Ptaki to następna po gadach gromada kręgowców, która jest rozpowszechniona na całej kuli ziemskiej, we wszystkich strefach klimatycznych. Stało się to możliwe dzięki temu, że osiągnęły stałocieplność, co pozwoliło na uniezależnienie się ich od temperatury otoczenia. Posiadają temperaturę ciała ok. 39 - 45°C, co związane jest z wysokim metabolizmem, spowodowanym duża aktywnością ruchową (termoregulacja). Ptaki są dość liczną gromadą liczącą około 8,5 tysięcy gatunków.

Pochodzenie ptaków

Uważa się, że przodkiem ptaków był archeopterix lithographica, na podstawie prastarego pióra z lupkami litograficznymi. W roku 1800 odnaleziono ptasie pióro w kamieniołomie w Bawarii, w 1861 znaleziono odcisk ptaka bez głowy. Szesnaście lat później odnaleziono dobrze zachowany odcisk z głową, posiadający nawet w szczękach zęby. W 1956 roku odkryto trzeci okaz, bez głowy. Na podstawie cech, które dobrze odcisnęły się na powierzchni łupków praptak posiadał wiele cech gadzich i ptasich. Do cech gadzich można zaliczyć: zęby w szczękach, długi ogon złożony z około dwudziestu kręgów, kręgi dwuwklęsłe, dobrze rozwinięte trzy palce z pazurami, brak grzebienia na mostku oraz to, że był nie lotem, gdyż posiadał szpik kostny. Cechy prasie natomiast to: ciało pokryte piórami, kości łonowe długie, skierowane ku tyłowi (otwarta miednica), kości obojczyka zrośnięte w literę V, posiadanie ptasiej kości skokowej, spneumatyzowane (wypełnione powietrzem) kości ramieniowe, jeden palec u nogi skierowany do tyłu. Pomiędzy archeopterixem, a dzisiaj żyjącymi ptakami istniały formy prehistoryczne: hesperonis, ichtioronis. Hesperonis był nielotem. Był to duży organizm nurkujący o zredukowanych skrzydłach z zębami osadzonymi w rynienkach na długości całej szczęki. Ichtioronis był ptakiem o pokroju dzisiejszego nura, wielkości gołębia. Posiadał dwuwklęsłe kręgi, nie wyposażony natomiast był w ogon. Posiadał pygostel, czyli dobrze wykształcony grzebień. Zęby w szczęce miał ułożone skośnie do tyłu. Oczywiście był wyposażony w skrzydła.

Przystosowania ptaków do trybu życia

  • Kształt ciała

Jest on aerodynamiczny. Mała głowa z zaostrzona dziobem, który służy do pobierania pokarmu i który rozrywa powietrze w trakcie lotu. Długa szyja. Tułów o opływowym kształcie. Ogon zbudowany z piór. Dwie pary kończyn, z czego przednia została przekształcona w skrzydła.

  • Pióra

Ptaki posiadają różne rodzaje piór. Pióra właściwe to tak zwane pióra konturowe. Pióra stanowiące powierzchnię lotną zlokalizowane na skrzydłach to lotki. Na ogonie natomiast występują pióra zwane sterówkami. Ponadto można wyróżnić jeszcze jeden rodzaj i są to pióra pokrywowe. Części składowe pióra to dutka, stosina i chorągiewka. Na stosienie rozpięta jest chorągiewka złożona z promieni i promyków połączonych haczykami - tworzy to zwartą strukturę. Pióra puchowe rozmieszczone na całej skórze, nie posiadają stosiny. Stanowią je struktury miękkie i "rozwichrzone', co ułatwia utrzymywanie termoizolacji. W okolicy dzioba znajdują się pióra nitkowe, podobne do włosków tak zwane szczecinki. Znajdują się one również na głowie i w okolicach oczu. Pióra ułożone są jak łuski, czyli zachodzą na siebie. Dzięki mięśniom podskórnymi ułożone są pod różnymi kątami. Gdy jest zimno stroszą się - tworzy się wtedy termioizalacyjna warstwa powietrza między piórami, a dodatkowo ptaki w niskiej temperaturze chowają głowę os skrzydła. Części pokryte łuskami to nogi.. U ptaków zachodzi proces pierzenia. Nie zrzucają wszystkich piór, ale polega to na tym, że nowe pióro rosnąc wypychają poprzednie. Ptaki pierzą się raz do roku. Na początku pisklęta posiadają tylko pióra puchowe.

  • Szkielet

Szkielet ptaków wykazuje aerodynamiczność. Jest ogromnie lekki. Kości długie są pneumatyczne - wypełnione powietrzem. Posiadają błoniaste twory łączące. Kości czaszki są zrośnięte bez szwów. Ażurowa część twarzoczaszki, wydłużona - z nią powiązany jest dziób (zależny od rodzaju pożywienia). Nie posiadają zębów, ale za to wyposażone są w ogromne oczodoły i otwory nosowe. Czaszka ruchomo jest połączona z kręgosłupem. Długa szyja. Wypukłość tylna związana jest z rozwojem móżdżku. Wszystkie (oprócz szyjnej) okolice kręgosłupa są ze sobą zrośnięte. Część lędźwiowa kręgosłupa jest krótka, pełni funkcję usztywniającą grzbiet. Ptaki posiadają rozwiniętą klatkę piersiową. W niej umieszczone są płuca. Żebra ustawione są pod takim kątem, by mogły się podnosić. Posiadają wyrostek mieczyklowaty - grzebień. Mięsnie przy nim występujące są silnie unerwione u ptaków latających, u nielotów - słabo. Pas barkowy związany jest u nich z klatką piersiową. Mają bardzo wąskie łopatki, a obojczyk zrośnięty w literę V. Kości krucze - duże, związane z procesem lotu (podtrzymują skrzydła). Połączona jest z nimi przekształcona w skrzydło kończyna przednia. Kości dłoni ulegały redukcji, występuje jedynie ramie i przedramię natomiast brak jest kości nadgarstka, śródręcza i palców. Pas miednicowy zbudowany jest z trzech par kości, które nie zamykają miednicy. Ptaki są jajorodne (przystosowanie do składania jaj). Kości te ponadto stanowią podporę tylną. Palce zakończone mają pazurkami.

Mięśnie ptaków są dobrze rozwinięte i związane z poruszaniem skrzydłami. Jedynie mięśnie grzbietowe są rozwinięte słabo, ponieważ ta część jest usztywniona i nie pracuje. Wykształciły ponadto silnie rozwinięte mięśnie kończyn dolnych.

  • Przystosowania do lotu

Reasumując ptaki przystosowały się do lotu poprzez:

  • Kości długie, pneumatyczne,
  • Kości czaszki zrośnięte bez szwów, (zmniejszenie wagi, lekka czaszka),
  • Brak zębów,
  • Ogromną ruchliwość głowy (jeden kłykieć potyliczny),
  • Zrośnięcie wszystkich okolic kręgosłupa, z wyjątkiem części szyjnej,
  • Zrośnięcie obojczyków w literę V,
  • Zrośnięcie z mostkiem - grzebień, stanowiący miejsce przyczepu mięśni poruszających skrzydła,
  • Duże kości krucze, stanowiące oparcie dla skrzydeł na mostku,
  • Szablastokształtne łopatki,
  • Stawy w skrzydłach mogące wykonywać ruch w jednej płaszczyźnie,
  • Kość krzyżową zrośniętą z miednicą,
  • Przekształcenie przedniej kończyny w skrzydło,
  • Specyficzną budowę dłoni,
  • Wydłużoną i otwartą miednice.

Czynności życiowe ptaków

Wszystkie układy wewnętrzne wykazują charakterystyczne cechy będące przystosowaniem do trybu życia

  • Układ pokarmowy

Przewód pokarmowy ptaków nie jest długi. Nie posiadają zębów - zastępują je wole (rozszerzenia przełyku), które rozcierają pokarm. Dwukomorowy żołądek ptaków składa się z części gruczołowej (tylnej) i z części mięśniowej (przedniej). Jest to przystosowania najpierw do rozcierania pokarmu, a potem do jego trawienia. Ptaki posiadają dwa ślepe wyrostki (flora bakteryjna), oraz gruczoły przystosowane do różnorodnego pokarmu. Wszystkie rodzaju pokarmu są dla ptaków dostępne, co dało im możliwość rozprzestrzenienia się na całej kuli ziemskiej. W czasie wydalania u ptaków zachodzi silna resorpcja wody w jelicie (rzadko pija, korzystają z wody zawartej w pokarmie).

  • Układ krwionośny

Ptaki posiadają czterojamiste serce z zanikającym lewym łukiem aorty. Nie występuje u nich mieszanie się krwi, co daje im możliwość otrzymywania większych rezerw energetycznych. Dlatego też ptaki stały się pierwszymi organizmami stałocieplnymi.

  • Układ wydalniczy

Posiadają nerkę właściwą, która dokonuje filtracji produktów przemiany materii wyłącznie z krwi. Metabolity zostają usunięte przez wspólny organ - kloakę (kałomocz), wydalają zwłaszcza amoniak, zagęszczony. Ptaki związane z morzem piją wodę morską. Posiadają one gruczoły łzowe, które uchodzą otworami nosowymi i w ten sposób wydalają nadmiar soli mineralnych.

  • Układ oddechowy

Płuca ptaków są gąbczaste i mają duża powierzchnię. W dolnej części tchawicy występuje organ zwany krtanią, który stanowi narząd głosu (śpiewają samce w okresie godowym). Tchawica dzieli się na dwa oskrzela, a te na mniejsze oskrzeliki, które dochodzą do płuc i wchodzą do worków powietrznych oraz do kości, (dlatego kości długie są neumatyczne). U ptaków występuje proces podwójnego oddychania, co umożliwione zostało właśnie przez te worki powietrzne: przednich i tylnych (razem jest ich dziewięć). Gdy skrzydła są podnoszone następuje wdech (większe zapotrzebowanie na tlen w ruchu), powietrze następnie wchodzi drogami oddechowymi do oskrzeli, płuc i do worków tylnych wypychając z nich powietrze poprzedniego wdechu. W wentylacji uczestniczą mięsie międzyżebrowe.

  • Wrażliwość

U ptaków nastąpił dalszy rozwój mózgowia. Wysklepienie czaszki umożliwiło rozwój półkul mózgowych (śródmózgowie - analizator wzrokowy). Zwiększenie objętości mózgoczaszki pozwoliło na rozwój móżdżka (tyłomózgowia) złożonego z dwóch półkul, który stanowi ośrodek koordynacji ruchowej i orientacji w terenie. Oko ptaków ma możliwość zmiany kształtu soczewki i jego przesuwania za pomocą mięśnia rzęskowego. Osadzenie oczu po bokach głowy umożliwiło daleki zasięg widzenia (kąt nawet do 300°). Większość ptaków nie posiada małżowiny usznej, a jedynie otwór uszny prowadzący do wnętrza kanału ucha środkowego. Organizmy te dobrze odbierają fale pochodzące z tyłu. Smak i węch uległy uwstecznieniu i są bardzo słabo rozwinięte. Nie posiadają zębów, więc nie smakują pokarmu. Zmysł dotyku zlokalizowany jest w skórze i stanowią go ciałka czuciowe. Ponadto niektóre ptaki mają zdolność widzenia w podczerwieni, dlatego polują nocą. Posiadają również zmysł związany z echolokacją, czyli odbierania głosów odbijających się od przeszkód.

  • Rozmnażanie

Ptaki są organizmami rozdzielnopłciowymi i jajorodnymi. U samic rozwiną się lewy jajnik i lewy jajowód, natomiast jajnik i jajowód prawy zanikają. To, co powstaje w jajniku to kula żółtkowa. Komórka jajowa, a dokładnie jej jądro znajduje się na białej plamce na powierzchni kuli żółtkowej, która gromadzi substancje pokarmowe dla zarodka w formie różnego rodzaju białek. Jądro komórki jajowej zostaje z jajnik uwolnione do dalszych dróg rodnych i wpada do jamy ciała. Wyłapuje je jajowód otwarty lejkowatym ujściem. Jego ściany wewnętrzne wydzielają białą, koloidową substancję, która otacza kulę żółtkową (zapas wody, soli mineralnych, aminokwasów). Skrętki (helony) to sznury żółtkowe utrzymujące kulę żółtkową w odpowiedniej postaci. Białko otacza się błoną zbudowaną z białek włóknistych. Następna błona wyściela skorupkę. W części tylnej znajduje się komora powietrzna (magazynująca tlen).W dolnej części przestrzeń białkowa dochodzi do macicy, która wydziela wapienie tworzące skorupkę - kontakt ze środowiskiem zewnętrznym. Skorupka ulega stwardnieniu dopiero wtedy, gdy opuszcza ciało ptaków. Barwa, skład i struktura jaja są to cechy zależne od gatunku. Kura wykształca je w ciągu 24 godzin. Ptaki można podzielić na zagniazdowniki, czyli te, które nie wymagają opieki, oraz na gniazdowniki, które jej wymagają.

Przystosowania ekologiczne ptaków

  • Bezgrzebieniowe:
      • Nieloty (nie posiadają grzebienia na mostku),
      • Strucie (afrykański, australijski, amerykański - nandu, kazua, kiwi),
      • Wyspecjalizowane w bieganiu i w chodzeniu,
      • Zredukowane skrzydła,
      • Silnie rozwinięte kończyny tylne z trzema lub dwoma tępymi pazurami przypominającymi kopytka,
      • Prymitywna, masywna czaszka,
      • Pióra bez chorągiewek,
      • Występują w ciepłym klimacie,
      • Prędkość biegu struci może wynosić nawet około 50 km/h.
  • Pingwiny:
  • Jest ich siedemnaście gatunków,
  • Mogą osiągać nawet metr wysokości,
  • Żyją w koloniach,
      • Mają rozwinięty grzebień (miejsce przyczepu mięśni poruszających skrzydłami, służącymi do wiosłowania),
  • Pióra przypominające łuski,
  • Palce kończyn tylnych spięte błoną pławna,
  • Kości wypełnione szpikiem kostnym,
  • Gruba, podskórna warstwa tłuszczu,
  • Niezdarne poruszanie n lądzie w pozycji pionowej (na stopach noszą jaja),
  • Występują w klimatach zimnych (Antarktyda).
  • Grzebieniowe:
  • Jest ich około dwudziesty dziewięciu rzędów,
  • Są ptakami dobrze latającymi,
  • Kości pneumatyczne,
      • Przystosowania ekologiczne maja związek z ich dostosowaniem się do różnych środowisk,
  • W związku ze środowiskiem życia można wśród nich wyróżnić ptaki:
        • Wodne: rurkonose (albatros), mewy, blaszkodziobe, wiosłonogi (pelikan, kormoran), brodzące (bocian, czapla),
      • Lądowe: sowy, kukułki, dzięcioły, wróblowate.
  • Blaszkodziobe:
    • Należą do nich kaczki, łabędzie, gęsi,
    • Maja spłaszczony dziób - cedzak, pokryty warstwą miękkiej, unerwionej skórki, zaopatrzony w blaszki rogowe; pokarm zwłaszcza zwierzęta i rośliny wodne, wybierają z wody przez rowki na brzegu dzioba (odcedzają je z wody),
    • Palce spięte błoną pławną (trzy do przodu),
    • Gruba warstwa tłuszczu pod skóra,
    • Dobrze rozwinięty gruczoł kuprowy,
    • Dość gruba warstwa puchu zwłaszcza na podbrzuszu (pierzenie na jesieni).
  • Drapieżne:
    • Mają mocny, zakrzywiony (haczykowaty) dziób, służący do rozrywania ciała ofiary,
    • Mocne szpony zakończone zakrzywionymi pazurami,
    • Silne, umięśnione kończyny tylne,
    • Dobrze rozwinięty zmysł wzroku i słuchu,
    • Niektóre z nich mają zdolność widzenia w podczerwieni (np. sowy).
  • Dzięcioły:
    • Mocny, duży, szpiczasty dziób, którym potrafią zrobić dziurę pod korą drzewa,
    • Długi, lepki język,
    • Czteropalczaste kończyny (dwa palce skierowane do przodu, dwa ku tyłowi) z pazurami, służące do utrzymania pionu,
    • Długi ogon pokryty sterówkami.
  • Kuraki:
  • Są ptakami słabo latającymi, ze względu na obecność w kościach szpiku kostnego,
      • Mają dobrze rozwinięte umięśnione tylne kończyny, przystosowane do chodzenia i grzebania (trzy palce kierowane ku tyłowi, zakończone tępymi pazurami),
  • Rozwinięte mięśnie piersiowe (nie służące do latania).

Wędrówki ptaków

Ptaki mają wrodzoną zdolność orientacji w terenie. Wyróżnić można ptaki osiadłe, które występują w obrębie jednego terenu, przelotowe, odbywające niewielkie loty w miejscach lęgowych, gdy normalne miejsca bytowania stwarzają im do tego niekorzystne warunki oraz ptaki wędrowne, które odbywają długie męczące loty. W miejsca gdzie ptaki się przenoszą nie prowadzą osiadłego trybu życia, ale koczowniczy, polegający na nieustannym szukaniu pożywienia.