Ecological and morphological analysis of the cardiac index seasonal dynamics of the Chuvash Republic sedentary and migratory birds

Full Text

Введение

Птицы – особенный класс теплокровных животных, обладающий способностью к полету. Возможность полета обусловлена напряженной работой летательной мускулатуры, что приводит к необходимости постоянного поступления в миоциты крови, насыщенной кислородом и питательными веществами. Интенсивность движения крови по организму, в свою очередь, зависит от работы сердца. Как известно, для птиц характерны высокая частота сердечных сокращений и повышенный уровень артериального давления, что требует интенсивной деятельности сердца. При этом частота сердечных сокращений зависит от размера птицы – чем меньше птица, тем выше данный показатель. Кроме этого частота сердечных сокращений зависит и от состояния активности птицы – при нырянии возникает брадикардия, а при полете – тахикардия. Необходимо отметить и увеличение объема циркулирующей крови и кислородной емкости крови у представителей класса Птицы по сравнению с другими классами позвоночных животных. Эти адаптации позволили увеличить общий обмен веществ птиц. Данные особенности обусловили более крупные размеры сердца по отношению к массе тела, нежели таковые у других теплокровных животных [1, с. 225–228].

Размер сердца зависит от степени активности животных. Животные, ведущие активный образ жизни обычно имеют более высокие индексы сердца [1, с. 225–226]. С.С. Шварцем отмечено, что изменения условий среды обитания, вызывающие повышение обмена веществ организма, ведут как к увеличению размеров сердца, так и к повышению его функциональной интенсивности [2, с. 355–360; 3, с. 161–173]. Г.С. Шестакова указывает, что кроме степени активности живых организмов на величину сердца влияет размер животного [4].

В то же время В.А. Валуев и К.В. Валуев, проведя анализ результатов взвешивания 84 птиц, относящихся к 42 видам из 10 отрядов такой закономерности не выявили [5, с. 7–9]. Данные авторы также утверждают, что относительная масса сердца не зависит от скорости полета птиц [6, с. 5–7].

В связи с изложенным выше в наших исследованиях определялся сердечный индекс четырех видов птиц, относящихся к одному семейству Врановые, но имеющих разную летательную активность. В настоящее время птицы данного семейства весьма многочисленны в антропогенных ландшафтах и соответственно играют большую роль в естественных и искусственных экосистемах. В последнее время экологические особенности данных видов изучаются довольно активно [7–13]. В то же время эколого-морфологических работ, посвященных сердечнососудистой системе врановых крайне мало. В связи с этим данная работа является весьма актуальной.

Цель исследования заключалась в выявлении сезонной динамики сердечного индекса оседлых и перелетных птиц семейства Врановые в пределах Чувашской Республики.

Объектами исследований явились оседлые, кочующий и перелетный виды птиц семейства Врановые: сорока, галка, грач и серая ворона.

Материалы и методика исследований

Работа основана на материалах полевых и лабораторных исследований, которые проводились в весенний и осенний периоды 2016–2019 годов в пределах Чувашской Республики. Для определения эколого-морфологических характеристик сердечного индекса сороки, серой вороны, грача и галки изучено по 30 особей каждого вида. Для исследований использовались взрослые особи с нормальным телосложением. Определение вида и возраста птиц осуществлялось с помощью определителя [14, с. 413–428]. Сердечный индекс рассчитывался по формуле [15, с. 20–21]:

$\frac{G_{сер}}{G}·1000(‰)$, где G – масса птицы; G_сер – масса сердца.

Полученные результаты подвергнуты статистической обработке.

Результаты исследований и их обсуждение

При определении массы тела птиц выявлено колебание данного параметра в пределах 490–538 г (серая ворона), 386–462 г (грач), 225–268 г (сорока), 190–239 г (галка).

На территории Чувашской Республики серая ворона является оседлым видов. Согласно нашим исследованиям из всех рассмотренный видов птиц серая ворона обладает менее развитой мускулатурой и более экономичным полетом [13, с. 95–98]. Меньшие затраты энергии при полете должны приводить и к меньшему развитию сердечной мышцы. Для проверки этого предположения был рассчитан сердечный индекс у изученных птиц. Так, у серой вороны на рассматриваемой территории в весенний период значение сердечного индекса составило 10,50 ± 0,42‰. В осенний период данный показатель был несколько ниже и составил 9,68 ± 0,39‰. При этом межсезонные различия были достоверны (р < 0,01) и разница между показателями составила 4%.

При определении данного параметра у сороки также выявлены достоверные различия межу значениями сердечного индекса в весенний и осенний периоды. Так, весной рассматриваемый показатель составил 11,62 ± 0,37‰, а осенью он был ниже на 3,5% и составил 10,83 ± 0,40‰. Эти данные согласуются с нашими предыдущими исследованиями летательной мускулатуры и характера полета птиц. Так, сорока, обитая в более закрытых местах по сравнению с остальными видами, вынуждена маневрировать среди древесно-кустарниковой растительности, что, несмотря на большую несущую поверхность крыльев и хвоста данного вида, приводит к большему развитию летательной мускулатуры по сравнению с серой вороной [13, с. 95–98]. В связи с увеличением летательных мышц происходит и увеличение относительной массы сердца у данного вида, несмотря на то, что сорока является наиболее оседлым видом из всех представленных.

Грач на территории Чувашии является перелетным видом. Еще Б.К. Штегман отмечал приспособленность летательного аппарата грача к скоростному и энергетически неэкономному полету [16, с. 653–668]. Данный вид имеет такие приспособления к длительному и скоростному полету короткий закругленный хвост, длинное узкое крыло, большой размах крыльев [17]. Длительные перелеты требуют хорошего развития летательной мускулатуры, а это приводит к увеличению энергетических затрат при полете, что соответственно является причиной увеличения относительной массы сердца. Кроме этого, А.С. Мальчевский выявил более высокую скорость грача во время перелета в весенний период, нежели осенний [18]. Данный автор указывает на более длительные остановки для кормления осенью, то есть осенняя миграция этих птиц осуществляется с меньшими энергетическими затратами. В то время как весной двигательная активность данного вида становится больше и соответственно возрастают энергетические затраты на осуществление полета. Эти данные соответствуют полученным результатам сердечного индекса грача. Так, в весенний период данный показатель составлял 13,52 ± 0,49‰, а в осенний период – 11,54 ± 0,44‰, то есть был ниже на 7,9%.

Галка в пределах Чувашской Республики является кочующим видом. Из всех рассмотренных видов птиц она обладает наименьшей массой тела. Г.С. Шестакова указывает на обратную зависимость сердечного индекса и массы птицы [7]. Это находит подтверждение и в полученных нами результатах. У галки обнаружены наибольшие значения сердечного индекса по сравнению с серой вороной, грачом и сорокой. Так, в весенний период величина сердечного индекса составила 13,89 ± 0,64‰, а в осенний период – на 4,8% меньше (12,61 ± 0,56‰). Кроме этого, необходимо отметить, что проведенные полевые исследования указывают на более высокую скорость полета данного вида с более частыми взмахами и меньшие значения несущих поверхностей, нежели сороки, серой вороны и грача. Как известно, быстрота полета и увеличение частоты взмахов при полете сопровождается уменьшением его экономичности [19, с. 77–79]. Это приводит к увеличению массы летательных мышц птиц [12, с. 83–100]. Результаты анализа относительной доли летательной мускулатуры врановых птиц к массе тела подтверждают наибольшие значения данного параметра у галки по сравнению с остальными рассматриваемыми видами [13, с. 95–98]. А более мощная мускулатура требует соответствующей деятельности сердца, что приводит к его увеличению.

Таким образом, при рассмотрении сезонной динамики сердечного индекса врановых птиц на территории Чувашской Республики выявлены наибольшие различия данного показателя у грача – на уровне 7,9%, а самые низкие – у сороки – на уровне 3,5% (рис. 1). Вероятно, это обусловлено тем, что величина относительной массы сердца птиц связана с их активностью и сезонными колебаниями массы тела. Так, грач – единственный перелетный вид из представленных, в то время как сорока ведет наиболее оседлый образ жизни.

Рисунок 1 – Сезонная динамика сердечного индекса врановых птиц на территории Чувашской Республики

Выводы

1. В результате изучения параметров сердечного индекса оседлых и перелетных птиц Чувашской Республики наибольшие значения данного показателя обнаружены у птиц с наименьшей массой тела и наиболее развитой летательной мускулатурой – галки (в среднем 13,25‰), а также у перелетных птиц – грачи (в среднем 12,53‰).
2. При определении сердечного индекса в весенний и осенний периоды у всех рассмотренных видов птиц выявлены достоверные межсезонные различия исследуемого параметра, что может быть обусловлено сезонными колебаниями активности и массы тела птиц.
3. Из всех изученных видов птиц наибольшая сезонная вариабельность сердечного индекса отмечена у единственного перелетного вида – грача. Различия между весенними и осенними значениями данного показателя находились на уровне 7,9%.
4. Наименьшие различия между весенними и осенними значениями сердечного индекса установлены у сороки, ведущей наиболее оседлый образ жизни по сравнению с грачом, серой вороной и галкой. Межсезонные различия рассматриваемого показателя у данного вида составили 3,5%.

About the authors

Denis Vladimirovich Repin

Email: repindv@list.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Bioecology and Chemistry Department

Nadezhda Vasilyevna Repina

Author for correspondence.
Email: anv_7@list.ru

candidate of biological sciences, lecturer

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 - Seasonal dynamics of the cardiac index of corvids on the territory of the Chuvash Republic

Download (21KB)

Indexing metadata