Птицы

Завоевавшие воздух

Дуют с юга ветра,
Вновь в дорогу пора,
Альбатросу стихия легка.
Он опять и опять
Будет с ветром играть,
Прилетая на зов моряка.
С. Т. Кольридж.

В учебнике зоологии довольно подробно рассмотрены основные приспособления птицы к полету. Любая часть ее организма несет черты, прямо или косвенно способствующие передвижению в воздушной среде. Мы не будем останавливаться на перечислении анатомических и физиологических особенностей, а обратим внимание лишь на механизм дыхания птиц, так как он коренным образом отличается от механизма дыхания млекопитающих и был подробно исследован лишь сравнительно недавно.

Схема дыхательной системы птиц

Дыхательная система птицы состоит из гортани, трахеи, бронхов и парных легких, в которых происходит газообмен. Кроме того, в нее входит несколько пар больших тонкостенных воздушных мешков. Они работают, как меха, способствуя просасыванию воздуха через легкие, но сами не принимают участия в газообмене. Главный бронх, или мезобронх, проходит все легкое насквозь и связан с передними и задними мешками. Проходя через легкое, он отдает множество веточек, которые не оканчиваются пузырьками-альвеолами, как у млекопитающих, а открыты на обоих концах. Они называются парабронхами. В них и происходит окисление крови. Вся воздухоносная система составляет около 15 % объема тела птицы, причем легкие составляют небольшую часть этого объема, а основная приходится на воздушные мешки. Так как мезобронх связан и с передними и с задними воздушными мешками, то воздух может попадать в мешки и минуя легкие.

Какой же путь проходит вдыхаемый воздух? Чтобы узнать это, страусу давали вдыхать чистый кислород. При помощи специальных датчиков было зарегистрировано его поступление в разные точки дыхательной системы. Сперва кислород поступил в задние воздушные мешки, а уже через некоторое время - в передние. Значит, и вдыхаемый воздух по системе промежуточных бронхов поступает сначала в задние воздушные мешки, и лишь небольшая его часть попадает непосредственно в легкие (рис. 6).

Однако и передние воздушные мешки при вдохе тоже растягиваются. Откуда берется воздух в них? Очевидно, он поступает сюда из легких. Подтверждением этого служит высокое содержание в нем углекислого газа (около 6 %). Во время выдоха воздух из задних воздушных мешков просасывается в легкие, а из них - в передние мешки. Из передних же мешков воздух выходит в начальную часть мезобронха, а оттуда - в трахею и наружу.

Схема связей между бронхами, легкими и воздушными мешками у птиц

Таким образом, газообмен в легких птиц происходит и на вдохе и на выдохе. Более того, воздух в обоих случаях течет в одном направлении. Еще одна замечательная особенность дыхательной системы птиц состоит в том, что при вдохе легкие птиц опорожняются от воздуха, а при выдохе - наполняются свежим. Легкие птиц малорастяжимы, но отходящие от них вторичные бронхи легко растягиваются под действием специальных мышц.

В альвеолах легких млекопитающих газообмен происходит путем диффузии. В парабронхах птиц воздух и кровь текут в противоположных направлениях. Кровь, перед тем как покинуть парабронхи, встречается с поступающим снаружи воздухом, богатым кислородом. Благодаря наличию такой противоточной системы газообмена насыщение артериальной крови кислородом, например, у воробья достигает 80 % (у млекопитающих 24 %). Поэтому птицы легко переносят пребывание в разреженной атмосфере на больших высотах. Воздухоплаватели рассказывают о встречах с птицами на высоте 7-8 тыс. м, где они летают как ни в чем не бывало, в то время как млекопитающие, помещенные в разреженную атмосферу, имитирующую подобную высоту, лежат или вяло передвигаются. Все эти особенности - эффективное извлечение кислорода из воздуха по способу противотока во всех фазах дыхательного цикла, растягивание воздухоносных путей при помощи специальных мышц, большая емкость мешков-резервуаров - ставят птиц в преимущественное положение среди других позвоночных. Коэффициент полезного действия их дыхания выше, чем у животных, не столь полно освоивших воздушную среду. Это особенно важно в полете, когда организм испытывает значительные мышечные нагрузки и расходует огромное по сравнению с состоянием покоя количество энергии, предъявляя повышенные требования к обмену веществ.

Что касается синхронности взмахов крыльев и частоты дыхания птиц, то подробных данных по этому вопросу для большинства видов еще нет. У крупных медлительных птиц - журавлей, лебедей, пеликанов - частота взмахов, очевидно, действительно определяет частоту дыхания. Что же касается мелких, то здесь эта зависимость нарушается и всякая синхронность отсутствует. Зяблик в полете дышит, во всяком случае, не более учащенно, чем в спокойном состоянии.