Gli uccelli, una classe di vertebrati che vivono in quasi tutti gli ecosistemi, dall'Artide all'Antartide, sono, secondo gli ultimi studi scientifici, gli unici superstiti dei Dinosauri. È un gruppo numeroso costituito da circa 10000 specie di cui almeno 120 estinte. Le caratteristiche comuni a tutti gli uccelli sono:
• Il becco corneo privo di denti. Esistono differenti tipologie di becco, in base al comportamento alimentare proprio della specie di uccello: a spatola, a cesoia, ad uncino, …
• Mancanza di un vero e proprio naso: le narici si aprono direttamente sulla superficie superiore del becco;
• Presenza di una palpebra accessoria, la membrana nittitante, per ulteriore protezione dell'occhio;
• Mancanza di un vero e proprio orecchio. Gli uccelli dispongono di aperture ai lati del capo, situate dove i mammiferi possiedono le orecchie, adatte a captare i suoni. Alcune specie (gufi, civette, barbagianni, allocchi) però, possiedono tali fori non simmetrici, ma sfalsati, in modo da captare meglio la direzione dei suoni;
• La deposizione di uova dal guscio duro fatto di carbonato di calcio;
• Cuore a due atrii e due ventricoli. La frequenza del battito cardiaco è più elevata di quella dei mammiferi per consentire il dispendio energetico connesso al volo;
• Presenza di piume sul corpo. Le piume fungono da isolante termico verso l'ambiente esterno, esattamente come fanno i peli per i mammiferi. In alcune specie (cigni, anatre, oche, etc.) servono anche per rendere impermeabile all'acqua il piumaggio sottostante, isolando ulteriormente il corpo dell'animale dalla temperatura esterna e facilitandone anche il galleggiamento;
• Presenza di penne sopra le piume che permettono un miglior controllo del volo;
• Omeotermia che permette di mantenere costante la temperatura corporea (tra i 40° e i 42°), esattamente come i mammiferi e, stando ai recenti studi, i dinosauri.
Apparato scheletrico
L'apparato scheletrico si è evoluto per permettere il volo, inducendo peculiari adattamenti quali la modifica dello sterno, che si è appuntito a formare la carena, più aerodinamica e più adatta all'inserzione dei potenti muscoli alari. Gli uccelli che posseggono la capacità di volare hanno ossa cave: le cavità sono spesso collegate con i sacchi d'aria, che si sviluppano dai polmoni. Viceversa, le specie che non sono in grado di volare, come i pinguini, hanno solamente ossa non cave. Le ossa cave (o ossa pneumatiche) sono leggere e prive di midollo osseo e questa caratteristica non consente l'ematopoiesi (ossia la produzione delle cellule del sangue), funzione riservata al fegato ed alla milza.
I volatili hanno anche più vertebre cervicali di tutti gli altri animali, e questo permette loro una grandissima flessibilità del collo, che consiste di un numero di vertebre che varia da 13 a 25 (nei mammiferi sono 7). Altra tipicità degli uccelli è il fatto che sono gli unici vertebrati ad avere la forcula (un osso formato dalle clavicole fuse insieme) che rende più solido lo scheletro permettendo un miglior attacco ai muscoli ai pettorali, utilizzati per il volo, o per il nuoto, nel caso degli uccelli acquatici.
Testa
Gli uccelli sono dotati di una vista molto sviluppata, la migliore nel mondo animale: gli uccelli da preda, come la poiana, posseggono un'acutezza visiva molto sviluppata che permette una visione a distanza 6-8 volte migliore di quella umana, mentre un gufo riesce a vedere perfettamente nel buio più assoluto. Questo adattamento è permesso dall'altissima densità di fotorecettori posti nella retina (in media 1.000.000 per millimetro quadrato, contro i 200.000 degli umani) e da un gran numero di nervi ottici. Molti uccelli, oltre a queste particolarità, possono anche captare la radiazione elettromagnetica corrispondente ai raggi ultravioletti (invisibile all'occhio umano in quanto non possiede i fotorecettori sensibili a questa lunghezza d'onda).
Tutti gli uccelli, ed in particolare quelli migratori, possiedono, all'interno di alcuni neuroni (le cellule del cervello) sottilissimi aghi di magnetite in grado di permettere l'orientamento col campo magnetico terrestre in modo così perfetto da esser funzionale anche per migliaia di chilometri in mare aperto, un luogo notoriamente privo di punti di riferimento
Becco
Il becco è una struttura anatomica esterna degli uccelli usata, oltre che per mangiare, per pulire le penne, per manipolare oggetti, per uccidere le prede, per ricercare il cibo, per nutrire i piccoli ed interviene, in alcuni casi, anche nel corteggiamento. Ci sono varie tipologie di becco, che mostrano diversi adattamenti da parte dei pennuti, avvenuti soprattutto per potersi procurare il cibo in base alle proprie abitudini alimentari.
Il sistema respiratorio
Il sistema respiratorio degli uccelli è estremamente complesso. Vi sono tre differenti organi che intercorrono nella respirazione: i sacchi d'aria anteriori, i polmoni ed i sacchi d'aria posteriori.
I sacchi d'aria (o sacchi aerei) posteriori ed anteriori, tipicamente nove, si espandono durante l'inalazione e sono strutture che possiamo trovare soltanto nei volatili. Non hanno un ruolo diretto nello scambio di gas con l'esterno, ma immagazzinano l'aria permettendo ai polmoni di mantenere un volume costante, grazie all'aria fresca che costantemente arriva dai sacchi. L'aria, durante l'inspirazione, entra all'interno del corpo dell'animale attraverso le narici, passando poi nella trachea. Il 75% supera i polmoni, senza entrarvi, e viene incanalata direttamente nei sacchi d'aria, che si estendono dai polmoni e si connettono con le cavità ossee, che vengono quindi riempite di gas. Il restante 25% di aria inalata, viene invece indirizzato direttamente nei polmoni. Durante l'espirazione, invece, l'aria utilizzata fuoriesce dai polmoni, mentre quella inutilizzata passa dai sacchi d'aria ai polmoni. Quindi, durante entrambe le fasi della respirazione, i polmoni di un uccello ricevono un costante apporto di aria, fatto di fondamentale importanza in un'attività dispendiosa come il volo. Questo meccanismo consente ad alcune specie di volare ad altezze inimmaginabili, dove la concentrazione di ossigeno è estremamente rarefatta. Alcune oche egiziane sono state osservate in volo a 18.000 metri d'altezza. Dal momento che gli uccelli hanno un'alta richiesta di energia per il volo, il loro organismo ha una grandissima domanda di ossigeno.
Strettamente legata all'apparato respiratorio è anche la produzione di suoni da parte dell'animale. La siringe è l'organo, caratteristico degli uccelli, che interviene per questo scopo, ed è localizzato alla base della trachea. Il suono viene prodotto grazie alle vibrazioni indotte dal passaggio dell'aria attraverso quest'organo, che permette, in alcune specie, l'emissione di più tonalità alla volta, producendo vocalizzazioni molto articolate e complesse.
Apparato digerente
Essendo sprovvisti di denti, essi dispongono di un secondo stomaco, lo stomaco trituratore. Il ventriglio, che è interposto tra l'esofago e lo stomaco propriamente detto, il quale ha il compito di triturare il cibo sostituendo così l'azione dei denti. A tale scopo gli uccelli, spesso, ingurgitano volontariamente piccoli sassi che incamerano nello stomaco trituratore, come del resto facevano i dinosauri, stando alle recenti scoperte.
Apparato riproduttore
In alcune specie i maschi non posseggono un organo copulatore. Durante la copulazione, la femmina sposta la propria coda di lato mentre il maschio, ponendosi sul suo dorso, accosta la propria cloaca a quella della femmina, permettendo la fecondazione. Lo sperma viene poi conservato nei tubuli dell'apparato riproduttivo femminile per un periodo che, a seconda delle specie, può variare da una settimana ad un anno. Successivamente le uova vengono fecondate individualmente prima della deposizione. Alcune specie, soprattutto di uccelli acquatici, possiedono un fallo che, quando non utilizzato, viene nascosto all'interno della cloaca.
Penne e piume
Le penne sono tipiche degli uccelli e intervengono nel volo, nell'isolamento termico, nell'impermeabilità e nella colorazione, aspetto di fondamentale importanza nella comunicazione dei volatili. Le penne si formano nei piccoli follicoli presenti nell'epidermide che producono proteine della cheratina. La loro struttura portante è composta dal calamo, la parte che permette l'attacco all'ala, e dal rachide, la continuazione del calamo. Al rachide sono attaccate le barbe che, a loro volta, presentano ai lati le barbule. La penna matura degli uccelli è una parte morta paragonabile al pelo nei mammiferi.
Le penne vengono ricambiate periodicamente nel momento in cui una nuova si forma nello stesso follicolo, da cui la vecchia viene espulsa. Il ricambio delle penne di un uccello viene attuato in maniera da non lasciare nuda nessuna parte del corpo e in modo tale da non compromettere il volo. Le piume, che hanno una struttura molto più ramificata rispetto alle penne, servono ad isolare il corpo degli uccelli proteggendoli dall'acqua e dalle temperature rigide. Alcune piume delle ali e della coda servono anche per regolare il volo.
Il colore assume la funzione mimetica e sessuale, permettendo la distinzione degli individui maschi o femmine. In alcuni casi, tra i due sessi non vi è alcuna differenza di colorazione visibile. I colori delle piume sono prodotti dalla presenza di pigmenti, soprattutto melanine (che danno tonalità di colore che variano dal marrone, nero e grigio) e carotenoidi (che determinano i colori rosso, giallo ed arancio). Un'altra importante caratteristica che determina il colore è la struttura della penna stessa. In questo senso i colori blu e verde della maggior parte dei pappagalli, sono prodotti dall'interazione prodotta dalla riflessione della luce tra differenti livelli della struttura delle penne. Le secrezioni di una speciale ghiandola tipica degli uccelli, l’uropigio, possono avere effetti sulla conservazione delle penne e delle piume, attaccando ed inibendo i batteri che si annidano sulla superficie. Le piume, infatti, rappresentano l'habitat ideale di molti parassiti, pidocchi e acari. Gli uccelli cercano di mantenere la condizione ottimale delle loro piume bagnandosi in acqua, ricoprendosi di polvere o lisciandole con l'aiuto del becco.