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.
