29.6: Ссавці

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1928

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Навички для розвитку

Назвіть і опишіть відмінні риси трьох основних груп ссавців
Опишіть запропоновану лінію спуску, яка виробляла ссавців
Перерахуйте деякі похідні ознаки, які, можливо, виникли у відповідь на потребу ссавців в постійному, високорівневому обміні речовин

Ссавці - це хребетні, які володіють волоссям і молочними залозами. Кілька інших характеристик характерні для ссавців, включаючи певні особливості щелепи, скелета, покривів та внутрішньої анатомії. Сучасні ссавці належать до трьох кладів: однокровних, сумчастих і евтеріїв (або плацентарних ссавців).

Характеристика ссавців

Наявність волосся - один з найбільш явних ознак ссавця. Хоча він не дуже великий для певних видів, таких як кити, волосся має багато важливих функцій для ссавців. Ссавці ендотермічні, а волосся забезпечує ізоляцію для утримання тепла, що утворюється в результаті метаболічної роботи. Волосся затримують шар повітря, близький до тіла, зберігаючи тепло. Поряд з ізоляцією, волосся можуть служити сенсорним механізмом за допомогою спеціалізованих волосків, які називаються вібриссами, більш відомі як вуса. Вони прикріплюються до нервів, які передають інформацію про відчуття, що особливо корисно для нічних або риючих ссавців. Волосся також можуть забезпечити захисне забарвлення або бути частиною соціальної сигналізації, наприклад, коли шерсть тварини стоїть «дибки».

Покриви ссавців, або шкіра, включають в себе секреторні залози з різними функціями. Сальні залози виробляють ліпідну суміш, яка називається шкірним салом, яка виділяється на волосся і шкіру для водонепроникності та змащення. Сальні залози розташовані над більшою частиною тіла. Еккринні залози виробляють піт, або піт, який в основному складається з води. У більшості ссавців еккринні залози обмежені певними ділянками тіла, а деякі ссавці взагалі ними не володіють. Однак у приматів, особливо людей, піт займає видне місце в терморегуляції, регулюючи організм за допомогою випарного охолодження. Потові залози розташовані над більшою частиною поверхні тіла у приматів. Апокринні залози, або запашні залози, виділяють речовини, які використовуються для хімічного зв'язку, наприклад, в скунси. Молочні залози виробляють молоко, яке використовується для годування новонароджених. У той час як чоловічі монотреми і евтериї володіють молочними залозами, самці сумчасті - ні. Молочні залози, ймовірно, є модифікованими сальними або еккринними залозами, але їх еволюційне походження не зовсім зрозуміло.

Скелетна система ссавців має безліч унікальних особливостей. Нижня щелепа ссавців складається тільки з однієї кістки, малорухливої. Щелепи інших хребетних складаються з більш ніж однієї кістки. У ссавців малорухлива кістка приєднується до черепа у сквамозальной кістки, тоді як у інших хребетних квадратна кістка щелепи з'єднується з суглобової кісткою черепа. Ці кістки присутні у ссавців, але вони були модифіковані, щоб функціонувати в слуху і утворювати кістки в середньому вусі (рис.\(\PageIndex{1}\)). Інші хребетні мають лише одну кістку середнього вуха - стріпси. У ссавців три: молоток, інкус і стапес. Молоток походить від суглобової кістки, тоді як інкус походить від квадратної кістки. Таке розташування щелепних і вушних кісток допомагає відрізняти викопних ссавців від скам'янілостей інших синапсидів.

На ілюстрації показані три кістки внутрішнього вуха, молоток, інкус і скоби, які з'єднані між собою всередині вушного каналу. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Кістки внутрішнього вуха ссавців видозмінені з кісток щелепи і черепа. (Кредит: NCI)

Привідний м'яз, що закриває щелепу, складається з двох м'язів у ссавців: скроневої та масажиста. Вони дозволяють рухати щелепу з боку в бік, роблячи можливим жування, що є унікальним для ссавців. Більшість ссавців мають зуби гетеродонта, тобто вони мають різні типи та форми зубів, а не лише один тип та форму зуба. Більшість ссавців є діфіодонтами, що означає, що вони мають два набори зубів за своє життя: молочні або «дитячі» зуби та постійні зуби. Інші хребетні - поліфіодонти, тобто їх зуби змінюються протягом усього життя.

Ссавці, як і птахи, мають чотирикамерним серцем. У ссавців також є спеціалізована група серцевих волокон, розташованих в стінках їх правого передсердя під назвою синоатріальний вузол, або кардіостимулятор, який визначає швидкість, з якою б'ється серце. Еритроцити ссавців (еритроцити) не мають ядер, тоді як еритроцити інших хребетних є ядерними.

Нирки ссавців мають частину нефрона, звану петлею Генле або нефритною петлею, що дозволяє ссавцям виробляти сечу з високою концентрацією розчинених речовин, вище, ніж у крові. У ссавців відсутня ниркова портальна система, яка представляє собою систему вен, яка переміщує кров від задніх або нижніх кінцівок і області хвоста до нирок. Ниркові портальні системи присутні у всіх інших хребетних, крім безщелепних риб. Сечовий міхур присутній у всіх ссавців.

Мізки ссавців мають певні характеристики, які відрізняються від інших хребетних. У деяких, але не у всіх ссавців, кора головного мозку, крайня частина головного мозку, сильно згорнута, що дозволяє отримати більшу площу поверхні, ніж це можливо при гладкій корі. Зорові частки, розташовані в середньому мозку, діляться на дві частини у ссавців, тоді як інші хребетні мають єдину, нерозділену частку. Евтерієві ссавці також мають спеціалізовану структуру, яка пов'язує дві півкулі головного мозку, зване мозолистим тілом.

Еволюція ссавців

Ссавці - синапсиди, тобто вони мають єдиний отвір у черепі. Вони є єдиними живими синапсидами, так як більш ранні форми вимерли до юрського періоду. Ранні синапсиди не ссавців можна розділити на дві групи, пелікозаври та терапевти. Вважається, що група, яка називається кінодонтами, є предками ссавців (Малюнок\(\PageIndex{2}\)).

На ілюстрації зображена тварина, що нагадує короткошерсту собаку. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кінодонти, які вперше з'явилися в пізньопермський період 260 мільйонів років тому, вважаються предками сучасних ссавців. (Кредит: Нобу Тамура)

Ключовою характеристикою синапсидів є ендотермія, а не ектотермія, що спостерігається у більшості інших хребетних. Підвищена швидкість метаболізму, необхідна для внутрішньої зміни температури тіла йшла рука об руку зі змінами певних скелетних структур. Пізніші синапсиди, які мали більш розвинені характеристики, унікальні для ссавців, мають щоки для утримання їжі та зуби гетеродонта, які спеціалізуються на жуванні, механічному руйнуванні їжі для прискорення травлення та вивільнення енергії, необхідної для виробництва тепла. Жування також вимагає вміння жувати і дихати одночасно, чому сприяє наявність вторинного піднебіння. Вторинне піднебіння відокремлює область рота, де відбувається жування, від області вище, де відбувається дихання, дозволяючи диханню протікати безперервно під час жування. Вторинне піднебіння не зустрічається у пелікозаврів, але присутнє у кінодонтів та ссавців. Щелепна кістка також показує зміни від ранніх синапсидів до більш пізніх. Вилична дуга, або вилиця, присутній у ссавців та передових методів терапії, таких як кінодонти, але не присутній у пелікозаврів. Наявність виличної дуги говорить про наявність м'яза масажиста, яка закриває щелепу і функціонує при жуванні.

У апендикулярному скелеті плечовий пояс теріанових ссавців модифікований від інших хребетних тим, що він не має проторакоїдної кістки або міжключиці, а лопатка є домінуючою кісткою.

Ссавці еволюціонували від терапії в пізньому тріасовому періоді, оскільки найдавніші відомі скам'янілості ссавців - з раннього юрського періоду, приблизно 205 мільйонів років тому. Ранні ссавці були невеликими, розміром приблизно з маленького гризуна. Ссавці вперше почали урізноманітнювати в мезозойську еру, від юрського до крейдяного періодів, хоча більшість цих ссавців вимерли до кінця мезозою. У крейдяний період почалося і тривало ще одне випромінювання ссавців через кайнозойську еру, близько 65 мільйонів років тому.

Живі ссавці

Евтеріани, або плацентарні ссавці, і сумчасті разом складають кладу теріанових ссавців. Монотреми, або метатерийці, утворюють свою сестринську кладу.

Існує три живі види монотремів: качкодзьоб і два види єхидна, або колючі мурахоїди. Качконіс шкірясто-дзьобовий відноситься до сімейства Ornithorhynchidae («пташиний дзьоб»), тоді як ехідні відносяться до сімейства Tachyglossidae («липкий язик») (рис.\(\PageIndex{3}\)). Качконіс і один вид єхидна зустрічаються в Австралії, а інший вид єхидна зустрічається в Новій Гвінеї. Монотреми унікальні серед ссавців, оскільки вони відкладають яйцеклітини, а не народжують живого молодняка. Шкаралупи їх яєць не схожі на тверді панцири птахів, а являють собою шкірясту шкаралупу, схожу на шкаралупи яєць рептилій. Монотреми не мають зубів.

На цих ілюстраціях зображено двох короткошерстих ссавців (качкодзьоб і єхидна) з перетинчастими лапами, плоскими хвостами і плоскою мордою. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): (a) The platypus, a monotreme, possesses a leathery beak and lays eggs rather than giving birth to live young. (b) The echidna is another monotreme. (credit b: modification of work by Barry Thomas)

Малюнок\(\PageIndex{3}\): (a) The platypus, a monotreme, possesses a leathery beak and lays eggs rather than giving birth to live young. (b) The echidna is another monotreme. (credit b: modification of work by Barry Thomas)

Marsupials are found primarily in Australia, though the opossum is found in North America. Australian marsupials include the kangaroo, koala, bandicoot, Tasmanian devil (Figure \(\PageIndex{4}\)), and several other species. Most species of marsupials possess a pouch in which the very premature young reside after birth, receiving milk and continuing to develop. Marsupials differ from eutherians in that there is a less complex placental connection: The young are born at an extremely early age and latch onto the nipple within the pouch.

The illustration shows an animal resembling a small bear lying in the grass. — Figure \(\PageIndex{4}\): The Tasmanian devil is one of several marsupials native to Australia. (credit: Wayne McLean)

Eutherians are the most widespread of the mammals, occurring throughout the world. There are 18 to 20 orders of placental mammals. Some examples are Insectivora, the insect eaters; Edentata, the toothless anteaters; Rodentia, the rodents; Cetacea, the aquatic mammals including whales; Carnivora, carnivorous mammals including dogs, cats, and bears; and Primates, which includes humans. Eutherian mammals are sometimes called placental mammals because all species possess a complex placenta that connects a fetus to the mother, allowing for gas, fluid, and nutrient exchange. While other mammals possess a less complex placenta or briefly have a placenta, all eutherians possess a complex placenta during gestation.

Summary

Mammals in general are vertebrates that possess hair and mammary glands. The mammalian integument includes various secretory glands, including sebaceous glands, eccrine glands, apocrine glands, and mammary glands. Mammals are synapsids, meaning that they have a single opening in the skull. A key characteristic of synapsids is endothermy rather than the ectothermy seen in other vertebrates. Mammals probably evolved from therapsids in the late Triassic period, as the earliest known mammal fossils are from the early Jurassic period. There are three groups of mammals living today: monotremes, marsupials, and eutherians. Monotremes are unique among mammals as they lay eggs, rather than giving birth to young. Eutherian mammals are sometimes called placental mammals, because all species possess a complex placenta that connects a fetus to the mother, allowing for gas, fluid, and nutrient exchange.

Glossary

apocrine gland: scent gland that secretes substances that are used for chemical communication

dentary: single bone that comprises the lower jaw of mammals

diphyodont: refers to the possession of two sets of teeth in a lifetime

eccrine gland: sweat gland

eutherian mammal: mammal that possesses a complex placenta, which connects a fetus to the mother; sometimes called placental mammals

heterodont tooth: different types of teeth that are modified for different purposes

mammal: one of the groups of endothermic vertebrates that possesses hair and mammary glands

mammary gland: in female mammals, a gland that produces milk for newborns

marsupial: one of the groups of mammals that includes the kangaroo, koala, bandicoot, Tasmanian devil, and several other species; young develop within a pouch

monotreme: egg-laying mammal

Ornithorhynchidae: clade that includes the duck-billed platypus

sebaceous gland: in mammals, a skin gland that produce a lipid mixture called sebum

Tachyglossidae: clade that includes the echidna or spiny anteater