ระบบทางเดินหายใจของนกมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว สำหรับนก กระแสลมไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ซึ่งไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ คุณจะหายใจเข้าและหายใจออกทางหนึ่งหลอดลมได้อย่างไร? การแก้ปัญหาคือการผสมผสานที่น่าทึ่งของลักษณะทางกายวิภาคที่เป็นเอกลักษณ์และการปรับการไหลของบรรยากาศ คุณสมบัติของระบบทางเดินหายใจของนกเป็นตัวกำหนดกลไกที่ซับซ้อนของถุงลม ไม่มีในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ระบบทางเดินหายใจของนก: แผนภาพ
กระบวนการในสัตว์มีปีกค่อนข้างแตกต่างจากในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกจากปอดแล้วยังมีถุงลม ระบบทางเดินหายใจของนกอาจมีเจ็ดหรือเก้ากลีบซึ่งเข้าถึงกระดูกต้นแขนและกระดูกโคนขา กระดูกสันหลังและแม้แต่กะโหลกศีรษะทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ เนื่องจากขาดไดอะแฟรม อากาศจะถูกเคลื่อนย้ายโดยการเปลี่ยนความดันในถุงลมโดยใช้กล้ามเนื้อหน้าอก สิ่งนี้จะสร้างแรงดันลบในใบพัดทำให้อากาศเข้าสู่ระบบทางเดินหายใจ การกระทำดังกล่าวไม่อยู่เฉย พวกเขาต้องการการหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อเพิ่มแรงกดบนถุงลมและดันอากาศออก
โครงสร้างระบบทางเดินหายใจของนกเกี่ยวข้องกับการยกกระดูกอกระหว่างกระบวนการ ปอดขนนกไม่ขยายตัวหรือหดตัวเหมือนอวัยวะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ในสัตว์ การแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นในถุงขนาดเล็กมากที่เรียกว่าถุงลม ในญาติที่มีปีก การแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นที่ผนังของท่อขนาดเล็กมากที่เรียกว่าเส้นเลือดฝอยอากาศ อวัยวะระบบทางเดินหายใจของนกทำงานได้ดีกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม พวกเขาสามารถพกพาออกซิเจนได้มากขึ้นในแต่ละครั้ง เมื่อเปรียบเทียบกับสัตว์ที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกัน มีอัตราการหายใจที่ช้ากว่า
นกหายใจยังไง
นกมีอวัยวะระบบทางเดินหายใจสามชุดที่แตกต่างกัน ได้แก่ ถุงลมด้านหน้า ปอด และถุงลมด้านหลัง ในระหว่างการหายใจครั้งแรก ออกซิเจนจะไหลผ่านรูจมูกที่รอยต่อระหว่างส่วนบนของปากนกกับศีรษะ ที่นี่มันถูกทำให้ร้อน ชุบ และกรอง เนื้อเยื่อที่เป็นเนื้อที่ล้อมรอบพวกมันเรียกว่าซีรีในบางสปีชีส์ กระแสจะเคลื่อนเข้าสู่โพรงจมูก อากาศที่หายใจเข้าไปจะเดินทางต่อไปในหลอดลมหรือหลอดลม ซึ่งแบ่งออกเป็นสองหลอดลม แล้วแตกแขนงออกเป็นหลายทางในแต่ละปอด
เนื้อเยื่อส่วนใหญ่ของอวัยวะนี้มีขนาดประมาณ 1800 หลอดลมขนาดเล็กที่อยู่ติดกัน พวกเขานำไปสู่เส้นเลือดฝอยอากาศขนาดเล็กที่พันกับหลอดเลือดซึ่งมีการแลกเปลี่ยนก๊าซ อากาศไม่ไหลเข้าสู่ปอดโดยตรง แต่จะเดินตามเข้าไปในถุงหางแทน จำนวนเล็กน้อยผ่านการก่อตัวของหางผ่านหลอดลมซึ่งในทางกลับกันจะแบ่งออกเป็นเส้นเลือดฝอยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า เมื่อนกหายใจเข้าเป็นครั้งที่สอง ออกซิเจนจะเคลื่อนเข้าสู่ถุงลมกะโหลกศีรษะ และกลับออกมาทางช่องทวารเข้าสู่หลอดลมผ่านทางกล่องเสียง และสุดท้ายผ่านโพรงจมูกและออกรูจมูก
ระบบซับซ้อน
ระบบทางเดินหายใจของนกประกอบด้วยปอดคู่ มีโครงสร้างคงที่บนพื้นผิวสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซ มีเพียงถุงลมเท่านั้นที่จะขยายและหดตัว ทำให้ออกซิเจนต้องเคลื่อนที่ผ่านปอดที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ อากาศที่หายใจเข้าไปจะยังคงอยู่ในระบบเป็นเวลาสองรอบที่สมบูรณ์ก่อนที่จะถูกใช้จนหมด ส่วนใดของระบบทางเดินหายใจของนกที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซ ปอดมีบทบาทสำคัญนี้ อากาศที่ระบายออกนั้นเริ่มออกจากร่างกายผ่านทางหลอดลม ระหว่างการหายใจครั้งแรก ก๊าซเสียจะผ่านเข้าไปในถุงลมด้านหน้า
พวกมันจะออกจากร่างกายทันทีไม่ได้ เพราะในช่วงหายใจครั้งที่ 2 อากาศบริสุทธิ์จะเข้าสู่ถุงหลังและปอดอีกครั้ง จากนั้นในระหว่างการหายใจออกครั้งที่สอง การไหลครั้งแรกจะไหลผ่านหลอดลม และออกซิเจนสดจากถุงหลังจะเข้าสู่อวัยวะเพื่อแลกเปลี่ยนก๊าซ โครงสร้างของระบบทางเดินหายใจของนกมีโครงสร้างที่ช่วยให้คุณสามารถสร้างการไหลของอากาศบริสุทธิ์ทางเดียว (ด้านเดียว) เหนือพื้นผิวของการแลกเปลี่ยนก๊าซอย่างต่อเนื่องในปอด นอกจากนี้ กระแสนี้ผ่านที่นั่นระหว่างการหายใจเข้าและหายใจออก ส่งผลให้การแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นไปอย่างต่อเนื่อง
ประสิทธิภาพของระบบ
คุณลักษณะของระบบทางเดินหายใจของนกช่วยให้คุณได้รับปริมาณออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับเซลล์ของร่างกาย ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือลักษณะและโครงสร้างของหลอดลมทิศทางเดียว ในที่นี้ เส้นเลือดฝอยอากาศมีพื้นที่ผิวโดยรวมมากกว่า ตัวอย่างเช่น ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ยิ่งตัวเลขนี้สูงเท่าไร ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะยิ่งไหลเวียนในเลือดและเนื้อเยื่อได้มากเท่านั้น ซึ่งช่วยให้หายใจได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
โครงสร้างและกายวิภาคของถุงลม
นกมีถังอากาศหลายชุด รวมถึงหน้าท้องหางและทรวงอกหาง องค์ประกอบของกะโหลกศีรษะรวมถึงถุงอัณฑะทรวงอกปากมดลูกกระดูกไหปลาร้าและกะโหลก การหดตัวหรือการขยายตัวเกิดขึ้นเมื่อส่วนของร่างกายที่วางเปลี่ยนแปลง ขนาดของโพรงถูกควบคุมโดยการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ ภาชนะบรรจุอากาศที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ภายในผนังช่องท้องและล้อมรอบอวัยวะที่อยู่ในนั้น ในสภาวะที่กระฉับกระเฉง เช่น ระหว่างการบิน นกต้องการออกซิเจนมากขึ้น ความสามารถในการหดตัวและขยายโพรงในร่างกาย ไม่เพียงแต่จะขับลมผ่านปอดได้อย่างรวดเร็วเท่านั้น แต่ยังช่วยลดน้ำหนักของสิ่งมีชีวิตที่มีขนนกอีกด้วย
ระหว่างเที่ยวบิน การเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วของปีกจะสร้างบรรยากาศที่ไหลเวียนไปในถุงลม กล้ามเนื้อหน้าท้องส่วนใหญ่รับผิดชอบในกระบวนการในขณะที่พักผ่อน ระบบทางเดินหายใจของนกมีความแตกต่างทั้งในด้านโครงสร้างและหน้าที่จากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนกมีปอด โครงสร้างเป็นรูพรุนขนาดเล็กกะทัดรัดก่อตัวขึ้นระหว่างซี่โครงที่ข้างใดข้างหนึ่งของกระดูกสันหลังในช่องอก เนื้อเยื่อที่หนาแน่นของอวัยวะที่มีปีกเหล่านี้มีน้ำหนักพอๆ กับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีน้ำหนักตัวเท่ากัน แต่มีปริมาตรเพียงครึ่งเดียว บุคคลที่มีสุขภาพดีมักจะมีปอดสีชมพูอ่อน
ร้องเพลง
การทำงานของระบบทางเดินหายใจของนกไม่ได้จำกัดอยู่แค่การหายใจและการเติมออกซิเจนของเซลล์ในร่างกาย นอกจากนี้ยังรวมถึงการร้องเพลง ซึ่งการสื่อสารเกิดขึ้นระหว่างบุคคล ผิวปากคือเสียงที่เกิดจากอวัยวะแกนนำที่อยู่บริเวณโคนความสูงของหลอดลม เช่นเดียวกับกล่องเสียงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม มันเกิดจากการสั่นสะเทือนของอากาศที่ไหลผ่านอวัยวะ คุณสมบัติพิเศษนี้ทำให้นกบางชนิดสามารถเปล่งเสียงที่ซับซ้อนได้จนถึงการเลียนแบบคำพูดของมนุษย์ เพลงบางเพลงสามารถให้เสียงที่แตกต่างกันมากมาย
ขั้นตอนของวัฏจักรการหายใจ
อากาศที่หายใจเข้าผ่านสองรอบการหายใจ ทั้งหมดประกอบด้วยสี่ขั้นตอน ชุดขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกันหลายขั้นตอนช่วยเพิ่มการสัมผัสอากาศบริสุทธิ์กับพื้นผิวระบบทางเดินหายใจของปอด ขั้นตอนมีดังนี้:
- อากาศส่วนใหญ่ที่หายใจเข้าในขั้นแรกจะผ่านหลอดลมหลักไปยังกลีบอากาศด้านหลัง
- ออกซิเจนที่สูดเข้าไปจะเคลื่อนจากถุงด้านหลังไปยังปอด นี่คือจุดแลกเปลี่ยนแก๊ส
- ครั้งต่อไปที่นกหายใจเข้าก็อิ่มการไหลของออกซิเจนจะเคลื่อนจากปอดไปยังถังด้านหน้า
- การหายใจออกครั้งที่สองผลักอากาศที่เติมคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากถุงด้านหน้าผ่านหลอดลมและหลอดลมกลับคืนสู่บรรยากาศ
ความต้องการออกซิเจนสูง
เนื่องจากอัตราการเผาผลาญที่สูงที่จำเป็นสำหรับเที่ยวบิน จึงมีความต้องการออกซิเจนสูงอยู่เสมอ เมื่อพิจารณาในรายละเอียดว่านกมีระบบหายใจประเภทใด เราสามารถสรุปได้ว่า คุณสมบัติของอุปกรณ์ช่วยตอบสนองความต้องการนี้ได้มาก แม้ว่านกจะมีปอด แต่พวกมันส่วนใหญ่อาศัยถุงลมในการระบายอากาศ ซึ่งคิดเป็น 15% ของปริมาตรของร่างกายทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน ผนังของพวกมันไม่มีปริมาณเลือดที่ดี ดังนั้นจึงไม่ได้มีบทบาทโดยตรงในการแลกเปลี่ยนก๊าซ ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการเคลื่อนย้ายอากาศผ่านระบบทางเดินหายใจ
ปีกไม่มีไดอะแฟรม. ดังนั้นแทนที่จะขยายและหดตัวตามปกติของอวัยวะระบบทางเดินหายใจดังที่สังเกตได้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมระยะที่ใช้งานในนกคือการหมดอายุซึ่งต้องหดตัวของกล้ามเนื้อ มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับการหายใจของนก นักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงศึกษากระบวนการนี้อยู่ ลักษณะโครงสร้างของระบบทางเดินหายใจของนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอไป ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้พี่น้องที่มีปีกของเรามีการปรับตัวที่จำเป็นสำหรับการบินและการร้องเพลง นอกจากนี้ยังเป็นการปรับตัวที่จำเป็นเพื่อรักษาอัตราการเผาผลาญสูงสำหรับสิ่งมีชีวิตที่บินได้ทั้งหมด
