Птиците са много различни – летящи, тичащи, плуващи, от малки колибри до големи щрауси. Но всички те имат общата способност да снасят яйца и след това да ги излюпват.

Птиците не могат да раждат потомство в себе си, както бозайниците, защото... теглото им ще се увеличи толкова много, че няма да могат да летят. Поради това те са принудени да снасят яйца, за да могат да летят и да си набавят храна, докато ембрионите им се развиват тихо в яйцата.

Производството и люпенето на яйца е много материален, енергиен и времеемък процес. Следователно естествено възниква въпросът: защо природата е в в такъв случайотиде до толкова значителни разходи? Защо яйцата трябва да имат варова черупка и защо птиците трябва да ги люпят дълго време. В крайна сметка са възможни и по-евтини механизми за възпроизвеждане. Например, влечугите също снасят яйца, но тяхната черупка, като правило, е кожена, не съдържа калциеви соли, от които тялото на възрастния често се нуждае, и те не излюпват яйца дълго време, те просто ги снасят в дупки или под различни предмети.

Птичите яйца се покриват с твърда варовита черупка за около 20 часа. Черупковата жлеза е част от птичия яйцепровод, който отделя силно концентриран разтвор от различни минерали: калциев хлорид, натриев бикарбонат, натриев хлорид, калиев хлорид и протеини. Образуването на черупката (минерализация) се придружава от утаяване на кристали от калциев карбонат и гликопротеини върху външната мембрана на яйцето. След снасянето на яйцата започва инкубационният период. За повечето яйца оптималната температура на инкубация е доста висока. За кокоши яйца е 37-39°C, за пъдпъдъчи и патешки 37-38°C. Въпреки че за яйцата на пингвините от студените ширини са достатъчни 31-32°C. Инкубационният период може да продължи от 11 дни (за врабчета) до 85 дни (албатрос). През цялото това време повечето птици само за кратко напускат съединителя, за да се хранят. Така че защо не могат просто да оставят яйцата си в гнездата, които често са високо в дървета, скали и други места, които са трудни за достигане от хищници? Защо птиците излюпват яйцата си?

Изглежда, че отговорът е очевиден - за да се поддържа постоянно висока температура на инкубация. И въпреки че за влечугите е типично да оставят яйцата си да се развиват при температура на околната среда, това не е така при птиците. Много влечуги и крокодили не се нуждаят от високи температури, за да развият яйцата си. Да, тогава процесът на инкубация се увеличава, но може да се случи и при по-ниска температура на околната среда. Защо тогава поне някои видове птици в райони с високи температури, например в Африка, не се откажат от мътенето на яйца?

И така, женският крокодил снася яйцата си в пясъка на плитчините или ги заравя в гнездо, направено от кал и гниещи листа. Женските обикновено остават близо до съединителя, защитавайки яйцата от врагове. Температурата в гнездото е в рамките на 31-34 °C. Повечето змии снасят яйца в дупки или хралупи, под камъни или паднали дървета, без впоследствие да проявяват грижа за потомството си. Въпреки че сред влечугите понякога има и по-„отговорни“ родители, които не изоставят яйцата си с ембриони на произвола на съдбата. Например, женски питон обгръща съединителя си около няколко пръстена на тялото си, а яйцата, докато са скрити под нещо като капачка на майката, са напълно безопасни, а в същото време температурата на яйцата се повишава с 10-15 °C над температурата на околната среда.

Освен това яйцата на повечето влечуги са покрити отвън с кожена черупка и само в някои групи варовик може да се отложи по повърхността на яйцата. Среща се и при крокодили и някои костенурки. Обичайното обяснение за необходимостта от твърда варова черупка е за механична защита и за предпазване на яйцето от изсъхване. Но в същото време яйцата на гущерите нямат варовита, а по-скоро твърда, кожена черупка, която перфектно предотвратява изсъхването на яйцата дори в горещата пустиня. А механичният натиск от птици, които не са тежки по природа, е малко вероятно да причини сериозно нараняване на ембриона по време на инкубацията. Например при бозайниците такива леки деформации на ембриони и фетуси в тялото на майката по време на физически труд или упражнения са често срещано явление, което е напълно безопасно и дори полезно за тях.

Птичите яйца обаче са генетично програмирани да изискват само високи температури на инкубация, за да се развият. Това е, което принуждава птиците да седят върху яйцата си дълго време. В противен случай тези птици няма да имат потомство. В същото време необходимостта от поддържане висока температураза по-бързо развитие на ембриона по време на инкубация, разбира се съпроводено със защита на яйцата от хищници.

Според мен това класическо обяснение за наличието на защитна варовикова черупка и инкубацията на яйцата не отчита друг фактор, който е най-важната движеща сила в еволюцията на животинския свят на Земята, а именно радиацията. Факт е, че от време на време нашата планета е изложена на силни течения йонизиращо лъчение. Този ефект обикновено е доста дълготраен, около година, понякога дори две години, което изключва възможността живи организми да използват прости и произволни методи, за да избегнат вредното му въздействие. Такива защитни механизми трябва да бъдат системни и структурни, засягащи основните принципи на структурата на тялото и неговото функциониране.

В зависимост от силата на радиацията, тя причинява мутации или дори смърт (при силно облъчване) на много видове живи организми. Периодичността на такива мощни излъчвания обикновено е милиони години. Редица научни статии за масовите измирания на Земята откриват периодичност от 26-27 милиона години. Следователно фактът, че толкова мощни излъчвания не са описани в историята по време на съществуването на човечеството, може да се обясни с относително краткия геоложки период от съществуването на човечеството от няколко хиляди години. Радиационните фактори обаче обикновено не се вземат предвид в класическата палеобиология.

Предците на всички живи същества, които сега съществуват на Земята, включително птици и бозайници, трябва да са се сблъсквали с доста мощни потоци радиация в различни периоди от своето съществуване. Тяхната причина може да бъде или увеличаване на интензивността на потока от мощна космическа радиация (например от колебания на Слънцето или от експлозии на близки супернови), или намаляване, или дори изчезване на естествените защитни екрани на планетата, като озоновия слой на атмосферата и магнитното поле на Земята. Освен това разрушаването на озоновия слой може да бъде причинено от такива природни бедствия като продължителни изригвания на мощни вулкани или падане на големи метеорити, които обикновено са придружени от изхвърляне на големи количества фин прах в атмосферата на големи височини.

Йонизиращото лъчение има по-разрушителен ефект върху ембрионите на птиците и бозайниците, отколкото върху възрастните организми. Следователно именно тях, на първо място, природата се опитва да защити по-добре. При бозайниците развиващият се ембрион и плод са скрити вътре в тялото на майката, а в ранните, най-уязвими стадии на развитие – в тазовата кухина, защитена от всички страни от тазовите кости. При птиците варовитата черупка на яйцето, съдържаща калциеви соли, отслабва йонизиращото лъчение, играейки ролята на вид защитен екран. Освен това степента на това отслабване зависи от дебелината на варовиковата черупка на яйцето. Но птицата не може да покрие яйцето с много голям защитен слой от калциеви соли. Първо, такива големи запаси от калций просто не съществуват в телата на птиците в достатъчни количества, т.к. тя се нуждае от него за себе си скелетна система. Второ, пилето няма да може да се излюпи от яйце с много дебела черупка. Следователно тялото на самата птица е предназначено да служи като допълнителен защитен екран за яйцата, с който тя покрива яйцата отгоре от радиация, идваща от космоса. Почти всички птици, с изключение на кукувицата, излюпват яйцата си. В този случай птицата може да бъде отделена от излюпването само за кратък период от време, което леко увеличава дозата на облъчване на яйцата.

За строго автоматично програмиране на механизма за люпене на яйцата природата избра най-лесно регулируемия и в същото време жизненоважен параметър на клетката - нейната температура на оптимална жизнена активност. Факт е, че този параметър може да бъде доста лесно генетично регулиран и оставен програмиран в следващите поколения. По този начин е възможно генетично да се програмира ембрионът да се развива нормално при дадена температура през определен период от време на своето развитие.

Например, при едноклетъчните термофилни бактерии възможността за комфортно съществуване при температура от +60–+75 ° C, когато други бактерии умират, се създава поради малки промени в тяхната първична структура. В транспортната и рибозомната РНК на термофилите се повишава съдържанието на гуанин и цитозин, т.к. тази базова двойка е по-термостабилна от двойката аденин-урацил. Генетична и биохимична адаптация на многоклетъчните организми към промените в температурните условия на живот може да се постигне по начини като регулиране на генната експресия, промени във функционалната активност на ензимите, заместване на някои изоензими с други, промени в концентрацията на ензими в клетките и тъканите. и подвижността на течнокристалното състояние на мембраните. Клетките могат да синтезират няколко форми на ензими, подобни по функция, но различни по молекулно тегло и адаптивност към различни температури. Синтезът на тези форми се кодира от различни генни локуси и те се наричат ​​изоензими (изоензими).

По този начин дори температурата на оптимална инкубация се регулира от по-висока температура в началото, когато опасността от радиационно увреждане на ембрионалните клетки е по-висока в ранните, най-опасните етапи на развитие, до по-ниска температура в по-късните етапи от неговото развитие . Това принуждава птицата да седи по-дълго в ранните етапи на инкубацията, а в края на инкубацията може да бъде отделена от яйцата за по-дълго време. Ето защо в наръчниците на фермерите се посочва, че в първите дни на инкубацията пилето изобщо не трябва да се безпокои, а през основния инкубационен период разходката за хранене, пиене и къпане трябва да продължи не повече от 20 минути. В този случай нейното потомство оцелява в по-голям брой и тази особеност на поведението им се фиксира и поддържа генетично от естествения подбор.

В процеса на еволюция птиците не са имали възможност, за разлика например от влечуги, да заравят яйцата си в земята, спасявайки ги от космическата радиация, защото в този случай техните яйца биха могли да станат лесна плячка за същите змии и гущери . Птиците обикновено изграждат гнездата си по дървета или планини, където единственият начин да защитите яйцата от радиация от небето е като ги покриете с тялото си. И оптималното температурен режим, при която настъпва оптимално развитие на яйцата, близка до телесната температура на птиците, ги принуждава да излюпват яйцата си през всички поколения без изключение. Генетично програмираният температурен фактор на развитието на яйцата елиминира отслабването на безусловния рефлекс на птиците за излюпване. И дори ако в продължение на милиони години няма значителни природни бедствия, придружени от значително увеличение на фоновата радиация, тази базирана на температурата генетична характеристика на развитието на птичи ембриони не позволява на птиците да променят своя алгоритъм на поведение и да отказват да излюпват яйца, при най-малко дори за отделни видове. И в момента всички видове птици мътят яйца и са готови напълно да посрещнат и преживеят глобална катастрофа, свързана с космическата радиация, ако такава се случи, защото... техните предци вече са преживели подобни катастрофи много пъти в миналото.

Според съвременните възгледи за еволюцията на птиците те са потомци на динозаври, изчезнали преди около 66 милиона години. Фактът, че птиците не са изчезнали тогава, може да се обясни, наред с други неща, с такъв уникален механизъм за защита на техните яйца от йонизиращо лъчение. И въпреки че яйцата на динозаврите, като яйцата на птиците, са защитени от варовита черупка. А освен това сигурно са пазили и яйцата си от хищници, защото... много вкаменелости на динозаври са открити близо до гнездата на тези яйца. Но повечето видове динозаври са твърде големи и физически не могат да излюпят яйца поради собственото си тегло. В допълнение, възрастните динозаври също нямат защита за техните хемопоетични органи и имунна системаот вредните лъчения, станали причина за изчезването им. Само няколко отделни видовединозаврите са оцелели до днес в леко модифицирана форма. Сред тях например са крокодилите, които прекарват по-голямата част от времето си във вода, чиято дебелина също може да играе ролята на щит от космическата радиация. И обикновено заравят яйцата си в пясъка, точно като костенурките, които са добре защитени от космическата радиация от дебелата си костна черупка, която също съдържа калциеви соли.

Впоследствие, след смъртта на динозаврите, птиците заемат екологичните ниши, освободени от летящи динозаври (птерозаври). И бозайниците заеха освободените екологични ниши на земята.

Имайки предвид горното, става ясно и защо в процеса на еволюцията яйцата са развили варовита черупка. В края на краищата, по-голяма твърдост и здравина може да придаде на черупката tunica albuginea, която съдържа например високоякостния естествен полимер хитин. Но такава черупка изобщо не би защитила птичия ембрион от йонизиращо лъчение.

Точно обратното на механизма за редукция, описан в тази статия оптимална температураклетъчното развитие за повишаване на нивото на външната радиация се използва от природата в яйца от друг вид, а именно в мъжките тестиси. Но това е тема за отделна статия.

Според съвременните представи за птиците, те включват топлокръвни животни, които имат пера, клюн и най-вече могат да летят. Птиците снасят яйца и ги инкубират до раждането на потомството. Но, както се оказва, излюпването на пилета не е интересно за всички. Сред представителите на този клас има птица, която изгражда истински инкубатор с отопление и топлоизолация за бъдещите си пилета.

На снимката: австралийско оцелирано пиле

Това е оцелирано пиле, което живее в полусухите евкалиптови гори на Южна Австралия. Въпреки че не мъти яйца, не можете да я обвинявате за безделие. Точно обратното. Те изграждат сложни гнезда за своите пилета. Всичко започва с изкопаване на голяма дупка, с диаметър до 3 метра и дълбочина около метър. След завършване на този етап, пилетата събират трева, клонки и други растителни материали от цялата област. Цялото това богатство е внимателно поставено на дъното. И веднага щом дъждът намокри останките от растенията, пилетата започват втория етап. Мъжкият покрива органичния слой с пясък. На върха на този особен хълм има място за яйца. По принцип такива гнезда имат диаметър около 5-6 м, но особено усърдни мъже изграждат инкубатори с ширина до 10 метра. И в основата се получава естествено нагряване: слой от органична материя се разлага, освобождавайки топлина по време на гниене и по този начин осигурява постоянна температура (приблизително 33 градуса) вътре в конструкцията. 6-7 месеца след началото на строителството инкубаторът е напълно готов и женската снася яйца. Това е може би най-дългото гнездо за изграждане.

След като снесе яйца, мъжкият редовно проверява температурата, като пъха човката си вътре. Ако е необходимо, той създава желания температурен режим, като добавя пясък или, обратно, премахва част от „изолацията“. Грижовният татко яде и спи близо до гнездото и не напуска обвиненията си нито за минута. Изключителен пример за грижовен баща на семейство! Пиленцата се раждат след 2-3 месеца и си проправят път сами. Те се раждат доста независими и, сякаш в благодарност за такава дългосрочна грижа преди появата им, почти веднага напускат дома на баща си. Ами родителите? След почивка за няколко месеца, двойката оцелирани кокошки започва да строи ново гнездо. И целият гениален процес се повтаря отново.

Но защо тези птици изграждат толкова невероятни гнезда? В края на краищата е много по-лесно да се излюпват яйца, а и като време е несравнимо по-бързо. Според биолозите всичко се дължи на начина на живот на тези птици. Те живеят на земята, намират храна тук и летят доста рядко, въпреки че могат да го направят. Може би такъв механизъм е бил заложен в тях преди хилядолетия, когато климатът е бил по-студен, и за да увеличат процента на оцеляване на потомството си, те са започнали да строят толкова сложни гнезда. Може би това е направено отчасти за защита от врагове: намирането на такива яйца, вкусни за хищници, в купчина пясък и растителни остатъци е много по-трудно, отколкото просто да ги намерите в гнездо в пясъка. Но каквито и да са причините за такъв необичаен начин на изграждане на гнездо, те дават плодове. И тези птици са оцелели до днес, за да ни изненадат и зарадват с такава благоговейна грижа за тяхното потомство.

Задача 1. Попълнете пропуските в текста.

Репродуктивните органи на мъжките птици са тестисите. Репродуктивните органи на женските птици са яйчниците. Оплождането при птиците е вътрешно. При женските птици, като правило, функционира левият яйчник. Оплождането на яйцата става в яйцепровода. Всъщност се счита за яйце оплодена яйцеклетка. Газообмен между развиващия се ембрион и заобикаляща средасе случва чрез микроскопични пори. Птиците, които излюпват зрящи, независими пилета, се наричат ​​птици за разплод. Птиците, които хранят пилетата си дълго време, се наричат ​​гнездови.

Задача 2. Разгледайте структурата на птиче яйце.

1. Помислете за формата на пилешко яйце. Счупете черупката и изсипете съдържанието на яйцето в етри чаша. Запазете черупката.

2. Разгледайте белтъка и жълтъка. Потърсете плътни въжета в катерицата. Напишете от коя част на яйцето идват.

Връвчетата се простират от вителиновата мембрана.

3. Намерете белезникаво кръгло петно ​​върху жълтъка – зародишния диск. Къде се намира? Обяснете функционалното значение на това местоположение на зародишния диск.

Зародишният диск е разположен по-близо до източника на топлина. Когато птица седи на яйца, зародишният диск се намира в горната част на яйцето, по-близо до източника на топлина (тялото на птицата), ако птицата стане от гнездото, връзките завъртат жълтъка със зародиша диск и сега е на дъното.

4. Прокарайте върха на дисекционната игла по жълтъка. Какво наблюдавате? Какво предположение може да се направи въз основа на този факт?

Жълтъкът ще започне да се разпространява. Това предполага, че е бил покрит с тънка защитна обвивка.

5. Обмислете черупки от яйцапрез ръчен обектив. Има ли пори в него? Ако бъдат открити, равномерно ли са разпределени6 или са групирани в някаква част на черупката? Обосновете функциите на порите.

Порите на черупката са равномерно разпределени, но въздухът се натрупва в специална въздушна торбичка, откъдето навлиза в ембриона.

6. Счупете парче от черупката с пинсети и го издърпайте надолу. Помислете за подчерупковата мембрана.

7. Намерете въздушната камера под черупката на тъпата част на яйцето. Обяснете значението на тази камера.

Когато пиленцето е достигнало последния етап на развитие и е готово за излюпване, то пробива с клюна си филма на въздушната камера и вдишва въздуха, който се намира там, т.е. пиленцето поема първата си глътка въздух в яйцето.

8. Начертайте структурата на яйцето и надпишете частите му.

9. Формулирайте заключение за структурните характеристики на птиче яйце.

Птичите яйца са големи и съдържат много хранителни вещества и вода в белтъка и жълтъка. Черупката предпазва ембриона от външни влияния, а порите позволяват на въздуха да навлезе в яйцето.

Задача 3. Попълнете таблицата.

Задача 4. Напишете защо птиците не снасят всичките си яйца наведнъж, както влечугите, а постепенно, едно по едно.

При женските се развива само един (ляв) яйчник. Яйцето се обвива, докато преминава през яйцепровода. И влечугите имат кожена черупка, а не варовита.

Задача 5. Назовете признаците на развиващ се голям ембрион, който потвърждава произхода на сухоземните гръбначни животни от рибоподобни предци.

На третия ден пилешкият ембрион развива хрилни жлебове - характеристика, запазена от неговите рибоподобни предци.

Кръглата или продълговата форма на яйцето зависи от това дали птицата обича да лети.

Птичите яйца обаче трудно могат да бъдат объркани с нещо друго външен видТе все още имат доста голямо разнообразие. И ако всичко е повече или по-малко ясно с оцветяването - цветът на черупката прави яйцата невидими и освен това без родители - тогава с формата няма такава яснота.

И във формата на яйце различни видовемогат да се различават значително, например при блатните птици яйцата в единия край се стесняват доста силно, така че да приличат на круша, при совите яйцата са сферични и приличат на топки за тенис, а при колибритата са с форма на боб. Всички яйца имат една и съща функция – да защитават и хранят пиленцето по време на ембрионалното му развитие; Това означава, че разнообразието от форми е възникнало по някаква външна причина.

Мери Стодарт ( Мери Стодард) от Принстънския университет и Lakshminarayanan Mahadevan ( Лакшминараянан Махадеван) от Харвард заедно с колеги от др научни центровеанализира геометричната форма на почти 50 000 яйца, принадлежащи на 1400 вида птици. Изследователите дори разработиха специална програма, която може да се използва за точно определяне на разликата между яйцето и перфектната топка.

Яйцата, както казахме, са много различни, много удължени, не много удължени, със заострен край и т.н., и различни геометрични характеристикисе комбинират помежду си по различни начини. Както се оказа обаче, в света няма яйца, които да са къси и заострени - тоест нито една птица не снася яйца, които да приличат на балон.

Формата на яйцето всъщност зависи не от самата черупка, а от меката мембрана - подчерупковата мембрана, която първоначално съдържа цялото съдържание на яйцето; черупката се появява по-късно, когато яйцето вече е оформено. Мембраната има по-дебели и по-малко дебели участъци, някъде се разтяга повече, някъде по-слабо – всичко това, за да бъде достатъчно здрава, за да издържи натиска от вътрешността на яйцето, докато то расте и набъбва в гениталния тракт на птицата. Както показаха изчисленията, разнообразие от различни геометрични форми. Но на теория се оказа, че едно от тези решения може да бъде формата балон с горещ въздух, междувременно, както казахме, в природата няма такива яйца.

След това изследователите се опитаха да сравнят яйцата с поведението на птиците. Сред хилядите видове, които бяха избрани за анализ, беше възможно да се идентифицират няколко групи с яйца с подобна форма. Въпреки това, няма връзка между формата и вида на гнездото, или избора на място за гнездене, или броя на яйцата в съединителя (въпреки че и двете често са били изтъквани в миналото като обяснения за разнообразието от геометрия на яйцата). Съвпадението беше открито по друг начин: оказа се, че формата на яйцата често съответства на параметрите на крилото, съотношението на неговата дължина и ширина.

Дължината и ширината на крилото определят модела на полета - с други думи, геометрията на яйцата зависи от това как птицата лети. Тези, които летят добре и прекарват много време във въздуха (като албатроси и колибри), имат удължени и асиметрични яйца; ако птиците се издигат във въздуха неохотно, прекарват много време на земята или летят на къси разстояния от храст на храст и от дърво на дърво (като африканските пити и трогони), тогава техните яйца ще бъдат по-заоблени. За да снесем спокойно закръглено яйце, се нуждаем от широк яйцепровод и широк таз, но ако искаме да летим бързо и да маневрираме по време на полет, тялото трябва да е леко и удължено, а широкият таз тук изобщо не е подходящ. (Предполага се, че същото важи и за птиците, които плуват и се гмуркат много - те също се нуждаят от тясна, опростена форма на тялото.)

Тоест различните комбинации от удължаване и заостреност са резултат от опитите да се съчетае необходимостта от тесен яйцепровод с необходимостта да се снабди яйцето с достатъчно количество хранителни вещества. Комбинацията от сферична форма с остър край (като прословутия балон) се оказва безсмислена - заостреността дава предимство само ако яйцето е и удължено; ако птицата лети малко и следователно може да си позволи сферични яйца, тогава острият край просто ще бъде нерентабилен, защото ще намали обема на яйцето.