Почему птицы откладывают не сразу все яйца. Почему птицы высиживают яйца

Птицы бывают самыми разными - летающими, бегающими, плавающими, от мизерных колибри до больших страусов. Но всех их объединяет способность откладывать и затем их высиживать.

Птицы не могут вынашивать потомство внутри себя, как это делают млекопитающие, т.к. их вес увеличился бы настолько, что они бы не смогли летать. Поэтому они вынуждены откладывать яйца, чтобы иметь возможность летать и добывать себе пищу, пока их эмбрионы спокойно развиваются в яйцах.

Производство и высиживание яиц – это очень материально-, энерго- и временно- затратный процесс. Поэтому закономерно возникает вопрос, почему природа в данном случае пошла на такие значительные издержки? Почему яйца должны обязательно иметь известковую скорлупу, и почему птицы должны долго их высиживать. Ведь возможны и менее затратные механизмы воспроизводства. Например, пресмыкающиеся тоже откладывают яйца, но их оболочка, как правило, кожистая, не содержат соли кальция, в которых организм взрослой особи сам часто нуждается, и яйца они длительно не высиживают, просто откладывают их в норки, или под различные предметы.

Яйца птиц покрываются твердой известковой оболочкой примерно за 20 часов. Скорлуповая железа - это часть яйцевода птиц, которая секретирует высококонцентрированный раствор различных минералов: хлорида кальция, бикарбоната натрия, хлорида натрия, хлорида калия и белков. Образование скорлупы (минерализация) сопровождается осаждения кристаллов карбоната кальция и гликопротеинов на внешней мембране яйца. После кладки яиц начинается инкубационный период. Для большинства яиц оптимальная температура инкубации довольно высока. Для куриных яиц это 37-39°C, перепелиных и утиных яиц 37-38°C. Хотя для яиц обитателя холодных широт пингвина достаточно 31-32°C. Инкубационный период может длиться от 11 дней (у воробьев) до 85 дней (альбатрос). Все это время большинство птиц лишь ненадолго покидают кладку для пропитания. Так почему же они не могут просто оставить свои яйца в гнездах, которые часто находятся высоко на деревьях, скалах и других труднодоступных для хищников местах? Почему птицы высиживают свои яйца?

Казалось бы, ответ очевидный - для того, чтобы поддерживать постоянно высокую температуру инкубации. И хотя для пресмыкающихся типично оставлять свои яйца развиваться при температуре окружающей среды, но среди птиц таких нет. Яйца многих пресмыкающихся и крокодилов не нуждаются в высокой температуре для развития своих яиц. Да, процесс инкубации тогда увеличивается, но он может идти и при более низкой окружающей температуре. Почему же тогда хотя бы некоторым видам птиц в районах с высокой температурой, например в Африке, не отказаться от высиживания яиц.

Так, самка крокодила откладывает яйца в песок на отмели, или зарывает в гнездо из грязи и гниющей листвы. Самки обычно остаются возле кладки, охраняя яйца от врагов. Температура в гнезде в пределах 31-34 °С. Большинство змей откладывают яйца в норах или в дуплах, под камнями или под упавшими деревьями, не проявляя в дальнейшем никакой заботы о своем потомстве. Хотя среди рептилий тоже иногда встречаются более «ответственные» родители, которые не бросают свои яйца с эмбрионами на произвол судьбы. Например, самка питона обвивает свою кладку несколькими кольцами тела, и яйца, пока они спрятаны под своеобразным материнским колпаком, находятся в полной безопасности, и заодно температура яиц при этом повышается на 10-15°С выше температуры окружающей среды.

Причем яйца большинства пресмыкающихся снаружи покрыты кожистой оболочкой, и только у некоторых групп на поверхности яиц может отлагаться известь. Также это происходит у крокодиловых и некоторых черепах. Обычным объяснением необходимости твердой известковой оболочки является механическая защита и защита яйца от высыхания. Но в то же время яйца ящериц имеют не известковую, а довольно твердую кожистую оболочку, которая отлично предотвращает яйца от высыхания даже в жаркой пустыне. Да и механическое давление нетяжелых по своей природе птиц вряд ли может нанести серьезные травмы зародышу во время насиживания. Например, у млекопитающих такие небольшие деформации зародышей и плодов внутри материнского организма во время физического труда или упражнений – обычное явление, которое для них совершенно безопасно и даже полезно.

Однако яйца птиц генетически запрограммированы только на высокую температуру инкубации для своего развития. Именно это вынуждает птиц долго сидеть на яйцах. В противном случае у этих птиц не будет потомства. При этом необходимость поддержания высокой температуры для более быстрого развития зародыша во время высиживания, конечно же сопровождается одновременно и защитой яиц от хищников.

На мой взгляд, в этом классическом объяснении наличия защитной известковой скорлупы и высиживания яиц не учитывается еще один фактор, который является самой главной движущей силой эволюции животного мира на Земле, а именно радиация. Дело в том, что время от времени наша планета подвергается воздействию потоков сильного ионизирующего излучения. Это воздействие обычно бывает довольно длительным, около года, иногда даже двух лет, что исключает возможность использования живыми организмами простых и случайных способов избежать его вредного воздействия. Такие защитные механизмы должны быть системными и структурными, затрагивающие принципиальные основы строения организма и его функционирования.

В зависимости от силы излучения, оно вызывает мутации, или даже гибель (при сильном облучении) многих видов живых организмов. Периодичность таких мощных излучений составляет обычно миллионы лет. В ряде научных работ о массовых вымираниях на Земле была обнаружена периодичность в 26-27 миллионов лет. Поэтому то, что за время существования человечества таких мощных излучений в истории описаны не было, можно объяснить сравнительно небольшим геологическим периодом временем существования человечества в несколько тысяч лет. При этом радиационные факторы обычно не учитываются в классической палеобиологии.

Предки всех живых существ, существующих сейчас на Земле, в том числе птиц и млекопитающих, обязательно сталкивались в разны периоды своего существования с довольно мощными потоками излучения. Их причиной может быть, как увеличение интенсивности потока мощного космического излучения (например, от флуктуаций Солнца, или от взрывов ближних сверхновых звезд), так и уменьшение, или даже исчезновение естественных защитных экранов планеты, таких как озонового слоя атмосферы и магнитного поля Земли. Причем, к разрушению озонового слоя могут привести такие природные катастрофы, как длительное извержение мощных вулканов, или падение крупных метеоритов, которые обычно сопровождаются выбросами большого количества мелкой пыли в атмосферу на большую высоту.

На зародыши птиц и млекопитающих ионизирующее излучение действует более губительно, чем на взрослые организмы. Поэтому именно их, в первую очередь, природа старается лучше защищать. У млекопитающих развивающийся зародыш и плод спрятан внутри материнского организма, причем в ранних, наиболее уязвимых стадиях развития – в полости таза, защищенной со всех сторон тазовыми костями. У птиц известковая оболочка яйца, содержащая соли кальция, ослабляет ионизирующее излучение, играя роль своеобразного защитного экрана. При этом величина такого ослабления зависит от толщины известковой оболочки яйца. Но птица не может покрыть яйцо очень большим защитным слоем солей кальция. Во первых, таких больших запасов кальция просто нет в организме птиц в достаточном количестве, т.к. он ей нужен для собственной костной системы. Во вторых, птенец потом не сможет вылупиться из яйца с очень толстой скорлупой. Поэтому дополнительным защитным экраном для яиц призвано служить тело самой птицы, которым она сверху закрывает яйца от излучения, идущего из космоса. Почти все птицы, за исключением кукушки, высиживают свои яйца. При этом птица может отлучаться от высиживания лишь на небольшой промежуток времени, что незначительно повышает дозу облучения яиц.

Для строгого автоматического программирования механизма высиживания яиц природа выбрала самый легко регулируемый, и в то же время жизненно важный параметр клетки – её температуру оптимальной жизнедеятельности. Дело в том, что этот параметр можно довольно легко генетически регулировать и оставлять запрограммированным в следующих поколениях. Таким образом можно генетически запрограммировать эмбрион на его нормальное развитие при заданной температуре в определенный период времени его развития.

Так, например, в одноклеточных бактериях термофилов возможность комфортного существования при температуре +60–+75°С, когда остальные бактерии гибнут, создается за счет малых изменений в их первичной структуре. В транспортных и рибосомных РНК термофилов повышено содержание гуанина и цитозина, т.к. эта пара оснований более термостабильна, чем пара аденин – урацил. Генетико-биохимическая адаптация многоклеточных организмов к изменению температурных условий обитания может достигаться такими путями, как регуляцией экспрессии генов, изменениями функциональной активности ферментов, заменой одних изоферментов другими, изменениями концентрации ферментов в клетках и тканях и подвижностью жидкокристаллического состояния мембран. Клетки могут синтезировать несколько форм ферментов, сходных по функции, но отличающихся молекулярной массой и приспособленностью к различным температурам. Синтез этих форм кодируeтся разными генными локусами и они называются изоферментами (изозимами).

Таким образом, отрегулирована даже температура оптимальной инкубации от более высокой вначале, когда более высока опасность радиационного повреждения клеток эмбриона на ранних наиболее опасных стадиях развития, к более низкой температуре в поздних стадиях его развития. Что вынуждает птицу сидеть дольше в более ранних стадиях высиживания, а под конец высиживания она уже может отлучаться от яиц дольше. Поэтому в руководствах фермеров указывается, что в первые дни насиживания курицу вообще нельзя беспокоить, а в основной период насиживания прогулка для кормления, питья и купания должна длиться не более 20-ти минут. В этом случае ее потомство выживает в большем количестве и данная особенность их поведения закрепляется и поддерживается генетически естественным отбором.

В процессе эволюции птицы не имели возможности, в отличие, например, от рептилий, зарывать свои яйца в землю, спасая их от космической радиации, потому что в этом случае их яйца могли стать легкой добычей тех же самых змей и ящериц. Свои гнезда птицы обычно строят на деревьях или в горах, где защитить яйца от излучения с неба можно только одним способом – прикрывая их своим телом. А оптимальный температурный режим, при котором происходит оптимальное развитие яйца, близкий к температуре тела птиц, вынуждает их высиживать свои яйца на протяжении всех поколений, без исключений. Генетически запрограммированный температурный фактор развития яиц исключает ослабление безусловного рефлекса птиц на высиживание. И даже если на протяжении миллионов лет не будет каких-либо значительных природных катастроф, сопровождающихся значительным повышением радиационного фоны, эта температурная генетическая особенность развития птичьих эмбрионов, не позволяет птицам сменить алгоритм поведения и отказаться от высиживания яиц, хотя бы даже отдельным их видам. И в настоящее время все виды птиц высиживают яйца и готовы во всеоружии встретить и пережить глобальную катастрофу, связанную с космическим излучением, если такая случится, т.к. подобные катастрофы их предки уже неоднократно переживали в прошлом.

Согласно современным взглядам на эволюцию птиц, они являются потомками динозавров, вымерших около 66 млн. лет назад. То, что птицы тогда не вымерли можно объяснить, в том числе, и таким своеобразным механизмом защиты своих яиц от ионизирующего излучения. И хотя яйца динозавров также, как и птичьи, защищены известковой скорлупой. И кроме того, они, вероятно, тоже защищали свои яйца от хищников, т.к. многие ископаемые динозавры найдены возле кладок этих яиц. Но большинство видов динозавров имели слишком крупные размеры и не могли физически высиживать яйца из-за собственного веса. Кроме того, у взрослых динозавров также отсутствовала защита их органов кроветворения и иммунной системы от пагубного излучения, что и стало причиной их вымирания. Только немногочисленные отдельные виды динозавров дожили до наших дней в несколько измененном виде. Среди них, например, крокодилы, которые большую часть времени проводят в воде, толща которой тоже может играть роль экрана от космического излучения. И свои яйца они обычно закапывают в песок, также, как и черепахи, которые неплохо защищены от космической радиации своим толстым костным панцирем, в состав которого тоже входят соли кальция.

Впоследствии, после гибели динозавров, птицы заняли освободившиеся от летающих ящеров (птерозавров) экологические ниши. А млекопитающие заняли высвободившиеся экологические ниши на земле.

Принимая во внимание вышесказанное, становится понятным также, почему в процессе эволюции у яиц появилась именно известковая скорлупа. Ведь большую твердость и прочность скорлупе могла бы придать и белочная оболочка, имеющая в составе, например, высокопрочный природный полимер хитин. Но такая оболочка совершенно бы не защищала птичий эмбрион от ионизирующего излучения.

Прямо противоположный описанному в данной статье механизм понижения оптимальной температуры развития клетки для повышения уровня внешнего облучения используется природой в яйцах другого рода, а именно в мужских яичках. Но это тема уже отдельной статьи.

Согласно современным представлениям о птицах, к ним относятся теплокровные животные, которые имеют перья, клюв и по большей степени способны летать. Птицы откладывают яйца и насиживают их, пока потомство не появится на свет. Но, как оказалось, высиживание птенцов интересно не всем. Есть среди представителей этого класса птица, которая строит для своих будущих птенцов настоящий инкубатор с подогревом и теплоизоляцией.

На фото: австралийская глазчатая курица

Это глазчатая курица, которая живет в полузасушливых эвкалиптовых лесах на юге Австралии. Хоть она и не насиживает яйца, но в безделье ее никак не упрекнешь. Скорее наоборот. Они сооружают сложные по своему устройству гнезда для своих птенцов. Все начинается с выкапывания большой ямы, до 3 метров в диаметре и глубиной около метра. После завершения этого этапа курицы собирают по всей округе траву, ветки и другие растительные материалы. Все это богатство бережно укладывается на дно. И как только дождь намочит остатки растений, курицы приступают ко второму этапу. Самец покрывает органический слой песком. В верхней части этого своеобразного холма располагается место для яиц. В основном такие гнезда имеют в диаметре около 5-6 м, но особо старательные самцы сооружают инкубаторы до 10 метров шириной. А в основании получается естественный подогрев: слой органики разлагается, выделяя при гниении тепло, и тем самым обеспечивает постоянную температуру (примерно 33 градуса) внутри сооружения. Спустя 6-7 месяцев после начала строительства инкубатор полностью готов, и самка откладывает яйца. Это, пожалуй, самое долго строящееся гнездо.

После откладки яиц самец регулярно проверяет температуру, засовывая клюв внутрь. При необходимости он создает нужный температурный режим, добавляя песка или наоборот снимая часть «утеплителя». Заботливый папа ест и спит возле гнезда и ни на минуту не оставляет своих подопечных. Выдающийся пример заботливого отца семейства! Цыплята появляются на свет через 2-3 месяца и сами пробираются наверх. Они рождаются довольно самостоятельными и, словно в благодарность за столь длительную опеку до их появления, почти сразу покидают отчий дом. А что же родители? Отдохнув пару месяцев, чета глазчатых куриц приступает к строительству нового гнезда. И весь хитроумный процесс повторяется вновь.

Но зачем эти птицы строят такие невероятные гнезда? Ведь гораздо проще высиживать яйца, и по времени это несравнимо быстрее. Как считают биологи, все дело в образе жизни этих птиц. Они живут на земле, здесь же находят пропитание и летают довольно редко, хотя и умеет это делать. Возможно, такой механизм заложен в них тысячи лет назад, когда климат был более холодным, и чтобы повысить выживаемость потомства они стали сооружать такие сложные гнезда. Может, это отчасти сделано и для защиты от врагов: обнаружить в куче песка и растительных остатков такие лакомые для хищников яйца гораздо сложнее, чем просто в гнезде на песке. Но каковы бы ни были причины столь необычного способа построения гнезда, они приносят свои плоды. И эти птицы сохранились до наших дней, чтобы удивлять и восхищать нас такой трепетной заботой о потомстве.

Задание 1. Заполните пропуски в тексте.

Органы размножения самцов птиц - семенники . Органы размножения самок птиц - яичники . Оплодотворение у птиц внутреннее . У самок птиц функционирует, как правило, левый яичник. Оплодотворение яйцеклеток происходит в яйцеводе . Собственно яйцом считается оплодотворенная яйцеклетка . Газообмен междуразвивающимся зародышем и окружающей средой происходит через микроскопические поры . Птиц, которые выводят зрячих, самостоятельных птенцов, называют выводковые . Птиц, которые долго выкармливают своих птенцов, называют птенцовые .

Задание 2. Исследуйте строение птичьего яйца.

1. Рассмотрите форму куриного яйца. Разбейте скорлупу и вылейте содержимое яйца в чашку етри. Скорлупу сохраните.

2. Рассмотрите белок и желток. Найдите в белке плотные шнуры-канатики. Напишите, от какой части яйца они отходят.

Канатики отходят от желточной оболочки.

3. Найдите на желтке беловатое округлое пятнышко - зародышевый диск. Где он расположен? Объясните функциональное значение такого расположения зародышевого диска.

Зародышевый диск расположен ближе к источнику тепла. Когда птица сидит на яйцах - зародышевый диск находится в верхней части яйца ближе к источнику тепла (телу птицы), если птица встала с гнезда, канатики поворачивают желток с зародышевым диском, и он теперь находится внизу.

4. Проведите по желтку острием препаровальной иглы. Что наблюдаете при этом? Какое предположение можно сделать на осноании этого факта.

Желток начнет растекаться. Это говорит о том, что он был покрыт тонкой защитной оболочкой.

5. Рассмотрите яичную скорлупу через ручную лупу. Не обнаруживаются ли в ней поры? Если обнаруживаются, то как они расположены6 равномерно, или сгруппированы в какой-то части скорлупы? Обоснуйте функции пор.

Поры по скорлупе расположены равномерно, но воздух скапливается в специальном воздушном мешке, откуда поступает к зародышу.

6. Надломите пинцетом кусочек скорлупы и потяните его вниз. Рассмотрите подскорлуповую оболочку.

7. Найдите под скорлупой тупой части яйца воздушную камеру. Объясните значение этой камеры.

Когда птенец достиг последней стадии развития и готов вылупиться, он протыкает клювом плёночку воздушной камеры и вдыхает воздух находящийся там, т. е первый вздох птенец делает в яйце.

8. Зарисуйте сроение яйца и обозначьте его части.

9. Сформулируйте вывод об особенностях строения яйца птицы.

Яйца птиц крупные, содержат много питательных веществ и воды в белке и желтке. Скорлупа защищает зародыш от внешнего воздейтствия, а поры позволяют воздух поступать внутрь яйца.

Задание 3. Заполните таблицу.

Задание 4. Напишите, почему птицы откладывают не сразу все яйца, как пресмыкающиеся, а постепенно, по одному.

У самок развивается только один (левый) яичник. Яйцо покрывается скорлупой, пока идет по яйцеводу. А у пресмыкающихся скорлупа кожистая, а не известковая.

Задание 5. Назовите признаки развивающегося крупного зародыша, подтверждающее происхождение наземных позвоночныхот рыбообразных предков.

У куриного зародыша на третьи сутки появляются жаберные бороздки - признак, сохранившийся от рыбообразных предков.

Округлая или вытянутая форма яйца зависит от того, любит ли птица летать.

Птичьи яйца трудно с чем-то перепутать, однако внешний вид у них все-таки весьма разнообразен. И если с окраской все более-менее понятно – цвет скорлупы делает яйца незаметными, кроме того, без родителей – то с формой такой ясности уже нет.

А по форме яйца у разных видов могут отличаться довольно сильно, например, у куликов яйца с одного конца довольно сильно сужаются, так что становятся похожи на грушу, у сов яйца шарообразные и напоминают теннисные мячи, а у колибри они в форме фасолины. Функция у всех яиц одна – защищать и питать птенца во время его эмбрионального развития; значит, разнообразие форм возникло по какой-то посторонней причине.

Мэри Стоддарт (Mary Stoddard ) из Принстонского университета и Лакшминараянан Махадеван (Lakshminarayanan Mahadevan ) из Гарварда вместе с коллегами из других научных центров проанализировали геометрическую форму у почти 50 000 яиц, принадлежащих 1400 видам пернатых. Исследователи даже разработали специальную программу, с помощью которой можно было точно определить, насколько то или иное яйцо отличается от идеального шара.

Яйца, как мы сказали, бывают очень разные, сильно вытянутые, не сильно вытянутые, с заостренным концом и т. д., и различные геометрические особенности по-разному комбинируются друг с другом. Однако, как оказалось, на свете нет яиц, который были бы короткие и заостренные – то есть ни одна птица не откладывает яйца, похожие на воздушный шар.

Форма яйца на самом деле зависит не от скорлупы самой по себе, а от мягкой мембраны – подскорлуповой оболочки, которая сначала и заключает в себе все содержимое яйца; скорлупа появляется позже, когда яйцо уже сформировалось. В мембране есть участки более толстые и менее толстые, где-то она растягивается сильнее, где-то слабее – и все для того, чтобы быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление изнутри яйца, когда оно растет и набухает в половых путях птицы. Как показали расчеты, для этого подходят самые разные геометрические формы. Однако в теории выходило, что одним из таких решений вполне могла быть и форма воздушного шара, между тем, как мы сказали, в природе таких яиц нет.

Тогда исследователи попробовали сравнить яйца с поведением птиц. Среди тысячи видов, которых выбрали для анализа, удалось выделить несколько групп с яйцами схожей формы. Однако не было никакой связи между формой и типом гнезда, или выбором места для гнездования, или количеством яиц в кладке (хотя и то, и другое, и третье раньше часто выдвигали в качестве объяснения разнообразия яичной геометрии). Совпадение обнаружилось в другом: оказалось, что форма яиц часто соответствует параметрам крыла, соотношению его длины и ширины.

Длина и ширина крыла определяют характер полета – иными словами, геометрия яиц зависела от того, как птица летает. У тех, кто летает хорошо и много времени проводит в воздухе (вроде альбатросов и колибри), яйца вытянутые и асимметричные; если же птицы поднимаются в воздух неохотно, много времени проводят на земле или перелетая на небольшие расстояния с куста на куст и с дерева на дерево (как, например, африканские питты и трогоны), то их яйца будут более округлыми. Чтобы спокойно отложить округлое яйцо, нужен широкий яйцевод и широкий таз, но если мы хотим быстро летать и маневрировать в полете, тело должно быть легким и вытянутым, и широкий таз тут совсем не к месту. (Надо полагать, то же относится к птицам, которые много плавают и ныряют – им ведь тоже нужна узкая, обтекаемая форма тела.)

То есть разнообразные комбинации вытянутости и остроконечности – это все результаты попыток соединить необходимость узкого яйцевода с необходимостью снабдить яйцо достаточным объемом питательных веществ. Сочетание же шарообразной формы с острым концом (как у пресловутого воздушного шара) оказывается бессмысленным – остроконечность дает преимущество только в том случае, если яйцо будет еще и вытянутым; если же птица летает мало и потому может позволить себе шарообразные яйца, то острый конец тут будет просто невыгоден, потому что уменьшит объем яйца.