Развитие перьев

Развитие перьев происходит в эпидермальном слое кожи у птиц . Это сложный процесс, включающий множество этапов. Когда перья полностью развиты, существует шесть различных типов перьев: контурные , маховые , пуховые , нитевидные, полуперья и щетинковые перья. Перья изначально не предназначались для полета. Точная причина появления перьев до сих пор неизвестна. Считается, что птицы являются потомками динозавров , а новая технология с использованием меланосом, обнаруженных в окаменелостях динозавров, показала, что некоторые динозавры, которые не умели летать, имели перья .

Анатомия пера

Перья являются продуктами эпидермиса и ороговевающей системы. Они несосудистые и ненервные. У них есть трубчатый центральный стержень, называемый рахисом; По обе стороны от позвоночного столба отходят вены, имеющие ряд зазубрин с переплетающимися соединениями, которые называются бородками. Рахис и прикрепленные к нему вены составляют покрывало. Противоположностью рахиса является аир, который прикрепляет перо к телу и приводится в движение прикрепленными кожными мышцами. Существует множество различных типов перьев, которые в основном соответствуют этому базовому дизайну с небольшими вариациями, основанными на эволюционных потребностях.

Эволюция перьев

Перья иногда называют «сложной чешуей рептилий», точно так же, как птиц иногда рассматривают как подмножество рептилий, а не как отдельную категорию. Хотя это упрощение, оно происходит из гомологии птиц с рептилиями. Птицы произошли от быстрых двуногих динозавров, но перья развились до них, а не для полета, как первоначально считалось. Теория развития перьев для полета была раскрыта в 1970-х годах, когда было обнаружено, что у тероподов- динозавров (некоторые распространенные тероподы — тираннозавр рекс и велоцирапторы ) есть перья. Изучая меланосомы (структуры, форма и расположение которых определяют, как свет отражается от пигмента) в окаменелостях динозавров, ученые обнаружили, что у динозавров действительно было яркое оперение . В частности, Якоб Винтер и его коллеги проанализировали меланосомы Anchiornis huxleyi , которые они смогли реконструировать так, как выглядело оперение 150 миллионов лет назад, когда жил A. huxleyi .

В 1861 году группа немецких рабочих карьеров нашла окаменелость археоптерикса , у которого были перья, как у современных птиц, но также зубы во рту, длинное костлявое крыло и когти на крыльях, как у рептилии. Археоптерикс , по-видимому, является переходным животным от рептилии к птице. Однако у археоптерикса уже были довольно развитые перья, что не помогло продемонстрировать, как перья вообще развивались. В 1996 году была найдена пропавшая окаменелость, помогающая продемонстрировать эволюцию перьев. Синозавроптерикс был покрыт тонкими полыми нитями, покрывавшими его спину и хвост. Теперь, после обнаружения множества динозавров с примитивными перьями, считается, что перья изначально представляли собой тонкие полые нити, а в конечном итоге превратились в пушистые перья, наблюдаемые у современных птиц.

Существует несколько теорий, объясняющих, почему перья развились в первую очередь, если не для полета. Во-первых, они служили изоляцией. Было обнаружено, что тероподы прикрывают свои гнезда передними конечностями, предположительно, для укрытия своих детенышей. Перья, которые, как известно, встречаются на тероподах, играли важную изоляционную роль. Другая популярная теория заключается в том, что быстрые двуногие динозавры использовали свои перья, чтобы бегать быстрее. Возможно, перья помогали динозаврам взбираться по склонам, и это преимущество в скорости в конечном итоге привело к полету. Древесная теория предполагает, что животные, которые жили на деревьях, находили более быстрым и энергоэффективным перепрыгивание с дерева на дерево, вместо того, чтобы бежать вниз по дереву, по земле к другому дереву и снова подниматься на новое дерево. Этот прыжок в конечном итоге приводит к планированию и полету.

Другая более новая теория состоит в том, что перья были выбраны для сексуального использования . Их смелое оперение с узорами, окраской и даже переливающимися красками должно было привлекать противоположный пол, что сегодня очень распространено у современных птиц. Открывая новую технологию для просмотра и анализа хорошо сохранившихся меланосом, ученые могут реконструировать, как выглядели перья окаменелых динозавров, и они выглядят довольно ярко.

Более современные теории первоначальной цели/преимущества полета включают более одной из этих теорий в сочетании друг с другом. Кен Диал, исследователь полетов из Университета Монтаны-Миссула , показывает, как птенцы часто используют перья, чтобы получить сцепление с дорогой, когда они убегают от хищников вверх по склону, но это взмахивание крыльями также помогает птенцу уравновеситься, когда он снова падает. Вполне возможно, что перья выполняли множество полезных функций еще до полета.

Этапы развития перьев

Перья развиваются из кожных сосочков. Перья начинают формироваться из перьевых фолликулов, которые представляют собой впячивания, начинающиеся от эпидермиса до дермы . Именно в дерме фолликул и полость пульпы начинают формировать перо. Полость пульпы – это пространство, в котором находится перьевой фолликул. Перьевая нить вскоре вырастает из фолликула; это происходит из-за пролиферации клеток, то есть увеличения количества клеток в результате роста и деления клеток в основании фолликула. Эти новые клетки образуют две разные ткани. Имеется оболочка, представляющая собой основные ткани пера и чехлы мякоти. Оболочка — это поддерживающий слой, окружающий перо, который по мере роста отпадает. Точно так же чехлы пульпы, защищающие сердцевину кожи, также отпадают по мере роста пера. Позже основные ткани перьев разворачиваются, что приводит к удалению оболочки и мякоти, когда они принимают свою функциональную форму. По мере роста пера его покрывало, к которому прикрепляются ости и лопасти, продолжает формироваться. Когда покров перестает развиваться, в основании покрова начинает формироваться аир. Аир — это кончик пера, нижняя часть которого остается в основном внутри полости пульпы. С этого момента перо полностью разовьется и останется таковым до тех пор, пока происходит линька , в результате чего она опадает. Перья опадают во время линьки, которая происходит в разное время года в зависимости от вида птицы. Птицы могут линять по сезонным, репродуктивным и многим другим причинам.

Виды перьев

Существует шесть различных типов перьев: маховые, контурные, пуховые, полуперья, нитевидные и щетинковые.

Перья перья

Перистые перья относительно жесткие и плоские; маховые и контурные перья именно такого типа. У них есть жесткие зазубрины, отходящие от основного ствола пера (рахиса). От этих бородок, в свою очередь, отходят усики, бородки имеют крючки, расположенные равномерно по длине и сцепляющиеся вместе, образуя устойчивую гладкую поверхность.

Маховые перья можно разделить на перья крыльев и хвоста, ремиги и прямоугольники соответственно.

Перья крыльев, в свою очередь, можно разделить на дополнительные типы (первичные, вторичные и третичные). В целом они длинные и асимметричные, с тонкой передней кромкой, обеспечивающей прочные устойчивые перья во время полета. Маховые перья соединены с костью связками, что позволяет им перемещаться с точностью и надежно прикрепляться к птице. Основные элементы находятся на дальнем (запястье) конце крыла и обеспечивают тягу вперед во время взлета и полета. Вторичные вторичные ветви находятся в середине крыла, прикрепляются к локтевой кости и образуют аэродинамический профиль, обеспечивающий подъемную силу. Третичные располагаются ближе всего к телу.

Хвостовые перья используются для управления полетом, действуя как руль направления и тормоз, только некоторые из этих перьев прикреплены так же прочно, как и маховые перья птицы.

Контурные перья расположены на теле птицы наподобие черепицы . Кончики этих перьев водонепроницаемы и помогают защитить птицу от непогоды, а внутренние части пера возле тела птицы более пушистые. Контурные перья крыла (известные как кроющие) улучшают аэродинамику крыла, закрывая места прикрепления маховых перьев к кости.

Перья перья

Перья перья, также известные как пуховые, не имеют усиков и крючков. Обычно они пушистые и используются для утепления. Существуют особые виды пуховых перьев, которые при распаде могут образовывать кератиновый порошок, который можно использовать для водонепроницаемости перьев. Птицы могут использовать эту способность по разным причинам, но основная причина — изоляция от холода и/или воды, особенно для птиц, которые ныряют в воду или сидят на ней. Существует четыре вида этих перьев.

Полуперья обычно не видны, так как скрыты контурными перьями. По внешнему виду они напоминают рыхлое пушистое, но жесткое перо. Они состоят из ости, бородок и усиков, однако не имеют крючков. Их цель – изоляция и аэродинамика. Пух похож на полуплюм, однако у них очень короткий или отсутствующий позвоночник.

Филоплюмы — тонкие, похожие на волосы перья с длинным стержнем и очень небольшим количеством зазубрин на кончике. Они расположены рядом с другими перьями и, хотя их функция до конца не изучена, считается, что они выполняют сенсорную функцию, позволяя птице реагировать на расположение ее контура и маховых перьев.

Щетинковые перья имеют жесткий стержень с несколькими зазубринами у основания. Они расположены вокруг глаз и рта; считается, что они выполняют защитную и сенсорную функцию.

Не все птицы, у которых есть перья, используют их для полета. Пингвины используют их для изоляции от холода воздуха и воды. В то время как страус использует свои перья для спаривания и распушивания, что позволяет им выделять тепло и охлаждаться.