Особенности птиц. Копчиковая железа. Скелет

Копчиковая железа. От пресмыкающихся птицы унаследовали сухую кожу, лишенную желез. Исключение составляет лишь копчиковая железа, расположенная над корнем: хвоста. Она выделяет жироподобное вещество, которое птица разносит по всему оперению при помощи клюва.

Постоянное смазывание перьев тонким слоем жира способствует сохранению их формы и предохраняет от намокания. Уход за перьевым покровом заключается также в регулярном «купании» птиц (в воде, в пыли, золе, песке, иногда в муравейниках), значение которого по существу сводится к очищению перьев от грязи и паразитов. Характерны для птиц и солнечные ванны, во время которых они просушивают перья и кожу, принимая для этого специальные позы.

У дроф, цапель, некоторых голубей и попугаев копчиковая железа рудиментарна или ее нет вовсе. У этих птиц функция копчиковой железы выполняется самим оперением— пуховой частью покровных перьев или специальным «порошковым пухом», продуцирующим тончайшую пудру, которая обладает гигроскопическим свойством.

Скелет. Основные особенности скелета определяются летающим образом жизни птиц и заключаются прежде всего в его легкости и одновременно большой прочности. Легкость скелета обусловлена тонкостью костей и их пневматичностью. Большая часть длинных костей имеет трубчатое строение и наполнена воздухом.

У многих птиц внутренние воздухоносные полости имеются также в костях черепа, в шейных позвонках и других элементах скелета. Большая прочность птичьих костей определяется значительной крепостью самого материала кости, что зависит от повышенного содержания в ней неорганических солей. Приспособление к полету привело, кроме того, к уменьшению общего количества костей за счет слияния или редукции отдельных костных элементов.

Череп птицы по сравнению с черепом рептилий и млекопитающих значительно облегчен Кости, слагающие его, сильно утончены и пневматизированы; у взрослых особей они сливаются между собой. Таким образом, весь череп представляет собой тонкостенную, но прочную костную коробку, лишенную швов. Некоторые юрские и меловые птицы (археоптерикс, гесперорнис) еще имели зубы, но у всех современных птиц челюсти лишены зубов и покрыты роговым чехлом, образующим клюв.

Исчезновение зубов связано с развитием полета, требовавшего максимального облегчения черепа. С шейным отделом позвоночника череп птицы соединен не двумя мыщелками, как у млекопитающих, а одним, подобно рептилиям; благодаря этому увеличивается подвижность головы.

Птицы унаследовали от рептилий и кинетизм черепа, т. е. подвижность не только нижней, но и верхней челюсти: при сильном открывании клюва верхняя челюсть у большинства птиц, перегибаясь, приподнимается, а при соединении челюстей может опускаться. Этим достигается, с одной стороны, максимальное раскрытие клюва, а с другой—увеличение силы смыкания вершин его при схватывании добычи.

Скелет передних конечностей, преобразовавшихся у птиц в крылья, изменился особенно сильно. Он состоит из трех отделов — кисти, предплечья и плеча. Кисть сохраняет всего 3 пальца. На конце первого пальца (иногда второго или даже всех трех) у некоторых птиц (утиные, пастушки и др.) сохранился рудиментарный коготок, свидетельствующий о том, что крыло птицы в процессе эволюции развилось из лапы пресмыкающихся. Даже у обыкновенной курицы можно обнаружить рудиментарный коготь на первом пальце крыла.

К единственной фаланге первого пальца прикрепляется несколько мелких перьев, образующих так называемое крылышко. Оно играет важную роль при взлете и посадке, поэтому особенно сильно развито у лесных птиц, часто взлетающих и садящихся. Самый крупный второй палец; он состоит из двух фаланг и служит местом прикрепления трех или четырех первостепенных маховых перьев.

Движением этого пальца летящая птица может произвольно изменять площадь крыла и форму его вершины и тем самым регулировать скорость скольжения по воздуху при парении или планировании. Третий палец состоит из одной фаланги и несет одно, обычно четвертое маховое перо. Почти все кости пястья и запястья сливаются в одну пястно-запястную кость, так называемую пряжку, к которой прикрепляются остальные первостепенные маховые (рис. 2).

Рис. 2. Скелет крыла и характер расположения маховых перьев: 1 — плечевая кость; 2 — локтевая к.; 3 — лучевая к.; 4 — пряжка; 5 — фаланга первого пальца; 6 — две фаланги второго п.; 7 — фаланга третьего п.; 8 — крылышко; 9 — передняя крыловая перепонка; 10 — задняя крыловая перепонка; 11 — первостепенные маховые; 12 — второстепенные маховые перья

Следующий отдел—предплечье—у птиц, как и у других наземных позвоночных, состоит из двух костей: более толстой локтевой и сравнительно тонкой лучевой. К локтевой кости прикрепляются все второстепенные маховые перья, образующие основу несущей поверхности крыла. Лучевая кость обладает способностью скользить вдоль локтевой, благодаря чему с легкостью, почти автоматически осуществляется складывание и расправление крыльев.

Третий, плечевой отдел крыла состоит из одной плечевой кости, направленной при сложенном крыле назад. На переднем (верхнем) конце плечевой кости находятся сильно развитые гребни, служащие местом прикрепления мощной грудной мускулатуры.

Относительные размеры отдельных костей в скелете крыла различны и зависят от величины птицы, ее образа жизни и типа полета. У крупных морских птиц, пользующихся динамическим парением (например, у альбатросов) наиболее длинные отделы крыла — плечо и предплечье; у колибри и стрижей, летающих пропеллирующим полетом, они наоборот, укорочены, в то время как кисть резко удлинена.

При расправленном крыле плечевая кость и кости предплечья никогда не образуют прямой линии, так как локтевой сустав не может у птиц разгибаться до конца, как у человека. Угол, образующийся между плечом и предплечьем, заполняется передней крыловой летательной перепонкой, составляющей часть летательной поверхности крыла. Необходимое натяжение между кистью и предплечьем создает более узкая задняя крыловая летательная перепонка; она, кроме того, прочно соединяет основания первостепенных и второстепенных маховых перьев и тем самым фиксирует их в определенной плоскости, не лишая известной подвижности.

В результате фиксированного положения маховых перьев и черепицеобразного налегания их друг на друга возникает сплошная и в то же время подвижная несущая поверхность крыла.

В целом расположение перьев на крыле таково, что в поперечном сечении оно имеет форму изогнутой пластины с утолщенным передним краем. Это в свою очередь определяет важные аэродинамические свойства крыла, без которых полет вообще был бы невозможен: при быстром продвижении большие массы воздуха и с большей скоростью проходят над выпуклой стороной крыла и значительно меньшие и с меньшей скоростью — под ним.

По законам аэродинамики давление воздуха на крыло обратно пропорционально скорости его движения. Поэтому над крылом создается уменьшенное давление, а под ним — увеличенное Возникает сила подсоса, благодаря которой даже грузные птицы (например, глухарь или тетерев) могут некоторое время планировать — лететь, не махая крыльями и не снижая высоты полета. Плечевой пояс, поддерживающий передние конечности, весьма прочен и в то же время достаточно подвижен.

Он образован мощными врановыми костями, тонкими саблевидными лопатками, а также ключицами, которые у летающих птиц срастаются, как правило, в одну кость — «вилочку». Последняя, обладая значительной упругостью, принимает на себя давление врановых костей, сближающихся и расходящихся при подъеме и опускании крыльев. Врановые кости своими нижними концами упираются в переднюю часть грудной кости, которая у всех летающих птиц очень велика и имеет посредине высокий вертикальный гребень — киль.

Крупные размеры грудной кости объясняются мощным развитием управляющей движением крыла грудной мускулатуры, которая нуждается в большой поверхности прикрепления. У нелетающих птиц (за исключением пингвинов, плавающих при помощи крыльев) киль грудины редуцировался, а размеры грудной кости уменьшились.

Превращение передних конечностей в крылья повлекло за собой соответствующие изменения и в других частях скелета. Вследствие того, что передние конечности тело птицы не поддерживают и вся тяжесть его при передвижении по земле и ветвям падает на тазовый пояс и задние конечности, эта часть скелета также претерпела сильные изменения (рис. 3).

Рис. 3. Скелет голубя: 1 — череп; 2 — кистевой отдел крыла; 3 — предплечье; 4 — плечевая кость; 5 — лопатка; 6 — врановая к.; 7 — ключицы, сросшиеся в вилочку; 8 — грудная к.; 9 — тазовый пояс; 10 — бедренная к.; 11 — голенно-предплюсневая к. (голень); 12 — цевка; 13 — шейный отдел; 14 — ребра; 15 — копчиковая к.

Тазовый пояс птиц отличается очень крупными размерами и представляет собой, по существу, единую кость, образованную слиянием всех трех костей таза — подвздошной, седалищной и лобковой со сложным, крестцом. Образовавшаяся в результате этого срастания сильно укороченная и неподвижная туловищная часть позвоночника не только дает надежную опору телу при передвижении по земле и ветвям, но и обеспечивает более устойчивое положение его во время полета.

За исключением африканского страуса, таз у всех птиц «открытого» типа, т. е. лобковые кости не соединены, как у млекопитающих, что связано, по-видимому, с откладыванием относительно крупных яиц с твердой скорлупой.

Скелет задней конечности состоит из бедра, голени, цевки и пальцев, которых у птиц обычно 4, но иногда 3 (эму, нанду, дрофы, часть куликов) и даже 2 (африканский страус). Сокращенное число пальцев, как правило, наблюдается у птиц, бегающих среди сухих открытых пространств. Трехпалые дятлы — исключение среди лесных птиц, имеющих, как правило, 4 пальца.

Цевка—характернейшая кость скелета птиц. Она образовалась путем срастания костей плюсны и большей части костей предплюсны. Размеры цевки очень сильно варьируют в зависимости от образа жизни птиц. У птиц, лазающих по ветвям деревьев (например, попугаев), она обычно укорочена, а у болотных форм резко удлинена.

Голень (точнее голенно-предплюсневая кость), как и у других наземных позвоночных, состоит из большой и малой берцовых костей. Последняя, однако, у птиц, за исключением гагар и пингвинов, сильно редуцирована и бывает заметна лишь в верхней части голенно-предплюсневой кости. Бедро представлено сравнительно короткой и направленной вперед бедренной костью. Сочленение бедра с голенью спереди прикрыто коленной чашечкой.

С превращением передних конечностей в крылья функцию хватания у птиц стал выполнять клюв. В связи с этим шея приобрела большую подвижность, что в процессе эволюции было достигнуто путем увеличения количества шейных позвонков и приобретения особой седлообразной формы их сочленовных поверхностей. В результате голова у большинства птиц может поворачиваться на 180°, а у сов даже на 270°.

В отличие от млекопитающих, имеющих определенное число шейных позвонков, обычно равное 7, количество шейных позвонков у птиц варьирует от 11 (попугаи) до 25 (лебеди), чем и определяется в значительной степени длина их шеи. Большая подвижность шеи определяет слабую подвижность глаз. У сов глазные яблоки даже прирастают к своим орбитам.

Грудные позвонки связаны между собой более прочно, а у некоторых птиц (например, голубей) они даже сливаются между собой, образуя особую сплошную кость, срастающуюся иногда со сложным крестцом. К грудным позвонкам причленяются ребра, которых может быть от 3 до 9. Ребра состоят из двух подвижно соединенных отделов: позвоночного и грудного, прикрепленного к грудине. Позвоночный отдел каждого ребра обладает крючковидным отростком, свободно налегающим на соседнее (заднее) ребро.

Благодаря такому устройству грудная клетка прочна и в то же время подвижна, что имеет большое значение для дыхания. Однако основное назначение крючковидных отростков ребер в том, что они служат надежной и выгодной, с точки зрения экономии сил, опорой для межреберных мышц, расширяющих грудную клетку, что весьма важно во время полета птицы.

Хвостовой отдел позвоночника резко укорочен. Он состоит из нескольких подвижно сочлененных позвонков, оканчивающихся копчиковой костью. Она возникла в результате слияния последних позвонков хвостового отдела. К копчиковой кости прикрепляются рулевые перья, которые располагаются на ней веерообразно. В результате хвост птицы приобретает форму, наилучшим образом соответствующую его функции воздушного руля и балансира.