Jak Ichthyostega vypadá?

Co lidé vymyslí, aby se dostali do vzduchu: letadla, vrtulníky, horkovzdušné balóny a vzducholodě. Každý z nás alespoň jednou snil o tom, že se jednou naučí létat ve vzduchu a pohybovat se po světě bez silnic. Ale bohužel nemůžeme létat sami. Ale ptáci to dělají báječně! Navrhuji ponořit se do studia anatomie a morfologie ptáků a zjistit, jak zvládají létat.

Původ ptáků

Předpokládá se, že ptáci se vyvinuli od starověku plazi. Existují pro to paleontologické důkazy: vědci během vykopávek našli pozůstatky úžasných zvířat. Pomocí speciálních metod bylo určeno jejich přibližné stáří – asi 150 milionů let!

Jméno jednoho z těchto úžasných zvířat je Archaeopteryx. Říká se tomu „přechodná forma“ mezi plazy a ptáky.

Přechodná forma – mezičlánek ve vývoji mezi dvěma velkými taxony.

Jak vypadal Archaeopteryx?

Archaeopteryx vypadal jako napůl plaz, napůl pták. Jeho struktura obsahovala znaky obou skupin živočichů. Podívejme se na ně podrobněji:

Morfologie a anatomie ptáků

Celé tělo ptáků se neustále přizpůsobuje let. Vše, co jim brání v létání, se v průběhu evoluce zmenšuje a objevuje se vše, co pomáhá. To znamená, že abychom si zapamatovali všechny aromorfózy ptáků, musíme přemýšlet, jako bychom navrhovali letadlo.

Problém 1: vítr

První problém se vzduchem je turbulentní víry. Tak se nazývají proudy vzduchu, které ulpívají na těle a brání mu v normálním pohybu. Zapamatujte si sami: ve větrném počasí je mnohem snazší chodit v zapnuté bundě, aby se vám vítr nelepil na svrchní oblečení a nekomplikoval vám pohyb.

Jak se vypořádat s víry?

Musíte se ujistit, že není nic, na čem by se vzduch držel. Tvar těla by měl být zjednodušenéjako letadlo. Chcete-li to provést u ptáků:

• objeví se peří
• aerodynamický tvar těla,
• Ocasní obratle jsou srostlé.

Jaké druhy peří existují?

• Obrysové krycí sklíčko zjemňuje tělo a dodává barvu. Pokrývají celé tělo, a proto se jim říká „krycí“.
• Obrysový setrvačník kryty křídla. Máváme křídly – to znamená, že letky jsou tam.
• Obrysové řízení tvoří ocas. Ocas pro ptáka je kormidlo, proto ocasní pera pokrývají ocas.
• Downy zajistit tepelnou izolaci. Stejně jako péřová bunda zadržuje peří teplo ve vzduchových dutinách mezi peřím.
• vláknité peří umístěné pod obrysovými, plní funkci dotyku.
• Štětinyumístěné kolem úst, se podílejí na zachycování potravy.

Problém 2: hmotnost

Další problém, který je třeba vyřešit, je tělesná hmotnost. Zkuste vyhodit prázdnou láhev a láhev naplněnou vodou do vzduchu. Druhý samozřejmě dopadne rychleji: působí na něj větší gravitační síla. Na let tedy musíme nějak zhubnout!

pro úleva těla u ptáků:

• zuby mizí
• tvoří se duté kosti
• močový měchýř je zmenšený,
• dvojtečka se zkracuje.

Duté kosti Říká se jim tak, protože mají dutiny – prostory naplněné vzduchem.

U obratlovců se moč ukládá v měchýř. U ptáků tento orgán chybí jako zbytečný – moč tam nahromaděná zatěžuje tělo a to je za letu nerentabilní. Výsledná moč okamžitě vytéká. Pokud tedy pták, který proletí kolem, pošpiní vaše auto, není to pomsta za to, že jste ho nenakrmili, ale přirozený fyziologický proces.

Problém 3: Energie

Další problém – létat potřebujete hodně energie. Porovnejte: na překonání 1 km cesty spotřebuje osobní letadlo Boeing 737-300 2600 kg paliva a gazela pouze asi 5-6 kg. Nyní se zamysleme: odkud získávají živé buňky energii a jak jí získat co nejvíce?

Nejvýnosnější možností získávání energie je kyslíkové stadium metabolismus. V této fázi se tvoří až 36 molekul ATP! Více o rozdílech mezi fázemi energetického metabolismu si můžete přečíst v článku „Fotosyntéza, chemosyntéza, energetický metabolismus“. Zde ale opět nastává potíž – aby kyslíková fáze probíhala normálně, musí být buňkám dodáváno hodně kyslíku.

Aktivně zásobovat buňky kyslík, ptáci potřebují:

• houbovité plíce a vzduchové vaky,
• čtyřkomorové srdce a jasné oddělení arteriální a venózní krve,
• teplokrevný.

Houbovité plíce ptáci mají větší oblast výměny plynů než buněčné plíce plazů. Podívejte se na jejich strukturu – existuje mnohem více oddílů!

Kromě toho se objevují ptáci vzduchové vaky. Při nádechu se do nich dostává další část vzduchu, kterou lze využít při výdechu. Tímto způsobem získáme ještě více kyslíku: k výměně plynů dochází jak při nádechu, tak při výdechu.

Plicní ventilace u ptáků

Čtyřkomorové srdce Je nutné, aby se krev nemíchala. Přepážka v komoře zabraňuje míšení arteriální a venózní krve. Tkáně jsou tedy vyživovány arteriální krví, ve které je koncentrace kyslíku mnohem vyšší než ve smíšené krvi.

Většina chemických reakcí (včetně oxidace látek) probíhá rychleji při zahřátí. Proto je důležité, aby ptáci vždy udržovali dostatečně vysokou tělesnou teplotu. Například pro holuba je normální tělesná teplota 43,5 ℃. Tato funkce umožňuje pojmenovat ptáky teplokrevný nebo homeotermický zvířat.

Homeothermic – schopnost udržovat stálou tělesnou teplotu.

Ptáci v letu

Skvělý! Promysleli jsme všechny problémy „vzduchu“ a nyní je tělo zcela připraveno k letu.

Jak ale zvednout tělo ze země?

• Abyste ještě vzlétli, musíte se od povrchu odrazit silou. Silný tlak pomáhá realizovat tarsus. Jedná se o další kost v dolní končetině ptáků, která spojuje prsty a dolní končetinu. Tarsus také poskytuje tlumení nárazů při přistání – aby se noha při rychlém přistání nezlomila, musíte ji zpevnit! Kromě toho jsou k tarzu připojeny šlachy, které umožňují ptákům nespadnout během spánku.

• V okamžiku vzletu ptáci silně mávají křídly. Aby byla tato první klapka dostatečně pevná a křídla se během letu neunavila, jsou prsní svaly ptáků velmi vyvinuté. Jak je to dlouho, co jsi nakrájel kuřecí prsa? Pamatujte, jak je tlustá – takové svaly jí bude závidět každý kulturista! Prsní svaly ptáků jsou připojeny ke speciálnímu výrůstku hrudní kosti – kýl.

No, to je ono, s takovou stavbou těla se určitě můžeme zvednout ze země a letět! Nyní je správná poslední věc řídit aby létali přesně tam, kam potřebují.

A ovládat své tělo ve vzduchu je mnohem obtížnější než na zemi! Jen si to představte – vy a já se pohybujeme pouze ve směrech “vpřed-vzad” a “vpravo-doleva”, ale ptáci mají jinou osu pohybu – “nahoru-dolů”. Potřebujeme komplexní palubní počítač, který bude řídit polohu těla v prostoru.

Část mozku zodpovědná za koordinaci pohybů se nazývá „mozeček” U ptáků je velmi dobře vyvinut, takže mají výbornou kontrolu těla ve vysokých nadmořských výškách.

U ptáků se zvyšuje a vyvíjí mozková kůra – oddělení odpovědné za komplexní chování. Proto jsou ptáci schopni primitivních myšlenkových procesů: mají například velmi dobrou paměť. Pamatujte na mluvící papoušky: přesně reprodukují slova trenéra až po zvuk.

Shrňme vše výše uvedené a vyjmenujme to hlavní aromorfózy ptáků:

• progresivní vývoj nervového systému;
• houbovité plíce, vzhled vzduchových vaků;
• čtyřkomorové srdce, teplokrevné;
• peří – rohovité útvary;
• přeměna předních končetin na křídla.

Vývoj ptáků

Ptačí embryo se vyvine do vejce. Pojďme se blíže podívat na to, proč ptáci kladou vajíčka a proč se jejich mláďata nemohou narodit stejně jako savci!

Za prvé, vejce je nezbytné pro ochrany embryo před vyschnutím – bez vody nebude moci žít. Abychom toho dosáhli, obsahují vaječné bílky velké množství vlhkosti. A žloutek obsahuje rezervu bílkovin – z toho embryo přijímá výživa před vylíhnutím.

Kromě bílku a žloutku zahrnuje struktura vejce skořápka, provazce a vzduchové komory.

Funkce vaječných struktur

Shell odděluje obsah vajíčka od vnějšího prostředí. Ale embryo musí nějakým způsobem přijímat kyslík, aby mohlo dýchat – jinak se v tomto hustém „skafandru“ jednoduše udusí. Za tímto účelem má skořápka četné póry – přes ně vstupuje kyslík a vystupuje oxid uhličitý. Veškerý oxid uhličitý však nemůže uniknout malými póry – hromadí se v nich vzduchové komory.

Lano jsou potřeba k tomu, aby se embryonální kotouč otočil na teplejší stranu – na tu, ze které slepice ohřívá vejce tělem.

Vývoj u ptáků přímý, tedy z vajíčka se vylíhne mládě, které je velmi podobné dospělému.

Jak jsme řekli dříve, ptáci mají dobře vyvinutý přední mozek, který je zodpovědný za složité chování. Díky tomu je to možné péče o potomstvo.

Vzpomeňte si na karikaturu „Little Penguin Lolo“, ve které byli tučňáci odděleni od svých rodičů. Hlavní postavy pronásledovaly nejrůznější nebezpečí: museli utéct před predátory a pytláky, sami si hledat potravu, bojovat s konkurenty o hnízdiště. V raných fázích vývoje ptáků všechny tyto problémy řeší rodiče: krmí mláďata, učí je létat a hledat potravu a chrání je před predátory. To přispívá k většímu přežití kuřat a populace jako celku.

Kontrola faktů

• Ptáci se vyvinuli z plazů. Přechodná forma – Archaeopteryx.
• Pro odlehčení váhy V kostech ptáků jsou dutiny, ocasní obratle a močový měchýř jsou zmenšeny a střeva jsou zkrácena.
• K uspokojení energetických potřeb ptákům se vyvinou houbovité plíce, vzduchové vaky a čtyřkomorové srdce.
• V kostře ptáků, dodatečně vytvořené kýl и tarsus.
• Je potřeba vyvinutý přední mozek a mozeček ovládat tělo za letu.
• Charakteristické pro ptáky péče o potomstvo.

zkontroluj se

1 úloha.

Z níže uvedených organismů vyberte přechodnou formu mezi plazy a ptáky.

1. coelacanth
2. Ichthyostega
3. ještěr zubatý
4. Archaeopteryx

2 úloha.

Vyberte komplikaci ptačí kostry.

1. končetiny pod tělem
2. zvýšení počtu obratlů
3. vzhled kýlu a tarzu
4. vymizení bérce

3 úloha.

Mezi aromorfózy třídy Bird patří.

1. tříkomorové srdce
2. mezoderm
3. houbovité plíce
4. zvýšení délky tlustého střeva

4 úloha.

Péče o potomstvo je dána progresivním vývojem.

1. oběhový systém
2. Nervový Systém
3. dýchací systém
4. vylučovací soustava

5 úloha.

Která struktura vajíčka je zodpovědná za výživu embrya?

1. žloutek
2. protein
3. lana
4. vzduchové komory

Odpovědi: 1; 4-2; 3-3; 3-4; 2-5.

Kdysi dávno žili všichni obratlovci na Zemi pouze v oceánech a byli rybami. Poté – asi před 350 miliony let – začali nejstatečnější jedinci zkoumat zemi. Vědci nemají společný názor, proč ryby potřebovaly změnit své bydliště: podle jedné verze začaly nádrže, kde žily, vysychat kvůli horkému klimatu; podle jiného průkopníci zjistili, že země je na rozdíl od oceánu plná jídla a není tam žádná konkurence; Podle třetího sehrály roli oba tyto faktory. Ať je to jakkoli, stateční muži nahradili žábry plícemi, naučili se chodit po čtyřech končetinách a dokonce létat a na souši vytvořili takovou konkurenci, o jaké se obyvatelům oceánu ani nesnilo.

Tento scénář znají čtenáři ze školy a mnozí si pravděpodobně pamatují ilustrace z učebnic biologie a z expozic v muzeích, na nichž se tvor připomínající buď čolka nebo úhoře nesměle plazí z vody na neprobádaný břeh. Nedostatečně vyvinuté tlapky nezabránily tomuto tvorovi z obrázků, aby se v novém prostředí docela obratně pohyboval – standardně se předpokládalo, že chůze prvních suchozemských obratlovců se prakticky neliší od chůze moderních obojživelníků. Nedávný výzkum však ukazuje, že cesta ryb na souš nebyla tak hladká.

Potíže

První podezření, že ve skutečnosti je vše mnohem komplikovanější než na stránkách učebnic, se mezi badateli objevilo poté, co byly pečlivě prostudovány dochované pozůstatky „mezilehlých“ tvorů – již ne ryb, ale ještě ne plnohodnotných suchozemských čtyřnožců. Žádné evoluční přechody se neprovádějí na první pokus: protože živé bytosti „nevědí“, kterým směrem se vyvíjet, dochází ke změnám několikrát a paralelně v různých skupinách organismů. Dnes vědci vědí o několika fosilních zvířatech, která se nezávisle na sobě pokusila změnit svůj nudný rybí vzhled na něco modernějšího.

Jedním z příkladů „atypických“ ryb je lalokoploutvá ryba rodu Eusthenopteron, který žil na Zemi asi před 385 miliony let. Anatomie těchto tvorů v sobě spojovala jak primitivní rysy charakteristické pro ryby, tak rysy pokročilejší. Pečlivé zkoumání ploutví Eusthenopteron ukázaly, že jsou pro pohyb po pevných površích zcela nepoužitelní, ačkoli se jejich kosti již začaly měnit.

Na druhé straně v roce 2004 byla v severní Kanadě nalezena kostra lalokoploutvých ryb tohoto druhu Tiktaalik roseae. Navzdory skutečnosti, že tento tvor, který žil na planetě asi před 375 miliony let, preferoval vodní životní styl, jeho ploutve, žebra a krk byly navrženy téměř stejně jako u suchozemských zvířat. Mnoho vědců se domnívá, že neobvyklé ploutve byly potřeba Tiktaalik roseae vůbec ne kvůli snaze dostat se na pevninu, ale kvůli lepšímu manévrování ve vodě. Později mohly být tyto změny užitečné pro průkopníky kontinentů, ale skutečnost, že alespoň některé organismy měly základy tlapy ještě předtím, než se chystaly dobýt nové země, znatelně komplikuje stávající evoluční obraz.

Ne chodec

Novou ránu pohodlné a srozumitelné hypotéze o vynoření se ryb na pevninu zasadil tvor, od kterého se trik čekal nejméně. Ichthyostega, ačkoliv nebyl přímým předkem moderních obojživelníků, byl vždy oblíbeným předmětem paleontologů – v neposlední řadě proto, že je tak dobře zachovalý: celkem vědci objevili asi 300 pozůstatků. Mnohé z nich jsou neúplné nebo poškozené, ale obecně lze z nalezených kostí sestavit kompletní kostru. Přesně to se rozhodla udělat skupina výzkumníků z University of Cambridge a Royal Veterinary College of Great Britain.

Vědci neposkládali kostru z jednotlivých kostí v doslovném slova smyslu – protože mnoho ostatků během milionů let pevně srostlo s okolní horninou, odborníci použili metodu počítačové tomografie. Ze získaných snímků různých částí těla Ichthyostega vědci vybrali ty nejlepší a následně je vzájemně propojili. Tato práce trvala několik let, protože v mnoha případech bylo chemické složení pozůstatků tak blízké složení horniny, že vědci museli manuálně „říkat“ přístrojům, co mají považovat za kost a co za kámen.

Mezi moderními zvířaty existuje úžasný tvor, který se pohybuje téměř stejným způsobem jako ichtyostega. Ryba s legračním jménem bahňák tráví většinu života na břehu, dýchá vzduch a pečlivě hlídá, aby její potomky náhle nezaplavila voda. Zde se můžete podívat, jak tento neobvyklý organismus tráví dny.

Výsledkem bylo, že vědci pod vedením Johna Hutchinsona dokázali znovu vytvořit celou kostru Ichthyostega – zde se můžete podívat, jak vypadá. Závěr vědců byl zklamáním: zvíře se fyzicky nemohlo pohybovat po zemi stejně jako například mlok. Zvláštnosti kloubů, kterými jsou přední a zadní končetiny spojeny s tělem, umožňovaly ichtyostegovi pohybovat tlapkami pouze tam a zpět a nahoru a dolů, ale nemohl otáčet končetinami podél jejich dlouhé osy. Ve volném čase se zkuste plazit po podlaze, pohybovat rukama a nohama pouze ve dvou na sebe kolmých rovinách a uvidíte, jak daleko se můžete posunout.

Hutchinson a kolegové dospěli k závěru, že Ichthyostega se pohyboval tak, že se spoléhal na své přední končetiny jako na berle a přitahoval zbytek těla k nim. Pohyby zadní části těla připomínaly pohyby tuleňů. Ve svém článku v časopise Příroda autoři naznačují, že Ichthyostega se možná nepokusil aktivně chodit a že kosterní změny byly nutné, aby se v první řadě postavila na přední končetiny a vystrčila hlavu z vody.

Někdo jiný

Ve světle nových dat se stává zcela nejasnou další otázka: v roce 2009 byly v Polsku objeveny stopy, které zanechal čtyřnohý tvor před zhruba 395 miliony let. Analýza otisků – dvou řetězců mělkých jamek – ukázala, že jejich „majitel“ zůstal na zemi docela sebevědomě a rovnoměrně používal všechny čtyři končetiny. Pokud věříte Hutchinsonovi a jeho spoluautorům, Ichthyostega nemohl zanechat takové stopy: za prvé, uspořádání jam by bylo jiné, a za druhé, uprostřed by nevyhnutelně byl kráter z těla táhnoucího se po zemi. .

Pokud záhadné otisky skutečně zanechal nějaký obratlovec (stalo se, že paleontologové nesprávně identifikovali stopy členovců), pak se měl dostat na zem mnohem dříve, než Ichthyostega a podobní tvorové začali zkoumat nová území. Co je to ale za zvíře a z jaké skupiny známých organismů by mohl pocházet, vědci nevědí.

V budoucnu mají autoři nového díla v úmyslu znovu vytvořit kostry zbývajících „přechodných“ tvorů a zjistit, jak se přesně pohybovali. Ichthyostega, na rozdíl od jiných „rybích obojživelníků“, měla velmi tuhou páteř, což dále omezovalo její pohyby. Vědci nevylučují, že by pružnější záda mohla částečně kompenzovat chybějící rotační pohyby končetin.

Kromě toho mají vědci v úmyslu vytvořit pohyblivý model Ichthyostega, aby konečně pochopili, jak chodil. Je to nesmírně pečlivý a zdlouhavý úkol, ale muzea a autoři učebnic mohou začít s předělávkou ilustrací už nyní.