Способы дыхания у птиц

Дыхательная система птиц: функции, строение и интересные факты

Преодолевая воздушные потоки с большой легкостью, птицы выполняют различные плавные движения, чередуя направление полета. Возможно, вам интересно будет узнать, что подобные маневры пернатые совершают благодаря дыхательной системе. Птицы умело улавливают встречный ветер. По мнению ученых, механизм летающих созданий, отвечающий за прохождение воздуха, отлажен исключительно и гораздо сложнее, чем у других животных.

Большие возможности пернатых

Интересно то, что птицы, совершая полеты на дальние расстояния, затрачивают минимальное количество энергии. Многие из них, пролетев несколько тысяч километров, практически не прилагают при этом особых усилий. Было доказано, что пернатым помогает техника планирования. Птичье мастерство заключается в том, что они могут извлекать энергию из ветра. Сначала они взлетают далеко ввысь в потоке встречного ветра, а затем, развернувшись в определенной точке, летят попутно вместе с этой же воздушной струей. При этом немаловажную роль играет и анатомическое строение дыхательной системы птиц. Детальное рассмотрение птичьих органов и их функций поможет нам раскрыть секрет удивительных возможностей пернатых.

Общие сведения

Если говорить о дыхательной системе птиц кратко, то она имеет следующие особенности:

• Простое строение и небольшая величина носовой полости.
• На разветвлении трахеи (в бифуркации), где она переходит в два основных бронха, имеется механизм для издания звуков – певчая гортань.
• Оптимальное расположение легкого, позволяющее бронхам войти внутрь его и образовать губчатую ветвь из бронхиол, опутанных паутиной капилляров. Некоторые более толстые бронхи не образуют развилок, сильно вытягиваются, выступая за пределы органа в виде тонкостенных мешков.

Схема дыхательной системы птиц представляет собой некий хорошо слаженный потенциал, состоящий из следующих отделов:

• полость носа;
• ротовая полость;
• гортань;
• трахея;
• певчая гортань;
• бронхи;
• легкое;
• воздухоносные мешки.

Строение воздухопроводящих путей

Начальной точкой дыхательной системы птиц являются ноздри. Они открывают путь для прохождения воздуха в полость носа и через верхнюю гортань в трахею. Строение самой трахеи у всех птиц очень разное и в основном зависит от длины и количества колец, состоящих из хрящевой ткани. На месте бифуркации трофеи находится сиринкс, который представляет голосовой аппарат пернатых. Располагается этот особый орган в нижней части гортани. В этом же месте трахея образует развилку из двух бронхов, которые заходят в легкое. Преобразовавшись во вторичные бронхи, эти органы частично выходят из легкого, образуя воздухоносные мешки в различных областях тела птиц. В организме пернатых имеется множество парабронхов, опутанных кровеносными капиллярами, взаимодействующих со вторичными.

Легкие

Данный орган имеет вытянутую форму, почти не эластичен и не располагается свободно. Легкие плотно закреплены между ребрами путем вдавливания верхней дорсальной поверхностью. На них можно заметить следы от ребер в виде бороздок. Такие органы дыхательной системы птиц, как легкие и бронхи, имеют уникальное строение. Сливаясь между собой, они представляют плотную губку, состоящую из небольших ответвлений. При входе в легкие, бронхи расходятся на более мелкие образования. За счет вторичных и третичных развилок бронхов легкие птиц отличаются губчатым строением. Они имеют светло-красный цвет и выполняют важнейшую функцию в газообмене. Находящиеся в легких мелкие дыхательные трубочки пропускают атмосферный воздух в кровь сквозь эпителиальные клетки. Насыщение кислородом происходит также и через эндотелий капилляров.

Сложный процесс дыхания

Главная особенность строения дыхательной системы птиц – обхваченное грудной клеткой легкое, не подвластное растягиванию. Костная ткань не позволяет изменять конфигурацию птицы в этой области, поэтому легкое пропускает воздух с помощью бронхов. Далее следуют воздушные мешки, обеспечивающие прохождение воздуха за счет изменения своего объема. Растягивающиеся емкости способны пропускать большую часть кислорода (75%), попавшего во вторичные бронхи, остальной задерживается легкими. Когда птица находится в полете, дыхательные мешки постоянно расширяются и сжимаются. Причем, чем быстрее будет происходить взмах ее крыльев, тем интенсивнее будет дыхание. При совершении махов вверх, воздух стремительно затягивается в легкие и тонкостенные образования, а когда пернатая опускает крылья, на выдохе, из мешков воздух повторно проходит сквозь легкие.

Особенность, описанная выше, срабатывает у птиц только в состоянии полета. Когда они находятся на отдыхе, грудная клетка обретает способность сужаться и расширяться.

Благодаря тому, что между дыханием и движением крыльев существует тесная взаимосвязь, птица не погибнет в полете. Стоит обратить внимание еще на одну важную деталь при совершении этого процесса – усиленный газообмен.

Двойное дыхание

Дыхательная система птиц устроена таким образом, что в воздушных мешках насыщение крови кислородом не происходит. Как уже упоминалось, в легких задерживается меньший объем воздуха (25%) и для окисления крови используется малая его часть. Чтобы пополнить недостающий запас кислорода, на выходе струя воздуха из мешков вновь проходит через легкие. Таким образом, как при вдохе, так и при выдохе, легкие обогащаются кислородом, а процесс насыщения крови происходит именно в этом органе. Чтобы более насыщенный воздух сообщался с артериальной кровью, их потоки движутся противоположно друг другу. Данный газообменный процесс принято называть вторым дыханием.

Роль воздушных мешков

При вдохе главные бронхи доставляют жизненно важный поток в легкие и задние дыхательные мешки. На обратном пути воздух, прошедший через легкие, поступает в передние резервуары. Дело в том, что отработанный воздух сразу не покидает организм птицы. В результате первого выдоха он задерживается в переднем мешке, а только после второго покидает его. Проделывая путь через центральные бронхи и трахею, он выходит в виде диоксида углерода. На его место моментально поступает следующая порция воздуха из заднего мешка, прошедшая сквозь легкие. Движение потока происходит в одном направлении. Как видно, тонкостенным образованиям отводится важная роль в процессе дыхания птиц.

Воздухоносных емкостей у пернатых достаточно для того, чтобы обеспечить комфортный полет. За счет них тело птицы становится легче, и уменьшается его плотность. Хорошо наполненные мешки, находящиеся между органами, защищают птиц от перегрева в период путешествия.

Классификация воздухоносных мешков

Пернатые имеют 9 тонкостенных воздухоносных образований, относящихся к основным. Кроме них, дыхательная система птиц наделена промежуточными наростами и мешками, располагающимися сзади туловища.

Основные разделяются на 4 парных образования и один отдельный: шейные, переднегрудные, брюшные, заднегрудные и непарный ключичный. Внутри слизистую оболочку мешка покрывает слой мерцательного эпителия. Их стенки довольно эластичны и имеют капиллярную сеть. Воздухоносные образования укладываются между внутренними органами и мышцами. Некоторые из них видны даже в полостях некоторых трубчатых костей.

Благодаря наличию целого комплекта дыхательных мешков, в организме птиц они могут выполнять следующие роли:

• принимать участие в газообменном процессе;
• задавать правильное положение тела в полете;
• обеспечивать своевременное охлаждение тела;
• создавать защиту внутренним органам, выступая в роли амортизаторов;
• облегчать вес тела;
• служить резервуаром для воздуха.

Голосовой аппарат

Одна из интереснейших функций дыхательной системы птиц – умение петь. Такое мастерство опять же обуславливается устройством уникального механизма воздухопроводимого аппарата. Верхняя щель, расположенная за языком, приводит в верхнюю часть гортани, называемую фаринксом. Эта область состоит из типичных хрящей и в качестве голосового аппарата у пернатых не выступает (как свойственно другим наземным животным из класса позвоночных).

Сиринкс, находящийся на нижней части гортани, и отвечает за приятное пение птиц. Хрящевые кольца трахеи поддерживают оптимальное расширение стенки этого органа. От ее наружной части отходят голосовые перепонки и впадают в сиринкс. В области бифуркации трофеи внутрь гортани входит еще одна перепонка, называемая внутренней голосовой. Когда певчие мышцы начинают сокращаться, перепонки напрягаются. При выдохе воздух из легких проникает в голосовые щели и производит колебание перепонок, в результате чего они начинают издавать звуки. При этом трахея служит резонатором и расширяется в объеме в момент пения.

Из-за особого свойства голосового аппарата изменять свою форму, пернатые могут воспроизводить различные звуки, а некоторые из них способны имитировать речь людей. Чтобы этот орган нормально функционировал, ему отводится достаточно места в птичьем организме. Исходя из этого, у мелких птиц в процесс пения вовлекается почти все тело.

Интересные факты

У маленьких птичек частота актов дыхания значительно больше, чем у крупных. Например, малый веретенник преодолевает расстояние до 10 000 тысяч километров примерно за 9 суток. Он обладает способностью чувствовать приближение вихрей и старается улавливать попутный ветер.

Самая маленькая птичка колибри за одну секунду выполняет до 80 движений крыльями. При этом она умело исполняет свой танец в воздухе, летая в стороны, и наоборот. Весит она чуть больше одного грамма, а по размеру такая же, как пчела. Примечательно, что эта миниатюрная птичка является близкой родственницей обычных стрижей.

Дыхательная система птиц позволяет некоторым из них разговаривать. Самым известным говоруном считался попугай Жако. Он также являлся и представителем Красной книги. Ему удавалось выговаривать полные предложения на разных языках. Словарный запас попугая составлял около 400 слов.

Для черного стрижа небо служит родным домом. Птица может находиться в вышине несколько лет, не возвращаясь на землю. Все свои потребности она осуществляет в полете.

Помимо анатомического строения, полет крупных птиц осуществляется благодаря особой конструкции: перья орлов и аистов по краям их крыльев выворачиваются вверх, образуя вертикальный изгиб. Эта особенность позволяет умножить подъемную силу пернатых при небольшом размере крыла, что значительно облегчает их полет.

Сапсан – одна из самых скоростных представителей во всем мире, которая может набирать до 300 км/ч. К тому же птицы тело птицы доходит до 1 м в длину. Их самки обычно крупнее, чем самцы.

Заключение

Рассмотрев особенности дыхательной системы птиц, можно смело заключить, что это один из самых сложных механизмов, имеющихся в природе. Например, наличие двух гортаней позволяет пернатым общаться между собой на своем языке и исполнять красивые мелодии для людей.

Источник

Дыхательная система строения и элементов птиц

дыхательная система птиц Он отвечает за насыщение кислородом тканей и органов и за удаление углекислого газа из организма. Воздушные мешки, расположенные вокруг легких, обеспечивают однонаправленный поток воздуха через легкие, обеспечивая больше кислорода для тела птиц..

Однонаправленный поток воздуха, который поступает в легкие птиц, имеет высокое содержание кислорода, выше, чем в легких любого млекопитающего, включая человека. Однонаправленный поток мешает птицам дышать «старым воздухом», то есть воздухом, который недавно был в их легких (Brown, Brain, & Wang, 1997).

Способность хранить больше кислорода в легких позволяет птицам лучше насыщать кислородом свое тело, таким образом поддерживая температуру тела, регулируемую во время полета. В легких птиц кислород распределяется из воздушных капилляров в кровь, а углекислый газ попадает из крови в те же капилляры. В этом смысле газообразный обмен очень эффективен.

Дыхательная система птиц эффективна благодаря использованию тонкой поверхности, через которую проходят газы и кровоток, что позволяет лучше контролировать температуру тела. Распространение воздуха для эндотермических целей более эффективно, если поверхность, через которую проходит кровь и газы, тоньше (Майна, 2002).

У птиц относительно небольшие легкие и максимум девять воздушных мешков, которые помогают им в процессе газообмена. Это позволяет вашей дыхательной системе быть уникальной среди позвоночных животных.

Вас также может заинтересовать выделительная система птиц.

Дыхательный процесс птиц

Процесс дыхания у птиц требует двух циклов (вдох, выдох, вдох, выдох) для перемещения воздуха через всю дыхательную систему. Млекопитающим, например, нужен только цикл дыхания. (Foster & Smith, 2017).

Птицы могут дышать через рот или ноздри. Воздух, который поступает через эти отверстия во время процесса вдыхания, проходит через глотку, а затем через трахею или дыхательную трубку..

Трахея обычно имеет одинаковую длину шейки птицы, однако, некоторые птицы, такие как журавли, имеют исключительно длинную шею и ее трахею, которая скручивается в пределах расширения грудины, известного как киль. Это условие дает птицам возможность производить звуки с высоким резонансом.

ингаляция

Во время первого вдоха воздух проходит через ноздри или ноздри, расположенные на стыке между вершиной пика и головкой. Мясистая ткань, окружающая ноздри, у некоторых птиц называется воском.

Воздух у птиц, как у млекопитающих, движется через ноздри, в носовую полость, а затем в гортань и трахею..

Попав в трахею, воздух проходит через шприц (орган, ответственный за производство звуков у птиц), и его течение разделяется на два, так как трахея у птиц имеет два канала.

Воздух в процессе дыхания птиц не попадает прямо в легкие, сначала он попадает в воздушные мешки, откуда он попадает в легкие, а во время второго вдоха он попадает в черепные мешочки. Во время этого процесса все воздушные мешки расширяются до такой степени, что воздух попадает в тело птицы.

выдыхание

Во время первого выдоха воздух перемещается из задних воздушных мешков в бронхи (вентробронхи и дорсобронхи), а затем в легкие. Бронхи делятся на маленькие капиллярные ветви, по которым течет кровь, именно в этих воздушных капиллярах происходит обмен кислорода углекислым газом..

На втором выдохе воздух выходит из воздушных мешков через шприц, а затем в трахею, гортань и, наконец, в полость носа и из ноздрей. Во время этого процесса объем мешков уменьшается до такой степени, что воздух покидает тело птицы.

структура

У птиц есть гортань, однако, в отличие от млекопитающих, они не используют ее для создания звуков. Существует орган под названием шприц, который отвечает за создание «голосового ящика» и позволяет птицам издавать очень резонансные звуки..

С другой стороны, у птиц есть легкие, но у них также есть воздушные мешки. В зависимости от вида, у птицы будет семь или девять воздушных мешков.

У птиц нет диафрагмы, поэтому воздух перемещается внутри и снаружи дыхательной системы за счет изменения давления воздушных мешочков. Мышцы грудной клетки заставляют грудину выдавливаться наружу, создавая отрицательное давление в мешочках, которое позволяет воздуху проникать в дыхательную систему (Maina J. N., 2005).

Процесс выдоха не пассивен, но требует сокращения определенных мышц, чтобы увеличить давление в воздушных мешочках и продвинуть воздух наружу. Поскольку грудная клетка должна двигаться во время процесса дыхания, рекомендуется, чтобы при ловле птицы не было никаких внешних сил, которые могли бы блокировать ее движение, поскольку птица может быть задушена.

Подушки безопасности

Птицы имеют много «пустого пространства» внутри, что позволяет им летать. Это пустое пространство занято воздушными мешками, которые надуваются и сдуваются во время процесса дыхания птицы.

Когда птица раздувает грудь, работают не легкие, а воздушные мешки. Легкие птиц неподвижны, воздушные мешки — это те, которые движутся, чтобы перекачивать воздух в сложную бронхиальную систему в легких..

Воздушные мешки позволяют однонаправленный поток воздуха через легкие. Это означает, что воздух, который попадает в легкие, это в основном «свежий воздух» с более высоким содержанием кислорода.

Эта система противоположна млекопитающим, чей воздушный поток является двунаправленным и входит в легкие и покидает их в течение короткого периода времени, что означает, что воздух никогда не бывает свежим и всегда смешивается с тем, который уже был вдыхаем (Уилсон 2010).

У птиц есть по крайней мере девять воздушных мешков, которые позволяют им доставлять кислород к тканям организма и удалять оставшийся углекислый газ. Они также выполняют роль регулирования температуры тела во время фазы полета..

Девять воздушных мешков птиц можно описать следующим образом:

• Меж ключичный воздушный мешок
• Два шейных воздушных мешка
• Два передних грудных мешочка
• Два задних грудных мешочка
• Два брюшных воздушных мешочка

Функцию этих девяти мешочков можно разделить на передние мешки (межключичные, шейные и передние грудные) и задние мешочки (задние грудные и брюшные).

Все мешки имеют очень тонкие стенки с некоторыми капиллярными сосудами, поэтому они не играют важной роли в процессе газообмена. Однако его обязанность состоит в том, чтобы поддерживать легкие вентилируемые там, где происходит газообмен.

трахея

Трахея птиц в 2,7 раза длиннее и в 1,29 раза шире, чем у млекопитающих аналогичного размера. Работа трахеи у птиц такая же, как и у млекопитающих, она состоит в сопротивлении потоку воздуха. Однако у птиц объем воздуха, которому должна противостоять трахея, в 4,5 раза превышает объем воздуха, присутствующего в трахее млекопитающих..

Птицы компенсируют широкое пустое пространство трахеи с помощью относительно большего дыхательного объема и более низкой частоты дыхания, примерно одной трети дыхательных путей млекопитающих. Эти два фактора способствуют снижению влияния объема воздуха на трахею (Jacob, 2015).

Трахея раздваивается или разделяется на две первичные бронхи в сиринксе. Шприц — это орган, который встречается только у птиц, так как у млекопитающих в гортани возникают звуки..

Главный вход в легкие проходит через бронхи и известен как мезобронхиум. Мезобронхиум делится на более мелкие трубки, называемые дорсобронхиальными, которые, в свою очередь, приводят к меньшим парабронхи.

Парабронхи содержат сотни мелких ветвей и воздушных капилляров, окруженных обильной сетью кровеносных капилляров. Газообразный обмен между легкими и кровью происходит в этих воздушных капиллярах..

легкие

Структура легких птиц может незначительно отличаться в зависимости от разветвления парабронхов. У большинства птиц есть пара парабронхи, состоящая из «старого» легкого (палеопульмонического) и «нового» легкого (новообразования).

Тем не менее, у некоторых птиц отсутствует неопульмональный парабронхиум, как в случае с пингвинами и некоторыми породами уток.

Поющие птицы, такие как канарейки и галлиновые птицы, имеют развитый неопульмонический парабронхий, где происходит 15 или 20% газообразного обмена. С другой стороны, поток воздуха в этом парабронхии является двунаправленным, в то время как в палеопульмональном парабронхии он однонаправленный (Team, 2016).

У птиц легкие не расширяются и не сжимаются, как у млекопитающих, потому что газообмен происходит не в альвеолах, а в воздушных капиллярах и являются воздушными мешками, ответственными за вентиляцию легких..

Источник