1. Chim cổ
Vào năm 1861 và 1877 đã tìm thấy trong lớp đá kỷ Jura hai mẫu hóa thạch chim cổ nhất. Chim cổ (Archaeopteryx) đã có những đặc điểm của chim: thân phủ lông vũ, chi trước biến thành cánh, xương bả hình kiếm, xương đòn gắn thành chạc, hông và chậu cấu tạo theo kiểu hông chim. Chim cổ sống trên cây nhưng chưa có khả năng bay thực sự mà chỉ dùng chi để trèo và nhảy từ cành này sang cành khác.
Chim cổ còn nhiều đặc điểm của bò sát: xương đặc, đuôi dài gồm nhiều đốt. Các đốt sống ngực chưa gắn với nhau. Xương ức chưa phát triển. Sọ có lồi cầu hướng về phía sau như thằn lằn (ở chim lồi cầu chẩm hướng xuống dưới). Lông đuôi mọc hai bên cột sống đuôi dài. Những chim cổ này tập hợp thành Phân lớp Chim đuôi thằn lằn.
2. Tổ tiên của chim
Hầu hết các nhà cổ sinh vật học đều cho rằng tổ tiên chim và Thằn lằn khổng lồ (Dinosauria) đều bắt nguồn từ một Nhóm Thằn lằn cổ Archosauria. Song tổ tiên trực tiếp của chim chưa rõ ràng. Nhưng có thể hình dung quá trình hình thành chim như sau:
Thằn lằn là tổ tiên của chim có đời sống trên cây. Khởi thủy chúng chỉ trèo và nhảy từ cành này sang cành khác. Sau đó các vẩy phát triển tạo thành màng cánh nằm giữa xương cánh tay - xương ống tay và xương cẳng tay, và ở hai bên thân. Các vẩy của thằn lằn này phát triển, nhất là ở chi trước và đuôi làm tăng bề mặt thân của thằn lằn. Về sau các vẩy phát triển dài ra và rộng bản thành lông chim.
3. Hướng tiến hóa của chim
Xương chim nhẹ, xốp, nên dễ bị phân hủy, chỉ trong điều kiện thuận lợi nhất mới có thể trở thành hóa thạch.
Đến năm 1952, các nhà cổ sinh vật học đã ghi chép được trên 780 loài chim hóa thạch. Mặc dù hầu hết là các hóa thạch chim thời đại tương đối gần đây, nhưng đã cho biết khá đầy đủ các dạng trung gian để tạo ra bức tranh tiến hóa và quan hệ họ hàng của chim từ chim cổ Archaeopteyx kỷ Jura đến gần đây.
Hóa thạch chim đuôi quạt cổ nhất tìm thấy trong địa tầng kỷ Bạch Phấn. So với chim cổ Archaeopteryx, chim cổ kỷ Bạch Phấn đã có nhiều nét của chim hiện đại.
Chim kỷ Bạch Phấn phân hóa thành hai nhóm thích ứng 2 môi trường khác nhau:
- Nhóm chim ở nước (Hesperornis) thiếu cánh và gờ lưỡi hái không phát triển. Chân sau bốn ngón hướng về phía trước.
- Nhóm chim bay (Ichthyornis) có cánh và xương lưỡi hái phát triển như chim hiện đại.
Cả hai nhóm chim này thực chất là chim hiện đại nhưng cũng như chim cổ Archaeopteryx, chúng có nhiều răng ở xương hàm, khớp hàm giống bò sát, não bộ nhỏ so với chim hiện đại. Chúng làm thành hai bộ riêng biệt xếp trong Trên bộ Chim có răng (Odontornithes) bị tuyệt diệt cuối kỷ Bạch Phấn.
Đầu kỷ Đệ tam của đại Cận sinh có sự thay đổi đột ngột trong giới chim. Số loài chim tăng lên rất nhiều có hình dạng như các bộ chim hiện nay.
chim, nhất là chim ở đảo. Chim không biết bay ở lục địa là chim đà điểu. Chúng có thể bắt nguồn từ chim bay. Trong phát triển tiến hóa khả năng bay bị mất đi.
- Chim bơi hình thành bộ chim cánh cụt nam cực, không biết bay. Song trong khi bơi, chúng đã dùng đôi cánh như mái chèo như đôi cánh chim bay.
- Chim bay có cánh và xương lưỡi hái phát triển.
V. Sinh thái học chim 1. Điều kiện sống và phân bố
Chim có những điều kiện sống thuận lợi hơn các lớp động vật có xương sống khác. Chim có những đặc điểm cấu tạo thích nghi với việc bay trên không, vì vậy chúng có phần lớn đời sống trong không trung. Và do đó chúng có sự phân bố rộng rãi với những thuận lợi nhất định. Chúng có thể vượt qua các chướng ngại vật để đến được những nơi chúng muốn đến, để tìm kiếm thức ăn và nơi sống thích hợp. Chim ít sợ nguy hiểm nhờ lối sống bầy đàn. Chim là động vật đẳng nhiệt, hệ thống trao đổi khí hữu hiệu, não bộ phát triển để thành lập nhanh các phản xạ có điều kiện, tăng khả năng thích ứng với mọi thay đổi bất lợi của môi trường.
Các đặc điểm thích nghi này đã giải thích tại sao chim có sự phân bố rộng rãi trên trái đất hơn bất cứ lớp động vật có xương sống nào, kể cả các vùng cực. Chúng có thể sống ở các dãy núi cao trên 7000m như ở Hymalaya, tại các hoang mạc như Sahara, Gobi hoặc ở các đảo hoang trên đại dương, ở Bắc cực nơi có đêm dài vô tận.
Tuy nhiên số loài chim cũng thay đổi tùy miền, tùy điều kiện thức ăn và điều kiện sống thích hợp.
Những nơi có ít loài thì số lượng cá thể rất đáng kể: bắc cực chỉ có vài loài chim nhưng chủng quần chim rất lớn. Mỗi loài chim sống trong điều kiện thích nghi chặt chẽ với môi trường sống. Vì vậy, có một số loài chim mặc dù bay xa tổ hàng ngàn kilomet để kiếm ăn, vẫn trở về nơi làm tổ trong những mùa và giai đoạn phát triển nhất định.
2. Chuyển vận
Hình thức vận chuyển cơ bản của chim là bay, ngoại trừ một số loài mất khả năng bay. Bộ cánh là cơ quan chủ yếu nâng chim bay. Cấu tạo cánh chim tuân theo quy luật khí động học. Vị trí và hình dạng các lông cánh làm bề mặt trên của cánh phồng và mặt dưới lõm. Khi nâng cánh lên, không khí có thể trượt dễ trên cánh, nhưng khi cánh đập, sức cản của không khí khá lớn làm thân chim bay bổng lên.
Mặt khác, bờ trước cánh dày và chắc, bờ sau mỏng và đàn hồi nên hơi uốn cong lên khi chim đập cánh.
Do vậy thân chim được đẩy về phía trước.
Các dạng cánh cơ bản: Cánh chim khác nhau về hình dạng và kích thước:
- Cánh dạng ellip: chim sẻ, gõ kiến, ác là. Tỷ lệ dài/rộng nhỏ. các dạng ellip có nhiều khe hở giữa các lông cánh sơ cấp. Tốc độ bay chậm. Cánh đập liên tục
- Cánh bay nhanh: ở chim bắt mồi khi bay như nhạn, én, nhạn biển,.. có cánh hơi quặt lại và đầu cánh vuốt nhọn. Tỷ lệ dài/rộng vừa phải. Không có các khe hở giữa các lông cánh. Đập cánh ít, lướt nhanh như tên.
- Cánh chim bay lướt: chim bay liệng trên đại dương như hải âu. Tỷ lệ dài/rộng cánh lớn, giống như cánh buồm. Cánh hẹp ngang, không có khe cánh, biến đổi thích nghi với bay nhanh, cao và lướt động. Hiệu quả khí động học cao nhất trong tất cả các loại cánh
- Cánh bay cao: chim ưng. kền kền, cắt, diều,... là chim ăn thịt. Có khe cánh, khung cánh vồng lên, bề rộng lớn.
Bốn kiểu cánh cơ bản tạo ra 4 biểu bay:
- Bay chèo liên tục: các dạng ellip. Lối bay này khác nhau tùy loài, dạng cánh và cỡ lớn của chim. Năng lượng bay dựa vào năng lượng của chim.
- Bay chèo - lướt: dạng bay nhanh, đạp cánh ít rồi lướt đi bắt mồi.
- Bay lướt động: Chim biển có cánh bay lướt, lợi dụng sự thay đổi tốc độ gió để bay. Rất nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ của kkhí, điều chỉnh góc độ của cánh có thể lướt nhanh, lên cao, xuống thấp, rẽ phải rẽ trái.
- Bay lướt tĩnh: Do trong không trung luôn có các dòng khí đối lưu nên cánh chim bay cao lợi dụng các luồng khí đó để nâng cánh chim. Chim cần một năng lượng nhỏ để giương cánh.
3. Hoạt động ngày và mùa
Khác với ếch nhái và bò sát, hoạt động ngày và mùa của chim không phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm, mà chủ yếu do khả năng kiếm thức ăn quyết định.
Hoạt động ngày
Các loài chim ăn hạt, ăn thực vật và động vật thường hoạt động vào ban ngày, gọi là chim ăn ngày. Chúng hoạt động từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn. Nhóm này gồm đa số loài chim ăn sâu bọ (chích chòe, sáo, chèo bẻo, chim sâu,...), chim ăn quả hạt (gà, vịt, sẻ,...), một số loài chim ăn thịt (diều hâu, cắt,...), chim ăn cá (bói cá, bồng chanh, trảu,...). Mắt cấu tạo thích nghi với hoạt động ban ngày.
Một số loài chim kiếm ăn nhờ mắt, tai, mũi. Chúng ăn động vật đi ăn đêm và thuộc nhóm chim ăn đêm. Chúng hoạt động từ lúc xẩm tối đến đêm khuya. Nhóm này chủ yếu gồm các loài chim ăn thịt (cú vọ,...) với các đặc điểm thích nghi: mắt lớn, nhỡn cầu cầu sâu và võng mạc nhiều tế bào hình que. Tai phát triển có lỗ tai rỗng với nếp da làm thành vành tai. Bộ lông mềm, màu nâu xám làm cho chim bay nhẹ nhàng không tiếng động và dễ lẫn vào màn đêm. Một số chim ở nước cũng hoạt động vào đêm (diệc, vạc, sếu, ngỗng, mòng két,...). Một số chim ăn sâu bọ (cú muỗi) hoạt động lúc hoàng hôn
Nhịp điệu hoạt động ngày đêm thay đổi lùy loài chim và tùy mùa và chủ yếu là nhân tố thức ăn.
Mùa đông các loài chim ăn sâu bọ thường hoạt động muộn và về tổ sớm trong khi mùa hè chúng hoạt động rất sớm và về rất muộn. Các loài chim trong bộ Cuculiformes hoạt động suốt ngày đêm trong mùa sinh dục. Tiếng kêu của các loài bắt cô trói cột (Cuculus micropterus) hoặc tìm vịt (C. merulinus) trong mùa sinh sản liên tục không nghỉ.
Hoạt động mùa
Hoạt động này của các loài chim gắn liền đặc tính vốn có của các loài chim - hiện tượng di cư.
Một số loài sống trong những điều kiện thuận lợi không di chuyển nơi ở trong năm. Đó là nhóm chim định cư. Chúng thường ghép đôi và làm tổ suốt đời sống (cốc đen, cò bợ, cu gáy, sáo,...)
Di cư giúp chim tránh được các điều kiện khí hậu khắc nghiệt, có thể sống trong điều kiện khí hậu thuận lợi nhất trong mọi thời gian trong năm, sinh sống ở nơi có nguồn thức ăn đầy đủ. Di cư cũng tạo ra những điều kiện tối ưu cho sinh sản và nuôi dưỡng chim non. Di cư làm tăng khoảng không gian rộng lớn, giảm sự cạnh tranh lãnh thổ.
Tác nhân kích thích sự di cư
Ngày dài hay ngày ngắn, nhiệt độ gây nên hoạt động nội tiết bất thường, kích thích sự di cư của chim. Độ dài ngày tăng lên sẽ tăng kích thích thùy trước tuyến yên hoạt động sản sinh ra hormon kích thích sinh dục. Hormon này gây ra sự thay đổi phức tạp về tập tính, sinh lý, dẫn tới phát triển tuyến sinh dục, tích lũy mỡ, tập tính khoe mẽ, ghép đôi, chăm sóc con non. Do đó chim trú đông bay về phương bắc.
Nguồn gốc sự di cư
Di cư là một tập tính của nhiều loài chim, trở thành bản năng di truyền có từ thời xa xưa. Về nguồn gốc di cư có hai giả thuyết:
- Xưa kia chim đã phân bố trên bán cầu bắc vào thời kỳ khí hậu ấm, thức ăn nhiều. Đến thời kỳ băng hà bắt buộc chim phải di chuyển xuống phía nam. Khi băng hà rút chim quay trở lại phương bắc vào mùa xuân ấm. Sự di chuyển theo mùa như thế đã trở thành tập tính của chim.
- Quê hương cổ xưa của chim là vùng nhiệt đới. Một số chim đã chuyển lên phương bắc để tránh sự đông đúc và cạnh tranh vùng sinh sản. Chúng quay trở lại quê hương sau khi đã sinh sản và con non đã phát triển đầy đủ.
Đường di cư
Hầu hết chim di cư thiết lập đường di cư theo hướng bắc nam. Chim di cư thường không theo đường thẳng mà theo đường thuận lợi nhất cho chúng.
Thời gian trên đường đi tùy loài. Nhiều loài chim nước thường hòan thành con đường di cư trong thời gian ngắn. Loài khác kéo dài thời gian trên đường di cư vì chúng vừa di cư vừa kiếm mồi. Nhiều loài bay theo các mốc như theo bờ sông, bờ biển. Có loài bay vượt biển. Đường đi di cư có thể rộng hay hẹp.
Nhiều loài chim bé di cư ban đêm, ban ngày kiếm ăn. Chim khác di cư ban ngày, ban đêm nghỉ.
Chim nước di cư cả ngày lẫn đêm. Độ cao di cư tùy loài: 90% chim bay dưới 1500m. Sếu bay cao 3000m.
Khoảng cách đường di cư cũng khác nhau. Nhạn biển đuôi dài (Sterna paradisea) sống, sinh sản ở Bắc cực, còn trú đông ở Nam cực, khoảng cánh 1800km. Nhiều loài di cư theo đàn, đồng loạt; các loài khác di cư con trước con sau hay theo gia đình.
Định hướng trong di cư
Hầu hết chim di cư định hướng nhờ thị giác. Chim nhận biết các mốc định hình và theo đường đi quen thuộc. Nhưng khi di cư vượt biển, ngoài nhờ thị giác chim còn định hướng theo cách riêng của chúng. Gần đây cho rằng chim có thể cảm nhận hướng và di cư vượt biển nhờ từ trường trái đất.
Chim vượt biển còn có thể nhờ định hướng góc phương vị ánh sáng mặt trời ban ngày và các ngôi sao lớn vào ban đêm.
Hầu hết các loài chim sử dụng kết hợp các loại tín hiệu môi trường và bản năng bẩm sinh để di cư.
Di cư rất nguy hiểm cho chim. Chọn lọc tự nhiên sẽ loại đi những cá thể bay sai lệch khi di cư, chỉ còn lại những cá thể vượt biển tốt nhất để phát triển loài.
5. Thức ăn
Tùy theo thức ăn chủ yếu chia chim thành các nhóm:
- Chim ăn thịt
- Chim ăn xác động vật - Chim ăn cá
- Chim ăn sâu bọ - Chim ăn hạt - Chim ăn quả - Chim hút mật
Thức ăn thay đổi theo mùa, tuổi. Chim non ăn sâu bọ, lớn ăn hạt hay thức ăn khác,...
6. Sinh sản và phát triển phôi thai
Đa số loài chim chỉ sống đôi vào mùa sinh sản, sau đó kiếm ăn riêng rẽ hay từng đàn. Chỉ một số loài sống đôi cả đời như sếu, uyên ương,... Chim biển thường tập trung thành đàn làm tổ và chăm sóc con. Chim ở đất liền, trừ vài loài sáo sống đàn, đa số chim tìm nơi biệt lập làm tổ chăm sóc con.
Nhiều loài chỉ ghép đôi một trống một mái. Song có loài như gà có hiện tượng đa giao, do vậy có sự chọn lựa con trống.
Trong thời kỳ ghép đôi, chim đực bị kích thích sinh dục thường có những hoạt động không bình thường (kêu, hót, chọi nhau,...) Đó là hiện tượng khoe mẽ. Chim trống chiếm cứ một vùng làm tổ và đánh đuổi con trống khác xâm nhập vùng làm tổ của nó.
Mỗi cặp chim làm tổ ở một khu vực được chim trống bảo vệ khá chặt chẽ bằng tiếng hót, kêu. Nơi làm tổ thường thuận lợi cho chăm sóc con non. Phạm vi làm tổ thay đổi tùy loài và địa phương, liên quan đến thức ăn và sinh cảnh.
Một số chim ở bờ nước không làm tổ, đẻ trứng trên bãi cát, đám sỏi, khe đá. Tổ chim được xây dựng từ thô sơ (cu gáy) đến các dạng rất công phu (chim sâu). Chim bói cá đào hang ở bờ nước làm tổ, do vậy thời gian làm tổ có thể nhanh hay lâu.
Nguyên vật liệu làm tổ tùy loài: cành cây, lá cây khô, cỏ rác,... Những loài yến, nhạn biển làm tổ bằng bùn trộn với rong biển và nước bọt. Có loài chim chân to châu Úc đẻ trứng vùi vào đất cát, đất xốp hay xác thực vật.
Nhiều loài chim đẻ đủ trứng mới bắt đầu ấp, có loài ấp ngay sau khi đẻ trứng đầu tiên. Thời gian ấp trứng thay đổi từ 15-30 ngày. Vài loài ấp lâu hơn. Hải âu chúa ấp 62 ngày.
Một số loài không biết làm tổ và không biết ấp trứng. Chúng vùi trứng trong bãi cỏ, trong cát nhờ năng lượng mặt trời ấp trứng. Một số loài đẻ vào tổ chim khác và nhờ ấp trứng.
Chim non mới nở ra có hai loại: chim non khỏe và chim non yếu. Chim đơn giao cả con trống và mái nuôi con. Nhiều loài chỉ con trống hay con mái nuôi con. Phần lớn sai khác đực cái thể hiện về màu sắc lông, mào, tiếng hót,... sự sai khác đó suốt đời hoặc trong mùa sinh sản.
Phát triển phôi thai ở chim:
Trứng thụ tinh khi rơi vào vòi Fallop, tiếp tục phân cắt thành đĩa phôi trong khi di chuyển. Nếu trứng được ấp, đĩa phôi phát triển như sau:
Phần trung tâm trong suốt của đĩa phôi lồi lên làm thành vùng trong. Cạnh sau lõm vào làm thành bờ và kéo dài ra phía sau thành dải nguyên thủy, là nơi phát sinh trung bì. Mút trước của dải này gọi là