Все записи
23:38  /  30.09.17

1965просмотров

Почему птицы высиживают яйца

+T -
Поделиться:

Птицы бывают самыми разными - летающими, бегающими, плавающими, от мизерных колибри до больших страусов. Но всех их объединяет способность откладывать яйца и затем их высиживать. Птицы не могут вынашивать потомство внутри себя, как это делают млекопитающие, т.к. их вес увеличился бы настолько, что они бы не смогли летать. Поэтому они вынуждены откладывать яйца, чтобы иметь возможность летать и добывать себе пищу, пока их эмбрионы спокойно развиваются в яйцах.

Производство и высиживание яиц – это очень материально-, энерго- и временно- затратный процесс. Поэтому закономерно возникает вопрос, почему природа в данном случае пошла на такие значительные издержки? Почему яйца должны обязательно иметь известковую скорлупу, и почему птицы должны долго их высиживать. Ведь возможны и менее затратные механизмы воспроизводства. Например, пресмыкающиеся тоже откладывают яйца, но их оболочка, как правило, кожистая, не содержат соли кальция, в которых организм взрослой особи сам часто нуждается, и яйца они длительно не высиживают, просто откладывают их в норки, или под различные предметы.

Яйца птиц покрываются твердой известковой оболочкой примерно за 20 часов.  Скорлуповая железа - это часть яйцевода птиц, которая секретирует высококонцентрированный раствор различных минералов: хлорида кальция, бикарбоната натрия, хлорида натрия, хлорида калия и белков. Образование скорлупы (минерализация) сопровождается осаждения кристаллов карбоната кальция и гликопротеинов на внешней мембране яйца. После кладки яиц начинается инкубационный период. Для большинства яиц оптимальная температура инкубации довольно высока. Для куриных яиц это 37-39°C, перепелиных и утиных яиц 37-38°C. Хотя для яиц обитателя холодных широт пингвина достаточно 31-32°C. Инкубационный период может длиться от 11 дней (у воробьев) до 85 дней (альбатрос). Все это время большинство птиц лишь ненадолго покидают кладку для пропитания. Так почему же они не могут просто оставить свои яйца в гнездах, которые часто находятся высоко на деревьях, скалах и других труднодоступных для хищников местах? Почему птицы высиживают свои яйца?

Казалось бы, ответ очевидный - для того, чтобы поддерживать постоянно высокую температуру инкубации. И хотя для пресмыкающихся типично оставлять свои яйца развиваться при температуре окружающей среды, но среди птиц таких нет. Яйца многих пресмыкающихся и крокодилов не нуждаются в высокой температуре для развития своих яиц. Да, процесс инкубации тогда увеличивается, но он может идти и при более низкой окружающей температуре. Почему же тогда хотя бы некоторым видам птиц в районах с высокой температурой, например в Африке, не отказаться от высиживания яиц.

Так, самка крокодила откладывает яйца в песок на отмели, или зарывает в гнездо из грязи и гниющей листвы. Самки обычно остаются возле кладки, охраняя яйца от врагов. Температура в гнезде в пределах 31—34 °С.  Большинство змей откладывают яйца в норах или в дуплах, под камнями или под упавшими деревьями, не проявляя в дальнейшем никакой заботы о своем потомстве. Хотя среди рептилий тоже иногда встречаются более «ответственные» родители, которые не бросают свои яйца с эмбрионами на произвол судьбы. Например, самка питона обвивает свою кладку несколькими кольцами тела, и яйца, пока они спрятаны под своеобразным материнским колпаком, находятся в полной безопасности, и заодно температура яиц при этом повышается на 10—15°С выше температуры окружающей среды.

Причем яйца большинства пресмыкающихся снаружи покрыты кожистой оболочкой, и только у некоторых групп на поверхности яиц может отлагаться известь. Также это происходит у крокодиловых и некоторых черепах. Обычным объяснением необходимости твердой известковой оболочки является механическая защита и защита яйца от высыхания. Но в то же время яйца ящериц имеют не известковую, а довольно твердую кожистую оболочку, которая отлично предотвращает яйца от высыхания даже в жаркой пустыне. Да и механическое давление нетяжелых по своей природе птиц вряд ли может нанести серьезные травмы зародышу во время насиживания. Например, у млекопитающих такие небольшие деформации зародышей и плодов внутри материнского организма во время физического труда или упражнений – обычное явление, которое для них совершенно безопасно и даже полезно.

Однако яйца птиц генетически запрограммированы только на высокую температуру инкубации для своего развития. Именно это вынуждает птиц долго сидеть на яйцах. В противном случае у этих птиц не будет потомства. При этом необходимость поддержания высокой температуры для более быстрого развития зародыша во время высиживания, конечно же сопровождается одновременно и защитой яиц от хищников.

На мой взгляд, в этом классическом объяснении наличия защитной известковой скорлупы и высиживания яиц не учитывается еще один фактор, который является самой главной движущей силой эволюции животного мира на Земле, а именно радиация. Дело в том, что время от времени наша планета подвергается воздействию потоков сильного ионизирующего излучения. Это воздействие обычно бывает довольно длительным, около года, иногда даже двух лет, что исключает возможность использования живыми организмами простых и случайных способов избежать его вредного воздействия. Такие защитные механизмы должны быть системными и структурными, затрагивающие принципиальные основы строения организма и его функционирования.

В зависимости от силы излучения, оно вызывает мутации, или даже гибель (при сильном облучении) многих видов живых организмов. Периодичность таких мощных излучений составляет обычно миллионы лет. В ряде научных работ о массовых вымираниях на Земле была обнаружена периодичность в 26-27 миллионов лет. Поэтому то, что за время существования человечества таких мощных излучений в истории описаны не было, можно объяснить сравнительно небольшим геологическим периодом временем существования человечества в несколько тысяч лет. При этом радиационные факторы обычно не учитываются в классической палеобиологии.

Предки всех живых существ, существующих сейчас на Земле, в том числе птиц и  млекопитающих, обязательно сталкивались в разны периоды своего существования с довольно мощными потоками излучения. Их причиной может быть, как увеличение интенсивности потока мощного космического излучения (например, от флуктуаций Солнца, или от взрывов ближних сверхновых звезд), так и уменьшение, или даже исчезновение естественных защитных экранов планеты, таких как озонового слоя атмосферы и магнитного поля Земли. Причем, к разрушению озонового слоя могут привести такие природные катастрофы, как длительное извержение мощных вулканов, или падение крупных метеоритов, которые обычно сопровождаются выбросами большого количества мелкой пыли в атмосферу на большую высоту.

На зародыши птиц и млекопитающих ионизирующее излучение действует более губительно, чем на взрослые организмы. Поэтому именно их, в первую очередь, природа старается лучше защищать. У млекопитающих развивающийся зародыш и плод спрятан внутри материнского организма, причем в ранних, наиболее уязвимых стадиях развития – в полости таза, защищенной со всех сторон тазовыми костями. У птиц известковая оболочка яйца, содержащая соли кальция, ослабляет ионизирующее излучение, играя роль своеобразного защитного экрана. При этом величина такого ослабления зависит от толщины известковой оболочки яйца. Но птица не может покрыть яйцо очень большим защитным слоем солей кальция. Во первых, таких больших запасов кальция просто нет  в организме птиц в достаточном количестве, т.к. он ей нужен для собственной костной системы. Во вторых, птенец потом не сможет вылупиться из яйца с очень толстой скорлупой. Поэтому дополнительным защитным экраном для яиц призвано служить тело самой птицы, которым она сверху закрывает яйца от излучения, идущего из космоса. Почти все птицы, за исключением кукушки, высиживают свои яйца. При этом птица может отлучаться от высиживания лишь на небольшой промежуток времени, что незначительно повышает дозу облучения яиц.

Для строгого автоматического программирования механизма высиживания яиц природа выбрала самый легко регулируемый, и в то же время жизненно важный параметр клетки – её температуру оптимальной жизнедеятельности. Дело в том, что этот параметр можно довольно легко генетически регулировать и оставлять запрограммированным в следующих поколениях. Таким образом можно генетически запрограммировать эмбрион на его нормальное развитие при заданной температуре в определенный период времени его развития.

Так, например, в одноклеточных бактериях термофилов возможность комфортного существования при температуре +60–+75°С, когда остальные бактерии гибнут, создается за счет малых изменений в их первичной структуре. В транспортных и рибосомных РНК термофилов повышено содержание гуанина и цитозина, т.к. эта пара оснований более термостабильна, чем пара аденин – урацил. Генетико-биохимическая адаптация многоклеточных организмов к изменению температурных условий обитания может достигаться такими путями, как регуляцией экспрессии генов, изменениями функциональной активности ферментов, заменой одних изоферментов другими, изменениями концентрации ферментов в клетках и тканях и подвижностью жидкокристаллического состояния мембран. Клетки могут синтезировать несколько форм ферментов, сходных по функции, но отличающихся молекулярной массой и приспособленностью к различным температурам. Синтез этих форм кодируeтся разными генными локусами и они называются изоферментами (изозимами).

 Таким образом, отрегулирована даже температура оптимальной инкубации от более высокой вначале, когда более высока опасность радиационного повреждения клеток эмбриона на ранних наиболее опасных стадиях развития, к более низкой температуре в поздних стадиях его развития. Что вынуждает птицу сидеть дольше в более ранних стадиях высиживания, а под конец высиживания она уже может отлучаться от яиц дольше. Поэтому в руководствах фермеров указывается, что в первые дни насиживания курицу вообще нельзя беспокоить, а в основной период насиживания прогулка для кормления, питья и купания должна длиться не более 20-ти минут. В этом случае ее потомство выживает в большем количестве и данная особенность их поведения закрепляется и поддерживается генетически естественным отбором.

В процессе эволюции птицы не имели возможности, в отличие, например, от рептилий, зарывать свои яйца в землю, спасая их от  космической радиации, потому что в этом случае их яйца могли стать легкой добычей тех же самых змей и ящериц. Свои гнезда птицы обычно строят на деревьях или в горах, где защитить яйца от излучения с неба можно только одним способом – прикрывая их своим телом. А оптимальный температурный режим, при котором происходит оптимальное развитие яйца, близкий к температуре тела птиц, вынуждает их высиживать свои яйца на протяжении всех поколений, без исключений. Генетически запрограммированный температурный фактор развития яиц исключает ослабление безусловного рефлекса птиц на высиживание. И даже если на протяжении миллионов лет не будет каких-либо значительных природных катастроф, сопровождающихся значительным повышением радиационного фоны, эта температурная генетическая особенность развития птичьих эмбрионов, не позволяет птицам сменить алгоритм поведения и отказаться от высиживания яиц, хотя бы даже отдельным их видам. И в настоящее время все виды птиц высиживают яйца и готовы во всеоружии встретить и пережить глобальную катастрофу, связанную с космическим излучением, если такая случится, т.к. подобные катастрофы их предки уже неоднократно переживали в прошлом.  

Согласно современным взглядам на эволюцию птиц, они являются потомками динозавров, вымерших около 66 млн. лет назад. То, что птицы тогда не вымерли можно объяснить, в том числе, и таким своеобразным механизмом защиты своих яиц от ионизирующего излучения. И хотя яйца динозавров также, как и птичьи, защищены известковой скорлупой. И кроме того, они, вероятно, тоже защищали свои яйца от хищников, т.к. многие ископаемые динозавры найдены возле кладок этих яиц. Но большинство видов динозавров имели слишком крупные размеры и не могли физически высиживать яйца из-за собственного веса. Кроме того, у взрослых динозавров также отсутствовала защита их органов кроветворения и иммунной системы от пагубного излучения, что и стало причиной их вымирания. Только немногочисленные отдельные виды динозавров дожили до наших дней в несколько измененном виде. Среди них, например, крокодилы, которые большую часть времени проводят в воде, толща которой тоже может играть роль экрана от космического излучения. И свои яйца они обычно закапывают в песок, также, как и черепахи, которые неплохо защищены от космической радиации своим толстым костным панцирем, в состав которого тоже входят соли кальция.

Впоследствии, после гибели динозавров, птицы заняли освободившиеся от  летающих ящеров (птерозавров) экологические ниши. А млекопитающие заняли высвободившиеся экологические ниши на земле.

Принимая во внимание вышесказанное, становится понятным также, почему в процессе эволюции у яиц появилась именно известковая скорлупа. Ведь большую твердость и прочность скорлупе могла бы придать и белочная оболочка, имеющая в составе, например, высокопрочный природный полимер хитин. Но такая оболочка совершенно бы не защищала птичий эмбрион от ионизирующего излучения.

Прямо противоположный описанному в данной статье механизм понижения оптимальной температуры развития клетки для повышения уровня внешнего облучения используется природой в яйцах другого рода, а именно в мужских яичках. Но это тема уже отдельной статьи.

Комментировать Всего 13 комментариев

Вячеслав Кузнецов Комментарий удален автором

Все птицы без исключения высиживают свои яйца.

Сергей, пример кукушки делает это утверждение дважды ложным:

1. Кукушка не высиживает яйца вообще.

2. Другие птицы могут высиживать чужие яйца.

В этом примере как раз совершенно нет противоречия.

Это просто пример хитрости кукушки, которая даже подтверждает описанный выше механизм.

1. Кукушка не высиживает яйца, так как нашла более легкий и не затратный путь для себя. Но ее яйца нуждаются в тепле и защите, в том числе и радиационной. Кукушка не выкинула свои яйца, а подбросила чужой птице. Самка пингвина тоже отдает свое яйцо самцу и потом идет купаться и набирать вес.

2. Другие птицы могут высиживать не только чужие яйца, но даже камни. Это инстинкт у них такой. Чужим яйцам это идет на пользу.

Эти все примеры - единичные исключения из правил поведения птиц. Но для яиц не бывает исключений - им для развития нужно постоянное тепло. Сейчас вообще можно легко отлучить наседку от насиживания и поместить яйца в инкубатор. Но раньше, в природе это постоянное тепло могла обеспечить яйцу только птица-наседка.

Я не о противоречиях, связанных с особенностями отдельных видов, а о фактической ложности утверждения.

Предложу Вам другую формулировку Вашего утверждения, в которой исключен этот недостаток:

"В природе, яйцам всех птиц, без исключения, требуется насиживание."

Эту реплику поддерживают: Сергей Кравчук

Это правильное утверждение. я именно его доказывал. Но оно звучит не настолько красиво и броско, как то, которое есть. Для научно-популярных статей нужны более броские названия, чем для чисто научных статей.

Сергей, причём тут название?  К названию "Почему птицы высиживают яйца"  вопросов нет.

Фраза "Все птицы без исключения высиживают свои яйца."  находится где-то в середине текста.

Хорошо, кукушка - это исключение из правил. Почти у всех правил есть исключения. Причем это исключение, основанное на обмане кукушкой других птиц. А яйца кукушки обмануть невозможно. 

Спасибо за коррекцию. Напишу - почти все птицы, за исключением кукушки.

Эту реплику поддерживают: Вячеслав Кузнецов

Интересно. А вода тоже защищает от ионизирующего излучения? (Икра рыб, мягкотелые черепахи...)

Все зависит от толщины слоя воды. На большей глубине защита сильнее.

Anton Litvin

Несерьезный-таки ответ для ученого, претендующего на Нобелевскую премию.

Как это несерьезный, я ж ответил, что защищает от излучения, даже описал как. Альфа-излучение полностью останавливает пара миллиметров воды, бета-изл-е - пара сантиметров. Гамма-изл-е - пара десятков сантиметров воды ослабляет в 2 раза.

Насчет Нобелевской премии - я пошутил так. Так что, вряд ли Вам светит грант после ее вручения мне. Меня оценят, как опередившего свое время, уже после смерти. Интересно, как шутки в Снобе можно выделять?

Эту реплику поддерживают: Вячеслав Кузнецов

Кстати, Андрей, спасибо за продолжение разговора и наводящие вопросы. Я только что подумал, что известковая скорлупа - намного (в десятки раз) лучшая защита от космической радиации. Так как полностью останавливает самое опасное высокоэнергетическое корпускулярное излучение (альфа, бета, протоны, нейтроны) и не позволяет образовавшимся ионам и свободным радикалам проникать внутрь яйца к эмбриону и разрушать его ДНК. В кожистом яйце образовавшиеся на поверхности яйца ионы могут из-за мягкотканной структуры яйца проникать вовнутрь.

Альфа-излучение полностью останавливает пара миллиметров воды, бета-изл-е - пара сантиметров. Гамма-изл-е - пара десятков сантиметров воды ослабляет в 2 раза.

Ер с ним, с грантом. Откуда такие цифры: два, и два, и два?

Из учебников и справочников. Там не точно 2 но очень близко к 2, может быть 2-3. Просто когда все по 2, то легче запомнить. Тело человека на 80% состоит из воды. Оно почти также поглощает эти излучения. Это из моего учебника по радиологии, и на лекциях я это рассказываю. От альфа-излучения, напр. для защиты достаточно даже одежды. Бета-изл-е применяют для терапии поверхностных опухолей, а гамма-излучение - для глубоких опухолей. Но на 10 см доза гамма-излучения падает почти вдвое, т.к. человек плотнее чистой воды.