Putnu elpošanas sistēma ir unikāla. Putniem gaisa straumes iet tikai vienā virzienā, kas nav raksturīgi citiem mugurkaulniekiem. Kā jūs varat ieelpot un izelpot caur vienu traheju? Risinājums ir pārsteidzošs unikālu anatomisku īpašību un atmosfēras plūsmas manipulāciju kombinācija. Putnu elpošanas sistēmas īpatnības nosaka sarežģītos gaisa maisiņu mehānismus. Zīdītājiem tie nav sastopami.
Putnu elpošanas sistēma: diagramma
Spārnotiem dzīvniekiem process nedaudz atšķiras no zīdītājiem. Papildus plaušām tām ir arī gaisa maisiņi. Atkarībā no sugas putnu elpošanas sistēma var ietvert septiņas vai deviņas no šīm daivām, kurām ir piekļuve pleca un augšstilba kauliem, skriemeļiem un pat galvaskausam. Diafragmas trūkuma dēļ gaiss tiek pārvietots, mainot spiedienu gaisa maisiņos ar krūšu muskuļu palīdzību. Tas rada negatīvu spiedienu lāpstiņās, piespiežot gaisu elpošanas sistēmā. Šādas darbības nav pasīvas. Tiem nepieciešamas noteiktas muskuļu kontrakcijas, lai palielinātu spiedienu uz gaisa maisiņiem un izspiestu gaisu ārā.
Putnu elpošanas sistēmas struktūra ietver krūšu kaula pacelšanu procesa laikā. Spalvu plaušas neizplešas un nesavelkas kā zīdītāju orgāni. Dzīvniekiem skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņa notiek mikroskopiskos maisiņos, ko sauc par alveolām. Spārnotiem radiniekiem gāzu apmaiņa notiek mikroskopisko caurulīšu sieniņās, ko sauc par gaisa kapilāriem. Putnu elpošanas orgāni strādā efektīvāk nekā zīdītājiem. Viņi spēj pārnēsāt vairāk skābekļa ar katru elpu. Salīdzinot ar līdzīga svara dzīvniekiem, elpošana ir lēnāka.
Kā putni elpo?
Putniem ir trīs dažādi elpošanas orgānu komplekti. Tie ir priekšējie gaisa maisiņi, plaušas un aizmugurējie gaisa maisi. Pirmās elpas laikā skābeklis iziet caur nāsīm krustpunktā starp knābja augšdaļu un galvu. Šeit tas tiek uzkarsēts, samitrināts un filtrēts. Gaļīgos audus, kas tos ieskauj, dažās sugās sauc par cereņiem. Pēc tam plūsma virzās uz deguna dobumu. Ieelpotais gaiss virzās tālāk uz leju trahejā jeb elpas caurulē, kas sadalās divos bronhos. Pēc tam tie sazarojas daudzos ceļos katrā plaušās.
Lielākā daļa šī orgāna audu ir aptuveni 1800 nelieli blakus esošie terciārie bronhi. Tie noved pie sīkiem gaisa kapilāriem, kas savijas ar asinsvadiem, kur notiek gāzu apmaiņa. Gaisa plūsma nenonāk tieši uz plaušām. Tā vietā tas nonāk astes maisiņos. Neliels daudzums iziet cauri astes veidojumiem caur bronhiem,kas savukārt ir sadalīti mazākos kapilāros diametrā. Kad putns ieelpo otro reizi, skābeklis pārvietojas galvaskausa gaisa maisos un caur fistuli atgriežas trahejā caur balseni. Un visbeidzot caur deguna dobumu un ārā no nāsīm.
Sarežģīta sistēma
Putnu elpošanas sistēma sastāv no sapārotām plaušām. Tie satur statiskas struktūras uz virsmas gāzu apmaiņai. Tikai gaisa maisiņi izplešas un saraujas, liekot skābeklim pārvietoties pa nekustīgajām plaušām. Ieelpotais gaiss paliek sistēmā divus pilnus ciklus, pirms tas ir pilnībā izlietots. Kura putna elpošanas sistēmas daļa ir atbildīga par gāzu apmaiņu? Šo svarīgo lomu spēlē plaušas. Tur izsmeltais gaiss sāk iziet no ķermeņa caur traheju. Pirmās elpas reizē izplūdes gāzes nonāk priekšējos gaisa maisos.
Tās nevar uzreiz izkļūt no ķermeņa, jo otrā elpas laikā svaigs gaiss atkal nonāk gan muguras somās, gan plaušās. Tad otrās izelpas laikā caur traheju izplūst pirmā plūsma, un svaigs skābeklis no aizmugurējiem maisiņiem nonāk orgānos gāzu apmaiņai. Putnu elpošanas sistēmas struktūrai ir tāda struktūra, kas ļauj radīt vienvirziena (vienpusēju) svaiga gaisa pieplūdumu virs plaušās notiekošās gāzes apmaiņas virsmas. Turklāt šī plūsma tur iziet gan ieelpas, gan izelpas laikā. Rezultātā skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņa notiek nepārtraukti.
Sistēmas efektivitāte
Putnu elpošanas sistēmas īpatnības ļauj iegūt organisma šūnām nepieciešamo skābekļa daudzumu. Liela priekšrocība ir bronhu vienvirziena raksturs un struktūra. Šeit gaisa kapilāru kopējais laukums ir lielāks nekā, piemēram, zīdītājiem. Jo augstāks šis rādītājs, jo vairāk skābekļa un oglekļa dioksīda var cirkulēt asinīs un audos, kas nodrošina efektīvāku elpošanu.
Gaisa maisiņu struktūra un anatomija
Putnam ir vairāki gaisa tvertņu komplekti, tostarp astes ventrālā un kaudālā krūšu kurvja. Galvaskausa sastāvā ietilpst dzemdes kakla, atslēgas un galvaskausa krūškurvja maisiņi. To kontrakcija vai paplašināšanās notiek, kad mainās ķermeņa daļa, kurā tie atrodas. Dobuma lielumu kontrolē muskuļu kustība. Lielākais gaisa konteiners atrodas vēderplēves sienas iekšpusē un ieskauj tajā esošos orgānus. Aktīvā stāvoklī, piemēram, lidojuma laikā, putnam nepieciešams vairāk skābekļa. Spēja sarauties un paplašināt ķermeņa dobumus ļauj ne tikai ātri izvadīt vairāk gaisa caur plaušām, bet arī atvieglot spalvainā radījuma svaru.
Lidojuma laikā straujā spārnu kustība rada atmosfēras plūsmu, kas piepilda gaisa maisiņus. Vēdera muskuļi lielā mērā ir atbildīgi par procesu miera stāvoklī. Putnu elpošanas sistēma gan strukturāli, gan funkcionāli atšķiras no zīdītāju elpošanas sistēmas. Putniem ir plaušas – nelielas, kompaktas porainas struktūras, kas veidojas starp ribām abās mugurkaula pusēs krūšu dobumā. Šo spārnoto orgānu blīvie audi sver tikpat daudz kā vienāda ķermeņa svara zīdītājiem, bet aizņem tikai pusi no tilpuma. Veseliem cilvēkiem plaušas mēdz būt gaiši rozā krāsā.
Dziedāšana
Putnu elpošanas sistēmas funkcijas neaprobežojas tikai ar elpošanu un ķermeņa šūnu apgādi ar skābekli. Tas ietver arī dziedāšanu, ar kuras palīdzību notiek komunikācija starp indivīdiem. Svilpošana ir skaņa, ko rada balss orgāni, kas atrodas trahejas augstuma pamatnē. Tāpat kā zīdītāju balsenes gadījumā, to rada gaisa vibrācija, kas plūst caur orgānu. Šī īpašā īpašība ļauj dažām putnu sugām radīt ārkārtīgi sarežģītas balsis, līdz pat cilvēka runas imitācijai. Dažas dziesmu sugas var radīt daudz dažādu skaņu.
Elpošanas ciklu posmi
Ieelpotais gaiss iziet cauri diviem elpošanas cikliem. Kopumā tie sastāv no četriem posmiem. Vairāku savstarpēji saistītu darbību sērija palielina svaiga gaisa kontaktu ar plaušu elpošanas virsmu. Process ir šāds:
- Lielākā daļa gaisa, kas ieelpots pirmajā solī, caur primārajiem bronhiem nonāk aizmugurējās gaisa daivās.
- Ieelpotais skābeklis pārvietojas no aizmugurējiem maisiņiem uz plaušām. Šeit notiek gāzes apmaiņa.
- Nākamajā reizē, kad putns ieelpo, sātsskābekļa plūsma virzās no plaušām uz priekšējām tvertnēm.
- Otrā izelpa izspiež ar oglekļa dioksīdu bagātinātu gaisu no priekšējiem maisiņiem caur bronhiem un traheju atpakaļ atmosfērā.
Augsts skābekļa patēriņš
Lidojumam nepieciešamā augstā vielmaiņas ātruma dēļ vienmēr ir liels pieprasījums pēc skābekļa. Detalizēti apsverot putnu elpošanas sistēmu, mēs varam secināt: tās ierīces īpašības ļoti palīdz apmierināt šo vajadzību. Lai gan putniem ir plaušas, tie galvenokārt paļaujas uz gaisa maisiņiem ventilācijai, kas veido 15% no kopējā ķermeņa tilpuma. Tajā pašā laikā to sienām nav labas asins piegādes, tāpēc tām nav tiešas nozīmes gāzu apmaiņā. Tie darbojas kā starpnieki, lai pārvietotu gaisu caur elpošanas sistēmu.
Spārnotajiem nav diafragmas. Tāpēc regulāras elpošanas orgānu paplašināšanās un kontrakcijas vietā, kā tas tiek novērots zīdītājiem, putniem aktīvā fāze ir izelpošana, kas prasa muskuļu kontrakciju. Ir dažādas teorijas par to, kā putni elpo. Daudzi zinātnieki joprojām pēta šo procesu. Putnu un zīdītāju elpošanas sistēmas struktūras iezīmes ne vienmēr sakrīt. Šīs atšķirības ļauj mūsu spārnotajiem brāļiem iegūt nepieciešamos pielāgojumus lidošanai un dziedāšanai. Tā ir arī nepieciešama adaptācija, lai uzturētu augstu vielmaiņas ātrumu visām lidojošajām radībām.
