1) Двойное дыхание у птиц – это хитро. Попытаемся разобраться по схеме:

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 (синие стрелки) воздушные мешки расширяются, и туда заходит воздух. В мешки №2 заходит воздух, прошедший через легкие (насыщенный углекислым газом, «использованный»). В мешках №1 запасается чистый воздух. При выдохе (красные стрелки) мешки сжимаются. Использованный воздух из мешков №2 выдыхается сразу, а чистый воздух из мешков №1, 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 (получается «четверное дыхание») птицы получают гораздо больше кислорода, чем мы.

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. Для нелюбителей физики: работа, поделенная на время, называется мощность. Птицы более мощные, поэтому они могут летать.

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).

2. Аэродинамика

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

7) Пережевывание пищи происходит не в голове, а в желудке (с помощью камней). Облегчение тела получается вряд ли, но тяжелые жевательные приспособления хотя бы расположены в центре тела (центровка самолета).

3. Облегчение тела

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).

4. Другие особенности скелета

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

15) Передние конечности превратились в крылья (что, не ожидали?), 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.

5. Нервная система и органы чувств

17) Увеличен мозжечок для лучшей координации движений.

18) На высоте бесполезны обоняние и слух, поэтому они у птиц развиты так себе. Зато у них лучшее на земле зрение

Плавание.

Благодаря оперению и большим воздушным мешкам удельный вес всех птиц меньше единицы. Поэтому любая птица в воде не тонет и при необходимости плывет. Могут присаживаться на воду дрозды и голуби, довольно часто плавают пастушки и многие кулики, иногда садятся на воду и плавают цапли и т.д. Но у птиц, постоянно связанных с водой (их более восьмисот видов), развиваются приспособления, облегчающие плавание, а у многих видов – и ныряние.

Тело плавающих птиц обычно несколько сплюснуто в спинно-брюшном направлении, что увеличивает устойчивость на воде. Более густое и плотное, чем у наземных птиц, оперение (особенно на нижней стороне тела) успешно противостоит намоканию. Плотное, с хорошо развитым пухом оперение и сильное развитие подкожного жирового слоя, свойственные большинству плавающих и ныряющих птиц, предотвращают охлаждение тела в холодной воде. Направленные вперед три пальца лапы соединены хорошо развитой плавательной перепонкой (пингвины, гагары, трубконосые, гуси и утки, чайки и чистиковые); у пеликанообразных (веслоногих) плавательная перепонка соединяет все четыре пальца. У небольшого числа видов (поганки, лысухи, кулики-плавунчики) вместо отсутствующей общей плавательной перепонки развивается плотная ороговевающая кожистая оторочка каждого пальца. Все это увеличивает общую поверхность лапы и тем самым повышает силу толчка при гребле. У плавающих и особенно у ныряющих птиц цевка более или менее уплощается с боков (особенно плоская у поганок), что уменьшает сопротивление воды при занесении конечности вперед для гребка. Опорой туловища плывущей птицы служит вода; ноги отводятся несколько назад, голень занимает почти горизонтальное положение, основные движения осуществляются в интертарзальном суставе (рис.). При движении лапы назад пальцы растопыриваются и производят толчок; когда дистальная часть ноги (цевка и пальцы) заносится вперед для следующего гребка, пальцы складываются, что резко уменьшает сопротивление воды (рис.). При медленном плавании, ноги двигаются попеременно, при быстром плавании хороших пловцов ноги двигаются обычно одновременно. Повороты осуществляют либо более сильным гребком противоположной лапы, либо тормозящим движением ноги, с той стороны, куда птица поворачивает. У пингвинов при плавании энергично работают крылья-ласты, а вытянутые назад лапы выполняют лишь функцию руля.

Ныряние

Низкий удельный вес птиц, облегчая плавание, сильно затрудняет ныряние. Довольно много птиц при ловле добычи способны нырять с пикирования: птица летает над водой и, заметив у поверхности добычу, полускладывает крылья и резко пикирует, погружаясь в воду на небольшую глубину за счет инерции (1–2 собственных длины). К такому нырянию прибегают птицы, которые могут плавать – трубконосые, многие веслоногие (фрегаты, фаэтоны, олуши, американский бурый пеликан, чайки, крачки, поморники); но так же ныряют и птицы, обычно не садящиеся на воду и не имеющие внешних признаков водных птиц – скопа, орланы, рыбные филины, многие – зимородки. Специальные приспособления к такому нырянию выражены слабо. По-настоящему ныряет, т.е. погружается на большую глубину и активно передвигается в толще воды, преследуя добычу или спасаясь от опасности, относительно небольшое число видов хорошо плавающих птиц. Приспособления к нырянию у них выражены отчетливее. Все ныряющие виды имеют плотное оперение и хорошо развитый слой подкожной жировой клетчатки. Уменьшается пневматичность скелета. Удельный вес выше 0,7, а в момент ныряния, видимо, приближается к единице благодаря прижиманию оперения и сжиманию воздуха в воздушных мешках подвижной грудиной.