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:
- Выделение из амниот группы синапсид в каменноугольном периоде.
- Выделение терапсид.
- Эволюция цинодонтов от пермского до триасового периода.
- 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.
млекопитающие 
