Дыхательная система птиц кратко

Обновлено: 30.06.2024

Дыхательная система птиц считается одной из самых сложных среди всех групп животных. Дыхательные пути птиц начинаются с ноздрей, продолжаются в носовую полость и верхнюю гортань, за гортанью следует трахея, длина и количество хрящевых колец в которой у разных птиц сильно варьируют, затем в месте разветвления трахеи на два бронха находится нижняя гортань птиц (сиринкс), которая является основным голосовым аппаратом птиц. Бронхи, войдя в легкое, переходят во вторичные бронхи, частично выходящие за пределы легкого и образующие воздушные мешки, располагающиеся в различных частях тела птицы. Вторичные бронхи сообщаются между собой многочисленными парабронхами, оплетенными сетью кровеносных капилляров.

Рис. 1. Строение дыхательной системы птиц.

1 – трахея, 2 – главный бронх,
3 – вторичные бронхи, 4 – парабронхи,
5 – брюшной мешок,
6 – дорзальный (со стороны спины) грудной мешок,
7 – вентральный (со стороны живота) грудной мешок,
8 – плечевая кость, 9 – шейный мешок,
10 – межключичный мешок с выростами,
11 – к воздушному мешку в грудине,
12 – выросты шейных позвонков.

Лёгкие устроены таким образом, что воздух проходит через них насквозь. При вдохе только 25 % наружного воздуха остаётся непосредственно в лёгких, а 75 % проходит через них и попадает в специальные воздушные мешки.
Воздушные мешки расположены в промежутках между органами, под кожей и даже внутри полых костей. Существует пять пар воздушных мешков и один непарный. Их так же разделяют на передние и задние. Передние: шейные, межключичные и переднегрудные, задние: заднегрудные, брюшные и межключичный (непарный). Задние мешки больше передних. Воздушные мешки - единственная эффективная система охлаждения птиц. Находясь в самых "горячих местах", между работающими мышцами и вокруг них, в брюшной полости и т.д., воздушные мешки наполняются воздухом, имеющим температуру окружающей среды (а учитывая высокую температуру у птиц, которая у разных видов колеблется от 38 до 43,5 град.C , температура среды в большинстве случаев будет ниже), при этом происходит испарение жидкости со стенок мешков, что способствует охлаждению их стенок. Таким образом осуществляется охлаждение тела. В полете, когда усиливается мышечная работа, а значит и теплопродукция, учащается работа сердца и усиливается внешнее дыхание - усиление дыхания будет способствовать интенсивной теплоотдаче. Воздушные мешки также могут являться и термоизоляторами, предотвращая теплообмен между тканями, которые они разделяют, например внутренними органами и покровными тканями. Благодаря воздушным мешкам, средняя плотность тела птицы в 2-4 раз меньше, чем у млекопитающего.

Рис.2. Система дыхания птиц

Основная особенность дыхания птиц – легкие, не подлежащие растяжению, заключенные в жесткую грудную клетку, которая не меняет своего объема. Поэтому легкие продуваются воздухом через систему бронхов, а движение воздуха обеспечивается изменением объема дыхательных мешков.

2. Дыхание.

Рис. 3. Дыхание птиц.
Движение воздуха при вдохе
и выдохе по дыхательной системе.

3. Газообмен.

Список литературы.
Печатные издания:
1. Ruben J. et al. (1997). Lung Structure and Ventilation in Theropod Dinosaurs and Early Birds,
Science 278 (5341):1267–1270.
2. Зоология позвоночных: учеб. для студ. высш. учеб. заведений/ В.М. Константинов, С.П. Шаталова. - М. : Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2004. - 527 с.: ил.
3. Биология: пособие для подготовительных отделений и поступающих в ВУЗы. ред. Н.П. Соколова. М: Высшая школа, 1994.
4. Биологический энциклопедический словарь/ гл. ред. М.С. Гиляров; Редкол.: А.А. Баев, Г.Г. Винберг, Г.А. Заварзин и др. – 2-е изд., исправл. – М.: Сов. Энциклопедия, 1989. – 864 с., ил., 30л. ил.

Все материалы данного сайта, в том числе структура расположения информации и графическое оформление (дизайн), являются объектами авторского права. Копирование информации на сторонние ресурсы и сайты сети Интернет, а также любое иное использование материалов сайта без предварительного согласия правообладателя НЕ ДОПУСКАЕТСЯ.

При копировании материалов сайта (в случае получения согласия правообладателя), размещение активной индексируемой гиперссылки на сайт обязательно.

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.

Дыхательная система птиц имеет свои особенности. Легкие птиц выглядят как плотные губчатые тела. Бронхи при входе в легкие, сильно разветвляются до самых тонких, глухо замкнутых бронхиол. Бронхиолы опутываются сетью капилляров – именно здесь и происходит газовый обмен. Некоторые крупные бронхи, не разветвляясь, выходят за пределы легких и образуют тонкостенные воздушные мешки, чей объем превышает объем легких во много раз. Воздушные мешки находятся между внутренними органами, а их ответвления проходят между мышцами, под кожу и в полости костей.

Само дыхание у птицы в состоянии покоя осуществляется при помощи изменения объема грудной клетки: грудина приближается или удаляется от позвоночника. Во время полета этот тип дыхания становится невозможным из-за работы грудных мышц, и дыхание становится двойным. На подъеме крыльев дыхательные мешки растягиваются, а воздух через ноздри с силой затягивается не только в легкие, но и дыхательные мешки. При опускании крыльев происходит выдох первой партии воздуха, которая вошла сразу в легкие.

Также воздушные мешки сжимаются, и воздух из них поступает в легкие, где вновь происходит газообмен. Такой тип дыхания получил название двойного дыхания. Этот процесс позволяет птице не задохнуться во время полета, а также предохраняет тело птицы от перегревания.

Дыхательная система птиц является уникальной. У пернатых воздушные потоки идут только в одном направлении, что не свойственно другим позвоночным. Каким образом можно вдыхать и выдыхать через одну трахею? Решение представляет собой удивительное сочетание уникальных анатомических особенностей и манипуляций атмосферного потока. Особенности дыхательной системы птиц обуславливают сложные механизмы работы воздушных мешков. Они не присутствуют в организме млекопитающих.

Дыхательная система птиц: схема

Процесс у крылатых осуществляется несколько иначе, чем у млекопитающих. Помимо лёгких, у них имеются также воздушные мешки. В зависимости от вида, дыхательная система птиц может включать семь или девять этих лопастей, которые имеют выход в плечевую и бедренную кости, позвонки и даже череп. Из-за отсутствия диафрагмы воздух перемещается путём изменения давления в воздушных мешках при помощи грудных мышц. Это создаёт отрицательное давление в лопастях, заставляя воздух входить в дыхательную систему. Подобные действия не являются пассивными. Они требуют определённые мышечные сокращения для усиления давления на воздушные мешочки и выталкивания воздуха наружу.

Строение дыхательной системы птиц предполагает поднятие грудины во время процесса. Лёгкие пернатых не расширяются или сжимаются, как органы млекопитающих. У животных обмен кислорода и углекислого газа происходит в микроскопических мешочках, называемых альвеолами. У крылатых сородичей газообмен осуществляется в стенах микроскопических трубочек, называемых воздушными капиллярами. Органы дыхания птиц работают эффективнее, чем у млекопитающих. Они способны переносить больше кислорода с каждым вдохом. При сравнении с животными аналогичного веса, имеются более медленные частоты дыхания.

Как дышат пернатые?

Птицы имеют три разных набора органов дыхания. Это передние воздушные мешки, лёгкие и задние воздушные мешочки. В течение первого вдоха кислород проходит через ноздри на стыке между верхней частью клюва и головы. Тут он нагревается, увлажняется и фильтруется. Мясистая ткань, которая их окружает, у некоторых видов называется восковицей. Затем поток движется в носовую полость. Вдыхаемый воздух идёт далее вниз в трахею, или дыхательное горло, которое разделяется на два бронха. Далее они разветвляются на множество путей в каждом лёгком.

Большую часть ткани этого органа составляют около 1800 небольших смежных третичных бронхов. Они ведут в крошечные воздушные капилляры, которые переплетаются с кровяными, где происходит обмен газов. Поток воздуха не идёт напрямую в лёгкие. Вместо этого он следует в каудальные мешочки. Небольшое количество проходит через хвостовые образования через бронхи, которые, в свою очередь, делятся на более мелкие в диаметре капилляры. Когда птица вдыхает во второй раз, кислород перемещается в черепные воздушные мешочки, а обратно выходит через свищ в трахею через гортань. И, наконец, через носовую полость и выходит из ноздрей.

Сложная система

Дыхательная система птиц состоит из парных лёгких. Они содержат статические структуры на поверхности для газообмена. Расширяются и сокращаются лишь воздушные мешки, заставляя кислород двигаться через неподвижные лёгкие. Вдыхаемый воздух остаётся в системе в течение двух полных циклов, прежде чем будет полностью израсходован. Какая часть дыхательной системы птиц отвечает за газообмен? Эту важную роль выполняют лёгкие. Отработанный там воздух начинает выходить из организма через трахеи. Во время первого вдоха отработанные газы переходят в передние воздушные мешочки.

Они не могут сразу покинуть тело, так как во время второго вдоха свежий воздух снова поступает в оба задних мешка и лёгкие. Затем во время второго выдоха первый поток течёт наружу через трахею, и свежий кислород из задних мешков поступает в органы для газообмена. Строение дыхательной системы птиц имеет структуру, которая позволяет создавать однонаправленный (односторонний) приток свежего воздуха над поверхностью происходящего газообмена в лёгких. Кроме того, этот поток проходит там во время как вдоха, так и выдоха. В результате обмен кислорода и углекислого газа осуществляется непрерывно.

Эффективность системы

Особенности дыхательной системы птиц позволяют получать количество кислорода, необходимое для клеток организма. Большим преимуществом является однонаправленный характер и структура бронхов. Тут воздушные капилляры имеют большую общую площадь поверхности, чем, например, у млекопитающих. Чем больше составляет этот показатель, тем больше кислорода и углекислого газа могут циркулировать в крови и тканях, что обеспечивает более эффективное дыхание.

Структура и анатомия воздушных мешочков

У птицы имеется несколько комплектов воздушных ёмкостей, включая хвостовые брюшные и каудальные грудные. В состав черепных входят шейный, ключичный и краниальный грудной мешки. Их сжатие или расширение возникает, когда изменяется часть тела, в которой они размещены. Размер полости контролируется движением мышц. Самая крупная ёмкость для воздуха располагается внутри стенки брюшины и окружает органы, размещённые в ней. В активном состоянии, например во время полёта, птице требуется больше кислорода. Способность к сжатию и расширению полостей тела позволяет не только быстрее прогонять больше воздуха через лёгкие, но и облегчать вес пернатого существа.

Во время полёта учащённое движение крыльев создаёт атмосферный поток, который наполняет воздушные мешочки. Мышцы брюшного пресса в значительной степени ответственны за процесс, находясь в спокойном состоянии. Дыхательная система птиц отличается как структурно, так и функционально от той, что присуща млекопитающим. Птицы имеют лёгкие – небольшие, компактные губчатые структуры, сформированные среди рёбер по обеим сторонам позвоночника в грудной полости. Плотные ткани этих органов крылатых весят столько же, сколько у млекопитающих равного веса тела, но занимают только половину объёма. Здоровые особи, как правило, имеют лёгкие светло-розового цвета.

Пение

Функции дыхательной системы птиц не ограничиваются одним лишь дыханием и насыщением кислородом клеток тела. Сюда также можно отнести пение, с помощью которого происходит общение между особями. Свист – это звук, получаемый вокальным органом, расположенным у основания высоты трахеи. Как и в случае с гортанью млекопитающих, он производится вибрацией воздуха, протекающей через орган. Такое своеобразное свойство позволяет некоторым видам птиц производить чрезвычайно сложные вокализации, вплоть до имитации человеческой речи. Некоторые певчие виды могут производить множество разных звуков.

Этапы циклов дыхания

Вдыхаемый воздух проходит через два дыхательных цикла. В своей совокупности они состоят из четырёх этапов. Серия из нескольких взаимосвязанных шагов максимизирует контакт свежего воздуха с дыхательной поверхности лёгких. Процесс происходит следующим образом:

Большая часть воздуха, вдыхаемого за первый шаг, проходит через первичные бронхи в задние воздушные лопасти.
Вдыхаемый кислород перемещается из задних мешков в лёгкие. Тут происходит газообмен.
В следующий раз, когда птица вдыхает, насыщенный кислородом поток перемещается из лёгких в передние ёмкости.
Второй выдох вытесняет обогащённый углекислым газом воздух из передних мешков через бронхи и трахею обратно в атмосферу.

Высокая потребность в кислороде

Благодаря высокой скорости обмена веществ, необходимых для полёта, всегда существует высокая потребность в кислороде. Подробно рассматривая, какая дыхательная система у птиц, можно сделать вывод:особенности её устройства вполне помогают удовлетворить эту потребность. Хотя пернатые имеют лёгкие, они в основном полагаются на воздушные мешочки для вентиляции, которые составляют 15% от общего объёма тела. Одновременно их стенки не имеют хорошего кровоснабжения, поэтому не играют непосредственную роль в газообмене. Они ведут себя как посредники для перемещения воздуха через дыхательную систему.

У крылатых отсутствует диафрагма. Поэтому вместо регулярного расширения и сужения дыхательных органов, как это наблюдается у млекопитающих, активной фазой у птиц является выдох, который требует мышечного сокращения. Существуют различные теории о том, как птицы дышат. Многие учёные до сих пор изучают процесс. Особенности строения дыхательной системы птиц и млекопитающих не всегда совпадают. Эти различия позволяют нашим крылатым собратьям иметь необходимые приспособления для полёта и пения. Это также необходимая адаптация для поддержания высокой скорости обмена веществ для всех летающих созданий.

Читайте также: