W powietrzu i w wodzie - czyli przystosowania ptaków wodnych.pdf

(292 KB) Pobierz
VI. W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI
PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH.
Cezary Wójcik
Układ ruchu, czyli szkielet i mięśnie.
Szkielet ptaków w związku z ich przystosowaniem do lotu posiada pewne specyficzne
cechy. Centralną częścią szkieletu ptaka jest sztywna klatka piersiowa, do której
przymocowane są: odcinek szyjny wraz z czaszką, kości skrzydeł i nóg. śebra ptaków są
skierowane do tyłu i kaŜde jest wyposaŜone w wyrostek haczykowaty, zachodzący na
następne. Wyrostki te mają za zadanie chronić klatkę piersiową ptaka przed zgnieceniem np.
pod wpływem wysokiego ciśnienia i są szczególnie długie u ptaków nurkujących na znaczne
głębokości np. alek. Charakterystycznym elementem u gatunków latających jest okazały
grzebień
na mostku słuŜący jako miejsce przyczepu mięśni piersiowych. Czaszka ptaka jest
połączona z częścią szyjną kręgosłupa jednym
kłykciem potylicznym,
co zapewnia duŜą
ruchliwość głowy. Kręgosłup jest bardzo silnie wyspecjalizowany. Kręgi są całkowicie
skostniałe. NajdłuŜsza i najruchliwsza jest część szyjna kręgosłupa, zawierająca przewaŜnie od
15 do 25 długich i ruchomo zestawionych kręgów. Okolica tułowiowa jest natomiast bardzo
skrócona i usztywniona na skutek występujących tu i w dalszych częściach kręgosłupa zrostów.
Kość biodrowa jest wydłuŜona, zrośnięta z wieloma kręgami krzyŜowymi, lędźwiowymi
i ogonowymi (tworzą na końcu pygostyl). Z kolei brak zrośnięcia kości miednicy po stronie
brzusznej jest przystosowaniem do składania stosunkowo duŜych jaj. Kości długie większości
ptaków zawierają wypełnione powietrzem jamy - nazywamy je
kośćmi pneumatycznymi.
Stawy kolanowe pomiędzy kośćmi nóg pozostają stale ugięte. Mięśnie nóg są dość krótkie
i leŜą wokół uda i górnej części podudzia. Stopy i skok to kości obciągnięte skórą, pod którą
znajdują się praktycznie tylko wiązadła i ścięgna.
Lot zapewniają ptakowi
skrzydła.
Są przekształconą przednią kończyną, której
sprawność związana jest ze stosunkowo potęŜnymi mięśniami piersiowymi (mogą one wynosić
do 15 % cięŜaru ciała). Mięśnie opuszczające skrzydło do dołu są zwykle mocniejsze od tych,
które to skrzydło podnoszą do góry. Związane jest to z grawitacją działającą na tułów ptaka.
Ruch skrzydeł w dół oznacza podniesienie ciała do góry, zaś proces odwrotny wymaga znacznie
mniejszej energii. Mięśnie piersiowe ptaków, będących dalekodystansowymi lotnikami np. gęsi
są zbudowane głównie z włókien czerwonych, których surowcem energetycznym jest tłuszcz,
Zapewnia im to dłuŜszą pracę. Dlatego tak waŜne jest jego nagromadzenie przed wędrówką
w ciele ptaka. Skurcz włókien czerwonych jest znacznie powolniejszy od włókien białych, które
dominują u gatunków słabo latających (jako „paliwo” słuŜy im glikogen). W skrzydłach
osadzone są
lotki.
Lotki pierwszorzędowe nadają siłę napędową, drugo- i trzeciorzędowe, czyli
te bliŜej tułowia - siłę nośną. To ona równowaŜy siłę cięŜkości ptaka i utrzymuje go
w powietrzu. W skrzydle rozłoŜonym pióra są zwrócone wypukłą stroną do góry. Na przekroju
poprzecznym skrzydło ma kształt wydłuŜonej „łezki”, gdzie przednia krawędź jest zaokrąglona,
grubsza i stopniowo zwęŜa się ona ku tyłowi. Ma to znaczenie podczas przepływu powietrza,
które przesuwając się po górnej płaszczyźnie, zakręca w dół tworząc przez to niŜsze ciśnienie
na górze. Powietrze płynące spodem skrzydła płynie nieco szybciej, osiągając większe wartość
ciśnienia i jednocześnie naciskając odo dołu na skrzydło wypycha je ku górze. Ten mechanizm
został wykorzystany np. przy budowie skrzydła samolotu. Dzięki koordynacji ruchów oraz
ułoŜeniu piór jednego na drugim podczas lotu ptaka nie ma Ŝadnych zaburzeń w przepływie
powietrza. Pióra nadają ciału i skrzydłom opływowy kształt. Ze względu na stosunkowo duŜą
masę ciała ptaki blaszkodziobe, alki, perkozy i nury muszą z duŜą częstotliwością uderzać
skrzydłami, a przy tym ich lot jest dość szybki. Nie mogą sobie pozwolić na częste
wstrzymywanie ruchów skrzydeł jak robią to np. mewy, które dość sprawnie szybują
wykorzystując prądy powietrzne. Niestety szybki lot kaczek, łabędzi i gęsi wymaga specjalnej
techniki podczas startu i lądowania. Ptaki te posiłkują się wtedy nogami (patrz tekst źródłowy),
szeroko rozstawiając palce nóg i znajdującą się tam błonę pławną.
W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH
.
2.
Oddychanie w locie.
Dzięki synchronizacji ruchów skrzydeł i procesu oddychania, ptaki
mogą odbywać dalekie loty praktycznie bez większego zmęczenia. Podczas oddechu tylko część
powietrza trafia do płuc, reszta do
worków powietrznych
(jest ich w ciele ptaka do 14).
Główne worki to: nieparzysty podwidełkowy, dwa szyjne, dwie pary piersiowych, oraz dwa
brzuszne. W wielu miejscach zetknięcia się z kośćmi worki powietrzne przenikają do ich
wnętrza. Z worków powietrze trafia do płuc dopiero przy wydechu, dzięki temu tlen jest
dostarczany niemal na okrągło. Płuca ptaka, mimo, iŜ niewielkie mają bardzo duŜa
powierzchnię oddechową, min. dzięki bardzo małej średnicy pęcherzyków płucnych, przez co
ich wydajność jest bardzo duŜa. W obiegu tlenu w organizmie oprócz układu oddechowego
duŜą rolę spełnia równie wydajny układ krwionośny. Stosunkowo duŜe serce (np.
w porównaniu do ssaków tej samej wielkości) zbudowane jest z dwóch przedsionków i dwóch
całkowicie rozdzielonych komór. Taka budowa zapewnia wysoki metabolizm podczas lotu,
kiedy staje się on nawet 20 razy większy od metabolizmu spoczynkowego.
Nurkowanie.
Cechy budowy zewnętrznej umoŜliwiające ptakom nurkowanie zostały juŜ omówione
w scenariuszu pt. „Dlaczego
kaczka nie tonie?”.
Warto je jednak uzupełnić o przystosowania
pozwalające ptakom na wytrzymywanie wysokich ciśnień wody na duŜych głębokościach. Dla
nas ludzi zagroŜeniem pod wodą są uwalniające się z krwi gazowe pęcherzyki azotu
powodujące zatykanie drobnych naczyń krwionośnych. Objawy i skutki tego zjawiska
nazywane są „chorobą
kesonową".
Ptaki, podobnie jak ssaki nurkujące, zabezpieczają się przed tym, wydychając przed
zanurzeniem całe powietrze. Brak powietrza w płucach to brak azotu, który nie wnika do krwi.
Powietrze pozostaje jedynie w workach powietrznych, ale tam nie zachodzi wymiana gazowa.
Podczas nurkowania następują zmiany w rozdziale krwi pomiędzy poszczególne narządy ciała.
Utleniona krew, która u ptaków nurkujących magazynuje większą ilość tlenu niŜ u lądowych,
jest dostarczana przede wszystkim do mózgu. Zazwyczaj silnie ukrwione i zuŜywające duŜo
tlenu nerki, podczas nurkowania w zasadzie krwi nie otrzymują. Wstrzymany zostaje teŜ
dopływ krwi do trzewi, przepony i płuc, a takŜe do mięśni szkieletowych, choć duŜa ich część
podczas nurkowania intensywnie pracuje. Przed niedotlenieniem mięśnie ptaków nurkujących
zabezpiecza duŜa ilość
mioglobiny,
czyli hemoglobiny mięśniowej. Pozwala ona na
zmagazynowanie zapasów tlenu w mięśniach. A jeśli i on się skończy, mięśnie ptaka przez
pewien czas mogą pracować w oparciu o przemiany beztlenowe. Podczas nurkowania niektóre
ptaki np. alki oprócz nóg wykorzystują skrzydła. Ich powierzchnia musi być stosunkowo
mniejsza, niŜ u gatunków nienurkujących, po to by ograniczyć opory wody. W konsekwencji
prowadzi to do zwiększenia szybkości lotu u tych ptaków, po to by zniwelować stosunkowo
niewielką siłę nośną skrzydeł.
POZIOM NAUCZANIA:
szkoła ponadgimnazjalna
CZAS REALIZACJI:
1-2 godz.
CELE GŁÓWNE:
Poznanie róŜnorodnych przystosowań ptaków wodnych do środowiska, w którym Ŝyją.
CELE SZCZEGÓŁOWE
Z zakresu wiadomości – uczeń potrafi:
wymienić przystosowania ptaków do lotu;
wymienić przystosowania ptaków do nurkowania;
wymienić pospolite gatunki ptaków wodnych.
Z zakresu umiejętności – uczeń potrafi:
wyjaśnić działanie sił fizycznych działających na ptaka podczas lotu i nurkowania;
wyjaśnić zasadę funkcjonowania worków powietrznych.
Z zakresu postaw – uczeń potrafi:
rozwinąć zainteresowania przyrodnicze i ekologiczne;
współpracować w grupie.
METODY:
Obserwacja, pogadanka, burza mózgów,
FORMY PRACY:
indywidualna, grupowa
ŚRODKI DYDAKTYCZNE:
foliogramy, gra dydaktyczna,
W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH
.
3.
PRZYGOTOWANIE DO LEKCJI:
Faza wprowadzająca
1.
Czynności organizacyjne, zapoznanie uczniów z tematem lekcji oraz celami.
2.
Przypomnienie wiadomości o rodzajach piór u ptaków.
Faza realizacyjna:
1.
Nauczyciel prezentuje cechy budowy wewnętrznej ptaka umoŜliwiające lot (foliogram 1)
i je omawia.
2.
Uczniowie wypełniają karty pracy nr 1, gdzie na podstawie tekstu źródłowego wypisują
cechy:
- umoŜliwiające lot łabędziowi (np. silne mięśnie piersiowe, budowa stopy, rozpiętość
skrzydeł),
- utrudniające lot łabędziowi (np. duŜy cięŜar, długi rozbieg, ewentualna kontuzja nogi),
- umoŜliwiające nurkowanie nurowi (np. silne nogi, nogi z tyły tułowia, kształt ciała),
- utrudniające nurkowanie nurowi (np. powierzchnia skrzydła, wyporność ciała.
3.
Burza mózgów: uczniowie w grupach analizują tabelę (karta pracy 2) i szukają
odpowiedzi na pytanie: „Które cechy morfologiczne umoŜliwiają przystosowanie do lotu,
nurkowania, pływania, chodzenia po lądzie?”
Faza podsumowująca:
1.
Nauczyciel prezentuje wybrane gatunki ptaków wodnych (np. nur czarnoszyi, perkoz
dwuczuby, kormoran, łabędź niemy, krzyŜówka, mewa srebrzysta, kokoszka wodna)
korzystając z internetu lub innych źródeł. Na podstawie wyglądu, uczniowie oceniają ich
przystosowania do Ŝycia w środowisku wodnym.
LITERATURA:
Attenborough D. 1999. Prywatne Ŝycie ptaków, Muza S.A., Warszawa,.
Bejcer V. 2004. Ptaki wędrowne. Delta
Busse P. (red.) 1991. Mały słownik zoologiczny. Ptaki. Wiedza Powszechna, Warszawa.
Ferens B., Wojtusiak R. J. 1960. Ornitologia ogólna. Ptak, jego budowa i Ŝycie. PWN
Warszawa
Gotzman J., Z lornetką wśród ptaków, PWRiL, Warszawa, 1979.
Jabłoński B. Co ornitolog wie, a czego nie wie o wędrówkach ptaków. Z:
http://ptaki.info/edukacja/makrokosmos/
Kerrod R., Bailey J. 1991. Ptaki w wodne. Encyklopedia świata zwierząt. Wiedza i Ŝycie.
W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH
.
MATERIAŁY DLA NAUCZYCIELA.
Karta pracy 1a
Na podstawie tekstu źródłowego lub obserwacji własnej uzupełnij tabelę
Cechy umoŜliwiające lot łabędziowi
Cechy utrudniające lot łabędziowi
4.
Tekst źródłowy (D.
Attenborough, Prywatne Ŝycie ptaków. Sztuka latania.):
„Jednym z najcięŜszych ptaków jest łabędź. Dorosły osobnik moŜe osiągać cięŜar powyŜej 15
kg. Do wzniesienia się w powietrze ptak ten potrzebuje długiego i bardzo równego rozbiegu,
jakim jest gładka powierzchnia jeziora(...) Łabędzie biegną po powierzchni wody, najszybciej
jak mogą, na swych krótkich nogach, jednocześnie machając energicznie skrzydłami. Spod nóg
i skrzydeł unoszą się fontanny wody. W miarę jak rośnie ciśnienie powietrza unoszącego
skrzydła, ptak wznosi się coraz wyŜej nad wodą. Nadal jeszcze biegnie, ale jego nogi,
zaopatrzone w płetwy, coraz delikatniej i rzadziej dotykają tafli jeziora, aŜ w końcu tracą
kontakt z wodą. Łabędź przesuwa wtedy nogi do tyłu, pod ogon, podobnie jak startujący
samolot chowa podwozie i unosi się w powietrze.
Siła nośna działająca na skrzydło jest wprost proporcjonalna do prędkości powietrza nad
skrzydłem, dlatego teŜ prędkość, jaką ptak moŜe osiągnąć w czasie startu limituje
dopuszczalny cięŜar jego ciała. Łabędź, aby wznieść się w powietrze, musi rozwinąć prędkość
około 14 m/s biegnąc po powierzchni jeziora.”
Karta pracy 1b
Na podstawie tekstu źródłowego lub obserwacji własnej uzupełnij tabelę
Cechy umoŜliwiające nurkowanie nurowi
Cechy utrudniające nurkowanie nurowi
Tekst źródłowy (D.
Attenborough, Prywatne Ŝycie ptaków. Rybołówstwo dla przetrwania):
„Nury Ŝywią się tylko rybami. Ich palce z błonami pławnymi przesunięte są daleko do tyłu ciała,
dzięki czemu mogą pod wodą szybko się poruszać. Jednocześnie mogą ułoŜyć skrzydła wzdłuŜ
ciała i mocno je przycisnąć, tak, Ŝe ich obłe ciało układa się w jednej linii z ogonem. To
wszystko przyczynia się do duŜej zwinności tych ptaków w wodzie. Potrafią one szybko
przechytrzyć ryby, które są w swoim naturalnym Ŝywiole. śyjący na północy nur lodowiec
regularnie nurkuje poniŜej 20 m pod wodą i pozostaje pod powierzchnia przez minutę lub
nawet dłuŜej. Po wyjściu z wody jest jednak równie nie zgrabny jak w niej zwinny. Ptak ten
praktycznie nie moŜe chodzić, opada na pierś i do przodu. MoŜe się tylko przesuwać trzymając
nogi razem i robiąc drobne niezdarne podskoki.”
W POWIETRZU I W WODZIE, CZYLI PRZYSTOSOWANIA PTAKÓW WODNYCH
.
5.
Karta pracy 2.
U róŜnych gatunków ptaków wodnych wraz ze wzrostem przystosowania do nurkowania
zmniejszają się rozmiary skrzydeł np. długość skrzydła, stosunek rozpiętości skrzydeł do
długości ciała. Ptaki nurkujące mają dłuŜszy stosunkowo skok i większy cięŜar ciała. Z drugiej
strony cięŜar ogranicza zdolność lotu (zwiększa się jego prędkość) i moŜliwość startu
z miejsca. Na lądzie, obok długości skoku, istotne dla ruchu jest takŜe usytuowanie nóg
względem osi ciała. Najdalej ku końcowi tułowia mają je usytuowane perkozy i nury.
Porównaj poszczególne gatunki ptaków i na podstawie danych z tabeli oceń przystosowania do
nurkowania, lotu, chodzenia po lądzie i pływania.
Cecha:
Rozpiętość
skrzydeł
Długość
skrzydła
Długość ciała
CięŜar
Skok (dolna
część nogi)
Prędkość lotu
Nurkowanie
Łabędź niemy
220 cm
60 cm
150 cm
8-14 kg
15 cm
50 km/h
nie
Mewa śmieszka
100 cm
30 cm
40 cm
300 g
4 cm
50 km/h
nie
Perkoz dwuczuby
90 cm
20 cm
50 cm
0,9-1,4 kg
7 cm
70km/h
do 30 m
Łyska
80 cm
20 cm
40 cm
0,6-1,2
6 cm
60 km/h
do 5 m
FOLIOGRAM 1
NADGARSTEK
PŁUCA
CZASZKA
KOŚCI DŁONI
W.P. PRZEDNIE
K. ŁOKCIOWA I
PROMIENIOWA
KOŚĆ RAMIENIOWA
KOŚĆ UDOWA
MIEDNICA
TCHAWICA
OBOJCZYK
GRZEBIEŃ MOSTKOWY
K. PISZCZELOWA
I STRZAŁKOWA
SKOK
WORKI POWIETRZNE
TYLNE
PYGOSTYL
KOŚĆ ŁONOWA
ELEMENTY BUDOWY SZKIELETU I UKŁADU ODDECHOWEGO PTAKA.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin