El esqueleto ofrece bastante analogía con el de los mamíferos, y mucha más aún con el de los reptiles, particularmente los del orden de los saurios; pero se nota en el de las aves una tendencia manifiesta a disminuir en todo lo posible su peso específico para así favorecer el vuelo.
Así como en los mamíferos los huesos son pesados y están llenos de médula, en las aves están formados por una sustancia muy compacta y en su interior presentan grandes cavidades que se llenan de aire o en que se hace el vacío por medio de unas cámaras aéreas colocadas en diferentes partes del cuerpo y que pueden comunicarse con los pulmones. Esta propiedad, que puede llamarse neumaticidad, se va desarrollando gradualmente a medida que el ave se ejercita en el vuelo. En un principio, cuando las aves son jóvenes, tienen los huesos llenos de una especie de médula casi líquida que poco a poco va resolviéndose hasta que aquéllos quedan en disposición de poderse llenar de aire.
Como fácilmente se comprende, la neumaticidad se halla mucho más desarrollada en unas aves que en otras; por ejemplo, en las aves cuyo vuelo es muy rápido y sostenido, aquélla llega a su mayor grado de perfección (albatros, halcones, águilas, etc.), al paso que en las del orden de las corredoras hay muchas que no presentan más que pequeños vestigios de ella en los huesos de la cabeza, teniendo los demás llenos de médula, principalmente los de las patas (avestruces, ñandús, apterix, etc.), careciendo por lo tanto de la facultad de volar.
El cráneo es muy abovedado y se compone de varios huesos cuyos bordes suturales, que en un principio son muy visibles, quedan luego soldados entre sí de tal manera que no subsiste la menor huella de su primitiva separación. Los huesos que forman la cara son pequeños, pero muy alargados; las órbitas son muy grandes y la pared huesosa que las separa es sumamente tenue y aun a veces incompleta. Delante del agujero occipital hay un solo cóndilo, lo cual comunica a la cabeza una movilidad mucho mayor que la de los mamíferos.
Las vértebras cervicales son muy movibles y su número varía de nueve a veinticuatro; en cambio las dorsales y lumbares son inmóviles y se encuentran con frecuencia soldadas entre sí. Las coxígeas se encuentran casi siempre soldadas unas con otras y están muy desarrolladas, particularmente la última que se halla destinada a sostener las rectrices o grandes plumas de la cola.
Las costillas son anchas y delgadas, su número es siempre igual al de las vértebras dorsales, y se articulan por un extremo con las vértebras a que pertenecen y por el otro con el esternón por medio de huesos especiales. El esternón afecta la forma de un gran tocado en cuya parte central hay tina cresta huesosa llamada quilla, cuya altura y dimensiones están en relación directa con los robustos músculos que allí se insertan. La pelvis es mucho más larga que la de los mamíferos. En la cintura escapular los omoplatos, que son largos y delgados, se apoyan a uno y otro lado de la columna vertebral sobre las costillas y se unen por delante con el hueso coracoides (clavícula) para formar la articulación del hombro; las clavículas, por su parte, quedan soldadas por sus extremos anteriores y constituyen el hueso furcular.
El esqueleto del ala se compone: del brazo o húmero, del antebrazo, en que el cúbito está, muy desarrollado al paso que el radio es muy endeble; de dos huesos metacarpianos y algunas veces tres, y de tres dedos, que son: el pulgar, el grueso y el pequeño; con frecuencia el pulgar está provisto de una uña en forma de garra que queda oculta debajo de las plumas.
Las extremidades posteriores comprenden el anca, la pierna, el tarso y el pie, o lo que es lo mismo, los dedos. El peroné está atrofiado y soldado a la tibia que es muy robusta; el tarso es un solo hueso largo con el cual se articulan los dedos. Casi siempre hay tres dedos dirigidos hacia delante y uno hacia atrás; sin embargo, se encuentra multitud de variaciones en la colocación de ellos.
De los músculos, los principales, es decir, los que alcanzan mayor desarrollo y adquieren un volumen desconocido en los demás vertebrados, son los pectorales destinados a mover el ala; los del dorso son endebles; en los miembros posteriores solamente el anca y la pierna suelen tener algunos músculos robustos, pues por regla general en la región de los tarsos no existen más que tendones; los músculos del cuello tienen casi siempre bastante desarrollo, al paso que los de la cara son rudimentarios.
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