29.5: ציפורים

Last updated
Save as PDF

Page ID: 206470

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

מיומנויות לפיתוח

תאר את ההיסטוריה האבולוציונית של ציפורים
תאר את המאפיינים הנגזרים בציפורים המקלים על מעוף

המאפיין הברור ביותר שמבדיל ציפורים מחולייתנים מודרניים אחרים הוא נוכחותן של נוצות, שהן קשקשים משתנים. בעוד שחולייתנים כמו עטלפים עפים ללא נוצות, ציפורים מסתמכות על נוצות וכנפיים, יחד עם שינויים אחרים במבנה הגוף ובפיזיולוגיה, לצורך מעוף.

מאפייני ציפורים

ציפורים הן אנדותרמיות, ומכיוון שהן עפות, הן דורשות כמויות גדולות של אנרגיה, מה שמצריך קצב חילוף חומרים גבוה. בדומה ליונקים, שהם גם אנדותרמיים, לציפורים יש כיסוי מבודד השומר על חום בגוף: נוצות. נוצות מיוחדות הנקראות נוצות פוך מבודדות במיוחד, לוכדות אוויר ברווחים בין כל נוצה כדי להפחית את קצב אובדן החום. חלקים מסוימים בגוף הציפור מכוסים בנוצות פוך, ובבסיס נוצות אחרות יש חלק פלומתי, ואילו ציפורים שזה עתה בקעו מכוסות למטה.

נוצות לא רק משמשות כבידוד אלא גם מאפשרות טיסה, ומאפשרות את ההרמה והדחף הדרושים כדי להיות מוטסים. הנוצות בכנף גמישות, כך שהנוצות הקולקטיביות נעות ונפרדות כאשר האוויר נע דרכן, ומפחית את הגרירה בכנף. נוצות טיסה אינן סימטריות, מה שמשפיע על זרימת האוויר מעליהן ומספק חלק מכוח ההרמה והדחיפה הנדרש לטיסה (איור\(\PageIndex{1}\)). שני סוגים של נוצות מעוף נמצאים על הכנפיים, נוצות ראשוניות ונוצות משניות. נוצות ראשוניות ממוקמות בקצה הכנף ומספקות דחף. נוצות משניות ממוקמות קרוב יותר לגוף, נצמדות לחלק האמה של הכנף ומספקות הרמה. נוצות מתאר הן הנוצות שנמצאות על הגוף, והן עוזרות להפחית את הגרירה המיוצרת על ידי התנגדות רוח במהלך הטיסה. הם יוצרים משטח חלק ואווירודינמי כך שהאוויר נע בצורה חלקה על גוף הציפור, ומאפשר טיסה יעילה.

האיור מציג כנף ציפור, הכוללת שתי שכבות של נוצות מעוף, הנוצות הראשוניות הארוכות והנוצות המשניות הקצרות יותר, המכסות את הנוצות הראשוניות. — איור\(\PageIndex{1}\): נוצות ראשוניות ממוקמות בקצה הכנף ומספקות דחף; נוצות משניות ממוקמות קרוב לגוף ומספקות הרמה.

נפנוף הכנף כולה מתרחש בעיקר באמצעות פעולות שרירי החזה, החזה והסופרקורקואידוס. שרירים אלה מפותחים מאוד בציפורים ומהווים אחוז גבוה יותר של מסת הגוף מאשר ברוב היונקים. אלה מתחברים לשדר בצורת להב, כמו זו של סירה, הממוקמת על עצם החזה. עצם החזה של הציפורים גדולה מזו של חוליות אחרות, המאכלסת את השרירים הגדולים הנדרשים כדי לייצר מספיק כוח כלפי מעלה כדי ליצור הרמה עם נפנוף הכנפיים. שינוי שלד נוסף שנמצא ברוב הציפורים הוא היתוך של שתי עצם הבריח (עצמות הבריח), ויוצר את הפורקולה או עצם המשאלה. הפורקולה גמישה מספיק בכדי להתכופף ולספק תמיכה לחגורת הכתפיים בזמן נפנוף.

דרישה חשובה לטיסה היא משקל גוף נמוך. ככל שמשקל הגוף עולה, תפוקת השרירים הנדרשת לטיסה עולה. הציפור החיה הגדולה ביותר היא היען, ובעוד שהיא קטנה בהרבה מהיונקים הגדולים ביותר, היא חסרת מעוף. עבור ציפורים שכן עפות, ירידה במשקל הגוף מקלה על הטיסה. מספר שינויים נמצאים בציפורים להפחתת משקל הגוף, כולל פנאומטיזציה של עצמות. עצמות פנאומטיות הן עצמות חלולות, ולא מלאות ברקמה (איור\(\PageIndex{2}\)). הם מכילים חללי אוויר המחוברים לעיתים לשקי אוויר, ויש להם תמוכות עצם כדי לספק חיזוק מבני. עצמות פנאומטיות אינן נמצאות בכל הציפורים, והן נרחבות יותר בציפורים גדולות מאשר בציפורים קטנות. לא כל עצמות השלד הן פנאומטיות, אם כי הגולגולות של כמעט כל הציפורים הן.

האיור מראה עצם חלולה עם תומכים מבניים המספקים חיזוק. — איור\(\PageIndex{2}\): לציפורים רבות יש עצמות חלולות ופנאומטיות, המקלות על הטיסה.

שינויים אחרים המפחיתים משקל כוללים היעדר שלפוחית השתן. לציפורים יש קלואקה, מבנה המאפשר ספיגה מחדש של מים מהפסולת חזרה לזרם הדם. חומצת שתן אינה גורשת כנוזל אלא מרוכזת במלחי שתן, המגורשים יחד עם חומר צואה. באופן זה, מים אינם מוחזקים בשלפוחית השתן, מה שיעלה את משקל הגוף. לרוב מיני הציפורים יש רק שחלה אחת ולא שתיים, מה שמפחית עוד יותר את מסת הגוף.

שקי האוויר המשתרעים לעצמות ויוצרים עצמות פנאומטיות מצטרפים גם הם לריאות ומתפקדים בנשימה. בניגוד לריאות יונקים בהן אוויר זורם לשני כיוונים, כשהוא נושם פנימה והחוצה, זרימת האוויר דרך ריאות הציפורים נעה בכיוון אחד (איור\(\PageIndex{3}\)). שקי אוויר מאפשרים זרימת אוויר חד כיוונית זו, היוצרת גם מערכת חילופי זרם צולבת עם הדם. במערכת צולבת או זרם נגדי, האוויר זורם בכיוון אחד והדם זורם בכיוון ההפוך, ויוצר אמצעי יעיל מאוד להחלפת גזים.

האיור מציג את כיוון זרימת האוויר הן בשאיפה והן בנשיפה אצל ציפורים. במהלך השאיפה, האוויר עובר מהמקור במורד קנה הנשימה אל שק האוויר האחורי הממוקם מאחורי הריאות. מתוך שק האוויר האחורי, האוויר נכנס לריאות, ואת שק האוויר הקדמי מול הריאות. אוויר משני שקי האוויר נכנס גם לשקעים בעצמות. במהלך הנשיפה אוויר מחללים בעצמות נכנס לשקי האוויר, אחר כך לריאות, ואז לקנה הנשימה, שם הוא יוצא דרך המקור. — איור\(\PageIndex{3}\): נשימת עופות היא מערכת יעילה של חילופי גזים עם אוויר הזורם באופן חד כיווני. במהלך שאיפה, אוויר עובר מהקנה הנשימה לשקי אוויר אחוריים, ואז דרך הריאות לשקי אוויר קדמיים. שקי האוויר מחוברים לחלק הפנימי החלול של העצמות. במהלך הנשיפה, אוויר משקי אוויר עובר לריאות ויוצא לקנה הנשימה. (קרדיט: שינוי עבודה מאת ל 'שימאל)

אבולוציה של ציפורים

ההיסטוריה האבולוציונית של הציפורים עדיין לא ברורה. בשל שבריריות עצמות הציפורים, הן אינן מתאבנות כמו גם חוליות אחרות. ציפורים הן דיפסידים, כלומר יש להן שתי גדרות או פתחים בגולגולות שלהן. ציפורים שייכות לקבוצת דיפסידים הנקראים הארכוזאורים, הכוללת גם תנינים ודינוזאורים. מקובל כי ציפורים התפתחו מדינוזאורים.

דינוזאורים (כולל ציפורים) מחולקים עוד יותר לשתי קבוצות, הסאוריצ'יה ("כמו לטאה") והאורניתישיה ("כמו ציפור"). למרות שמות הקבוצות הללו, לא הדינוזאורים דמויי הציפורים הם שהולידו ציפורים מודרניות. במקום זאת, סאוריצ'יה התפצלה לשתי קבוצות: האחת כללה את הדינוזאורים אוכלי העשב ארוכי הצוואר, כגון אפאטוזאורוס. הקבוצה השנייה, טורפים דו-צדדיים הנקראים תרופודים, כוללת ציפורים. מהלך אבולוציה זה מוצע על ידי קווי דמיון בין מאובני תרופוד לציפורים, במיוחד במבנה עצמות הירך ופרק כף היד, כמו גם נוכחות עצם המשאלה, הנוצרת על ידי מיזוג עצם הבריח.

מאובן חשוב אחד של בעל חיים בינוני לדינוזאורים וציפורים הוא Archeopteryx, שהוא מתקופת היורה (איור). \(\PageIndex{4}\) ארכיאופטריקס חשוב בביסוס הקשר בין ציפורים לדינוזאורים, מכיוון שהוא מאובן ביניים, כלומר יש לו מאפיינים של דינוזאורים וציפורים כאחד. יש מדענים שמציעים לסווג אותה כציפור, אך אחרים מעדיפים לסווג אותה כדינוזאור. השלד המאובן של ארכאופטריקס נראה כמו של דינוזאור, והיו לו שיניים ואילו לציפורים אין, אך היו לו גם נוצות ששונו לטיסה, תכונה הקשורה רק לציפורים בקרב בעלי חיים מודרניים. מאובנים של דינוזאורים מנוצים ישנים יותר קיימים, אך לנוצות אין מאפיינים של נוצות מעוף.

חלק א 'מראה ציפור על הקרקע, ועוד אחת משתרעת לכיוון האדמה. חלק ב 'מראה ציפור מאובנת, עם נוצות נראות לעין. — איור\(\PageIndex{4}\): (א) *ארכיאופטריקס* חי בסוף תקופת היורה לפני כ -150 מיליון שנה. היו לו שיניים כמו דינוזאור, אבל היו לו (ב) נוצות מעוף כמו ציפורים מודרניות, שניתן לראות במאובן הזה.

עדיין לא ברור כיצד התפתחה הטיסה בציפורים. קיימות שתי תיאוריות עיקריות, השערת העץ ("עץ") והשערת הארצית ("היבשה"). השערת העץ טוענת כי מבשרי שוכני עצים לציפורים מודרניות קפצו מענף לענף באמצעות נוצותיהם לצורך גלישה לפני שהפכו למסוגלים לחלוטין לעוף. בניגוד לכך, ההשערה הארצית גורסת כי ריצה הייתה הגירוי לטיסה, שכן ניתן להשתמש בכנפיים לשיפור הריצה ולאחר מכן שימשו לטיסה מתנפנפת. בדומה לשאלה כיצד התפתחה הטיסה, השאלה כיצד התפתחה האנדותרמיה בציפורים עדיין אינה נענתה. נוצות מספקות בידוד, אך הדבר מועיל רק אם חום הגוף מיוצר באופן פנימי. באופן דומה, ייצור חום פנימי הוא בר-קיימא רק אם קיים בידוד לשמירה על החום הזה. הוצע כי זה או אחר - נוצות או אנדותרמיה - התפתחו בתגובה ללחץ סלקטיבי אחר.

בתקופת הקרטיקון, קבוצה המכונה Enantiornithes הייתה סוג הציפורים הדומיננטי (איור). \(\PageIndex{5}\) Enantiornithes פירושו "ציפורים מנוגדות", המתייחס לעובדה שעצמות מסוימות של כפות הרגליים מחוברות באופן שונה מהאופן שבו העצמות מחוברות לציפורים מודרניות. ציפורים אלה יצרו קו אבולוציוני הנפרד מציפורים מודרניות, והן לא שרדו מעבר לקרטיקון. יחד עם Enantiornithes, ציפורים Ornithurae (הקו האבולוציוני הכולל ציפורים מודרניות) היו נוכחים גם בקרטיקון. לאחר הכחדת Enantiornithes, ציפורים מודרניות הפכו לציפור הדומיננטית, עם קרינה גדולה שהתרחשה בתקופה הקנוזואית. המכונה Neornithes ("ציפורים חדשות"), ציפורים מודרניות מסווגות כיום לשתי קבוצות, ה- Paleognathae ("לסת ישנה") או עכברושים, קבוצה של ציפורים חסרות מעוף כולל יענים, אמוסים, ריאות וקיווי, וה Neognathae ("לסת חדשה"), הכוללת את כל שאר הציפורים.

בתצלום נראית ציפור יושבת על ענף. — איור\(\PageIndex{5}\): *Shanweiniao cooperorum* היה מין של אננטיורניתים שלא שרד מעבר לתקופת הקרטיקון. (קרדיט: נובו טמורה)

חיבור קריירה: וטרינר

וטרינרים מטפלים במחלות, הפרעות ופציעות בבעלי חיים, בעיקר בעלי חוליות. הם מטפלים בחיות מחמד, בעלי חיים ובעלי חיים בגני חיות ובמעבדות. וטרינרים מטפלים בדרך כלל בכלבים וחתולים, אך מטפלים גם בציפורים, זוחלים, ארנבות ובעלי חיים אחרים המוחזקים כחיות מחמד. וטרינרים שעובדים עם חוות וחוות מטפלים בחזירים, עזים, פרות, כבשים וסוסים.

וטרינרים נדרשים להשלים תואר ברפואה וטרינרית, הכולל קורסים בפיזיולוגיה של בעלי חיים, אנטומיה, מיקרוביולוגיה ופתולוגיה, בין קורסים רבים אחרים. הפיזיולוגיה והביוכימיה של מיני חוליות שונים מאוד.

וטרינרים מאומנים גם לבצע ניתוח במינים רבים ושונים של בעלי חוליות, מה שדורש הבנה של האנטומיות השונות בתכלית של מינים שונים. לדוגמה, לקיבה של מעלי גירה כמו פרות יש ארבעה תאים לעומת תא אחד עבור שאינם מעלי גירה. לציפורים יש גם התאמות אנטומיות ייחודיות המאפשרות טיסה.

חלק מהווטרינרים עורכים מחקר במסגרות אקדמיות, ומרחיבים את הידע שלנו בבעלי חיים ובמדעי הרפואה. תחום מחקר אחד כולל הבנת העברת מחלות בעלי חיים לבני אדם, הנקראות מחלות זואונוטיות. לדוגמה, תחום אחד שמדאיג מאוד הוא העברת נגיף שפעת העופות לבני אדם. סוג אחד של נגיף שפעת העופות, H5N1, הוא זן פתוגני ביותר שהתפשט בציפורים באסיה, אירופה, אפריקה והמזרח התיכון. למרות שהנגיף אינו עובר בקלות לבני אדם, היו מקרים של העברה בין ציפור לאדם. יש צורך במחקר נוסף כדי להבין כיצד וירוס זה יכול לחצות את מחסום המינים וכיצד ניתן למנוע את התפשטותו.

סיכום

ציפורים הן אנדותרמיות, כלומר הן מייצרות חום גוף משלהן ומווסתות את הטמפרטורה הפנימית שלהן ללא תלות בטמפרטורה החיצונית. נוצות לא רק משמשות כבידוד אלא גם מאפשרות טיסה, ומספקות הרמה עם נוצות משניות ודחיפה עם נוצות ראשוניות. עצמות פנאומטיות הן עצמות חלולות ולא מלאות ברקמות, המכילות חללי אוויר המחוברים לעיתים לשקי אוויר. זרימת האוויר דרך ריאות הציפורים נעה בכיוון אחד, ויוצרת חילופי זרם צולב עם הדם. ציפורים הן דיפסידים ושייכות לקבוצה הנקראת הארכוזאורים. חושבים שציפורים התפתחו מדינוזאורים תרופודים. המאובן העתיק ביותר הידוע של ציפור הוא זה של ארכאופטריקס, שהוא מתקופת היורה. ציפורים מודרניות מסווגות כיום לשתי קבוצות, Paleognathae ו- Neognathae.

רשימת מילים

ארכיאופטריקס: מיני מעבר מדינוזאור לציפור מתקופת היורה

נוצת קונטור: נוצה היוצרת משטח אווירודינמי לטיסה יעילה

נוצה למטה: נוצה המתמחה לבידוד

אננטיורניתים: קבוצת ציפורים דומיננטית בתקופת הקרטיקון

נוצת טיסה: נוצה המתמחה לטיסה

פורקולה: עצם המשאלה שנוצרה על ידי היתוך של עצם הבריח

ניוגנאטה: ציפורים אחרות מלבד הפליאוגנאטה

ניאורנית'ס: ציפורים מודרניות

פליאוגנאטה: עכברושים; ציפורים חסרות מעוף, כולל יענים ואמוס

עצם פנאומטית: עצם מלאה באוויר

נוצה ראשונית: נוצה הממוקמת בקצה הכנף המספקת דחף

נוצה משנית: נוצה הממוקמת בבסיס הכנף המספקת מעלית

תרופוד: קבוצת דינוזאורים אבות לציפורים