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¿Los sacos de aire se contraen y expanden cuando las aves respiran?

¿Los sacos de aire se contraen y expanden cuando las aves respiran?


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Algo que me estaba preguntando. Cuando las aves respiran, ¿sus sacos de aire se contraen y expanden como lo hacen los pulmones?

Además, si lo hacen, ¿se contraen y expanden tanto como lo hacen los pulmones?

¡Muchas gracias!


Mueven el aire hacia adentro y hacia afuera de sus pulmones y sacos de aire por medio de músculos especiales que mueven las costillas y el esternón hacia abajo y hacia adelante, expandiendo la cavidad corporal y causando inspiración, y luego hacia arriba y hacia atrás, contrayendo la cavidad corporal y causando la espiración.


Aves

Almacenar gases

Los sistemas vivos a veces almacenan gases, como el oxígeno, para ayudar a maximizar la respiración o para una variedad de otros propósitos. Los gases a menudo son difíciles de almacenar porque se disipan y pueden escapar fácilmente. Por lo tanto, la mayor parte del almacenamiento de gas en los sistemas vivos solo puede ser temporal. Algunos ejemplos son las vejigas natatorias de los peces que se utilizan para controlar la flotabilidad y los sacos respiratorios en las aves que les ayudan a maximizar el acceso al aire oxigenado.

Distribuir gases

Los gases de particular importancia para los sistemas vivos son el oxígeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno. El oxígeno y el dióxido de carbono están involucrados en la respiración, por lo que distribuir estos gases de manera eficiente y efectiva es importante para la supervivencia de un sistema vivo. Sin embargo, los gases son difíciles de contener porque se dispersan fácilmente. Para adaptarse a esto, los sistemas vivos tienen estrategias para confinar los gases y utilizar las propiedades de los gases a su favor. Por ejemplo, los perros de la pradera y las termitas constructoras de montículos construyen sistemas de túneles y montículos que aprovechan el viento para ventilar sus casas subterráneas.

Expulsar gases

Las formas más familiares de descargar gases son a través de la respiración cuando muchos sistemas vivos liberan dióxido de carbono y cuando las plantas liberan oxígeno como producto final de la fotosíntesis de las plantas. Debido a que los gases no se pueden mover de manera efectiva empujándolos, se necesita un tipo diferente de fuerza para expulsarlos. Crear esa fuerza requiere energía, incluso a nivel celular, por lo que los sistemas vivos deben tener estrategias eficientes que valgan la inversión en energía o usar una fuerza externa. Por lo general, esto implica estrategias que aumentan la presión o utilizan otras fuerzas para impulsar los gases. Por ejemplo, un ser humano exhala aproximadamente el 15% de su aire gastado por respiración. Por el contrario, cuando una ballena sale a la superficie, exhala el 90% de su aire gastado en un solo chorro.

Optimizar formas / materiales

Los recursos son limitados y el simple hecho de retenerlos requiere recursos, especialmente energía. Los sistemas vivos deben equilibrar constantemente el valor de los recursos obtenidos con los costos de los recursos gastados. Si no lo hace, puede provocar la muerte o impedir la reproducción. Por lo tanto, los sistemas vivos optimizan, en lugar de maximizar, el uso de recursos. La optimización de la forma optimiza en última instancia los materiales y la energía. Un ejemplo de tal optimización se puede ver en la forma del cuerpo del delfín. Está optimizado para reducir el arrastre en el agua debido a una relación óptima de longitud a diámetro, así como características en su superficie que se encuentran planas, reduciendo la turbulencia.

Aves

Clase Aves ("pájaro"): águilas, halcones, gorriones, loros

Las aves son maravillas de la ingeniería evolutiva. Descienden de los dinosaurios, pero están lejos de nuestra idea de reptiles pesados ​​y escamosos. De las adaptaciones específicas que los distinguen, la más notable es el vuelo; aunque algunos mamíferos pueden volar, las aves se llevan el premio por la abundancia en los cielos. Muchas aves tienen esqueletos huecos y livianos y alas especialmente diseñadas para ayudarlas a mantenerse en el aire. También tienen plumas hechas de queratina que les ayudan a mantenerse calientes, atraer parejas y mejorar la navegación y la aerodinámica en vuelo. A diferencia de sus antepasados ​​dinosaurios, carecen de dientes verdaderos y los han reemplazado con picos y picos especializados.

El sistema respiratorio de las aves es físicamente distinto del sistema respiratorio de los mamíferos, tanto en estructura como en su capacidad para intercambiar gas de la manera más eficiente posible.

El sistema respiratorio de las aves consta de pulmones emparejados, que contienen estructuras estáticas con superficies para el intercambio de gases, y sacos de aire conectados, que se expanden y contraen haciendo que el aire se mueva a través de los pulmones estáticos. Una bocanada de aire inhalado rico en oxígeno permanece en el sistema respiratorio durante dos ciclos completos de inhalación y exhalación antes de que se agote (use) por completo y se exhale por el cuerpo.

Cuando el aire fresco se inhala por primera vez a través de las narinas de un pájaro (fosas nasales), viaja a través de la tráquea (un tubo grande que se extiende desde la garganta), que se divide en los bronquios primarios izquierdo y derecho (también conocido como mesobronquios, y cada bronquio conduce a un pulmón). El aire inhalado viaja por cada bronquio primario y luego se divide: algo de aire ingresa a los pulmones donde ocurre el intercambio de gases, mientras que el aire restante llena los alvéolos posteriores (traseros). Luego, durante la primera exhalación, el aire fresco en los sacos posteriores ingresa a los pulmones y experimenta un intercambio de gases. El aire gastado en los pulmones es desplazado por este aire entrante y sale del cuerpo a través de la tráquea. Durante la segunda inhalación, el aire fresco vuelve a entrar tanto en los sacos posteriores como en los pulmones. El aire gastado en los pulmones es nuevamente desplazado por el aire entrante, pero no puede salir por la tráquea porque el aire fresco fluye hacia adentro. En cambio, el aire gastado de los pulmones ingresa a los sacos de aire anteriores (hacia adelante). Luego, durante la segunda exhalación, el aire gastado en los sacos anteriores y en los pulmones fluye hacia afuera a través de la tráquea, y el aire fresco en los sacos posteriores ingresa a los pulmones para el intercambio de gases.

En el panel de la izquierda, el oxígeno amarillo se inhala a través de los pulmones hacia los sacos de aire. A medida que se absorbe el oxígeno, el aire se vuelve rojo y se exhala. En el panel derecho, el aire oxigenado amarillo se mueve a través de los pulmones de derecha a izquierda y se vuelve rojo a medida que la sangre absorbe el oxígeno. Al mismo tiempo, la sangre roja desoxigenada entra por la izquierda, absorbe oxígeno y se vuelve amarilla cuando sale por la derecha. Imagen de Eleanor Lutz / tabletopwhale.com

Este patrón de flujo de aire a través del sistema respiratorio crea un flujo unidireccional (unidireccional) de aire fresco sobre las superficies de intercambio de gases en los pulmones. Además, el aire fresco pasa sobre las superficies de intercambio de gases durante la inhalación y la exhalación, lo que da como resultado un suministro constante de aire fresco que permite al ave experimentar un estado casi continuo de intercambio de gases dentro de los pulmones. Esto contrasta con los pulmones de los mamíferos, que experimentan un flujo de aire bidireccional sobre las superficies de intercambio de gases.

La eficiencia del sistema respiratorio aviar se debe en parte a su naturaleza unidireccional y la estructura de su sistema parabronquial (los conductos más pequeños dentro de los pulmones). Los capilares de aire en las paredes del sistema parabronquial tienen una superficie total mucho mayor que la que se encuentra en el sistema respiratorio de los mamíferos. Cuanto mayor sea el área de superficie, más oxígeno y dióxido de carbono se puede pasar entre la sangre y los tejidos, lo que hace que la respiración sea más eficiente.

Este resumen incluye contribuciones de Alex Uhrich.

Última actualización 2 de julio de 2020

Referencias

& # 8220 Los pulmones aviares son únicos porque el aire fluye en una sola dirección, en lugar de entrar y salir como en otros vertebrados. ¿Cómo controlan las aves el aire para que fluya a través de sus pulmones cuando solo pueden inhalar y exhalar por una tráquea? La solución es una combinación sorprendente de características anatómicas únicas y la manipulación del flujo de aire. Complementar los pulmones es un elaborado sistema de sacos de aire interconectados, que no están presentes en los mamíferos ... La mayoría de las aves inhalan aire a través de las fosas nasales, o narinas, en la base del pico ... El aire inhalado pasa a continuación por la tráquea o tráquea, que se divide en dos bronquios ya su vez en muchos tallos y ramas que se subdividen en cada pulmón ... La mayor parte del tejido pulmonar comprende aproximadamente 1800 bronquios terciarios interconectados más pequeños. Estos bronquios conducen a pequeños capilares de aire que se entrelazan con los capilares sanguíneos, donde se intercambian los gases.

& # 8220 El aire inhalado pasa por dos ciclos respiratorios que, juntos, constan de cuatro pasos. La mayor parte del aire inhalado en el paso 1 pasa a través de los bronquios primarios a los alvéolos posteriores ... En el paso 2, la fase de exhalación de esta primera respiración, el aire inhalado pasa de los alvéolos posteriores a los pulmones. Allí, el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono (CO2) tiene lugar a medida que el aire inhalado fluye a través del sistema capilar de aire. La próxima vez que el ave inhale, paso 3, el aire sin oxígeno pasa de los pulmones a los sacos aéreos anteriores. La segunda y última exhalación, el paso 4, expulsa aire rico en CO2 de los sacos aéreos anteriores, los bronquios y la tráquea de regreso a la atmósfera.

& # 8220 Esta serie de cuatro pasos maximiza el contacto del aire fresco con las superficies respiratorias del pulmón. Lo más importante es que un pájaro reemplaza casi todo el aire de sus pulmones con cada respiración. No queda aire residual en los pulmones durante el ciclo de ventilación de las aves, como ocurre en los mamíferos. Al transferir más aire y aire con mayor contenido de oxígeno durante cada respiración, las aves logran una tasa de intercambio de gases más eficiente que los mamíferos ... El sistema de sacos de aire es una parte discreta, pero integral, del sistema respiratorio de las aves ... Los sacos de aire son delgados estructuras con paredes (solo una o dos capas celulares de espesor) que se extienden hacia la cavidad del cuerpo y hacia los huesos de las alas y las piernas ... Los sacos de aire hacen posible el flujo de aire continuo, unidireccional y eficiente a través de los pulmones. & # 8221 (Gill 2007 : 143-147)


¿Los pollos respiran por el trasero?

Veo que alguien hizo esa pregunta en un foro en línea. Se encontró con un ridículo desdeñoso e incrédulo. Pero SÉ por qué esa persona curiosa preguntó, porque, aunque sabía un poco más sobre la respiración aviar de los días de anatomía comparada, me preguntaba por qué estaba viendo el fruncimiento rítmico de las nalgas de nuestras gallinas. Asumí que no era digestivo, pero probablemente relacionado de alguna manera con su respiración, y creo que tengo razón.

Los pollos (y todas las aves) tienen un proceso respiratorio que no es muy mamífero y no es sorprendente que esté relacionado con su alta tasa metabólica y la física y química sanguínea asociadas con el vuelo. Sus pulmones no son como los nuestros, carecen de los diminutos alvéolos permeables donde tiene lugar el intercambio de gases.

La conclusión (y luego puede leer más detalles fascinantes sobre la respiración de los pájaros) es que lo que creo que estoy viendo es el llenado y vaciado de los sacos de aire abdominales que llenan el intestino posterior cerca del puerto de caca plumoso y plumoso. Entonces, querido miembro del foro, no, no respiran por el trasero, pero su respiración explica por qué haces tu pregunta, que no es tan estúpida como suena, después de todo.

del & # 8230 Ciclo respiratorio de un pájaro Las aves no tienen diafragma, el aire entra y sale del sistema respiratorio a través de cambios de presión en los sacos de aire. Músculos del pecho hacer que el esternón sea empujado hacia afuera. Esto crea una presión negativa en los sacos de aire, lo que hace que entre aire en el sistema respiratorio.

La espiración no es pasiva, pero requiere que ciertos músculos se contraigan para aumentar la presión sobre los sacos de aire y expulsar el aire. Debido a que el esternón debe moverse durante la respiración, es esencial que se le permita moverse libremente cuando un pájaro está sujeto. . ¡Sostener un pájaro & # 8220 demasiado apretado & # 8221 puede hacer que el pájaro se asfixie fácilmente!

Debido a que las aves tienen sacos de aire que llegan hasta los huesos y no tienen diafragma, las infecciones respiratorias pueden extenderse a la cavidad abdominal y los huesos.

Los pulmones de las aves no se expanden ni contraen como los pulmones de los mamíferos. En los pulmones de los mamíferos, el "intercambio de oxígeno y dióxido de carbono se produce en sacos microscópicos de los pulmones, llamados" alvéolos ". En el pulmón aviar, el intercambio de gases se produce en las paredes de los túbulos microscópicos. â € ¨llamados & # 8216 capilares de aire. & # 8217

De & # 8230 Enchanted Learning Birds respiran utilizando un sistema único en el que el aire sigue una ruta unidireccional a través del sistema respiratorio. Este sistema es diferente a nuestros pulmones, en los que el aire retrocede de donde vino. Su sistema de respiración (respiración) es muy eficiente y mucho más eficiente que nuestro sistema.

Las aves tienen dos pulmones relativamente pequeños (donde se produce el intercambio de gases), pero los pulmones están aumentados por sacos de aire en forma de fuelles (donde no se produce ningún intercambio de gases). Estas Los sacos de aire mantienen los pulmones inflados perpetuamente. (incluso cuando el pájaro exhala). Nuestros pulmones se llenan y se vacían alternativamente. El sistema respiratorio de las aves ocupa el 20% del volumen de las aves (nuestro sistema respiratorio ocupa sólo el 5% de nuestro volumen).

En el sistema respiratorio del ave, el aire fluye primero a través de sacos de aire (ubicados incluso dentro de sus huesos huecos) que dirigen aire fresco y oxigenado hacia los pulmones en forma de tubo (parabronchi, donde se produce el intercambio de gases) tanto cuando el ave inhala como cuando lo inhala. exhala.

Este sistema aumenta la eficiencia respiratoria de las aves y les proporciona suficiente oxígeno para el vuelo.

Fred First tiene una maestría en zoología de vertebrados y fisioterapia, y ha sido profesor de biología y fisioterapeuta de profesión. Se mudó al suroeste de Virginia en 1975 y al condado de Floyd en 1997. Mantiene un blog fotográfico diario, transmite ensayos en la estación Roanoke NPR y contribuye con columnas regulares para Floyd Press y Star Sentinel de Roanoke. Sus dos libros de no ficción, Slow Road Home y su reciente What We Hold in Our Hands, celebran las riquezas que poseemos en nuestras familias y comunidades, nuestra generosidad natural, capital social y las antiguas y nuevas culturas de los Apalaches. Se ha desempeñado en la Junta Directiva del Centro de Jacksonville y está activo recientemente en la organización Sustain Floyd. Vive en el noreste del condado de Floyd, en la cabecera del río Roanoke.


Las tráqueas enroscadas y súper alargadas ridículas permiten que algunas aves funcionen como trombones, ¿o son violines?

Inspirado por los comentarios hechos después del artículo de disección de emúes del lunes, comencé a pensar en las tráqueas alargadas en las aves. Como veremos, este tema es terreno fértil si te gustan las rarezas serias y los extremos espectaculares [Manucodes de trompeta mostrados aquí, de wikipedia ... todo se aclarará]. Antes de llegar a esa gran rareza y esos extremos espectaculares, un poco de anatomía básica.

La tráquea - o tráquea - es, como estoy seguro de que ya lo sabe, dado que tiene uno, un tubo que se extiende a lo largo de la superficie ventral del cuello desde la laringe hasta los pulmones [singular: tráquea, plural: tráqueas. Gracias David]. Si bien la laringe de los tetrápodos normalmente contiene cuerdas vocales que se utilizan en la producción de sonido, no contiene cuerdas vocales en las aves y, por lo tanto, durante mucho tiempo se pensó que no desempeñaba ningún papel en la vocalización. Trabajos recientes han demostrado que esto no es cierto y que una cantidad significativa de movimiento laríngeo en las aves les ayuda a controlar sus vocalizaciones. De hecho, algunas aves (como el canto de los gallos) descienden de la laringe durante la vocalización: eh, una vez, se pensaba que el descenso laríngeo era exclusivo de los humanos [para más información sobre el descenso laríngeo en no humanos, consulte el artículo Gamo]. Por cierto, el papel del movimiento laríngeo en la vocalización aviar se predijo inicialmente sobre la base de datos de disección (Homberger 1986, 1999) y, unos 20 años después, se confirmó mediante cineradiografía.

Si bien la laringe desempeña un papel en la vocalización después de todo, la siringe (ubicada en la base de la tráquea y en la profundidad del pecho) es más importante. Es una estructura bastante complicada, que involucra músculos, membranas y agujeros internos. Hay mucho que podría decirse al respecto (es tremendamente variable), así que lo dejaré bien por ahora. Por cierto, la musculatura de la jeringa está ausente en algunas aves (es decir, algunas cigüeñas), por lo que los únicos ruidos que hacen son los "mecánicos", como el traqueteo de los billetes. Posterior a la siringe, la tráquea se bifurca en los dos bronquios primarios, que luego conducen a los pulmones. Los anillos cartilaginosos de la tráquea están dispuestos a lo largo de la tráquea y la mantienen rígida y abierta todo el tiempo [Aquí se muestra la tráquea y el esternón del cisne trompetero, de Banko (1960). Sigue leyendo. ].

Tráquea hipertrofiada en cisnes y grullas, y 'problemas' de espacio muerto y almacenamiento

En la gran mayoría de las aves, la tráquea es, además de la siringe, bastante simple. Sin embargo, varios grupos han desarrollado tráqueas increíblemente alargadas donde los bucles, aros y otras desviaciones adicionales aumentan su longitud, a veces hasta un grado completamente ridículo. Las aves más conocidas con el bucle traqueal son los cisnes: la longitud traqueal es variable en las cuatro especies que lo presentan, pero en todas ellas la tráquea forma un bucle en forma de S en su base. En especies sin un bucle traqueal alargado, como el cisne negro Cygnus atratus, la base de la tráquea encaja en el espacio entre la furcula y el borde anterior del esternón. Por el contrario, el bucle extremadamente largo del cisne trompetista C. buccinador invade la cavidad torácica y se adhiere a la superficie medial (interna) del esternón, formando un tubo obvio en la superficie esternal (Banko 1960). Puedes verlo en la foto de abajo: la tráquea invade el esternón en su extremo anterior y luego forma la masa bulbosa que puedes ver en la superficie superior.

La tráquea del cisne trompetista es más de tres veces mayor en volumen de lo esperado para un ave de su tamaño (Hinds & amp Calder 1971), y tener una tráquea de esta longitud significa que las aves tienen que hacer frente a un enorme espacio muerto (espacio muerto = la cantidad de aire que hay que desviar antes de que el animal pueda respirar de nuevo). Aquí sería muy fácil tomar la tangente y hablar de sacos de aire y respiración aviar, y lamento no poder hacer eso. Sin embargo, diré que el espacio muerto probablemente no sea un problema tanto para las aves como para los mamíferos y probablemente sea relativamente fácil para las aves (con su extenso sistema de sacos de aire) mover grandes volúmenes de aire (Clench 1978, pág. pág.428). Debe resistir la mención de los dinosaurios saurópodos - - eh, maldita sea.

Los bucles traqueales muy largos también están presentes en las grúas. Habiendo dicho que la condición en los cisnes es más familiar, debo señalar que esto podría decirse en cambio para las grúas: el Kaiser Friedrich II describió las tráqueas de las grúas en 1250, el naturalista francés Pierre Bollonius estaba escribiendo sobre el alargamiento traqueal en las grullas nuevamente durante el siglo XVI, y La morfología traqueal de la grúa fue ilustrada por V. Coiter en 1575 (Johnsgard 1983, Fitch 1999). En algunas grúas, el bucle traqueal entra en contacto con el margen anterior del esternón y el borde de ataque del esternón está fuertemente rebajado para recibirlo [véanse los diagramas adyacentes, de Johnsgard (1983)]. En formas con bucles traqueales más largos, la tráquea invade adecuadamente el cuerpo del esternón y en las especies con las tráqueas más largas (como las grullas euroasiáticas). Grus grus y grullas chillonas G. americana) toda la longitud del esternón está ocupada por bucles traqueales: los bucles se doblan sobre sí mismos, formando una espiral compleja. En la grulla japonesa G. japonicus, la tráquea puede tener 1,6 m de largo en total (Johnsgard 1983). Crane sterna, y sus tráqueas asociadas, se muestran en la imagen adyacente [de Johnsgard (1983)]. La grúa europea más 'extrema' y la grulla chillona se muestran en la parte inferior.

Las tráqueas alargadas también están presentes en gansos urraca, en chachalacas y otros crácidos, en ptarmigans, urogallos y algunas pintadas, en algunas espátulas, en agachadizas pintadas y en limpkins. La presencia de una tráquea alargada en el urogallo. Tetrao urogallus Es particularmente interesante dada la afirmación de que esta es una de las pocas aves que pueden producir infrasonidos (Moss & amp Lockie 1978). Sin embargo, pruebas posteriores mostraron que las llamadas de urogallo no incluían un componente infrasónico después de todo: sin embargo, los 'saltos de aleteo' que usan estas grandes aves como parte de sus exhibiciones hacer crear infrasonido (Lieser et al. 2005). Por el momento, las únicas aves infrasónicas confirmadas son los casuarios (y no tienen tráqueas alargadas). Gracias a ejemplares excepcionalmente conservados, uno de los cuales fue descubierto con una tráquea in situ [se muestra aquí, después de Worthy], sabemos que dos moa - Euryapteryx y Emeus - tenía tráqueas muy largas y en forma de bucle (Worthy & amp Holdaway 2002).

¿Dónde almacenan las aves sus tráqueas alargadas? Ya hemos visto que las tráqueas de cisnes y grullas están enrolladas contra el esternón o incluso sobre o dentro. En la gallina de Guinea con tráqueas en forma de bucle (dos miembros del género Guttera, más notablemente la gallina de Guinea con cresta G. pucherani), el lazo se encaja dentro de la fúrcula hueca (Chapin 1932, Frith 1994). La espátula europea Platalea leucorodia y cigüeña pico amarillo Mycteria ibis (aparentemente) son inusuales porque el bucle traqueal enrollado está dentro de la cavidad torácica: es decir, medial a las clavículas y el esternón, aunque no en estrecha asociación con el esternón como es el caso de los cisnes. En un caso extraño y fascinante de convergencia, la tráquea de moa alargada también era intratorácica (Worthy & amp Holdaway 2003). Sin embargo, es más normal que el bucle traqueal o los bucles se coloquen ventralmente al esternón y se peguen contra los músculos pectorales. Este es el caso de los gansos Urraca Anseranas semipalmata, crácidos, agachadiza pintada Rostratula benghalensisy en las aves del paraíso que tienen tráqueas largas (Frith 1994). Y he dejado las aves del paraíso para durar. ¿Por qué? Porque sus asas traqueales son quizás las más extremas de todas. Ellos. Están. Ridículo.

Lo más ridículo de todo: aves del paraíso

Dos tipos de aves del paraíso tienen tráqueas en bucle: el pájaro trompeta o el código de manual de la trompeta. Phonygammus keraudrenii y los manucodes propiamente dichosManucodia). Es probable que, entre las aves del paraíso, las largas tráqueas poseídas por estos dos taxones evolucionaron solo una vez, como Phonygammus y Manucodia parecen ser taxones hermanos (de hecho, algunos autores incluyen Phonygammus dentro de Manucodia). La tráquea alargada del pájaro Trompeta se informó por primera vez en 1826, se describió y discutió varias veces a fines del siglo XIX, y Clench (1978) la revisó exhaustivamente: realmente hay que verla para creerla. Aaaand, aquí está. [representado por tres especímenes, de Clench (1978)].

Es extremadamente variable ontogenéticamente, sexualmente y entre poblaciones, pero, en su forma más extrema, consta de cinco espirales que forman una espiral en la superficie ventral del animal. La tráquea desciende posteroventralmente en el lado izquierdo del ave, se extiende posteriormente hasta la cloaca, luego se curva hacia la derecha antes de viajar anteriormente para formar el siguiente bucle.

El bucle traqueal es igualmente ridículo en los otros manucodes, pero no hay tantas espirales. Sin embargo, la tráquea se extiende aún más posteroventralmente en los manucodes que en el pájaro trompeta: Clench (1978) figura un espécimen [mostrado aquí] donde la tráquea se curva hacia arriba cerca de la cloaca, y luego se extiende por el lado del muslo derecho del animal. antes de volver a la parte inferior.

¿Por qué tener una tráquea superlarga?

Entonces - - por qué ¿Tienen estas aves estas tráqueas superlargas, en forma de bucle o enrolladas? Si bien se ha sugerido que las tráqueas alargadas podrían tener un papel en la respiración o la fisiología (ver Fitch 1999 para una revisión), generalmente se ha pensado que las tráqueas alargadas y enrolladas permiten a sus dueños hacer ruidos especialmente fuertes y resonantes, y es notable que el los pájaros que acabamos de ver son los que crean algunos de los ruidos más fuertes, más poderosos y más lejanos dentro de Aves. Los cisnes trompeteros, las grullas chillonas y los pájaros trompeta son los miembros más ruidosos de sus respectivos grupos y exhiben las tráqueas más complicadas y alargadas de sus respectivos grupos. Creo que podemos inferir con seguridad que las aves extintas con tráqueas largas y en bucle, como esos moa, también hicieron llamadas fuertes y llamativas.

Fitch (1999) argumentó que las llamadas que hacen las aves con tráqueas alargadas son desproporcionadamente fuertes en comparación con el tamaño del ave: por lo tanto, las tráqueas alargadas no solo permiten llamadas particularmente profundas o fuertes, pero también reducen las frecuencias de los formantes y, por lo tanto, funcionan en una exageración de tamaño acústico. Este es un buen truco, ya que un tamaño corporal más grande (o la impresión de un tamaño corporal grande) es ventajoso para la competencia sexual y la publicidad, y también puede desempeñar un papel en la intimidación de los depredadores. También es notable que las aves con tráquea larga y en forma de bucle son todas relativamente grandes, y al menos algunas de ellas anidan en áreas con vegetación densa donde la visibilidad es restringida (Fitch 1999).

¿Como un trombón o como un violín?

¿Actúan las asas traqueales de la misma manera que los tubos de un trombón? Esto es lo que la mayoría de los autores han asumido, pero Gaunt et al. (1987) argumentó que, en las grúas, el enrollamiento traqueal no hizo ninguna diferencia en el volumen de llamadas. En cambio, propusieron la idea novedosa de que la integración de los bucles traqueales con el esternón permite que todo el aparato funcione como un instrumento de cuerda. Quizás, propusieron, toda la superficie del esternón grande resuena durante una llamada. Sus vibraciones son entonces, propusieron, amplificadas por el sistema de saco de aire interno. No tengo idea de si esta hipótesis es razonable o no y no tengo conocimiento de ningún trabajo de seguimiento. La idea de que las aves grandes puedan usar sus enormes esternones óseos, tráqueas súper largas y extensos sistemas de sacos de aire para hacer ruidos particularmente fuertes es bastante emocionante y debe ser uno de los casos más increíbles de exaptación entre los Tetrapoda. si es correcto. Demacrado et al. (1987) señaló que, si ellos están Correcto, entonces los pájaros como las grullas funcionan más como violines que como trombones [Grulla euroasiática que se muestra aquí, de wikipedia].

Por cierto, existe un posible costo de tener tráqueas grandes y complejas: pueden ser especialmente propensas a las infecciones por hongos (Souza & amp Degernes 2005).

Mientras escribía este artículo, trabajé duro para resistir todas las desviaciones que aparecieron: la laringe y la siringe de las aves, las ampollas de la jeringa presentes en algunas aves acuáticas, las tráqueas expandidas (pero no largas) de los pájaros sombrilla y otras cotingas, el problema del espacio muerto y cómo podría estar relacionado con la pneumaticidad y mucho más. En parte lo logré, pero en parte no. Esta es un área muy ordenada y realmente me inspiró, y espero que también lo hayan disfrutado.

Banko, W. E. 1960. El cisne trompetista. Serie de fauna de América del Norte No. 63. Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU., Washington, D.C.

Chapin, J. P. 1932. Los pájaros del Congo Belga. Volúmen 1. Boletín del Museo Americano de Historia Natural 65, 1-756.

Clench, M. H. 1978. Elongación traqueal en aves del paraíso. El cóndor 80, 423-430.

Fitch, W. T. 1999. Exageración acústica del tamaño en aves a través del alargamiento traqueal: análisis comparativos y teóricos. Revista de zoología 248, 31-48.

Frith, C. B. 1994. Significado adaptativo del alargamiento traqueal en manucodes (Paradisaeidae). El cóndor 96, 552-555.

Gaunt, A. S., Gaunt, S. L. L., Prange, H. D. y Wasser, J. S. 1987. Los efectos del enrollamiento traqueal en las vocalizaciones de las grullas (Aves Gruidae). Journal of Comparative Physiology A: Neuroetología, fisiología sensorial, neuronal y del comportamiento 161, 43-58.

Hinds, D. S. & amp Calder, W. A. ​​1971. Espacio muerto traqueal en la respiración de las aves. Evolución 25, 429-440.

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Digno, T. H., Holdaway, R. N. 2002. El mundo perdido de los Moa. Prensa de la Universidad de Indiana, Bloomington, Indiana.


Respiración y Circulación

RESPIRACIÓN: La anatomía del sistema respiratorio de las aves es bastante compleja en comparación con la de los mamíferos. Los sistemas respiratorios de las aves y los mamíferos consisten en los pulmones que se expanden, se produce el intercambio de gases y se exhala el aire. En las aves, el sistema respiratorio también sirve para el intercambio de gases, pero también es importante para eliminar el calor del cuerpo y tiene varias funciones no respiratorias como la desintoxicación de productos metabólicos y la vocalización. Como en los mamíferos, el sistema respiratorio superior sirve para filtrar el aire para atrapar el polvo. A diferencia de los pulmones de los mamíferos, los pulmones de las aves son relativamente rígidos y no se mueven mucho durante la respiración.

De los pulmones salen sacos de aire de paredes delgadas que llenan la mayor parte de la cavidad corporal que no está ocupada por otras vísceras que la mayoría de las aves tienen nueve. Algunos sacos de aire penetran en el interior de los huesos e incluso debajo de la piel. En los mamíferos, el aire inspirado ingresa al pulmón a medida que el pulmón se expande y expira cuando el pulmón se contrae. Ver video. En las aves, los pulmones se expanden muy poco porque el aire pasa a través de ellos hacia los sacos de aire y regresa a través de los pulmones al expirar. Por lo tanto, no solo puede pasar un mayor volumen de aire a través de los pulmones, sino que, dado que pasa dos veces, el intercambio de gases es más eficiente.

Además, los pulmones de las aves tienen más capilares / área que los mamíferos. Los sacos de aire también proporcionan flotabilidad para las aves acuáticas. Las especies que nadan tienen sacos de aire abdominales y postorácicos particularmente grandes cuyo volumen se puede controlar para nadar o bucear. También proporcionan un cojín para las vísceras al aterrizar o sumergirse en el agua en busca de comida, y pueden modificarse para exhibiciones de cortejo, p. las vejigas del cuello del pájaro fragata y el pollo de la pradera. Los sacos de aire también sirven para enfriar el cuerpo durante el ejercicio vigoroso a través de la evaporación interna del agua. La frecuencia respiratoria, obviamente, aumenta con la actividad. P.ej. un gorrión común tiene una frecuencia respiratoria en reposo de 50 / min que aumenta a más de 200 después de volar por una habitación.

No hay mucha información sobre la frecuencia respiratoria y el consumo de oxígeno durante el vuelo simplemente porque es difícil de conseguir. Los experimentos clásicos son los de Tucker (1968 J. Exp. Biol.) En los que entrenó periquitos y gaviotas para volar en un túnel de viento. El estudio del periquito Tucker & # 8217 mostró que la respiración parece ser más eficiente a una cierta velocidad de vuelo, en este caso alrededor de 35 kph. Esto puede deberse a una coordinación de los batidos de las alas con la respiración. Hay evidencia de patos, cuervos y palomas de que mantienen un ciclo constante de 3-5 aleteos por respiración. Esto indica que los músculos del vuelo mejoran de alguna manera el movimiento del aire a través del sistema respiratorio. Dinámica respiratoria aviar en acción.

CIRCULACIÓN: El sistema circulatorio, el corazón, los vasos sanguíneos, el sistema linfático, etc., tiene el mismo propósito y función que en otros vertebrados: transporte de alimentos, gases, hormonas y desechos.
productos. Solo en las aves, los mamíferos y los cocodrilos el corazón tiene cuatro cámaras. El corazón de las aves es relativamente más grande y más poderoso que el de los reptiles y mamíferos de tamaño similar, quizás un 50-100% más grande. El corazón de las aves pequeñas también es proporcionalmente más grande que el de las aves más grandes y está relacionado con su frecuencia respiratoria. La medición de la frecuencia cardíaca varía porque las aves son muy excitables cuando están restringidas. Heart Rates blue jay 165 turkey 270 robin 550 canary 400-800 blue-winged teal 1000 hummingbird 1200 Blood pressure is also higher in birds than in other vertebrates: pigeon 135/105 mmHg chicken 180/160 starling 180/130 canary 220/154 turkey 235/141.

The circulatory system structure of birds is basically like that of vertebrates although there are some modifications. For example, the two jugular veins of the head are cross-connected so that a severe twist of the head doesn’t cut off blood drainage. Typically, birds’ veins and arteries are set up so that the veins and arteries lie next to each other. Thus the warm blood leaving the heart and going to the extremities warms the cooler blood going to the heart from the extremities thus some heat is returned to the body core and conserved. This is countercurrent heat exchange and is typical of cold environment birds. In warm environments, the venous return from the appendages is superficial so that heat is just radiated to the atmosphere.

FLIGHT: Many of the physiologic adaptations of the respiratory and circulatory systems are related to the energetic needs for flight. Although flying is an efficient way to move, it is also energy-intensive. The heart rate of small birds doubles from the resting rate when flying and goes to 3x or 4x in larger birds. For long-distance migrants, where energy considerations are especially important, birds typically lose 25% of their body weight and even up to 50%, which seems to be a physiological maximum. Hummingbirds fly over the Gulf of Mexico (800km) and Golden Plovers fly 3900km from the Aleutian to the Hawaiian Islands non-stop. Generally, the larger the bird, the farther they can fly, either non-stop or on a long migration. Many non-stop flights observed (Homing pigeon 1080km or 600 miles Alpine swift 540km or 300 miiles, I) were probably done with a tail wind).

But one spectacular non-stop flight needs to be noted. The Bar-tailed Godwit (below) migrates in flocks to coastal East Asia, Alaska, Australia, Africa, northwestern Europe and New Zealand.

It was shown in 2007 to undertake the longest non-stop flight of any bird. Birds in New Zealand were tagged and tracked by satellite to the Yellow Sea in China. According to Dr. Clive Minton (Australasian Wader Studies Group): “The distance between these two locations is 9,575 km (5,950 mi), but the actual track flown by the bird was 11,026 km (6,851 mi). This was the longest known non-stop flight of any bird. The flight took approximately nine days. At least three other bar-tailed godwits also appear to have reached the Yellow Sea after non-stop flights from New Zealand.”

One specific female of the flock, nicknamed “E7”, flew onward from China to Alaska and stayed there for the breeding season. Then on 29 August 2007 she departed on a non-stop flight from the Avinof Peninsula in western Alaska to Thames, New Zealand, setting a new known flight record of 11,680 km (7,258 mi).


Los pterosaurios respiraban como los pájaros y tenían sacos de aire inflables en sus alas.

Justo cuando estoy hablando de los nuevos dinosaurios y pterosaurios que se publicaron en enero (parte I, parte II, parte III), febrero está resultando igualmente interesante. Ayer vio el debut del nuevo sauropodomorfo basal Protos de panfagia (Martinez & amp Alcober 2009), ¡y lo sabrás gracias a SV-POW! que el tan esperado artículo de Matt Wedel sobre hiatos neumáticos en saurópodos apareció recientemente en Revista de zoología experimental.

Hoy se ve la aparición de otro estudio muy pulcro: la investigación de Leon Claessens, Pat O'Connor y David Unwin sobre la respiración y la neumática en los pterosaurios (Claessens et al. 2009). Una vez más, aquí hay un excelente artículo que está disponible sin restricciones para todos, gracias a la maravilla de la publicación de acceso abierto. Se une a otro artículo destacado sobre paleobiología de pterosaurios, también publicado en una revista de acceso abierto, y que la modestia me impide mencionar [y, en otro asunto completamente, notarán que la imagen promocional utilizada anteriormente es de mi coautor Mark Witton ].

De todos modos, aquellos de ustedes con buena memoria recordarán que las conclusiones del estudio actual se mencionaron aquí en Tet Zoo en septiembre de 2007. Fue entonces cuando se presentaron los datos en la conferencia Flugsaurier de Munich celebrada en honor a Peter Wellnhofer. Septiembre de 2007 es hace mucho tiempo: ¿cómo es que este trabajo tardó tanto en aparecer impreso? Notarás que, casualmente, otro artículo sobre la pneumaticidad de los ornithodiranos apareció no hace mucho en la misma revista, pero estoy seguro de que no tiene nada que ver con eso.

Claessens et al. (2009) esencialmente analiza dos detalles diferentes, pero conectados, de la paleobiología de los pterosaurios: (1) cómo respiraban los pterosaurios y (2) cómo los pterosaurios neumatizaban los esqueletos de sus alas. En (1), se hace un buen argumento de que los pterosaurios bombeaban sus grandes esternones dorsoventralmente como lo hacen los pájaros, y que fue esta acción la que impulsó el ciclo respiratorio. El esternón móvil y sus costillas esternales asociadas explican cómo los pterosaurios podían respirar eficazmente incluso cuando las vértebras dorsales se fusionaban para formar un notario: como Claessens et al. (2009) nota, la presencia de esternocostapófisis elaboradas [leer] en pterosaurios basales muestra que la dependencia del "bombeo esternal" es anterior a la evolución del notario.

Varios detalles de la anatomía de los pterosaurios, previamente mal caracterizados o mal entendidos, brindan más apoyo a este modelo. Resulta que las costillas del esternón no tienen la misma longitud a lo largo del esternón, pero los elementos más posteriores son al menos dos veces más largos que los más anteriores. Además, el esternón no estaba inclinado horizontal o posterodorsalmente en el cuerpo, sino posteroventralmente inclinado, por lo que la parte del tronco adyacente al borde posterior del esternón, con mucho, la parte más profunda del cuerpo. Las costillas del esternón son típicamente simples y con forma de varilla, pero las de los pterosaurios poseen procesos dorsal y ventral que Claessens et al. (2009) término esternocostapófisis [la imagen de abajo, del artículo, muestra costillas esternales con esternocostapófisis en Rhamphorhynchus. Anterior está a la derecha: el hueso grande en la parte inferior derecha es el esternón]. Proponen que estas estructuras aumentaron la influencia de los músculos intercostales y, por lo tanto, ayudaron al movimiento esternal durante la respiración. Por lo tanto, las esternocostapofisis parecen ser análogos funcionales de los procesos uncinados presentes en las costillas de los terópodos maniraptoranos, y recordará para qué podrían ser los procesos uncinados porque lo vimos el otro día en relación con el kiwi.

Además, se plantea la hipótesis de que los prepubes, huesos móviles en forma de abanico (exclusivos de los pterosaurios) que se articulaban con la pelvis y cubrían la parte posterior del abdomen, y la gastralia (las 'costillas del vientre' en forma de varilla incrustadas dentro de la pared abdominal) también trabajaron juntos durante la respiración. Durante la inspiración, la rotación hacia abajo y hacia atrás de los prepúbeos habría aumentado el espacio pulmonar: esto es esencialmente similar a lo que sucede en los cocodrilos existentes, excepto que en su caso son los huesos púbicos móviles los que cumplen esta función.

Debido a que este complejo funcional, que involucra el esternón y las costillas del esternón en la parte anterior y la gastralia y los prepubes en la parte posterior, es consistente en todo Pterosauria, Claessens et al. (2009) argumentan que se aplica en general a todos los miembros del grupo.

Una perorata sobre la endotermia

Hay más en este estudio que un modelo de respiración en pterosaurios: también analizaron la neumática. Ha quedado claro desde hace un tiempo, bueno, para todos los que realmente trabajan con dinosaurios y pterosaurios, de todos modos, que los pterosaurios y los dinosaurios saurisquios exhibían neumatización tanto del esqueleto como de los tejidos blandos. La presencia de un sistema de sacos de aire conectado a los pulmones muestra que estaba presente un sistema de flujo continuo similar a un pájaro y que, por lo tanto, la extracción de oxígeno era relativamente alta. Dado que los pterosaurios eran voladores activos con músculos enormes, parece lógico concluir que un estilo de ventilación pulmonar similar a un pájaro ayudó a impulsar un metabolismo elevado [la imagen a continuación muestra la reconstrucción de Matt Wedel del sistema respiratorio en un saurópodo diplodócido, del tutorial de pneumaticidad en SV-POW!].

Muchos paleontólogos parecen guardar silencio sobre la paleofisiología de los ornitodiranos en estos días, lo cual es irónico dado que se ha publicado una gran cantidad de datos que respaldan la endotermia en los últimos años. Con demasiada frecuencia vemos a colegas jugando a ser conservadores e insinuando o afirmando que la ectotermia en los arcosaurios mesozoicos es probable o viable. Por otra parte, tal vez los trabajadores conservadores sean los más vocales. Dada la buena evidencia que tenemos ahora de neumatización extensa, estructuras fibrosas tegumentarias, marcha erguida y porte del cuello erguido, y altas tasas de crecimiento en los ornitodiranos, la conclusión de que estos animales eran endotérmicos parece estar bien respaldada, mientras que no es posible decir lo mismo para la hipótesis de la ectotermia. Es interesante que las diversas pruebas sólidas destinadas a respaldar la ectotermia en los ornitodiranos, como la presencia de una bomba de diafragma de pistón hepático y la ausencia de cornetes respiratorios, sean erróneas o muy sospechosas.

Entonces, después de pasar mucho tiempo sin preocuparme de ninguna manera por la fisiología de los arcosaurios extintos, actualmente diría que la evidencia de la endotermia es buena, y que los datos indican que todos los dinosaurios y pterosaurios eran endotérmicos.

Los pterosaurios se ponen descarados

De todos modos, Claessens et al. (2009) estaban particularmente interesados ​​en la distribución de los agujeros neumáticos dentro de los esqueletos apendiculares de los pterosaurios. Esto se limita principalmente a los ornitoqueiroides y azdarcoides, y en particular, estos son los grupos que alcanzaron un tamaño gigante. El hecho de que los agujeros neumáticos de los huesos de las extremidades ornitoqueiroides y azdarcoides estén ubicados en diferentes lugares indica que evolucionaron esta neumatización apendicular de forma independiente.

Aún más interesante es la posibilidad de que la fuente de esta neumatización en los elementos del ala pueda haber sido un sistema de sacos de aire subcutáneo (SASS): un sistema complejo de sacos ubicados debajo de la piel. Esto puede parecer extraño, pero está presente en muchas aves modernas grandes, incluidos buitres, pelícanos y avutardas. Un espécimen de pterosaurio, un trozo de membrana de ala excepcionalmente bien conservado (Martill & amp Unwin 1989), incluso conserva una capa de tejido interno esponjoso que, presumiblemente, representa parte de este SASS. El hecho de que la superficie cutánea externa del ala del pterosaurio fuera lo mismo que la superficie del ala en sí significa, como notará, que el SASS podría haber desempeñado un papel diferente en los pterosaurios que en las aves. Claessens et al. (2009) especulan, por ejemplo, que la inflación diferencial de ciertas regiones del SASS puede haberse utilizado para controlar las propiedades mecánicas del ala. Incluso permiten la posibilidad de que la inflación SASS se haya utilizado en la exhibición, tal como ocurre en algunas aves existentes (Akester et al. 1973). Podríamos inferir que un control tan complejo de las estructuras de las alas subcutáneas requeriría una retroalimentación neuronal sofisticada. La buena noticia es que tenemos buena evidencia de la anatomía del cerebro de los pterosaurios de que esto es exactamente lo que tenían (Witmer et al. 2003).

Lo inevitable sobre el tamaño gigante

Una de las mayores preguntas sobre los pterosaurios, y uno de los aspectos de su paleobiología que los hace diferentes de otros vertebrados volátiles, tiene que ver con su tamaño (ignoraremos los teratornítidos y pelagornítidos por ahora, lo siento). Los pterosaurios pertenecientes a al menos dos linajes (Ornithocheiroidea y Azhdarchoidea) evolucionaron de tamaño gigantesco, y los miembros de uno de estos clados (Azhdarchoidea) se volvieron sustancialmente más grandes que todos los demás voladores (incluidos los teratornítidos y pelagornítidos) [imagen de abajo: un ornitoquíido de Mark Witton. De aquí].

Por qué los pterosaurios evolucionaron en tamaño gigante es una pregunta interesante. No hay razón para pensar que condiciones atmosféricas especiales, o un clima global diferente, o entornos especiales, les permitieron hacer esto: mi opinión sobre la evolución del tamaño gigante siempre ha sido bastante simple. los animales crecen porque pueden. En otras palabras, heredan detalles anatómicos y una fisiología que les permite convertirse en gigantes si la selección los favorece. Creo que está cada vez más claro que los animales extraños del Mesozoico no eran realmente más extraños que los animales que vinieron antes o después. Tenemos que superar la idea de que los dinosaurios y los pterosaurios eran monstruosos: es decir, parece que no habia desarrollaron soluciones totalmente novedosas para problemas (como una fisiología única, ontogenéticamente variable, o la dependencia de condiciones atmosféricas inusuales, o un sistema de globos, o corazones múltiples, o hendiduras branquiales, que les permitía aguantar y respirar a través de sus largos cuellos) . En cambio, eran solo ejemplos "extremos" de lo que la variación morfológica y fisiológica podía permitir.

¿Es posible que la extensa neumatización presente en los pterosaurios haya contribuido a su capacidad para evolucionar en tamaño gigante? Claessens et al. (2009) comentan sobre esto, pero en realidad no dicen mucho (¡a pesar del título del artículo!) Aparte de eso, sí, probablemente lo hizo.

Al incorporar datos de rayos X y tomografías computarizadas, e incluir inferencias sobre la neumática, la paleoofisiología y las tendencias evolutivas, estoy seguro de que estará de acuerdo en que este es un estudio ordenado que realmente aumenta nuestra comprensión de la biología de los pterosaurios. Felicitaciones a los autores y condolencias por la larga e inexplicable demora. ¡Recuerde visitar PLoS ONE y descargar el documento!

Akester, A. R., Pomeroy, D. E. & amp Purton, M. D. 1973. Bolsas de aire subcutáneas en la cigüeña marabú (Leptoptilos crumeniferus). Revista de zoología 170, 493-499.

Martill, D. M. & amp Unwin, D. M. 1989. Membrana de ala de pterosaurio excepcionalmente bien conservada del Cretácico de Brasil. Naturaleza 340, 138-140.

Witmer, L. M., Chatterjee, S., Franzosa, J. & amp Rowe, T. 2003. Neuroanatomía de reptiles voladores e implicaciones para el vuelo, la postura y el comportamiento. Naturaleza 425, 950-953.


Do airsacs contract and expand when birds breathe? - biología

Click and drag right across the image to watch the embryo develop.

Where Chick Life Begins

The germinal disc is visible on the surface of the yolk.

The development of the chick begins in the single cell formed by the union of two parental cells, egg and sperm, in the process known as fertilization. In birds, fertilization occurs about 24 hours before the egg is laid.

The newly formed single cell begins to divide into 2, then 4, 8, 16, 32 and so on. At the time of laying, hundreds of cells are grouped in a small, whitish spot (the blastoderm or germinal disc) that is easily seen on the surface of the yolk.

When the egg is laid and cools, division of the cells ceases. After the egg is laid, cooling the egg after the egg is laid does not result in the death of the embryo. It may resume its development after several days of rest if it is again heated by the hen or in an incubator.

Special temporary organs or embryonic membranes forme within the egg, both to protect the embryo and to provide for its nutrition, respiration, and excretion. These organs include the yolk sac, amnion, and allantois.

The yolk sac supplies food material to the embryo. The amnion, by enclosing the embryo, provides protection. The allantois serves as a respiratory organ, gets minerals from the shell, and handles waste. These temporary organs function within the egg until the time of hatching.

On the twentieth day of incubation the embryo becomes a chick as it breaks into the air cell and starts breathing air for the first time.

The chick emerges from the egg on the twenty-first day of incubation.

Several changes take place during the 18th and 21st days. The chick draws what remains of the yolk into its body and "takes its lunch with it" (so-to-speak) when it hatches. Thus, the chick really doesn't need to be fed for the few days after it hatches.

The chick's head is under its right wing with the tip of the beak pointed at the air shell. The large neck muscle contracts and forces the egg tooth through the air cell, and the chick takes it first breath. This is referred to as internal pipping. At this time, you may hear the chick peeping inside the shell.

On the twenty-first day of incubation the chick finishes its escape from the shell. The egg tooth makes the initial break in the shell. This is referred to as external pipping.

The hatching process can last from 4 to 12 hours before the chick breaks free from the shell. The chick, as it appears upon freeing itself from the shell, is wet and very tired. For the next several hours it will lie still and rest. A few hours later the chick, now dry and fluffy, will become extremely active and the egg tooth will dry and fall off.


Do airsacs contract and expand when birds breathe? - biología

Science Fact Friday: Bird lungs! Just like every other part of a bird, they&rsquore weird.

This gif shows the path of a single breath, but the circuit holds 2 breaths at a time. So when the bird inhales, the just-inhaled breath goes through Inhalation 1 while the previous breath goes through Inhalation 2. Rinse, repeat. Thus, the lungs are constantly receiving oxygen - in mammals, our oxygen content dips slightly between inhalations because there&rsquos no fresh air coming in. We also don&rsquot empty 100% of our lung volume so some air is &ldquostale&rdquo even during an inhalation.

Transcript below the break.

Birds have a unidirectional respiratory system. Their lungs do not expand and contract as in mammals and reptiles. Instead they have expandable air sacs to pull air in a one-way circuit. The sacs do not perform gas exchange, but the lungs are highly efficient.

It takes two breaths for air to pass through a bird&rsquos respiratory system.
1. Inhalation 1: Air sacs expand. Air is drawn into the posterior sacs.
2. Exhalation 1: Air sacs compress. Air is pushed into lungs.
3. Inhalation 2: Air sacs expand. Air in lungs is drawn into anterior sacs.
4. Exhalation 2: Air sacs compress. Air is exhaled.

[There is a gif of a simplified bird going through the steps above. The bird has two sets of anterior sacs connected to the front of the lungs, and three sets of posterior sacs connected to the back.]

This system allows the lungs to have a constant stream of oxygen to fulfill the
metabolic needs of flight.


Sistema respiratorio

The form of the lungs and the methods of irrigating them may also influence activity by affecting the efficiency of gas exchange. In snakes the lungs are simple saclike structures having small pockets, or alveoli, in the walls. In the lungs of all crocodiles and many lizards and turtles, the surface area is increased by the development of partitions that, in turn, have alveoli. Because exchange of respiratory gases takes place across surfaces, an increase of the ratio of surface area to volume leads to an increase in respiratory efficiency. In this regard the lungs of snakes are not as effective as the lungs of crocodiles. The elaboration of the internal surface of lungs in reptiles is simple, however, compared with that reached by mammalian lungs, with their enormous number of very fine alveoli.

Most reptiles breathe by changing the volume of the body cavity. By contractions of the muscles moving the ribs, the volume of the body cavity is increased, creating a negative pressure, which is restored to atmospheric level by air rushing into the lungs. By contraction of body muscles, the volume of the body cavity is reduced, forcing air out of the lungs.

This system applies to all modern reptiles except turtles, which, because of the fusion of the ribs with a rigid shell, are unable to breathe by this means they do use the same mechanical principle of changing pressure in the body cavity, however. Contraction of two flank muscles enlarges the body cavity, causing inspiration. Contraction of two other muscles, coincident with relaxation of the first two, forces the viscera upward against the lungs, causing exhalation.

The rate of respiration, like so many physiological activities of reptiles, is highly variable, depending in part upon the temperature of the environment and in part upon the emotional state of the animal.


What’s the difference between birds and mammals

There is a huge variety of organisms on the planet and among them, members of the animal kingdom tend to captivate us humans the most. Birds and mammals are equally remarkable, but very different.

Numerically speaking, only a handful of living organisms have skeletons and an even smaller fraction of vertebrates can regulate their own body temperature. The classes Aves and Mammalia are the only groups that have this special warm-blooded trait and that often leads people to think that birds and mammals are very related—sometimes even that birds are a type of mammal.

The truth is, however, that these two classes are very different in a lot of ways. It’s quite a bit more than the fact that we can’t fly.

Defining the Problem

To start with, mammals and birds are quite different through their very definitions. The definition of a bird requires feathers, a toothless beak, wings (usually allowing for flight), and the ability to lay hard-shelled eggs. Meanwhile, mammals have hair, give birth to live young, and the females produce milk from mammary glands — the structures for which the class is named.

That being said, there are a few species that blur the definitions a little bit.

On the issue of wings, care is taken to not focus too much on the flight itself as several bird species, like penguins, have modified wings specialized for movement through water. Of course, there are also many flightless birds. Meanwhile, there are mammals that have wings and can fly, bats. At the same time, monotremes (a group including the platypus and the echidna) make things even more complicated,

Monotremes defy mammalian definitions in favor of bird-like habits. Although they’re mammals, they lay eggs rather than giving birth to live young — although it has to be said that the platypus and echidna are extremely odd mammals and we shouldn’t generalize based on them (but that is a discussion for a different article).

With those facts noted, however, even the bat’s modified forelimb doesn’t possess feathers and even after laying eggs monotreme mamas are going to feed their growing young on a milk diet.

Judging books by covers

Being humans, it’s fair to assume we get the gist of what mammals are — at least the basics.

But, very few of us have taken the time to consider the specialized form of a bird. To start with, while there is quite a variety in mammalian silhouettes, the basic structure of the bird body is fairly consistent and generally quite different from a mammal’s. Even considering only the most standard mammal form, with four similarly-sized limbs and a tail, there is a notable difference in overall structure from birds.

Image credits: Karen Arnold.

Now, let us take a closer look. If you have a pet bird, feel free to smile at it and maybe it will return an excited stare.

Some mammalian smiles sport fangs, and the bird’s mouth can be just as sharp, but it will never quite be able to give you back that excited grin—because, unlike mammals, birds don’t have any teeth. The next thing to note is the most obvious, the nice somewhat rounded feathery bodies and, where a mammal would have forelimbs, birds sport wings. But that’s okay, while they don’t have hands to hold things, if you look a little lower they are sporting a lovely pair of wrinkly clawed feet.

Birds typically possess four toes, three facing forward and one facing backward — this is the part we typically think of as the bird’s feet. However, birds are typically digitigrade meaning that they are actually walking on their toes. What we think of as their knees are actually their ankles. Canines and felines are also digitigrade but, of course, the feet look quite different. And that is just an outside look. Let us get even closer.

An Even Closer Look

We really need to appreciate how specially a bird must be built to live its extraordinary life in the air.

The typical internal structure of a pneumatized bird femur.

Because they so well adapted for flight, their internal structures can be quite different from our own. Flying requires you to be both strong and lightweight and while we may be able to accomplish the first, no amount of arm flapping will ever get us off the ground.

Since they need to be so lightweight, airborne members of the class Aves have decided to drop the weight in the densest structures in the mammalian body, their bones. Birds possess many bones which are pneumatized (hollow), with crisscrossing struts, like columns on a building, to maintain their shape and structure. Those specialized for swimming like puffins and penguins have none, however. A bit of density helps when you need to go underwater and can’t simply fall from the sky.

But, this is just one of the major ways birds and mammals differ internally to aid in flight. Another fascinating structural difference between birds and mammals is the extraordinary avian respiratory system. Flight takes energy—a lot of it. Try flapping your arms all the way up and down just ten to fifteen times, exhausting isn’t it? Birds need to do this simply to get off the ground and many bird species are not adapted for gliding so they must ­always do this to stay above ground. Hummingbirds flap their wings up to twelve times each second. How can they even keep up with all this exertion?

Inhalation: the air sacs expand, pulling oxygenated air from outside into the posterior sacs and deoxygenated air out of the lungs into the anterior air sac. Exhalation: The air sacs contract, the posterior sacs pushing oxygenated air into the lungs and the anterior air sacs pushing oxygen-free air away from the lungs and back up the trachea. In this way, oxygenated air is always in the lungs. Image credits L. Shyamal via Wikimedia Commons.

Well, unlike in mammals, birds don’t have a simple system with two neat lungs in the chest. Their respiratory system takes up a large percentage of their bodies. What moves air though bird bodies aren’t their lungs, which don’t expand and contract as ours do. Instead, they have a complex system of air sacs which move air constantly in a cyclical system far more efficient than our own.

As a point of comparison, how the mammalian system works is that we inhale and our lungs fill with air. Deep in the lungs, there are air sacs called alveoli, covered in capillaries, in which oxygen is exchanged for carbon dioxide in the blood. When this exchange takes place to a sufficient extent we exhale, then inhale again. This system means that air must reverse direction and there is a time when our lungs are devoid of usable oxygen. This, however, is not the case with birds. For them, air goes in one direction at all times, maximizing efficiency so that the lungs always have oxygen to process.

The last thing to mention is the cloaca. While most mammals—again, monotremes are weird—possess distinct regions for defecation, urination, and reproduction (the urethra and vagina actually have distinct exit points), birds work with a one-for-all approach. For these purposes, birds have a single structure called a cloaca. Avian waste is a combination of all solid waste products, leaving their waste two-toned. Instead of liquid urea, they release semi-solid uric acid which is the reason why bird feces left on a car erodes the paint.

So, though there are mammals that can fly and lay eggs, they can never quite be as birds are. Though we haven’t gone to great detail here, birds breathe, give birth, digest and even sing using structures different from those found in mammals. Interesting and complex though mammals are, they are mostly lacking the intricate anatomy needed for flight. Though mammals and birds are all warm-blooded creatures, with four-chambered hearts, that is roundabout where the similarity between mammals and birds ends. Altogether, birds and mammals are entirely different animals.


Series on Parrot Care

As parrot owners we've all heard that birds are very sensitive to smoke, kitchen fumes, and aerosols. However, I'm not sure how many of us really know why. It's not just their small size that makes them susceptible to this stuff birds' lungs are set up very differently than ours.

Mammals have what is called "tidal breathing". When we breathe in, we pull air into our lungs. It travels into the trachea (windpipe) and then successively forking bronchi. These end in structures called alveolar sacs, which are made up of a cluster of alveoli. Each alveolus (the singular of alveoli) is covered in blood vessels carrying deoxygenated blood.

Oxygen from the air we inhale diffuses over a membrane as long as there is more oxygen in the air than in the blood. Meanwhile, carbon dioxide is diffusing the other way. Then we exhale our deoxygenated air, rinse and repeat. There's only so much we can exhale, so some air doesn't make it out of our trachea. It works, but there's a more efficient way to do it.

In birds*, rather than have these terminal alveolar sacs, they have structures in their lungs called parabronchi. These are tube-shaped rather than little cul-de-sacs. They also have air sacs at the front and back of their lungs that can hold air. Here's what it looks like.

Having these parabronchi (tubes) means that air passes over the semipermeable membrane going only one direction, so their breathing is termed "unidirectional" rather than "tidal". It allows oxygen to diffuse over that membrane for longer, too. It can be broken down like this:

Inhale 1: air enters the trachea and moves into posterior air sacs.

Exhale 1: air moves from posterior air sacs into the lungs (and therefore parabronchi).

Inhale 2: air moves from the lungs into the anterior air sacs.

Exhale 2: air moves from the anterior air sacs out through the trachea.

That's how one breath of air moves through the lungs. Except in reality Inhale 1 and 2 are both going on at the same time, as are Exhale 1 and 2. Otherwise they wouldn't be bringing in any air on the second inhale, which doesn't make sense. In a diagram like this you're seeing the steps occurring simultaneously. So in reality it's more like this:

On inhalation, air is pulled down the trachea into the main bronchi and into the posterior air sacs. Air also goes from the lungs and into the anterior air sacs.

On exhalation, air from the posterior sacs is pushed through the lungs and air from the anterior sacs is pushed out into the trachea and exhaled.

If this still doesn't make sense, it's far easier to see in an animation. Here is a video that explains it and here is a brief animation that puts it all together.

Having unidirectional airflow in their lungs means that air is always moving through the lungs and gas exchange is occurring on ambos inhalation and exhalation. It's a far more efficient way to breathe, and it avoids the issue of dead air that mammals have. For the engineering-minded, it's an example of countercurrent flow.

It also means each breath stays in a bird's lungs for longer and has more contact with mucous membranes. The downside to being able to get more oxygen out of each breath is that they're more exposed to any chemicals as well.

So there you have it: yet another reason our tiny dinosaurs are awesome, and why they're so sensitive to what's in our air.

*Caveat: I say bird lungs, but it turns out other animals have lungs like this as well. We used to think that their lungs were an adaptation to flight, but it turns out that crocodiles and their relatives breathe like birds, too (and so do Nile monitors). Because birds are dinosaurs and crocs are dinosaurs' closest living relatives, extinct dinosaurs probably breathed this way, too. It's thought to be one of the reasons sauropods could get so big.

Cool, glad it was helpful! I wasn't sure if anyone would care. Haha.

Wow, I finally have something to show people when they ask me why they can't spray perfumes/febreeze around my bird. ¡Gracias!

Cool, glad I could help. I always find it helps to understand the reasoning behind this stuff. It's kind of tough to explain, though.

When I was a TA for a class on dinosaurs we taught this. On the exam we asked what was special about bird lungs and one student wrote "they can't exhale". Not sure they thought that one through. Do birds just. pop?

Very nice write up! Are you in a biology field?

¡Gracias! Paleontology, but I've done a lot of anatomy.

i am confused as to how the birds lungs keep all this air seperate.

Wouldn't their be significant mixing of the deoxygenated air and the fresh air in the intrapulmanary bronchus causing deoxygenated air to be pulled from the ventrobronchi into the intrapulmanary bronchus then the posterior sacs during inhalation and mixed again during exhalation casing fresh air to pushed into the intrapulmanary bronchus and out the trachea?

Also are there valves in the parabronchi that prevent backflow?

This is a really excellent question and I'll answer to the best of my understanding. You're picking up on some of the simplifications I made to explain unidirectional respiration, and they mostly highlight how these lungs are different from mammals. It gets way more complicated.

Because air moves unidirectionally, there is less mixing than in mammalian lungs. There have been attempts to look at CO2 levels in different air sacs to look at how much mixing occurs. I'm not super familiar with all of that literature, but the short answer is that it gets complicated not just in terms of anatomy but because there's variation among bird taxa. For example, there are parabronchi referred to as "neopulmonic" and "paleopulmonic". Some birds have purely paleopulmonic lungs (e.g. penguins). The paleopulmonary parabronchi are the unidirectional ones, the neopulmonic are not. The presence of neopulmonic parabronchi obviously adds another factor, and they're not shown in the diagram I linked to above.

There are valves in the primary and secondary bronchi that close off depending on which way the air is moving. My understanding is that these valves are aerodynamic, so they don't have discrete leaflets that you can see on dissection. Here is a paper looking at them in geese (PDF). It's interesting to note that that paper was published in 1995 and they were still trying to figure out how the valves work!

Here's a source describing the valving of the bronchi in ducks as "complete". A basic diagram comparing birds and crocs that shows the location of a valve is here. That's also figure 10 from this paper (PDF warning), which goes into the valves in some detail. There are dissection photos, so be forewarned.

I'm not sure about valves in the parabronchi, Iɽ have to look into that. I don't think so, though. If you look at the penguin paper I linked above, you'll see the authors concluded that airflow may not be entirely caudocranial (back to front) in all the parabronchi, which would indicate there are no valves.

From what I understand, the lungs are stationary and the air sacs act as bellows to move air through. At least in birds – these sacs are stationary in crocs, which is a whole other story. For funsies, here is the source on the presence of unidirectional lungs in monitor lizards, which threw a wrench into our understanding of when these structures evolved.

Oh, and another thing that's whack: birds can have some seriously long tracheae. This is discussed in a blog here. Cranes and geese are two common examples, but check out the birds of paradise! The air sacs are a huge help with the issue of dead air in the trachea because of the volume of air they can move around.

Since we're addressing my oversimplifications, I should add that unidirectional airflow is often explained in terms of two respiratory cycles, but a more intuitive and accurate way to think about it is that the air sacs expand on inhalation and contract on exhalation. Air is always moving through the system. It's not as cut and dry as I broke it down to be.

Sorry that got long-winded (har har). I hope it helps. I study crocs, so I can alert a physiologist who works on birds to your questions. I'm sure she'll school me. :)


Ver el vídeo: COMO RESPIRAN LAS AVES? (Mayo 2022).