Строение тела

Форма тела пингвинов обтекаемая, что идеально для передвижения в воде. Мускулатура и строение костей позволяют им под водой работать крыльями почти как винтами. В отличие от других нелетающих птиц, пингвины имеют грудину с чётко выраженным килем, к которому крепится мощная мускулатура. Плавание под водой отличается от полёта в воздухе тем, что на подъём крыла затрачивается та же энергия, что и на опускание, поскольку сопротивление воды больше, чем сопротивление воздуха, поэтому лопатки пингвинов имеют по сравнению с другими птицами бо́льшую поверхность, на которой крепится мускулатура, отвечающая за подъём крыла. Плечевая кость и кость предплечья соединены в локте прямо и неподвижно, что увеличивает стабильность крыла. Грудная мускулатура развита и составляет иногда до 30% массы тела, что в несколько раз превышает аналогичное соотношение у самых мощных летающих птиц. Бедренные кости очень короткие, коленный сустав неподвижен, а ноги заметно смещены назад, что является причиной необычно прямой походки. Большие ступни с плавательной перепонкой сравнительно коротки — находясь на суше, животные зачастую отдыхают, стоя на пятках, при этом жёсткое хвостовое оперение служит им дополнительной опорой. Хвост пингвинов сильно укорочен, поскольку рулевую функцию, которую он обычно имеет у других водоплавающих птиц, у пингвинов выполняют в первую очередь ноги. Второе явное отличие пингвинов от других птиц — плотность костей. У всех птиц кости трубчатые, что делает их скелет легче и позволяет летать или быстро бегать, а у пингвинов они похожи на кости млекопитающих (дельфинов и тюленей) и не содержат внутренних полостей.

Оперение

Многочисленные мелкие, недифференцированные, похожие скорее на волоски перья, из которых состоит оперение, почти все виды пингвинов имеют на спине серовато-голубой, переходящий в чёрный оттенок, а на животе перья белые. Такая окраска является маскировочной для многих морских животных. Оперение детёнышей чаще серое или коричневое, однако у некоторых видов бока и живот имеют белый окрас. По окончании высиживания яиц и выращивания птенцов у пингвинов начинается смена оперения. Во время линьки пингвины сбрасывают большое количество перьев одновременно и на это время не способны плавать в воде и остаются без пищи до тех пор, пока не отрастут новые перья. Хвостовое оперение — жесткое.

Терморегуляция

В пределах своей среды обитания пингвины подвержены воздействию экстремальных климатических условий и имеют различные анатомические особенности, позволяющие им приспосабливаться к этим условиям. Для теплоизоляции служит в первую очередь толстый — от 2 до 3 см — слой жира, над которым располагаются три слоя водонепроницаемых, коротких, плотно прилегающих друг к другу и равномерно распределённых по всему телу перьев. Воздух в слоях перьев также эффективно защищает от потери тепла при нахождении в воде. У пингвинов имеется хорошо развитая «система теплопередачи» в плавниках и ногах: поступающая в них артериальная кровь отдаёт тепло более холодной венозной крови, оттекающей обратно к телу, таким образом теплопотеря сводится к минимуму. Этот процесс называется «принцип обратного потока».

Органы чувств

Глаза пингвинов прекрасно приспособлены к условиям плавания под водой; роговица их глаз плоская, вследствие чего на суше птицы немного близоруки. Ещё одним средством приспособления является сократительная способность и растяжимость зрачка, особенно ярко выраженная у императорских пингвинов, ныряющих на большую глубину. Благодаря этой особенности глаза пингвинов очень быстро приспосабливаются к меняющимся условиям освещённости в воде на глубине до 100 м. Анализ пигментного состава позволяет сделать вывод, что пингвины видят в синей части спектра лучше, чем в красной, и вероятно, даже воспринимают ультрафиолетовые лучи. Поскольку свет красной части спектра поглощается уже в верхних слоях воды, такая особенность зрения, вероятно, является результатом эволюционной адаптации.

Уши пингвинов, как и у большинства птиц, не имеют чёткой внешней структуры. При нырянии они плотно закрываются особыми перьями, так что вода не проникает внутрь уха. У императорских пингвинов помимо этого край внешнего уха увеличен таким образом, что оно может закрываться, благодаря чему среднее и внутреннее ухо оказываются защищены от повреждений давлением, которые может причинить погружение на большую глубину.

Под водой пингвины почти не издают звуков, а на суше они общаются посредством криков, напоминающих звуки трубы и трещотки. Пока не установлено, используют ли они слух для выслеживания жертвы и обнаружения своих естественных врагов.

Питание

Пингвины питаются рыбой — серебрянкой антарктической (Pleuragramma antarcticum), анчоусами (Engraulidae) или сардинами (семейство Сельдевые), а также ракообразными, такими как эуфаузииды, или криль, или мелкими головоногими, на которых они охотятся, проглатывая прямо под водой. Если разные виды делят между собой одну среду обитания, то их рацион, как правило, различается: пингвины Адели и антарктический пингвин предпочитают криль разного размера.

Виды, питающиеся мелкими ракообразными, в большей степени нуждаются в регулярности питания, чем пингвины, питающиеся рыбой, но на ловлю добычи они тратят гораздо меньше энергии: если последним достаточно одной удачной попытки из десяти, первые должны поймать до шестнадцати рачков за одно погружение — в пересчёте приблизительно один рачок каждые шесть секунд — чтобы восполнить затраты энергии свои и своих детёнышей. Количество погружений в течение одной охоты у каждого вида пингвинов различно и зависит от времени года: во время высиживания птенцов антарктические пингвины совершают более 190 погружений, а у императорских пингвинов в течение их длительных переходов это число может достигать 860 и более.

Во время линьки, а у некоторых видов (пингвины Адели, императорские, антарктические и хохлатые пингвины) также и в период высиживания птенцов, животные вынуждены полностью отказаться от пищи. Этот период у разных видов имеет разную продолжительность — от одного месяца у пингвинов Адели и хохлатых до трёх с половиной месяцев у самцов императорских пингвинов. Птицы теряют до половины массы тела, поскольку вынуждены брать энергию для обмена веществ из запасов жира, накопленных заранее. Самцы и самки субантарктических, великолепных, малых и ослиных пингвинов сменяют друг друга при высиживании птенцов, это позволяет им голодать только в период линьки.

Пингвины пьют в основном морскую воду. Избыток соли выделяется через специальные железы, находящиеся над глазами.

В 2015 году в ходе секвенирования императорских пингвинов и пингвинов Адели открыто, что пингвины потеряли три типа рецепторов вкуса: сладкие, горькие и умами более 20 миллионов лет назад[7][8].

Передвижение

Средняя скорость, которую пингвины развивают в воде, составляет от пяти до десяти километров в час, однако на коротких дистанциях возможны и более высокие показатели. Самым быстрым способом передвижения является «плавание дельфином»; при этом животное на короткое время выпрыгивает из воды, подобно дельфину. Причины такого поведения неясны: вероятно, это способствует уменьшению сопротивления течения, или предназначено для того, чтобы сбить с толку естественных врагов.< p>

Пингвин идет плывя

Пингвины, выпрыгивающие из воды

За день во время кормёжки пингвины могут проплыть около 27 км, на глубине более 3 метров птицы проводят в среднем около 80 минут в сутки. В нырянии некоторые пингвины бьют рекорды: более маленькие виды, такие как папуанский пингвин (Pygoscelis papua), могут находиться под водой в течение одной или (реже) более двух минут и нырять на глубину до 20 метров, но императорские пингвины способны задерживаться под водой на 18 минут и нырять на глубину более чем 530 метров. Хотя именно сверхспособности императорских пингвинов остаются мало изученными, известно, что при погружении пульс животного сокращается до одной пятой от частоты сердцебиения в состоянии покоя; таким образом потребление кислорода уменьшается, что позволяет увеличить продолжительность нахождения под водой при том же объёме воздуха в лёгких. Остаётся неизвестным механизм регулирования давления и температуры тела при погружении на большую глубину.

При выходе из воды пингвины могут в прыжке преодолеть высоту береговой линии до 1,8 м. Из-за их относительно коротких ног на суше пингвины передвигаются, переваливаясь с боку на бок — такой способ передвижения, как доказали исследования биомехаников, экономит много энергии. На суше пингвины развивают скорость 3—6 км ч. На льду пингвины также могут быстро передвигаться — съезжают с гор, лёжа на животе. Некоторые виды преодолевают так многие километры между морем и местом, где обосновалась их колония.