Ptaki - budowa ciała i środowisko życia

Ptaki stanowią jedna z najliczniejszych gromad, zaliczanych do kręgowców. Obecnie znanych jest prawie 9 tyś gatunków. Są to najmłodsze pod względem ewolucji kręgowce, które w bardzo krótkim czasie potrafiły opanować wszystkie środowiska i kontynenty. Ich ekspansja stała się możliwa dzięki uzyskaniu stałocieplności i osiągnięciu umiejętności lotu. Gromada ta posiada bardzo szeroki obszar zasięgu. Najdalej na biegunie północnym występują pingwiny. Ptaki żyją także na bardzo dużych wysokościach, dochodzących nawet do 7 tyś metrów. Niektóre gatunki spotykamy także na obszarach pustynnych a także na wyspach oceanicznych, na których nie ma innych kręgowców. A więc ogólnie rzecz biorąc ptaki możemy spotkać wszędzie tam, gdzie panują przynajmniej minimalne warunki życiowe. Prawie wszystkie ptaki posiadają zdolność latania. Obecnie znane są tylko nieliczne gatunki pozbawione tej umiejętności. Aby stało się możliwe opanowanie powietrza, konieczne było wykształcenie pewnych przystosowań.

Ptaki charakteryzują się opływowym kształtem ciała. Ich kończyny przednie przekształcone są w skrzydła. Ponieważ skrzydłami poruszają bardzo silnie wykształcone mięśnie, konieczne było wykształcenie na mostku charakterystycznej V- kształtnej struktury grzebienia. Ciało ptaka pokryte jest piórami, które wykazują znaczny stopień zróżnicowania. Pióra umożliwiają uzyskanie plastyczności ruchów w czasie lotu. Szkielet ptaka utworzony jest przez lekkie kości, które wewnątrz są puste. Dodatkowo kości czaszki są bardzo cienkie i misternie połączone poprzez szwy. Czaszka pozbawiona jest uzębienia, które mogłoby ciążyć przy unoszeniu się w powietrze. Do rozdrabniania pokarmu służy dziób.

Szkielet ptaka pomimo tego, że jest lekki to charakteryzuje się znaczną wytrzymałością. Wytrzymałe są nie tylko kości ale także połączenia, które między nimi występują. Lekkość i wytrzymałość jest wynikiem występowania wewnątrz kości jam, które wypełnia powietrze. Prawo mechaniki mówi bowiem, że w strukturach o takiej samej średnicy, bardziej wytrzymała jest rurka niż belka.

Szkielet posiada szereg innych przystosowań usprawniających lot. Cennym przystosowaniem jest niewątpliwie skostnienie obręczy barkowej. Kości krucze, łopatki obojczyki są ze sobą połączone. Kości krucze ptaków są bardzo silnie rozrośnięte. Z jednej strony sięgają mostka a z drugiej stanowią oparcie dla kości ramieniowej. Aby umocnić konstrukcję skrzydeł, doszło u ptaków do zrośnięcia się obojczyków, które tworzą charakterystyczne widełki. Obojczyki takie chronią przed zbliżaniem się kości kruczych. Powstająca na skutek takich przekształceń bardzo silna konstrukcja, stanowi bardzo mocne oparcie dla skrzydeł i ich mięśni.

W układzie szkieletowym na uwagę zasługuje także czaszka, która ma ściślejsze połączenie kości w stosunku do czaszki gadziej. Kości czaszki podobnie jak pozostałe kości ptaka wykazują również pneumatyczność.

Zmiany występują także w obrębie kończyn przednich. U ptaków występuje redukcja nadgarstka oraz palców. Występują u nich trzy palce, gdyż nastąpiła redukcja pierwszego palca ( patrząc w stosunku do kończyny pięciopalczastej). Kości przedniej kończyny łączą się w sposób umożliwiający ruch tylko w jednej płaszczyźnie skrzydła. Ptaki mogą tylko otwierać skrzydło lub je składać.

Takie przekształcenie odgrywa ważną rolę w czasie lotu gdyż zapewnia znaczna statyczność.

Kończyny tylne także uległy przekształceniom i licznym modyfikacjom. Przede wszystkim uległy one wydłużeniu a ich masa, na która składają się mięśnie i kości, została skupiona w ich górnych częściach. Dzięki takiemu rozwiązaniu łatwiejsze jest poderwanie się do lotu.

Te ptaki, które wzbijają się w górę z biegu, posiadają zazwyczaj dłuższe nogi. Zapewniają one bowiem znacznie szybsze osiągnięcie właściwej prędkości. U pozostałych kręgowców występuje zróżnicowanie kości w stopie. W tej grupie doszło jednak do zrośnięcia się ich i utworzenia skoku. Kość ta pełni bardzo ważną rolę przy lądowaniu, częściowo je amortyzując.

Aby wzbić się w górę oprócz szkieletu ważne jest także posiadanie odpowiednio silnych mięśni. Szczególnie ważne jest posiadanie potężnych mięśni, dzięki którym możliwe jest poruszanie skrzydłami. U ptaków większość masy mięśniowej zgromadzona jest w okolicy tułowia. Największymi mięśniami u ptaków są mięśnie piersiowe, gdyż stanowią one nawet 30 procent całkowitej wagi ciała ptaka. Mięśnie te odgrywają rolę przy opuszczaniu skrzydeł. Przyczepione są do mostka a szczególnie do struktury nazywanej grzebieniem.

Za podnoszenie skrzydeł odpowiedzialne są mięśnie podobojczykowe, które także leżą na mostku.

Ponieważ praca mięśni wymaga znacznej ilości energii konieczne stało się ulepszenie układu oddechowego. Ptaki oddychają płucami, jednakże płuca te różnią się znacznie od płuc ssaka. W obrębie oskrzeli występują rozgałęzienia głównych przewodów oddechowych. Tchawica przechodzi po stronie brzusznej w kuliste rozszerzenia, nazywane przedsionkami. Od tych struktur odchodzą rurki łączące je z brzusznymi workami powietrznymi. W tych strukturach gromadzone jest powietrze zapasowe, które odgrywa pomocniczą rolę w oddychaniu, szczególnie w momencie lotu, kiedy to potrzebna jest większa ilość energii.

Rolą powietrza w workach jest także ogrzewanie ciała oraz regulowanie jego masy. U ptaków występuje kilka par worków powietrznych. Wyróżniamy worki szyjne, piersiowe, przednie, piersiowe tylne oraz worek podwidełkowy. Powietrze do tych struktur dostarczane jest poprzez rozgałęzienia oskrzeli średnich.

Struktury workowe wnikać mogą pomiędzy niektóre narządy i szczeliny oraz do niektórych kości pneumatycznych.

Kolejne oskrzela przechodzą w system rurek, aż do rurek oskrzeli trzeciego rzędu. Te struktury ostatecznie przechodzą w oskrzeliki, otoczone pęcherzykami płucnymi, które są bardzo dobrze unaczynione.

Struktury te buduje bardzo cienki nabłonek oddechowy.

Sposób oddychania ptaka zależy od tego czy jest on w spoczynku czy też znajduje się w powietrzu. Jeśli ptak znajduje się na lądzie sposób wentylacji jego płuc bardzo przypomina oddychanie innych kręgowców i polega na rozszerzaniu i zwężaniu klatki piersiowej. Mechanizm ruchu klatki zależy od ruchu mostka. W czasie lotu taki ruch jest niemożliwy, dlatego ze mięśnie piersiowe zaangażowane są w ruchy skrzydłami, wentylacja płuc odbywa się dzięki wówczas dzięki workom powietrznym. W czasie uniesienia skrzydeł następuje rozciągnięcie worków powietrznych, które napełniają się powietrzem, przechodzącym przez płuca. Przy opuszczeniu skrzydeł powietrze jest wyciskane z worków i ponownie poprzez płuca wydostaje się na zewnątrz. Wbrew pozorom w workach płucnych nie ma wymiany tlenu, gdyż nie ma tu właściwego ukrwienia. Pojemność tych struktur znacznie przewyższa pojemność płucną, dzięki czemu tylko niewielka część tlenu z przechodzącego do worków powietrza zostaje wykorzystana. Pozostały tlen zużywany jest w czasie wycofywania powietrza z worków na zewnątrz. Cały proces nosi nazwę podwójnego oddychania. Niezwykle istotne w tym mechanizmie przepływu powietrza jest to ,że im szybsze poruszanie skrzydłami, tym intensywniejsza cyrkulacja.

Intensywniejsza wymiana gazowa wymagała także znacznie lepszego systemu krążeniowego. Serce ptaków jest czterodziałowe. Dzieli się ono na część lewą oraz prawą, z których każdą odpowiednio nazywamy tętniczą i żylną. Oba rodzaje krwi nie mieszają dzięki takiemu podziałowi ze sobą. Takie rozwiązanie może być przyczyną zwiększenia szybkości przemiany materii. Przystosowania do szybszego metabolizmu występują także w budowie biochemicznej krwi. Krew ptaków posiada znacznie większą liczbę erytrocytów. Dodatkowo erytrocyty te są mniejsze a ich hemoglobina wykazuje słabe powinowactwo tlenowe. Dzięki takiemu rozwiązaniu oddawanie tlenu jest znacznie szybsze. Kolejnym skutkiem tego mechanizmu jest podniesienie temperatury ciała ptaka. Jest ona w porównaniu do innych kręgowców bardzo wysoka , gdyż dochodzi nawet 45 stopni Celsjusza.

Przystosowania do lotu występują także w układzie wydalniczym. W grupie ptaków występuje znaczna redukcja dróg moczowych oraz pęcherza moczowego. Substancje szkodliwe wydalane są w postaci kryształów kwasu moczowego. Płynny mocz dodatkowo mógłby obciążać ciało nie tylko pod względem ciężaru ale działał by także niekorzystnie na gospodarkę wodną, która w czasie długiego lotu musi być bardzo oszczędna. Tak wysoka temperatura ciała sprzyja bowiem szybkiemu wyparowywaniu wody, która staje się wówczas niezwykle cenna.

Same przystosowania w narządach wewnętrznych nie są wystarczające aby ptak mógł poderwać się do lotu. Konieczne jest posiadanie odpowiedniej powierzchni nośnej. Stanowią ją przednie kończyny, które okrywają pióra. Zależności od położenia na ciele pióra możemy odpowiednio podzielić.

Na brzegu skrzydła w części tylnej znajdują się lotki. W obrębie tego rodzaju piór wyróżniamy podział na pierwszorzędowe, które osadzone są na dłoni oraz na drugorzędowe położone na części przedramieniowej.

Szczątkowy palec zaopatrzony jest w małe piórka, które mają budowę charakterystyczną dla lotek. Są to tzw. skrzydełka. Na ogonie leżą inne pod względem budowy pióra zwane sterówkami. Pióra te spełniają rolę steru. Wbrew pozorom pióra nie są rozmieszczone na ciele ptaka równomiernie. Tworzą one w niektórych partiach skórnych struktury zwane opierzkami. Pomiędzy nimi leżą bezpierzki. Zgrupowanie piór w niektórych miejscach pozwala na lepsze kurczenie mięśni, odpowiadających za lot. Dodatkowo pióra, poza tym że zapewniają stałą temperaturę ciała, nadają ciału bardzo opływowy kształt, który jest bardzo istotny w czasie lotu.

Oprócz przystosowań do lotu ptaki posiadają szereg różnych adaptacji, które wynikają ze środowiska życia i rodzaju przyjmowanego pokarmu. Na uwagę zasługują przystosowania ptaka o nazwie ścierwnik biały. Jest to padlinożerca, którego układ pokarmowy przystosowany jest do pobierania padliny. Długo leżące mięso zawiera bardzo liczne bakterie i mikroorganizmy. U ścierwnika występują wole, dzięki którym możliwe jest kilkugodzinne przetrzymywanie mięsa i jego fermentacja. Z woli pokarm dostaje się do żołądka, który podzielony jest na dwie części gruczołową i mięśniową.. Stąd pokarm trafia do jelit, w których dochodzi do rozłożenia szkodliwych mikroorganizmów przez bardzo bogatą florę jelitową. Skóra głowy tego ptaka pozbawiona jest piór, dzięki czemu pióra się nie brudzą i ptak jest znacznie mniej narażony na choroby skóry.

Szczeliniaste i wydłużone nozdrza pozwalają temu ptakowi na odżywianie się odchodami oraz rozgrzebywanie ich w poszukiwaniu owadów. Gdyby dziób tego ptaka posiadał szerokie nozdrza mógłby w czasie takich czynności ulegać zatykaniu.

Jeśli dojdzie do zatkania nozdrzy to ptak ten może zacząć oddychać poprzez zapasowe otwory zlokalizowane w podniebieniu.

Interesujące przystosowania posiadają także ziarnojady. Do tej grupy należą głównie wróblowate. Ptaki te przystosowały się do rozdrabniania pokarmu poprzez połykanie ziaren lub drobnych kamieni. Kamyczki te znajdują się w mięśniowej części żołądka. Przystosowaniem do pobieranego pokarmu jest także wykształcenie specyficznego i mocnego dzioba.

Szczególnie przystosowanie to widać u krzyżodziobów. Dziób ptaków z tego gatunku jest lekko przekrzywiony, dzięki czemu można nim bardzo szybko rozłupywać szyszki. U krzyżodzioba sosnowego, dwupręgowego i świerkowego dziób jest dodatkowo przystosowany do rozmiaru i wytrzymałości szyszek. U gatunku pierwszego dziób jest bardzo silny, gdyż szyszki sosny są bardzo masywne i wymagają do rozdrobnienia znacznej siły. Drugi gatunek odżywia się nasionami modrzewia, który posiada delikatne szyszki, jego dziób nie jest aż tak silny. Dziób średniej mocy występuje u krzyżodzioba dwupręgowego, gdyż rozdrabnia on szyszki świerkowe.

Wśród ptaków odżywiających się nasionami na uwagę zasługuje grubodziób. Głowa tego ptaka zaopatrzona jest w bardzo potężny dziób, który bez żadnego problemu potrafi rozłupać pestki wiśni.

Przyjmowanie innego rodzaju pokarmu także wymaga wielu adaptacji. Na uwagę zasługuje przykład pszczołojada. Gatunek ten żywi się głównie błonkówkami a głównym elementem jego diety są pszczoły. Aby uchronić się przed użądleniami u nasady dzioba tego ptaka występują mocne i łuskowate pióra.

Kolejnym ciekawym ptakiem jest Pernis apivorus, czyli sekretarz afrykański. Pożywieniem tego ptaka są głównie węże. Ptak ten posiada bardzo długie nogi, dzięki którym jest on mniej narażony na uraz ciała oraz może sprawnie atakować zdobycz. Podobne przystosowania występują u południowoamerykańskiej Cariany. Ptak ten posiada oprócz długich kończyn tylnych także haczykowaty dziób.

Istnieją także ptaki, które polują na owady. Gatunkami tymi są przede wszystkim lelki, jaskółki i jerzyki. Ptaki te posiadają krótkie dzioby i szerokie otwory gębowe. Wokół nich znajduje się szereg szczecinek, które ułatwiają łowienie owadów.

Owadożercą jest także dzięcioł. Zdobywa on pokarm w nieco inny sposób. Ptak ten " trzymając" się drzewa wydobywa spod kory owady, które bardzo często należą do szkodników. Aby w ten sposób zdobywać pokarm dzięcioł musiał wykształcić szereg przystosowań. Aby wydłubywać owady spod kory konieczny jest dłutowaty dziób. Jest on spłaszczony u nasady, a ku przodowi zwęża się. Górna część dzioba przypomina kształtem daszek, przez który środkiem przebiega znaczna krawędź.. Ponieważ dziób ten jest stale narażony na ścieranie się, stały jego wzrost warunkowany jest przez twardą masę rogową. Dzięcioł potrafi uderzać w korę ze znaczną siłą. Co ciekawe, przy tak silnym " waleniu" ptak ten nie doznaje żadnego urazu głowy. Możliwe jest to dzięki osadzeniu głowy na bardzo krótkiej szyi i poruszanie w czasie uderzania całym ciałem. Dodatkowo głowa w czasie uderzania jest amortyzowana, umożliwia to specjalna budowa czaszki oraz dzioba. Do wyciągania owadów z drzewa służy giętki, lepki i bardzo długi język. Na jego końcu znajduje się malutkie ostrze, które jest otoczone zadziorami ze szczecinkami. Taki język pozwala na dotarcie do krętych zakamarków i sprawne wyciągnięcie owadów, które zostają nabite na ostrze lub przyklejają się. Utrzymanie się w praktycznie pionowej pozycji na drzewie umożliwiają dzięciołowi charakterystyczne nogi. Posiadają one cztery palce z których jedna para skierowana jest ku przodowi a druga do tyłu. Zaczepienie się na drzewie możliwe jest dzięki mocnym i silnie zakrzywionym pazurom.

Bardzo dobrze do swojego trybu życia przystosowana jest również sowa. Większość sów poluje w nocy na drobne i bardzo płochliwe gryzonie. Ciało sowy pokryte jest miękkim upierzeniem, dzięki czemu może ona bezszelestnie się poruszać. Sowa posiada bardzo duże oczy, dzięki którym ptak ten posiada doskonały wzrok a poza tym bardzo dobrze potrafi ocenić odległości. Sowy wokół oczu posiadają tzw. szlarę. Są to promieniście wyrastające pióra, które odbijają i przekazują do uszu dźwięki. Palce nóg uległy w tej grupie modyfikacjom polegającym na uzyskaniu przez nie znacznej zwrotności, która przydaje się w czasie chwytania zdobyczy.

Ciekawe przystosowania posiadają także ptaki żywiące się rybami. Ptakami rybożernymi są pingwiny. Mają one na języku i na dziobie rogowe brodawki, dzięki którym możliwe jest utrzymanie śliskiej ryby oraz odwrócenie jej w czasie połykania. Kolejni rybożerny poradzili sobie w nieco inny sposób. U pelikana występuje bardzo duży skórny wór, który swoim działaniem przypomina sieć. U nożycodzioba występuje z kolei długi i spłaszczony dziób, o znacznie większej dolnej połowie. Takie rozwiązanie pozwala na chwytanie ryb w locie.

U traczy na brzegu dzioba występują ostre zęby, dzięki którym ptak ten przytrzymuje rybę. Rybołów takie ostre wyrostki posiada na spodniej części łapy.

W lasach tropikalnych żyją głównie ptaki żywiące się owadami. Należą do nich przede wszystkim papugi oraz tukany. Ich dzioby są bardzo duże, często zakrzywione, co pozwala na zrywanie z drzew owoców.

U innych ptaków, nie wymienionych powyżej występują również bardzo ciekawe adaptacje. U łabędzi, odżywiających się roślinami wodnymi występują długie szyje, które umożliwiają szeroki zasięg przeczesywania wody celem zdobycia pokarmu. Na dziobie kaczki występuje szereg rogowych płytek, dzięki którym zwierze to może łatwo odcedzać pożywienie z mułu. Podobne rozwiązanie występuje u mew i alk.

Ptaki żywiące się głównie nektarem, mają długie języki ze szczecinkami, które pozwalają na wydobywanie nektaru z kwiatu. Kolibry, które jedzą głównie nektar posiadają bardzo długi dziób oraz wysuwany język. Charakterystyczne dla tych ptaków jest posiadanie umiejętności zawisania nad kwiatem oraz poruszania się do tyłu. Umiejętności te możliwe są, ponieważ skrzydła kolibra zdolne są do bardzo szybkiego ruchu co więcej możliwy jest on we wszystkich kierunkach.

Ptaki żyją we wszystkich środowiskach, spotykamy je nawet na pustyniach, gdzie oprócz dużych wahań temperaturowych, panuje znaczna susza. Takie warunki mogą być bardzo trudne do wychowywania potomstwa. Bardzo dobrze z suszą poradziły sobie stepówki. Ich puchowe pióra, leżące po stronie brzusznej ciała mogą chłonąć wodę. Po ich nasączeniu ptak ten może przenosić wodę na znaczne odległości.

Na mroźnej Antarktydzie, pomimo bardzo niekorzystnych warunków, żyją pingwiny. Są to ptaki morskie pozbawione zdolności lotu. Pingwiny doskonale pływają i nurkują. Umożliwia im to położenie kończyn na tyle ciała, dzięki czemu pełnią one funkcje podobna do steru. Ich skrzydła odpowiadają pod względem funkcji płetwom. Zabezpieczeniem przed lodowatą wodą są pióra, ułożone w bardzo zwarty sposób oraz pokrywająca je gruba warstwa tłuszczu.

U pingwinów występuje ciekawy sposób wymieniania ciepła z otoczeniem. Szczególną role odgrywają tu naczynia krwionośne, zlokalizowane w nogach. Dzięki nim pingwiny maja skuteczna ochronę przed wyziębieniem ciała.

Ciekawe przystosowania do środowiska występują także u strusi. Stopy tych stworzeń mają dwa palce, reszta uległa bowiem redukcji. Stopa strusia przypomina wyglądem kopyto konia. Taka budowa kończyny zapewnia bardzo szybkie poruszanie się nawet z prędkością przekraczającą 70km/ godz. Pomimo, iż ptaki te świetnie egzystują to ich populacja jest stale nękana przez człowieka i przez to ulega stale znacznemu uszczuplaniu.

Adaptacje poszczególnych gatunków ptaków są niekiedy bardzo zadziwiające. Przystosowania te umożliwiają znaczna ekspansje ptaków i kolonizację przez nie wszystkich dostępnych środowisk. Jest to bardzo ciekawa gromada ptaków, która dominuje nie tylko na niebie ale także na lądzie i w wodzie.