Птицы: перья, крыло, скелет и дыхание во время полёта
Разберём полёт как работу крыла, мышц и воздуха; отдельно выясним, зачем птицам воздушные мешки и что они не делают.
Федеральная программа · базовый уровень · 8 класс
Систематические группы животных
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Общий план внешнего и внутреннего строения птиц
- Перьевой покров: контурные, пуховые перья и пух
- Крыло и преобразованная передняя конечность
- Скелет, грудная кость, мышцы и полёт
- Лёгкие и воздушные мешки
- Четырёхкамерное сердце и теплокровность
- Практика: готовые перья и модель скелета
Как это устроено
Крыло птицы — преобразованная передняя конечность с костями, суставами и мышцами; его поверхность дополняют маховые перья. Перо лёгкое и прочное благодаря строению стержня, бородок и кератина. Контурные перья формируют внешний покров и помогают полёту, пуховые удерживают воздух рядом с кожей. Не всякое перо одинаково и не любая птица летает: у пингвина крылья приспособлены к плаванию, у страуса — к другим движениям и сигналам.
Полёт требует согласованной работы крупных грудных мышц, костей крыла и воздушного потока. Киль у многих летающих птиц увеличивает поверхность прикрепления мышц. Часть костей облегчена внутренними полостями, но это не делает весь скелет «пустым и хрупким»: прочность обеспечивают форма, соединения и распределение материала. Птица создаёт подъёмную силу и тягу, а управление осуществляется крыльями и хвостом; перо без мышц не летает.
Лёгкие птиц устроены иначе, чем лёгкие млекопитающих. Воздушные мешки помогают вентиляции и позволяют воздуху проходить через газообменные отделы лёгких при последовательных фазах дыхания; сами мешки не являются главной поверхностью газообмена. Такой поток обеспечивает снабжение кислородом при больших энергозатратах полёта. Формулировка «двойное дыхание» в школьных пособиях полезна лишь как сокращение и не должна создавать впечатление, что два отдельных комплекта лёгких дышат одновременно.
Четырёхкамерное сердце разделяет потоки кислородсодержащей и бедной кислородом крови; высокий обмен веществ вместе с теплоизоляцией и регуляцией теплоотдачи помогает сохранять температуру тела. У разных птиц температура и режим активности различаются. Мигрирующей птице, наземному бегуну и водоплавающей птице нужны разные сочетания приспособлений; нельзя объяснить весь класс одним преимуществом полёта.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Птицы
Эволюционная линия позвоночных амниот, происходящая от древних динозавров и отличающаяся среди современных животных перьевым покровом.
Пример: Воробей летает, пингвин плавает, страус бегает; все трое имеют перья и относятся к птицам, хотя способ движения различен.
- Перо
Сложное кожное образование из кератина, которое у разных типов может участвовать в полёте, сохранении тепла, защите и сигналах.
Пример: Маховое перо голубя формирует часть крыла, а пуховое перо той же птицы удерживает воздух у кожи: одинаковое происхождение не означает одинаковую задачу.
- Стержень пера
Центральная продольная ось контурного пера; её нижняя часть — очин, закреплённый в коже, а верхняя поддерживает отходящие в стороны бородки опахала.
Пример: На готовом маховом пере сначала найдите плотный стержень, затем проследите, как от него отходят бородки; это разные части одного пера.
- Бородки пера
Ветви, отходящие от стержня пера; их более мелкие бородочки у многих контурных перьев сцепляются между собой и образуют непрерывное гибкое опахало.
Пример: Если осторожно раздвинуть бородки готового контурного пера и затем провести по нему пальцами, опахало частично восстановится благодаря сцеплению бородочек.
- Маховые перья
Крупные контурные перья крыла, которые вместе с костями, мышцами и остальными перьями создают и управляют аэродинамической поверхностью при полёте.
Пример: У голубя маховые перья на наружной части крыла участвуют в тяге и управлении потоком; одно выпавшее перо само не способно создать полёт.
- Пуховые перья
Мягкие перья с рыхлым, не образующим сплошной пластинки опахалом; промежутки между их бородками удерживают неподвижный слой воздуха и уменьшают теплоотдачу.
Пример: Под наружными контурными перьями утки пух удерживает воздух возле кожи; намокание и повреждение покрова ухудшают теплоизоляцию.
- Киль грудной кости
Выступ грудины у многих летающих птиц, увеличивающий площадь прикрепления крупных грудных мышц, которые двигают крыло во время взмахов.
Пример: На модели скелета голубя киль виден под грудной клеткой, а прикреплённые к нему мышцы двигают крылья; одно наличие киля не показывает скорость полёта.
Важно: У не летающих птиц строение грудины и мышц может быть иным.
- Воздушные мешки
Тонкостенные расширения дыхательной системы птиц, связанные с лёгкими и расположенные в разных частях тела; их изменение объёма поддерживает движение воздуха через газообменные отделы лёгких.
Пример: При вдохе и выдохе воздух поэтапно перемещается между задними и передними мешками и проходит через лёгкие; мешки не являются вторым комплектом лёгких.
Важно: Основной газообмен происходит в лёгких, не в мешках.
- Подъёмная сила
Составляющая силы со стороны воздуха, направленная против силы тяжести и возникающая при взаимодействии движущегося крыла и потока воздуха.
Пример: При полёте голубя форма и положение крыла меняют движение воздуха; если подъёмной силы недостаточно относительно веса, птица начинает снижаться.
- Теплокровность (эндотермия)
Поддержание относительно высокой температуры тела преимущественно за счёт внутреннего обмена веществ с физиологической регуляцией теплоотдачи.
Пример: Птица сохраняет активность в прохладную погоду, используя обмен веществ и теплоизоляцию перьев.
Важно: Температура не абсолютно постоянна и зависит от вида и состояния.
Пример по шагам
В учебнике написано: «Воздушные мешки птицы поглощают кислород вместо лёгких». Как исправить?
- Мешки участвуют в движении и запасе воздуха, помогая вентиляции.
- Основной газообмен идёт в специализированных отделах лёгких.
- Уточняем: мешки поддерживают поток воздуха через лёгкие, а не заменяют их.
Вывод: Функции воздушных мешков и лёгких различаются и дополняют друг друга.
Практическая работа
Контурное и пуховое перо
- Получите готовые очищенные образцы или крупные фотографии контурного и пухового пера.
- Отметьте стержень, бородки и рыхлость или сцепление опахала; объясните связь формы с функцией.
- На модели скелета найдите грудину, киль и кости крыла, не делая выводов о других органах по одному перу.
Что можно заключить: Разные перья выполняют разные задачи, а полёт зависит от всей системы крыла и мышц.
Безопасность: Не выдёргивайте перья у птиц и не собирайте неизвестные перья диких птиц без указаний учителя.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.