Szkielet: lekki, sztywny i zrośnięty

Model: szkielet w obrysie ptaka

Szkielet leży tu dokładnie tam, gdzie leżałby w żywym ptaku, a upierzenie jest prawie przezroczyste. Włącz mięśnie lotu, żeby zobaczyć, co przyczepia się do mostka, albo przesuń przekrój, żeby zdjąć prawą połowę i zajrzeć do klatki piersiowej od środka.

Zrośnięte, czyli sztywne

Ssak ma w tułowiu ruchomy kręgosłup, który wygina się przy biegu. Ptak, który lata, potrzebuje czegoś odwrotnego: sztywnej ramy, na której skrzydła mogą się oprzeć. Dlatego wiele kości ptaka się zrosło:

• synsakrum: ostatnie kręgi piersiowe, lędźwiowe, krzyżowe i pierwsze ogonowe w jednym kawałku, a do tego zrośnięte z miednicą;
• pygostyl: ostatnie kręgi ogonowe zrośnięte w płytkę, która niesie sterówki; z długiego, kostnego ogona praptaków został krótki kikut;
• u wielu ptaków także kilka kręgów piersiowych;
• w skrzydle kość nadgarstkowo-śródręczna, w nodze kość piszczelowo-stępowa i kość stępowo-śródstopia, każda z kilku dawnych kości.

Ruchome zostają szyja i kilka kręgów ogonowych przed pygostylem, dzięki którym ptak unosi, opuszcza i skręca ogon.

Na przekroju modelu spójrz na synsakrum od spodu. W jego zagłębieniach leżą nerki, a nad nimi biegnie sztywny „dach” brzucha.

Klatka piersiowa: silnik i rama

To, co w szkielecie ptaka najbardziej rzuca się w oczy, to mostek: szeroka płyta pod tułowiem z wysokim grzebieniem, czyli kilem. Do mostka i grzebienia przyczepiają się oba mięśnie lotu, o których jest lekcja 4. Ptaki nielotne, jak struś, grzebienia nie mają.

Mostek trzymają trzy kości obręczy barkowej:

• kość krucza, mocna jak rozpórka między barkiem a mostkiem: przy uderzeniu skrzydłem w dół nie pozwala, żeby mięśnie zgniotły klatkę piersiową;
• widełki, czyli zrośnięte obojczyki; działają jak sprężyna, która przy każdym uderzeniu skrzydeł rozchyla się i wraca;
• łopatka, wąska jak szabla, leżąca na żebrach wzdłuż kręgosłupa.

Tam, gdzie te trzy kości się stykają, zostaje kanał. Przechodzi przez niego ścięgno mięśnia, który unosi skrzydło. Zobaczysz je w następnej lekcji.

Żebra ptaka mają po dwie kostne części połączone stawem, a z części górnej wystają wyrostki haczykowate, które zachodzą na następne żebro. Klatka piersiowa jest przez to sztywna, a jednocześnie może się rytmicznie rozszerzać: mostek opada i unosi się, a żebra składają się i rozkładają jak nożyce. Tak ptak pompuje powietrze do worków powietrznych.

Skrzydło to ręka

W skrzydle są te same kości co w ludzkiej ręce, tylko inaczej ułożone:

Gdy ptak prostuje łokieć, kość promieniowa przesuwa się względem łokciowej i prostuje nadgarstek: skrzydło rozkłada się i składa jednym ruchem.

Na kości łokciowej widać rząd brodawek lotkowych, do których przyczepione są lotki II-rzędowe. Takie same guzki znaleziono w 2007 r. na kości łokciowej welociraptora. To jeden z dowodów, że ten dinozaur miał pióra na rękach, choć nie latał.

Które palce ptak zachował, jest wciąż przedmiotem sporu. Paleontolodzy, porównując ptaki z dinozaurami, mówią o palcach I, II i III (kciuk, wskazujący i środkowy). Badania zarodków sugerują raczej II, III i IV. Najczęściej mówi się, że skrzydełko siedzi na „kciuku”.

Noga: kolano, którego nie widać

Ptak, który stoi, wygląda, jakby miał kolano zgięte do tyłu. To złudzenie. Popatrz na nogę w modelu od góry:

1. kość udowa jest krótka, ustawiona prawie poziomo i schowana w tułowiu; kolano leży pod piórami przy brzuchu;
2. kość piszczelowo-stępowa to „podudzie”, na zewnątrz okryte portkami; obok niej leży cienka strzałka;
3. staw na dole podudzia, który wygląda jak kolano zgięte do tyłu, to staw skokowy, czyli kostka;
4. kość stępowo-śródstopia to skok, widoczna „cienka noga”;
5. kości palców kończą się paliczkami, na których siedzą szpony.

Ptak chodzi więc na palcach, z piętą wysoko nad ziemią, tak jak pies czy kot, tylko z dłuższym śródstopiem.

Szyja, czaszka i oczy

Ssaki mają prawie zawsze siedem kręgów szyjnych, a żyrafa tyle samo co mysz. Ptaki mają ich od kilkunastu do ponad dwudziestu; sowy czternaście. Kręgi szyjne ułożone w literę S pozwalają obrócić głowę daleko do tyłu, schować ją w ramionach w locie i wysunąć błyskawicznie do przodu.

Czaszka jest zbudowana z cienkich, zrośniętych kości, a największą jej część zajmują oczodoły. Oko ptaka drapieżnego jest tak duże, że ledwie się w nich mieści, i usztywnia je pierścień twardówkowy: kilkanaście cienkich kostnych płytek w ścianie oka, ułożonych jak dachówki. U sów pierścień jest wydłużony w rurkę, dlatego ich oczy w ogóle się nie obracają (zobacz A8 · Oczy, szpony i dziób).

Górna część dzioba łączy się z czaszką elastycznym zawiasem, więc ptak może ją lekko unieść, otwierając dziób szerzej.

Kość od środka

Mówi się, że ptaki mają „puste kości”. To prawda tylko w części. Wiele kości, zwłaszcza kość ramienna, ma w środku powietrze, a nie szpik. Powietrze wchodzi tam z worków powietrznych przez otwór pneumatyczny przy główce kości. Taką kość nazywa się pneumatyczną.

Model pokazuje kość ramienną przeciętą wzdłuż. Przesuń suwak, żeby wejść do jej środka i zobaczyć beleczki, kostne rozpórki, które usztywniają cienką ścianę jak kratownica w moście. Potem przełącz na kość ssaka.

Pusta rura jest prawie tak sztywna jak pełny pręt tej samej grubości, a dużo lżejsza. Ale ptaki nie mają przez to lekkiego szkieletu. W 2010 r. Elizabeth Dumont porównała szkielety ptaków, nietoperzy i gryzoni i okazało się, że ściany kości ptaków są zrobione z gęstszego materiału, a cały szkielet waży w stosunku do ciała mniej więcej tyle samo, co u ssaka. Ptak nie oszczędza na masie kości, tylko lepiej ją rozkłada: tam, gdzie potrzebna jest sztywność, i tam, gdzie kość może być rurą.

Nie wszystkie ptaki mają kości tak samo puste. U ptaków nurkujących, jak kormorany czy pingwiny, powietrza w kościach jest dużo mniej, bo przeszkadzałoby w nurkowaniu. Najbardziej puste są kości ptaków szybujących.

Źródła

• E. R. Dumont, „Bone density and the lightweight skeletons of birds”, Proceedings of the Royal Society B 277 (2010)
• A. H. Turner, P. J. Makovicky, M. A. Norell, „Feather quill knobs in the dinosaur Velociraptor”, Science 317 (2007)
• F. A. Jenkins, K. P. Dial, G. E. Goslow, „A cineradiographic analysis of bird flight: the wishbone in starlings is a spring”, Science 241 (1988)
• N. S. Proctor, P. J. Lynch, Manual of Ornithology: Avian Structure and Function, Yale University Press 1993: rozdział o szkielecie
• I. J. Lovette, J. W. Fitzpatrick (red.), Handbook of Bird Biology, Cornell Lab of Ornithology, 3. wyd. 2016

Mini-quiz

1. Które kości tworzą synsakrum i z czym jest ono zrośnięte?
2. Do czego służy grzebień mostka?
3. Jak nazywa się staw, który u stojącego ptaka wygląda jak kolano zgięte do tyłu?
4. Co to jest pierścień twardówkowy?
5. Co wynika z badania Dumont z 2010 r. o „lekkich” kościach ptaków?

Odpowiedzi

1. Ostatnie kręgi piersiowe, lędźwiowe, krzyżowe i pierwsze ogonowe; synsakrum jest zrośnięte z miednicą.
2. Przyczepiają się do niego oba mięśnie lotu: ten, który ciągnie skrzydło w dół, i ten, który je unosi.
3. Staw skokowy, czyli kostka (między kością piszczelowo-stępową a stępowo-śródstopia).
4. Kilkanaście cienkich kostnych płytek w ścianie oka, które usztywniają duże oko; u sów tworzą rurkę.
5. Że kości ptaków mają gęstszą ścianę, a cały szkielet waży w stosunku do ciała mniej więcej tyle samo co u ssaków; ptaki nie mają lżejszego szkieletu, tylko lepiej zbudowany.