Введение
Анатомия птиц Анатомия птиц, или физиологическая структура тела птиц, показывает много уникальных адаптаций, в основном помогающих полету. Птицы имеют легкую скелетную систему и легкую, но мощную мышцу, которая, наряду с кровообращением и дыхательной системой, способной к очень высоким скоростям метаболизма и снабжению кислородом, позволяет птице летать. Развитие клюва привело к эволюции специально адаптированной пищеварительной системы.
Bird anatomy, or the physiological structure of birds' bodies, shows many unique adaptations, mostly aiding flight. Birds have a light skeletal system and light but powerful musculature which, along with circulatory and respiratory systems capable of very high metabolic rates and oxygen supply, permit the bird to fly. The development of a beak has led to evolution of a specially adapted digestive system.
Скелетная система
У птиц много костей, которые являются полыми (пневматизированными) с пересечениями, пересекающими подставки или косы для структурной прочности. Количество полых костей у разных видов варьируется, хотя большие скользящие и парящие птицы, как правило, имеют больше всего. Внутри полуполых костей скелета птицы часто образуются воздушные мешки. Кости ныряющих птиц часто менее полые, чем у не ныряющих видов. У пингвинов, лоунов и пуфингов нет полностью пневматизированных костей. У нелетающих птиц, таких как страусы и эму, пневматизированные бедренные кости, а у эму - пневматизированные шейные позвонки.
Осевой скелет
Птичий скелет очень хорошо приспособлен к полету. Он очень легкий, но достаточно прочный, чтобы выдержать нагрузку взлета, полёта и посадки. Одной из ключевых адаптаций является слияние костей в отдельные кости, такие как пигостиль. Из-за этого у птиц обычно меньше костей, чем у других наземных позвоночных. У птиц также нет зубов или даже настоящей челюсти, а вместо этого у них есть клюв, который намного легче. У многих птиц-младенцев на клюве есть выступающий зуб, который облегчает им выход из амниотического яйца. Она отпадает, когда яйцо проникает.
Шеевые позвонки
Шейные позвонки обеспечивают структурную поддержку шеи и насчитывают от 8 до 25 позвонков у некоторых видов лебедей (Cygninae) и других длинношеистых птиц. Все шейные позвонки имеют поперечные процессы, кроме первого. Этот позвонок (С1) называется атласом, который соединяется с затылочными кондилами черепа и не имеет отверстия, типичного для большинства позвонков. Шея птицы состоит из многих шейных позвонков, что позволяет птицам иметь большую гибкость. Благодаря гибкой шее многие птицы с неподвижными глазами могут более эффективно двигать головой и сосредоточивать свой взгляд на предметах, находящихся рядом или вдали. У большинства птиц в три раза больше шеевых позвонков, чем у людей, что позволяет повысить устойчивость во время быстрых движений, таких как полет, посадка и взлет. Шея играет роль в движении головы, которое присутствует как минимум в 8 из 27 орденов птиц, включая колумбиоформных, галлиоформных и гриоформных. Кольца головы - это оптокинетическая реакция, которая стабилизирует окружение птицы, поскольку она чередуется между фазой тяги и фазой удержания. Кольца головы синхронны с движениями ног, так как голова движется в соответствии с остальной частью тела.
Грудные позвонки
Грудные позвонки имеют число от 5 до 10, и первый грудный позвонок отличается из-за слияния его прикрепленного ребра к грудной кости, в то время как ребра шейных позвонков свободны.
Синсакрам
Синсакра состоит из одного грудного, шести поясничных, двух сакральных и пяти сакро-ойцевых позвонков, слитых в одну костную структуру, которая затем сливается с илиумом. Когда тело не в полете, эта структура обеспечивает основную поддержку остальной части тела.
Оподнятые позвонки
Свободные позвонки, непосредственно следующие за слитыми хвостовыми коленными позвонками синсакра, известны как хвостовые позвонки. У птиц от 5 до 8 свободных хвостовых позвонков.
Пигостиль
У птиц последние 5 - 6 хвостовых позвонков сливаются, образуя пигостиль. Ключальная грудная кость служит местом прикрепления для мышц, используемых при полете или плавании. У пловцов грудная кость широка, у ходячих - длинная, а у летающих - почти одинаковая по ширине и высоте. Грудная часть состоит из фуркулы (кости) и коракоида (кольцевой кости), которые вместе с лопатой образуют грудный пояс; боковую часть грудной клетки образуют ребра, которые соединяются в грудной клетке (средняя линия грудной клетки). По мере того, как птица развивалась и возникал педоморфоз, она теряла посторбитальную кость за глазом, эктоптигоидную кость в задней части нёба и зубы. Структуры нёба также сильно изменились с изменениями, в основном сокращениями, наблюдаемыми в птиергоидной, palatine и югальной костях. Также произошло уменьшение в аддукторных камерах. исследования. Это расширение в клюве произошло в тандеме с потерей функциональной руки и развитием точки на передней части клюва, которая напоминает "пальчик". Структура черепа птиц имеет важное значение для их поведения при питании. Птицы демонстрируют независимое движение костей черепа, известное как кинез черепа. Кинез черепа у птиц происходит в нескольких формах, но все различные разновидности возможны благодаря анатомии черепа. У животных с большими, накладывающимися друг на друга костями (включая предков современных птиц) есть акинетические (некинетические) черепа. По этой причине утверждается, что педоморфный пенис птицы можно рассматривать как эволюционное новшество.
Аппендикулярный скелет
Рамо состоит из лопатки, сердца и плечевого сустава. Разводный сустав соединяется с лучевой костью и локтевой костью (предплечьем), образуя локоть. Карпус и метакарпус образуют "руко" и "руко" птицы, а пальцы пальцев слиты вместе. Кости крыльев очень легкие, поэтому птица может легко летать. Бедра состоят из тазового отдела, который включает в себя три основные кости: илий (верху бедра), икиль (бока бедра) и лобковый (передний бедра). Они слиты в одну (неопределенную кость). Иноминатные кости имеют эволюционное значение, поскольку они позволяют птицам откладывать яйца. Они встречаются в ацетабуле (очаге бедра) и связаны с бедренной костью, которая является первой костью задней конечности. Верхняя часть ноги состоит из бедренной кости. В коленном суставе бедренная кость соединяется с голенистым тазом и фибулой. Тарсометатарс образует верхнюю часть стопы, пальцы пальцев ног - пальцы ног. Кости ног птиц самые тяжелые, что способствует низкому центру тяжести, что помогает в полете. Скелет птицы составляет всего около 5% от общего веса тела. У них очень удлиненный тетрадиаторный таз, похожий на некоторых рептилий. На заднем конечности имеется внутритарсальный сустав, который также встречается у некоторых рептилий. Существует обширное слияние позвонков туловища, а также слияние с грудным поясом.
Ноги
Птичьи лапы классифицируются как анизодактил, зигодактил, гетеродактил, синдактил или пампродактил. Анизодактил - наиболее распространенная форма пальцев у птиц, с тремя пальцами вперед и одним - назад. Это характерно для пениевых птиц и других птиц, а также охотничьих птиц, таких как орлы, ястребы и соколы. Синдактилия, как это происходит у птиц, похожа на анизодактилию, за исключением того, что второй и третий пальцы (внутренний и средний пальцы, указывающие вперед), или три пальца, слиты вместе, как у поясного рыбака Ceryle alcyon. Это характерно для Coraciiformes (королевицы, пчелоеды, ролики и т. Д.). У зигодактил (от греческого ζυγον, ярмо) ноги имеют два пальца, обращенных вперед (цифры два и три) и два назад (цифры один и четыре). Это расположение наиболее распространено у древесных видов, особенно тех, которые поднимаются на стволы деревьев или скачут через листво. Зигодактилия встречается у попугаев, дворнягов (включая фликеры), кукушек (включая дорожных бегунов) и некоторых сов. Следы зигодактилов были найдены в 120-110 млн лет назад (ранний меловой период), за 50 миллионов лет до первых идентифицированных окаменелостей зигодактилов. Гетеродактилия похожа на зигодактилию, за исключением того, что цифры три и четыре указывают вперед, а цифры один и два - назад. Это встречается только у трогонов, в то время как пампродактил - это устройство, в котором все четыре пальца могут указывать вперед, или птицы могут вращать внешние два пальца назад. Это характерно для стрекозы (Apodidae).
Изменение задних конечностей
Значительная схожесть в структуре задних конечностей птиц и других динозавров связана с их способностью ходить на двух ногах, или бипедализмом. В 20-м веке преобладало мнение, что переход к бипедализму произошел из-за превращения передних конечностей в крылья. Современные ученые считают, что, напротив, это было необходимым условием для появления полета. Переход к использованию только задних конечностей для движения сопровождался увеличением жесткости поясничных и крестцовых областей. Пчелиные кости птиц и некоторых других двуногих динозавров повернуты назад. Ученые связывают это с перемещением центра тяжести тела назад. Причиной этого сдвига называется переход к двуногие или развитие мощных передних конечностей, как у Археоптерикса. Большой и тяжелый хвост двуногих динозавров, возможно, был дополнительной опорой. Частичное уменьшение хвоста и последующее образование пигостиля произошло из-за отклонения назад первого пальца задней конечности; у динозавров с длинным жестким хвостом развитие стопы происходило по-другому. Этот процесс, по-видимому, происходил параллельно у птиц и некоторых других динозавров. В общем, нога анизодактила, которая также обладает лучшей способностью к захвату и позволяет уверенно передвигаться как на земле, так и вдоль ветвей, является предком птиц. На этом фоне выделяются птерозавры, которые в процессе неудачных эволюционных изменений не могли полностью передвигаться на двух ногах, а вместо этого развили физические средства полета, которые принципиально отличались от птиц.
Мышечная система
У большинства птиц около 175 различных мышц, которые в основном контролируют крылья, кожу и ноги. В целом мышечная масса птиц сосредоточена в брюшной полости. Самые большие мышцы у птицы - это грудные мышцы, или грудный крупный мышца, которые контролируют крылья и составляют около 15-25% от массы тела летающей птицы. Они обеспечивают мощный удар крыльев, необходимый для полета. Мышца глубоко под грудными костями - это супракоракоидная мышца или грудный мелкий. Он поднимает крыло между ударами крыльев. Обе группы мышц прикреплены к килю грудной кости. Это замечательно, потому что у других позвоночных есть мышцы, чтобы поднять верхние конечности, обычно прикрепленные к областям на задней части позвоночника. Супракоракоидная и грудная кости вместе составляют около 25-40% от общей массы тела птицы. Задние к грудным и надкорракоидным - это внутренние и внешние наклонные, которые сжимают живот. Кроме того, есть другие мышцы живота, которые расширяют и сжимают грудь и удерживают грудную клетку. Мышцы крыла, как видно на изображениях, выполняют главную функцию - вытягивают или сгибают локоть, двигают крыло в целом или вытягивают или сгибают отдельные пальцы. Эти мышцы регулируют крылья для полета и всех других действий. У птиц уникальная шея, удлиненная сложной мускулатурой, поскольку она должна позволять голове выполнять функции, для которых другие животные могут использовать грудные конечности.
Калмышки
Чешуйки птиц состоят из кератина, как и клюв, когти и шпоры. Они встречаются в основном на пальцах ног и на таре (нижняя нога птиц), обычно до таревого сустава, но могут быть найдены дальше вверх ног у некоторых птиц. У многих орлов и сов ноги оперены до (но не включая) пальцев ног. Большинство чешуек птиц не совпадают значительно, за исключением чешуек рыболовных и дятлов. Считалось, что чешуи и щит птиц изначально были однородны с чешуями рептилий; однако более поздние исследования показывают, что чешуи у птиц эволюционировали после эволюции перьев. Эмбрионы птиц начинают развиваться с гладкой кожи. На ногах роговица, или внешний слой этой кожи, может кератинизироваться, утолщаться и образовывать чешуи. Эти чешуи можно организовать в; Cancella крошечные чешуи, которые на самом деле просто утолщение и затвердевание кожи, пересекаются с мелкими канавками. Скутелла чешуи, которые не так велики, как косы, например, на хвостовой или задней части куриного метатарса. Скут самые крупные чешуи, обычно на передней поверхности метатарса и на спинной поверхности пальцев ног. Ряд колючих стволов на передней части метатарса можно назвать "акрометатарсием" или "акротарсием". Ретикулы расположены на боковой и средней поверхностях стопы и первоначально считались отдельными чешуями. Однако, гистологическая и эволюционная работа в этой области показала, что эти структуры не имеют бета-кератина (характер рептильных чешуек) и полностью состоят из альфа-кератина. Это, наряду с их уникальной структурой, привело к предположению, что это на самом деле пупырышки, которые были арестованы на ранних стадиях развития. Все существующие птицы могут перемещать части верхней челюсти относительно челюсти мозга. Однако у некоторых птиц это более заметно, и его легко обнаружить у попугаев. Область между глазом и клювом на стороне головы птицы называется лор. Эта область иногда без перьев, а кожа может быть окрашена, как у многих видов семейства корморантов.
Cancella – minute scales which are really just a thickening and hardening of the skin, crisscrossed with shallow grooves. Scutella – scales that are not quite as large as scutes, such as those found on the caudal, or hind part, of the chicken metatarsus. Scutes – the largest scales, usually on the anterior surface of the metatarsus and dorsal surface of the toes. The rows of scutes on the anterior of the metatarsus can be called an "acrometatarsium" or "acrotarsium". Reticula are located on the lateral and medial surfaces (sides) of the foot and were originally thought to be separate scales. However, histological and evolutionary developmental work in this area revealed that these structures lack beta keratin (a hallmark of reptilian scales) and are entirely composed of alpha keratin. This, along with their unique structure, has led to the suggestion that these are actually feather buds that were arrested early in development. All extant birds can move the parts of the upper jaw relative to the brain case. However, this is more prominent in some birds and can be readily detected in parrots. The region between the eye and bill on the side of a bird's head is called the lore. This region is sometimes featherless, and the skin may be tinted, as in many species of the cormorant family.
Клюв
Пин, клюв или ростра - внешняя анатомическая структура птиц, которая используется для поедания и для приправки, манипулирования объектами, убийства добычи, борьбы, поиска пищи, ухаживания и кормления молодняка. Хотя клювы сильно различаются по размеру, форме и цвету, они имеют схожую основную структуру. Две костные выступы - верхняя и нижняя челюсти - покрыты тонким кератинизированным слоем эпидермиса, известным как рамфотека. У большинства видов два отверстия, известные как норы, ведут к дыхательной системе.
Дыхательная система
Из-за высокой скорости метаболизма, необходимой для полета, птицы имеют высокую потребность в кислороде. Их высокоэффективная дыхательная система помогает им удовлетворить этот спрос. Хотя у птиц есть легкие, они имеют довольно жесткие структуры, которые не расширяются и не сжимаются, как у млекопитающих, рептилий и многих земноводных. Вместо этого в легких в качестве мелков вентилируют воздушные мешки, которые расположены по большей части тела птицы. Воздушные мешки перемещают воздух в одностороннем направлении через парабронхи жестких легких. Основным механизмом однонаправленных потоков в легких птиц является необратимость потока при высоком числе Рейнольдса, проявляющаяся в асимметричных стыках и их петлеобразующей связности. Хотя легкие птиц меньше, чем у млекопитающих сопоставимого размера, воздушные мешки составляют 15% от общего объема тела, тогда как у млекопитающих альвеолы, которые действуют как мех, составляют только 7% от общего объема тела. Стенки воздушных мешков не имеют хорошего кровоснабжения и поэтому не играют прямой роли в газообмене. Птицы не имеют диафрагмы, и поэтому используют свои межреберные и брюшные мышцы для расширения и сжатия всей грудной брюшной полости, таким образом ритмически изменяя объемы всех их воздушных мешков в унисон (иллюстрация справа). Активная фаза дыхания у птиц - это выдох, требующий сокращения их дыхательных мышц. Поэтому задние воздушные мешки могут только опустошать спинно-мозговые связки. Оттуда свежий воздух из задних воздушных мешков течет через парабронхи (в том же направлении, что и во время вдыхания) в вентробронхи. Воздушные проходы, соединяющие вентробронхи и передние воздушные мешки с внутрилегочными бронхами, открываются во время выдоха, что позволяет кислородобедненному воздуху из этих двух органов выйти через трахею наружу. Кровь или воздух с высоким содержанием кислорода показаны красным; кислород бедной воздух или кровь показаны в различных оттенках фиолетового синего. ]]Кровь течет через легкие птицы под прямым углом к воздуху через парабронхи, образуя систему перекрестного обмена токами (см. иллюстрацию слева). Кровоток вокруг парабронхов (и их предсердий) образует перекрестный газообменник (см. диаграмму слева).
Система кровообращения
У птиц четырехкамерное сердце, как и у млекопитающих, и у некоторых рептилий (в основном крокодилов). Эта адаптация позволяет эффективно транспортировать питательные вещества и кислород по всему телу, обеспечивая птиц энергией для полета и поддержания высокого уровня активности. Сердце у колыбели рубинового горла бьется до 1200 раз в минуту (около 20 ударов в секунду).
Культура
У многих птиц вдоль пищевода есть мускулистый мешок, называемый корпом. Функция культуры заключается в том, чтобы смягчить пищу и регулировать ее поток через систему, временно сохраняя ее. Размер и форма урожая довольно разнообразны у разных птиц. Члены семейства Columbidae, такие как голуби, производят питательное молоко, которое подается их детям путем отрыгивания. Кислота преобразует неактивный пепсиноген в активный протеолитический фермент, пепсин, который разрушает специфические пептидные связи, содержащиеся в белках, для получения набора пептидов, которые представляют собой цепочки аминокислот, которые короче, чем исходный диетический белок. Желудочные соки (соляная кислота и пепсиноген) смешиваются с содержимым желудка через мышечные сокращения желудочков.
Ореховый
Желток состоит из четырех мускульных полос, которые вращаются и измельчают пищу, перемещая пищу из одной области в другую внутри жёлтка. Желток некоторых видов травоядных птиц, таких как индейка и перепелов, Однако, в отличие от млекопитающих, многие птицы не выделяют громоздкие части (грубое) своей непереварившейся пищи (например, перья, мех, фрагменты костей и оболочки семян) через клоаку, но вырвляют их в виде пищевых гранул.
Репродуктивная и урогенитальная система
У самцов птиц есть два яичка, которые в сотни раз увеличиваются во время брачного сезона для производства спермы. Яички у птиц, как правило, асимметричны, при этом большинство птиц имеют более крупный левый яичек. У самок птиц в большинстве семей есть только один функциональный яичник (левый), связанный с яичником, хотя на эмбриональной стадии у каждой самки птицы присутствуют два яичника. У некоторых видов птиц есть два функциональных яичника, а у киви всегда остаются оба. У птиц нет мужских вспомогательных желез. У большинства самцов нет фаллоса. У самцов видов без фаллоса сперма хранится в семенной гломере внутри выпуклости клоака до совокупления. Во время спаривания самка перемещает хвост в сторону, а самец либо поднимается на самку сзади, либо спереди (как у швейной птицы), либо очень близко к ней. Затем слизистые каналы соприкасаются, чтобы сперма могла попасть в репродуктивный тракт самки. Это может произойти очень быстро, иногда менее чем за полсекунды. Сперма хранится в трубках женской спермы в течение периода, варьирующегося от недели до более чем 100 дней, в зависимости от вида. Затем яйцеклетки будут оплодотворены по отдельности, когда они покидают яичники, прежде чем оболочка окальцинируется в яичнике. После того как самка отложила яйцо, эмбрион продолжает развиваться в яйце вне женского тела. Многие водоплавающие птицы и некоторые другие птицы, такие как страус и индейка, обладают фаллосом. Это, по-видимому, является предком состояния среди птиц; большинство птиц потеряли фаллос. Считается, что длина связана с конкуренцией сперматозоидов у видов, которые обычно спариваются много раз в период размножения; сперматозоиды, отложенные ближе к яичникам, с большей вероятностью достигают оплодотворения. Более длинные и сложные фали, как правило, встречаются у водоплавающих птиц, у которых самки имеют необычные анатомические особенности влагалища (такие как тупиковые мешки и катушки по часовой стрелке). Эти вагинальные структуры могут использоваться для предотвращения проникновения мужского фаллоса (который скручивается против часовой стрелки). У этих видов спаривание часто бывает насильственным, и женское сотрудничество не требуется; способность женского организма предотвращать оплодотворение может позволить ей выбрать отца для своего потомства. Когда не совокупляется, фаллус скрыт в проктодеевом отсеке внутри клоаки, прямо внутри вентиляции. После того как яйца вылупляются, родители обеспечивают их разнообразной едой и защитой. Превосходные птицы могут заботиться о себе самостоятельно в течение нескольких минут после вылупления; другие птицы беспомощны, слепы и голые, и требуют постоянного ухода родителей. Птенцы многих наземных гнездящихся птиц, таких как куропатки и водолазы, часто могут бежать практически сразу после вылупления; такие птицы называются nidifugous. Однако детеныши этих птиц часто неспособны выжить без посторонней помощи. Процесс, в ходе которого птенчик обретает перья, пока не сможет летать, называется "вырождением". Некоторые птицы, такие как голуби, гуси и краснокороновые журавли, остаются с партнером всю жизнь и могут регулярно размножаться.
Почки
Почки птиц функционируют почти так же, как и более широко изученные почки млекопитающих, но с несколькими важными адаптациями; в то время как большая часть анатомии остается неизменной в конструкции, в ходе их эволюции произошли некоторые важные модификации. Три разрезанные почки расположены на двусторонней стороне позвоночного столба и там связаны с нижним желудочно-кишечным трактом. В зависимости от вида птицы, кора составляет около 7180% массы почки, в то время как мозг гораздо меньше, составляя около 515% массы. Кровные сосуды и другие трубки составляют оставшуюся массу. Уникальность птиц заключается в наличии двух различных типов нефронов (функциональной единицы почки): как рептилийские, как нефроны, расположенные в коре, так и млекопитающих, как нефроны, расположенные в мозговой костке. Нефроны рептилий более распространены, но им не хватает характерных петлей Генле, которые можно увидеть у млекопитающих. Из-за отсутствия петли Генле у птиц их способность концентрировать воду не сильно зависит от нее. Водопоглощение полностью зависит от копродеума и прямой кишки.
Вкус
Птицы эволюционировали из предка, который потерял вкусовые рецепторы типа T1R2, что позволяет другим животным, таким как аллигаторы, чувствовать сладкий вкус. После того, как многие птицы приспособились к диете с высоким содержанием сахара, они модифицировали свои рецепторы вкуса умми (T1R1 T1R3), чтобы также чувствовать сладкий вкус. TR2, используемый для определения горького вкуса, у птиц снижен.
Иммунная система
Иммунная система птиц похожа на систему других позвоночных с челюстями. У птиц есть врожденная и адаптивная иммунная системы. Птицы подвержены опухолям, иммунодефициту и аутоиммунным заболеваниям.
Функция
Бурса фабрициуса, также известная как клоакальная бурса, является лимфоидным органом, который помогает в производстве В-лимфоцитов во время гуморального иммунитета. Бурса фабрициуса присутствует на молодых стадиях, но сворачивается, а у воробья не видна после половой зрелости. Медула отделена от просвета эпителием, что способствует транспортировке эпителиальных клеток в просвет бурсы. Вокруг каждого фолликула расположено 150 000 В-лимфоцитов.