Киль
Место прикрепления крыльевых мышц у многих птиц.
Опорно-двигательная система птиц
Опорно-двигательная система птиц сочетает прочность с приспособлениями к полёту и передвижению на двух ногах. Многие кости имеют воздушные полости, а срастание отдельных костей уменьшает подвижность там, где нужна надёжная опора. Однако не все кости полые и степень их пневматизации различается у разных птиц. Важно не просто уменьшение массы, а сочетание формы костей, их внутреннего устройства и жёсткости всего скелета.
Череп имеет крупную мозговую коробку, большие глазницы и беззубые челюсти современных птиц. Многие кости срастаются, но челюстной аппарат сохраняет необходимую подвижность. В позвоночнике выделяют шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой отделы. Многочисленные шейные позвонки обеспечивают гибкость шеи. Грудной участок сравнительно жёсткий; позвонки поясничной и крестцовой областей вместе с частью соседних образуют сложный крестец, соединённый с тазом. Конечные хвостовые позвонки срастаются в пигостиль — опору основания рулевых перьев.
Грудную клетку образуют позвоночник, рёбра и грудина. Соединение частей рёбер допускает движения при дыхании; крючковидные отростки многих рёбер укрепляют её. На грудине большинства летающих птиц развит киль, увеличивающий площадь прикрепления мышц, работающих при движении крыла. Его развитие связано с функцией передних конечностей: например, у пингвинов мощные грудные мышцы двигают крыльями-ластами. Поэтому наличие киля нельзя считать безусловным доказательством способности летать по воздуху.
Пояс передних конечностей включает лопатки, коракоиды и ключицы, соединённые в вилочку. Он укрепляет плечевой сустав и принимает нагрузки от крыла. В крыле сохраняется общий план передней конечности позвоночных: плечевая кость, лучевая и локтевая кости предплечья, затем кости кисти. Часть костей запястья и пясти срослась в пряжку, число пальцев сокращено. Костный каркас, суставы, мышцы и маховые перья вместе создают управляемую поверхность крыла.
Таз прочно соединён со сложным крестцом и служит опорой задним конечностям; снизу он не замыкается сплошным костным кольцом. В ноге различают бедро, голень, цевку и пальцы. Цевка образована сросшимися костями предплюсны и плюсны, а не является дополнительным отделом, возникшим вне общего плана конечности. Число и расположение пальцев различаются: часто три обращены вперёд и один назад, у дятлов — два и два, у страуса — два пальца. У утки перепонка связывает три передних пальца, у бакланов, пеликанов и некоторых других водных птиц — все четыре.
Самые заметные мышцы полёта расположены на груди. Большие грудные мышцы главным образом опускают крыло. Лежащие под ними подключичные мышцы поднимают его: сухожилие проходит через область плечевого пояса и меняет направление тяги. Мышцы ног обеспечивают ходьбу, бег, прыжки и плавание; длинные сухожилия передают усилия к пальцам. У многих сидящих на ветвях птиц устройство сгибателей облегчает удержание опоры. Мышцы шеи двигают головой, межрёберные и другие мышцы участвуют в вентиляции лёгких, кожные меняют положение перьев.
При машущем полёте птица активно совершает взмахи и затрачивает мышечную энергию на создание тяги и поддержание движения. Частота и амплитуда взмахов зависят от вида, размеров, режима полёта и формы крыла. Планирование позволяет двигаться на расправленных крыльях с потерей высоты, если нет восходящего потока. При парении птицы используют поднимающийся воздух и могут длительно удерживаться в полёте или набирать высоту без постоянных взмахов. Это объясняет, почему разные птицы имеют неодинаковые пропорции крыльев и чередуют разные способы полёта.
У нелетающих птиц те же части скелета и мускулатуры приспособлены к другим движениям. Пингвин создаёт тягу в воде крыльями-ластами и управляет телом с помощью ног и хвоста; по суше он ходит, а по льду может скользить. При движении по земле одни птицы чаще шагают, другие прыгают, третьи способны сочетать оба способа. Строение конечностей следует рассматривать вместе с условиями жизни, а не как неизменный набор признаков любого представителя класса.
Воздушные полости облегчают кости птиц, срастание укрепляет скелет, киль служит опорой мышцам крыла. Большие грудные мышцы опускают крылья, подключичные поднимают; различают машущий и парящий полёт.
Скелет и мускулатура сочетают жёсткие опоры и подвижные звенья для полёта и двуногого движения. Кисть преобразована в крыло, таз связан со сложным крестцом, ноги приспособлены к среде. Форма крыла и режим движения важны наряду с массой мышц.
Крыло с перьями, приводимое мышцами, создаёт аэродинамические силы, поддерживающие вес и обеспечивающие тягу. Положение и форма крыла/хвоста управляют движением. При парении используются воздушные потоки, а затраты зависят от массы, формы и режима.
Почему скелет птицы прочный при подходящей для полёта массе?
Полые/пневматизированные элементы у многих видов, внутренние опоры, форма костей и срастания обеспечивают жёсткость и распределение нагрузки. Но не все кости полые, а весь скелет не обязательно легче скелета равной по массе особи другой группы. Плотность материала и конструкция важнее лозунга «воздух делает всё невесомым».
У летающих важны большая грудная (прежде всего опускание крыла) и надкоракоидная, называемая здесь подключичной (поднимание через сухожильный механизм), мышцы ног, шеи, туловища и управления перьями. Масса и функции зависят от движения: у нелетающих соотношения другие.
Машущий, планирующий и парящий режимы; в школьном делении последние объединены под парением. При парении птица использует потоки, при махах создаёт тягу движением крыла. Путевая скорость с попутным/встречным ветром отличается от скорости относительно воздуха; нельзя считать ветер автоматически меняющим собственную скорость одинаково.
Осмотр, ориентация, добывание корма и уход за оперением при сравнительно жёстком туловище. Шея даёт подвижность, но предельные углы не одинаковы у всех птиц и не означают неограниченное вращение.
У многих птиц увеличивает площадь прикрепления мощных мышц, приводящих крылья. Есть нелетающие птицы с килем (например пингвины), поэтому наличие не равнозначно воздушному полёту.
Сочленения рёбер с позвоночником/грудиной обеспечивают нужные движения, форма и крючковидные отростки многих рёбер и соединения укрепляют конструкцию. Грудная клетка должна выдерживать нагрузки и участвовать в вентиляции; абсолютное «все рёбра одинаковы» неточно.
Тарзометатарсус — сросшийся элемент из плюсневых и дистальных предплюсневых компонентов между голенью и пальцами. Передаёт нагрузку, участвует в длине/механике ноги и опоре; её положение не соответствует человеческой голени.
В типичной летающей модели — грудные/надкоракоидные, а также мышцы ног и шеи. Специализация различается у бегунов, ныряльщиков, парящих и зависающих птиц.
Высокое отношение прочности/жёсткости к массе помогает переносить нагрузки взлёта, махов и посадки без лишних затрат. Это инженерный принцип, а не доказательство минимальной абсолютной массы каждой птичьей кости.
Выберите номер, чтобы открыть условие и пошаговое решение.
7 8 9 10Практикум
Объясните
Темы для дискуссий
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.