VI. W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH.

Transkrypt

1 VI. W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH. Cezary Wójcik Układ ruchu, czyli szkielet i mięśnie. Szkielet ptaków w związku z ich przystosowaniem do lotu posiada pewne specyficzne cechy. Centralną częścią szkieletu ptaka jest sztywna klatka piersiowa, do której przymocowane są: odcinek szyjny wraz z czaszką, kości skrzydeł i nóg. śebra ptaków są skierowane do tyłu i kaŝde jest wyposaŝone w wyrostek haczykowaty, zachodzący na następne. Wyrostki te mają za zadanie chronić klatkę piersiową ptaka przed zgnieceniem np. pod wpływem wysokiego ciśnienia i są szczególnie długie u ptaków nurkujących na znaczne głębokości np. alek. Charakterystycznym elementem u gatunków latających jest okazały grzebień na mostku słuŝący jako miejsce przyczepu mięśni piersiowych. Czaszka ptaka jest połączona z częścią szyjną kręgosłupa jednym kłykciem potylicznym, co zapewnia duŝą ruchliwość głowy. Kręgosłup jest bardzo silnie wyspecjalizowany. Kręgi są całkowicie skostniałe. NajdłuŜsza i najruchliwsza jest część szyjna kręgosłupa, zawierająca przewaŝnie od 15 do 25 długich i ruchomo zestawionych kręgów. Okolica tułowiowa jest natomiast bardzo skrócona i usztywniona na skutek występujących tu i w dalszych częściach kręgosłupa zrostów. Kość biodrowa jest wydłuŝona, zrośnięta z wieloma kręgami krzyŝowymi, lędźwiowymi i ogonowymi (tworzą na końcu pygostyl). Z kolei brak zrośnięcia kości miednicy po stronie brzusznej jest przystosowaniem do składania stosunkowo duŝych jaj. Kości długie większości ptaków zawierają wypełnione powietrzem jamy - nazywamy je kośćmi pneumatycznymi. Stawy kolanowe pomiędzy kośćmi nóg pozostają stale ugięte. Mięśnie nóg są dość krótkie i leŝą wokół uda i górnej części podudzia. Stopy i skok to kości obciągnięte skórą, pod którą znajdują się praktycznie tylko wiązadła i ścięgna. Lot zapewniają ptakowi skrzydła. Są przekształconą przednią kończyną, której sprawność związana jest ze stosunkowo potęŝnymi mięśniami piersiowymi (mogą one wynosić do 15 % cięŝaru ciała). Mięśnie opuszczające skrzydło do dołu są zwykle mocniejsze od tych, które to skrzydło podnoszą do góry. Związane jest to z grawitacją działającą na tułów ptaka. Ruch skrzydeł w dół oznacza podniesienie ciała do góry, zaś proces odwrotny wymaga znacznie mniejszej energii. Mięśnie piersiowe ptaków, będących dalekodystansowymi lotnikami np. gęsi są zbudowane głównie z włókien czerwonych, których surowcem energetycznym jest tłuszcz, Zapewnia im to dłuŝszą pracę. Dlatego tak waŝne jest jego nagromadzenie przed wędrówką w ciele ptaka. Skurcz włókien czerwonych jest znacznie powolniejszy od włókien białych, które dominują u gatunków słabo latających (jako paliwo słuŝy im glikogen). W skrzydłach osadzone są lotki. Lotki pierwszorzędowe nadają siłę napędową, drugo- i trzeciorzędowe, czyli te bliŝej tułowia - siłę nośną. To ona równowaŝy siłę cięŝkości ptaka i utrzymuje go w powietrzu. W skrzydle rozłoŝonym pióra są zwrócone wypukłą stroną do góry. Na przekroju poprzecznym skrzydło ma kształt wydłuŝonej łezki, gdzie przednia krawędź jest zaokrąglona, grubsza i stopniowo zwęŝa się ona ku tyłowi. Ma to znaczenie podczas przepływu powietrza, które przesuwając się po górnej płaszczyźnie, zakręca w dół tworząc przez to niŝsze ciśnienie na górze. Powietrze płynące spodem skrzydła płynie nieco szybciej, osiągając większe wartość ciśnienia i jednocześnie naciskając odo dołu na skrzydło wypycha je ku górze. Ten mechanizm został wykorzystany np. przy budowie skrzydła samolotu. Dzięki koordynacji ruchów oraz ułoŝeniu piór jednego na drugim podczas lotu ptaka nie ma Ŝadnych zaburzeń w przepływie powietrza. Pióra nadają ciału i skrzydłom opływowy kształt. Ze względu na stosunkowo duŝą masę ciała ptaki blaszkodziobe, alki, perkozy i nury muszą z duŝą częstotliwością uderzać skrzydłami, a przy tym ich lot jest dość szybki. Nie mogą sobie pozwolić na częste wstrzymywanie ruchów skrzydeł jak robią to np. mewy, które dość sprawnie szybują wykorzystując prądy powietrzne. Niestety szybki lot kaczek, łabędzi i gęsi wymaga specjalnej techniki podczas startu i lądowania. Ptaki te posiłkują się wtedy nogami (patrz tekst źródłowy), szeroko rozstawiając palce nóg i znajdującą się tam błonę pławną.

2 W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH. 2. Oddychanie w locie. Dzięki synchronizacji ruchów skrzydeł i procesu oddychania, ptaki mogą odbywać dalekie loty praktycznie bez większego zmęczenia. Podczas oddechu tylko część powietrza trafia do płuc, reszta do worków powietrznych (jest ich w ciele ptaka do 14). Główne worki to: nieparzysty podwidełkowy, dwa szyjne, dwie pary piersiowych, oraz dwa brzuszne. W wielu miejscach zetknięcia się z kośćmi worki powietrzne przenikają do ich wnętrza. Z worków powietrze trafia do płuc dopiero przy wydechu, dzięki temu tlen jest dostarczany niemal na okrągło. Płuca ptaka, mimo, iŝ niewielkie mają bardzo duŝa powierzchnię oddechową, min. dzięki bardzo małej średnicy pęcherzyków płucnych, przez co ich wydajność jest bardzo duŝa. W obiegu tlenu w organizmie oprócz układu oddechowego duŝą rolę spełnia równie wydajny układ krwionośny. Stosunkowo duŝe serce (np. w porównaniu do ssaków tej samej wielkości) zbudowane jest z dwóch przedsionków i dwóch całkowicie rozdzielonych komór. Taka budowa zapewnia wysoki metabolizm podczas lotu, kiedy staje się on nawet 20 razy większy od metabolizmu spoczynkowego. Nurkowanie. Cechy budowy zewnętrznej umoŝliwiające ptakom nurkowanie zostały juŝ omówione w scenariuszu pt. Dlaczego kaczka nie tonie?. Warto je jednak uzupełnić o przystosowania pozwalające ptakom na wytrzymywanie wysokich ciśnień wody na duŝych głębokościach. Dla nas ludzi zagroŝeniem pod wodą są uwalniające się z krwi gazowe pęcherzyki azotu powodujące zatykanie drobnych naczyń krwionośnych. Objawy i skutki tego zjawiska nazywane są chorobą kesonową". Ptaki, podobnie jak ssaki nurkujące, zabezpieczają się przed tym, wydychając przed zanurzeniem całe powietrze. Brak powietrza w płucach to brak azotu, który nie wnika do krwi. Powietrze pozostaje jedynie w workach powietrznych, ale tam nie zachodzi wymiana gazowa. Podczas nurkowania następują zmiany w rozdziale krwi pomiędzy poszczególne narządy ciała. Utleniona krew, która u ptaków nurkujących magazynuje większą ilość tlenu niŝ u lądowych, jest dostarczana przede wszystkim do mózgu. Zazwyczaj silnie ukrwione i zuŝywające duŝo tlenu nerki, podczas nurkowania w zasadzie krwi nie otrzymują. Wstrzymany zostaje teŝ dopływ krwi do trzewi, przepony i płuc, a takŝe do mięśni szkieletowych, choć duŝa ich część podczas nurkowania intensywnie pracuje. Przed niedotlenieniem mięśnie ptaków nurkujących zabezpiecza duŝa ilość mioglobiny, czyli hemoglobiny mięśniowej. Pozwala ona na zmagazynowanie zapasów tlenu w mięśniach. A jeśli i on się skończy, mięśnie ptaka przez pewien czas mogą pracować w oparciu o przemiany beztlenowe. Podczas nurkowania niektóre ptaki np. alki oprócz nóg wykorzystują skrzydła. Ich powierzchnia musi być stosunkowo mniejsza, niŝ u gatunków nienurkujących, po to by ograniczyć opory wody. W konsekwencji prowadzi to do zwiększenia szybkości lotu u tych ptaków, po to by zniwelować stosunkowo niewielką siłę nośną skrzydeł. POZIOM NAUCZANIA: szkoła ponadgimnazjalna CZAS REALIZACJI: 1-2 godz. CELE GŁÓWNE: Poznanie róŝnorodnych przystosowań ptaków wodnych do środowiska, w którym Ŝyją. CELE SZCZEGÓŁOWE Z zakresu wiadomości uczeń potrafi: wymienić przystosowania ptaków do lotu; wymienić przystosowania ptaków do nurkowania; wymienić pospolite gatunki ptaków wodnych. Z zakresu umiejętności uczeń potrafi: wyjaśnić działanie sił fizycznych działających na ptaka podczas lotu i nurkowania; wyjaśnić zasadę funkcjonowania worków powietrznych. Z zakresu postaw uczeń potrafi: rozwinąć zainteresowania przyrodnicze i ekologiczne; współpracować w grupie. METODY: Obserwacja, pogadanka, burza mózgów, FORMY PRACY: indywidualna, grupowa ŚRODKI DYDAKTYCZNE: foliogramy, gra dydaktyczna,

3 W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH. 3. PRZYGOTOWANIE DO LEKCJI: Faza wprowadzająca 1. Czynności organizacyjne, zapoznanie uczniów z tematem lekcji oraz celami. 2. Przypomnienie wiadomości o rodzajach piór u ptaków. Faza realizacyjna: 1. Nauczyciel prezentuje cechy budowy wewnętrznej ptaka umoŝliwiające lot (foliogram 1) i je omawia. 2. Uczniowie wypełniają karty pracy nr 1, gdzie na podstawie tekstu źródłowego wypisują cechy: - umoŝliwiające lot łabędziowi (np. silne mięśnie piersiowe, budowa stopy, rozpiętość skrzydeł), - utrudniające lot łabędziowi (np. duŝy cięŝar, długi rozbieg, ewentualna kontuzja nogi), - umoŝliwiające nurkowanie nurowi (np. silne nogi, nogi z tyły tułowia, kształt ciała), - utrudniające nurkowanie nurowi (np. powierzchnia skrzydła, wyporność ciała. 3. Burza mózgów: uczniowie w grupach analizują tabelę (karta pracy 2) i szukają odpowiedzi na pytanie: Które cechy morfologiczne umoŝliwiają przystosowanie do lotu, nurkowania, pływania, chodzenia po lądzie? Faza podsumowująca: 1. Nauczyciel prezentuje wybrane gatunki ptaków wodnych (np. nur czarnoszyi, perkoz dwuczuby, kormoran, łabędź niemy, krzyŝówka, mewa srebrzysta, kokoszka wodna) korzystając z internetu lub innych źródeł. Na podstawie wyglądu, uczniowie oceniają ich przystosowania do Ŝycia w środowisku wodnym. LITERATURA: Attenborough D Prywatne Ŝycie ptaków, Muza S.A., Warszawa,. Bejcer V Ptaki wędrowne. Delta Busse P. (red.) Mały słownik zoologiczny. Ptaki. Wiedza Powszechna, Warszawa. Ferens B., Wojtusiak R. J Ornitologia ogólna. Ptak, jego budowa i Ŝycie. PWN Warszawa Gotzman J., Z lornetką wśród ptaków, PWRiL, Warszawa, Jabłoński B. Co ornitolog wie, a czego nie wie o wędrówkach ptaków. Z: Kerrod R., Bailey J Ptaki w wodne. Encyklopedia świata zwierząt. Wiedza i Ŝycie.

4 W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH. 4. MATERIAŁY DLA NAUCZYCIELA. Karta pracy 1a Na podstawie tekstu źródłowego lub obserwacji własnej uzupełnij tabelę Cechy umoŝliwiające lot łabędziowi Cechy utrudniające lot łabędziowi Tekst źródłowy (D. Attenborough, Prywatne Ŝycie ptaków. Sztuka latania.): Jednym z najcięŝszych ptaków jest łabędź. Dorosły osobnik moŝe osiągać cięŝar powyŝej 15 kg. Do wzniesienia się w powietrze ptak ten potrzebuje długiego i bardzo równego rozbiegu, jakim jest gładka powierzchnia jeziora(...) Łabędzie biegną po powierzchni wody, najszybciej jak mogą, na swych krótkich nogach, jednocześnie machając energicznie skrzydłami. Spod nóg i skrzydeł unoszą się fontanny wody. W miarę jak rośnie ciśnienie powietrza unoszącego skrzydła, ptak wznosi się coraz wyŝej nad wodą. Nadal jeszcze biegnie, ale jego nogi, zaopatrzone w płetwy, coraz delikatniej i rzadziej dotykają tafli jeziora, aŝ w końcu tracą kontakt z wodą. Łabędź przesuwa wtedy nogi do tyłu, pod ogon, podobnie jak startujący samolot chowa podwozie i unosi się w powietrze. Siła nośna działająca na skrzydło jest wprost proporcjonalna do prędkości powietrza nad skrzydłem, dlatego teŝ prędkość, jaką ptak moŝe osiągnąć w czasie startu limituje dopuszczalny cięŝar jego ciała. Łabędź, aby wznieść się w powietrze, musi rozwinąć prędkość około 14 m/s biegnąc po powierzchni jeziora. Karta pracy 1b Na podstawie tekstu źródłowego lub obserwacji własnej uzupełnij tabelę Cechy umoŝliwiające nurkowanie nurowi Cechy utrudniające nurkowanie nurowi Tekst źródłowy (D. Attenborough, Prywatne Ŝycie ptaków. Rybołówstwo dla przetrwania): Nury Ŝywią się tylko rybami. Ich palce z błonami pławnymi przesunięte są daleko do tyłu ciała, dzięki czemu mogą pod wodą szybko się poruszać. Jednocześnie mogą ułoŝyć skrzydła wzdłuŝ ciała i mocno je przycisnąć, tak, Ŝe ich obłe ciało układa się w jednej linii z ogonem. To wszystko przyczynia się do duŝej zwinności tych ptaków w wodzie. Potrafią one szybko przechytrzyć ryby, które są w swoim naturalnym Ŝywiole. śyjący na północy nur lodowiec regularnie nurkuje poniŝej 20 m pod wodą i pozostaje pod powierzchnia przez minutę lub nawet dłuŝej. Po wyjściu z wody jest jednak równie nie zgrabny jak w niej zwinny. Ptak ten praktycznie nie moŝe chodzić, opada na pierś i do przodu. MoŜe się tylko przesuwać trzymając nogi razem i robiąc drobne niezdarne podskoki.

5 W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH. 5. Karta pracy 2. U róŝnych gatunków ptaków wodnych wraz ze wzrostem przystosowania do nurkowania zmniejszają się rozmiary skrzydeł np. długość skrzydła, stosunek rozpiętości skrzydeł do długości ciała. Ptaki nurkujące mają dłuŝszy stosunkowo skok i większy cięŝar ciała. Z drugiej strony cięŝar ogranicza zdolność lotu (zwiększa się jego prędkość) i moŝliwość startu z miejsca. Na lądzie, obok długości skoku, istotne dla ruchu jest takŝe usytuowanie nóg względem osi ciała. Najdalej ku końcowi tułowia mają je usytuowane perkozy i nury. Porównaj poszczególne gatunki ptaków i na podstawie danych z tabeli oceń przystosowania do nurkowania, lotu, chodzenia po lądzie i pływania. Cecha: Łabędź niemy Mewa śmieszka Perkoz dwuczuby Łyska Rozpiętość 220 cm 100 cm 90 cm 80 cm skrzydeł Długość 60 cm 30 cm 20 cm 20 cm skrzydła Długość ciała 150 cm 40 cm 50 cm 40 cm CięŜar 8-14 kg 300 g 0,9-1,4 kg 0,6-1,2 Skok (dolna 15 cm 4 cm 7 cm 6 cm część nogi) Prędkość lotu 50 km/h 50 km/h 70km/h 60 km/h Nurkowanie nie nie do 30 m do 5 m FOLIOGRAM 1 NADGARSTEK CZASZKA PŁUCA W.P. PRZEDNIE KOŚCI DŁONI K. ŁOKCIOWA I PROMIENIOWA KOŚĆ RAMIENIOWA TCHAWICA OBOJCZYK GRZEBIEŃ MOSTKOWY K. PISZCZELOWA I STRZAŁKOWA SKOK KOŚĆ UDOWA MIEDNICA WORKI POWIETRZNE TYLNE KOŚĆ ŁONOWA PYGOSTYL ELEMENTY BUDOWY SZKIELETU I UKŁADU ODDECHOWEGO PTAKA.