Особенности опорно двигательной системы птиц. Опорно-двигательная система

Птица может летать не только потому, что у нее есть крылья. Приспособлены к полету и внутреннее строение организма птицы, и процессы его жизнеде-ятельности. Какие особенности внутреннего строения помогают птицам покорять воздушное пространство?

Опорно-двигательная система птицы, как и у всех позвоночных, об-разована скелетом и прикрепленными к нему мышцами.

Скелет птицы (рис. 43.1) состоит из шести отделов: черепа, позвоночника, скелетов передних конечностей (крыльев) и задних конечностей (ног), а также поясов передних и задних конечностей. Скелет у птицы легкий: все его кости тонкие, а большинство из них — полые (рис. 43.2). У го-лубя кости черепа чуть толще бумажного листа. У птиц нет челюстей (их заменяет легкий роговой клюв) и зубов.

Позвоночник состоит из шейного, грудного, поясничного, крестцо-вого и хвостового отделов. Из-за почти неподвижного соединения по-звонков в грудном, поясничном и крестцовом отделах птица не может наклоняться, как это делаем мы. Однако этот «недостаток» у нее ком-пенсирован подвижным соединением позвонков в шейном отделе. Поэтому голубь, сгибая шею, ловко собирает клювом зерно, а сова может поворачивать голову на 270°. Ограниченная подвижность позво-ночника — важное приспособление птицы к полету: в воздухе она при-дает телу компактность.

Каково строение грудной клетки птицы? Ребра, отходящие от по-звонков грудного отдела, подвижно соединены с большой грудной ко-стью (грудиной). Каждое ребро состоит из двух частей, расположенных под углом друг к другу и соединенных между собой полуподвижно. Такая конструкция позволяет грудной клетке расширяться и сужаться во время вдоха и выдоха. У ребер есть отростки, придающие грудной клетке дополнительную прочность. Она не только надежно защищает легкие и сердце: вырост грудины (киль) является местом прикрепления основных мышц, обеспечивающих движение крыльев.

Ключицы голубя, срастаясь нижними концами, образуют вилочку. Она смягчает толчки при взмахе крыльев. Скелет передних конечно-стей, как и у всех позвоночных, заканчивается кистью. Ее кости частич-но срастаются, создавая опору для длинных маховых перьев, испытывающих в полете наибольшие нагруз-ки. Срастаются и кости стопы, образуя цевку. Она удлиняет ноги и смягчает толчок при приземлении. Ходят птицы на пальцах. Материал с сайта

Кости таза у птиц не срастаются. Они могут ши-роко расходиться в стороны, поэтому птицы могут откладывать большие, покрытые твердой скорлупой яйца.

Мышцы птицы. Самые мощные мышцы у птиц — грудные, они опускают и поднимают крылья. Одним кон-цом эти мышцы прикреплены к килю, а другим — к плечу. Благодаря развитым мышцам ног птицы не только перемещаются по земле или плавают — ногами они отталкиваются от поверхности при взлете. Межреберные мышцы поднимают и опускают грудную клетку.

Вы замечали, что в мышцах птицы есть светлые (белые) и темные (красные) волокна? Белые волокна приспособлены к интенсивной, но короткой работе, например при взлете, а красные — к длительному раз-меренному полету. Эти почти неутомимые мышцы работают во время длительных перелетов.

Класс Птицы - теплокровные животные, тело которых покрыто перьями (единственная группа животных), а передние ко-нечности превращены в крылья; pадние конечности - ноги. Птицы прекрасно летают, превосходя в этом отношении всех других позвоночных животных. Также птицы хорошо передвигаются по земле, лазают по деревьям, многие ныряют и плавают в воде. Птицы чрезвычайно разнообразны по величине, формам, окраске, повадкам и приспособились к обитанию в различных климатических условиях. Насчитывается около 9 тыс. видов.

Внешнее строение птицы

У птиц имеется голова, шея, туловище, конечности и хвост. Голова у птиц маленькая, на ней расположены клюв, глаза, ноздри. Клюв образован вытянутыми вперед костными челюстями, которые сверху покрыты роговыми чехлами. Зубов у птиц нет, что облегчает череп. У основания верхней части клюва расположены ноздри. Округлые глаза прикрываются двумя веками и мигательной перепонкой. Ближе к затылку под перьями скрыты ушные отверстия. Подвижная шея соединяет голову с компактным туловищем.

Особенности строение тела птицы

Птицы - это позвоночные животные, приспособленные к полету, их передние конечности превращены в крылья, тело покрыто перьями, имеют обтекаемую форму тела. Ныне живущих видов более 9000. Птицы живут фактически во всех климатических зонах, занимают разнообразные экологические ниши.

По-сравнению с пресмыкающимися у птиц произошел ряд крупных ароморфозов, позволивших им стать более активными и меньше зависеть от условий окружающей среды. Это возникновение терморегуляции (теплокровности), полное разделение венозного и артериального кровотока, возникновение четырехкамерного сердца. Другие множественные адаптации птиц уместней считать приспособлениями к полету.

Перьевой покров птиц

Перьевой покров птиц эволюционно возник из роговых чешуй пресмыкающихся. Каждое перо развивается в перьевой сумке, в ней же остается нижний конец пера (очин), через который происходит питание пера.

В пере выделяют ствол и опахало. Опахало состоит из роговых бородок первого, и отходящих от них второго порядка. У бородок второго порядка есть крючочки, которыми они сцепляются с соседними бородками второго порядка. Таким образом опахало становится монолитным, не пропускает через себя потоки воздуха, что играет немаловажную роль в способности птиц к полету.

Перьевой покров птиц растет не по всему их телу, а только в так называемых птерилиях . В аптериях перья не растут, однако они прикрыты перьями, выросшими в птерилиях. У птиц перьями не покрыты только нижняя часть ног и клюв (у некоторых видов еще и шея).

Перья птиц не одинаковы. Различают контурные, пуховые перья, пух и др. Контурные перья бывают покровными, рулевыми (находятся на хвосте), маховыми (на крыльях). Маховые и рулевые перья имеют важное значение для полета. Пух выполняет функцию теплоизоляции.

Для птиц характерна линька, когда перьевой покров сменяется. У одних видов это происходит так, что они сразу теряют почти все старые перья. У других линька происходит постепенно.

Кожа птиц сухая, тонкая. У них есть единственная железа - копчиковая. Хорошо развита у водоплавающих птиц. Ее жировым секретом птицы смазывают перья, что предотвращает их намокание.

Опорно-двигательная система птиц

Опорно-двигательная система птиц претерпевает ряд существенных изменений, связанных с полетом. Это касается как скелета, так и мышечной системы.

Кости птиц становятся более легкими, во многих есть полости. Многие кости скелета срастаются между собой, что дает дополнительную прочность во время полета.

Череп птиц прочный с большими глазницами. Клюв образован челюстями, покрытыми роговыми чехлами (надклювье и подклювье ). Клюв разных видов птиц приспособлен к добыванию и обработке определенных видов пищи. Зубы отсутствуют у всех птиц.

Шейный отдел позвоночника отличается большой подвижностью. Количество позвонков зависит от вида птиц. Грудные позвонки срастаются. Также срастаются поясничные, крестцовые и первые хвостовые позвонки, образуя сложный крестец , дающий мощную опору тазовому поясу и задним конечностям. Последние хвостовые позвонки также срастаются, к ним крепятся рулевые перья.

От грудных позвонков отходят ребра. Каждое ребро птицы состоит из верхней и нижней части, подвижно соединенных между собой. Нижние части ребер прикреплены к достаточно большой грудине. Ребра птиц имеют крючковидные отростки. У подавляющего большинства птиц от грудины отходит киль , к которому крепятся мощные мышцы, обеспечивающие подъем и опускание крыльев в полете.

Плечевой пояс птиц состоит из удлиненных лопаток (лежат вдоль позвоночника), мощных коракоидов (соединены с началом грудины) и ключиц. Ключицы срастаются между собой и образуют вилочку , которая играет роль своеобразной распорки при движении крыльев. Кости передних конечностей гомологичны таковым у пресмыкающихся. В крыле птиц сохраняется плечевая, локтевая и лучевая кости. Однако ряд костей запястья и пясти срастаются между собой образуя пряжку . Пальцы на крыльях у птиц редуцируются, остаются только три, из которых хорошо развит только один.

Кости тазового пояса (подвздошные, седалищные и лобковые) сращены между собой с каждой стороны и неподвижно приращены к сложному крестцу. Обе лобковые кости между собой не срастаются. Также между собой не срастаются седалищные кости. Это делает таз птицы открытым, что дает возможность нести крупные яйца. Скелет задней конечности состоит из бедренной кости, костей голени, цевки , пальцев (обычно четыре, три из которых повернуты вперед). Цевку образует ряд костей предплюсны и кости плюсны.

Мышцы птиц более дифференцированы, чем у пресмыкающихся. Кроме того в ряде отделов мышечная система очень мощная. Так у птиц сильно развиты грудные и подключичные мышцы, отвечающие за подъем и опускание крыльев. Хорошо развиты мышцы шеи и хвоста.

Дыхательная система птиц

Дыхательная система птиц во многом уникальна, для них характерно так называемое двойное дыхание . При нем через легкие проходит свежий воздух и при вдохе и при выдохе. Для осуществления такого дыхания у птиц есть воздушные мешки (несколько пар, также могут быть непарные).

На вдохе воздух поступает в легкие и задние воздушные мешки. На выдохе воздух из легких преимущественно переходит в передние воздушные мешки, а в легкие поступает из задних. Из передних мешков воздух удаляется через трахею.

Легкие птиц представляют собой плотную губчатую ткань, что увеличивает их поверхность.

Воздушные мешки, заполненные воздухом, уменьшают плотность тела птицы, делают его более легким.

В покое птицы дышат за счет расширения и сокращения грудных мышц. В полете грудь птиц остается почти неподвижной и создает дополнительную опору для крыльев. Поэтому расширение и сжатие воздушных мешков происходит за счет движения крыльев. Причем чем чаще и мощнее взмахи крыльев, тем чаше птицы дышат, и тем сильнее наполняются воздухом их воздушные мешки.

Кровеносная система птиц

В кровеносной системе птиц венозная и артериальная кровь не смешиваются. В отличие от пресмыкающихся у птиц из левого желудочка сердца выходит только одна (правая) аорта.

Сердце четырехкамерное. Правые предсердие и желудочек содержат только венозную кровь. Левые - только артериальную. Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и заканчивается в правом предсердии. Малый (легочный) круг кровообращения начинается в правом желудочке и заканчивается в левом предсердии.

Большое сердце птиц сокращается часто, в полете очень часто (сотни раз в минуту).

Пищеварительная система птиц

Для птиц характерно быстрое пищеварение. У многих пища проходит через их пищеварительных тракт менее чем за час.

У многих птиц пищевод имеет расширение (зоб), где на время откладывается проглоченная пища. Есть слюнные железы.

Особенностью пищеварительной системы птиц является наличие двух желудков. В первом (железистом) происходит ферментативная обработка пищи. Во втором (мускульном) пища перетирается как мощными стенками желудка, так и заглоченными камешками.

Толстая кишка у птиц короткая, открывается в клоаку, прямая кишка отсутствует. Таким образом остатки не задерживаются в организме, что облегчает тело птицы для полета.

Выделительная система птиц

Основным продуктом выделения у птиц является мочевая кислота, также как у пресмыкающихся. Для ее выделения требуется мало воды. Выведение вредных веществ из организма происходит быстро, что связано с интенсивным обменом веществ.

У птиц достаточно крупные почки, мочеточники открываются непосредственно в клоаку. Мочевой пузырь отсутствует.

Нервная система и органы чувств птиц

В нервной системе птиц происходит более сильное развитие полушарий переднего мозга (отвечают за сложное поведение и выработку условных рефлексов), также увеличивается средний мозг (связано с совершенствованием зрения) и мозжечок (отвечает за координацию движений, что для птиц имеет большое значение в связи с полетом).

Основным органом чувств птиц является зрение. Это связано с тем, что при полете надо видеть предметы с далекого расстояния, птицы хорошо различают цвета и их оттенки. В глазах птиц больше чувствительных клеток, чем у млекопитающих.

Немаловажное значение в жизни птиц имеет и слух. У ряда птиц (например, сов) он очень тонкий, позволяет улавливать в темное время суток звуки, издаваемые добычей.

У подавляющего большинства птиц обоняние плохо развито.

Размножение и развитие птиц

В качестве органов размножения у самцов птиц функционирует пара семенников. В период размножения они сильно увеличиваются. По семяпроводам сперма поступает в клоаку и впоследствии впрыскивается в клоаку самки. У птиц бывает только внутреннее оплодотворение.

У самок сохраняется только один яичник. Это связано с образованием крупных яйцеклеток (содержащих большое количество желтка), превращающихся в половых путях самки в крупные яйца. Два таких яйца не смогли бы пройти через таз птицы.

Оплодотворение яйцеклетки происходит в верхней части яйцевода. Продвигаясь к клоаке яйцо покрывается оболочками: белковой (содержит большой запас воды), двумя подскорлуповыми, скорлупой (известь в последствии частично используется на формирование скелета), надскорлуповой оболочкой. Длительность формирования яйца у разных видов птиц различна. В среднем около суток.

На поверхности желтка путем дробления образуется зародышевый диск. Желток подвешен в яйце на белковых нитях - халазах.

Одним из проявлений сложного поведения птиц является выраженная забота о потомстве. Птицы насиживают кладку, после вылупления птенцов еще долго заботятся о них. Птенцы бывают двух типов: выводкового и гнездового. Первые почти сразу после вылупления способны следовать за родителями, самостоятельно питаться. При вылуплении они уже покрыты пухом. Гнездовые птенцы появляются голыми, слепыми и беспомощными. Родители выкармливают их в гнезде.

Экология птиц

Высокая скорость обмена веществ за счет совершенствования в первую очередь кровеносной, дыхательной и пищеварительной систем привели к теплокровности птиц (способности к поддержанию постоянной температуры тела). Это привело к меньшей зависимости от условий окружающей среды, чем у пресмыкающихся. Птицы расселены по Земле достаточно широко, они встречаются в том числе и в Антарктиде.

Для птиц характерны сезонные миграции, связанные с перемещением в лучшие места для питания, размножения, избежания неблагоприятных условий. Выделяют оседлых, кочующих и перелетных птиц . Оседлые птицы обычно живут круглый год в одном и том же месте. Кочующие птицы в послегнездовой период улетают на сотни километров. Перелетные птицы пролетают тысячи и десятки тысяч километров. Обычно они улетают на зиму в те места, где нет сильных холодов (например, из Европы в Африку).

Среди птиц выделяют три большие группы: типичные птицы, пингвины и страусы. Представители последних двух не летают. Виды страусовых являются самыми крупными из ныне живущих птиц. Пингвины приспособлены к плаванию. Подавляющее большинство типичных птиц летают. Они наиболее многочисленны и разнообразны (более 20 отрядов).

Выделяют различные экологические группы птиц по местам обитания (птицы леса, открытых пространств, водоплавающие, обитающие у водоемов), местам гнездования (в кронах, кустарниках, наземные, гнездящиеся в дуплах и др.), типу питания (растительноядные, насекомоядные, хищные, падальщики, всеядные) и др.

Строение птиц удобно рассмотреть на примере городского сизого голубя.

Скелет. Птицы обладают прочным и легким скелетом (рис. 158). Все длинные кости трубчатые, имеют воздушные полости; небольшие воздушные полости есть и в некоторых плоских костях. Прочность скелету придает срастание многих костей. Единую кость представляет собой череп, в котором подвижно соединена только нижняя челюсть.

Рис. 158. Скелет птицы:1 - нижняя челюсть; 2 - верхняя челюсть; 3 - череп; 4 - шейный отдел позвоночника; 5 - ключицы; 6 - коракоид (воронья кость); 7 - лопатка; 8 - плечо; 9 - предплечье; 10 - пряжка; 11 - фаланги пальцев; 12 - ребра; 13 - грудина; 14 - киль грудины; 15 - сложный крестец; 16 - хвостовой отдел позвоночника; 17 - копчиковая кость; 18 - бедро; 19 - голень; 20 - цевка; 21 - фаланги пальцев

Позвоночник состоит из пяти отделов: шейного (9-25 позвонков), грудного (3-10 позвонков), поясничного (шесть позвонков), крестцового (двапозвонка) и хвостового (пять позвонков срослись со сложным крестцом, шесть остались свободными, четыре последних срослись в копчиковую кость). Грудные позвонки срастаются в единую спинную кость. Она соединена суставом со сложным крестцом. К грудным позвонкам причленяются ребра. Каждое ребро состоит из спинного и брюшного отделов, соединенных подвижно. Брюшные отделы ребер соединяются с грудиной. Грудные позвонки, ребра и грудина образуют грудную клетку, защищающую внутренние органы.

У летающих птиц крупная грудина имеет высокий киль, к которому прикрепляются сильные грудные мышцы, двигающие крылья. С позвоночником срастаются тазовые кости. Поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков образуют сложный крестец, создающий надежную опору для задних конечностей. Таз у птиц открытый - лобковые кости не срастаются, а широко расходятся в стороны. Это позволяет птицам откладывать крупные яйца, покрытые жесткой скорлупой.

Пояс передних конечностей состоит из парных мечевидных лопаток, двух сросшихся в вилочку ключиц (они амортизируют резкие толчки при опускании крыльев) и двух крупных коракоидов (вороньих костей), упирающихся в грудину. Скелет передней свободной конечности - крыла, как и у других наземных позвоночных, состоит из трех отделов: плеча, предплечья и кисти. Часть костей запястья и пясти срастаются в единый отдел - пряжку. Сохраняются остатки (рудименты) второго, третьего и четвертого пальцев. Скелет свободной задней конечности состоит из бедренной кости, костей голени, сросшихся вместе, и стопы. Часть костей предплюсны и все плюсневые кости срослись и образовали единую кость - цевку. Ноги большинства птиц четырехпалые: три пальца направлены вперед, один назад. У бегающих птиц число пальцев сокращается до трех, а у африканского страуса - до двух.

Мускулатура. Важное значение для полета имеют большие грудные мышцы, опускающие крылья (рис. 159). Они прикрепляются к килю грудины и заканчиваются сухожилиями на костях крыла. Под этими мышцами расположены поднимающие крылья подключичные мышцы. Хорошо развиты мышцы шеи. Более 30 мышц обеспечивают движения задних конечностей. Они начинаются на костях таза, бедра, голени. К пальцам подходят длинные сухожилия, которые при посадке птицы на ветку натягиваются, сжимая пальцы, поэтому птицы не падают с веток во время сна. Межреберные и некоторые другие мышцы обеспечивают подвижность грудной клетки. Есть специальные мышцы, двигающие перья.

Рис. 159. Схема сокращения мышц при поднятии (А) и опускании (Б) крыльев: 1 - большие грудные мышцы; 2 - подключичные мышцы

Лабораторная работа № 9

Тема. Строение скелета птицы.

Цель. Изучить особенности строения скелета птиц. Отметить черты, связанные с полетом.

Оборудование: скелет птицы, пинцет.

Ход работы

1. Рассмотрите скелет птицы. Определите форму черепа. Рассмотрите костную основу клюва и большие глазницы, соединения нижней челюсти с черепом и черепа с позвоночником.
2. Рассмотрите отделы позвоночника. Назовите их.
3. В шейном отделе обратите внимание на строение первых двух позвонков, на седловидную форму и подвижное соединение других позвонков. Отметьте значение этой особенности в жизни птицы.
4. Найдите грудной отдел позвоночника, обратите внимание на неподвижное соединение позвонков. Рассмотрите строение грудины и ребер.
5. Назовите кости пояса и свободных передних конечностей. Обратите внимание на кости плеча, предплечья, пряжки, пальцев.
6. Найдите пояс задних конечностей. Рассмотрите его, обратив внимание на прочность соединения костей таза с позвоночником. Объясните значение этой особенности строения скелета в жизни птицы.
7. Рассмотрите кости задних конечностей. Назовите их. Обратите внимание на цевку - длинную кость стопы. Подсчитайте число пальцев.
8. Отметьте в строении скелета птицы черты приспособленности, связанные с полетом. Запишите их в тетрадь.

Опорно-двигательная система хорошо отражает приспособленность птиц к полету. Скелет легкий и прочный. Легкость обеспечивается пневматично-стью костей, прочность - их срастанием. В кисти кости срослись в пряжку, в стопе - в цевку. Наиболее крупные и сильные летательные мышцы начинаются на киле грудины и сухожилиями прикрепляются к костям крыльев.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какие изменения в строении скелета птиц по сравнению с рептилиями произошли в связи с приспособленностью к полету?
2. Каковы особенности расположения и строения мышц птиц? Объясните причины.
3. Почему у летающих птиц высокий киль?
4. Каковы особенности строения таза птиц? С чем связано такое строение?

Скелет и мышцы составляют опорно-двигательную систему птиц. По строению птицы схожи с пресмыкающимися. Однако имеются существенные различия, связанные с приспособленностью к полёту.

Скелет

Кости - опора тела, позволяющая совершать движения и защищающая внутренние органы. Лёгкий, но прочный скелет состоит из четырёх отделов и составляет 9-12 % от массы тела.

Рис. 1. Общее строение скелета птицы.

Таблица “Опорно-двигательной системы птиц”

Некоторые кости птиц пневматические, т. е. полые внутри, заполненные воздухом, поступающим из воздушных мешков. Между полостями находятся костные балки - перегородки, придающие костям прочность.

Рис. 2. Внутреннее строение костей птицы.

Мышцы

Мускулатура характеризуется высокой плотностью и подвижностью. Наиболее развиты:

• мышцы шеи - поворачивают голову в любом положении;
• грудные и подключичные мышцы - поднимают и опускают крылья;
• мышцы хвоста - управляют рулевыми перьями;
• мышцы ног с длинными сухожилиями - перемещают по деревьям, осуществляют взлёт и посадку.

Рис. 3. Мускулатура птицы.

Грудные мышцы птиц условно белые (светлеют после термической обработки) и приспособлены к интенсивной кратковременной работе. Тёмно-красные волокна более сильные, выполняют длительную работу и меньше устают.

Адаптация к полёту

К прогрессивным чертам строения, позволяющим птицам летать, относятся:

• тонкие полые кости, уменьшающие общую массу тела;
• отсутствие зубов;
• преобразование чешуи в лёгкие широкие перья;
• обтекаемая форма головы и тела;
• вилочка, смягчающая движение крыльев;
• срастание позвонков, образующих опору при полёте;
• цевка, смягчающая приземление.