Chim

Tổng quan

Lớp chim cư trú ở các hệ sinh thái khắp toàn cầu, từ vùng Bắc Cực cho tới châu Nam Cực. Các loài chim có kích thước dao động khác nhau, từ nhỏ cỡ 5 cm (như Mellisuga helenae - một loài chim ruồi) cho tới lớn cỡ 2,7 m (như đà điểu). Các bằng chứng hóa thạch cho thấy, chim được tiến hóa từ các loài khủng long chân thú (Theropoda) trong suốt kỷ Jura, vào khoảng 150-200 triệu năm về trước, với đại diện đầu tiên được biết đến, xuất hiện từ cuối kỷ Jura là Archaeopteryx (vào khoảng 155–150 triệu năm trước). Hầu hết các nhà cổ sinh vật học đều coi chim là nhánh duy nhất của khủng long còn sống sót qua sự kiện tuyệt chủng kỷ Creta-Paleogen vào xấp xỉ 65,5 triệu năm trước.
Các loài chim hiện đại mang các đặc điểm tiêu biểu như: có lông vũ, có mỏ và không răng, đẻ trứng có vỏ cứng bằng đá vôi, chỉ số trao đổi chất cao, tim có bốn ngăn, cùng với một bộ xương nhẹ, xốp nhưng chắc. Tất cả các loài chim đều có chi trước đã biển đổi thành cánh và hầu hết có thể bay, trừ những ngoại lệ như các loài thuộc bộ Chim cánh cụt, bộ Đà điểu và một số đa dạng những loài chim đặc hữu sống trên đảo. Chim cũng có hệ tiêu hóa và hô hấp độc nhất mà đáp ứng cao cho hoạt động bay. Vài loài chim, đặc biệt là quạ và vẹt, nằm trong những loài thông minh nhất của giới động vật; một số được quan sát đang chế tạo và sử dụng công cụ, nhiều loài sống thành bầy lại có thể truyền đạt những kinh nghiệm hiểu biết cho thế hệ sau.
Nhiều loài chim hàng năm thường di trú đến những nơi rất xa, cùng rất nhiều loài lại thực hiện những chuyến bay ngắn hơn và bất thường. Chim là động vật sống bầy đàn, chúng giao tiếp với nhau thông qua tiếng kêu và tiếng hót, tham gia vào những hoạt động bầy đàn như hợp tác trong việc sinh sản, săn mồi, di chuyển và tấn công chống lại kẻ thù. Phần lớn chim là những loài đơn phối ngẫu xã hội, thường vào mùa giao phối trong một thời gian nhất định. Trứng chim thường được đẻ trong tổ và ấp bởi chim bố mẹ. Hầu hết chim non sau khi nở đều có thêm một thời gian được chim bố mẹ chăm sóc.
Nhiều loài chim có tầm quan trọng đối với con người, đa phần được sử dụng làm thức ăn thông qua việc săn bắn hay chăn nuôi. Một vài loài, như phân bộ Sẻ hay bộ Vẹt, được biết đến với vai trò vật nuôi làm cảnh. Hình tượng chim xuất hiện trong tất cả các mặt của văn hóa con người, từ tôn giáo, thần thoại đến thi ca và âm nhạc phổ thông. Khoảng 120-130 loài chim đã bị tuyệt chủng do hành động con người trong thế kỷ XVII, cùng với hàng trăm loài khác sau đó. Hiện nay, có khoảng 1.200 loài đang trong tình trạng đe dọa tuyệt chủng bởi các hoạt động từ loài người, cho dù vẫn đang có những nỗ lực bảo vệ chúng.

Các thuyết và tranh luận khác

Đã có rất nhiều tranh luận nổ ra về nguồn gốc các loài chim. Khởi đầu, người ta tranh luận về chim bắt nguồn từ khủng long hay từ những Archosaur cổ xưa hơn. Trong phía ủng hộ giả thuyết khủng long, cũng có những bất đồng về Ornithischia hay khủng long chân thú mới gần hơn với những loài thủy tổ. Dù Ornithischia (khủng long "hông chim") có cấu trúc hông tương đồng với những loài chim hiện đại, chim vẫn được coi là bắt nguồn từ giống khủng long Saurischia ("hông thằn lằn"), mà đã tiến hóa cấu trúc hông của chúng một cách độc lập. Trên thực tế, bên cạnh hai nhóm trên, cấu trúc hông giống chim cũng được tiến hóa trong một nhóm khủng long chân thú riêng biệt, được biết đến là Therizinosauridae.
Hai nhà khoa học Larry Martin và Alan Feduccia tin rằng chim không phải là khủng long, mà tiến hóa từ những loài Archosaur sơ khai như Longisquama. Luận điểm chính trong công bố của họ cho rằng những tương đồng giữa chim và khủng long Maniraptora thực tế là do sự đồng quy, và cả hai không liên quan gì tới nhau. Vào cuối những năm 1990, bằng chứng về chim là Maniraptora trở nên không thể chối cãi, nên Martin và Feduccia đã chấp nhận phiên bản sửa đổi trong giả thuyết của họ bởi nghệ sĩ dàn dựng khủng long Gregory S. Paul; trong đó những Maniraptora là những loài chim không biết bay thứ cấp, tuy nhiên trong phiên bản đó, chim lại tiến hóa trực tiếp từ Longisquama. Theo như vậy thì chim vẫn không phải khủng long, nhưng cũng không phải là hầu hết các loài được biết đến mà hiện tại đã được phân loại như khủng long chân thú. Maniraptora, thay vì thế, lại là những loài chim thuộc nhóm Archosaur và không biết bay. Giả thuyết của Martin và Feduccia không được thừa nhận bởi hầu hết các nhà cổ sinh vật học. Những đặc điểm mà xem như bằng chứng của sự không bay được, theo xu thế chủ đạo của những nhà cổ sinh vật, được giải thích là "sự thích nghi ban đầu" (pre-adation hay exaptation), rằng Maniraptora đã thừa hưởng những đặc điểm từ tổ tiên chung của chúng cùng với các loài chim.
Protoavis texensis được miêu tả năm 1991, coi là loài chim cổ hơn cả Archaeopteryx. Tuy nhiên, những người chỉ trích cho rằng hóa thạch phát hiện có chất lượng bảo quản kém, được phục dựng lại phần lớn, và có thể là một "chimera" (tức được tạo nên từ hóa thạch xương của nhiều loại động vật khác nhau). Hộp sọ của chúng thì gần như rất giống với một loài Coelurosauria thuở ban đầu.

Phân bố

Chim sống và sinh sản ở hầu hết các môi trường trên cạn cũng như ở cả bảy lục địa, trong đó nắm giữ kỷ lục phương Nam là loài hải âu pêtren tuyết (Pagodroma nivea) khi có thể sinh sản ở khu vực lấn sâu tới 440 kilômét trong châu Nam Cực. Tính đa dạng cao nhất về các loài chim thuộc những khu vực nhiệt đới. Trước đây, người ta nghĩ rằng tính đa dạng cao là kết quả của tốc độ hình thành loài cao ở những khu vực này, nhưng những nghiên cứu gần đây cho thấy, ở khu vực có vĩ độ cao, tốc độ hình thành loài dù cao hơn nhưng lại bị bù trừ bởi tốc độ tuyệt chủng mà cũng lớn hơn so với vùng nhiệt đới. Vài họ chim lại có cuộc sống thích nghi ở cả môi trường đại dương, trong số đó, có những loài chim biển vào bờ để sinh sản, và một số chim cánh cụt lại được ghi nhận là có thể lặn ở độ sâu tới 300 mét (980 ft).
Nhiều loài chim đã thành lập những quần thể giao phối ở những vùng mà chúng được nhập nội bởi con người. Có những loài được nhập nội có chủ ý, ví dụ như loài trĩ đỏ, đã được đưa đi trên toàn thế giới như một loại chim để săn bắt. Số khác lại mang tính ngẫu nhiên, một ví dụ là sự thành lập của quần thể vẹt thầy tu đuôi dài (Myiopsitta monachus) ở vài thành phố của Bắc Mỹ, sau khi chúng thoát ra khỏi tình trạng nuôi nhốt. Vài loài khác, bao gồm cò ruồi, diều vằn đầu vàng và vẹt mào ngực hồng (galah) đã mở rộng phân bố một cách tự nhiên bên cạnh khu vực phân bố gốc, bởi các hoạt động nông nghiệp đã tạo nên sinh cảnh mới thích hợp cho chúng.

Bộ xương và hệ cơ

Chim có bộ xương với những chiếc xương nhẹ và xốp nhưng cứng cáp. Xương chim có những khoang chứa đầy khí, được liên kết với hệ hô hấp. Xương sọ được nối liền và không có các đường khớp sọ. Ổ mắt lớn và được ngăn cách bởi một vách xương. Cột sống của chim được chia làm 4 phần: cổ, ngực, chậu và đuôi, với các đốt sống cổ có tính biến đổi cao và đặc biệt linh hoạt; tuy nhiên khả năng cử động chỉ ở các đốt sống ngực trở đi chứ không có ở các đốt sau. Những đốt cuối kết hợp với khung chậu tạo thành khối xương cùng, làm chỗ dựa vững chắc cho các chi sau. Trừ những loài không biết bay, xương sườn chim dẹt và xương ức phát triển có gờ lưỡi hái nhằm gắn kết với các cơ vận động bay. Hai chi trước của chim đã biến đổi thành cánh.
Chim có tổng cộng khoảng 175 cơ trên cơ thể, trong đó các cơ phát triển liên quan đến những hoạt động như bay (cơ vận động cánh), chạy (cơ đùi và cơ ống chân ở các chim chạy), xù lông (cơ da) hay cử động đầu (cơ cổ). Cơ lớn nhất là cơ ngực (cơ hạ cánh) có thể chiếm từ 15-20% khối lượng cơ thể con chim. Bàn chân của chim không có cơ, tuy nhiên lại có các gân có thể tự động siết chặt khép quặp các ngón chân quanh cành cây khi chim đậu, giúp chúng bám lâu và chắc trên cành mà không bị mỏi.

Bài tiết và tiêu hóa

Giống như bò sát, chim căn bản là loài bài tiết axít uric (uricotelic): cật chim lọc các chất thải gốc nitơ từ máu và bài tiết chúng dưới dạng axít uric thay vì urê hay amoniac thông qua ống niệu trong ruột. Chim không có bóng đái hay niệu đạo mở bên ngoài, nên nước tiểu của chim được thải ra đi kèm với phân tạo thành chất thải nửa rắn. Tuy vậy, vẫn có những loài như chim ruồi lại thải hầu hết các chất thải nitơ dưới dạng amoniac. Các loài chim thường thải creatin, hơn là creatinin như ở động vật có vú. Loại chất này, cũng như các chất thải khác của quá trình tiêu hóa, được thải ra từ huyệt của chim. Huyệt chim là một ống mở đa chức năng, từ tống các chất thải ra ngoài tới giao phối và đẻ trứng. Ngoài ra, nhiều loài chim cũng ợ (đưa quay trở lại đẳng miệng) các thức ăn chưa tiêu hóa còn dư (pellet). Hệ tiêu hóa chim có đặc điểm độc nhất, với bộ phận diều để lưu trữ thức ăn và mề, chứa các hòn đá được chim nuốt, có khả năng nghiền thức ăn thay thế cho bộ răng chúng không có. Nhiều loài chim thích nghi cao với việc tiêu hóa nhanh giúp cho hoạt động bay trở nên dễ dàng hơn nhiều so với những loài động vật khác. Một số loài chim cũng thích nghi bằng cách sử dụng protein từ nhiều bộ phận của cơ thể. để cung cấp thêm năng lượng trong quá trình di trú.

Hệ hô hấp và hệ tuần hoàn

Chim có một trong những hệ hô hấp phức tạp nhất của tất cả các loài động vật. Bên cạnh phổi, chim còn có 9 túi khí, là các vi khí quản xuyên qua phổi tạo thành, dung tích hơn phổi nhiều lần, có vai trò chứa khí để hô hấp cũng như làm nhẹ cơ thể và điều hòa thân nhiệt. Lúc chim hít vào, 75% lượng không khí sạch không đi qua phổi mà tới trực tiếp các túi khí sau để sau đó lấp đầy các khoang trong xương. 25% lượng khí còn lại đi trực tiếp vào phổi. Khi chim thở ra, những luồng khí đã được sử dụng đi ra ngoài phổi và những khí sạch chứa trong xương cùng lúc đó lại đi vào phổi. Theo cách đó, phổi của chúng luôn được duy trì cung cấp không khí sạch trong cả khi thở ra và hít vào. Cơ quan tạo âm thanh của chim là minh quản (syrinx), một khoang cơ với một số màng nhĩ, đặt ở vị trí điểm cuối của khí quản, nơi khí quản phân thành hai phế quản.
Tim chim có bốn ngăn, cung động mạch chủ phải tham gia vào vòng tuần hoàn lớn (không giống như động vật có vú là cung động mạch chủ trái). Tĩnh mạch chủ dưới nhận máu từ các chi thông qua một hệ gánh thận. Tim chim đập nhanh và nhịp tim tỉ lệ nghịch với khối lượng cơ thể. Ở gà, tim đập khoảng 250 lần/phút, ở sơn tước đầu đen khi ngủ là 500 lần, khi hoạt động lên tới 1000 lần/phút, riêng với loài chim ruồi ức đỏ (Archilochus colubris), tim mỗi phút có thể đập 1200 lần (20 lần/giây). Điều này giúp cho máu chim lưu thông nhanh, giúp vận chuyển nhanh ôxy và chất dinh dưỡng cho các cơ quan, cung cấp kịp thời năng lượng để bay và duy trì hoạt động mức độ cao. Bên cạnh đó, hồng cầu chim có nhân (khác với các loài thú), nhiều và lồi hai mặt, hemoglobin liên kết với ôxy và cacbonic yếu nên việc giải phóng các khí này diễn ra nhanh trong máu. Đây là lý do vì sao chim có thân nhiệt cao, vào khoảng từ 38-45,5ᵒC, tuỳ mỗi loài.

Điều hòa thân nhiệt

Chim là động vật máu nóng, thân nhiệt ổn định không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài. Là sinh vật có chỉ số trao đổi chất cao, thân nhiệt chim cao và thường biến đổi từ 40-42ᵒC. Các loài chim nhỏ thường có thân nhiệt ít ổn định hơn các loài chim lớn, thay đổi theo mùa hay thậm chí hàng đêm, một ví dụ là hồng tước nhà (Troglodytes aedon) có biến thiên thân nhiệt trong 24 giờ lên tới 8ᵒC. Ở chim sơ sinh, dù cũng có thân nhiệt cao (xấp xỉ khoảng 38ᵒC ở nhiều loài), nhưng lại chưa có cơ chế hằng nhiệt như chim trưởng thành, nên chúng phải dựa vào nhiệt độ cơ thể bố mẹ và tổ để giữ ấm. Bên cạnh trao đổi chất, khi nhiệt độ môi trường xuống thấp, chim thường xù lông để ngăn không cho không khí tiếp xúc với da, co các mạch máu da, hay đôi khi run để tăng nhiệt độ cơ thể. Khả năng điều hòa thân nhiệt là một nguyên nhân giúp các loài chim có thể phân bố rộng trên khắp thế giới.

Chất hóa học

Một vài giống chim có khả năng sử dụng chất hóa học để chống lại kẻ thù; vài loài thuộc bộ Chim báo bão có thể phun ra một loại dầu nhờn khó chịu lên những kẻ gây hấn hay một số loài pitohui từ New Guinea, lại có một loại neurotoxin (độc tố thần kinh) mạnh nằm ở trên da và lông.

Các kiểu di chuyển khác

Bên cạnh bay, các loài chim còn có các kiểu di chuyển khác như leo trèo, bơi lặn hay đi trên mặt đất.
Leo trèo là kiểu di chuyển nguyên thủy của nhiều loài chim tiền sử, ví dụ như Archaeopteryx sử dụng móng vuốt để leo lên cây sau đó thả mình lướt xuống đất. Trải qua thời gian, chân của các loại chim leo trèo nguyên thủy (với 3 ngón phía trước, 1 ngón phía sau) được biến đổi thành chân của các chim leo trèo hiện đại, với móng khỏe cùng 2 ngón trước và 2 ngón sau (kiểu ngón zygodactyly). Số loài chim leo trèo còn tồn tại không nhiều, bao gồm các loài thuộc các họ Gõ kiến, Đuôi cứng, Trèo cây cũng như vẹt và một số loài khác. Các loài này đều có cách leo trèo riêng của mình, một số loài như vẹt sử dụng mỏ như một chân thứ ba để trèo cây. Chim gõ kiến dùng móng sắc để bám và dùng đuôi cứng như một điểm tựa, di chuyển trên các thân cây.
Các loài chim sống gần nước có các kiểu di chuyển khác nhau. Những loài bơi lặn giỏi có những đặc điểm thích nghi như chân có màng hay bộ lông không thấm nước. Chúng được chia làm hai loại dựa trên cách thức bơi: nhờ chân, tức dùng chân như một mái chèo để tạo sức đẩy, ví dụ chim cốc, chim lặn, gavia và họ Vịt, và nhờ cánh - chủ yếu là các loài sống ở biển, tiêu biểu là chim cánh cụt, chim anca hay hải âu pêtren lặn. Các loài chim lặn nhờ cánh nhìn chung thường nhanh hơn các loài sử dụng chân. Tuy nhiên, dù dùng chân hay dùng cánh thì đều khiến các loài này bị hạn chế ở các cách di chuyển khác, như bay hay di chuyển trên mặt đất. Các loài chim cánh cụt không biết bay có thể là sinh vật thích nghi với nước nhất trong số các loài chim bơi lặn, đặc biệt chim cánh cụt Gentoo (Pygoscelis papua) là loài chim bơi nhanh nhất, với tốc độ đạt 36 km/h (22 mph). Bên cạnh đó, còn có các loài lặn bằng cách lao thẳng từ trên cao xuyên qua làn nước để bắt mồi, ví dụ chim điên, ó biển, bồ nông nâu và một số nhạn biển. Những loài chim như hồng hạc, sếu, diệc, cò... và nhỏ hơn như dẽ hay choi choi là những loài chim lội nước, với đôi chân dài, mảnh, có thể đi qua nước dễ dàng mà cơ thể không bị ướt, dùng chân hay mỏ để kiếm thức ăn.
Hầu hết các loài chim đều có thể di chuyển trên mặt đất qua hai cách: đi và chạy, với khả năng khác nhau ở mỗi loài. Tuy nhiên, cũng có những ngoại lệ như chim yến, khi không có khả năng đậu hay chạy do đôi chân quá yếu ớt, mà chỉ có thể dùng chân bám lên các bề mặt thẳng; hay hầu hết các loài chim lặn gavia cũng không thể đi đứng bình thường trên mặt đất do kết cấu đôi chân chỉ phù hợp với việc bơi lặn. Ngược lại, có những chim như bộ Đà điểu, tinamou, ô tác, gà maleo cũng như nhiều loài thuộc bộ Gà, đã phát triển kết cấu chân thích hợp, là đại diện của những loài chim di chuyển tốt trên mặt đất. Các loài chim ở nước thường di chuyển trên mặt đất rất khó khăn; dù thế, để di chuyển nhanh hơn, chim cánh cụt lại có một phương thức đặc biệt, đó là "lướt ván" trên phần bụng của chúng, sử dụng cánh và chân để đẩy thân mình lướt đi trên băng tuyết.

Di truyền

Chim có hai giới tính: trống (đực) và mái (cái). Giới tính của chim được xác định bởi hai nhiễm sắc thể giới tính Z và W, không giống cặp nhiễm sắc thể (NST) X và Y ở động vật có vú. Các con trống có hai nhiễm sắc thể Z (ZZ) và con mái có một NST Z và một NST W (WZ).
Gần như ở toàn bộ các loài chim, giới tính một cá thể được xác định tại thời điểm thụ tinh. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã cho thấy sự xác định giới tính phụ thuộc nhiệt độ ở những con gà tây bụi rậm Úc (Alectura lathami), khi mà nhiệt độ càng cao trong quá trình ấp trứng thì sẽ tạo tỉ lệ mái trên trống cao hơn.

Tuổi thọ

Tuổi thọ của chim rất khác nhau tùy theo loài, có thể từ ba đến bốn năm tuổi đối với một số loài chim sẻ và hơn 50 năm đối với một số loài hải âu, và thậm chí hơn 60 năm tuổi đối với một số loài hiếm có như chim kakapo (Strigops habroptilus). Trong cùng một loài chim, việc thay lông không những phụ thuộc vào mùa, mà còn vào độ tuổi của chim, do vậy việc biết rõ các thông tin này sẽ giúp tính ra tuổi của nhiều loài chim hoang dã. Ngoài ra mức độ khí hóa khung xương cũng là một đặc điểm được sử dụng để ước tính ra tuổi của chim.

Ký sinh

Các sinh vật ký sinh phổ biến ở chim chủ yếu thuộc về các nhóm ghẻ, rận và chấy. Các loài ký sinh khác nhỏ hơn như một số loài thuộc động vật nguyên sinh, thường gây bệnh cho chim.
Ít nhất 2.500 loài ghẻ thuộc 40 họ sống gắn với các loài chim, từ tổ chim, lông, thậm chí mỏ chim như một số loài ghẻ ký sinh trên chim ruồi. Các loài ghẻ này có thể chỉ đơn thuần là ký sinh vô hại hoặc có thể gây ngứa cho động vật chủ, thậm chí là ký sinh có hại như các loài thuộc chi Dermanyssus và Ornithonyssus. Tất cả các loài chim đều bị ảnh hưởng bởi sinh vật ký sinh, ngay cả chim cánh cụt cũng có ve ký sinh trên cơ thể. Đời sống các loài ve tất nhiên phụ thuộc vào từng giống chim cụ thể; tuy thế, ấu trùng ve thường sống trong tổ chim. Các loài ký sinh này có chu kỳ sinh sản ngắn và có thể sinh sôi rất nhanh chóng. Một số loài ký sinh sống bằng lớp da chết của chim, số khác như các loài ký sinh ở chim ruồi thì được mang từ bông hoa này sang bông khoa khác và sống bằng mật hoa. Trong các tổ chim, người ta thậm chí còn phát hiện thấy các loài ký sinh nhỏ sống bám vào các loài ký sinh lớn hơn.
Một số lớn các loài ký sinh có thể gây hại cho chim non hoặc gà con. Tuy thế, một số nghiên cứu cho thấy sự hội sinh này không phải chỉ có hại cho chim. Có khá nhiều nghiên cứu về các tương tác phức tạp giữa sinh vật ký sinh và chim, và nhiều yếu tố đã được tìm hiểu. Và các nghiên cứu cho thấy việc đưa ra các quy tắc đơn giản trong trường hợp này là không dễ dàng.
Một số loài thuộc bộ Ăn lông (như Ischnocera) thường sống bám ở một số loài chim nhất định. Rất nhiều loài thuộc ngành Giun dẹp như sán dây hay sán lá có thể lây nhiễm các loài chim và các con chim này có thể mang chúng đi từ lục địa này sang lục địa khác. Chẳng hạn như các loài chim biển khi ăn các loài nhuyễn thể thuộc chi Cerastoderma, có thể phát tán các loài sán lá ký sinh (các chi Meiogymnophalus, Himasthla,...), truyền sang các động vật chủ khác như các loài chim hoặc các loài động vật thân mềm khác.