Интенсивности газообмена способствует наличие противоточной системы кровообращения в легких птиц, т.е. кровь и воздух движутся в противоположных направлениях, на встречу друг другу. Из-за этого "более свежие" порции воздуха контактируют с "более артериальной" кровью, что обеспечивает эффективный газообмен. Птицы из 1 литра воздуха извлекают 40 мл кислорода (млекопитающие - 30 мл), при этом напряженность кислорода в артериальной крови больше, а двуокиси углерода меньше, чем в выдыхаемом воздухе! Попробуем схематично показать, как же противоточная система обеспечивает такой великолепный газообмен.
Газообмен у птиц
Сверху - парабронх, снизу - капилляр, направление тока воздуха и крови указаны стрелками. Красными и синими кружками обозначены соответственно: кислород и углекислота. При контакте воздуха и крови через аэрогематический барьер концентрации кислорода в воздухе и в крови стремятся выравняться. То же касается и углекислоты. Обратите особое внимание на разницу между результатами газообмена - выдыхаемым воздухом и артериальной кровью. Об этой разнице соотношений газов говорилось ранее.
Здесь схематично изображена альвеола легкого и капилляр. Направление тока крови, а так же воздуха при вдохе (слева) и выдохе (справа) указано стрелками. Опять же, при контакте воздуха и крови через аэрогематический барьер концентрации кислорода, равно как и углекислоты, в воздухе и в крови стремятся выравняться. Однако контакт с воздухом происходит только один раз и концентрации газов в артериальной крови и в выдыхаемом воздухе равны. Это наглядная схема, хотя и весьма грубо иллюстрирующая механизм газообмена. В частности, из схемы можно заключить, будто при вдохе в альвеолах оказывается сразу вдыхаемый воздух, что совсем не так (воздух в альвеолах вообще не движется, происходит только диффузия газов между вдыхаемым и альвеолярным воздухом).
Частота дыхательных движений, как и частота сердечных сокращений, тем больше, чем меньше масса птицы. У утки кряквы в покое - 10-16, у мелких воробьиных - 60-100 дых. движ./мин.
Пищеварительная система
Клюв представляет собой беззубые челюсти, покрытые роговым покровом. В плане пищеварения клюв служит для заглатывания пищи, в остальном же это основной инструмент птицы, служащий абсолютно для всего, от строительства гнезда до помощи при передвижении. Формы клюва очень различны для птиц с разными типами питания и разными условиями обитания. Язык копьевидный, подвешен мышцами в области челюстного сустава, так что даже при широко открытом клюве птица может прижимать пищу (добычу) к небу. Подъязычный мешок имеется не у всех птиц, из вороновых его имеют грач, кедровка. Мешок находится перед языком, служит резервуаром для корма, опорожняется при помощи языка. Пищевод у птиц длинный, у некоторых видов имеет локальное расширение - зоб. Желудок у птиц поделен на два отдела, пилорический и кардиальный. Пилорический отдел имеет мощную мускулатуру и служит для механической обработки пищи, при чем для перетирания обычно необходимы гастролиты - заглатываемые птицей мелкие камешки. Кардиальный отдел богат железами, выделяющими желудочный сок, здесь происходит химическая обработка пищи. Кишечник тонкий и толстый - в кишечнике происходит переваривание пищи (за счет ферментов поджелудочной железы в присутствии желчи) и всасывание продуктов пищеварения, а так же обработка пищи микрофлорой, заселяющей кишечник. У птиц толстая и прямая кишка короткие, слепые кишки парные, иногда сильно удлинены (в основном у зерноядных птиц). Пищеварение у птиц происходит быстро, дольше перевариваются растительные белки, которых много в семенах растений. Плоды растений и животная пища перевариваются быстрее. У воробьиных птиц ягоды проходят через желудочно-кишечный тракт за 8-10 мин, в желудке утки рыбьи чешуйки расщепляются за 10-15 мин, зерна у курицы - за 12-24 часа. У птиц высока потребность в пище из-за быстрого обмена веществ и отсутствия существенных запасов энергетически ценных веществ в организме, поэтому голодание крайне опасно для птиц. Поэму птицы почти никогда не бывают сыты, птица всегда съест больше необходимого минимума, если есть такая возможность, что обычно и происходит. Мелкие птицы съедают относительно большее количество корма (до 1/4 массы тела), чем крупные (до 1/10 массы).
Центральная нервная система
1. Передний мозг 2. Промежуточный мозг 3. Гипофиз 4. Средний мозг и его боковые выпячивания 5. Продолговатый мозг 6. Мозжечок 7. Обонятельные доля и нерв 8. Эпифиз 9. Базальный ганглий 10. Зрительный нерв
Головной мозг птиц развивался в процессе эволюции по иному пути, нежели у млекопитающих. У птиц развитие переднего мозга происходило не за счет коры полушарий, а за счет развития базальных ганглиев и их дифференцировки на нео- и гиперстриатум, очень сильно развился мозжечок и средний мозг.
Органы чувств
У птиц хорошо развито зрение. Общее поле зрения у птиц составляет более чем 300›, т.к. поле зрения одного глаза 150-170›, а видит птица каждым глазом отдельно, а не обоими сразу, из-за их расположения. Бинокулярное зрение (там, где поля зрения обоих глаз совпадают) у птиц имеется, но его поле сравнительно мало - 20-30› (у человека - 150›). Экспериментально установлено, что птице требуется посмотреть на предмет обоими глазами по отдельности, что бы как следует рассмотреть и запомнить. Когда синице, прячущей корм, один глаз прикрывали колпачком, она не могла потом найти свои запасы. У многих видов птиц высока способность глаза к аккомодации (изменению кривизны значка и глубины зрения), так, у баклана она равна 40-50 диоптриям (у человека - 14-15), однако у некоторых видов (куры, голуби) она достигает лишь 8-12 диоптрий. У быстро летающих птиц (ласточки, крачки) на сетчатке имеется не одно (как у человека), а несколько зон наиболее острого видения. Острота зрения у птиц в 4-5 раз выше, чем у человека. Хищные птицы видят даже мелкую добычу с очень больших расстояний.
Мочеполовая система
Мочеполовая система птиц сходна с таковой у рептилий. Мочеточники и мочевой пузырь у птиц открываются в клоаку, как и кишечник. У самцов имеются два семенника, семявыносящий проток открывается в клоаку. У самок развит только левый яичник и яйцевод, что объясняется очень большим размером яиц. За яйцеводом следуют матка и влагалище, открывающееся в клоаку.
Размножение
Размножение - важнейший период жизни, который должен наступать тогда, когда сложились максимально благоприятные условия для появления жизнеспособного потомства. Из-за этого птицы приступают к размножению только при наличии ряда факторов, которые бы и говорили о наличии в данный момент таких благоприятных условий, т.е. инициировали бы начало цикла размножения. Для выведения потомства птицам необходимо совершить специфичные для них действия - постройка гнезда, насиживание кладки, выкармливание и воспитание птенцов. Половая система птиц испытывает сезонные изменения, характеризующиеся у особей обоих полов увеличением и усиленной работой половых желез (гонад) в период, предшествующий размножению. Усилении функций желез регулируется гормонами гипофиза - гонадотропными гормонами и пролактином. Инициирующим фактором, вызывающим активацию функций гонад, считают изменение продолжительности светового дня (фотофактор), т.к. это наиболее неизменный фактор, говорящий о смене сезонов. На фотофактор хорошо ориентироваться птицам средних широт, а также птицам, прилетевшие в средние широты из тропиков, где световой день более постоянен. Также у птиц имеются и эндогенные механизмы, "биологические часы", которые и позволяют ориентироваться птицам, находящимся в зонах, где световой день не подвержен изменениям. Конечно, птицы в таких местах имеют и собственные ориентиры, такие как сезоны дождей и засух, смена состава кормов и т.д., однако мы будем говорить о птицах, проживающих или гнездящихся в средних широтах. Увеличение светового дня быстрее действует на половую систему самцов. Так, в эксперименте у самца удается вызвать увеличение массы и усиление функции семенников при искусственном увеличении светового дня даже зимой. Далее важную роль играет поведенческий фактор - начинается брачный период. На самок фотофактор действует медленнее и в меньшей степени, и они нуждаются в дополнительных стимулах. Таковыми являются брачное поведение самца, подходящее место для гнезда и оптимальные условия среды (температура, количество кормов). При формировании пар, постройке гнезда, наличии необходимого количества корма и соответствующего энергетического баланса в организме, при котором размножение, возможно, происходит яйцекладка. При отсутствии же каких-либо факторов, таких как отсутствие подходящего места, для гнезда, недостаток корма, понижение температуры - яйцекладки может не произойти и состояние половой системы самки вернется в состояние покоя. При благоприятных условиях, когда яйцекладка происходит, включается механизм фоторефрактерности - невосприимчивости к длинному световому дню. Это нужно для того, что бы после весеннего гнездования не произошло повторной активации механизмов размножения, т.к. размножение в этот период чревато появлением птенцов в неблагоприятный для этого сезон. Однако это индивидуально для каждого вида. Многие птицы полицикличны и могут за один сезон сделать 2-3 кладки, при чем новая кладка начинается только после выведения потомства от предыдущей. Повторная кладка может быть вынужденной - тогда, когда первая кладка по каким-либо причинам погибла.
Яйца откладывается самкой не одномоментно, а с промежутками от 24 ч (у большинства) до 72 ч (у крупных птиц) и 120 ч (у наиболее крупных). Интересен тот факт, что существует зависимость между временем появления яиц и их размерами и выживаемостью. Яйца тем мельче (и содержание желтка в них тем меньше), чем позднее самка снесла его. Часть потомства птиц гибнет не вылупившись, при чем выживают в большинстве первые яйца, меньше вторых, еще меньше третьих, четвертых выживает всего несколько процентов, а далее потомства может совсем не быть (конечно, цифры зависят от величины кладки). Было установлено, что у воробьиных птиц в среднем вылупляется 22-59% яиц, в среднем 45%. Насиживание яиц необходимо для создания температурной независимости яйца от внешней среды. Для этого у насиживающей птицы (у большинства видов) происходит специфическая линька - формирование наседного пятна - лишенных перьев участков кожи на брюшке. Пятен может быть от одного до трех, их количество и размеры варируют у разных видов. Наседные пятна появляются у птицы того пола, которая осуществляет насиживание, что, может делать как один из родителей, так и оба. Насиживание может быть как относительно непрерывным - когда яйца обогреваются почти все время, прерывистым - когда насиживание происходит несколько раз в сутки, при чем продолжительность увеличивается с увеличением кладки, и смешанным - прерывистым в начале яйцекладки и относительно постоянным начиная с ее середины. Температура в гнезде в течение суток изменяется в пределах 26-42›C, в среднем суточная температура равна 33,5-39,8›C. Во время насиживания птицы могут переворачивать и покачивать яйца, что способствует как равномерному прогреванию яиц, так и нормальному ходу эмбриогенеза и аэрации яиц, т.к. концентрация углекислого газа на дне гнезда больше, чем в верхних слоях воздуха, а яйца проницаемы для газов, особенно тупой конец яйца.