Адаптация животных к передвижению по воздуху

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации.

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина.

 

 

 

Кафедра биологии,

ветеринарной генетики,

паразитологии и экологии.

 

 

Реферат

На тему:

«Адаптация животных к передвижению по воздуху»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:  студентка 1 курса

ФВМ, 1 группа

Элли Е.Г.

Проверила: к.б.н Мухитова М.Э.

 

 

 

Ульяновск 2014

План.

1. Введение.
2. Воздух как экологический фактор для наземных организмов.
3. Передвижение рыб в воздухе.
4. Передвижение рептилий в воздухе.     
5. Передвижение насекомых в воздухе.
6. Передвижение птиц в воздухе.
7. Передвижение млекопитающих в воздухе.
8. Заключение.
9. Источники и литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Как известно, передвижение по воздуху не является привилегией только птиц, но и животных, рыб, рептилий, амфибий, насекомых и даже рыб! Подсчет количества видов летающих животных показал, что летающим животным принадлежит  более половины, примерно 60%, всего  животного населения земли. А  если отбросить воду и взять только наземных обитателей, то три четверти всех видов, живущих на земле, могут летать. Но каким образом они летают? Как им удалось покорить воздушное пространство? На эти и ряд подобных вопросов мне и предстоит ответить в своём реферате.

Тема полётов и передвижения в воздушном пространстве вообще была и будет интересной для всех людей: каждого и человечества в целом. Ведь, благодаря раскрытию механизмов, морфологических и физиологических адаптаций животных к передвижению в воздухе и человек смог подчинить себе воздушное пространство и подобно птице подниматься в воздух. В том числе и с  помощью наблюдений и полученных знаний о передвижениях животных в пространстве  получила своё развитие такая наука, как бионика (прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги).

Тема передвижения животных в воздушной среде обитания актуальна не только с точки зрения науки и техники, но и с точки зрения гуманитарных дисциплин, к примеру, в литературе: множество поэтов и прозаиков интересовала эта тема. Первым делом на ум приходит  часть  монолога Катерины из пьесы А.Островского «Гроза»: «Я говорю, отчего люди не летают так, как птицы? Знаешь, мне иногда кажется, что я птица. Когда стоишь на горе, так тебя и тянет лететь. Вот так бы разбежалась, подняла руки и полетела.»

Исходя из этого, можно смело заявлять, что тема моего реферата весьма актуальна и может рассматриваться с множества сторон. Я рассмотрю эту тему с точки зрения биологии для каждого типа животных в отдельности. Моей задачей является подтвердить актуальность и значимость выбранной мною темы и сделать на основе своей работы соответствующий результатам вывод. 

 

 

 

 

Воздух как экологический фактор для наземных организмов.

Низкая плотность воздуха определяет его малую подъемную силу и незначительную спорность. Обитатели воздушной среды должны обладать собственной опорной системой, поддерживающей тело: растения – разнообразными механическими тканями, животные – твердым или, значительно реже, гидростатическим скелетом. Кроме того, все обитатели воздушной среды тесно связаны с поверхностью земли, которая служит им для прикрепления и опоры. Жизнь во взвешенном состоянии в воздухе невозможна.

[Рис.1: Распределение членистоногих воздушного планктона по высоте (по Дажо, 1975)]

Правда, множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями (рис. 1), многие животные способны к активному полету, однако у всех этих видов основная функция их жизненного цикла – размножение – осуществляется на поверхности земли. Для большинства из них пребывание в воздухе связано только с расселением или поиском добычи.

Малая плотность воздуха обусловливает низкую сопротивляемость передвижению. Поэтому многие наземные животные использовали в ходе эволюции экологические выгоды этого свойства воздушной среды, приобретя способность к полету. К активному полету способны 75 % видов всех наземных животных, преимущественно насекомые и птицы, но встречаются летуны и среди млекопитающих и рептилий. Летают наземные животные в основном с помощью мускульных усилий, но некоторые могут и планировать за счет воздушных течений.

Благодаря подвижности воздуха, существующим в нижних слоях атмосферы вертикальным и горизонтальным передвижениям воздушных масс возможен пассивный полет ряда организмов.

Пассивно переносимые потоками воздуха организмы получили в совокупности название аэропланктона по аналогии с планктонными обитателями водной среды. Специальные адаптации для пассивного полета – очень мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, сильного расчленения, большой относительной поверхности крыльев, использование паутины и т. п. (рис. 2). 

 

[Рис.2 Приспособления к переносу воздушными потоками у насекомых:

1– комарик Cardiocrepis brevirostris; 2– галлица Porrycordila sp.; 3– перепончатокрылое Anargus fuscus; 4– хермес Dreyfusia nordmannianae; 5– личинка непарного шелкопряда Lymantria dispar;]

В расселении микроорганизмов, животных и растений основную роль играют вертикальные конвекционные потоки воздуха и слабые ветры. Сильные ветры, бури и ураганы также оказывают существенное экологическое воздействие на наземные организмы.

Малая плотность воздуха обусловливает сравнительно низкое давление на суше. В норме оно равно 760 мм рт. ст. С увеличением высоты над уровнем моря давление уменьшается. На высоте 5800 м оно равняется лишь половине нормального. Низкое давление может ограничивать распространение видов в горах. Для большинства позвоночных верхняя граница жизни около 6000 м. Снижение давления влечет за собой уменьшение обеспеченности кислородом и обезвоживание животных за счет увеличения частоты дыхания. Примерно таковы же пределы продвижения в горы высших растений. Несколько более выносливы членистоногие (ногохвостки, клещи, пауки), которые могут встречаться на ледниках, выше границы растительности. [1]

 

 

 

 

 

 

Передвижение рыб в воздухе.

 

Что бы рассмотреть адаптации к передвижению в воздухе на примере рыб. Возьмём на рассмотрение летучих рыб. Они обычны в  тропических, субтропических и умеренно теплых морях, т. е. в приэкваториальных  и тропических частях Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Встречаются  и в Средиземном море. Они имеют  длинные и узкие грудные плавники, у некоторых увеличены также  и брюшные плавники.

Как эти рыбы летают и могут ли они действительно летать?

Рассмотрим, в чем состоит «полет»  этих рыб.

Сильным движением хвоста летучая  рыба совершает резкий рывок и  выбрасывается из воды под очень  небольшим к ней углом. Первое время нижняя лопасть хвоста еще бороздит воду. Затем рыба летит по прямой, используя энергию броска. Встречный ветер поддувает под распростертые плавники, поддерживает рыбу и она летит дальше. В случае попутного ветра путь летучей рыбы короче. Боковой ветер постепенно поворачивает рыбу, она описывает широкую дугу и, если не успеет до этого упасть в воду, оказывается в конце концов хвостом к ветру. Скорость летучей рыбы велика. Расстояние в 100—150 метров она пролетает не более, чем в 18 секунд. Есть сведения, что крупные рыбы пролетают до 400 метров и могут находиться в воздухе почти целую минуту. Траэктория «полёта») — удлиненная пологая линия, парабола, восходящая ветвь которой короче, нисходящая ветвь длиннее. Следовательно набирает высоту летучая рыба круче, быстрее, спускается более полого, медленнее.

Грудные плавники летучей рыбы во время полета распростёрты. Задний, свободный конец их вибрирует или трепещет.

Может ли летучая рыба действовать своим плавником так, как действует крылом птица? На взгляд грудной плавник представляется очень большим. Но на самом деле, если сравнить его с крылом птицы и учесть какую тяжесть ему приходится нести в воздухе, оказывается, что он очень и очень мал. Чтобы летать на таких плавниках, пользуясь ими как крыльями, надо быстро и сильно взмахивать ими, быстрей, чем взмахивает крыльями самая быстромашущая птица, при этом поднимать их высоко и опускать очень низко.

Однако, рыбы не могут этого делать. Мускулы, которые двигают плавниками, чрезвычайно слабы и не способны к быстрым сокращениям. Мало того, они и лежат, можно сказать, не на месте и, как ни старайся, взмахнуть плавниками «по-птичьи» рыба не может.

Поэтому полёт летучей рыбы нельзя назвать настоящим полётом. Скорее это удлиненный бросок. Для  того, чтобы летать машущим полётом, как летают птицы или летучие  мыши, рыбы должны были приобрести сначала  наземную, пятипалую в типе, конечность. А путь к приобретению пятипалой  конечности лежит через долгий период эволюции, во время которой от древних  кистепёрых рыб возникли древние  наземные позвоночные, давшие потом  начало богатому разнообразию новых  существ, в том числе и летающим. [2]

 

Передвижение рептилий в воздухе.

 

Приспособления рептилий для передвижения в воздухе рассмотрим на примере летучего дракона. Летучий дракон невелик. Длина его  тела 21 см, из них на долю хвоста приходится 12,5 см. По бокам тела имеются кожистые складки, куда заходят укрепляющие  их концы шести передних ложных ребер. Когда летучий дракон спокоен, сидит  на месте, кожистые складки прижаты  к бокам тела, во время прыжка они расправляются, сильно увеличивая поверхность тела животного. К тому же летучий дракон, прыгая, вбирает  в себя значительное количество воздуха, кожа на горле и брюхе сильно растягивается  и все животное превращается в  какой-то удлиненный плоский баллон. Ребра придают этому баллону широкую упругую опору. Животное в таком виде напоминает аэростат полужесткой конструкции. Пойманный во время полета летучий дракон тотчас выпускает из себя воздух и на глазах человека приобретает свою нормальную форму с обвисшими кожными складками.

Наполненное воздухом животное очень  легко. Воздух способствует уменьшению его удельного веса. Но все же летучий дракон — не аэростат. Как  ни надувайся, он не может стать легче  воздуха. Уменьшение удельного веса, увеличение несущей поверхности  могут только замедлить падение  после прыжка. Во время своего прыжка-полёта летучий дракон может пронестись в воздухе около 25 метров. За это  время он может схватить насекомое, на которое нацелился, еще сидя на ветке, повернуть направо или  налево и наконец спуститься на ствол  другого дерева или на ветку.[3]

 

Передвижение птиц в воздухе.

Приспособления птиц для передвижения в воздушной среде. Одним из основных отличий пернатых от других групп  позвоночных, является способность  летать. Существует относительно небольшое  количество (около 60 видов) нелетающих либо почти нелетающих птиц, однако все они в процессе эволюции так  или иначе утратили это качество, которое имели их предки. Умение передвигаться по воздуху определяет всю биологию этого класса животных, включая и особое строение организма.

 

 

1) Двойное дыхание у птиц.  
Легкие у птиц губчатые, они не могут расширяться-сжиматься, как наши. Эту работу (расширяться при вдохе и сжиматься при выдохе) у птиц выполняют воздушные мешки. При вдохе воздушные мешки расширяются, и туда заходит воздух. В одни мешки заходит воздух, прошедший через легкие (насыщенный углекислым газом, «использованный»). В других мешках запасается чистый воздух. При выдохе мешки сжимаются. Использованный воздух из одних мешков выдыхается сразу, а чистый воздух из других мешков, прежде чем выйти наружу, проходит через легкие. Таким образом, и при вдохе, и при выдохе через легкие птицы проходит свежий воздух. Именно поэтому птичье дыхание называется «двойным». Кстати, обратите внимание: воздух через легкие птиц движется все время в одном и том же направлении, что облегчает организацию противотока. За счет двойного дыхания и противотока птицы получают гораздо больше кислорода, чем остальные летающие. 

2) Для запасания  кислорода летательные мышцы содержат много миоглобина. 

3) Кровеносная система не отстает  от дыхательной: в ней очень  высокое давление и частота  сердечных сокращений. (Среднее давление у птиц 133 мм рт. ст., а у млекопитающих – всего лишь 97 мм рт. ст. Зато пульс у полукилограммового млекопитающего будет около 250 раз в минуту, а у аналогичной птицы – всего лишь 180. Зато масса сердца птицы составляет в среднем 0,8% от массы тела, а у млекопитающего – всего лишь 0,6%. Короче, кровеносные системы птиц и зверей примерно равны; птицы выигрывают за счет того, что их кровь содержит гораздо больше кислорода, см. п. 1.) 

4) За счет  отлично развитых кровеносной  и дыхательной систем у птиц  очень быстрый обмен веществ  и высокая температура тела (у  млекопитающих от 36 до 39 °С, а у птиц – от 40 до 42 °С). При высокой температуре быстрее идут все процессы жизнедеятельности, в том числе быстрее происходит сокращение мышц. Это позволяет птицам совершать большую работу за единицу времени. 

 

5) Для получения  большого количества энергии  птицы едят намного больше, чем млекопитающие с такой же массой тела (на фоне птиц даже бурозубка, которой приходится питаться 80 раз в день, после еды – спать 10 минут, затем снова есть – не выглядит такой уж страдалицей). Чтобы хоть немного сэкономить, некоторые птицы (например, колибри), во время сна уменьшают температуру тела (гетеротермия). 

 

6) Обтекаемая форма тела. В частности, крупные мышцы, двигающие конечности, расположены на теле, а к конечностям  идут сухожилия. 

7) Пережевывание  пищи происходит не в голове, а в желудке (с помощью камней  и двухкамерного желудка).  

 

8) Перья, образующие летательную  поверхность крыльев, мертвые (аналоги  наших волос). Им не нужны кровеносные  сосуды, приносящие питание и  кислород, поэтому перья очень  легкие.