5.9.6: Πουλιά

Last updated
Save as PDF

Page ID: 213445

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Μαθησιακοί Στόχοι

Μέχρι το τέλος αυτής της ενότητας, θα μπορείτε να κάνετε τα εξής:

Περιγράψτε την εξελικτική ιστορία των πτηνών
Περιγράψτε τα παράγωγα χαρακτηριστικά στα πτηνά που διευκολύνουν την πτήση

Με πάνω από 10.000 αναγνωρισμένα είδη, τα πουλιά είναι τα πιο ξεχωριστά από τις κατηγορίες σπονδυλωτών της γης. Άφθονη έρευνα έχει δείξει ότι τα πουλιά είναι πραγματικά ένα υπάρχον clade που εξελίχθηκε από τους δεινόσαυρους maniraptoran theropod πριν από περίπου 150 εκατομμύρια χρόνια. Έτσι, παρόλο που το πιο προφανές χαρακτηριστικό που φαίνεται να ξεχωρίζει τα πουλιά από άλλα σωζόμενα σπονδυλωτά είναι η παρουσία φτερών, τώρα γνωρίζουμε ότι τα φτερά πιθανότατα εμφανίστηκαν στον κοινό πρόγονο τόσο των ορνιθισχιακών όσο και των σαυρισχικών γενεών δεινοσαύρων. Τα φτερά σε αυτά τα clades είναι επίσης ομόλογα με τα λέπια των ερπετών και τα μαλλιά των θηλαστικών, σύμφωνα με την πιο πρόσφατη έρευνα. Ενώ τα φτερά των σπονδυλωτών όπως οι νυχτερίδες λειτουργούν χωρίς φτερά, τα πουλιά βασίζονται σε φτερά και φτερά, μαζί με άλλες τροποποιήσεις της δομής και της φυσιολογίας του σώματος, για πτήση, όπως θα δούμε.

Χαρακτηριστικά των πτηνών

Τα πουλιά είναι ενδόθερμα, και πιο συγκεκριμένα, ομοιοθερμικά - που σημαίνει ότι συνήθως διατηρούν μια αυξημένη και σταθερή θερμοκρασία σώματος, η οποία είναι σημαντικά υψηλότερη από τη μέση θερμοκρασία σώματος των περισσότερων θηλαστικών. Αυτό οφείλεται, εν μέρει, στο γεγονός ότι η ενεργή πτήση - ειδικά οι αιωρούμενες δεξιότητες πουλιών όπως τα κολίβρια - απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας, η οποία με τη σειρά της απαιτεί υψηλό μεταβολικό ρυθμό. Όπως τα θηλαστικά (τα οποία είναι επίσης ενδόθερμα και ομοιοθερμικά και καλύπτονται με μονωτική επένδυση), τα πουλιά έχουν πολλούς διαφορετικούς τύπους φτερών που μαζί διατηρούν τη «θερμότητα» (υπέρυθρη ενέργεια) μέσα στον πυρήνα του σώματος, μακριά από την επιφάνεια όπου μπορεί να χαθεί από ακτινοβολία και μεταφορά στο περιβάλλον.

Τα σύγχρονα πουλιά παράγουν δύο κύριους τύπους φτερών: φτερά περιγράμματος και φτερά. Τα φτερά περιγράμματος έχουν έναν αριθμό παράλληλων ακίδων που διακλαδίζονται από έναν κεντρικό άξονα. Οι ακίδες με τη σειρά τους έχουν μικροσκοπικά κλαδιά που ονομάζονται barbules που συνδέονται μεταξύ τους με μικρά άγκιστρα, καθιστώντας το πτερύγιο ενός φτερού μια ισχυρή, εύκαμπτη και αδιάκοπη επιφάνεια. Αντίθετα, τα φτερά των φτερών δεν αλληλοσυνδέονται, καθιστώντας αυτά τα φτερά ιδιαίτερα καλά για μόνωση, παγιδεύοντας αέρα σε χώρους μεταξύ των χαλαρών, αλληλοσυνδεόμενων ράβδων των παρακείμενων φτερών για να μειωθεί ο ρυθμός απώλειας θερμότητας από τη μεταφορά και την ακτινοβολία. Ορισμένα μέρη του σώματος ενός πουλιού καλύπτονται από φτερά και η βάση άλλων φτερών έχει ένα παχύ τμήμα, ενώ τα πρόσφατα εκκολαφθέντα πουλιά καλύπτονται σχεδόν εξ ολοκλήρου από κάτω, το οποίο χρησιμεύει ως ένα εξαιρετικό στρώμα μόνωσης, αυξάνοντας το θερμικό οριακό στρώμα μεταξύ του δέρματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος.

Τα φτερά όχι μόνο παρέχουν μόνωση, αλλά επιτρέπουν επίσης την πτήση, παράγοντας τον ανελκυστήρα και την ώθηση που απαιτούνται για τα ιπτάμενα πουλιά να γίνουν και να παραμείνουν στον αέρα. Τα φτερά σε μια πτέρυγα είναι εύκαμπτα, έτσι τα φτερά στο τέλος της πτέρυγας χωρίζονται καθώς ο αέρας κινείται πάνω τους, μειώνοντας την οπισθέλκουσα στην πτέρυγα. Τα φτερά πτήσης είναι επίσης ασύμμετρα και καμπύλα, έτσι ώστε ο αέρας που ρέει πάνω τους να δημιουργεί ανύψωση. Δύο τύποι φτερών πτήσης βρίσκονται στα φτερά, τα πρωτεύοντα φτερά και τα δευτερεύοντα φτερά (Εικόνα 29.32). Τα πρωτογενή φτερά βρίσκονται στην άκρη της πτέρυγας και παρέχουν ώθηση καθώς το πουλί κινεί τα φτερά του προς τα κάτω, χρησιμοποιώντας τους κύριους μυς του θωρακικού. Τα δευτερεύοντα φτερά βρίσκονται πιο κοντά στο σώμα, στο τμήμα του αντιβραχίου της πτέρυγας, και παρέχουν ανύψωση. Σε αντίθεση με τα πρωτογενή και δευτερεύοντα φτερά, τα φτερά περιγράμματος βρίσκονται στο σώμα, όπου βοηθούν στη μείωση της οπισθέλκουσας μορφής που παράγεται από την αντίσταση του ανέμου στο σώμα κατά τη διάρκεια της πτήσης. Δημιουργούν μια ομαλή, αεροδυναμική επιφάνεια έτσι ώστε ο αέρας να κινείται γρήγορα πάνω από το σώμα του πουλιού, αποτρέποντας τις αναταράξεις και δημιουργώντας ιδανικές αεροδυναμικές συνθήκες για αποτελεσματική πτήση.

Η εικόνα δείχνει μια πτέρυγα πουλιών, η οποία έχει δύο στρώματα φτερών πτήσης, τα μακριά πρωτεύοντα φτερά και τα μικρότερα δευτερεύοντα φτερά, τα οποία επικαλύπτουν τα κύρια φτερά. Επίσης απεικονίζονται φωτογραφίες φτερών που εμφανίζουν τα ίδια στοιχεία

Εικόνα 29.32 Φτερά πτήσης. α) Τα πρωτογενή φτερά βρίσκονται στο άκρο της πτέρυγας και παρέχουν ώθηση. τα δευτερεύοντα φτερά βρίσκονται κοντά στο σώμα και παρέχουν ανύψωση. β) Πρωτογενή και δευτερεύοντα φτερά από κοινή καρακάξα (Buteo buteo). (Πίστωση β: Mod. από τον Σ. Σέιφερτ https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=613813)

Το χτύπημα ολόκληρης της πτέρυγας συμβαίνει κυρίως μέσω των ενεργειών των μυών του θώρακα: Συγκεκριμένα, η συστολή των κύριων μυών του θωρακικού κινεί τα φτερά προς τα κάτω (κάτω), ενώ η συστολή των μυών του υπερκορακοειδούς κινεί τα φτερά προς τα πάνω (ανοδικά) μέσω ενός σκληρού τένοντα που περνά πάνω από το κορακοειδές οστό και την κορυφή του βραχιονίου. Και οι δύο μύες συνδέονται με την καρίνα του στέρνου, και αυτοί είναι οι μύες που τρώνε οι άνθρωποι στις διακοπές (γι 'αυτό το πίσω μέρος του πουλιού προσφέρει λίγο κρέας!). Αυτοί οι μύες είναι ιδιαίτερα ανεπτυγμένοι στα πουλιά και αντιπροσωπεύουν υψηλότερο ποσοστό σωματικής μάζας από ό, τι στα περισσότερα θηλαστικά. Οι μύες πτήσης προσκολλώνται σε μια καρίνα σε σχήμα λεπίδας που προεξέχει κοιλιακά από το στέρνο, όπως η καρίνα ενός σκάφους. Το στέρνο των πτηνών είναι βαθύτερο από αυτό των άλλων σπονδυλωτών, το οποίο φιλοξενεί τους μεγάλους μυς πτήσης. Οι μύες πτήσης των πτηνών που είναι ενεργά ιπτάμενα είναι πλούσιοι με μυοσφαιρίνη που αποθηκεύει οξυγόνο. Μια άλλη σκελετική τροποποίηση που βρέθηκε στα περισσότερα πουλιά είναι η σύντηξη των δύο κλείδων (κλείδες), σχηματίζοντας τη φουρκούλα ή το ψαλίδι. Το furcula είναι αρκετά εύκαμπτο ώστε να λυγίζει και να παρέχει στήριξη στη ζώνη ώμου κατά τη διάρκεια του πτερυγίου.

Μια σημαντική απαίτηση για την πτήση είναι το χαμηλό σωματικό βάρος. Καθώς αυξάνεται το σωματικό βάρος, αυξάνεται η μυϊκή παραγωγή που απαιτείται για την πτήση. Το μεγαλύτερο ζωντανό πουλί είναι η στρουθοκάμηλος, και ενώ είναι πολύ μικρότερο από τα μεγαλύτερα θηλαστικά, είναι δευτερευόντως χωρίς πτήση. Για τα πουλιά που πετούν, η μείωση του σωματικού βάρους διευκολύνει την πτήση. Αρκετές τροποποιήσεις βρίσκονται στα πτηνά για τη μείωση του σωματικού βάρους, συμπεριλαμβανομένης της πνευματοποίησης των οστών. Πνευματικά οστά (Εικόνα 29.33) είναι οστά που είναι κοίλα και όχι γεμάτα με ιστό. οι εγκάρσιες αντηρίδες οστού που ονομάζονται δοκίδες παρέχουν δομική ενίσχυση. Πνευματικά οστά δεν βρίσκονται σε όλα τα πουλιά και είναι πιο εκτεταμένα σε μεγάλα πουλιά παρά σε μικρά πουλιά. Δεν είναι όλα τα οστά του σκελετού πνευματικά, αν και τα κρανία σχεδόν όλων των πουλιών είναι. Η σιαγόνα φωτίζεται επίσης με την αντικατάσταση των βαριών γνάθων και των δοντιών με ένα ράμφος από κερατίνη (όπως τα μαλλιά, τα λέπια και τα φτερά).

Η εικόνα δείχνει ένα κοίλο οστό με δομικά στηρίγματα που παρέχουν ενίσχυση.

Εικόνα 29.33 Πνευματικό οστό. Πολλά πουλιά έχουν κοίλα, πνευματικά οστά, τα οποία διευκολύνουν την πτήση.

Άλλες τροποποιήσεις που μειώνουν το βάρος περιλαμβάνουν την έλλειψη ουροδόχου κύστης. Τα πουλιά διαθέτουν μια κλοάκα, μια εξωτερική κοιλότητα του σώματος στην οποία τα εντερικά, ουροποιητικά και γεννητικά στόμια αδειάζουν σε ερπετά, πουλιά και τα μονότρεμα θηλαστικά. Η κλοάκα επιτρέπει στο νερό να επαναρροφηθεί από τα απόβλητα πίσω στην κυκλοφορία του αίματος. Έτσι, το ουρικό οξύ δεν αποβάλλεται ως υγρό αλλά συμπυκνώνεται σε άλατα ουρικού, τα οποία αποβάλλονται μαζί με περιττώματα. Με αυτόν τον τρόπο, το νερό δεν συγκρατείται σε ουροδόχο κύστη, γεγονός που θα αυξήσει το σωματικό βάρος. Επιπλέον, τα θηλυκά των περισσότερων ειδών πουλιών διαθέτουν μόνο μία λειτουργική (αριστερή) ωοθήκη και όχι δύο, μειώνοντας περαιτέρω τη σωματική μάζα.

Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών είναι δραματικά διαφορετικό από αυτό των ερπετών και των θηλαστικών και είναι καλά προσαρμοσμένο για τον υψηλό μεταβολικό ρυθμό που απαιτείται για την πτήση. Αρχικά, οι χώροι αέρα του πνευματικού οστού συνδέονται μερικές φορές με αερόσακους στην κοιλότητα του σώματος, οι οποίοι αντικαθιστούν το κοιλομικό υγρό και επίσης φωτίζουν το σώμα. Αυτοί οι αερόσακοι συνδέονται επίσης με τη διαδρομή ροής αέρα μέσω του σώματος του πουλιού και λειτουργούν στην αναπνοή. Σε αντίθεση με τους πνεύμονες των θηλαστικών στους οποίους ο αέρας ρέει προς δύο κατευθύνσεις, καθώς εισπνέεται μέσα και έξω, αραιώνοντας τη συγκέντρωση οξυγόνου, η ροή αέρα μέσω των πνευμόνων των πτηνών είναι μονής κατεύθυνσης (Εικόνα 29.34). Η ανταλλαγή αερίων συμβαίνει σε «τριχοειδή αγγεία αέρα» ή μικροσκοπικές διόδους αέρα εντός των πνευμόνων. Η διάταξη των τριχοειδών αγγείων αέρα στους πνεύμονες δημιουργεί ένα σύστημα ανταλλαγής αντίθετου ρεύματος με το πνευμονικό αίμα. Σε ένα σύστημα αντίθετου ρεύματος, ο αέρας ρέει προς μία κατεύθυνση και το αίμα ρέει προς την αντίθετη κατεύθυνση, παράγοντας μια ευνοϊκή κλίση διάχυσης και δημιουργώντας ένα αποτελεσματικό μέσο ανταλλαγής αερίων. Αυτό το πολύ αποτελεσματικό σύστημα παροχής οξυγόνου των πτηνών υποστηρίζει την υψηλότερη μεταβολική τους δραστηριότητα. Στην πραγματικότητα, ο εξαερισμός παρέχεται από το parabronchi (ελάχιστα επεκτάσιμοι πνεύμονες) με λεπτούς αερόσακους που βρίσκονται μεταξύ των σπλαχνικών οργάνων και του σκελετού. Ένα syrinx (φωνητικό κουτί) βρίσκεται κοντά στη διασταύρωση της τραχείας και των βρόγχων. Το syrinx, ωστόσο, δεν είναι ομόλογο με τον λάρυγγα των θηλαστικών, ο οποίος βρίσκεται στο άνω μέρος της τραχείας.

Η εικόνα δείχνει την κατεύθυνση της ροής του αέρα τόσο στην εισπνοή όσο και στην εκπνοή στα πτηνά. Κατά την εισπνοή, ο αέρας περνά από το ράμφος κάτω από την τραχεία στον οπίσθιο αερόσακο που βρίσκεται πίσω από τους πνεύμονες. Από τον οπίσθιο αερόσακο, ο αέρας εισέρχεται στους πνεύμονες και ο πρόσθιος αερόσακος μπροστά από τους πνεύμονες. Ο αέρας και από τους δύο αερόσακους εισέρχεται επίσης σε κοιλότητες στα οστά. Κατά τη διάρκεια της εκπνοής αέρας από κοιλότητες στα οστά εισέρχεται στους αερόσακους, στη συνέχεια στους πνεύμονες, στη συνέχεια στην τραχεία, όπου εξέρχεται από τα ράμφη.

Εικόνα 29.34 Ροή αέρα στους πνεύμονες των πτηνών. Η αναπνοή των πτηνών είναι ένα αποτελεσματικό σύστημα ανταλλαγής αερίων με αέρα που ρέει μονοκατευθυντικά. Ένας πλήρης κύκλος αερισμού διαρκεί δύο κύκλους αναπνοής. Κατά τη διάρκεια της πρώτης εισπνοής, ο αέρας περνά από την τραχεία σε οπίσθιους αερόσακους, στη συνέχεια κατά τη διάρκεια της πρώτης εκπνοής στους πνεύμονες. Η δεύτερη εισπνοή μετακινεί τον αέρα στους πνεύμονες στους πρόσθιους αερόσακους και η δεύτερη εκπνοή μετακινεί τον αέρα στους πρόσθιους αερόσακους έξω από το σώμα. Συνολικά, κάθε εισπνοή μετακινεί αέρα στους αερόσακους, ενώ κάθε εκπνοή μετακινεί καθαρό αέρα μέσω των πνευμόνων και «χρησιμοποιημένο» αέρα έξω από το σώμα. Οι αερόσακοι συνδέονται με το κοίλο εσωτερικό των οστών. (πίστωση: τροποποίηση του έργου του L. Shyamal)

Πέρα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά που συζητήθηκαν παραπάνω, τα πουλιά είναι επίσης ασυνήθιστα σπονδυλωτά λόγω ορισμένων άλλων χαρακτηριστικών. Πρώτον, έχουν συνήθως έναν επιμήκη (πολύ «δινοσαυριανό») λαιμό σε σχήμα S, αλλά μια κοντή ουρά ή πυγόστυλο, που παράγεται από τη σύντηξη των ουραίων σπονδύλων. Σε αντίθεση με τα θηλαστικά, τα πουλιά έχουν μόνο έναν ινιακό κονδύλο, επιτρέποντάς τους εκτεταμένη κίνηση του κεφαλιού και του λαιμού. Έχουν επίσης μια πολύ λεπτή επιδερμίδα χωρίς ιδρωτοποιούς αδένες και έναν εξειδικευμένο ουροπυγιακό αδένα ή σμηγματογόνο «αδένα πρόωσης» που βρίσκεται στη ραχιαία βάση της ουράς. Αυτός ο αδένας είναι απαραίτητος για την προετοιμασία (μια σχεδόν συνεχής δραστηριότητα) στα περισσότερα πουλιά επειδή παράγει μια λιπαρή ουσία που χρησιμοποιούν τα πουλιά για να στεγανοποιήσουν τα φτερά τους καθώς και να τα διατηρήσουν ευέλικτα για πτήση. Ορισμένα πουλιά, όπως τα περιστέρια, οι παπαγάλοι, τα γεράκια και οι κουκουβάγιες, στερούνται ουροπυγιακού αδένα, αλλά έχουν εξειδικευμένα φτερά που «αποσυντίθενται» σε πούδρα, το οποίο εξυπηρετεί τον ίδιο σκοπό με τα έλαια του ουροπυγίου αδένα.

Όπως τα θηλαστικά, τα πουλιά έχουν 12 ζεύγη κρανιακών νεύρων και μια πολύ μεγάλη παρεγκεφαλίδα και οπτικούς λοβούς, αλλά μόνο ένα οστό στο μέσο αυτί που ονομάζεται columella (οι σταφίδες στα θηλαστικά). Έχουν κλειστό κυκλοφορικό σύστημα με δύο κόλπους και δύο κοιλίες, αλλά αντί για μια αορτική αψίδα «αριστερής κάμψης» όπως αυτή των θηλαστικών, έχουν αορτική αψίδα «δεξιάς κάμψης» και πυρηνοποιημένα ερυθρά αιμοσφαίρια (σε αντίθεση με τα πυρηνωμένα ερυθρά αιμοσφαίρια θηλαστικών).

Όλα αυτά τα μοναδικά και εξαιρετικά παράγωγα χαρακτηριστικά καθιστούν τα πουλιά μία από τις πιο εμφανείς και επιτυχημένες ομάδες σπονδυλωτών ζώων, γεμίζοντας μια σειρά οικολογικών κόγχων και κυμαίνονται σε μέγεθος από το μικροσκοπικό κολίβριο μέλισσας της Κούβας (περίπου 2 γραμμάρια) έως τη στρουθοκάμηλο (περίπου 140.000 γραμμάρια). Ο μεγάλος εγκέφαλός τους, οι έντονες αισθήσεις τους και οι ικανότητες πολλών ειδών να μιμούνται τη φωνή και να χρησιμοποιούν εργαλεία τα καθιστούν μερικά από τα πιο έξυπνα σπονδυλωτά στη Γη.

Εξέλιξη των πτηνών

Χάρη στις εκπληκτικές νέες ανακαλύψεις απολιθωμάτων στην Κίνα, η εξελικτική ιστορία των πτηνών έχει γίνει σαφέστερη, παρόλο που τα οστά των πτηνών δεν απολιθώνονται όπως και αυτά άλλων σπονδυλωτών. Όπως έχουμε δει νωρίτερα, τα πουλιά είναι πολύ τροποποιημένα διαβίδια, αλλά αντί να έχουν δύο οπές ή ανοίγματα στα κρανία τους πίσω από το μάτι, τα κρανία των σύγχρονων πτηνών είναι τόσο εξειδικευμένα που είναι δύσκολο να δούμε κανένα ίχνος της αρχικής κατάστασης του διαψιδίου.

Τα πουλιά ανήκουν σε μια ομάδα διαψιδίων που ονομάζονται αρχόσαυροι, η οποία περιλαμβάνει τρεις άλλες ομάδες: ζωντανούς κροκόδειλους, πτερόσαυρους και δεινόσαυρους. Συντριπτικά στοιχεία δείχνουν ότι τα πουλιά εξελίχθηκαν μέσα στην κατηγορία Dinosauria, η οποία υποδιαιρείται περαιτέρω σε δύο ομάδες, τη Saurischia («γοφούς σαύρας») και την Ornithischia («γοφούς πουλιών»). Παρά τα ονόματα αυτών των ομάδων, δεν ήταν οι δεινόσαυροι με πτηνά που δημιούργησαν σύγχρονα πουλιά. Μάλλον, η Saurischia αποκλίνει σε δύο ομάδες: Η μία περιελάμβανε τους φυτοφάγους δεινόσαυρους με μακρύ λαιμό, όπως ο Apatosaurus. Η δεύτερη ομάδα, δίποδα αρπακτικά που ονομάζονται θηρόποδα, δημιούργησαν πουλιά. Αυτή η πορεία εξέλιξης τονίζεται από πολλές ομοιότητες μεταξύ των απολιθωμάτων των όψιμων (maniraptoran) θερόποδων και των πτηνών, ειδικά στη δομή των οστών του ισχίου και του καρπού, καθώς και από την παρουσία του ψαλιδιού, που σχηματίζεται από τη σύντηξη των κλείδων.

Το clade Neornithes περιλαμβάνει την ομάδα κορώνας των πτηνών, η οποία περιλαμβάνει όλα τα ζωντανά πουλιά και τους απογόνους από τον πιο πρόσφατο κοινό μανιράπτορα πρόγονο τους. Ένα πολύ γνωστό και σημαντικό απολίθωμα ενός ζώου που εμφανίζεται «ενδιάμεσο» μεταξύ δεινοσαύρων και πτηνών είναι το Archeopteryx (Εικόνα 29.35), το οποίο είναι από την Ιουρασική περίοδο (200 έως 145 MYA). Το Archeopteryx έχει χαρακτηριστικά τόσο των δεινοσαύρων maniraptoran όσο και των σύγχρονων πτηνών. Μερικοί επιστήμονες προτείνουν την ταξινόμησή του ως πουλί, αλλά άλλοι προτιμούν να το ταξινομήσουν ως δεινόσαυρο. Χαρακτηριστικά στους σκελετούς του Archeopteryx όπως αυτά ενός δεινοσαύρου περιελάμβαναν ένα σαγόνι με δόντια και μια μακριά οστεώδη ουρά. Όπως τα πουλιά, είχε φτερά τροποποιημένα για πτήση, τόσο στα μπροστινά άκρα όσο και στην ουρά, ένα χαρακτηριστικό που σχετίζεται μόνο με τα πουλιά μεταξύ των σύγχρονων ζώων. Υπάρχουν απολιθώματα παλαιότερων φτερωτών δεινοσαύρων, αλλά τα φτερά μπορεί να μην είχαν τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων φτερών πτήσης.

Το μέρος α δείχνει ένα πουλί στο έδαφος και ένα άλλο που κινείται προς το έδαφος. Το μέρος β δείχνει ένα απολιθωμένο πουλί, με ορατά φτερά.

Εικόνα 29.35 Αρχαιοπτέρυξ. (α) Ο Αρχαιοπτέρυξ έζησε στην ύστερη Ιουρασική περίοδο πριν από περίπου 150 εκατομμύρια χρόνια. Είχε δόντια σαν δεινόσαυρο σαν δεινόσαυρος, αλλά είχε (β) φτερά πτήσης όπως τα σύγχρονα πουλιά, τα οποία φαίνονται σε αυτό το απολίθωμα. Σημειώστε τα νύχια στα φτερά, τα οποία εξακολουθούν να βρίσκονται σε πολλά πουλιά, όπως οι νεογέννητοι νεοσσοί του νοτιοαμερικανικού Hoatzin.

Η εξέλιξη της πτήσης στα πουλιά

Υπάρχουν δύο βασικές υποθέσεις που εξηγούν πώς μπορεί να έχει εξελιχθεί η πτήση στα πουλιά: η δενδρόβια υπόθεση («δέντρο») και η επίγεια («γη») υπόθεση. Η δενδρολογική υπόθεση υποστηρίζει ότι οι πρόδρομοι των σύγχρονων πτηνών που κατοικούν σε δέντρα πήδηξαν από κλαδί σε κλαδί χρησιμοποιώντας τα φτερά τους για ολίσθηση πριν γίνουν πλήρως ικανοί να πετάξουν. Σε αντίθεση με αυτό, η επίγεια υπόθεση υποστηρίζει ότι το τρέξιμο (ίσως η επιδίωξη ενεργού θηράματος όπως μικρά ζώα) ήταν το ερέθισμα για πτήση. Σε αυτό το σενάριο, τα φτερά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να συλλάβουν το θήραμα και ήταν προπροσαρμοσμένα για ισορροπία και πτήση. Οι στρουθοκάμηλοι, που είναι μεγάλα πουλιά χωρίς πτήση, κρατούν τα φτερά τους όταν τρέχουν, πιθανώς για ισορροπία. Ωστόσο, αυτή η κατάσταση μπορεί να αντιπροσωπεύει ένα συμπεριφορικό λείψανο του κλάδου των ιπτάμενων πτηνών που ήταν οι πρόγονοί τους. Φαίνεται πιο πιθανό ότι οι μικροί φτερωτοί δενδρόβιοι δεινόσαυροι, ήταν ικανοί να γλιστρούν (και να χτυπούν) από δέντρο σε δέντρο και κλαδί σε κλαδί, βελτιώνοντας τις πιθανότητες να ξεφύγουν από τους εχθρούς, να βρουν συντρόφους και να αποκτήσουν θήραμα όπως ιπτάμενα έντομα. Αυτή η συμπεριφορά πρώιμης πτήσης θα είχε επίσης αυξήσει σημαντικά την ευκαιρία για διασπορά ειδών.

Αν και έχουμε καλή κατανόηση του πώς μπορεί να έχουν εξελιχθεί τα φτερά και η πτήση, το ερώτημα πώς εξελίχθηκε η ενδόθερμη στα πουλιά (και σε άλλες γενεαλογίες) παραμένει αναπάντητο. Τα φτερά παρέχουν μόνωση, αλλά αυτό είναι ευεργετικό μόνο για θερμορυθμιστικούς σκοπούς εάν η θερμότητα του σώματος παράγεται εσωτερικά. Ομοίως, η εσωτερική παραγωγή θερμότητας είναι βιώσιμη μόνο για την εξέλιξη της ενδοθερμίας εάν υπάρχει μόνωση για τη διατήρηση αυτής της υπέρυθρης ενέργειας. Έχει προταθεί ότι το ένα ή το άλλο - φτερά ή ενδόθερμη - εξελίχθηκε πρώτα ως απόκριση σε κάποια άλλη επιλεκτική πίεση (π.χ. η ικανότητα να είναι ενεργός τη νύχτα, να παρέχει καμουφλάζ, να απωθεί το νερό ή να χρησιμεύσει ως σήματα για την επιλογή συντρόφου). Φαίνεται πιθανό ότι τα φτερά και η ενδόθερμη συνεξελίχθηκαν μαζί, η βελτίωση και η εξελικτική πρόοδος των φτερών ενισχύουν την εξελικτική πρόοδο της ενδόθερμης και ούτω καθεξής.

Κατά τη διάρκεια της Κρητιδικής περιόδου (145 έως 66 MYA), μια ομάδα γνωστή ως Enantiornithes ήταν ο κυρίαρχος τύπος πουλιού (Εικόνα 29.36). Εναντιόρνιθες σημαίνει «αντίθετα πουλιά», που αναφέρεται στο γεγονός ότι ορισμένα οστά του ώμου ενώνονται διαφορετικά από τον τρόπο που τα οστά ενώνονται στα σύγχρονα πουλιά. Όπως και το Archeopteryx, αυτά τα πουλιά διατηρούσαν δόντια στα σαγόνια τους, αλλά είχαν μια συντομευμένη ουρά και τουλάχιστον μερικά απολιθώματα έχουν διατηρήσει τους «οπαδούς» των φτερών της ουράς. Αυτά τα πουλιά σχημάτισαν μια εξελικτική γενεαλογία ξεχωριστή από εκείνη των σύγχρονων πουλιών και δεν επιβίωσαν πέρα από την Κρητιδική. Μαζί με τους Εναντιόρνιθες, ωστόσο, μια άλλη ομάδα πουλιών - οι Ornithurae («ουρές πουλιών»), με μια κοντή, συντηγμένη ουρά ή πυγόστυλο - προέκυψε από την εξελικτική γραμμή που περιλαμβάνει τα σύγχρονα πουλιά. Αυτό το clade ήταν επίσης παρόν στο Κρητιδικό.

Μετά την εξαφάνιση των Enantiornithes, οι Ornithurae έγιναν τα κυρίαρχα πουλιά, με μια μεγάλη και ταχεία ακτινοβολία να εμφανίζεται μετά την εξαφάνιση των δεινοσαύρων κατά την Καινοζωική εποχή (66 MYA μέχρι σήμερα). Η μοριακή ανάλυση που βασίζεται σε πολύ μεγάλα σύνολα δεδομένων έχει δημιουργήσει την τρέχουσα κατανόησή μας για τις σχέσεις μεταξύ των ζωντανών πτηνών. Υπάρχουν τρεις μεγάλες ομάδες: οι Παλαιογνάθες, οι Γαλλοανσερές και οι Νεοάβες. Οι Παλαιογνάθες («παλιό σαγόνι») ή στρουθιονίδες (πολυφυλετικές) είναι μια ομάδα πτηνών χωρίς πτήση, συμπεριλαμβανομένων στρουθοκαμήλων, emus, rheas και ακτινιδίων. Τα Galloanserae περιλαμβάνουν φασιανούς, πάπιες, χήνες και κύκνους. Το Neoaves («νέα πουλιά») περιλαμβάνει όλα τα άλλα πουλιά. Οι ίδιοι οι Neoaves έχουν διανεμηθεί σε πέντε κατηγορίες: ³ Strisores (νυχτικά, swifts και κολίβρια), Columbaves (turacos, προτομές, κούκοι, περιστέρια και περιστέρια), Gruiformes (γερανοί), Aequorlitornithes (καταδυτικά πουλιά, πουλιά και παράλια) και Inopinaves (μια πολύ μεγάλη κατηγορία πουλιών της γης συμπεριλαμβανομένων γερακιών, κουκουβάγιων, δρυοκολάπτων, παπαγάλων, γερακιών, κοράκων και ωδικών πτηνών). Παρά το τρέχον σχήμα ταξινόμησης, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι οι φυλογενετικές αναθεωρήσεις, ακόμη και για τα υπάρχοντα πουλιά, εξακολουθούν να πραγματοποιούνται.

Η φωτογραφία δείχνει ένα πουλί που κάθεται σε ένα κλαδί.

Εικόνα 29.36 Εναντιορνιθαίο πουλί. Το Shanweiniao cooperorum ήταν ένα είδος Enantiornithes που δεν επέζησε μετά την Κρητιδική περίοδο. (πίστωση: Νομπού Ταμούρα)

Σύνδεση σταδιοδρομίας

Κτηνίατροι Οι κτηνίατροι ασχολούνται με ασθένειες, διαταραχές και τραυματισμούς σε ζώα, κυρίως σπονδυλωτά. Αντιμετωπίζουν κατοικίδια ζώα, ζώα και ζώα σε ζωολογικούς κήπους και εργαστήρια. Οι κτηνίατροι συχνά αντιμετωπίζουν σκύλους και γάτες, αλλά φροντίζουν επίσης πουλιά, ερπετά, κουνέλια και άλλα ζώα που διατηρούνται ως κατοικίδια ζώα. Οι κτηνίατροι που εργάζονται με αγροκτήματα και αγροκτήματα φροντίζουν χοίρους, κατσίκες, αγελάδες, πρόβατα και άλογα.

Οι κτηνίατροι υποχρεούνται να ολοκληρώσουν ένα πτυχίο στην κτηνιατρική, το οποίο περιλαμβάνει τη λήψη μαθημάτων συγκριτικής ζωολογίας, ανατομίας και φυσιολογίας των ζώων, μικροβιολογίας και παθολογίας, μεταξύ πολλών άλλων μαθημάτων χημείας, φυσικής και μαθηματικών.

Οι κτηνίατροι εκπαιδεύονται επίσης να κάνουν χειρουργική επέμβαση σε πολλά διαφορετικά είδη σπονδυλωτών, κάτι που απαιτεί κατανόηση των πολύ διαφορετικών ανατομιών διαφόρων ειδών. Για παράδειγμα, το στομάχι των μηρυκαστικών όπως οι αγελάδες έχει τέσσερα «διαμερίσματα» έναντι ενός διαμερίσματος για μη μηρυκαστικά. Όπως έχουμε δει, τα πουλιά έχουν επίσης μοναδικές ανατομικές προσαρμογές που επιτρέπουν την πτήση, η οποία απαιτεί πρόσθετη εκπαίδευση και φροντίδα.

Ορισμένοι κτηνίατροι διεξάγουν έρευνα σε ακαδημαϊκά περιβάλλοντα, διευρύνοντας τις γνώσεις μας για τα ζώα και την ιατρική επιστήμη. Ένας τομέας έρευνας περιλαμβάνει την κατανόηση της μετάδοσης ασθενειών των ζώων στον άνθρωπο, που ονομάζονται ζωονοσογόνες ασθένειες. Για παράδειγμα, ένας τομέας που προκαλεί μεγάλη ανησυχία είναι η μετάδοση του ιού της γρίπης των πτηνών στον άνθρωπο. Ένας τύπος ιού της γρίπης των πτηνών, ο H5N1, είναι ένα εξαιρετικά παθογόνο στέλεχος που εξαπλώνεται σε πτηνά στην Ασία, την Ευρώπη, την Αφρική και τη Μέση Ανατολή. Αν και ο ιός δεν μεταδίδεται εύκολα στους ανθρώπους, υπήρξαν περιπτώσεις μετάδοσης από πουλί σε άνθρωπο. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για να κατανοηθεί πώς αυτός ο ιός μπορεί να διασχίσει το φράγμα των ειδών και πώς μπορεί να προληφθεί η εξάπλωσή του.

Υποσημειώσεις

3 Προμ, RO κ.ά. 2015. Μια ολοκληρωμένη φυλογένεση πτηνών (Aves) χρησιμοποιώντας στοχευμένη αλληλουχία DNA επόμενης γενιάς. Φύση 526:569 - 573. http://dx.doi.org/10.1038/nature15697