Ornitologové zahřáli snovače červenozobé na 48 stupňů Celsia

Co lidé vymyslí, aby se dostali do vzduchu: letadla, vrtulníky, horkovzdušné balóny a vzducholodě. Každý z nás alespoň jednou snil o tom, že se jednou naučí létat ve vzduchu a pohybovat se po světě bez silnic. Ale bohužel nemůžeme létat sami. Ale ptáci to dělají báječně! Navrhuji ponořit se do studia anatomie a morfologie ptáků a zjistit, jak zvládají létat.

<strong>Původ ptáků</strong>

Předpokládá se, že ptáci se vyvinuli od starověku plazi. Existují pro to paleontologické důkazy: vědci během vykopávek našli pozůstatky úžasných zvířat. Pomocí speciálních metod bylo určeno jejich přibližné stáří – asi 150 milionů let!

Jméno jednoho z těchto úžasných zvířat je Archaeopteryx. Říká se tomu „přechodná forma“ mezi plazy a ptáky.

Přechodná forma – mezičlánek ve vývoji mezi dvěma velkými taxony.

Jak vypadal Archaeopteryx?

Archaeopteryx vypadal jako napůl plaz, napůl pták. Jeho struktura obsahovala znaky obou skupin živočichů. Podívejme se na ně podrobněji:

<strong>Morfologie a anatomie ptáků</strong>

Celé tělo ptáků se neustále přizpůsobuje let. Vše, co jim brání v létání, se v průběhu evoluce zmenšuje a objevuje se vše, co pomáhá. To znamená, že abychom si zapamatovali všechny aromorfózy ptáků, musíme přemýšlet, jako bychom navrhovali letadlo.

Problém 1: vítr

První problém se vzduchem je turbulentní víry. Tak se nazývají proudy vzduchu, které ulpívají na těle a brání mu v normálním pohybu. Zapamatujte si sami: ve větrném počasí je mnohem snazší chodit v zapnuté bundě, aby se vám vítr nelepil na svrchní oblečení a nekomplikoval vám pohyb.

Jak se vypořádat s víry?

Musíte se ujistit, že není nic, na čem by se vzduch držel. Tvar těla by měl být zjednodušenéjako letadlo. Chcete-li to provést u ptáků:

• objeví se peří
• aerodynamický tvar těla,
• Ocasní obratle jsou srostlé.

Jaké druhy peří existují?

• Obrysové krycí sklíčko zjemňuje tělo a dodává barvu. Pokrývají celé tělo, a proto se jim říká „krycí“.
• Obrysový setrvačník kryty křídla. Máváme křídly – to znamená, že letky jsou tam.
• Obrysové řízení tvoří ocas. Ocas pro ptáka je kormidlo, proto ocasní pera pokrývají ocas.
• Downy zajistit tepelnou izolaci. Stejně jako péřová bunda zadržuje peří teplo ve vzduchových dutinách mezi peřím.
• vláknité peří umístěné pod obrysovými, plní funkci dotyku.
• Štětinyumístěné kolem úst, se podílejí na zachycování potravy.

Problém 2: hmotnost

Další problém, který je třeba vyřešit, je tělesná hmotnost. Zkuste vyhodit prázdnou láhev a láhev naplněnou vodou do vzduchu. Druhý samozřejmě dopadne rychleji: působí na něj větší gravitační síla. Na let tedy musíme nějak zhubnout!

pro úleva těla u ptáků:

• zuby mizí
• tvoří se duté kosti
• močový měchýř je snížený,
• dvojtečka se zkracuje.

Duté kosti Říká se jim tak, protože mají dutiny – prostory naplněné vzduchem.

U obratlovců se moč ukládá v měchýř. U ptáků tento orgán chybí jako zbytečný – moč tam nahromaděná zatěžuje tělo a to je za letu nerentabilní. Výsledná moč okamžitě vytéká. Pokud vám tedy pták, který prolétne kolem, ušpiní vaše auto, není to pomsta za to, že jste ho nenakrmili, ale přirozený fyziologický proces.

Problém 3: Energie

Další problém – létat potřebujete hodně energie. Porovnejte: na překonání 1 km cesty spotřebuje osobní letadlo Boeing 737-300 2600 kg paliva a gazela pouze asi 5-6 kg. Nyní se zamysleme: odkud získávají živé buňky energii a jak jí získat co nejvíce?

Nejvýnosnější možností získávání energie je kyslíkové stadium metabolismus. V této fázi se tvoří až 36 molekul ATP! Více o rozdílech mezi fázemi energetického metabolismu si můžete přečíst v článku „Fotosyntéza, chemosyntéza, energetický metabolismus“. Zde ale opět nastává potíž – aby kyslíková fáze probíhala normálně, musí být buňkám dodáváno hodně kyslíku.

Aktivně zásobovat buňky kyslík, ptáci potřebují:

• houbovité plíce a vzduchové vaky,
• čtyřkomorové srdce a jasné oddělení arteriální a venózní krve,
• teplokrevný.

Houbovité plíce ptáci mají větší oblast výměny plynů než buněčné plíce plazů. Podívejte se na jejich strukturu – existuje mnohem více oddílů!

Kromě toho se objevují ptáci vzduchové vaky. Při nádechu se do nich dostává další část vzduchu, kterou lze využít při výdechu. Tímto způsobem získáme ještě více kyslíku: k výměně plynů dochází jak při nádechu, tak při výdechu.

Plicní ventilace u ptáků

Čtyřkomorové srdce Je nutné, aby se krev nemíchala. Přepážka v komoře zabraňuje míšení arteriální a venózní krve. Tkáně jsou tedy vyživovány arteriální krví, ve které je koncentrace kyslíku mnohem vyšší než ve smíšené krvi.

Většina chemických reakcí (včetně oxidace látek) probíhá rychleji při zahřátí. Proto je důležité, aby ptáci vždy udržovali dostatečně vysokou tělesnou teplotu. Například pro holuba je normální tělesná teplota 43,5 ℃. Tato funkce umožňuje pojmenovat ptáky teplokrevný nebo homeotermický zvířat.

Homeothermic – schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu.

<strong>Ptáci v letu</strong>

Velký! Promysleli jsme všechny problémy „vzduchu“ a nyní je tělo zcela připraveno k letu.

Jak ale zvednout tělo ze země?

• Abyste ještě vzlétli, musíte se od povrchu odrazit silou. Silný tlak pomáhá realizovat tarsus. Jedná se o další kost v dolní končetině ptáků, která spojuje prsty a dolní končetinu. Tarsus také přispívá k tlumení nárazů při přistání – aby se noha při rychlém přistání nezlomila, je potřeba ji zpevnit! Kromě toho jsou k tarzu připojeny šlachy, které umožňují ptákům nespadnout během spánku.

• V okamžiku vzletu ptáci silně mávají křídly. Aby byla tato první klapka dostatečně pevná a křídla se během letu neunavila, jsou prsní svaly ptáků velmi vyvinuté. Jak je to dlouho, co jsi nakrájel kuřecí prsa? Pamatujte, jak je tlustá – takové svaly jí bude závidět každý kulturista! Prsní svaly ptáků jsou připojeny ke speciálnímu výrůstku hrudní kosti – kýl.

No, to je ono, s takovou stavbou těla se určitě můžeme zvednout ze země a letět! Nyní je správná poslední věc řídit aby létali přesně tam, kam potřebují.

A ovládat své tělo ve vzduchu je mnohem obtížnější než na zemi! Jen si to představte – vy a já se pohybujeme pouze ve směrech „vpřed-vzad“ a „vpravo-doleva“, ale ptáci mají jinou osu pohybu – „nahoru-dolů“. Potřebujeme komplexní palubní počítač, který bude řídit polohu těla v prostoru.

Část mozku zodpovědná za koordinaci pohybů se nazývá „mozeček“ U ptáků je velmi dobře vyvinut, takže mají výbornou kontrolu těla ve vysokých nadmořských výškách.

U ptáků se zvyšuje a vyvíjí mozková kůra – oddělení odpovědné za komplexní chování. Proto jsou ptáci schopni primitivních myšlenkových procesů: mají například velmi dobrou paměť. Pamatujte na mluvící papoušky: přesně reprodukují slova trenéra až po zvuk.

Shrňme vše výše uvedené a vyjmenujme to hlavní aromorfózy ptáků:

• progresivní vývoj nervového systému;
• houbovité plíce, vzhled vzduchových vaků;
• čtyřkomorové srdce, teplokrevné;
• peří – rohovité útvary;
• přeměna předních končetin na křídla.

<strong>Vývoj ptáků</strong>

Ptačí embryo se vyvine do vejce. Pojďme se blíže podívat na to, proč ptáci kladou vajíčka a proč se jejich mláďata nemohou narodit stejně jako savci!

Za prvé, vejce je nezbytné pro ochrany embryo před vyschnutím – bez vody nebude moci žít. Abychom toho dosáhli, obsahují vaječné bílky velké množství vlhkosti. A žloutek obsahuje rezervu bílkovin – z toho embryo přijímá výživa před vylíhnutím.

Kromě bílku a žloutku zahrnuje struktura vejce skořápka, provazce a vzduchové komory.

<strong>Funkce vaječných struktur</strong>

Shell odděluje obsah vajíčka od vnějšího prostředí. Ale embryo musí nějakým způsobem přijímat kyslík, aby mohlo dýchat – jinak se v tomto hustém „skafandru“ jednoduše udusí. Za tímto účelem má skořápka četné póry – přes ně vstupuje kyslík a vystupuje oxid uhličitý. Veškerý oxid uhličitý však nemůže uniknout malými póry – hromadí se v nich vzduchové komory.

Lano jsou potřeba k tomu, aby se embryonální kotouč otočil na teplejší stranu – na tu, ze které slepice ohřívá vejce tělem.

Vývoj u ptáků přímý, tedy z vajíčka se vylíhne mládě, které je velmi podobné dospělému.

Jak jsme řekli dříve, ptáci mají dobře vyvinutý přední mozek, který je zodpovědný za složité chování. Díky tomu je to možné péče o potomstvo.

Vzpomeňte si na karikaturu „Little Penguin Lolo“, ve které byli tučňáci odděleni od svých rodičů. Hlavní postavy pronásledovaly nejrůznější nebezpečí: museli utéct před predátory a pytláky, sami si hledat potravu, bojovat s konkurenty o hnízdiště. V raných fázích vývoje ptáků všechny tyto problémy řeší rodiče: krmí mláďata, učí je létat a hledat potravu a chrání je před predátory. To přispívá k většímu přežití kuřat a populace jako celku.

<strong>Kontrola faktů</strong>

• Ptáci se vyvinuli z plazů. Přechodná forma – Archaeopteryx.
• Pro odlehčení váhy V kostech ptáků jsou dutiny, ocasní obratle a močový měchýř jsou zmenšeny a střeva jsou zkrácena.
• K uspokojení energetických potřeb ptákům se vyvinou houbovité plíce, vzduchové vaky a čtyřkomorové srdce.
• V kostře ptáků, dodatečně vytvořené kýl и tarsus.
• Je potřeba vyvinutý přední mozek a mozeček ovládat tělo za letu.
• Charakteristické pro ptáky péče o potomstvo.

<strong>zkontroluj se</strong>

1 úloha.

Z níže uvedených organismů vyberte přechodnou formu mezi plazy a ptáky.

1. coelacanth
2. Ichthyostega
3. ještěr zubatý
4. Archaeopteryx

2 úloha.

Vyberte komplikaci ptačí kostry.

1. končetiny pod tělem
2. zvýšení počtu obratlů
3. vzhled kýlu a tarzu
4. vymizení bérce

3 úloha.

Mezi aromorfózy třídy Bird patří.

1. tříkomorové srdce
2. mezoderm
3. houbovité plíce
4. zvýšení délky tlustého střeva

4 úloha.

Péče o potomstvo je dána progresivním vývojem.

1. oběhový systém
2. Nervový Systém
3. dýchací systém
4. vylučovací soustava

5 úloha.

Která struktura vajíčka je zodpovědná za výživu embrya?

1. žloutek
2. protein
3. lana
4. vzduchové komory

Odpovědi: 1-4; 2-3; 3-3; 4-2; 5 – 1.

Snovači rudozobí, malí pěvci pocházející z Afriky, dokázali bez újmy přežít dočasné zvýšení tělesné teploty na 48 stupňů. To je rekordně vysoké a je asi dva stupně nad horní hranicí teplotní tolerance pro velkou většinu ptáků a savců. Podle ornitologů je „superschopnost“ snovačů spojena s životem v obrovských hejnech, která jen občas navštíví napajedlo: aby šetřili vodou, ptáci musí snížit své výdaje na chlazení těla. Výsledky studie byly zveřejněny v článku Vědecké zprávy.

Tělesná teplota nad 45-47 stupňů Celsia je pro většinu obratlovců smrtelná. Narušuje zásobování těla kyslíkem a vede k degradaci velkých biologických molekul. Jen několik ještěrek je schopno odolat tělesné teplotě do 51 stupňů Celsia, zatímco u ptáků a savců horní hranice zřídka překročí 46 stupňů.

Tým výzkumníků pod vedením Andrewa McKechnieho z University of Pretoria se rozhodl vyhodnotit teplotní toleranci snovačů červenozobých (Quelea quelea). Tito malí pěvci, distribuovaní po celé tropické Africe, jsou považováni za nejpočetnější volně žijící ptáky na světě: celkový počet zástupců tohoto druhu je asi jeden a půl miliardy jedinců.

Snovači červenozobí často cestují v milionových hejnech. To poskytuje ochranu před predátory, ale vede k dalším potížím. Například hejno jde k vodě až poté, co se dostatečně velká část ptáků potýká s nedostatkem tekutin. To znamená, že mnoho jedinců čeká dlouho na příležitost uhasit žízeň.

Ornitologové naznačují, že v takové situaci tkalci dočasně sníží spotřebu tekutin, včetně chlazení těla. To snižuje riziko dehydratace, ale vede ke zvýšení tělesné teploty. Je-li tato myšlenka správná, pak mohou snovači červenozobí pociťovat velmi vysoké tělesné teploty.

Aby vědci tuto hypotézu ověřili, odchytili dvacet snovačů rudozobých a provedli s nimi řadu experimentů. Ptáci byli umístěni do jednotlivých plastových komor o objemu asi tři litry, do kterých byl přiváděn atmosférický vzduch očištěný od vodní páry. Teplota v nich byla nastavena na 28 stupňů Celsia a poté se postupně zvyšovala v krocích po čtyřech stupních. Po dosažení hranice čtyřiceti stupňů se každý krok rovnal dvěma stupňům. Maximální teplota vzduchu v experimentu byla 52 stupňů Celsia.

Na každém kroku strávili tkalci minimálně deset minut. Během této doby se vědcům podařilo změřit jejich tělesnou teplotu pomocí implantovaného transpondéru, stejně jako ztrátu vody odpařováním a objem vydechovaného oxidu uhličitého. Pokud ornitologové viděli, že pták vykazuje známky přehřátí, byl okamžitě vyjmut z komory, břišní peří bylo otřeno alkoholem (aby se zchladilo) a umístěno do klece s přístupem k vodě a potravě. Po dokončení studie byli všichni snovači vypuštěni na stejném místě, kde byli odchyceni.

Na začátku experimentu byla průměrná tělesná teplota snovačů červenozobých 40,9 stupňů Celsia, což odpovídá hodnotám typickým pro většinu malých pěvců. Po zahřátí vzduchu na 38 stupňů se tělesná teplota pokusných ptáků začala zvyšovat, v průměru o půl stupně, když se okolní teplota zvýšila o jeden stupeň.

Při teplotě vzduchu 51 stupňů Celsia se ptáci ohřáli v průměru na 48 stupňů. U některých jedinců byla tělesná teplota i vyšší – 49 stupňů. To je 2-3 stupně nad tolerančními limity velké většiny ptáků a savců. Potvrdila se tak hypotéza, že snovači červenozobí snesou extrémní teploty bez újmy na zdraví. Tito ptáci se mohou spoléhat na rozsáhlou produkci proteinů tepelného šoku a také na rozsáhlý cévní systém v očích, aby ochlazoval mozek. Schopnost tkalců ochlazovat se v důsledku odpařování se přitom ukázala jako celkem skromná.

Zajímavé je, že jiné druhy malých pěvců, kteří žijí v horkém a suchém prostředí, nejsou přizpůsobeny tak vysokým tělesným teplotám. Podle autorů to ukazuje, že adaptace na extrémní zahřívání, jako je velkovýroba proteinů tepelného šoku, jsou energeticky příliš nákladné. Prospěšné jsou pravděpodobně pouze pro ptáky, kteří tvoří velká hejna. Aby tento předpoklad ověřili, odborníci hodlají studovat další druhy ze suchých oblastí – například andulky (Melopsittacus undulatus). A snovači rudozobí budou vynikajícím modelovým organismem, který pomůže studovat mechanismy a limity teplotní tolerance u obratlovců.

Bohužel ne všechny živé organismy tak snášejí vysoké teploty. Například rybí embrya, stejně jako ryby ve fázi tření, jsou velmi zranitelné vůči nadměrnému teplu. Pokud bude globální oteplování pokračovat současným tempem, do roku 2100 by asi 60 procent druhů mořských a sladkovodních ryb mohlo čelit teplotám prostředí, které jim znemožní množení, předpovídají vědci.