінде дыбыстарды қаттырақ және жиіліктердің кең ауқымын пайдалану үшін дамыды; жоғары триллдік өнімділігі бар ағаш шыршалары жоғары дене шынықтыруға ие. Ата-тектердің сиринксінің нақты акустикалық артықшылығы болжамды болып қала берсе, қазіргі құстардың түрленуінен сексуалды таңдау дауыстық эволюцияны қозғайтыны анық көрінеді.
Жыныстық диморфизм
Жыныстық диморфизм құстарда әртүрлі сиринкстерге (дыбыс шығару мүшесіне) әкеледі, ал айырмашылықтардың дәрежесі түрліше болады. Кейбір түрлерде жыныстар арасында ешқандай айырмашылық байқалмайды, ал басқаларында, мысалы, үйрек (Anas platyrhynchos) сияқты, аталық және аналық сиринкстері айқын түрде ерекшеленеді. Бұл айырмашылық маңызды, себебі құстарды жас кезінде жынысына қарай анықтау қиын. Сиринксте жыныстық диморфизмді көрсететін құстар Пекин үйректерінде (Anas platyrhynchos domestica) шамамен 10 күнде байқалады. Аталықтардың мембранасы қалың және мөлдір емес, ал аналықтардың мембранасы жұқа әрі мөлдір болады. Осы айырмашылықтарға байланысты аталықтар мен аналықтар шығаратын дыбыстардың сипаты да әртүрлі. Аналықтар дауысы күштірек болады, себебі олардың бұллы (құлақ қабығы) кеңістігі май немесе дәнекер тіндерімен көп жабылмайды, ал жұқарақ тимпаниформды мембрана тербелу үшін аз күш жұмсайды. Бұл сиринкстен өтетін ауаның сіңіретін күшін азайтады, нәтижесінде дыбыс күштірек және жоғары жиілікті болады. Ал аталықтардың бұллысында көп мөлшерде май және дәнекер тіні болады, ол қозғалатын ауадан көп қуатты сіңіреді. Бұл, олардың қалың мембраналарымен бірге, тербелістердің азаюына және дауыстың төмендеуіне себеп болады.