Конспект НОД в старшей группе Тема: «Опыты и эксперименты с перьями птиц. «Как устроены перья у птицы». Конспект опытно-экспериментальной деятельности с детьми старшего дошкольного возраста Перо птицы под микроскопом

Американские ученые, заинтригованные глубокой черной окраской перьев некоторых видов райских птиц, изучили их строение под электронным микроскопом. Выяснилось, что черный цвет обусловлен не пигментами - меланинами - как это обычно бывает у птиц. Все дело в строении бородок пера, на концах которых есть «бахрома» из нановыростов. Такая структура отлично поглощает свет - до 99,95% видимого спектра, что и приводит к очень насыщенной черной окраске. По показателю поглощения перья райских птиц близки к Vantablack - самому черному из известных материалов.

В живой природе цвет может формироваться двумя способами - пигментным и структурным. В первом случае он возникает благодаря специальным молекулам - пигментам, которые избирательно поглощают, отражают или испускают свет с определенной длиной волны. Во втором случае цвет зависит от структуры поверхности, на которую падает свет и которая его избирательно поглощает и/или отражает. Подробно о структурной окраске рассказано в статье Т. Романовской . Частный вариант структурной окраски - структурная абсорбция, то есть поглощение света поверхностью. Если таким образом поглощается весь или почти весь видимый спектр, получается черная окраска.

Черное оперение птиц

У большинства птиц черный цвет оперения обусловлен пигментами — меланинами . Они отвечают за черноту хорошо известных нам птиц — ворон, грачей, черных дроздов и др. Кроме того, у некоторых птиц из-за правильно упорядоченных волокон верхнего слоя кератина возникает иридесценция (вариант структурной окраски). Иридесценция выражается в радужных переливах и/или металлическом блеске.

«Элементы» уже о необычном поведении самцов чудесной райской птицы. Ухаживая за самкой, самец складывает крылья и растопыривает перья так, что перестает вообще быть похожим на птицу (рис. 1, g)! Опытные наблюдатели заметили еще одну особенность этого и ряда других видов райских птиц (семейство Paradisaeidae). Черный цвет их оперения визуально кажется темнее (чернее), чем черное оперение других птиц (рис. 1). Недавно группа ученых из США подтвердила это наблюдение и, главное, разобралась, как возникает этот эффект. Для этого исследователи изучили черные перья семи видов (все они изображены на рис. 1) - шести видов райских птиц и одного вида - мелампитты - из близкого семейства (Melampittidae). У мелампитты и райской вороны черная окраска обусловлена меланинами, то есть их черный цвет - вполне обычный. А у остальных участвовавших в исследовании райских птиц есть «суперчерные» партии оперения. Как правило, они используются в брачных демонстрациях. У некоторых видов, например, у чудесной райской птицы, наряду с суперчерными, есть и обычные меланиновые черные перья. Они расположены на спине и при токовании самец самке их специально не демонстрирует. Ученые изучили не только суперчерные перья этого вида, но и обычные, взятые со спины.

Для начала перья изучали с помощью спектрофотометра и дейтерий-галогенового источника света DH-2000-BAL фирмы Ocean Optics. Этот источник, благодаря дейтериевой и галогеновой лампам, а также специальным фильтрам, может, в частности, давать на выходе свет заданной интенсивности, в составе которого в равной степени представлен весь видимый спектр. Это позволяет избежать искажений в спектрах изучаемых образцов, поскольку они освещаются сбалансированным световым пучком.

Спектрофотометрия показала, что суперчерное оперение отражает всего 0,05–0,31% света (то есть поглощает до 99,95% видимого спектра). А обычные черные перья (райской вороны, мелампитты, и те, что были взяты со спины чудесной райской птицы) отражают на один, а то и на два порядка больше: 3,2–4,7% излучения (рис. 2).

Эти значения говорят о том, что светопоглощательная способность суперчерных перьев райских птиц приближается к искусственным материалам с очень высокой степенью поглощения. Так, самый черный на сегодня материал - - поглощает 99,965% видимого света. Vantablack состоит из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, а поглощение происходит за счет того, что свет проникает внутрь материала, где происходит многократное отражение от стенок нанотрубок.

Помимо перьев райских птиц хорошо поглощают свет крылья некоторых бабочек. Поглощая до 98-99% видимого света, она также выглядят очень черными. Это связано с особой микроструктурой чешуек. (Напомним, что крылья бабочек покрыты маленькими чешуйками, налегающими одна на другую по принципу черепицы.) Суперчерные чешуйки самца бабочки Troides aeacus из семейства парусников (Papilionidae, рис. а) состоят из верхней антибликовой части и тонкой пленки под ней. Верхняя часть состоит из равномерно распределенных Λ-образных гребней. Гребни соединены между собой перемычками — жилками. В результате образуется решетка с продолговатыми отверстиями размерами около 490×380 нм (и диагональю около 620 нм, рис. с-e).

Поскольку длина волны видимого света попадает в диапазон 380-780 нм, размеры отверстий позволяют проникать в них большей части видимого света. Фотоны света «заходят» в отверстия и многократно отражаются от них. Свет с большей длиной волны отражается в основном от гребней, так как внутрь отверстий пройти не может. Многократное отражение приводит к поглощению света — так же, как и в случае Vantablack.

Чтобы разобраться с необычными особенностями черного оперения райских птиц, ученые использовали растровый электронный микроскоп. Как известно, перья птиц состоят из стержня, от которого отходят бородки первого порядка, от которых, в свою очередь, отходят бородки второго порядка (см. Стержень, бородки и крючки). Бородки первого и второго порядков располагаются более-менее в одной плоскости, формируя опахало пера.

Выяснилось, что суперчерные перья райских птиц имеют особое строение бородок второго порядка. Прежде всего, кончики бородок второго порядка расходятся на множество микровыростов, образующих бахрому (рис. 3). Есть и еще одна особенность: бородки второго порядка как бы приподняты над плоскостью, в которой находятся стержень пера и бородки первого порядка. В результате они формирую плотный (за счет микровыростов) слой, повернутый примерно на 30° в сторону кончика пера.

Слой крошечных нановыростов и ответственен за поглощение света. Дело в том, что сечение микровыростов меньше длины волны света. Это дает возможность свету проникать внутрь пера. Таким образом, часть попадающего на перо света поглощается, а часть проникает внутрь, но почти ничего не отражается наружу. Внутри пера фотоны света снова отражаются, и часть их опять поглощается. За счет большого количества микровыростов происходит многократное отражение, и каждый раз какая-то часть света поглощается. Это и приводит в результате к тому, чтобы перо поглощает большую часть света. В целом, принцип поглощения тот же, что у материала Vantablack.

Благодаря такой структуре пера в общем-то неважно, какую пигментную окраску оно имеет. Ведь фактически весь свет все равно поглощается. Исследователи подтвердили это оригинальным способом: покрыли перья золотой пылью. Обычное черное перо мелапитты (черный цвет которого обусловлен меланинами) после этой операции стало золотым. А вот с суперчерным пером ничего не произошло: оно как было черным, поглощающим большую часть видимого света, так и осталось (рис. 4).

Интересно, что у райских птиц, как и у бабочек, суперчерные участки часто соседствуют с пятнами очень ярких цветов, как бы оттеняя их. На основе этого наблюдения ученые предположили, что суперчерный цвет возник, чтобы подчеркивать яркие партии оперения. А те, в свою очередь, могут играть роль в брачном поведении. Пока, впрочем, это только гипотеза.

Как устроено перо?

Перья, в основе которых лежит белок, созданы из вещества под названием кератин. Кератин - это крепкий и прочный материал, образующийся в результате гибели старых клеток, которые находятся в нижнем слое кожной ткани и погибают, удаляясь от источников питания и кислорода и освобождая место молодым клеткам.

Птичьи перья задуманы настолько сложно, что это невозможно объяснить с помощью эволюционного процесса. Известный орнитолог Алан Федуччиа замечает: "Все отличительные черты пера заключаются в том, что оно имеет аэродинамические свойства. Перья легки, обладают силой подъема и с легкостью принимают прежнюю форму". А на неудачи теории эволюции Федуччиа реагирует следующим образом: "Я не могу понять, как такой орган, который был изначально задуман и спланирован для полета, мог появиться первоначально для других целей".

Это устройство пера заставляло и Дарвина задуматься. По его собственным словам, необыкновенная красота перьев павлина создавала ему головную боль. В письме своему другу Аса Грею от 3 апреля 1869 года Дарвин пишет следующее:

"Я охладел к собственной теории, потому что все время думаю о глазках на павлиньих перьях. Со временем я смирился с этой проблемой. В настоящее время меня сильно беспокоят некоторые устройства в природе, существования которых мы раньше не замечали. Я, например, прихожу в смятение, когда вижу перо павлина.

ПЕРЬЯ И КРЮЧКИ
Если рассмотреть перо птицы под микроскопом, станет понятно, насколько необыкновенно оно задумано и исполнено. Посередине находится всем известная длинная и твердая трубка. А по обеим сторонам этой трубки расположены сотни маленьких перышек. Именно различная степень мягкости и многообразные размеры этих перышек лежат в основе аэродинамических свойств птицы. Однако, что самое интересное, на каждом из перышек находятся еще более маленькие и невидимые глазу ворсинки, именуемые пушком. На этом пушке находятся маленькие зацепки-крючки. Благодаря этим зацепкам каждая пушинка как бы связана друг с другом застежкой-молнией. Чтобы лучше исследовать это великолепное творение, рассмотрим журавлиное перо. В одном пере насчитывается 650 тоненьких перышек по обеим сторонам трубки, и на каждом из этих перышек беспорядочно расположено 600 пушинок. Все эти пушинки связаны друг с другом с помощью 390 крючочков. А крючки скреплены по обеим сторонам, как в молнии. Пушинки настолько плотно прижаты друг к другу этими крючками, что даже не пропускают воздух. Если крючки каким-либо образом отделятся друг от друга, то птице достаточно лишь встряхнуться или в худшем случае почистить перья клювом, чтобы вернуть их в прежнее состояние.

Кроме того, птицы, распушая перья, не дают снизиться температуре тела. В жаркую же погоду перья, плотно прижатые к телу, не пропускают жару.

Теория эволюции учит, что птицы произошли от рептилий. Однако она не в состоянии объяснить колоссальную разницу между этими двумя классами живых существ. Птицы демонстрируют свойства, отличающиеся от рептилий: они имеют структуру скелета, состоящую из полых и чрезвычайно лёгких костей, имеют уникальную дыхательную систему и являются теплокровными созданиями. Ещё одно уникальное различие, которое создаёт непреодолимую пропасть между птицами и рептилиями, - это перья.

Фраза «лёгок, как перо» описывает совершенство сложной структуры пера. Дизайн перьев птицы настолько сложен, что эволюция просто не в состоянии объяснить его. Учёный Алан Федуччия говорит, что перья имеют «структурную сложность, обеспечивающую механическое и аэродинамическое совершенство, которое никогда не было достигнуто другими средствами».

Дизайн перьев заставил Дарвина задуматься. Более того, идеальные эстетические перья павлина оказывали на него, по его собственным словам, удручающее воздействие. В письме Аза Грэю от 3 апреля 1860 года он писал: «Я хорошо помню время, когда мысль о глазе бросала меня в дрожь, но я преодолел эту фазу…» Потом он продолжил: «… и теперь мелочные детали этой структуры заставляют меня ощущать дискомфорт. Вид перьев в хвосте павлина каждый раз, когда я смотрю на него, удручает меня!»

Исследуя перо птицы под микроскопом, мы обнаруживаем потрясающий дизайн. Как известно, посреди пера идёт стержень. Сотни маленьких бородок выходят из каждой стороны стержня. Бородки различной мягкости и размеров придают птице аэродинамическую природу. Более того, к каждой бородке присоединены тысячи бородочек, которые нельзя увидеть невооружённым глазом. Эти бородочки сцепляются вместе посредством крючочков.

Крючочки сцепляются вместе, как застежка «молния». Эти бородочки смыкаются настолько плотно, что даже дым, направленный на перо, не может пройти через него. Если крючочки отходят по какой-либо причине, птица легко может восстановить перья к их исходной форме, встряхивая себя или выравнивая перья клювом.

Чтобы выжить, птицы должны содержать перья в чистоте, хорошо ухоженными и всегда готовыми к полёту. Они используют выделяющую масло железу, которая находится в основании их хвостов для поддержания перьев в форме. С помощью этого масла они чистят свои перья. Это масло также обеспечивает водонепроницаемость, когда птицы плавают, ныряют или летят во время дождя.

В дополнение, в холодную погоду перья согревают птицу, предотвращая падение её температуры. В жаркую погоду перья прижимаются поближе к телу.

Даже поверхностное знакомство с такой уникальной системой, как перо птицы, позволяет сделать вывод о существовании Творца, Чей безграничный разум идеально спроектировал и вызвал к существованию окружающий мир.

На вопрос как устроено перо? заданный автором Пользователь удален лучший ответ это Теория эволюции, утверждающая, что птицы развились от пресмыкающихся, никак не может объяснить огромные различия между этими двумя классами живых существ. Птицы своим скелетом, состоящим из полых и невесомых косточек, своей системой легких, своим теплокровным обменом веществ и прочими подобными особенностями очень сильно отличаются от пресмыкающихся. И еще одно свойство, создающее непреодолимую пропасть между птицами и пресмыкающимися, - это перья, свойственные только птицам.
Перья, в основе которых лежит белок, созданы из вещества под названием кератин. Кератин - это крепкий и прочный материал, образующийся в результате гибели старых клеток, которые находятся в нижнем слое кожной ткани и погибают, удаляясь от источников питания и кислорода и освобождая место молодым клеткам.
Птичьи перья задуманы настолько сложно, что это невозможно объяснить с помощью эволюционного процесса. Известный орнитолог Алан Федуччиа замечает: "Все отличительные черты пера заключаются в том, что оно имеет аэродинамические свойства. Перья легки, обладают силой подъема и с легкостью принимают прежнюю форму". А на неудачи теории эволюции Федуччиа реагирует следующим образом: "Я не могу понять, как такой орган, который был изначально задуман и спланирован для полета, мог появиться первоначально для других целей".
Это устройство пера заставляло и Дарвина задуматься. По его собственным словам, необыкновенная красота перьев павлина создавала ему головную боль. В письме своему другу Аса Грею от 3 апреля 1869 года Дарвин пишет следующее:
"Я охладел к собственной теории, потому что все время думаю о глазках на павлиньих перьях. Со временем я смирился с этой проблемой. В настоящее время меня сильно беспокоят некоторые устройства в природе, существования которых мы раньше не замечали. Я, например, прихожу в смятение, когда вижу перо павлина.
ПЕРЬЯ И КРЮЧКИ
Если рассмотреть перо птицы под микроскопом, станет понятно, насколько необыкновенно оно задумано и исполнено. Посередине находится всем известная длинная и твердая трубка. А по обеим сторонам этой трубки расположены сотни маленьких перышек. Именно различная степень мягкости и многообразные размеры этих перышек лежат в основе аэродинамических свойств птицы. Однако, что самое интересное, на каждом из перышек находятся еще более маленькие и невидимые глазу ворсинки, именуемые пушком. На этом пушке находятся маленькие зацепки-крючки. Благодаря этим зацепкам каждая пушинка как бы связана друг с другом застежкой-молнией. Чтобы лучше исследовать это великолепное творение, рассмотрим журавлиное перо. В одном пере насчитывается 650 тоненьких перышек по обеим сторонам трубки, и на каждом из этих перышек беспорядочно расположено 600 пушинок. Все эти пушинки связаны друг с другом с помощью 390 крючочков. А крючки скреплены по обеим сторонам, как в молнии. Пушинки настолько плотно прижаты друг к другу этими крючками, что даже не пропускают воздух. Если крючки каким-либо образом отделятся друг от друга, то птице достаточно лишь встряхнуться или в худшем случае почистить перья клювом, чтобы вернуть их в прежнее состояние.
Кроме того, птицы, распушая перья, не дают снизиться температуре тела. В жаркую же погоду перья, плотно прижатые к телу, не пропускают жару.

Людмила Максимова
«Как устроены перья у птицы». Конспект опытно-экспериментальной деятельности с детьми старшего дошкольного возраста

Интеграция образовательных областей

Познание :

Установить связь между строением пера и образом жизни

Познакомить со строением махового и пухового пера

Сформировать представление о пагубном влиянии на водоплавоющих птиц загрязнение водоемов, рек, морей нефтью

Художественное слово :

Развивать у детей творческое воображение, умение видеть характерные признаки предметов, сравнивать их.

Здоровье + физическая культура :

Способствовать развитию мелкой и общей моторики

Предупреждать утомляемость детей.

Коммуникация + социализация :

Расширять эмоциональную сферу детей.

Сформировать умение взаимодействовать со взрослыми и детьми

Воспитывать доброжелательность, чувство сострадания к птицам , попавшим в беду.

Развивать самостоятельность.

Безопасность :

Соблюдать основы безопасности при организации опытов .

Методы и приемы :

Социоигровые ситуации

Художественное слово

Продуктивная деятельность

Опыты

Предварительная работа :

Игры «Опиши птицу »

Рассматривание иллюстраций

Рисование птиц

Лепка птиц

Организация развивающей среды :

1. Коробка для лабораторных исследований

2. Перья маховые , пуховые, крылья

4. Весы, молнии

5. Схемы пера, крыла, полета птиц , хвостов

6. Пипетки, емкость с водой, растительным маслом, бумажное крыло

7. Лупы, проволока, кисточки, салфетки

8. Ножницы, клеенка

10. Гуашь, силуэты птиц в полете

11. Цветные перья

1 часть. Вводная.

Воспитатель вносит коробку для лабораторных исследований (читает детям)

Как вы думаете, что находится в коробке (трясут, нюхают) . Загадываю загадку

«По лесу летало, в воде болтыхалось.

В воду упало и сухим стало»

Дети отгадывают – перо.

Открываю, показываю., да, это перо.

Чье это перо?

Как вы думаете какую роль играют перья для птиц . Давайте попробуем найти ответ.

Для этого нам надо пройти в лабораторию к профессору Знайке. (символ Сова) и исследовать как устроено перо .

Дети усаживаются за столами.

Чем отличаются птицы от животных ? Людей?

Они умеют летать.

Ставлю на доску схему оперения птиц .

Потому что вся птица покрыта огромным числом перьев . Птицы , единственные на земле имеющие перья .

А за счет чего летают птицы ?

У них есть крылья (схемы крыльев, полета)

Показ крыльев от разных птиц .

Одинаковые ли они? (птицы разных размеров , цвет пера разный)

А сейчас посмотрите на свои крылья, которые приготовил вам профессор Знайка для исследований.

Ищем отличия (цвет, различия)

Найдите самое длинное перо.

Это перо называется «маховое» . Эти перья расположены по краям крыльев.

Рассматриваем.

Потрогайте перо. Какое оно? (плотное, жесткое, большое)

Обследуем пальчиками.

Интересно, легкое оно или тяжелое?

Дети кладут на руку перо, на другую – камень.

Делают вывод – легкое.

Взвешиваем на весах – перо, камень, два пера.

Делаем вывод.

Подбросьте перо. Что вы видите?

Падает медленно, плавно кружась.

А за счет чего оно легкое? Стержень пустой.

Отрежьте край у пера – видим пустоту (можно попробовать вставить проволоку цветную, проверить пустоту.)

Вот почему оно легкое, стержень пустой. Помашите пером, что вы ощущаете?

Когда птица машет крыльями , перо эластично пружинит, не расцепляя волоски.

Давайте посмотрим перо (опахало) через лупу.

Видите на бороздках пера есть выступы и крючочки, которые прочно и легко соединяются, застегивая поверхность пера, а если они расцепляются, то птица клювом соединяет их .

(схема пера,)

Опыт с молнией .

Закрепляем, что это перо «маховое»

А какие перья лежат у вас ещё ?

Пуховое (маленькое, пушистое, тоненькое, волоски не сцепленные, стержень тоненький).

Накладываем и сравниваем с маховым (водим по руке – мягкое, пушистое)

Зачем такое перо птице ?

Пуховое перо служит птице для сохранения тепла. Находятся на туловище, голове, крыльях, лапах.

Интересно, какое перо легче – перовое или маховое?

Дуем – какое улетит быстрее – пуховое или маховое?

Находим пуховые перья на крыльях .

- Перья на хвосте называются «рулевые» . они помогают менять направление полета.

Схемы хвостов.

Так зачем птицам перья ?

Помогают взлететь, держаться на воздухе, предохраняют от ушибов, пересыхания, намокания.

А как вы думаете, почему у водоплавающих перья не намокают ? Потому что, у них есть специальная жировая железа и птицы сами клювом смазывают перья .

Давайте проведем эксперимент.

У вас бумажное перо, нанесем кисточкой на него жировую смазку (растительное масло, а теперь пипеткой капните воду. Вода скатывается, вот так и с перьев птиц не зря говорит пословица «Как с гуся вода» .

Ребята, а что может случиться с птицами , если произойдет непредвиденное загрязнение водоемов, рек, морей нефтью (это вязкое, густое, черное горючее) . Его перевозят на больших кораблях в емкостях и случаются аварии и нефть разливается по воде.

Они могут погибнуть (картинка)

Потому, что птицы попавшие в нефтяное пятно загрязняют себе перья . Они слипаются, теряют способность отталкивать воздух. И птицы погибают .

Проводим эксперимент.

Разливаем нефть в емкость с водой (растительное масло, покрашенное в черный цвет, бросаем перо)

Перо стало тяжелое, слиплись волоски.

Надо беречь природу, чтобы птицы не попадали в такую ситуацию.

А где в быту нам может пригодиться перо?

Раньше не было ручек, люди писали пером. (картинка)

Можно покрасить перья для поделок (показ цветных перьев ) .

Ими украшают шляпы, одежду.

Пуховыми перьями набивают подушки , одежда, куртки (легкие, теплые) .

А рисовать можно? Давайте попробуем.

Обводим силуэт птицы в полете (гуашью) .

О чем узнали мы сегодня в лаборатории профессора Знайки?

О том, как устроены птичьи перья и их назначение .

- Птицы каждый день заботятся о своих перьях , тщательно чистят свое оперение, удаляют чужеродные предметы, вытирают жир и периодически меняют лишнее перо.

О птицах много знаем мы ,

И в то же время мало,

И нужно всем : и вам и нам,

Чтоб их побольше стало.

Для этого побережем

Своих друзей пернатых,

Иначе, мы к нулю сведем

Певцов наших крылатых,

Съедят деревья и плоды

Личинки насекомых.

И поредеют все сады

Без наших птиц знакомых .