Млекопитающие животные: происхождение, строение и виды

Класс млекопитающих - это группа позвоночных, характерная особенность которых видна из ее названия: эти животные вскармливают детенышей молоком. Это общепринятое на сегодня определение. На сегодняшний день эта группа включает в себя более пяти тысяч видов, в число которых входит наш Homo sapiens. Населяют они все континенты, а также моря и океаны. По строению и разнообразию органов и систем (особенно нервной) являются самым высокоразвитым классом среди всех позвоночных.

Оглавление:

• Эволюция млекопитающих
• Цинодонты и первые млекопитающие
• Строение тела и физиологические особенности
• Поведение и образ жизни
• Таксономия и виды млекопитающих

Класс млекопитающих - это группа позвоночных, характерная особенность которых видна из ее названия: эти животные вскармливают детенышей молоком. Это общепринятое на сегодня определение. На сегодняшний день эта группа включает в себя более пяти тысяч видов, в число которых входит наш Homo sapiens. Населяют они все континенты, а также моря и океаны. По строению и разнообразию органов и систем (особенно нервной) являются самым высокоразвитым классом среди всех позвоночных.

Эволюция млекопитающих

Происхождение этого класса животных уходит своими корнями в каменноугольный период. В это время разошлись пути амниот - позвоночных, которые откладывали яйца в твердой оболочке.

Амниот отличал от земноводных прежде всего этот признак: им не требовалась вода, чтобы размножаться, в яйце был необходимый запас питательных веществ для роста зародыша. Таким образом, амниоты освоили относительно далекие от водоемов участки суши, а значит, получили ряд эволюционных преимуществ.

Среди этой группы стали выделяться синапсиды, характерной чертой которых стала специализация зубов и особенности строения нижней челюсти. Это было важным преимуществом в питании, позволявшим расширить свой рацион в любом месте обитания. Также палеонтологи в последних докладах предполагают, что кожа синапсид не имела чешуи, зато была снабжена железами: это помогало регулировать теплоотдачу и уровень жидкости в организме. Синапсиды и были предками млекопитающих.

Периодизация эволюции млекопитающих включает в себя следующие периоды:

1. Выделение из амниот группы синапсид в каменноугольном периоде.
2. Выделение терапсид.
3. Эволюция цинодонтов от пермского до триасового периода.
4. Развитие класса млекопитающих и занятие ими экологических ниш, оставленных вымершими динозаврами.

Специализация зубов

Гетеродонтизм дал важное эволюционное преимущество предкам млекопитающих. Он представляет собой разделение зубов по форме и выполняемым функциям. Зубы млекопитающих делят на три типа: резцы, клыки и моляры. По степени развитости тех или иных типов зубов можно судить о том, как питается конкретный вид животных. Так, у хищников самые развитые зубы - клыки, а у грызунов - резцы. У жвачных хорошо развиты моляры, позволяющие перетирать растительную пищу с большим количеством клетчатки. На картинке представлены зубы человека: резцы (I), клыки (C), премоляры (B), моляры (M).

При этом у части млекопитающих зубы могут редуцироваться. Иногда это происходит со всеми зубами, иногда только с одним типом. В ряде случаев у некоторых видов бывает даже вторичный гомодонтизм, такая особенность свойственна китам. Характеристика зубной формулы - один из определителей вида.

Гомойотермия

У предков млекопитающих получила развитие настоящая теплокровность. Ее становлению способствовали такие их отличительные признаки, как строение кожи и возможность поддерживать высокий метаболизм с помощью питания.

К пермскому периоду для поддержания теплокровности у терапсид - одной из групп синапсид - появляются такие механизмы как:

• разделение сердца на четыре камеры, что позволяет не смешиваться артериальной и венозной крови, так эффективнее расходуется кислород;
• формирование костного нёба, окончательно отделившего дыхание и пищеварение, во время еды животное может дышать.

Последнее стало частью модификации всей челюстной системы. Жевательная мускулатура получила развитие, изменилось строение челюстного сустава, и из части кости нижней челюсти образовались слуховые косточки, на основе которых позже сформируется слуховой анализатор - ухо.

Маммализация

Кожа является одним из средств терморегуляции организма. Эту функцию она осуществляет благодаря потовым железам, которые отводят излишнее тепло в виде жидкости (пот), а также наличию шерсти - она помогает сохранить тепло при низких температурах.

Была ли у зверозубых шерсть - спорный вопрос, но наличие потовых желез является фактом. Из их части постепенно возникли современные молочные железы. Изначально их роль в выкармливании потомства была скромной: детеныш, возможно, восполнял слизыванием жидкости недостаток воды и минеральных солей.

Развитая молочная железа и сейчас свойственна не всем млекопитающим. Так, однопроходные (в школьных учебниках они называются яйцекладущими, в противовес живородящим), представленные на данный момент утконосом и ехидной, не имеют сосков, и детеныш слизывает выделяющееся молоко. Сосок появился у другой ветви млекопитающих позже.

Молочные железы располагаются не где попало, а вдоль так называемых молочных линий, идущих от паха к подмышкам.

Цинодонты и первые млекопитающие

В пермском периоде из группы звероподобных выделяются цинодонты. Эти существа имели почти все признаки современных млекопитающих, и именно от одной из их ветвей в следующем периоде, триасовом, ведут свое происхождение млекопитающие.

Кто относится к млекопитающим - вопрос не такой простой, но в качестве условий, позволяющих относить то или иное животное к этому классу, можно принять совокупность отличительных признаков, а именно: теплокровность, лактацию и специализацию зубов.

Мы можем отнести к нему и такие исключения, как голый землекоп (вторичная холоднокровность) или касатка (зубы однородны), но в классификации переходных видов есть определенные сложности.

Последние виды не млекопитающих цинодонтов вымерли в меловом периоде, а другие виды синапсид не пережили массовое пермское вымирание. В мезозойской эре большие экологические ниши заняли динозавры - один из подклассов пресмыкающихся. Млекопитающим пришлось приспосабливаться к этому миру гигантов.

Первые из них имели небольшие размеры, но это не помешало их развитию. Именно тогда же, в позднем триасовом периоде, произошло выделение одного из подклассов млекопитающих - яйцекладущих, представленных сейчас двумя родами.

Позднее, в юрском периоде, развилось живорождение, и другая ветвь млекопитающих разделилась еще на две: сумчатых и плацентарных, или зверей. Точный механизм появления такого органа, как плацента, окончательно не изучен. Но с тех пор плацентарные, или, как их еще называют, звери, постепенно вытесняют однопроходных и их сумчатых собратьев из экологических ниш, и многие древние сумчатые нам известны только по находкам скелетов. Последние сумчатые и сохраниться смогли только благодаря тому, что Австралия, где проживают почти все их виды, долгое время была изолированным материком.

Строение тела и физиологические особенности

Несмотря на то что млекопитающие - очень разнообразный класс по своим формам, можно кратко выделить ряд общих черт в их анатомии, которые отличают их от других классов позвоночных.

Скелет

Млекопитающие имеют внутренний скелет, и его отличие от скелетов других классов состоит главным образом в строении черепа. Кости черепа рано срастаются в единую коробку, которая по своим размерам сравнительно крупная. В отличие от других позвоночных, у них наблюдается наличие твердого нёба и слуховых косточек - молоточка и наковальни, сформировавшихся когда-то из части нижней челюсти.

Позвоночник условно можно поделить на пять отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой, но количество позвонков в них зависит от вида.

Конечности имеют сходное строение, но степень развития разных костей отражает способ локомоции животного. Так, у лошади длинные конечности и строение плюсневых костей характерно для пальцеходящих, а вот китообразные фактически лишились тазового пояса за ненадобностью.

Мускулатура

Она сильно дифференцирована, что позволяет совершать разнообразный диапазон движений. Наибольшее развитие получают те мышцы, которые участвуют в перемещении тела; сильные мышцы конечностей отличают млекопитающих от пресмыкающихся. У последних ноги находятся по сторонам от тела, у первых - под ним. Это позволяет делать шаги с большей амплитудой.

Важным отличительным признаком является наличие диафрагмы - мышцы, разделяющей грудную и брюшную полость.

Сердце и кровеносная система

Млекопитающие имеют четырехкамерное сердце, состоящее из двух отделов, каждый из которых, соответственно, имеет предсердие и желудочек. Такое деление обусловлено двумя кругами кровообращения, один из которых проходит по внутренним органам, отдавая им кислород, а второй идет через легкие, где происходит насыщение кислородом. Таким образом, артериальная и венозная кровь не смешиваются.

Кровеносные сосуды делятся по своему строению на три группы: артерии, вены и капилляры. Они отличаются строением стенок: кровь в артериях находится под давлением, поэтому их стенки более толстые и способны к сокращению. Вены имеют более тонкие стенки, но снабжены системой клапанов, препятствующих обратному току крови.

Самые тонкие стенки у капилляров - именно через них кровь выполняет свою транспортную функцию. В легких капилляры проходят через систему альвеол, фильтрация крови также проходит в печени и почках, а обмен кислорода на углекислый газ в тканях таким же образом происходит через капиллярные стенки.

Кровеносную систему дополняет лимфатическая. Она незамкнутая и состоит из сосудов разного диаметра, заполненных плазмой крови. Лимфатическая система несет важную функцию: именно она транспортирует в кровь лимфоциты - клетки иммунной системы.

Дыхательная система

Дыхание осуществляется легкими - парным органом, находящимся в грудной полости. Доставка кислорода в легкие идет по дыхательным путям - носу, носоглотке, гортани, трахеи и бронхам.

Процесс газообмена осуществляется в альвеолах - нижних отделах дыхательной системы.

Управляет дыханием продолговатый мозг, реагирующий на концентрацию углекислого газа в крови.

Интересна дыхательная система у морских млекопитающих - китообразных. Их ноздри смещены вверх и снабжены клапаном, предохраняющим легкие от попадания в них воды, гортань отделена от глотки полностью, а альвеолы отличаются крупными размерами. Их заполнение активно регулируется мускулатурой, что позволяет усваивать с одного вдоха большее количество кислорода, чем наземные животные. Все это позволяет осуществлять большие задержки дыхания: кашалот может нырять на 1 км глубины и не дышать 1,5 часа.

Пищеварительный тракт

Состоит из ротовой полости, глотки, пищевода, желудка и двух отделов кишечника. От других животных млекопитающие отличаются большей длиной пищеварительного тракта, наличием симбиотического пищеварения (в ЖКТ живут различные микроорганизмы, способствующие расщеплению пищи) и сильной специализированностью. Так, у хищных животных кислая реакция pH, круглый желудок и сравнительно короткий кишечник. А вот жвачные животные обладают четырехкамерным желудком.

Выделительная система

Она представлена почками, мочеточниками, мочевым пузырем и мочеиспускательным каналом.

Почки выводят из организма избыток воды (наряду с легкими и кожей), солей, аммиака и продуктов распада пуриновых оснований. Строение элементарных единиц почки - нефронов - максимально соответствует виду животного и особенностям его метаболизма. Так, верблюд - обладатель длинных нефронов, и его почки выделяют концентрат, а у видов, обитающих в более комфортных по водному режиму условиях, моча гипотоническая.

Эндокринная система

Принципиально не отличается от таковой у других классов, и состоит из гипофиза, эпифиза, надпочечников, щитовидной, паращитовидных, вилочковой, поджелудочной и половых желез. У млекопитающих эти железы имеют большую специализацию, а некоторые из них выполняют и внешние функции. Так, поджелудочная железа вместе с выработкой инсулина и еще двух гормонов производит расщепляющий жиры фермент и выводит его по протоке в пищеварительный тракт.

Нервная система и органы чувств

Млекопитающим свойственна сильная цефализация: их головной мозг в 3-5 раз превосходит по своим размерам спинной благодаря развитым большим полушариям. Им отдается важная роль в регуляции поведения животных: чем более развита кора полушарий, тем шире диапазон поведенческих реакций.

Высшая нервная деятельность млекопитающих имеет тенденцию к замене безусловных рефлексов условными, инстинктов - навыками, а у приматов - даже зачатками мышления. Это дает представителям данного класса важное преимущество перед другими, поведение которых базируется на инстинктах.

Нервная система делится на центральную и периферическую. Последняя представлена нервами, идущими от головного и спинного мозга. Первая - собственно головным и спинным мозгом. Структура головного мозга была унаследована от предков и включает в себя те же отделы:

• продолговатый мозг;
• мозжечок;
• промежуточный мозг;
• мозолистое тело;
• мост;
• средний мозг;
• большие полушария (конечный мозг).

Как уже было сказано ранее, отличается не строение мозга, а пропорции и значимость его частей.

Нервные окончания представлены нервно-мышечными синапсами и рецепторами, часть из которых развились в самостоятельные органы чувств. Их насчитывается пять - глаза (зрение), уши (слух), нос и вомероназальный орган (обоняние), рецепторы на языке (вкус) а также кожа и вибриссы (осязание и сомато-висцеральная чувствительность). Степень развитости каждого из них у животных разная и обусловлена его образом жизни.

Репродуктивная система

Оплодотворение у млекопитающих внутреннее. Репродуктивный цикл самки включает в себя состояние беременности, если не брать в расчет утконосов и ехидн, откладывающих яйца. Сумчатые животные вынашивают детенышей только в эмбриональной фазе, затем они переходят в сумку на животе матери. Плацентарные вынашивают беременность от 20 (мышь) до 660 (слон) дней, и детеныш рождается более зрелым и приспособленным к существованию в открытой среде.

Характерной особенностью млекопитающих также является конечный набор ооцитов, которыми образуются в яичниках самки еще до ее рождения. В связи с этим репродуктивный период жизни у самки теоретически ограничен, хотя в природе до менопаузы доживают только некоторые виды дельфинов (в неволе это удается также кошкам и шимпанзе). Почему природе это понадобилось? Наука не дает однозначного ответа, есть лишь ряд гипотез.

Кожные покровы

Кожа млекопитающих состоит из трех слоев: дермы, эпидермиса и подкожной жировой клетчатки. Дерма представляет собой плотный слой из старых клеток, в котором есть поры, являющиеся протоками потовых и сальных желез, а также шерсти. Корни этих образований находятся в эпидермисе - более молодом слое.

Под эпидермисом находится подкожная жировая клетчатка, являющаяся энергетическим запасом животного. Эта клетчатка является одной из основ терморегуляции: когда организму не хватает энергии для поддержания метаболизма, он расходует жировые запасы. Самок отличает больший процент жировой ткани в организме, чем самцов: она расходуется в период лактации.

Поведение и образ жизни

Поскольку млекопитающие освоили все континенты и даже океаны, трудно описать их жизнь в двух словах. Наверное, это самый разнообразный класс позвоночных как по внешнему виду, так и по жизненным циклам; существуют хищные, растительноядные и всеядные виды. Часть из них стали домашними, и их образ жизни максимально отдален от жизни их предков благодаря искусственному отбору. Но общие черты у них есть, и именно они отличают этих животных от представителей других классов. К ним относятся:

• Разнообразие форм социального поведения; существуют одиночные, парные и коллективные виды, и последние обладают сложной организацией.
• Забота о потомстве. Подобное характеризует также птиц, но у них процесс выращивания детенышей не сопровождается лактацией. Состояние лактации и отличает млекопитающих от других.
• Способность к приобретению условных рефлексов и навыков, что делает их восприимчивыми к дрессировке.

Что касается последнего пункта, то он является результатом длительной эволюции. Сперва она шла по пути усложнения безусловных реакций, объединяя их в крупные поведенческие стереотипы - инстинкты. Инстинкты млекопитающих очень развиты. Но, помимо них, развиваются и приобретенные формы поведения. Наконец, у представителей отряда приматов приобретенные формы вытесняют инстинкты, и у человекообразных обезьян последние почти отсутствуют.

У человека инстинктов нет совсем. Его поведение регулируется полученными в детстве навыками и мышлением. От инстинктов человеку достались только желания и ряд атавистических рефлексов, которые исчезают еще в грудничковом возрасте по мере роста головного мозга. Поэтому все рассказы о том, что у человека поведение инстинктивно, являются выдумкой.

Таксономия и виды млекопитающих

Количество видов млекопитающих превышает 5 тысяч, и все они делятся на подклассы, отряды и семейства. Внутри каждого семейства выделяют роды, представленные совокупностью видов и подвидов.

Некоторые отряды представлены всего одним видом, например, трубкозубы и некоторые сумчатые. Другие содержат в себе несколько семейств: так, отряд хищных подразделяется на семейства виверровые, кошачьи, собачьи, медвежьи, моржи, настоящие тюлени и ушастые тюлени. Самые многочисленные отряды - грызуны (2277 видов) и рукокрылые.

Человек относится к царству животных, типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид.