Uccelli

1. Dalla struttura al volo Uccelli Susanna Di Vita 2^C Don Milani

2. L’anatomia

3. Caratteristiche degli uccelli Sono vertebrati (hanno la colonna vertebrale) Sono omeotermi (mantengono costante la temperatura corporea) esattamente come i mammiferi. Sono i più antichi omeotermi. Per mantenere la costante temperatura corporea e per il volo gli uccelli hanno bisogno di molto cibo. Per questo, alcune specie di uccelli si evolsero (per via della mancanza di cibo in certe stagioni) fino al punto di mantenere una bassa temperatura corporea (ipotermia temporanea). Sono ovipari (depongono uova dal guscio duro fatto di carbonato di calcio) e hanno la fecondazione interna. Sono rivestiti da piume. Le piume fungono da isolante termico verso l'ambiente esterno. In alcune specie (cigni, anatre, oche, etc.) sono anche impermeabili all'acqua, isolando ulteriormente il corpo dell'animale dalla temperatura esterna e facilitandone il galleggiamento. Ogni anno gli uccelli fanno la muta, che può essere parziale o totale.

4. Caratteristiche Hanno penne che permettono un miglior controllo del volo e degli atterraggi. Hanno ossa pneumatiche (vuote). Hanno un becco corneo (osso cavo) privo di denti. Mancano di un naso ben definito: le narici si presentano come buchi che si aprono direttamente sullo strato superiore del becco. Mancano di un orecchio ben definito. Gli uccelli dispongono di aperture ai lati della testa, situate dove i mammiferi possiedono le orecchie, adatte a captare i suoni. In alcune specie (gufi, civette, barbagianni, allocchi) tali fori sono non simmetrici, in modo da captare i suoni sia sul piano orizzontale (come nei mammiferi) sia sul piano verticale, caratteristica molto utile per i predatori notturni. Comprendono un grandissimo numero di specie, quasi tutte adatte al volo, solo alcune, come lo struzzo, il pinguino, l'emù, il kiwi, il casuario e la gallina sono incapaci di volare.

5. Caratteristiche Hanno una palpebra in più, la “Membrana nittitante”, per ulteriore protezione dell'occhio. L'apparato scheletrico degli uccelli è molto simile a quello dei dinosauri, dato che gli uccelli si sono evoluti dai rettili. Alcune specie di uccelli di piccola taglia (come le rondini) si muovono in stormi (come nei pesci) per difendersi dai predatori (vedi video nelle tavole). Dopo Prima

6. Gli apparati

7. L'apparato digerente • L’apparato digerente inizia con la bocca (il becco, che è di osso corneo) fornita di una lingua, specializzata a manipolare il cibo di cui l’uccello si nutre. Il becco: nei pappagalli provvede a sbucciare i semi; nell’aquila è arcuato per strappare la carne; nel colibrì fa da cannuccia per estrarre il nettare; nel pellicano prende la funzione di sacca e nel picchio il becco viene impiegato per estrarre le larve di insetti nascoste nel legno. I denti mancano in tutte le specie attuali e, per masticare, necessitano di sassolini che si procurano dall’ambiente esterno. Il becco di un picchio

8. Becco (ulteriori informazioni) Il becco è composto da una mandibola superiore (o maxillia) e da una mandibola inferiore. Entrambe sono fatte d'osso, spesso cavo o poroso. La superficie esterna del becco è ricoperta da un sottile strato di cheratina, chiamato ”rhamphotheca”. Tra questo duro livello esterno (che ha il compito di fornire protezione al becco) e l'osso vero e proprio, vi è un livello che contiene i capillari e le terminazioni nervose. Sulla superficie del becco si trovano due forellini, le narici, che connettono la parte cava del becco stesso con il sistema respiratorio. Esse sono piuttosto piccole. In alcune specie le narici sono poste in una struttura carnosa, spesso di cera, posta alla base del becco, chiamata cere. La procellaria e l'albatros possiedono delle custodie aderenti esterne, chiamate naricorns, che proteggono le narici. In qualche specie, la punta del becco è dura ed è formata da tessuto di cellule morte. Esso è usato per compiti che richiedono forti pressioni, come rompere noci o uccidere prede. In altre specie ancora, la punta è sensibile, e contiene terminazioni nervose, permettendo all'animale di identificare oggetti, toccandoli. Cellule morte Custodia aderente Aquila Albatros

9. Becco (ulteriori informazioni) Il becco di molti pulcini possiede anche un piccolo apparato osseo, detto “dente d'uovo”, che facilita la rottura dell'uovo durante la sua schiusa. Il becco è una struttura che si rovina velocemente con il tempo e, soprattutto, con l'utilizzo, ed è per questo che cresce costantemente per tutto l'arco della vita dell'animale. Il becco è usato, oltre che per mangiare, per pulire le penne, per manipolare oggetti, per uccidere le prede, e per nutrire i piccoli. La regione compresa tra gli occhi ed il becco viene detta lore, ed in qualche caso si presenta senza piume e colorata. Dente d'uovo lore

10. Apparato digerente Dopo il becco segue l’esofago, (tubo posizionato nella gola dell’uccello). Ad esso segue un 'gozzo' (piccola ghiandola situata nei dintorni della gola) nel quale il materiale ingoiato subisce una prima digestione. Nei colombi il cibo per i piccoli viene prodotto nel gozzo. Oltre allo stomaco, vi è anche lo stomaco muscolare (ventriglio), ed esso è tanto più sviluppato quanto più è duro il materiale che l'uccello ingoia, quindi è molto robusto negli uccelli carnivori, più leggero in quelli insettivori. Successivamente si arriva all'intestino tenue. Dopo l’intestino tenue vi è la cloaca (apertura da cui escono le feci). Manca la vescica urinaria.

11. Il metabolismo (capacità di digerire i cibi) degli uccelli è totalmente uricotelico (produce un tipo di feci che permette un forte risparmio di acqua). Di conseguenza, l'apparato urinario elimina un materiale pastoso bianco, formato per la maggior parte di calcare. Gli uccelli possiedono un metabolismo molto più veloce del nostro. Nel colibrì, tra l'ingestione del cibo e l'espulsione delle feci passa solo una quindicina di minuti, dopodiché l'animale torna a cercare altro nutrimento. Apparato digerente

12. Apparato circolatorio • La circolazione, negli uccelli, è doppia e completa, come nei mammiferi. Questo significa che il sangue venoso non si mescola mai con quello arterioso. Il cuore presenta due atri e due ventricoli completamente separati. Negli uccelli la temperatura corporea è molto elevata, 40-42°C in media, di conseguenza all'elevato metabolismo; molto elevate sono anche la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca, con circa 400 pulsazioni al minuto nel pollo, che arrivano fino a 1000 nei colibrì. Il battito corporeo varia a seconda delle dimensioni corporee: negli uccelli di minor volume esso è più rapido. Il raffreddamento corporeo avviene per evaporazione, con aumento della frequenza respiratoria. 400 1000 Pulsazioni al minuto

13. Apparato nervoso encefalo • L'encefalo (il sistema nervoso centrale) degli uccelli è di tipo rettiliano (ovvero di piccole dimensioni),ma ha un peso relativo molto elevato rispetto alla totale massa dell'animale e confrontato con quello di tutti gli altri animali. Questo implica che gli uccelli sono tra gli animali più intelligenti, caratterizzati da processi mentali complessi e avanzati, come costruzioni di mappe mentali dei posti visitati. Tutti gli uccelli, ed in particolare quelli migratori, possiedono, all'interno dei nuclei di alcuni neuroni posizionati nel cervelletto, sottilissimi aghi di magnetite in grado di permettere l'orientamento col campo magnetico terrestre in modo così perfetto da funzionare anche per migliaia di chilometri in mare aperto, un luogo privo di punti di riferimento. Hanno, letteralmente, una bussola nel cervello. cellule contenenti magnetite

14. Apparato riproduttivo Gli uccelli si riproducono per fecondazione interna, sono ovipari e depongono grosse uova sulla terraferma, di cui il guscio duro è fatto di carbonato di calcio. Come nei rettili, l'uovo deve essere fecondato prima che si formi il guscio. Per sviluppasi, le uova hanno bisogno di calore; per questo la maggior parte degli uccelli cova le uova. I cuculi non covano le uova, ma le affidano ad altri uccelli o al calore del Sole. Il colore del guscio delle uova degli uccelli che nidificano in luoghi non protetti è colorato in modo da confondersi nell'ambiente circostante.

15. Apparato respiratorio • I polmoni degli uccelli sono provvisti di prolungamenti, i sacchi aerei (tipicamente 9). Questi riempiono le ossa e gli altri spazi disponibili, alleggerendo lo scheletro, e rappresentano un'importante riserva d'aria per i voli più lunghi. Infatti, il 75% dell'aria inspirata va nei sacchi aerei, e solo il 25% arriva direttamente ai polmoni.

16. Apparato respiratorio faringe laringe • In certi uccelli che volano ad altissima quota, (come gru e cicogne) la trachea (tubo che porta l’aria dal naso ai polmoni), una volta giunta alla base del collo, non penetra nel torace, bensì entro una cavità della carena sternale (osso posizionato nei muscoli del petto), e solo in seguito passa all'interno del torace. Questa modifica evolutiva è dovuta al costante contatto con le gelide temperature delle alte quote, inferiori anche a -50°C. L'aria ispirata, percorrendo la lunga serpentina (il prolungamento della trachea è pieno di curve) si “preriscalda” prima di entrare nei polmoni e rinfresca contemporaneamente i muscoli pettorali. • Come anche nell’apparato circolatorio, minore è il volume dell’uccello, maggiore è la velocità del ritmo respiratorio. torace bronchi trachea

17. L’apparato scheletrico

18. L’apparato scheletrico Evolvendosi per permettere il volo, l'apparato scheletrico ha apportato numerosi cambiamenti fra cui la modifica dello sterno, che si è appuntito a formare la carena (osso posizionato nei muscoli del petto), più aerodinamica e maggiormente adatta all’ introduzione dei potenti muscoli pettorali. Gli uccelli che posseggono la capacità di volare hanno ossa cave (o ossa pneumatiche), con delle strutture, simili a quelle dei palcoscenici, che le attraversano per renderle più resistenti alle rotture. Le cavità ossee sono spesso collegate con dei sacchi d'aria, che si sviluppano dai polmoni. Viceversa, le specie che non sono in grado di volare, come i pinguini, hanno solamente ossa non cave.

19. L’apparato scheletrico • Le ossa cave sono leggere e prive di midollo osseo. Questa caratteristica non consente la produzione delle cellule del sangue, funzione riservata al fegato ed alla milza. Le eventuali fratture ossee non possono essere riparate. • Gli uccelli, paragonati ad altre specie animali, hanno un numero di ossa molto basso e questa caratteristica è dovuta al fatto che le loro ossa sono fuse insieme a formare singole ma grandi conglomerati ossei. • I volatili hanno anche più vertebre cervicali (le vertebre posizionate nel collo) di tutti gli altri animali (il numero di vertebre che varia da 13 a 25), e questo permette loro un’alta flessibilità del collo.

20. Il volo

21. Il volo: struttura di un ala Il corpo degli uccelli ha numerosi adattamenti al volo: ossa cave; mancanza di denti; polmoni con sacchi aerei; potenti muscoli pettorali e, soprattutto, le ali. Queste ultime hanno una forma aerodinamica. “Aerodinamica” significa che il profilo è diverso nella parte superiore dell'ala. Le molecole dell'aria ci mettono più tempo a percorrere la parte superiore che quella inferiore, e quindi esse sono più dense nella parte inferiore e più rarefatte in quella superiore. La pressione provocata dal passaggio delle molecole più dense è maggiore di quella provocata dalle più diradate, spingendo così l'ala verso l'alto (portanza). Per far passare l'aria è necessario volare o stare fermi nel vento. Sin dall'antichità gli uomini hanno sempre sognato di volare, guardando gli uccelli. Solo con la moderna tecnologia e all'ingegno dell'uomo ispiratisi alle ali degli uccelli si sono costruiti aerei e motori per solcare il cielo, ed anche ad altissima velocità, ma è molto più difficile posarsi con precisione su un ramo che raggiungere la velocità del suono.

22. Il volo: struttura di un'ala planato • Il volo in cui le ali sono aperte e ferme si chiama planato. Quando l'uccello sbatte le ali diventa forzato. Le ali sono coperte di penne, indispensabili per il volo. Una penna è costituita da un'asse centrale (scapo) che regge la parte larga e piatta (vessillo). Se scomponiamo i filamenti del vessillo (barbe) e mettiamo la penna al microscopio, potremo distintamente notare dei piccoli uncini (amuli) alla fine delle barbe. vessillo scapo Forzato barbe amuli

23. Il volo: struttura di un'ala Copritrici alari Specchio alare • L'ala è un arto flessibile, coperto di penne di varie dimensioni, e il loro scopo è quello di permettere all'uccello di planare e atterrare. I vari strati di penne si alzano e si abbassano proprio come gli alettoni dei moderni aerei. In più, le varie specie hanno modificato la forma delle loro ali in base alle esigenze: lunghe e larghe per planare in alta quota (aquila), piccole e concave per volare velocemente (gabbiano), strette per planare in velocità (rondini). Margine anteriore dell'ala secondarie Remigianti primarie gabbiano

24. Il volo: curiosità da Prof. Bottaro (Univ. Genova) L'uomo è incapace di produrre una potenza sufficiente per volare: la potenza richiesta per il volo è di 200 W per ogni chilo di massa muscolare, mentre l'uomo può produrre solo una potenza di 10 W al chilo. Un piccione può raggiungere la velocità di 80 km/h, il che significa che può coprire 75 volte la sua lunghezza in un secondo; in un secondo, uno storno può percorrere 120 volte la lunghezza del proprio corpo. Il Concorde (aereo supersonico) in volo al doppio della velocità del suono copre circa 10 volte la sua lunghezza. La rotazione su asse longitudinale (rollio) di un aeroplano per manovre acrobatiche (come le Frecce Tricolori) può permettere rotazioni di 420 gradi al secondo, mentre la rondine comune si può permettere rotazioni di 5000 gradi al secondo. x75 x120 x10

25. Le tavole

26. Il becco di un picchio

27. Alettoni di un aereo

28. Tipologie di ali

29. Stormo di rondini