Адаптации животных к движению по воздуху

 

1) Двойное дыхание у птиц. 
Легкие у птиц губчатые, они не могут расширяться-сжиматься, как наши. Эту работу (расширяться при вдохе и сжиматься при выдохе) у птиц выполняют воздушные мешки. При вдохе воздушные мешки расширяются, и туда заходит воздух. В одни мешки заходит воздух, прошедший через легкие (насыщенный углекислым газом, «использованный»). В других мешках запасается чистый воздух. При выдохе мешки сжимаются. Использованный воздух из одних мешков выдыхается сразу, а чистый воздух из других мешков, прежде чем выйти наружу, проходит через легкие. Таким образом, и при вдохе, и при выдохе через легкие птицы проходит свежий воздух. Именно поэтому птичье дыхание называется «двойным». Кстати, обратите внимание: воздух через легкие птиц движется все время в одном и том же направлении, что облегчает организацию противотока. За счет двойного дыхания и противотока птицы получают гораздо больше кислорода, чем остальные летающие. 

2) Для запасания  кислорода летательные мышцы содержат много миоглобина. 

3) Кровеносная система не отстает от дыхательной: в ней очень высокое давление и частота сердечных сокращений. (Среднее давление у птиц 133 мм рт. ст., а у млекопитающих – всего лишь 97 мм рт. ст. Зато пульс у полукилограммового млекопитающего будет около 250 раз в минуту, а у аналогичной птицы – всего лишь 180. Зато масса сердца птицы составляет в среднем 0,8% от массы тела, а у млекопитающего – всего лишь 0,6%. Короче, кровеносные системы птиц и зверей примерно равны; птицы выигрывают за счет того, что их кровь содержит гораздо больше кислорода, см. п. 1.) 

4) За счет  отлично развитых кровеносной  и дыхательной систем у птиц  очень быстрый обмен веществ  и высокая температура тела (у  млекопитающих от 36 до 39 °С, а у птиц – от 40 до 42 °С). При высокой температуре быстрее идут все процессы жизнедеятельности, в том числе быстрее происходит сокращение мышц. Это позволяет птицам совершать большую работу за единицу времени.

 

5) Для получения  большого количества энергии  птицы едят намного больше, чем млекопитающие с такой же массой тела (на фоне птиц даже бурозубка, которой приходится питаться 80 раз в день, после еды – спать 10 минут, затем снова есть – не выглядит такой уж страдалицей). Чтобы хоть немного сэкономить, некоторые птицы (например, колибри), во время сна уменьшают температуру тела (гетеротермия).

 

6) Обтекаемая форма тела. В частности, крупные мышцы, двигающие конечности, расположены на теле, а к конечностям идут сухожилия. 

7) Пережевывание  пищи происходит не в голове, а в желудке (с помощью камней  и двухкамерного желудка).

 

8) Перья, образующие летательную поверхность крыльев, мертвые (аналоги наших волос). Им не нужны кровеносные сосуды, приносящие питание и кислород, поэтому перья очень легкие. 

9) Легкий скелет наполнен воздухом (в костях находятся воздушные мешки из п. 1). (В связи с этим у птиц нет красного костного мозга и эритроцитам приходится размножаться самим – для этого у них есть ядро.) 

10) Уменьшено количество костей, особенно в крыльях и ногах. 

11) Один яичник. 

12) Нет слюнных желез. 

13) Нет мочевого пузыря (это связано скорее с выделяемым продуктом обмена – мочевой кислотой, которая не ядовита, поэтому её не надо разбавлять).

 

14) Киль для прикрепления мощных летательных мышц (опускающих крыло). 

15) Передние  конечности превратились в крылья, поэтому приходится ходить на двух ногах. Чтобы доставать до земли, большие птицы имеют длинную гибкую шею. 

16) Поясничные позвонки для создания хорошей опоры срослись между собой, с крестцовыми и хвостовыми позвонками, а также с подвздошными костями.

 

17) Увеличен мозжечок для лучшей координации движений. 

МЛЕКОПИТАЮЩИЕ

В высокоствольных горных лесах  Явы живет шерстокрыл или летающий маки. Он принадлежит к млекопитающим.

 

Никаких крыльев у него нет, но есть свой, сросшийся с телом, парашют. Это кожистая перепонка, которая  начинается на шее, соединяется с  передними ногами, охватывая их вплоть до когтей пальцев, широкой полосой  идет она вдоль боков тела к  пальцам задней ноги и далее, постепенно суживаясь, идет до кончика хвоста. Таким образом все тело, кроме  головы, скрыто у летающего маки в его парашюте.

Пока шерстокрыл спокойно ползет по дереву, кожная складка собрана и  почти незаметна. Но вот зверек бежит  на конец сука, делает сильный прыжок и, распластавшись в воздухе, постепенно спускается вниз. Благодаря перепонке  он может делать «прыжки» в 60 и даже 70 метров. Спускается вниз под очень  небольшим углом. На 5 метров полёта он теряет всего только, один метр высоты.

***

У нас, в лесах северной половины Европейской части России и в  лесах Сибири, водится летяга. Днем она прячется в дуплах деревьев, избегая дневного освещения. Однако, её легко выгнать. Несколько ударов тяжелой палкой по стволу дерева —  и вот летяга выскочила на яркий  дневной свет. Как бы растерявшись, она в несколько приемов, с  остановками, начинает медленно продвигаться к вершине, всё время распластываясь и прижимаясь поближе к стволу. Окраска летяги хорошо скрывает её на стволе осины, да и на другом дереве. Добравшись до вершины, белка-летяга усаживается  на один из сучков, подбирает перепонку, сжимается в комок. Прыжок — и  она уже в воздухе. Конечности её широко расставлены, иногда, однако задние тесно сближены, почти прижаты  к хвосту. Тогда силуэт планирующей  летяги имеет очертания треугольника. Как неожиданное видение, пролетает  она где-либо в прогалине между  деревьями или на лесной просеке. Заканчивая прыжок, летяга садится  не прямо на ствол, а несколько  сбоку, по касательной, вероятно для  того, чтобы смягчить удар. В момент посадки, тормозя, она, бывает, чуть-чуть приподнимается кверху. Во время прыжка, летяги опираются на летательную  перепонку, которая проходит по бокам  тела от передних конечностей к задним. На земле эти зверьки почти  совершенно беспомощны.

Есть и еще животные, которые  могут, используя патагиальные (кожные) складки или хотя бы густые волосы, удлинять свой прыжок, превращая его  в подобие полета. К ним принадлежит, например, наша обыкновенная белка. Однако, нет надобности всех их перечислять. Уже и приведенных примеров достаточно, чтобы видеть, что перемещаться в  воздухе могут многие представители  животного мира и помимо настоящих  летунов, т. е. птиц и летучих мышей.

***

У летучих мышей воздушных мешков нет, зато, как у других млекопитающих, есть диафрагма, которая способствует дыхательным движениям. Рассмотрим скелет летучей мыши. Кости у нее  тонкие и прочные, хотя им не хватает  пневматичности. У летучих мышей имеется широкая кожная перепонка, которая начинается от шеи, проходит через плечо, удлиненное предплечье, еще более длинные второй и пятый пальцы, потом по бокам тела, захватывая нижние конечности и хвост. В полете эта перепонка натягивается и образует крыло. Но такое крыло менее совершенно, и летучие мыши тратят на передвижение по воздуху больше энергии, чем птицы. Кроме того, птицы сохранили способность передвигаться по земле и плавать. У летучих же мышей задние конечности входят в состав крыльев, поэтому на земле они неуклюжи

У летучих мышей есть киль, но небольшой, и сама грудина много меньше, чем у птиц. Но у рукокрылых возникли структуры, способные компенсировать недостаточно развитый киль. Ряд мышц, участвующих в движении крыла крепится не к грудине, а к фиброзной пленке, образующей шов между ними.

У одних видов рукокрылых жесткое  строение позвоночного столба, у других более подвижное. Дело в том, что  жесткость позвоночника дает преимущество в полете, но подвижный и гибкий осевой скелет позволяет использовать широкий диапазон двигательных приемов, расширяет возможность использования  убежищ. Некоторые рукокрылые сумели найти компромиссное решение: их позвоночник в полете фиксируется  с помощью различных приспособлений, напоминающих защелки, замки, упоры, зацепы, а в спокойном состоянии получает определенную подвижность.

Крылья летучих  мышей уникальны – кожистая прочная  перепонка соединяет пальцы передних лапок, достигшие гигантской длины  в процессе эволюции, с задними  лапками и хвостом. Нечто вроде  таких крыльев было только у древних  ящеров – птеродактилей. Крылья делают летучую мышь единственным млекопитающим, способным к настоящему полету (в отличие от белок-летяг, которые «планируют», а не летают)

Способность летать дается нелегко  – энергии при полете тратится в три – пять раз больше, чем  при «наземных» способах передвижения. Поэтому летучая мышь должна потреблять гораздо больше пищи, чем мышь наземная. Однако «коэффициент полезного действия»  при полете гораздо больше – на одном и том же количестве «топлива»  летучая мышка покрывает более  широкую охотничью территорию, чем  наземные звери, и развивает скорость до 36км\ч.

Летучие мыши пользуются преимущественно  машущим полетом, иногда они могут  скользить. Временами поступательный машущий полет заменяется у них трепещущим, тогда тело летучей мыши принимает почти вертикальное положение. Таким полетом часто пользуется ушан, схватывающий насекомых с коры и листьев деревьев. Трепещущий полет может сопровождаться вертикальным подъемом. Птицы, за исключением очень маленьких (колибри), не в состоянии взлетать вертикально и, попав в узкую отвесную трубу, например, в колодец, остаются там навеки. Только с большим напряжением сил, и при том не с земли, а во время полета, может, например, утка подняться на очень короткое расстояние «свечкой».

Парящий полет у летучих мышей  не наблюдали.

Рис. 4. Различные стадии взмаха крыла летучей мыши (ночницы).

 

Рис. 5. Наиболее глубокое опускание крыла летучей мышью.

Очень часто площадь крыла, как  при опускании его, так и при  подъеме, остается неизменной.  Высоко поднятые и отведенные несколько назад крылья летучей мыши, опускаясь, идут вниз и несколько вперед. В конце взмаха вниз они опускаются настолько, что становятся почти параллельно друг другу. Поднимаясь, крыло не повторяет только что проделанного пути, а идет сначала круто вверх и лишь потом отводится назад, к исходной точке взмаха. Концы крыльев описывают относительно тела летучей мыши наклонную эллипсовидную фигуру, действительный путь их (вместе с туловищем) — дугообразная линия. Крыло движется плавно, без резких изгибов пути и, следовательно, без торможения. Ноги с межбёдерной перепонкой опускаются вместе с крылом и поднимаются в конце взмаха вверх. Поднимается крыло несколько быстрее, чем опускается. Число взмахов в секунду у ночницы — 11—12, у подковоноса — 16—18.

 

Рис. 6. Путь, описываемый концами крыльев подковоноса. 1—Вид сбоку. 2 — вид спереди.

Рулем во время полета летучих мышей  служит не хвост, а те же самые крылья. Боковые повороты совершаются в  результате сильного удара одним  крылом и притормаживания другим. Изменение высоты — переносом  крыльев то более вперед, то назад.

Летучие мыши начинают свой полет  не только бросаясь с возвышенного места, но могут взлетать и с земли. В предварительном разбеге они не нуждаются. Летают летучие мыши в сумерках и ночью, часто в совершенной темноте. Ориентация летучих мышей в полете сводится к тому, что летящая летучая мышь улавливает ухом отражение ею же издаваемых звуков ультравысокой частоты от близлежащих встречных предметов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАСЕКОМЫЕ

Насекомые - это самая многочисленная группа животных и, пожалуй, по способу полета, наиболее разнообразная. Трудно подсчитать точно, сколько видов насекомых существует в настоящее время: приблизительно ¹/₄ миллиона видов, из них подавляющее большинство — летающие.

У всех летающих позвоночных крыло  представляет собой не что иное, как видоизмененную переднюю конечность. У птиц пальцы передней конечности и вся кисть в сильной степени недоразвиты. Кости образуют только переднее ребро крыла, а вся несущая поверхность его образована перьями. У летучих мышей и у летающих ящеров, наоборот, кисть и особенно фаланги: пальцев очень хорошо развиты. Длинные пальцы служат опорой кожной складке крыла, растягивая ее во время полета.

Иначе устроены летательные органы насекомых. Все три пары ног их не имеют никакого отношения к  полету. Зато на спинной стороне  тела, на верхней стороне 2-го и 3-го грудного сегмента развиваются две, а иногда одна пара эластичных крыльев. Следовательно, в отличие от позвоночных, крылья насекомых развиваются не за счет органов движения по твёрдому субстрату, не за счет конечностей.

Рис. 7. Поперечный разрез через грудной сегмент насекомого (схематично). Пунктиром (4') и обозначено положение спинной пластинки сегмента, когда дорзовентральная мышца 1 расслаблена, в это время крылья опускаются книзу (5'). Сокращаясь, дорзовентральная мышца делает спинную сторону сегмента более плоской (4) и крылья поднимаются (5').

Совершенно своеобразно устроен  механизм управления крыльями у насекомых. Если у летучих мышей и птиц наибольшая работа мышц тратится на опускание  крыла, то у большинства насекомых  мышцы работают только на поднятие крыльев, а опускание их происходит почти автоматически. Представим себе поперечный разрез тела жука в области  груди. Внутри образовавшегося кольца мы увидим мышечные тяжи, идущие от спинной части сегмента к его брюшной части. Это дорзовентральная мышца. Сокращаясь, она приближает  спинную сторону сегмента к его брюшной стороне, делает спинную сторону более плоской, а крылья поднимаются вверх. Затем мышца расслабляется, спинная сторона сегмента автоматически возвращается в исходное положение и крылья с силой ударяют вниз. Таким образом, опускание крыла представляет собой как бы спуск заведенной пружины. Мышечная сила тратится только на ее завод.

Поскольку мы заговорили о насекомых, следует сказать несколько слов и о работе их крыльев. Движение крыла  у насекомых во время полета несколько  отлично от того, что мы знаем  о птицах. А именно, эластичное крыло  насекомого за полный период взмаха описывает  удлиненную восьмерку. При этом крыло  движется в общем вниз и вперед. Для стрекозы-лютки установлено, что плоскость крыла, опускаясь, сохраняет положение, близкое к  горизонтальному. При прохождении  самой низкой точки крыло резко  меняет свое положение, поворачивается вокруг своей длинной оси почти  на 90% и в положении, близком к  вертикальному, проходит всю вторую восходящую половину кривой. В это  время передний край крыловой пластинки  направлен, следовательно, кверху, а  задний край вниз. На самой верхней (и одновременно задней) точке восьмерки  снова повторяется резкий поворот  пластинки на 90° и плоскость  крыла опять становится горизонтально. Плоскость махания крылом, т. е. длинная  ось восьмерки, не вертикальна, а  наклонна к горизонту и составляет с осью тела насекомого примерно 40°.