ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПИНГВИНА

STRUCTURAL FEATURES OF THE PENGUIN'S MUSCULOSKELETAL SYSTEM

Daniela Rozhenko

student, Faculty of Veterinary Medicine, Kazan State Agrarian University Institute "Kazan Academy of Veterinary of Medicine named after N. E. Bauman",

Russia, Kazan

Anastasia Zaryanova

student, Faculty of Veterinary Medicine, Kazan State Agrarian University Institute "Kazan Academy of Veterinary of Medicine named after N. E. Bauman",

Russia, Kazan

Gulnar Nizamova

scientific supervisor, Cand. bio. Doctor of Medicine, Associate Professor, Department of Anatomy, Pathological Anatomy and Histology, Kazan State Agrarian University Institute "Kazan Academy of Veterinary of Medicine named after N. E. Bauman",

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

Опорно-двигательный аппарат пингвинов представляет собой уникальную адаптацию к жизни в воде и на суше. В работе рассматриваются особенности их скелета и мышечной системы, включая модификацию конечностей в ласты для эффективного плавания и аэродинамическую структуру грудной клетки. Также анализируются позвоночник и таз, которые обеспечивают баланс при передвижении по суше. Исследование помогает понять эволюционные адаптации пингвинов к экстремальным условиям их обитания.

ABSTRACT

The musculoskeletal system of penguins is a unique adaptation to life in water and on land. The paper examines the features of their skeleton and muscular system, including the modification of limbs into flippers for efficient swimming and the aerodynamic structure of the chest. The spine and pelvis are also analyzed, which provide balance when moving on land. The study helps to understand the evolutionary adaptations of penguins to extreme conditions of their habitat.

Ключевые слова:⁠ адаптация, анатомия пингвинов, баланс, грудная клетка, ласты, морская среда, мышечная система, опорно-двигательный аппарат, плавание, позвоночник, таз, эволюция, скелет, наземное передвижение.

Keywords: adaptation, penguin anatomy, balance, rib cage, fins, marine environment, muscular system, musculoskeletal system, swimming, spine, pelvis, evolution, skeleton, terrestrial locomotion.

Введение. Пингвины (семейство Spheniscidae) – единственная ныне живая группа отряда пингвинообразных (Sphenisciformes). В их состав входит 18 современных видов , все они – нелетающие морские птицы, прекрасно приспособленные к жизни в воде и быстрой охоте на рыбу. Актуальность изучения опорно-двигательного аппарата (ОДА) пингвинов обусловлена тем, что эти птицы обладают уникальными морфологическими адаптациями к водному образу жизни. Понимание строения скелета и мускулатуры пингвинов важно не только в эволюционном контексте (выяснение механизмов вторичной потери полета и перехода к водному образу жизни), но и для ветеринарной практики: это помогает диагностировать и лечить травмы, а также учитывать особенности нагрузки на их суставы и позвоночник в неволе.

Условия, материалы и методы исследования.

Исследование проводилось в формате обзорного анализа с использованием открытых интернет-источников. Основным объектом исследования выступал опорно-двигательный аппарат пингвинов различных видов. В качестве материалов использовались текстовые и визуальные данные, доступные в сети Интернет: анатомические схемы, фотографии, описания строения скелета и мышечной системы, а также научные и научно-популярные статьи, размещённые на сайтах, специализирующихся на биологии, орнитологии и анатомии животных.

Анализ информации проводился путём сопоставления данных из различных источников, выделения общих закономерностей и характерных особенностей. Фотоматериалы использовались исключительно в иллюстративных целях для визуализации описываемых анатомических структур.

Общее строение опорно-двигательной системы птиц. Скелет птиц в целом лёгкий и вместе с тем достаточно прочный, что связано с приспособлением к полёту. Его лёгкость достигается пневматизацией костей (в них входят выросты воздушных мешков), а прочность – высоким содержанием минеральных солей и сращением многих костей. Так, в черепе множество костей срослись бесшовно, шейные позвонки подвижны, а поясничные и крестцовые позвонки срастаются со всеми тазовыми костями в единый жёсткий «сложный крестец». У птиц имеется тонкая грудная кость с крупным килем для прикрепления мощных летательных мышц. Весовой вклад скелета у разных видов птиц сравнительно невелик – обычно 4–18% от массы тела. Наибольшие мышцы у летающих птиц – это грудные (m. pectoralis и m. supracoracoideus), общая масса которых достигает 15–20% от веса тела. Такие мышцы сосредоточены ближе к туловищу, что обеспечивает устойчивость полёта. У птиц также сильно редуцированы кости кисти (сформирован карпометакарпус) и хвоста (образован пигостилем из сросшихся последних позвонков). Это в целом позволяет птице иметь облегчённый, но прочный каркас тела.

Анатомия скелета пингвина.  У пингвинов скелет заметно отличается от типичного летательного птиц. Форма тела у всех видов обтекаемая, что облегчает погружение и плавание.

Рисунок 1. Скелет магелланова пингвина (Spheniscus magellanicus). Жёлтым цветом выделен пояс грудной клетки с мощным килем, красным – череп и позвоночник. Видно укороченное и уплощённое тело с мощной грудной костью

Позвоночный столб. Пингвины обладают характерной компоновкой позвоночника птицы: шейный отдел относительно длинный, что важно для гибкости головы при ловле добычи; грудной отдел относительно короткий и малоподвижный. Пояснично-крестцовый отдел усилен и сращён в сложный крестец (лат. synsacrum) вместе с тазовыми костями, что придаёт корпусу жёсткость. На сложный крестец опираются обе половины таза, лишённые других соединений. Хвостовой отдел крайне редуцирован – большинство хвостовых позвонков у пингвинов срастаются в короткий пигостиль, к которому крепятся основания рулевых перьев. В целом позвоночник у пингвинов отличается сравнительно высокой степенью окостенения и жесткостью (в отличие от гибких позвоночников плавающих рептилий), обеспечивая устойчивость при плавании и стоянии на земле.

Рёбра и грудная кость (киль). Рёбра пингвинов, как и у большинства птиц, имеют позвоночную и грудинную части с подвижным соединением. У пингвинов на позвоночной части рёбер имеются удлинённые крючковидные отростки (лат. processus uncinatus). Эти отростки позволяют плотнее сцеплять ребра между собой и крепить поперечные мышцы грудной клетки, что усиливает жёсткость торса. Грудина у пингвинов массивная, с очень выраженным килем (лат. carina sterni). Киль имеется у всех летающих птиц и у пингвинов, поскольку к нему крепится мощная грудная мускулатура. Чем крупнее киль, тем более развиты мышцы, приводящие крыло в движение. У пингвинов, напротив, киль не ослаблен (как у нелетающих страусов), а наоборот сильно развит: к нему прикрепляются большие грудные мышцы, позволяющие совершать мощный гребок ластами под водой.

Пояс грудной и тазовый. Ключица и вилочка (лат.furcula) у пингвинов прочные, образуют жесткий каркас переднего плечевого пояса, несмотря на полное отсутствие полёта. Большой коракоидный (ср. coracoid) выступ надёжно фиксирует плечевой сустав к груди. Обе половины таза пингвинов срослись с крестцом и образуют почти неподвижную опору. Бедренные кости у всех пингвинов короткие и крепкие, коленный сустав отличается малой подвижностью– всё это связано с прямохождением птицы. Угол между бедренной и берцовой костью невелик, а ось тела при ходьбе почти прямая. Ноги сильно смещены назад по отношению к туловищу: при стоянии птицы упираются в землю пятками, а тело удерживает широкая жёсткая кильки хвоста (остистые отростки хвостовых позвонков) как дополнительная опора.

Передние и задние конечности. Передние конечности пингвина – это типичные птичьи крылья, но преобразованные в ласты. Кости крыла (плечевая, лучевая, локтевая) уплощены и укреплены, а кисть сведена – фаланги очень укорочены, ремешковая косточка частично видоизменена. В локтевом суставе плечо и предплечье выпрямлены и неподвижны, благодаря чему ласты при гребке остаются жёсткой плоской поверхностью. Мышцы плеча и предплечья напряжены, что увеличивает стабильность лопастей крыла. Задние конечности пингвина хорошо развиты для ходьбы и прыжков по льду: бедро массивное, голень плотно соединена с предплюсной (образуя лат. tibiotarsus), а стопа очень крупная с широкими перепончатыми пальцами. Большие ластообразные ступни с перепонкой служат веслами при плавании и обеспечивают хорошее сцепление на снежной или льдистой поверхности. При ходьбе пингвины часто опираются на пятки, а короткие пальцы растопырены, распределяя нагрузку.

Роль костей в плавучести и стабилизации. Особенностью опорно-двигательного аппарата пингвинов является высокая плотность и тяжесть костей. В отличие от большинства птиц, у пингвинов кости практически не имеют воздухоносных полостей: их костный корковый слой очень толстый. Установлено, что у пингвинов толщина коры костей конечностей достигает наибольших значений среди всех птиц, а система внутренних полостей сильно редуцирована. Такое строение делает кости пингвинов тяжёлыми (близкими к костям морских млекопитающих). Это снижает плавучесть скелета и позволяет легче поддерживать глубину при нырянии. Кроме того, мощный киль и большие ребра с крючками стабилизируют грудную клетку при сильной работе мышц, а уплощённые кости крыльев и короткий хвостовый отдел уменьшают сопротивление воды.

Мышечная система, связанная с движением. У пингвинов особенно хорошо развиты грудные и шейные мышцы. Грудные мышцы (m. pectoralis major и m. supracoracoideus) составляют большую долю массы тела – по разным данным, до 25–30% массы пингвина. Эти массивные мышцы прикрепляются к килю грудины и обеспечивают оба такта движения «крыльев-ластов»: m. pectoralis опускает ласту при гребке, а m. supracoracoideus (при помощи сухожилия через клювовидный отросток плечевой кости) поднимает её для возврата. У молодых пингвинов грудная мускулатура может составлять почти четверть тела, что в несколько раз больше, чем у крупных летающих птиц.

Рисунок 2. Схематичное строение крыла птицы: костная структура – жёлтым, главные грудные мышцы – красным. Большие мышцы (m. pectoralis, m. supracoracoideus) прикрепляются к крепкому килю грудины и приводят крыло (ласть) в движение

Шейные мышцы у пингвина также развиты относительно сильно, поскольку при нырянии и ловле добычи пингвин совершает резкие движения головой и шеей (например, при хватании рыбы). Шея у многих видов длинная и гибкая, мышечные группы быстро сокращаются, чтобы поворачивать голову и удерживать добычу. Сильная шейная мускулатура нужна также для толчков в начале нырка и выныривания.

Мышечный баланс в воде и на суше. При плавании основную тягу даёт работа грудных мышц и лопаток, которыми управля­ются ласты крыльев. Одновременно активны мышцы спины и брюшного пояса для сохранения горизонтального положения тела в воде, а крупные мышцы ног (особенно икроножные и бедренные группы) играют роль рулевых и стабилизирующих (они удерживают пингвина от кувырков при поворотах). На суше же каркас задне- и прекапитальных мышц смещает нагрузку: при прямохождении задействуются мышцы спины и таза, удерживающие тело вертикально, а шарниры бедра и колена работают почти в статике. Для поддержания вертикальной осанки на льду помогают мышцы хвоста (короткого, но упругого) и отведённые назад лопатки, служащие своеобразным «задним упором». Таким образом, у пингвинов имеется своеобразный «мышечный баланс»: в воде лидируют крупные грудные группы, а на суше – сильные мышцы ног и туловища.

Морфологические адаптации к водной среде и их ветеринарное значение. Пингвины имеют ряд специфических морфологических адаптаций к жизни в воде. Кроме описанной уплотнённой структуры костей и мощной мускулатуры, у них – как у водоплавающих птиц – плотное перо и толстая жировая подушка, уменьшающая теплопотери. В совокупности форма тела и строение ОДА делают пингвинов отличными «подводными крыльями». С ветеринарной точки зрения эти особенности накладывают особенности на патологию и травматологию. Повышенная плотность костей снижает эластичность скелета, поэтому при резких ударах или падении пингвина может возникнуть разрыв кости или перелом. Например, перелом грудины (киля) или плеча часто бывает смертельным, поскольку нарушает работу больших грудных мышц. На земле прямая осанка и статическая нагрузка на позвонки и суставы повышают риск артроза межпозвонковых суставов и дисплазии тазобедренных суставов у старых или крупноразмерных особей. Опора на пятки и хвост (высокое поднимание таза) создаёт атипичную нагрузку на пальцы и коленные суставы, что надо учитывать при проектировании вольеров (например, приоритет мягких покрытий на местах стоянки, чтобы избежать пролежней и деформации суставов). Кроме того, из-за ограниченной гибкости конечностей возможны перегрузки сухожилий и связок при длительном плавании или ходьбе. В неволе пингвины часто страдают от проблем с ножными суставами (пододерматита, воспалений пальцев), так как нарушение естественного ландшафта и долгое стояние создают давление на пятки. Знание анатомии ОДА пингвинов помогает ветеринару предвидеть такие проблемы: например, при оценке рентгенограмм обращают внимание на плотность костной ткани и конгруэнцию суставных поверхностей у пингвина, учитывая, что их суставы могут быть уже деформированы адаптацией к нагрузке.

Анализ и обсуждение результатов.

Изучение интернет-источников показало, что опорно-двигательный аппарат пингвина представляет собой высокоспециализированную систему, адаптированную к жизни в водной среде. Крылья утратили способность к полёту и превратились в жёсткие ласты, обеспечивающие эффективное плавание. Кости скелета плотные и тяжёлые, что снижает плавучесть и облегчает ныряние.

Задние конечности смещены назад, что затрудняет передвижение на суше, но улучшает гидродинамику. Грудные мышцы хорошо развиты и крепятся к мощному килю, обеспечивая силу для плавательных движений. Все эти особенности свидетельствуют о глубокой эволюционной адаптации пингвинов к водному образу жизни.

Вывод: Опорно-двигательный аппарат пингвина имеет целый комплекс признаков, обусловленных переходом к водной жизни: упрощённые крылья-ласты с неподвижным локтем, мощные грудные мышцы, перемещённая назад мускулатура корпуса, массивные кости с утолщённой корой и отсутствием пневматических полостей. Все эти черты позволяют пингвину «летать» под водой и придают устойчивость при прямохождении на суше. С точки зрения морфологии и ветеринарии важно помнить о такой адаптации: она одновременно делает пингвинов выносливыми ныряльщиками и уязвимыми к осевой нагрузке и травмам опорно-двигательного аппарата. Знание анатомии и особенности физиологии ОДА позволяет более грамотно ухаживать за пингвинами в неволе, предотвращать опорно-двигательные патологии и своевременно ставить диагноз при травмах.

Список литературы:

1. Пингвиновые (Spheniscidae) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.ruwiki.ru/wiki/Пингвиновые  (дата обращения: 20.05.2025).
2. Скелет птиц [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.ruwiki.ru/wiki/Скелет_птиц  (дата обращения: 20.05.2025).
3. Анатомия птиц. Ветеринарный Центр «Зоовет» (Москва). [Электронный ресурс] https://www.zoovet.ru/stati/slovar-veterinarnykh-terminov/anatomiya_ptits/ (дата обращения: 20.05.2025)
4. Семейство ПИНГВИНОВЫЕ (Spheniscidae). [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.berl.ru/article/birds/pengwin/cemei/cemeictvo_pingvinovye_spheniscidae_.htm  (дата обращения: 20.05.2025)
5. Надотряд Пингвины. Особенности строения и жизнедеятельности. Представители. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://studopedia.ru/10_128510_nadotryad-pingvini-osobennosti-stroeniya-i-zhiznedeyatelnosti-predstaviteli.html (дата обращения: 20.05.2025)
6. Биологические особенности пингвинов. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://pingviniada.narod.ru/103.html (дата обращения: 20.05.2025)
7. Почему пингвины не летают: особенности анатомии и образа жизни. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://sk-rik.ru/pochemu-pingviny-ne-mogut-letat-osobennosti-anatomii-i-obraza-zhizni/ (дата обращения: 20.05.2025)
8. Wikimedia Commons. Bird wing bones [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Bird_wing_bones   (дата обращения: 24.05.2025). – (на англ.).
9. Animal Reader. Магелланов пингвин: фото птицы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://animalreader.ru/magellanov-pingvin-foto-ptitsy.html (дата обращения: 24.05.2025).