Bara en fjäder. Dragkedja på fågelfjädrar Struktur av en fågelfjäder i mikroskop

På frågan: hur fungerar en penna? ges av författaren Användare raderad det bästa svaret är Evolutionsteorin, som säger att fåglar utvecklats från reptiler, kan inte förklara de enorma skillnaderna mellan dessa två klasser av levande varelser. Fåglar, med deras skelett bestående av ihåliga och viktlösa ben, deras lungsystem, deras varmblodiga ämnesomsättning och andra liknande egenskaper, skiljer sig mycket från reptiler. Och ytterligare en egenskap som skapar en oöverstiglig klyfta mellan fåglar och reptiler är fjädrar, som är unika för fåglar.
Proteinbaserade fjädrar är gjorda av ett ämne som kallas keratin. Keratin är ett starkt och hållbart material som bildas som ett resultat av döden av gamla celler som finns i det nedre lagret av hudvävnad och dör, som flyttar sig bort från närings- och syrekällor och ger plats åt unga celler.
Fågelfjädrar är designade för att vara så komplexa att det inte kan förklaras av evolutionsprocessen. Den berömda ornitologen Alan Feducchia konstaterar: "Hele det utmärkande för en fjäder är att den har aerodynamiska egenskaper. Fjädrar är lätta, har lyftkraft och återgår lätt till sin tidigare form." Och Feducchia reagerar på misslyckandena i evolutionsteorin på följande sätt: "Jag kan inte förstå hur ett sådant organ, som ursprungligen var tänkt och planerat för flygning, ursprungligen kunde ha dykt upp för andra ändamål."
Denna pennanordning fick också Darwin att tänka. Med hans egna ord gav den extraordinära skönheten i påfågelns fjädrar honom huvudvärk. I ett brev till sin vän Asa Gray daterat den 3 april 1869, skriver Darwin följande:
"Jag har tappat intresset för min egen teori eftersom jag alltid tänker på ögonen på påfågelfjädrar. Med tiden kom jag till rätta med det här problemet. För närvarande är jag mycket orolig för vissa enheter i naturen, vars existens vi inte hade märkt förut Jag blir till exempel förvirrad när jag ser en påfågelfjäder.
FJÄDRAR OCH HAKAR
Om man undersöker en fågelfjäder i mikroskop, blir det tydligt hur ovanligt den var tänkt och utförd. I mitten finns det välkända långa och hårda röret. Och på båda sidor av detta rör finns hundratals små fjädrar. Det är de olika graderna av mjukhet och varierande storlekar på dessa fjädrar som ligger till grund för fågelns aerodynamiska egenskaper. Det mest intressanta är dock att det på var och en av fjädrarna finns ännu mindre och osynliga fibrer som kallas fluff. Det finns små krokar på denna kanon. Tack vare dessa krokar är varje ludd så att säga kopplade till varandra med en dragkedja. För att bättre utforska denna magnifika skapelse, överväg en tranfjäder. En fjäder har 650 tunna fjädrar på båda sidor om röret, och på var och en av dessa fjädrar är 600 fjädrar slumpmässigt anordnade. Alla dessa ludd är anslutna till varandra med hjälp av 390 krokar. Och krokarna fästs på båda sidor, som i en dragkedja. Luddarna pressas så hårt mot varandra av dessa krokar att de inte ens tillåter luft att passera igenom. Om krokarna på något sätt blir separerade från varandra behöver fågeln bara skaka sig själv eller i värsta fall rengöra fjädrarna med näbben för att återställa dem till sitt tidigare tillstånd.
Dessutom låter fåglar, genom att fluffa sina fjädrar, inte kroppstemperaturen sjunka. I varmt väder låter fjädrarna, tätt pressade mot kroppen, inte värmen passera igenom.

Overaller och jackor, stövlar och stövlar, väskor och plånböcker, tält och ryggsäckar, allt detta är mirakulöst enkelt och enkelt att fästa om det finns dragkedja.

(bilden av principen för drift av en dragkedja är kopierad från den berömda Wikipedia)

Visste du att den första dragkedja uppfanns för mer än hundra år sedan och hade en lite annan funktionsprincip än idag?

Den första dragkedjan bestod av två kedjor, med krokar och hål, som klamrade sig fast vid varandra med hjälp av en rörlig nyckel - en tunga.

"Shoe fastener" är vad amerikanen Whitecomb Judson kallade sin uppfinning. Uppfinningen var avsedd för en sjuk vän som skadade ryggen när han räddade en tjej under en brand. Det var väldigt svårt för honom att snöra skorna och han bad en uppfinnarvän att komma på något som skulle göra det lättare att ta på sig skor.

Så säger legenden, men vi vet inte riktigt hur det var, precis som vi inte vet vad som berättade för uppfinnaren principen om fästelementets funktion? Kanske strukturen på en fågelfjäder?

När allt kommer omkring har en fågelfjäder anslutningar som liknar en dragkedja. Men tyvärr kan de bara ses i mikroskop.

Hullingarna sträcker sig från fjäderskaftet i båda riktningarna och bildar fjäderfläkten. Grenar sträcker sig också från hullarna i båda riktningarna - hullar. Strukturen hos dessa hullar innehåller huvudhemligheten med styrkan hos fågelfjäderdräkten: några av hullarna har krokar som klamrar sig fast vid andra hullar utan krokar, men med ett spår på kanten.

Således fäster de individuella skäggen stadigt vid varandra och bildar en tjock och hållbar nätplatta. Det visar sig att de enskilda delarna av en fågelfjäder är fast förbundna med varandra, nästan samma som delar av en dragkedja.

I varje fjäder, om du tittar på den i mikroskop, kan du räkna hundratusentals barbuler och miljoner av deras grenar med krokar.

Och även om du kanske inte har ett mikroskop, ta ditt barn för att undersöka en fågelfjäder.

För att göra detta behöver du en konturfjäder (som på bilden); den kan lätt hittas i parken eller på fjäderfägården.

Dra fingrarna längs fläkten. Känner du att skäggen håller tillräckligt hårt om varandra?

Försök nu att riva av individuella skägg. Hände? I det här fallet var det nödvändigt att anstränga sig för att få krokarna att hoppa ut ur spåren.

Försök nu att återställa anslutningen, för att göra detta, placera ditt pekfinger på botten och din tumme ovanpå fjädern, och tryck på fingrarna och kör dem längs gapet i hullingarna, som om du fäste en dragkedja. Om pennan inte är för sliten kommer anslutningen att återställas. Och om det inte fungerar betyder det att krokarna redan har gått sönder, eftersom de är så ömtåliga.

Fåglar återansluter sina hullar genom att "fästa" dem med sina näbbar. För att "spännet" ska fungera ordentligt tar fågeln noga hand om sina fjädrar. Jag ska berätta hur de gör detta en annan gång.

Och slutligen vill jag notera att fjädrarnas skägg inte alltid är sammankopplade med varandra. Till exempel har skäggen på dunfjädrar inte krokar eller skäggen längst ner på fjädern - det här är den duniga delen av fläkten, vars funktion är att hålla ett luftlager mot huden.

Hullingarna på fjädrarna hos vissa fåglar, till exempel strutsar, har inga krokar. Sådana fjädrar kallas lösa fjädrar och är särskilt mjuka och vackra.

Sedan barndomen har människors uppmärksamhet lockats av bevingade varelser som svävar i himlen - måsar, duvor, tuttar, skator. Små sparvar hoppar roligt runt pölarna. Alla känner till den här bilden. Och så, vid en högre ålder, väljer någon, utan att glömma barndomens glädje, yrket som en ornitolog eller zoolog. I artikeln kommer vi att berätta och visa bilder på hur en fågelfjäder ser ut under mikroskop– detta spännande spektakel är inte mindre intressant än att öka pälsen på djur. Och viktigast av allt, att få fram biologiskt material för forskning kommer inte att vara svårt. Men först lite teori så att dina observationer stöds av kunskap och fakta.

fågel fjäder- detta är en formation som består av ett kutant kåt ämne och har den viktigaste funktionella betydelsen för mekanisk rörelse och skydd mot yttre naturliga faktorer. Mellan de bara områdena av tunn benfri hud är pterilia systematiskt lokaliserade - fjädrar växer från dessa små fördjupningar.

Fjäderdräkten gör att du kan flyga, ökar vingens bärförmåga och dess spännvidd och gör kroppsformen strömlinjeformad. Utan den skulle stora fåglar inte kunna flyga upp i luften. En annan viktig funktion är termoreglering. När ogynnsamt väder inträffar, frost, vinterförkylning, hålls värme kvar i kroppen så mycket som möjligt. Och i sommarvärmen ger den tvärtom ifrån sig rikligt. Förresten, vissa arter av forntida dinosaurier var också fjädrade, men till skillnad från fåglar (som anses vara deras enda överlevande ättlingar) liknade omslaget fint hårigt ludd.

Under evolutionens gång förvandlades det gradvis till riktiga fjädrar, som (detta har bevisats) redan var närvarande, till exempel i den ljusa representanten för den nedre kritatiden, Sinornithosaurus.

Strukturera fågel fjäder:

Stam eller central spö. Detta är en sorts symmetriaxel, en fjäderbas. Den slutar med en fjäderbursa fördjupad i epitelet;
Fläkt (yttre och inre plattor). De representerar ett nätverk av sammankopplade många hullingar som slutar i krokar (tjänar för vidhäftning till intilliggande);
Den kala delen av fjäderskaftet kallas fjäderstammen. Detta är ett genomskinligt kått rör, ihåligt från insidan.

Att se en fågelfjäder under ett mikroskop Försiktighet måste iakttas för att välja rätt utrustning. Det är tillrådligt att din modell har två belysningsinstrument - den nedre belysningen gör att du kan se de minsta detaljerna i fjäderstrukturen "i ljuset". Och den översta ger, vid låg förstoring, en bred täckning av ett stort område av provet i dess naturliga färgområde. Närvaron av ett videookular gör fotografering möjlig. För att installera det måste ett vanligt okular dras ut ur okularröret och en kamera måste sättas in på dess plats (deras monteringsdiameter är densamma och är 23,2 mm). Den visualiserade bilden kommer in i sensormatrisen och överförs via USB till datorn. Och redan i programfönstret, genom att trycka på interaktiva knappar, tas fotografier och filmer.

Det färdiga mikropreparatet ingår i setet "Micromed - Botany and Zoology -14".

För att förbereda ett liknande mikroprov själv hemma måste du använda ett objektglas och täckglas - placera en bit biomaterial mellan dem, släta till den med en preparatnål eller pincett, släpp en droppe färglöst granharts och tryck glasytorna hårt.

Primär fokusering utförs med låg förstoring, sedan när bilden blir klar kan du byta linser till mer kraftfulla.

Det vetenskapliga tillvägagångssättet blir oupplösligt kopplat till modern forskningsteknologi och förstorande optiska instrument. Vi rekommenderar skolljusmikroskop för att titta på fjädrar: Eureka 40x-400x, Levenhuk Rainbow 50L, Bresser Junior 40x-1024x.

Sammanfattning av GCD i seniorgruppen

Ämne: "Experiment och experiment med fågelfjädrar"

Uppgifter:

O.O. "Kognitiv utveckling":

utöka och konsolidera idéer om fåglar, fjädrarnas betydelse i fåglarnas liv;

Uppmuntra barn att utföra grundläggande experiment, utveckla förmågan att observera och dra verbala slutsatser.

O.O. "Social och kommunikativ utveckling":

fortsätta att lära barn hur man interagerar med kamrater.

O.O. "Talutveckling":

öva på att använda jämförelser, välja definitioner och antonymer. utöka barns aktiva ordförråd ("mA hovoe", "ludd"O voe", "borO dka").

O.O. "Konstnärlig och estetisk utveckling":

lär dig att skapa en bild av det du ser;

utveckla hos barn ett intresse för musik och en lust att lyssna på denoch imitera fågelljud med hjälp av musikaliska verk.

O.O. "Fysisk utveckling":

utveckling av finmotorik i händerna

Material för lektionen:

Forskningskit: (flyg- och dunfjädrar, stenar, fjäll, dragkedjor, pipetter, behållare med vatten, vegetabilisk olja, pappersvinge, förstoringsglas, ståltråd, penslar, servetter, sax, vaxduk). Mikroskop.

Org. ögonblick : barn kommer in i gruppen och ser fågelspår

och fjädrar. –

Vem lämnade spår? (fåglar)

Hur kunde du gissa det? (med spår och fjädrar)

Vad kallar vi fåglarna den vintern hos oss? Och de som flyger in och ut från oss? Namnge flyttfåglarna (övervintringsfåglarna).
Killar, varför flyger fåglar till varmare klimat?

Vilka fåglar kunde ha lämnat spår och fjädrar idag? (vintrar). Varför?

- Kan djur som går på två ben kallas fåglar?(Nej. Människor går också på två ben, men dinosaurier brukade gå.) Varför?

Kan djur som äter spannmål kallas fåglar?(Nej, många djur äter spannmål - gnagare, hästar.)

Kan djur och insekter som flyger kallas fåglar?(Vilka har vingar?) (Nej. Förutom fåglar flyger fjärilar, skalbaggar, myggor och fladdermöss.)

Kan djur och insekter som lägger ägg kallas fåglar?(nej. Förutom fåglar lägger alla insekter, maskar, sköldpaddor, ormar ägg)

Kan djur som har näbb kallas fåglar?(Nej, vissa djur har också en näbb, till exempel näbbdjuret.)

Så vad har fåglar som inget annat djur har?

Efter lite eftertanke kommer barnen självständigt till slutsatsen att de namngivna djurarterna inte har fjädrar.

Höger. Fåglar har trots allt också ett andra namn: Fjädrade. Ingen utom fåglar har fjädrar.

Detta skiljer dem från andra djur och insekter. (Fjädrar)

Men vilka intressanta fjädrar är, vilka olika, jag föreslår att studera dem i vårt laboratorium.

Huvudsak.

Erfarenhet nr 1. - Rör vid fjädern. Hur är det? (tät, hård, stor) - Jag undrar om den är lätt eller tung? Barn lägger en fjäder på ena handen och en sten (lunga) på den andra.

Erfarenhet nr 2 Kasta fjädern. Vad ser du? (faller långsamt, snurrar mjukt). - Varför är det ljust? (tom spö)

Erfarenhet nr 3 Klipp av kanten på fjädern - vi ser ett tomrum (du kan prova att sätta in färgad tråd för att kontrollera tomrummet.)

Det är därför det är ljust, kärnan är tom.

Erfarenhet nr 4 "Hur pennan fungerar"

Vifta med pennan, vad känner du? (Luft) - När en fågel slår med vingarna, fjädrar fjädern elastiskt utan att släppa hårstrån. Dessa fjädrar kallas flygfjädrar.

Låt oss titta på en fjäder under ett mikroskop.

Serunder mikroskopet upptäcker vi en fantastisk syn.

Läraren erbjuder en bild av en fjäder under ett mikroskop.

Som vi alla vet finns det ett skaft i mitten av pennan. Det kommer många små hullingar ut från varje sida av skaftet. Skägg av varierande mjukhet och storlekar. Dessutom har varje skägg ett stort antal små, små borr fästa vid det.O döttrar som bara kan ses i mikroskop. Dessa hullingar hålls samman med hjälp av krokar.Krokarna är lätta att ansluta, fäster ytan på fjädern, och om de lossnar använder fågeln sin näbb för att ansluta dem.

Upprepad visning av pennan i mikroskop, jämför det som syns på bilden med bilden i mikroskopet.

En gång i tiden såg väldigt uppmärksamma människor detta och uppfann dragkedjan.

Erfarenhet nr 5 med blixtar och flugfjäder.

Vilka andra fjädrar har du?

PuhO hög (små, fluffiga, tunna, hårstrån inte sammankopplade, tunt skaft).

Fjäderjämförelse

Applicera luddO yla fjäder på mA hovoe och jämför efter storlek. Vilken är större?

Sedan flyttar vi dunfjädern längs handen - mjuk, fluffig. -Varför tror du att en fågel behöver en sådan fjäder? (Dunfjädrar tjänar fågeln för att behålla värmen. De finns på kroppen, huvudet, vingar och tassar).

Jag undrar vilken fjäder som är lättare - dun eller flygfjäder? "Väg" den i handflatorna och blås sedan på fjädrarna. (Barn blåser - vilken flyger längre - dunig eller flyger?)

Varför tror du att sjöfåglars fjädrar inte blir blöta? Eftersom de har en speciell fet körtel och fåglarna själva smörjer sina fjädrar med näbben.

Låt oss göra ett experiment.

Erfarenhet nr 6

Du har en flygfjäder, släpp lite vatten på den. Vatten rullar av fjädrarna på fåglar så här. Det är inte för inte som ordspråket "Vattna bort en anks rygg" säger. Det är därför fjädrarna inte blir blöta!

Vad lärde vi oss om i laboratoriet idag? – Om hur fågelfjädrar är ordnade och deras syfte. Efter att ha undersökt fjädrar i vårt laboratorium kan vi dra slutsatsen - varför behöver fåglar fjädrar? (Hjälp fågeln att lyfta, håll dig i luften, skydda den från att bli blöt, håll den varm)

Fåglar tar hand om sina fjädrar varje dag, rengör sin fjäderdräkt noggrant och tar bort smuts.

Nu ska jag berätta något intressant. För länge sedan skrev man med pennor för det fanns inga pennor osv då.

Låt oss försöka göra detta också: rita skägg på fjädrarna med en penna.

Slutsats: Idag har vi gjort många experiment med fjädrar. Vi lärde oss mycket om fåglar. Nästa gång ska vi träffas vid fågelmataren och ta reda på vad de fåglar som stannar hos oss över vintern gillar att äta.

Färgen på fågelfjädrar, fjärilsvingar och vissa andra naturliga "dekorationer" beror inte alltid på närvaron av specifika pigment. Pärlemor, blå, grön och några andra färger hos fåglar och lepidoptera ges ofta av strukturen på deras vävnader, vilket bestämmer intervallen för absorption och reflektion av synligt ljus.

Fjäderns struktur förklarar också den djupt svarta färgen på plymer av vissa paradisfåglar, författarna till en artikel publicerad i Naturkommunikation. De svarta fåglarna som vi ser i ryska städer - kråkor och jackdaws - är inte så svarta: de blir grå eller blå. Men fjäderdräkten hos vissa arter av paradisfåglar som häckar i Nya Zeeland ( Astrapia stephaniae, Seleucidis melanoleucus, Ptiloris paradiseu, Parotia wahnesi Och Lophorina superba) är nära i svärta till Vantablack konstgjord färg: de absorberar från 99,96 till 99,95 % av synligt ljus. Som jämförelse absorberar Vantablack 99,965 % av det synliga ljuset.

Den låga reflektionsförmågan hos fjädrarna gör att dessa fåglar verkar platta: det ser särskilt konstigt ut när hanen L. superba utför en uppvaktningsdans framför honan. Som du kan se på fotografiet förvandlas hanen vid vissa ögonblick av denna dans till en helt platt svart figur med ett azurblått mönster:

Mycket svarta paradisfåglar

Forskare undersökte fjädrarna hos mycket svarta paradisfåglar under ett svepelektronmikroskop och modellerade deras struktur med hjälp av datortomografi, och spårade också banan för strålen som faller på fjädern.

Konturfjädrarna hos de flesta fåglar består av ett skaft täckt med hullar, till vilka i sin tur är fästa hullingar täckta med krokar, som tjänar till att låsa ihop hullarna och fixera fjäderns form. Hos svarta paradisfåglar är krokarnas geometri sådan att den ger ytterligare ljusspridning och, som ett resultat, mer fullständig absorption.

Dakota E. McCoy et al. Naturkommunikation, 2018 Till vänster är fjäderstrukturen av en paradiskråka (Lycocorax pyrrhopterus), som inte är mer svart än den vanliga kråkan. Till höger är fjädern Parotia wahnesi, en mycket svart paradisfågel.

Forskare tror att paradisfåglar utvecklade svarta fjädrar genom sexuellt urval; mot bakgrund av sammetslen djupt svart ser de ljusa delarna av deras fjäderdräkt mer fördelaktiga ut och ger en fördel för män med de mest svarta fjädrarna under parningsritualer, som bland paradisfåglar alltid inkluderar visning av ceremoniella plymer.

"Fjädrarna hos svarta paradisfåglar är väldigt styva och hållbara och är gjorda av mycket billigt material. Om vi kan beskriva strukturen av fjädrar på ett sådant sätt att vi kan skriva ut något liknande på en 3D-skrivare, är jag säker på att vi skulle kunna hitta en användning för ett sådant material, säger Jack Dumbacher, ornitolog vid California Academy of Sciences, säger till Wired.