Ewa Szulc Budowa i fizjologia ptaków Ptaki (łac. Aves) należą do najliczniejszej gromady kręgowców. Istnieje około 10 000 gatunków ptaków, z których 9 000 opisano. Ich wielkośd waha się od 5 centymetrów u koliberka hawaoskiego zamieszkującego Kubę po mierzącego 2 metry (i ważącego 136 kilogramów) strusia afrykaoskiego. W swojej pracy o ptakach poruszyłam następujące zagadnienia: Od praptaka do ptaka współczesnego Szkielet Skóra oraz jej szata Przystosowanie do lotu Fizjologia Rozmnażanie się i wychowywanie potomstwa
Od praptaka do ptaka współczesnego Praptak (Archaeopteryx) jest formą posiadającą cechy gadzie oraz ptasie. Pochodził od gadzio-miednicowych dinozaurów, a dokładniej od drapieżnych teropodów. Żył około 145 milionów lat temu. Był średniej wielkości zwierzęciem, rozmiarów dzisiejszego gołębia( 45cm). Prowadził nadmorski tryb życia, żywił się rybami oraz owadami. Każde ze skrzydeł składało się z trzech palcy zaopatrzonych w pazury. Ich zdolnośd lotu tłumaczona jest dwoma tezami. Pierwsza z nich zakłada, że zwierzęta te potrafiły przemieszczad się w powietrzu za pomocą lotu ślizgowego- teoria arborealna lub wybijały się w powietrze biegnąc i skacząc w pogoni za ofiarą- teoria kursorialna. Poniższa tabelka wyszczególnia cechy ptasie oraz gadzie Archaeopteryxa: Cechy gadzie Cechy ptasie trójpalcowe kooczyny przednie z pazurami uzębione szczęki brak grzebienia na mostku długi ogon z licznymi kręgami obecnośd piór, które na przedramieniu miały postad lotek o niesymetrycznej chorągiewce prawdopodobnie stałocieplnośd obojczyki zrośnięte w widełki częściowo przeciwstawny palec stopy
Szkielet Swoiste rusztowanie, na którym opiera się ciało ptaka zbudowane jest z tkanki chrzestnej i kostnej. Szkielet ptaka tak jak u innych kręgowców jest osiowy ( wyróżniamy czaszkę, kręgosłup połączony z żebrami, mostek, kooczyny). Jest lekki, zapewniają to kości pneumatyczne, mocny- redukcja liczby elementów oraz silne skostnienie oraz nadający ciału opływowy kształt ku lepszemu pokonywaniu oporu powietrza. Czaszka ptaków jest cienką puszką chroniącą mózg przed uszkodzeniami mechanicznymi, kości szczęki górnej, międzyczasowej oraz żuchwy dały początek rogowemu tworowi zwanego dziobem. Brak zębów, pneumatyczne kości oraz zanik szwów czaszki zapewniają jej lekkośd. Za pomocą kłykcia potylicznego połączona jest trwale z kręgosłupem. Kręgosłup zbudowany jest w zależności od gatunku z 39 do 63 kręgów. Kręgi budowy siodełkowatej, dźwigacz i obrotnik zapewniają dużą ruchomośd głowy, u dzioborożców(wyjątek) zrośnięte są w jedną kośd. Kręgi odcinka piersiowego połączone są z żebrami, które połączone z mostkiem tworzą klatkę piersiową. W szkielecie wyróżniamy dużą, płaską kośd zwaną grzebieniem mostka. Jest ona charakterystyczna dla ptaków, stanowi miejsce przyczepu mięśni poruszających skrzydłami. Układ żeber umożliwia przesuwanie mostka i tym samym zmianę pojemności klatki piersiowej. W trakcie lotu haczykowate wyrostki żeber usztywniają klatkę piersiową dając jej stabilnośd. Skrzydła to zredukowane kości odcinka dłoniowego, ich oparciem jest pas barkowy składający się z kości kruczej, obojczyka oraz łopatki. Na kościach dłoni osadzone są lotki pierwszorzędowe. Długośd i proporcje poszczególnych kości zależą od środowiska, zapotrzebowania oraz aktywności danego gatunku. Kośd lędźwiowo- krzyżowa powstała ze zrośnięcia się ostatnich kręgów piersiowych, lędźwiowych, krzyżowych i pierwszych ogonowych( skrócenie ogona- pygostyl). Notarium i synsacrum usztywniają tułów( przydatne w dwunożności oraz przy trzepoczącym ruchu skrzydeł). Miednica ptaków jest duża, niezrośnięta spojeniem łonowym pozwalająca na składanie stosunkowo dużych jaj. Składa się z kości biodrowej, łonowej i kulszowej połączonych panewką stawu biodrowego. U ptaków wyróżniamy także tylną kooczynę wolną, w której skład wchodzą: kośd udowa, piszczelowa i strzałkowa oraz kości stopy. Większośd ptaków ma 4 palce składające się z 2 do 5 paliczków, ze względu na opieranie się wyłącznie na nich podczas chodzenia zaliczamy tą gromadę do palcochodnych. Przystosowana jest do chodzenia lub pływania i w związku z tym ulega licznym modyfikacjom ułatwiającym poruszanie się w danym środowisku.
Skóra oraz jej szata zawilgoceniem. Skóra ptaków jest cienka, sucha, wielowarstwowa pokryta wielowarstwowym, zawierającym zrogowaciałą warstwę naskórkiem. W odróżnieniu od gadów skóra ptaków posiada już warstwę tłuszczową oraz mięśnie skórne (oraz podobnie jak gady komórki barwnikowe). Do wytworów naskórka należą pióra, łuski rogowe, pazury, dzioby oraz ostrogi. U ptaków nie wyróżniamy gruczołów za wyjątkiem gruczołu kuprowego położonego pod nasadą ogona. Jego funkcją jest wydzielanie tłustej wydzieliny, którą ptaki natłuszczają swoje pióra w celu ochrony przed W piórze ptaka możemy wyróżnid stosinę (na rys. 2), na której osadzone są promienie (na rys. 3) oraz miękkie przypiórka (na rys. 4). Pióro osadzone jest w skórze ptaka za pomocą dudki (na rys. 5). W zależności od pełnionej funkcji oraz miejsca występowania pióra charakteryzują się różną morfologią. I tak najbliżej położonymi skóry piórami, pełniącymi funkcje termostatyczną są pióra puchowe. Promienie piór są długie i miękkie. Przykryte są one przed zawilgoceniem piórami pokrywowymi, zakrywającymi również lotki czy otwory uszne. Kolejną grupą piór są lotki, które występują na tylnej krawędzi skrzydeł tworząc ich powierzchnię. Są one duże, sztywne i wodoodporne. Na ogonie wyróżniamy sterówki mające wiele funkcji: u pawia widocznego na zdjęciu powyżej pełnia funkcję godową mając za zasadę zwabienie partnerki, stanowią przeciwwagę podczas skakania czy żerowania na ziemi, mogą pełnid również funkcję hamującą przy lądowaniu czy jako ster lub statecznik podczas lotu, skąd wzięła się ich nazwa. Bardzo ciekawym zagadnieniem są występujące u czapli czy kakadu pióra pudrowe. Są one bardzo delikatne i kruche. Ptaki kruszą je i rozprowadzają na powierzchni piór w celach pielęgnacyjnych. Upierzenie jest bardzo ważnym elementem porozumiewania się ptaków. Barwa piór u wielu gatunków jest elementem dymorfizmu płciowego, przy czym samiczki mają zazwyczaj stonowane, maskujące ubarwienie, a samce charakteryzują się barwnym, wielokolorowym ubarwieniem, które za zadanie ma zwabienie samiczki w okresie godowym. Ptaki bardzo dobrze rozróżniają barwy, które świadczyd mogą m.in. o stanie zdrowia osobnika. Bardzo dobrym przykładem jest gil, który będąc zdrowy będzie mied intensywnie czerwoną pierś, a w przypadku choroby jasnoróżową bądź nawet blado-żółtą z różowymi odcieniami. Podobnie barwa piór ma bardzo ważne znaczenie przy rozróżnianiu niektórych gatunków ptaków. Warto w tym miejscu zauważyd, że ptaki zawdzięczają swoją barwę pigmentowi- melaninie, bądź lipochromom.
Pióra ptaków pełnią funkcję termoizolacyjną, czego nie zapewnia im skóra. Jednakże pióra nie pokrywają równomiernie całego ciała ptaka. Z tego względu u ptaków wyróżniamy pterylia- pasy skóry równomiernie pokryte piórami, oraz apterie- miejsca mniej lub w ogóle nieupierzone. Do miejsc takich przez cały czas albo okresowo należy plama lęgowa- dobrze ukrwione miejsce na brzuchu służące wylęganiu jaj. Plama lęgowa u jaskółki brzegówki.
Przystosowania do lotu. Cechy anatomiczne Kooczyny przednie przekształcone w skrzydła pneumatyczne kości wypełnione powietrzem usztywniony kręgosłup kręgi zrośnięte w synsakrum( zrośnięte kręgi lędźwiowe i krzyżowe a także kilka ogonowych i piersiowych) oraz pygostyl(zrośniętych kilka kręgów ogonowych- służy za oparcie dla sterówek) grzebieo na mostku służący jako przyczep mięśni poruszających skrzydłami obojczyki zrośnięte w tzw. widełki - przyczep mięśni lekka czaszka kośd krucza- możliwośd oparcie skrzydeł na mostku Cechy morfologiczne i fizjologiczne asymetryczne pióra brak zębów i związana z tym obecnośd gastrolitów w żołądku rogowy dziób mechanizm podwójnego oddychania szybkie tempo metabolizmu dobrze rozwinięty móżdżek doskonałe oko z tzw. grzebieniem naczyniowym dotleniającym oko brak pęcherza moczowego i wydalanie tzw. kałomoczu jajorodnośd pióra puchowe zatrzymujące ciepło
Fizjologia Układ pokarmowy ptaków zbliżony jest do układu pokarmowego człowieka. Jest jednak prostszy i posiada kilka elementów, które nie występują w ludzkim układzie pokarmowym. Jedynką na rysunku oznaczono przełyk- transportuje pożywienie z dzioba do woli-2. Wole są rozszerzeniem przełyku w służące do gromadzenia, przenoszenia i zmiękczania pokarmu dla piskląt. U gołębiowatych produkowane jest również w wolu ptasie mleczko służące do karmienia piskląt a jego skład przypomina mleko ssaków. Kolejnym elementem układu pokarmowego jest żołądek gruczołowy- 3- u ptaków roślinożernych służy rozmiękczaniu pokarmu natomiast ptaki mięsożerne trawią pokarm silnymi kwasami żołądkowymi. Jedzenie wpada następnie do żołądka mięśniowego, w którym u roślinożernych znajdują się piasek i drobne kamienie, które rozcierają pokarm na drobną papkę. Ciekawostką jest struś, który w swoim żołądku może posiadad nawet 1 kilogram kamieni! U mięsożernych oraz owadożernych ptaków to właśnie tu trafiają niestrawione resztki pokarmu jak sierśd, pancerzyki owadów czy kości. Ptaki te pozbywają się ich za pomocą wypluwek, które dla ornitologów stanowią ważny element badawczy. Następnymi elementami są jelito cienkie i grube na rysunku zaznaczone numerami 5 i 6 oraz koocowa cześd jelita grubego oznaczona numerem 7- kloaka. Składa się z dwóch części- części grzbietowej, która pełni rolę odbytnicy oraz cześd brzuszna zwana zatoką moczowo- płciową. U ptaków nie wyróżniamy pęcherza moczowego, a płynne metabolity wydalane są wraz z kałem w postaci kałomoczu. Układ krążenia ptaków. Serce ptaków jest podzielone na częśd prawą (żylną) oraz lewą (tętniczą). Zbudowane jest z dwóch komór oraz dwóch przedsionków. U ptaków mamy już podział na dwa obiegi krwi: duży i mały. Nie ma więc mieszania się krwi utlenowanej z odtlenowaną. Masa serca ptaków jest dośd duża. Żyła główna dolna przenosi krew do nerek, które ją oczyszczają i własnym układem wrotnym przenoszą ją z
powrotem do obiegu. Erytrocyty ptaków są niewielkie i w odróżnieniu od ssaków posiadają jądro komórkowe. Układ krwionośny zapewnia utrzymanie stałej temperatury ciała wynoszącej średnio 39,5 o C. Układ oddechowy to jeden z najbardziej unikatowych i interesujących moim zdaniem mechanizmów w przyrodzie. Płuca ptaka zbudowane są z wielu bardzo cienkich oskrzelików, które wyglądem przypominają kanaliki. Wyposażone są w 9 worków powietrznych, które mają za zadanie magazynowanie świeżego powietrza, dzięki czemu zarówno podczas wdechu jak i wydechu płuca zaopatrzone są w świeże powietrze. Jest to niezwykle ważne podczas lotu, gdy zapotrzebowanie na tlen jest większe w aktywnie pracujących mięśniach. Dzięki temu nie dochodzi do ich niedotlenienia i ptaki nie mają zakwasów. Budowa mózgu ptaka i narządy zmysłów. Ewolucja ptaków poszła w kierunku rozwoju mózgu. Względna masa mózgu jest znacznie wyższa niż było to obecne u gadów. Kresomózgowie uległo znacznemu rozwinięciu i wielkością dominuje nad pozostałymi częściami mózgu. Na rysunku drugim można zauważyd, że mózg zatracił liniową strukturę, co sprzyja utrzymaniu środka ciężkości. Móżdżek jest silnie rozwinięty, pofałdowany zawierający ośrodki równowagi i koordynacji ruchów. Ptaki posiadają esowato wygięty rdzeo przedłużony oraz 12 par nerwów czaszkowych. Bardzo dobrze rozwiniętym narządem zmysłu u ptaków jest wzrok. Ptaki mają stosunkowo duże gałki oczne, które posiadają duża zdolnośd zmiany ogniskowej. Ich zdolnośd widzenia wynosi nawet 300 0 u roślinożerców i 270 0 u drapieżników (np. u sowy), co zrekompensowane jest możliwością obrotu gałki ocznej do tyłu. Ptaki mają znakomity słuch tak jak u gadów występuje jedna kostka słuchowa w uchu środkowym oraz bardzo słabo rozwinięty węch.
Rozmnażanie się i wychowywanie potomstwa. Rozmnażanie ptaków poprzedzone jest często bardzo złożonymi obyczajami godowymi- zaloty, taoce, walki o samice, toki a następnie lęg i wysiadywanie jaj. Najczęściej przez samice, chod u niektórych gatunków jak np. u pingwinów jaja wysiadywane są przez samce. Ptaki w swoim rozwoju i rozmnażaniu podobne są do gadów. Są jajorodne a ich jaja otoczone są wapienną skorupką. Budowa anatomiczna ptaków uległa zredukowaniu- samice posiadają tylko lewy jajnik i lewy jajowód. Związane jest to z gospodarką oszczędnościową na korzyśd latania. Ze względu na rozwój piskląt zaraz po wykluciu dzielimy je na gniazdowniki i zagniazdowniki: Zagniazdowniki Gniazdowniki Pisklęta po wykluciu w pełni rozwinięte, zdolne do samodzielnego funkcjonowania. Zaliczamy do nich m.in.: kaczki, gęsi, łabędzie, łyski oraz strusie. Pisklęta po wykluciu ślepe, niejednokrotnie nagie, przez dłuższy czas pozostają w gnieździe pod czułą opieką rodziców. Zaliczamy do nich m.in.: wróble, dzięcioły, gołębie, papugi, jastrzębie, orły. Do ciekawostek przyrodniczych można zaliczyd również zwyczaje ptaków w trakcie ich zalotów i lęgów. Ptaki podczas toków chętnie obdarowują się prezentami: - Kukułka amerykaoska- samica jest karmiona w trakcie kopulacji, - Kukułka szponiasta- samica jest karmiona po kopulacji - Kukułka Cuculus canorus- samiec daje budulec na gniazdo(chociaż jest jest pasożytem gniazdowym) lub upolowanego owada, - Jemiołuszka Bombycilla garrulus- daje jagody, - a Rybitwa- rybę. Od zawsze tematy związane z ptakami były jednym z zagadnieo, które bardzo mnie interesowały. Ich majestatycznośd w locie oraz fizjonomia tak inna od pozostałych zwierząt przykuwały moją uwagę podczas spacerów, czy wędrówek po lesie. Dlatego był to powód, dla którego wybrałam taki, a nie inny temat mojej pracy.
Bibliografia: 1) Słownik szkolny Biologia Marzena Popielarska, Robert Konieczny wyd. Zielona Sowa 2) Podręcznik dla Liceum Ogólnokształcącego zakres rozszerzony, Jacek Balerstet, Waldemar Lewioski, wyd. Operon 3) Tablice biologiczne, Witold Mizerski, wyd. Adamantan 4) Biologia Kompedium Piotr Kąkol, wyd. Świat Książki 5) Biologia, Solomon, Berg, Martin, wyd. Multico 6) Wikipedia, wolna encyklopedia: http://pl.wikipedia.org/ 7) Obrazki- źródło Google.pl