Układ oddechowy ptaków jest wyjątkowy. U ptaków prądy powietrzne biegną tylko w jednym kierunku, co nie jest charakterystyczne dla innych kręgowców. Jak możesz wdychać i wydychać przez jedną tchawicę? Rozwiązanie jest niesamowitym połączeniem unikalnych cech anatomicznych i manipulacji przepływem atmosferycznym. Cechy układu oddechowego ptaków determinują złożone mechanizmy worków powietrznych. Nie występują u ssaków.
Układ oddechowy ptaków: schemat
Proces u skrzydlatych zwierząt jest nieco inny niż u ssaków. Oprócz płuc mają również worki powietrzne. W zależności od gatunku układ oddechowy ptaków może obejmować siedem lub dziewięć takich płatów, które mają dostęp do kości ramiennej i udowej, kręgów, a nawet czaszki. Ze względu na brak przepony powietrze jest przemieszczane poprzez zmianę ciśnienia w workach powietrznych za pomocą mięśni piersiowych. Powoduje to powstanie podciśnienia w łopatkach, wtłaczając powietrze do układu oddechowego. Takie działania nie są pasywne. Wymagają pewnych skurczów mięśni, aby zwiększyć nacisk na worki powietrzne i wypchnąć powietrze.
Struktura układu oddechowego ptaków polega na podnoszeniu mostka podczas procesu. Płuca pierzaste nie rozszerzają się ani nie kurczą jak narządy ssaków. U zwierząt wymiana tlenu i dwutlenku węgla odbywa się w mikroskopijnych pęcherzykach zwanych pęcherzykami płucnymi. U skrzydlatych krewnych wymiana gazowa zachodzi w ściankach mikroskopijnych rurek zwanych kapilarami powietrznymi. Narządy oddechowe ptaków działają wydajniej niż ssaków. Z każdym oddechem są w stanie przenosić więcej tlenu. W porównaniu ze zwierzętami o podobnej wadze, tempo oddychania jest wolniejsze.
Jak oddychają ptaki?
Ptaki mają trzy różne zestawy narządów oddechowych. Są to przednie worki powietrzne, płuca i tylne worki powietrzne. Podczas pierwszego oddechu tlen przechodzi przez nozdrza na styku czubka dzioba i głowy. Tutaj jest podgrzewany, nawilżany i filtrowany. Otaczająca je mięsista tkanka nazywana jest w niektórych gatunkach cere. Przepływ następnie przenosi się do jamy nosowej. Wdychane powietrze przemieszcza się dalej w dół do tchawicy lub tchawicy, która dzieli się na dwa oskrzela. Następnie rozgałęziają się na wiele ścieżek w każdym płucu.
Większość tkanki tego narządu to około 1800 małych przylegających oskrzeli trzeciorzędowych. Prowadzą do maleńkich naczyń włosowatych powietrza, które przeplatają się z naczyniami krwionośnymi, w których zachodzi wymiana gazowa. Przepływ powietrza nie trafia bezpośrednio do płuc. Zamiast tego podąża za woreczkami ogonowymi. Niewielka ilość przechodzi przez formacje ogonowe przez oskrzela,które z kolei dzielą się na mniejsze naczynia włosowate o średnicy. Kiedy ptak wdycha drugi raz, tlen przedostaje się do worków powietrznych czaszki iz powrotem przez przetokę do tchawicy przez krtań. I wreszcie przez jamę nosową i przez nozdrza.
Złożony system
Układ oddechowy ptaków składa się z par płuc. Zawierają statyczne struktury na powierzchni do wymiany gazowej. Jedynie worki powietrzne rozszerzają się i kurczą, zmuszając tlen do przemieszczania się przez nieruchome płuca. Wdychane powietrze pozostaje w systemie przez dwa pełne cykle, zanim zostanie całkowicie zużyte. Która część układu oddechowego ptaka odpowiada za wymianę gazową? Tę ważną rolę odgrywają płuca. Wydychane tam powietrze zaczyna opuszczać ciało przez tchawicę. Podczas pierwszego oddechu gazy odlotowe przechodzą do przednich worków powietrznych.
Nie mogą natychmiast opuścić ciała, ponieważ podczas drugiego oddechu świeże powietrze ponownie dostaje się do worków tylnych i płuc. Następnie, podczas drugiego wydechu, pierwszy przepływ wypływa przez tchawicę, a świeży tlen z tylnych woreczków dostaje się do narządów w celu wymiany gazowej. Struktura układu oddechowego ptaków ma strukturę pozwalającą na wytworzenie jednokierunkowego (jednostronnego) napływu świeżego powietrza ponad powierzchnię toczącej się wymiany gazowej w płucach. Ponadto przepływ ten przepływa tam zarówno podczas wdechu, jak i wydechu. W efekcie wymiana tlenu i dwutlenku węgla odbywa się w sposób ciągły.
Wydajność systemu
Cechy układu oddechowego ptaków pozwalają uzyskać niezbędną dla komórek organizmu ilość tlenu. Dużą zaletą jest jednokierunkowy charakter i struktura oskrzeli. Tutaj kapilary powietrzne mają większą całkowitą powierzchnię niż np. u ssaków. Im wyższa ta liczba, tym więcej tlenu i dwutlenku węgla może krążyć we krwi i tkankach, co zapewnia bardziej efektywne oddychanie.
Budowa i anatomia worków powietrznych
Ptak ma kilka zestawów zbiorników powietrza, w tym brzuszny ogonowy i piersiowy ogonowy. W skład czaszki wchodzą worki piersiowe szyjne, obojczykowe i czaszkowe. Ich skurcz lub rozszerzenie następuje, gdy zmienia się część ciała, w której są umieszczone. Wielkość wnęki jest kontrolowana przez ruch mięśni. Największy pojemnik na powietrze znajduje się wewnątrz ściany otrzewnej i otacza znajdujące się w niej narządy. W stanie aktywnym, np. podczas lotu, ptak potrzebuje więcej tlenu. Zdolność do kurczenia i rozszerzania jam ciała pozwala nie tylko na szybkie przepuszczenie większej ilości powietrza przez płuca, ale także na zmniejszenie wagi upierzonego stworzenia.
Podczas lotu szybki ruch skrzydeł tworzy przepływ atmosferyczny, który wypełnia worki powietrzne. Mięśnie brzucha są w dużej mierze odpowiedzialne za proces w spoczynku. Układ oddechowy ptaków różni się zarówno strukturalnie, jak i funkcjonalnie od układu oddechowego ssaków. Ptaki mają płuca - małe, zwarte, gąbczaste struktury utworzone między żebrami po obu stronach kręgosłupa w jamie klatki piersiowej. Gęste tkanki tych uskrzydlonych narządów ważą tyle samo, co ssaki o tej samej masie ciała, ale zajmują tylko połowę objętości. Zdrowe osoby mają zwykle jasnoróżowe płuca.
Śpiew
Funkcje układu oddechowego ptaków nie ograniczają się do oddychania i dotlenienia komórek ciała. Obejmuje to również śpiew, za pomocą którego dochodzi do komunikacji między jednostkami. Świst to dźwięk wydawany przez narząd głosowy znajdujący się u podstawy wysokości tchawicy. Podobnie jak krtań ssaków, jest wytwarzana przez wibracje powietrza przepływającego przez narząd. Ta osobliwa właściwość pozwala niektórym gatunkom ptaków na wydawanie niezwykle złożonych wokalizacji, aż do imitacji ludzkiej mowy. Niektóre gatunki pieśni mogą wydawać wiele różnych dźwięków.
Etapy cykli oddechowych
Wdychane powietrze przechodzi przez dwa cykle oddechowe. W całości składają się z czterech etapów. Seria kilku powiązanych ze sobą kroków maksymalizuje kontakt świeżego powietrza z powierzchnią oddechową płuc. Proces wygląda następująco:
- Większość powietrza wdychanego podczas pierwszego etapu przechodzi przez pierwotne oskrzela do tylnych płatów powietrza.
- Wdychany tlen przemieszcza się z tylnych worków do płuc. To tutaj odbywa się wymiana gazu.
- Następnym razem ptak wdech, sytyprzepływ tlenu przemieszcza się z płuc do przednich zbiorników.
- Drugi wydech wypycha powietrze wzbogacone dwutlenkiem węgla z przednich worków przez oskrzela i tchawicę z powrotem do atmosfery.
Wysokie zapotrzebowanie na tlen
Z powodu wysokiego tempa metabolizmu wymaganego do lotu, zawsze istnieje duże zapotrzebowanie na tlen. Rozważając szczegółowo, jaki rodzaj układu oddechowego mają ptaki, możemy stwierdzić: cechy jego urządzenia całkiem pomagają zaspokoić tę potrzebę. Chociaż ptaki mają płuca, do wentylacji wykorzystują głównie worki powietrzne, które stanowią 15% ich całkowitej objętości ciała. Jednocześnie ich ściany nie mają dobrego ukrwienia, dlatego nie odgrywają bezpośredniej roli w wymianie gazowej. Działają jako pośrednicy w przenoszeniu powietrza przez układ oddechowy.
Skrzydlaci nie mają przepony. Dlatego zamiast regularnego rozszerzania się i kurczenia narządów oddechowych, jak to obserwuje się u ssaków, u ptaków fazą aktywną jest wydech, który wymaga skurczu mięśni. Istnieje wiele teorii na temat oddychania ptaków. Wielu naukowców wciąż bada ten proces. Cechy strukturalne układu oddechowego ptaków i ssaków nie zawsze są zbieżne. Te różnice pozwalają naszym skrzydlatym braciom na przystosowanie się do latania i śpiewania. Jest to również niezbędna adaptacja do utrzymania wysokiego tempa metabolizmu wszystkich latających stworzeń.
