§ 43. Внутреннее строение и жизнедеятельность птиц

СКЕЛЕТ ПТИЦ: ЛЁГКОСТЬ, ПРОЧНОСТЬ И АДАПТАЦИИ К ПОЛЁТУ

Анатомическое строение скелета птиц неразрывно связано с двумя фундаментальными требованиями: максимальным облегчением массы тела для полёта и сохранением высочайшей механической прочности.

Особенности костной ткани:

• Кости птиц тонкие, плотные, а крупные трубчатые кости имеют внутренние полости, заполненные воздухом (пневматичность костей);
• Для противостояния мощным аэродинамическим нагрузкам многие соседние кости наглухо срослись между собой без подвижных швов.

Отделы осевого скелета:

• Череп: кости черепа срослись в единую округлую тонкостенную мозговую коробку. Челюсти вытянуты в клюв и полностью лишены зубов, что кардинально облегчает головной отдел;
• Шейный отдел позвоночника: состоит из 11–25 седловидных позвонков, обеспечивающих исключительную гибкость. Птица способна поворачивать голову на 180° (а совы — до 270°);
• Грудной отдел: грудные позвонки прочно срослись в единую кость. К ним прикрепляются ребра, состоящие из двух подвижно сочлененных частей — позвоночной и грудной. Каждое ребро снабжено направленным назад крючковидным отростком, который накладывается на соседнее ребро, скрепляя грудную клетку в единый жесткий каркас;
• Киль грудины: у летающих птиц по средней линии массивной грудины проходит высокий продольный костный гребень — киль. К нему прикрепляются колоссальные грудные мышцы, опускающие крыло (у нелетающих бегающих птиц, таких как страусы, киль отсутствует);
• Сложный крестец: поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков намертво срослись друг с другом и с подвздошными костями таза. Эта монолитная костная пластина служит жесткой опорой для ног при ходьбе и амортизации при приземлении;
• Хвостовой отдел: завершается сросшейся вертикальной косточкой — копчиковой костью (пигостилем), к которой веером крепятся корни рулевых перьев хвоста.

Пояса и свободные конечности:

• Плечевой пояс: образован саблевидными лопатками, мощными вороньими костями (коракоидами, передающими упор от крыльев на грудину) и сросшимися в дугообразную упругую вилочку ключицами (вилочка пружинит и смягчает толчки при частых взмахах);
• Скелет крыла: плечевая кость, предплечье (лучевая и локтевая) и кисть, в которой кости запястья и пясти срослись в единую кость — «пряжку», а число пальцев сократилось до трех (рудименты II, III и IV пальцев);
• Тазовый пояс (открытый таз): лобковые и седалищные кости снизу не срастаются между собой. Открытый таз необходим птицам для беспрепятственной откладки крупных яиц, покрытых жесткой известковой скорлупой;
• Скелет ноги: бедро, голень (сросшаяся с верхними костями предплюсны) и уникальная для птиц кость — цевка (образована слиянием костей предплюсны и плюсны). Цевка удлиняет ногу, образует дополнительный пружинящий рычаг и смягчает удар при посадке. Заканчивается четырьмя пальцами с когтями.

МУСКУЛАТУРА ПТИЦ: ПОЛЁТ И ЗАМКОВЫЙ МЕХАНИЗМ ЛАП

• Большие грудные мышцы: самые мощные мышцы птицы, масса которых может достигать 15–20% от общего веса тела. Они начинаются на киле грудины и прикрепляются к плечевой кости, с силой опуская крылья вниз;
• Подключичные мышцы: лежат под большими грудными. Их длинное прочное сухожилие перекинуто через плечевой сустав как через механический блок, обеспечивая подъем крыла вверх;
• Мышцы задних конечностей: более 30 мышц сосредоточены на бедре и голени, а к пальцам тянутся длинные сухожилия. При посадке птицы на ветку под действием силы тяжести коленные суставы сгибаются, сухожилия натягиваются и автоматически намертво сжимают пальцы вокруг опоры (замковый механизм). Благодаря этому птицы не падают с веток даже во время глубокого сна.

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И ДВОЙНОЕ ДЫХАНИЕ

Дыхательная система птиц — самый совершенный механизм газообмена среди всех позвоночных животных, обеспечивающий колоссальный приток кислорода при быстром полете.

Строение дыхательных путей:

• Дыхательные пути начинаются ноздрями, ведут в гортань и длинную хрящевую трахею. В месте разделения трахеи на бронхи расположена певчая (нижняя) гортань со звуковыми голосовыми перепонками;
• Губчатые лёгкие: легкие птиц плотные, компактные, малорастяжимые и пронизаны густой сетью мельчайших ветвящихся воздухоносных капилляров (бронхиолей), оплетенных кровеносными сосудами;
• Воздушные мешки: тонкостенные растяжимые мешковидные резервуары, представляющие собой продолжение бронхов. Они расположены между внутренними органами, под кожей и даже заходят в полости костей. Их суммарный объем во много раз превосходит объем самих легких.

Суть явления «двойного дыхания»:

• В покое птица дышит расширением и сужением грудной клетки при помощи межреберных мышц;
• В машущем полете грудная клетка неподвижно зафиксирована работой грудных мышц, и вентиляция легких происходит исключительно за счет сжатия и расширения воздушных мешков при взмахах крыльев:
  • При подъеме крыльев (вдох): воздушные мешки растягиваются; свежий воздух проходит через легкие (где отдает кислород) в задние мешки, а отработанный воздух переходит в передние мешки;
  • При опускании крыльев (выдох): воздушные мешки сжимаются; насыщенный кислородом чистый воздух из задних мешков выталкивается наружу снова через ткань легких, вторично отдавая кислород в кровь;
  • Таким образом, артериальная кровь обогащается кислородом непрерывно — и на вдохе, и на выдохе;
• Дополнительные функции воздушных мешков: внутреннее охлаждение разгоряченных мышц при полете (отвод избыточного тепла) и снижение средней плотности тела.

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ И ВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМЫ

Пищеварение высокой скорости:

• Из-за отсутствия зубов птицы заглатывают пищу целиком или отрывают куски клювом. По пищеводу корм попадает в мешковидное расширение — зоб, где размачивается под действием слизи и ферментов слюны;
• Двухкамерный желудок:

1. Железистый отдел: обильно выделяет кислые пищеварительные ферменты, запуская глубокое химическое расщепление белков;
2. Мускульный отдел: имеет толстые стенки из перекрещивающихся мышечных волокон и плотную шероховатую внутреннюю выстилку (кутикулу). Для перетирания твердой пищи (зерен, семян, раковин) птицы заглатывают мелкие камешки — гастролиты, работающие в мускульном желудке как механические жернова;

• Кишечник подразделяется на двенадцатиперстную кишку (куда впадают протоки печени и поджелудочной железы), тонкую кишку и предельно короткий толстый кишечник, открывающийся в клоаку;
• Переваривание происходит с поразительной скоростью (от нескольких минут до пары часов), а непереваренные остатки мгновенно удаляются наружу. Птица никогда не несет в себе балласт отходов, что критически важно для экономии подъемной силы.

Органы выделения:

• Представлены крупными темно-красными тазовыми почками, залегающими в углублениях сложного крестца;
• Мочеточники направляются от почек сразу в клоаку. Мочевой пузырь полностью отсутствует — моча не накапливается, а выводится наружу вместе с экскрементами в виде беловатой кашицы нерастворимой мочевой кислоты.

КРОВЕНОСНАЯ И НЕРВНАЯ СИСТЕМЫ

Четырехкамерное сердце и теплокровность:

• Сердце птиц крупное, мощное и полностью четырехкамерное: состоит из двух изолированных предсердий и двух изолированных желудочков со сплошной межжелудочковой перегородкой;
• Полное разделение кругов кровообращения: артериальная и венозная кровь нигде не смешиваются. От левого желудочка отходит одна правая дуга аорты, доставляющая к головному мозгу и органам идеально чистую артериальную кровь;
• Сердце птицы сокращается с громадной частотой (от 150 ударов в минуту у крупных видов до 1000 ударов в минуту у мелких колибри в полете), создавая колоссальное кровяное давление;
• Это обеспечивает высочайший темп метаболизма и стабильную температуру тела (гомойотермию на уровне +40...+42 °C).

Головной мозг и органы чувств:

• Масса головного мозга птиц в 10 раз превышает мозг рептилий сопоставимого размера;
• Сильно развиты полушария переднего мозга, ответственные за сложные формы индивидуального и стайного поведения, обучение и память;
• Огромный бороздчатый мозжечок филигранно согласует сложнейшие трехмерные траектории полета и равновесие;
• Зрение и слух: доминируют над обонянием. Зрение цветное, острое и панорамное; слух тончайший (у сов позволяет безошибочно ловить грызунов под снегом в абсолютной тьме).