Adaptace k létání Ptáci a savci

Otázky na téma: adaptace k letu. Morfologické adaptace umožňující let ptáků (tělní pokryv, kostra, svaly, dýchání, trávicí soustava, vylučovací soustava, smyslové orgány, endokrinní žlázy). ptačí a plazí znaky Archaeopteryxe srovnání kostí a létacích svalů pterosaurů a netopýrů teorie vzniku ptačího letu Bernoulliho zákon proudění v souvislosti s tvarem křídla jak fungují hlavní létací svaly ptáků jak je u ptáků zamezeno odporu vzduch při elevaci křídla

Vznik letu u ptáků.Huxley a Sauropsida 1867 „předpověď“ Archaeopteryxe.Po rybách jsou nejbohatší skupinou obratlovců; okolo druhů.Opeření má dokonalé izolační schopnosti.Peří bylo původně termoregulační zařízení.Letky a ocasní pera vznikly druhotně.Původně asi vznikl klouzavý let, ne start s rozběhem (viz obr.Archaeopteryx).Pro klouzavý let je nutná velká nosná plocha těla (konvergence u plaza agamy dráčka (Draco volans) nebo letuch (Dermoptera).Ptáci však nikdy nevyužili nohou jako nosné plochy.Ptáci vznikli z malých plazů schopných termoregulace.Původně sloužily přední končetiny k udržování rovnováhy při skocích (podobně jako u letuchy).Díky rozvoji křídla se začaly prodlužovat i nohy k delším skokům.

Aerodynamické prvky ptačího letu při horizontálním veslovacím letu působí na letícího ptáka 4 síly: 1) vztlak a opačným směrem 2) gravitace; 3) odpor vzduchu a opačným směrem 4) hnací síla tvořená údery křídel (obr. 5) Kardong 1995: Vertebrates, Comparative Anatomy s. 349; 9.48.

Nadnášení křídla vzniká na Bernoulliho ( ) principu pohybu proudění po delší nebo kratší dráze: „vzduch proudící po horní konvexní (delší) ploše křídla snižuje svůj tlak vůči vzduchu na spodní části křídla, kde se úměrně tomu tlak zvětšuje a působí vztlak a tím nadnášení“. Turbulenční proudění vzduchu přicházející ze svrchní části křídla usměrňuje vzduch zpět. Má brzdivé účinky. (Kardong 1995 kap c+d)

Bernouliho rovnice P= p + ρ /2.v 2 P– celkový tlak P– statický tlak ρ – hustota v--rychlost

Morfologické a fyziologické adaptace 1 Prohnutý tvar křídla umožňující vztlak Bernoulliho (bernuli) zákon Stlačování vzduchu pod křídlo a vznikající vztlak (Newtonův zákon ) Peří je velmi lehký a účinný termoregulační kryt („dutá vlákna“) Lehká kostra, kromě kloubních hlavic pneumatizovaná, duté kosti jsou vyztuženy kostní trámčinou a spojeny s plicními vaky Ploché kosti jsou bez švů, chrupavka je těžší Zpevnění hrudníku, na páteři jsou srůsty, synsakrum, notarium, pouze krční obratle jsou volné, processus uncinati Pevný pletenec ramenní s krkavčí kostí, která umožňuje zdvih křídla nad osu těla; m. supracoracoideus a vidlicovitou klíční kostí, která zpevňuje pletenec tím, že se vazivem spojuje s prsní kostí a její tvar neomezuje trávicí a dýchací trubici Mohutné prsní svaly Kapkovitý tvar těla Klouzavý let, bez výdeje energie 1:9 x 1:40 kluzák Plachtění a využití termických proudů Let veslovací (aktivní) – adaptace - prohnutí per (primárních letek) a vytvoření celistvé plochy při depresi křídla, při elevaci umožňuje vzduchu proudit nad horní plochu křídla Špičaté konce letek dobrých letců ;malá turbulence a brzdění

Morfologické a fyziologické adaptace 2 Se zvětšováním křídel se rozvíjela i svalovina prsních svalů, která postupně umožnila aktivní let.Máváním křídly vzniká vztlak a dochází k nadnášení těla (viz předchozí obrázek) Nemají zuby, žaludek je uložen v blízkosti těžiště těla, funkčně nahrazuje zuby.Malá specifická váha těla je i dílem plazího „dědictví“. Peří je lehké a duté. Mimo hnízdní sezónu mají zakrnělé pohlavní žlázy, samice mají vyvinutý pouze levý vaječník.Ptáci mají schopnost vylučování kyseliny močové ne močoviny a nepotřebují močový měchýř.Úspora specifické váhy těla váhy Mají dokonale vyvinutou dýchací soustavu, přívod kyslíku je kontinuální na rozdíl od savců. Přenos plynů a vzdušné dýchací vaky vytvářejí stálý proud vzduchu proudící parabronchy (ekvivalent plicních sklípků), tím je stupeň rozdílu tlaku dýchacích plynů v krvi a v parabronchách vysoký a přenos plynů je tedy snazší Mají dokonale vyvinutou cévní soustavu, relativně větší srdce než savci, u kolibříků až 3% hmotnosti těla, pěvců 2% hmotnosti ve srovnání s člověkem méně než 0,3 %;větší klidovou tepovou frekvenci (u malých ptáků okolo 600 tepů/min) TF při zátěži bývá u malých ptáků až 1000/min.; mají větší krevní tlak systolický/diastolický je okolo 400/120 u člověka 120/80 mm Hg, Smyslové orgány vyvinuté k orientaci (binokulární vidění, vidění na dálku, noční vidění, sluch, orgány jejichž funkce není zcela známá- astronavigace, výškoměry, vnímání UV záření, geomagnetismu a polarizovaného světla, ) Řezníček,J., Roček, Z. (2007):Srovnávací anatomie obratlovců; Veselovský, Z. (2001): Obecná ornitologie.

Pletenec ramenní Pozice klíční a krkavčí kosti v trojúhelníku umožňují využití síly létacích svalů zejména při depresi křídla

Činnost vzdušných vaků

Létací svaly ptáků deprese a elevace křídla ( m.pectoralis major a m. supracoracoideus)

Archaeopteryx a hypotetický vznik jeho letu (Veselovský 2001) Plazí znaky:) -drobné alveolární zuby -amficélní obratle -malé sakrální srůsty -dlouhý ocas (obratle -chybí processus uncinati -prsní svaly málo vyvinuté ruka má 3 volné drápy Ptačí znaky:) -stavba pera jako u recentních ptáků -pneumatizované kosti -pletenec ramenní jako u recentních ptáků, včetně klíční a krkavčí kosti -srůsty nártních a zánártních kostí -opoziční palec nohy -kaudálně směřující stydká kost

Schéma křídla pterosaura (Pterosauria) svrchní trias- křída Kosti jsou duté, ale pevnější než u ptáků: krátký humerus, krátká páka vyvíjející větší sílu,tenký radius, zachované čtyři prsty, novotvar pteroid, kůstka dermálního původu napínající létací blánu patagium napnutou mezi předloktím a humerem (c- carpi; pt-pteroid; mc-metacarpi; r-radius; u-ulna;

Schéma pletence ramenního u pterosaurů - ventrální pohled Pletenec ramenního kloubu vykazuje analogie s ptáky, chybí však dermální kost clavicula (cor-coracoid; hum-humerus; sc-scapula; ster-strenum; (

Let pterosaurů pterosauři byli prvními obratlovci schopnými aktivního letu nešlo u nich o evoluční neúspěch, žili 140 miliónů let svrchní trias – svrchní křída ( mil.) pravděpodobně neprošli stromovou fází vývoje, byli robustnější než ptáci, vznikli zřejmě z rychle běhajících archosaurů v létací bláně byly vazivové podpůrné pruhy, pravděpodobně i s termoregulační funkcí krátký a silný humerus duté, ale silné kosti hřeben prsní kosti byl vyvinut podobně jako u ptáků létací blána je na rozdíl od netopýrů napnuta pouze na 4 prstu, velmi dlouhém „malíčku“ tělo bylo pokryto chlupovitými útvary, byli endotermní, v letu převažovalo plachtění Dimorfodon, Pterodactylus, Pteranodon, Quezalosaurus

Kostra končetin netopýra (Microchiroptera). Křídlo má krátký humerus, ulna a radius jsou téměř srostlé, létací blána je natažena mezi 2. až 5.prstem, 1.prst slouží jako dráp, u kaloňů je dráp k zavěšování tvořen distálním článkem druhého prstu, blána mezi zadními končetinami se nazývá uropatagium, je napínána ostruhovitou dermální kostí zvanou calcar. Uropatagium slouží při směrování letu a často je používána při zpracování ulovené kořisti

Pletenec ramenní netopýra, ventrální pohled, clav-clavicula;cor- processus coracoideus; hum-humerus;sc-scapula;ster-sternum