Характеристика класса Птицы в связи с приспособлением к полету

Птицы – это покрытые перьями гомойотермные амниоты, передние конечности которых превратились в крылья. Эволюция кл. протекала в направлении приспособления к полету параллельно в нескольких аспектах: а) по пути обеспечения обте­каемости и уменьшения лобового сопротивления тела птицы; б) облегчения массы тела; в) повышения интенсивности процессов жизнедеятельности.

Специализация к полету привела к формированию от­носительно однообразной формы тела. Туловище птиц компактное, округлое, голова небольшая, хорошо выражена шея. Передние конечности освободились от функции пере­движения по субстрату и превратились в летательный ор­ган — крылья. Хвост короткий, снабжен веером рулевых перьев. Контурные перья образуют летательные плоскости крыльев и хвоста. Благодаря черепицеобразному располо­жению налегающих друг на друга перьев тело имеет обте­каемую форму. Существенные изменения произошли в опорно-дви­гательной системе птиц. Единственный подвижный от­дел позвоночника — шейный (11—25 позвонков). Благодаря особому строению и сочленению позвонков, а также сложно дифференцированным мышцам шеи птицы способны пово­рачивать голову на 270° (совы, попугаи). Грудные позвонки срослись друг с другом и образовали спинную кость, которая очень тугим суставом соединена со сложным крестцом (сросшиеся поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков). С ним неподвижно срослись также подвздошные кости таза. Благодаря жесткой фиксации отделов позвоночника во время полета птицы он не про­висает, а при ходьбе создает прочную опору для задних конечностей. Большие размеры грудины и наличие на ней киля (кроме страусоподобных) обеспечивают возможность прикрепления мощных мышц, двигающих крыло. Короткая подвижная часть хвостового отдела выполняет функции до­полнительной несущей летательной плоскости и управления полетом (как руль и тормоз). В связи с высвобождением передних конечностей от функции движения на суше всю нагрузку принимают на себя нижние конечности и тазовый пояс. Скелет задних конечностей образован мощными длин­ными трубчатыми костями. Для увеличения длины шага у птиц сформировалась цевка путем слияния нижнего ряда костей предплюсны и всех плюсневых костей.

Мускулатура птиц дифференцирована значительно силь­нее, а ее относительная масса больше, чем у пресмыкающихся. Это обеспечивает большую подвижность птиц и разнообразие их движений. Самыми массивными являются мышцы, приводящие в движение крылья. Масса обеих боль­ших грудных мышц, опускающих крыло, у разных видов составляет от 10 до 25 % массы тела птицы. Подключичные мышцы, поднимающие крыло, в 3—20 раз меньше пред­ыдущих. Изменение положения перьев на больших участках тела осуществляет хорошо развитая подкожная мускулатура.

Облегчение массы птицы достигнуто развитием ряда приспособлений. Кости скелета отличаются прочностью и легкостью. Полости трубчатых костей частично заполнены воздухом, частично — костным мозгом. Плоские кости име­ют губчатое строение, сохраняя большую прочность при небольшой толщине. Утратились утяжеляющие птицу орга­ны: зубы, мочевой пузырь, правый яичник. Сильно укоро­тилась задняя кишка.

Возрастание уровня обменных процессов у птиц достигнуто интенсификацией пищеварения, дыхания и кровообращения. Потребляемая пища перетирается в ка­шицу в мускульном отделе желудка, быстро расщепляется ферментами, активность которых высока благодаря посто­янной и высокой температуре тела. Всасывание в тонком длинном отделе кишечника происходит быстро, чему спо­собствует обилие ворсинок в его слизистой оболочке. От­носительная масса поедаемой пищи значительно выше, чем у других хордовых животных сходных размеров. У мелких воробьиных птиц она составляет 50—80%, а у крупных видов — 15—40% массы их тела за сутки.

Все органы и ткани тела снабжаются чистой артериаль­ной кровью благодаря четырехкамерности сердца, в котором полностью разделены артериальный и венозный кровотоки. Относительная масса сердца выше, чем у других

хордовых животных, — 1— 2% массы тела. Частота серд­цебиения высокая.

Кровь обладает высокой кислородной емкостью (в 2— 4 раза выше, чем у пресмыкающихся), большим содержа­нием в ней углеводов. В мышцах птиц, особенно летатель­ных, имеются значительные запасы миоглобина, представ­ляющие собой резерв химически связанного кислорода, ко­торый может использоваться при интенсивной работе.

Иитенсификация дыхания у птиц достигнута за счет практически непрерывного газообмена, происходящего как на вдохе, так и на выдохе (двойное дыхание). При вдохе часть атмосферного воздуха направляется по тончай­шим бранхиолам в ячеистые дыхательные выросты, густо оплетенные сетью

легочных кровеносных капилляров, где и происходит газообмен. Большая часть воздуха при вдохе поступает в воздушные мешки, объем которых в 10 раз больше объема легких. При выдохе воздух из воздушных мешков, содержащий много кислорода, поступает к дыхательному эпителию легких, где вновь происходит газообмен. Акт дыхания у летящей птицы осуществляется за счет изменения объема грудной клетки при подъеме и опускании крыльев. Поэтому чем чаще взмах крыльев, тем интенсивнее происходит газообмен.

Интенсификация процессов пищеварения, дыхания и кровообращения, высокие термоизолирующие свойства перь­евого покрова позволили птицам, как и млекопитающим, поддерживать высокую постоянную температуру тела — развилась гомойотермия.

Благодаря обретению способности к полету, высокому уровню процессов жизнедеятельности, их независимости от температуры внешней среды, высокому уровню развития центральной нервной системы и органов чувств (в особен­ности зрения и слуха), усложнению поведения и разнооб­разию связей между особями в популяции птицы широко расселились по планете.

Вместе с тем именно глубокая специализация к полету ограничила размеры их тела (все летающие птицы относи­тельно невелики), не позволила им заселить почву и воду, что с успехом осуществили млекопитающие.

Применение б.т. методов и полходов в решении проблем загрязнения окр. среды.1.Нарушение экол равновесия.2.Разрушение озонового слоя 3.Загрязнение пром отходами. Методы эколог биотехнологии: 1.биоочистка сточных вод. Классификация отходов:твердые и жидкие с сер 20 века.2.Био (фито)ремидиация: использование живых систем 3. создание биобезопасных инсектицидов и гербицидов 4. Экологически чистая энергия 5. Создание С.Х. растеий уст к болезням 6.Бактериальное выщелачивание 7. Клонирование исчезающих видов.Сточные воды

очистка: выделяют 2 способа отчистки которые заключаются в биохим. Разрушении (минерализации) микроорганизмами органических загрязнителей 1.Аэробные микроорганизмы. Базируется на объеме сточных вод. Это бактериальные фильтры (гранулы на которых мобилизованы м.о.) Бактериальные пруды (лакуны) – на поверхности плавают микроорганизмы, а кислород поступает из окр. ср. или фотосинтезирующих водораслейе. Аэротенки (бактериальные цистерны)

Аэроттенки -> Отстойник (мех. Осаждаются. Органические остаются) -> Усреднитель (выравнивается скорость накопления сточных вод) -> Аэротенк (реакторы в которых находятся бактерии или м.о. которые разлагают орг. загрязнители) -> Пресс (отжимает активный илл.) В результате образуются очищенные сточные воды и активный илл (сапропель) который используют как удобрение или в трансформации в метанотенке.

3.Анаэробные. Используют м.о. коорые осуществляют жизнедеятельность в бескислородных условиях. Используют анаэробные лагуны, метентэнки (емкость до нескольких сотен тысяч – используют факультотивные метаногенные м.о. которые разлагают сапропель и другие орг. Вещества.) Выделяют 2 этапа: 1. Ацидогенез и дегидрогенезация под действием факультотивных м.о. происходит разложение до простых веществ, аминокислот 2. Ацетогенез и метаногенез. В результате образуются метан вода и углекислый газ. Биоремидиация. Это метод эк. Биотехнологии в основе которой лежит способность м.о. утилизировать сложные орг. Вещества с разложением их до простых веществ биологически безопасных. Нефтяное загрязнение. Этапы биотехнологической отчистки

1. Узучение биоразнообразия загрязненных территорий, поиск естественных редуцентов. 2. Выделение микрофлоры, способной к деструкции. 3. Активация местной флоры. 4. Интродукция м.о. деструкторов в загрязненные участки. Микроорганизмы нефтередуценты (контидо парапсилозиз, псевдомонэ путида, ацнетобактер олеоворум.) используют изоляты грибов. Фитоэкстракция – накопление в тканях растений полютантов и выброс в атмосферу. Получение экологически чистой энергии.

1.Преобразование солнечной энергии. Используют биосистемы: суспензия хлорэллы способна осуществлять фоторазложение воды и является источником кислорода. 2. Фотопроизводство водорода: хлоропласты шпината в присутствие доноров электронов и бактерий. Водород выделяют цианобактерии, голофильные бактерии. Примеры. Бактерии и вирусы инсектициды (на основе бацилл готовят энтобактерин и дендробацелин); энтобактерин содержит бактерии, споры и эндотоксины эффективные в борьбе с чешуекрылыми. Характеризуется кишечным действием при попадании в организм вызывает токсическое действие, прорастают споры, что приводит к сепсису. Дендробацелин содержит споры и эндотоксин, выделяют из гусениц сибирского шелкопряда, убивает белянок, луговых мотыльков. Энтомопатогенные вирусы оказывают узкоспециализированное вирулентное действие.

2. 59. Биоэнергетика. Макроэнергетические соединения. Анаэробное и аэробное окисление.

Происходит в митохондриях. АТФ универсальный носитель энергии, состоит из сахара-рибозы, азотистое основания и 3 остатков фосфорной кислоты, кт соединенные макроэргическими связями. Энергия АТФ используется в разных функциях. Выделяют 3 этапа образования АТФ: подготовительный, гликолиз и кослородный. Органич. в-ва (глюкоза, а/к-ты, жирные к-ты) на предварительных этапах расщепления, окисления, дизаминирования образуют R-ацетил, он окисляется до углекислого газа и воды. В митохондриях молекула глюкозы начинает окислятся в ц/ме клетки анаэробно без участия кислорода. Предварительно реакции окисления и расщепления глюкозы включают в себя 10 реакций гликолиза, входе этой реакции используется 2 мол. АТФ для расщепления мол. глюкозы на 2 триозы. На этапах предворительного анаэроб. окисления выделяется 4 мол.АТФ, поэтому этоговый энергетич. эффект составляет 2 мол. АТФ. Процесс окисления заключается в отщепление от орг. в-ва атома водорода, реакция сопровождается выдел. энергии. Атом водорода отщепляется ферментами дегидрогеназами: НАД-зависимые Д-дегидрогеназа, НАДФ зависимые и ФАД зависимые. В процессе окисления принимают участие НАД гидрогеназы. В ходе анаэробного окисления глюкоза в конечном этоге образует 2 мол.пировиноградной к-ты и 2 мол.АТФ. если процесс окисления продолжается аэробно, то пировиногр.к-та переносится из ц/мы в митохондрии. Если процесс завершается анаэробно, то атомы водорода присоед. конечному продукту окисления – пировиногр. к-те и образуется 2 мол.молочной к-ты, это конечный продукт анаэробного окисленияв том же случае если процесс не переносится в митохондрии пировин.к-та подвергается окислительному декарбоксилированию, от нее отщепляется СО₂ и при этом теряется Н₂ – окислительное расщепление, образуется радикальный ацетил, это не полностью окисленное соединение. Радикал соед. с коэфицентом А и образуется ацетил коА, ацетил коэнзин А взаимодействует со щавелевой к-той образуется лимон.к-та, она вступает в цикл Крепса. На одном из этапов окисления R-ацетила образуется молекула АТФ, остальные р-ции связаны с образованием восстановленых форм НАДФ, выделяется с СО₂ и в одной из р-ции образуется восстановленый ФАД с 2мя молекулами Н₂. при восстановление НАДФ отдаются электроны, восстановленые дегидрогеназы передают атомы Н₂ в дыхательную цепь. НАД с 2мя атомами Н₂ передают ат.Н₂на НАД*Н дегидрогеназный комплекс, при этом НАД окисляется, а НАД*Н восстанавливается. Восстановленый ФАД передает атомы Н₂ на обихинон (2ой компкнент дыхательной цепи-жироподобное вещество способное перемещаться в составе мембран митохондрий). НАД*Н дегидрогеназ комплекс включает в себя около 22х различных полипептидных цепей, он принимает на себя электроны, происходит разобщение электронов и протонов, происходит выделение энергии. Далее электроны передаются на обихинон, НАД*Н окисляется, а обихинон восстанавливается. В состав цепи переносчиков электронов входит до 15 различных переносчиков, крупным из кт является комплекс цитохромов ВС1-белки связаные с атомами металлов, он достаточно крупный, с него электроны передаются на цитохром С ® на комплекс цитохромов А-А₃ это цитохром оксидазный комплекс, с него электроны передаются на О₂, энергия кт выделяется в ходе транспорта электронов используется для перекачивания протонов из матрикса митохондрии в межмембраное пространство, в результате возникает градиент концентрации протонов, поскольку протон заряже то и создается разность потенциалов, когда они достигают пика осуществляется обратный переход протонов в матрикс из межмембранго пространства. Протоны возвращаясь в матрикс проходят через АТФ-азный комплекс-сложный ферментативный комплекс, внутри кт имеется канал для протонов. В данном случае превращение протона происходит по градиенту концентрации, они активируют АТФ-азный комплекс и он осуществляет присоединение остатка фосфорной к-ты к молекуле АДФ, образуется АТФ. Если донором электронов в дыхательной цепи являетс восстан.НАД гидрогеназа, то энергия выделяющая в дыхательной цепи достаточно для синтеза 3х молекул АТФ, если донором является ФАД, то образуется 2 молекулы АТФ, всего в результате полного анаэробного окисления глюкозы образуется 36 мол.АТФ и 2 молекулы на аэробном=38 мол.АТФ.