Ciało ptaków jest pokryte piórami zróżnicowanymi pod względem budowy i funkcji. Wyróżnia
się lotki, sterówki, pióra pokrywowe oraz pióra puchowe.
Błony pławne ptaków wodnych nie są jednak pokryte piórami – nadmiernej utracie ciepła
w tej części ciała zapobiega mechanizm zilustrowany na poniższym schemacie. Strzałki
pionowe wskazują kierunek przepływu krwi w naczyniach, a strzałki poziome – wymianę
ciepła między naczyniami. Kolorem czerwonym oznaczono krew o stosunkowo wysokiej
temperaturze, a kolorem niebieskim – krew wychłodzoną.
Na podstawie: www.allaboutbirds.org;
I.J. Lovette, J.W. Fitzpatrick, Handbook of Bird Biology, Ithaca 2016.
Oceń, czy poniższe stwierdzenia odnoszące się do przedstawionego na schemacie
mechanizmu termoregulacji u ptaków są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest
prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Wracająca z błon pławnych silnie schłodzona krew jest ogrzewana przez cieplejszą krew płynącą z narządów wewnętrznych ciała.
P
F
2.
Krew płynąca tętnicami z trzewi do nóg i do błon pławnych utrzymuje stałą temperaturę dzięki sprawnej wymianie ciepła między naczyniami.
P
F
3.
Krew w tętnicach i żyłach, pomiędzy którymi dochodzi do wymiany ciepła, przepływa w przeciwnych kierunkach.
Na podstawie licznych podobieństw w budowie anatomicznej już w latach 70. XX wieku
odkryto, że ptaki (Aves) nie stanowią grupy zupełnie oddzielnej od gadów, ale wywodzą się
z kopalnych dinozaurów (Dinosauria). Najbliższym współczesnym krewnym ptaków jest rząd
krokodyli (Crocodilia), obejmujący m.in. krokodyle i aligatory. Ze względu na wspólne
pochodzenie ptaki, dinozaury i krokodyle łączy się w jedną grupę nazywaną gadami
naczelnymi lub archozaurami (Archosauria).
Dużo większym wyzwaniem dla naukowców było określenie relacji pokrewieństwa żółwi
(Testudines) wobec pozostałych gadów. Badania anatomiczne dawały sprzeczne wyniki
i dopiero na podstawie sekwencjonowania gadzich genomów wykazano bezspornie,
że żółwie są bliżej spokrewnione z gadami naczelnymi niż z jaszczurkami i wężami,
ujmowanymi razem jako łuskonośne (Squamata).
Spośród współczesnych gadów jedynie ptaki są zwierzętami stałocieplnymi. Na podstawie
badań histologicznych kopalnych kości uważa się jednak, że podwyższonym tempem
metabolizmu cechowały się już ostatni wspólny przodek archozaurów oraz wymarłe
dinozaury. Na podstawie tych odkryć sformułowano hipotezę, że wspólny przodek
współczesnych krokodyli utracił stałocieplność, a współczesne krokodyle są zwierzętami
wtórnie zmiennocieplnymi, co najprawdopodobniej wynika z przejścia tych zwierząt do
ziemno-wodnego trybu życia i ma związek ze stosunkowo mało aktywnym polowaniem
z zasadzki.
Jednym z dowodów potwierdzających pochodzenie krokodyli od zwierząt stałocieplnych jest
zachowana pełna przegroda międzykomorowa. Wśród współczesnych archozaurów także
ptaki mają w sercu pełną przegrodę międzykomorową. Badania porównawcze doprowadziły
badaczy do wniosku, że taką budowę serca miały także wymarłe dinozaury oraz ostatni
wspólny przodek archozaurów.
Na podstawie: N.G. Crawford i in. More than 1000 ultraconserved elements provide evidence that turtles are the sister group of
archosaurs, „Biology letters” 8(5), 2012;
L.J. Legendre i in. Palaeohistological Evidence for Ancestral High Metabolic Rate in Archosaurs,
„Systematic Biology” 65(6), 2016.
18.1. (0–1)
Wyjaśnij, jakie znaczenie dla utrzymywania względnie stałej, wysokiej temperatury
ciała ptaków ma występowanie w ich sercu pełnej przegrody między komorami.
W odpowiedzi uwzględnij natlenowanie krwi oraz tempo metabolizmu.
18.2. (0–3)
Poniższy rysunek przedstawia niekompletne drzewo filogenetyczne obrazujące relacje
pokrewieństwa między gadami a ptakami.
Na podstawie tekstu określ pokrewieństwo między grupami gadów – dorysuj brakujące gałęzie powyższego drzewa filogenetycznego tak, aby drzewo przedstawiało w poprawny sposób relacje pokrewieństwa między taksonami.
Zaznacz na powyższym drzewie filogenetycznym ostatniego wspólnego przodka archozaurów – otocz kółkiem odpowiedni węzeł.
Zaznacz na powyższym drzewie filogenetycznym moment, w którym – według przedstawionej w tekście hipotezy – doszło do utraty stałocieplności – zapisz znak X nad odpowiednią gałęzią.
Strusie przystosowane są do życia na terenach pustynnych i półpustynnych. Jako jedyne ptaki
osobno wydalają kał i mocz. Są w stanie przeżyć nawet kilka dni bez dostępu do wody.
Ich pokarm stanowią głównie nasiona, ale także owoce oraz liście traw i innych roślin.
Zwłaszcza te ostatnie są istotnym źródłem wody dla strusi.
Na wykresie przedstawiono zmiany osmolalności osocza krwi oraz moczu strusia
czerwonoskórego (Struthio camelus) na przestrzeni kilkunastu dni, w czasie których ptaki
miały swobodny lub ograniczony dostęp do wody. Próbki moczu pobierano każdego dnia
z samego rana zaraz po podniesieniu się ptaków z legowiska.
Uwaga: Osmolalność to liczba moli substancji osmotycznie czynnych rozpuszczonych w 1 kg
wody.
Na podstawie: P. Willmer, G. Stone, I. Johnston, Environmental Physiology of Animals, Carlton 2005
12.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji podaj dzień eksperymentu, w którym ptakom
ograniczono dostęp do wody, oraz dzień, w którym zostały one napojone.
Dzień, w którym ptakom ograniczono dostęp do wody:
Dzień, w którym ptaki zostały napojone:
12.2. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego w czasie trwania eksperymentu wzrosła osmolalność moczu
badanych ptaków.
12.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego strusie, podobnie jak inne ptaki, muszą połykać kamienie,
aby skuteczniej trawić pokarm.
Ohar (Tadorna tadorna), nazywany też kaczką norową, jest w Polsce skrajnie nielicznym
ptakiem lęgowym, objętym ścisłą ochroną gatunkową. Jego lęgowiska są rozmieszczone
głównie na wybrzeżu, gdzie także częściej jest obserwowany w trakcie wędrówek.
Samce są nieco większe od samic i są od nich intensywniej ubarwione. Można je rozpoznać
po jaskrawoczerwonej narośli u nasady dzioba i rdzawych piórach pod ogonem. Gniazda
oharów znajdują się najczęściej w pobliżu wody, w opuszczonych norach wykopanych przez
dzikie zwierzęta (króliki, borsuki). Po wykluciu pisklęta są wodzone przez obydwoje rodziców
w kierunku wody. Zdarzają się przypadki, że te ptaki prowadzą swoje pisklęta do wody nawet
kilka kilometrów.
Nad Zatoką Pucką był realizowany program ochrony czynnej ohara, polegający na budowaniu
sztucznych nor, które rozmieszczono w miejscach, gdzie ohary przystępują zwykle do lęgów,
jak również tam, gdzie od pewnego czasu dorosłych ptaków z pisklętami już nie obserwowano.
Na podstawie: I. Kaługa, Ohar – czarno-biała kaczka, „Salamandra. Magazyn Przyrodniczy”, nr 1/2008 (25).
10.1. (0–1)
Wybierz i zaznacz nazwę zjawiska opisanego w tekście, umożliwiającego odróżnienie
samca ohara od samicy ohara po cechach morfologicznych.
hermafrodytyzm
zmienność modyfikacyjna
dymorfizm płciowy
rozdzielnopłciowość
10.2. (0–1)
Określ, czy ohary są gniazdownikami czy zagniazdownikami. Odpowiedź uzasadnij,
odnosząc się do informacji zawartych w tekście.
10.3. (0–1)
Na podstawie tekstu określ jeden z czynników ograniczających liczebność par lęgowych
oharów nad Zatoką Pucką.
Ptaki morskie mają silnie rozwinięte parzyste nosowe gruczoły solne, które przewodami łączą
się z jamą nosową. Takie gruczoły występują także u większości ptaków lądowych, ale są
bardzo małe.
W tabeli zestawiono wyniki doświadczenia, w którym badano rolę gruczołów nosowych
i kloaki w wydalaniu jonów Na+ u mewy siodłatej (Larus marinus). Badanie przeprowadzono
w ciągu 175 minut od momentu podania do przewodu pokarmowego mewy 134 ml wody
morskiej (prawie 1/10 masy ptaka). Stężenie jonów Na+ w wodzie morskiej wynosi
ok. 500 mmol/l.
Czas [min]
Wydalanie z nosa
Wydalanie z kloaki
Objętość wydzieliny [ml]
Stężenie Na+ [mmol/l]
Ilość Na+ [mmol]
Objętość kałomoczu [ml]
Stężenie Na+ [mmol/l]
Ilość Na+ [mmol]
15
2,2
798
1,7
5,8
38
0,28
40
10,9
756
8,2
14,6
71
1,04
70
14,2
780
11,1
25,0
80
2,00
100
16,1
776
12,5
12,5
61
0,76
130
6,8
799
5,4
6,2
33
0,21
160
4,1
800
3,3
7,3
10
0,07
175
2,0
780
1,5
3,8
12
0,05
Ogółem
56,3
-
43,7
75,2
-
4,41
Na podstawie: K. Schmidt-Nielsen, Fizjologia zwierząt, Warszawa 2008.
a)
Na podstawie przedstawionych danych oceń, czy wniosek, że kloaka w takim samym stopniu jak gruczoły nosowe uczestniczy w usuwaniu nadmiaru soli, jest uprawniony. Odpowiedź uzasadnij.
b)
Wyjaśnij, dlaczego u ptaków morskich gruczoły nosowe są znacznie lepiej rozwinięte niż u ptaków lądowych.
Gniazdo łabędzia niemego (Cygnus olor), mające postać dużego kopca składającego się
z fragmentów roślin, najczęściej umiejscowione jest w trzcinowisku. Bezpośrednio po
wykluciu pisklęta dobrze pływają i towarzyszą rodzicom podczas żerowania. Pisklęta i młode
łabędzie są szarobrązowe, jednak zdarzają się osobniki białe, tzw. odmiany polskiej,
stanowiącej w naszym kraju zaledwie 3–5% populacji.
Przyczyną nietypowego ubarwienia piskląt jest recesywny allel b genu sprzężonego z płcią.
Ujawnia się on głównie u samic, gdyż u ptaków samice są heterogametyczne (ZW), a samce –
homogametyczne (ZZ). Poza białym puchem piskląt łabędzie odmiany polskiej wyróżniają się
cielistoróżową skórą pokrywającą nogi i okolicę dzioba, która u form typowych jest czarna.
Łabędzie, podobnie jak inne ptaki wodne, mają silnie rozwinięty gruczoł kuprowy położony
nad nasadą ogona i wytwarzający wydzielinę służącą do natłuszczania piór.
Na podstawie: M. Karetta, Atlas ptaków, cz.1., Bielsko-Biała 2010.
9.1. (0–1)
Zapisz genotypy samicy odmiany polskiej i heterozygotycznego samca, stosując podane
w tekście oznaczenia chromosomów i alleli.
Genotyp samicy:
Genotyp samca:
9.2. (0–2)
Zapisz krzyżówkę genetyczną (szachownicę Punnetta) i określ na jej podstawie, jakie jest
prawdopodobieństwo, że pisklę, które się wykluło w gnieździe samicy odmiany polskiej
i heterozygotycznego samca, będzie samcem odmiany polskiej.
Krzyżówka:
Prawdopodobieństwo: %
9.3. (0–1)
Określ, czy łabędzie nieme są gniazdownikami czy – zagniazdownikami. Odpowiedź
uzasadnij, odwołując się do informacji zawartych w tekście.
9.4. (0–1)
Wyjaśnij, jakie znaczenie dla funkcjonowania łabędzia w środowisku wodnym ma dobrze
rozwinięty u niego gruczoł kuprowy.
Żebra ptaków są połączone z mostkiem i składają się z dwóch części: kręgowej i mostkowej. Obie
części żeber są połączone ruchomo. Część kręgowa żeber zaopatrzona jest w haczyki.
Na rysunku A przedstawiono budowę fragmentu klatki piersiowej, a na rysunku B – zmiany
w położeniu szkieletu klatki piersiowej podczas wentylacji płuc ptaka. Obszar zacieniony
na rysunku B przedstawia położenie klatki piersiowej na koniec wydechu, natomiast obszar
niezacieniony – pozycję klatki piersiowej pod koniec wdechu.
Wyjaśnij, w jaki sposób dwuczęściowa budowa żeber ptaków umożliwia im wentylację płuc podczas spoczynku.
Pierzenie się ptaków to inaczej wymiana piór. Pingwin białooki (Pygoscelis adeliae)
z Antarktydy przed pierzeniem gromadzi białko przez zwiększenie masy mięśniowej, a także
zwiększa zapasy tłuszczu podskórnego. Jego pokarmem są ryby, głowonogi i skorupiaki
morskie. Po zrzuceniu upierzenia, które spełnia rolę izolującą, przez dwa tygodnie nie może
pływać i przebywa na lądzie do czasu powstania nowego upierzenia.
Na podstawie: Biologia, pod red. N.A. Campbella, Poznań 2012.
13.1. (0–1)
Podaj główny powód gromadzenia białka u pingwina przed jego pierzeniem się.
13.2. (0–1)
Wykaż związek gromadzenia większej ilości tłuszczu u tego pingwina z okresem jego pierzenia się.
Wśród współcześnie żyjących zwierząt zdolnością lotu charakteryzują się owady, ptaki oraz
należące do ssaków nietoperze. Mechanizm lotu u wymienionych grup zwierząt różni się,
wszystkie jednak do poruszania skrzydłami wykorzystują pracę mięśni. U większości
owadów mięśnie poruszające skrzydłami są przymocowane do płytek szkieletu zewnętrznego,
a u ptaków i nietoperzy – do określonych kości szkieletu wewnętrznego. U owadów skurcz
mięśni powoduje przemieszczanie się płytek szkieletu, co wprawia skrzydła w ruch.
Na rysunkach przedstawiono: ruch skrzydeł owada w górę (I) i w dół (II) oraz szkielet ptaka
(III) z zaznaczonymi elementami mającymi znaczenie podczas lotu.
Na podstawie: C.J. Clegg, D.G. Mackean, Advanced Biology, London 2012, s. 482–483;
U. Sedlag, Wunderbare Welt der Insekten, Lepzig 1978, s. 32; Zoologia, red. Z. Grodziński, Warszawa 1969, s. 275.
a)
Na podstawie analizy rysunków I i II uzupełnij poniższe zdania – wpisz rodzaj pracujących mięśni oraz kierunek przemieszczania się płytki szkieletu i skrzydeł tak, aby powstał opis mechanizmu poruszania skrzydłami u owadów.
Podczas skurczu mięśni następuje płytki
grzbietowej, co powoduje skrzydeł. Natomiast podczas skurczu
mięśni następuje płytki grzbietowej,
co powoduje skrzydeł.
b)
Do opisanych na rysunku III elementów pasa barkowego i klatki piersiowej szkieletu ptaka (A–E), przyporządkuj ich nazwy, wybierając spośród wymienionych (1–6).
obojczyk
żebro
mostek
łopatka
grzebień
kość krucza
c)
Określ miejsce w szkielecie ptaka, do którego przymocowane są mięśnie poruszające skrzydłami.
