Специализация класса птиц (Aves) выражается в их приспособленности к полету. Птицы ведут свое происхождение от примитивных рептилий. Ближе всего к птицам расположены псевдозухии. К ним относятся орнитозухи, демонстрирующие морфологическое сходство с птицами. Чешуйки, покрывавшие их тело, по строению напоминали перья. Хвост длинный, таз широкий, крепкий. Передвигались орнитозухи на задних конечностях, а с помощью передних конечностей захватывали пищу. Непосредственные предки птиц до сих пор не обнаружены. Об их строении и образе жизни можно судить по отпечаткам скелета археоптерикса, найденным в юрских отложениях.
Современные птицы имеют ряд прогрессивных черт, отличающих их от рептилий. Прежде всего это высокий уровень развития нервной системы и сложное поведение; теплокровность, связанная с интенсификацией обмена веществ и совершенной терморегуляцией; способность к полету и передвижению по земле; особенности размножения.
Кожа птиц — тонкая, сухая, практически лишена желез. Имеется только копчиковая железа, выделения которой служат для смазывания перьев. Особенно хорошо железа развита у водоплавающих птиц, перья которых не смачиваются водой.
На теле птицы имеются разнообразные роговые образования, являющиеся производными эпидермиса. Основные из них — перья. Перья располагаются на определенных участках тела — птерилиях. Аптерии — это участки тела, лишенные или почти лишенные перьев. Такое расположение перьевого покрова является одним из приспособлений к полету. Перья различаются по строению и функциям. Тело птицы покрывают контурные перья. Они состоят из полого стержня и двух пластинок — опахал. Часть пера, погруженная в кожу, называется очином. Опахала образованы длинными бородками первого порядка, на которых находятся бородки второго порядка. Они снабжены крючочками и сцепляются между собой, так, что опахала представляют единую упругую пластинку. Длинные контурные перья, формирующие лопасть крыла, называются маховыми. На хвосте находятся рулевые перья. Эти типы перьев служат птицам при полете. Контурные перья предохраняют от потерь тепла, механических повреждений, способствуют формированию обтекаемой формы тела, уменьшают трение при полете. Терморегулирующую функцию также выполняют пуховые перья, расположенные под контурными. Пуховые перья снабжены только бородками первого порядка, у них очень короткий стержень. Нитевидные перья — это пуховые перья без бородок. Смена перьев у птиц происходит в период линьки.
К роговым образованиям кожи также относятся клюв (роговые чехлы верхней и нижней челюсти), когти на пальцах и роговые щитки, покрывающие пальцы и цевку.
Мускулатура птиц дифференцирована сложнее, чем у всех рассмотренных ниже групп животных. Это связано с разнообразными и сложными движениями, выполняемыми птицами. Мышцы, которые приводят в движение конечности, находятся на туловище, а к конечностям идут сухожилия. Основная масса мускулатуры, приводящая в движение крылья, располагается на груди. Самые мощные грудные мышцы (составляют до 20% от общей массы птицы) крепятся к килю грудины и служат для опускания крыла. Поднимают крыло подключичные мышцы, они меньших размеров, чем грудные. Около 35 различных мышц образуют мускулатуру задних конечностей. У некоторых видов птиц имеется обходящая мышца. С ее помощью птица обхватывает ветку пальцами и автоматически удерживается на ней.
Скелет птиц значительно видоизменен в связи с приспособленностью к полету. Прежде всего это сказывается на строении конечностей и их поясов. Повышается прочность скелета в результате срастания костей и его облегчение, поскольку большинство костей пневматичные (в них заходят воздушные мешки).
Позвоночник состоит из пяти отделов: шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового. Число шейных позвонков у разных видов различно. Первые два шейных позвонка видоизменены и имеют типичное строение для амниот. Первый позвонок — атлант, а второй — эпистрофей. Шейный отдел обладает большой подвижностью, которая обеспечивается особой формой позвонков. Так, угол поворота головы у сов составляет 270 градусов.
Грудные позвонки (их максимальное число 10) срастаются между собой и крестцом. Грудные позвонки несут ребра. Ребро имеет два отдела: спинной и грудной, которые подвижно сочленяются друг с другом. Кроме того, ребра подвижно соединяются с грудиной. По-этому грудина при сокращении мышц может перемещаться по отношению к позвоночнику, при этом изменяя объем грудной клетки. Такой механизм очень важен для дыхания. У большинства птиц на грудине образуется киль, к которому прикрепляются грудные мышцы. Киль отсутствует у страусовых птиц.
Уникальное скелетное образование птиц — сложный крестец — формируется в результате срастания между собой поясничных, крестцовых и части хвостовых позвонков, а также подвздошных костей таза. Сложный крестец служит опорой для мощных задних конечностей. В хвостовом отделе сохраняется от шести до девяти свободных позвонков. Заканчивается хвостовой отдел особой косточкой — копчиковой костью (пигостиль), которая образуется в результате срастания хвостовых позвонков. Копчик — опора для рулевых перьев хвоста.
Объем мозгового черепа велик, по бокам черепа располагаются крупные глазничные впадины. Челюстные кости срастаются, они обычно вытянуты и покрыты ороговевшими пластинками, образуя клюв. Зубы на челюстных костях отсутствуют. Кости мозгового черепа рано срастаются, они очень тонкие, среди них есть пневматичные. Все это делает череп птиц прочным и легким.
Пояс передних конечностей состоит из парных лопаток, коракоидов и ключиц. В месте схождения этих костей причленяется плечевая кость. Мощные коракоиды соединяются с грудиной. Ключицы, срастаясь, формируют вилочку, обеспечивающую поясу упругость. Скелет крыла образован плечом, предплечьем и кистью. Наиболее существенные изменения наблюдаются в строении кисти. Запястье редуцировано и срастается с пястью. Пясть образована двумя костями. Пальцев всего три: второй (содержит две фаланги), третий и четвертый (содержат по одной фаланге). Отделы крыла располагаются под некоторым углом друг к другу и могут двигаться только в плоскости крыла, при этом расправляя его и складывая.
Пояс задних конечностей и сами конечности также видоизменены. Таз очень прочный, что достигается срастанием подвздошных костей со сложным крестцом. К подвздошным костям прирастают седалищные кости, а к ним — маленькие лобковые кости. С брюшной стороны кости таза широко раздвинуты, что связано с откладкой крупных яиц. Бедро типичного строения. Кости голени срастаются — полноценно развита только большая берцовая кость. К голени причленяется цевка, которая формируется в результате срастания костей предплюсны и плюсны. Пальцев четыре, реже — три, и только у африканского страуса — два.
Верхние и нижние челюсти образуют клюв, форма его у птиц разнообразная, что является отражением их пищевой специализации. Верхняя челюсть называется надклювьем, а нижняя — подклювьем. На дне ротовой полости находится подвижный мускулистый язык. Разнообразие форм языка связано с особенностями питания птиц. У основания языка располагается гортанная щель и вход в пищевод. Расширение пищевода (куриные, хищники и т. д.) образует зоб. Здесь пища накапливается, набухает и подвергается частичному перевариванию. В зобу за счет слущивающихся клеток эпителия может образовываться творожистое вещество — «молочко», которым многие птицы (голуби, попугаи, трубконосые) выкармливают своих птенцов.
Пищевод переходит в железистый желудок. В железистом желудке содержатся железы, вырабатывающие пищеварительный сок. От железистого желудка резко отграничен мускулистый желудок. Он имеет толстые стенки, изнутри выстлан кутикулой. Здесь пища перетирается. Зерноядные птицы заглатывают камешки, способствующие перетиранию пищи. От желудка начинается тонкая кишка, передний отдел которой образует двенадцатиперстную кишку. Она делает петлю, в которой помещается компактная поджелудочная железа.
Печень крупная. Желчные протоки открываются в двенадцатиперстную кишку, сюда же впадают протоки поджелудочной железы. Желчный пузырь может отсутствовать. Тонкая кишка переходит в прямую кишку, впадающую в клоаку. Толстой кишки нет.
В клоаке имеется слепой вырост — фабрициева сумка. В ней образуются лимфоциты, кроме того, фабрициева сумка выполняет роль железы внутренней секреции. По сравнению с другими животными, длина кишечника у птиц сравнительно небольшая.
Наиболее коренные изменения, связанные с воздушным образом жизни, претерпевает дыхательная система птиц. Пара наружных ноздрей располагается у основания надклювья. Через них, а затем через хоаны воздух попадает в ротовую полость. Гортанная щель открывается в верхнюю гортань, откуда воздух направляется в трахею. Трахея распадается на два бронха, которые ветвятся в легких. У птиц развивается еще нижняя гортань — голосовой аппарат, который находится в месте перехода трахеи в бронхи. Верхние дыхательные пути принимают участие в терморегуляции птиц. В отличие от рептилий, легкие птиц имеют губчатое строение и прикреплены к ребрам по бокам позвоночника. Ответвления бронхов проходят через легкие и, расширяясь, образуют воздушные мешки, объем которых во много раз превышает объем легких.
Воздушные мешки располагаются между органами, между отдельными мышцами, под кожей, заходят в пневматичные кости. Воздушные мешки увеличивают объем вдыхаемого воздуха и принимают участие в прокачивании воздуха через легкие. Газообмен в них не происходит. Наличие воздушных мешков обеспечивает непрерывный поток воздуха через легкие в одном направлении как при вдохе, так и при выдохе. Такой способ дыхания значительно повышает эффективность газообмена.
Строение сердца и артериальных дуг у птиц таково, что кровь в сердце не смешивается, то есть возникает разделение венозного и артериального кровотоков. Сердце — четырехкамерное. Состоит из двух предсердий и двух желудочков. Размеры сердца у птиц относительно велики, наблюдается также увеличение объема крови, циркулирующей в теле. Данные особенности в организации кровеносной системы позволяют повысить общий уровень обмена веществ.
Окисленная кровь по легочным венам попадает в левое предсердие, а оттуда — в левый желудочек. От левого желудочка отходит правая дуга аорты (в отличие от рептилий, имеющих две дуги аорты), которая образует спинную аорту и тянется вдоль позвоночника. Спинная аорта несет окисленную кровь к внутренним органам и мышцам. От правого желудочка общим стволом отходят парные легочные артерии, несущие венозную кровь в легкие. От туловища венозная кровь по задней полой вене возвращается в правое предсердие. От передней части туловища и головы кровь собирается в передние полые вены, которые также впадают в правое предсердие.
Разделение кровотоков и быстрая циркуляция крови обеспечивают высокую (около 42 градусов) и постоянную температуру тела птиц. Температура тела не зависит от температуры окружающей среды. В этой связи важное значение имеет терморегуляция. При понижении температуры окружающей среды потребление кислорода и интенсивность окисления возрастает! При значительном повышении температуры внешней среды у птиц начинается тепловая отдышка — учащение дыхания, которое приводит к выделению из организма избыточного тепла.
Головной мозг птиц развит значительно лучше, чем у рептилий, прежде всего это касается его размеров. Особенно велики полушария переднего мозга. Крыша полушарий развита относительно слабо. Малы обонятельные доли, т. к. обоняние у птиц существенного значения для жизнеобеспечения не имеет. Промежуточный мозг невелик и находится под полушариями переднего мозга. Мозжечок большой, его развитие связано со сложными, координированными движениями птиц при полете. Зрительные доли среднего мозга образованы крупными структурами.
Зрение — наиболее развитый орган чувств, глазные яблоки крупные. Кроме нижнего и верхнего века, имеется мигательная перепонка, закрывающая весь глаз. Аккомодация глаза достигается за счет изменения кривизны хрусталика под действием ресничной мышцы, а также за счет изменения расстояния между хрусталиком и сетчаткой.
Орган слуха образован внутренним и средним ухом. В среднем ухе имеется одна слуховая косточка — стремечко. Барабанная перепонка заглублена по отношению к кожному покрову, то есть возникают зачатки наружного слухового прохода. Органы обоняния устроены относительно просто.
Почки крупные, парные, находятся в углублениях таза. Есть надпочечники. От почки отходит мочеточник, открывающийся в клоаку. Мочевой пузырь отсутствует. На 80% моча состоит из мочевой кислоты. Обратное всасывание воды из мочи происходит в клоаке.
Самцы обладают парными овальными семенниками, которые лежат рядом с почками. Семяпроводы, отходящие от семенников, образуют небольшое расширение — семенные пузырьки, в которых скапливаются зрелые сперматозоиды. Семяпроводы открываются в клоаку.
У самок развит только левый яичник, а правый редуцируется. В яичнике различимы отдельные фолликулы, в которых созревают богатые желтком яйцеклетки. Функционирует только левый яйцевод, а правый — редуцирован. Яйцеклетка через разрыв фолликулы попадает в полость тела, а потом захватывается воронкой яйцевода. Оплодотворение внутреннее, происходит в яйцеводе. За счет секреции желез, расположенных в стенке яйцевода, образуются яйцевые оболочки — белковая, подскорлуповая, известковая скорлупа.
Развитие яиц происходит в результате насиживания кладки одним из родителей. Вылупившиеся птенцы бывают птенцового типа — рождаются голыми, слепыми, неспособными перемещаться и самостоятельно питаться; и выводковые — птенцы опушенные, зрячие, передвигаются и самостоятельно питаются.
Класс Птицы подразделяется на подкласс Первичные птицы — к нему относится археоптерикс, и подкласс Настоящие птицы. К подклассу Настоящих птиц относится надотряд Зубатые птицы — объединяет вымерших птиц мелового периода (гесперорнис и др.). К этому же подклассу относятся надотряды: Пингвины, с одним семейством пингвиновых, и Бескилевые птицы, или страусы, с четырьмя отрядами — Африканские страусы; Нанду, или Американские страусы; Казуары, или Австралийские страусы; и отряд Бескрылые, или Киви. Наиболее многочисленными являются представители четвертого надотряда — Килегрудые птицы. К этому надотряду относится 27 отрядов птиц, в том числе Воробьиные, Дятловые, Совы, Козодои, Голуби, Чайки, Дрофы и т. д.
Птицы имеют большое промысловое значение, а также служат обязательным компонентом всех без исключения экосистем Земли.