Птицы – единственная группа позвоночных животных (кроме летучих мышей), способная не просто к парению в воздухе, а к настоящему полету, и их строение хорошо приспособлено для этой цели. Будучи хозяевами воздуха, они прекрасно чувствуют себя и на земле, и на воде, а некоторые из них – утки, например, – во всех трех средах.
Главным событием, обеспечившим птицам процветание – было развитие перьев. Подобно шерсти у млекопитающих, перья возникли сначала как теплоизолирующий покров и лишь позже преобразовались в несущие плоскости. Птицы оделись в перья, по-видимому, за миллионы лет до того, как обрели способность летать.
Физические приспособления к полету
Приспособление к полету привело к перестройке всех систем органов и поведе¬ния у птиц. Структурные изменения проявились в основном в увеличении силы мышц при снижении веса тела. Кости скелета стали полыми или ячеистыми либо преобразовались в тонкие изогнутые пластинки, сохранив достаточную прочность для выполнения предназначенных им функций. На смену тяжелым зубам пришел легкий клюв, перьевой же покров – образец легкости, хотя он и может весить больше, чем скелет. Между внутренними органами расположены участвующие в дыхании воздушные мешки.
Преобразование костного скелета, связанное с хождением птиц на задних конечностях и использованием передних для полета, особенно наглядно выражено в плечевом и тазовом поясах. Плечевой пояс жестко связан с грудиной, и потому при полете тело как бы висит на крыльях. Достигается это благодаря сильно разросшимся коракоидным костям, которые у млекопитающих отсутствуют. Заметно усилен и тазовый пояс, задние конечности хорошо удерживают птиц на земле (на ветвях при лазании или на воде при плавании) и, что особенно важно, успешно гасят удары в момент приземления. Поскольку кости стали тонкими, их прочность повысилась в результате срастания друг с другом. Как и у млекопитающих, три парные тазовые кости птиц слились с позвоночником и между собой. Произошло слияние туловищных позвонков, начиная от последнего грудного и кончая первым хвостовым. Позвонки вошли в состав сложного крестца, который укрепил тазовый пояс, позволив конечностям птиц осуществлять свои функции, не нарушая работы других систем.
Конечности и перьевой покров сильно видоизменен по сравнению с типичным строением позвоночных и скелет конечностей птиц. Так, кости плюсны и предплюсны удлинились и слились между собой, образовав дополнительный сегмент конечности. Бедро обычно скрыто под перьями. У задних конечностей появился механизм, позволяющий птицам удерживаться на ветвях. Мышцы – сгибатели пальцев лежат выше колена. Их длинные сухожилия проходят по передней стороне ко¬лена, затем по задней стороне цевки и нижней поверхности пальцев. При сгибании пальцев, когда птица обхватывает ветку, сухожильный механизм «запирает» их, так что захват не слабеет даже во время сна.
«Кисть руки» сильно редуцирована, а оставшиеся кости передних конечностей срослись, образуя опору для первостепенных маховых перьев. Сохранив¬шийся первый палец является опорой для рудиментарного «крылышка», которое действует как особый регулятор, снижающий торможение крыла при малых скоростях полета. Второстепенные маховые перья прикрепляются к локтевой кости. Совместно с замечательным устройством самих перьев все это создает крыло – орган, отличающийся высокой эффективностью и адаптивной пластичностью.
Перья и полет
Подъемную силу и управление при полете обеспечивают маховые и рулевые перья, но их аэродинамические свойства еще не поняты до конца. При нормальном машущем полете крылья движутся вниз и вперед, а затем – резко вверх и назад. При ударе вниз крыло имеет такой крутой угол атаки, что оно гасило бы скорость, если бы первостепенные маховые перья не действовали в это время как самостоятельная несущая плоскость, препятствующая торможению. Каждое перо поворачивается вверх и вниз вдоль стержня, так что создается направленная вперед результирующая тяга, чему Способствует и раздвигание концов перьев. Кроме того, при определенном угле атаки крылышко отводится вперед от фронта крыла и образует разрез, снижающий турбулентность над несущей плоскостью и тем самым гасящий торможение крыла. Птицы, умеющие летать медленно, обладают особенно хорошо заметными щелями между первостепенными маховыми. Например, у беркута (Aquila chysaetos) промежутки между перьями составляют до 40% общей площади крыла. У грифов очень широкий хвост создает дополнительную подъемную силу при парении.
Другую крайность по сравнению с крыльями орлов и грифов образуют длинные и узкие крылья морских птиц. Альбатросы, например, почти не машут крыльями, паря на ветру и то пикируя, то круто взмывая вверх. Их способ полета столь специализирован, что в штилевую погоду они буквально «прикованы к земле».
Крылья колибри несут лишь первостепенные маховые перья и способны совершать более 50 взмахов в секунду, когда птица повисает в воздухе; при этом крылья движутся вперед и назад в горизонтальной плоскости.
