Млекопитающие общая характеристика, классификация и экология

Скелет

У млекопитающих, как и  у всех позвоночных, скелет состоит  из большого числа костей, развивающихся  независимо и соединенных между  собой связками и соединительной тканью. У некоторых видов он глубоко специализирован, но принцип его строения одинаков у всех представителей класса. Это фундаментальное сходство хорошо заметно при сравнении крайних вариантов, например дельфинов с практически отсутствующей шеей, позвонки которой толщиной с бумагу, и жирафов с таким же числом, но сильно вытянутых шейных позвонков.

Череп млекопитающих сочленяется  с позвоночным столбом двумя  округлыми костными выступами в  своей задней части – затылочными  мыщелками. Для сравнения, у черепа рептилий только один затылочный мыщелок, т.е. только одна точка сочленения с  позвоночником.

Первые два позвонка называются атлантом и эпистрофеем. Вместе со следующими пятью они составляют семь шейных позвонков. Это число типично для всех млекопитающих, кроме ленивцев (от шести до девяти) и, возможно, ламантинов (по мнению ряда специалистов – шесть шейных позвонков). Затем идет самый крупный, грудной отдел позвоночника; к его позвонкам прикреплены ребра. Далее следуют поясничные (между грудной клеткой и тазом) и крестцовые позвонки. Последние срослись между собой и сочленены с тазовыми костями. Число хвостовых позвонков сильно варьирует в зависимости от вида животного и доходит до нескольких десятков.

У разных млекопитающих количество ребер, окружающих многие жизненно важные органы, неодинаково. Обычно они плоские и изогнуты дугой. Каждое ребро подвижно сочленено одним концом (проксимальным) со спинным позвонком, а другим концом (дистальным) передние ребра (у человека – верхние) прикрепляются к грудине с помощью хряща. Их называют истинными в отличие от задних (у человека – нижних), не соединенных с грудиной и называемых ложными. Дистальный конец этих ребер либо прикреплен к хрящевой части последнего истинного ребра, либо остается свободным, и тогда их называют колеблющимися.

Грудина состоит из ряда слитых вместе более или менее  уплощенных костей и с каждой стороны  соединяется хрящом с ребрами. У  летучих мышей она несет выступающий киль для прикрепления мощных летательных мышц. Похожий киль на грудине есть у летающих птиц и пингвинов (которые «летают» под водой), тогда как нелетающие птицы вроде страуса его лишены.

Лопатка – это широкая  плоская кость со срединным гребнем (остью) на наружной поверхности. Ключица  одним концом соединяется с верхним  краем грудины, а другим – с  плечевым отростком (акромионом) кости лопатки. Ключица укрепляет плечо, поэтому она свойственна, прежде всего, тем млекопитающим (например, приматам), которые интенсивно используют передние конечности для хватания. Ключица была редуцирована или утрачена в ходе эволюции таких групп млекопитающих, которым она не нужна. Например, она рудиментарна у лошади, поскольку лишь мешала бы удлинению ее шага (осталась только маленькая полоска, окруженная мышцами), и отсутствует у китов. Таз (тазовый пояс) служит для прикрепления задних конечностей к позвоночнику.

Конечности

Самая верхняя кость передней конечности (руки у человека) – плечевая. Она причленяется к лопатке с помощью шаровидного сустава, а нижним концом связана с двумя костями предплечья (подплечья) – лучевой и локтевой. Запястье обычно состоит из шести-восьми небольших косточек (у человека их восемь), которые соединяются с костями пясти, образующими «ладонь» кисти. Кости пальцев называются фалангами. Бедренная кость задней конечности (ноги у человека) сочленена шаровидным суставом с тазом. Скелет голени состоит из двух костей – большой и малой берцовых. Затем идет стопа, т.е. предплюсна из нескольких костей (у человека – семь), соединяющихся с костями плюсны, к которым причленены фаланги пальцев.

У большинства млекопитающих  концы пальцев защищены когтями, ногтями или копытами, представляющими  собой ороговевшие производные  эпидермиса (наружного слоя кожи). Внешний  вид и функции этих структур сильно различаются, но их общий план строения один и тот же.

Млекопитающие, опирающиеся  при ходьбе на всю подошву, т.е. на пясть и плюсну, как, например, медведи и люди, называются стопоходящими, передвигающиеся с опорой только на пальцы (например, кошки и собаки) – пальцеходящими, а копытные формы (корова, лошадь, олень) – фалангоходящими.

Полость тела

Полость тела всех зверей разделена надвое мускулистой перегородкой, называемой диафрагмой. Спереди (у человека – сверху) находится грудная полость, вмещающая легкие и сердце, а сзади (у человека – снизу) – брюшная полость с остальными внутренними органами, кроме почек. Диафрагма есть только у млекопитающих: она участвует в вентиляции легких.

Сердце млекопитающих  разделено на четыре камеры – два  предсердия и два желудочка. Каждое предсердие сообщается с желудочком той же стороны тела, но это отверстие снабжено клапаном, позволяющим крови двигаться только в одном направлении. Обедненная кислородом кровь, возвращаясь в сердце от органов тела, поступает в правое предсердие через крупные вены, называемые полыми. Затем она проталкивается в правый желудочек, который перекачивает ее к легким через легочные артерии. В легких кровь насыщается кислородом и отдает углекислый газ. Богатая кислородом кровь поступает затем в легочные вены, а из них – в левое предсердие. Потом она проталкивается из него в левый желудочек, который перекачивает ее через самую крупную артерию – аорту – ко всем органам тела.

Легкие – это губчатая масса, состоящая из многочисленных заполненных воздухом проходов и  камер, окруженных сетью капилляров. Проходя через эту сеть, кровь  поглощает кислород из закачиваемого в легкие воздуха и одновременно выделяет в него углекислый газ.

Нормальная температура  крови у разных видов млекопитающих  неодинакова, а у многих летучих  мышей, грызунов и ряда других видов  заметно падает во время сна и  сезонной спячки. Обычно близкая к 38° C, в последнем случае она может приближаться к точке замерзания.

Характерная для млекопитающих  «теплокровность», т.е. способность поддерживать постоянную температуру тела, – понятие относительное. У многих видов известны суточные колебания этой температуры; у человека, например, на протяжении дня она поднимается от утреннего минимума (ок. 36,7° С) примерно до 37,5° С вечером. Обитающие в пустыне животные каждый день подвергаются действию сильной жары, что также сказывается на температуре их тела.

Желудок большинства млекопитающих  состоит из одного отдела, однако у некоторых видов их несколько, например, четыре у жвачных, т.е. парнокопытных животных типа коров, оленей и жирафов. Верблюдов и оленьков называют «ложножвачными», поскольку они, отличаются от «истинных» жвачных трехкамерным желудком и некоторыми признаками зубов, ног и других органов. У ряда китов длинный трубчатый желудок разделен на несколько последовательных камер.

Нижний конец желудка  открывается в тонкую кишку, которая, в свою очередь, ведет в толстую, а та – в прямую. На границе тонкой и толстой кишок от пищеварительного тракта ответвляется слепая кишка. У человека и некоторых других животных она оканчивается маленьким рудиментом – червеобразным отростком (аппендиксом). Строение и роль слепой кишки сильно различаются в зависимости от вида животного. Например, у жвачных и лошадей она выполняет важную функцию бродильной камеры для переваривания растительных волокон и исключительно длинна, а у других млекопитающих сравнительно мала, хотя и принимает активное участие в пищеварении.

Молочные железы вырабатывают молоко для питания детенышей. Эти  структуры закладываются у представителей обоих полов, но у самцов недоразвиваются. У всех млекопитающих, кроме утконоса и других однопроходных, протоки молочных желез открываются на мясистых выростах – сосках, которые детеныши, питаясь, захватывают ртом. У некоторых видов, например коров, протоки молочной железы сначала впадают в камеру, называемую цистерной, где накапливается молоко, поступающее затем наружу через длинные трубчатые соски. У однопроходных сосков нет, и молочные протоки открываются порообразными отверстиями на коже.

Нервная система

Нервная система функционирует  как единое целое с органами чувств, например глазами, и управляется  у млекопитающих головным мозгом. Самая крупная часть последнего называется большими полушариями (в затылочной области черепа находятся два более мелких полушария мозжечка). Головной мозг соединяется со спинным. У всех млекопитающих, за исключением однопроходных и сумчатых, в отличие от других позвоночных правое и левое большие полушария соединены между собой компактным пучком нервных волокон, называемым мозолистым телом. В мозгу однопроходных и сумчатых мозолистого тела нет, но соответствующие области полушарий тоже соединяются нервными пучками; например, передняя комиссура связывает друг с другом правую и левую обонятельные области. Спинной мозг – основной нервный ствол тела – проходит через канал, образованный отверстиями позвонков, и тянется от головного мозга до поясничного или крестцового отдела позвоночника, в зависимости от вида животного. С каждой стороны спинного мозга симметрично отходят нервы к различным частям тела.

Осязание

Осязание в общих чертах обеспечивается определенными нервными волокнами, бесчисленные окончания  которых находятся в коже. Эта  система обычно дополняется волосками, действующими, как рычаги, для нажатия на пронизанные нервами участки.

Зрение

Зрение более или менее  развито у всех млекопитающих, хотя у некоторых слепышей маленькие недоразвитые глаза покрыты кожей и вряд ли даже способны отличать свет от тьмы. Животное видит отраженный от объектов свет, поглощаемый глазом, который передает соответствующие сигналы в головной мозг для распознавания. Другими словами, сами глаза не «видят», а действуют только как преобразователи световой энергии.

Одна из проблем получения  четкого зрительного образа –  преодоление хроматической аберрации, т.е. размытой цветной каймы, появляющейся по краям изображения, сформированного простой линзой (несоставным прозрачным предметом с двумя противоположными поверхностями, из которых по крайней мере одна криволинейна). Хроматическая аберрация является неотъемлемым свойством хрусталика глаза и возникает из-за того, что он, как простая линза, преломляет свет с более короткой длиной волны (например, фиолетовый) сильнее, чем длинноволновые лучи (например, красные). Таким образом, лучи всех длин волн фокусируются не в одной точке, давая четкое изображение, а одни ближе, другие – дальше, и изображение получается расплывчатым. В механической системе типа фотокамеры хроматическую аберрацию корректируют, склеивая линзы с различной взаимокомпенсирующей преломляющей способностью. Глаз млекопитающих решает эту проблему путем «отсекания» большей части коротковолнового света. Желтоватый хрусталик действует как желтый фильтр: он поглощает почти весь ультрафиолет (отчасти поэтому человек его и не воспринимает) и часть сине-фиолетового участка спектра.

Не весь свет, проникающий  через зрачок и достигающий светочувствительной  сетчатки, используется для зрения. Часть его проходит сквозь сетчатку и поглощается лежащим под ней пигментным слоем. Для ночных животных это означало бы слишком большие потери незначительного количества доступного света, поэтому у многих таких видов дно глаза зеркальное: оно отражает неиспользованный свет обратно на сетчатку для дополнительной стимуляции ее рецепторов. Именно этот отраженный свет заставляет глаза некоторых млекопитающих «светиться» в темноте. Зеркальный слой называется tapetum lucidum (зеркальце). У млекопитающих два основных типа зеркальца. Первый – волокнистый, характерный для копытных. Их зеркальце в основном состоит из блестящего слоя волокон соединительной ткани. Второй тип – клеточный, например у хищных. В этом случае оно состоит из нескольких слоев уплощенных клеток, содержащих волокнообразные кристаллы. Зеркальце обычно расположено в сосудистой оболочке за сетчаткой, но, например, у некоторых летучих мышей и у виргинского опоссума оно погружено в саму сетчатку. Цвет, которым светятся глаза, зависит от количества крови в капиллярах сосудистой оболочки и содержания родопсина (пурпурного светочувствительного пигмента) в палочковидных элементах сетчатки, через которую проходит отраженный свет.

Несмотря на широко распространенное убеждение, что цветовое зрение –  редкость у млекопитающих, большинство  которых якобы видит только оттенки  серого, судя по накапливающимся фактам, многие виды, включая домашних кошек  и собак, все же, хотя бы в некоторой  степени, различают и цвета. Цветовое зрение, вероятно, наиболее развито  у приматов, но известно также у  лошади, жирафа, виргинского опоссума, нескольких видов белок и многих других зверей.

Слух

Слух хорошо развит у многих млекопитающих, причем для 20% их видов  он во многом заменяет зрение. Слуховой аппарат состоит из трех основных частей. Млекопитающие – единственная группа животных с хорошо развитым наружным ухом. Ушная раковина улавливает звуковые волны и направляет их на барабанную перепонку. С внутренней стороны от нее находится следующий отдел – среднее ухо, заполненная воздухом камера с тремя косточками (молоточком, наковальней и стремечком), которые механически передают колебания от барабанной перепонки к внутреннему уху. Оно включает в себя улитку – спирально закрученную, заполненную жидкостью трубку с волосовидными выростами внутри. Звуковые волны вызывают колебания жидкости и, опосредованно, движение волосков, что служит стимуляцией нервных клеток у их основания.

Частотный диапазон воспринимаемых звуков зависит от вида животного. Многие мелкие млекопитающие слышат «ультразвук» с частотами, которые слишком  высоки для слуха человека. Ультразвук особенно важен для видов, использующих эхолокацию – улавливание отраженных звуковых волн (эха) для распознавания объектов в окружающей среде. Такой способ ориентации характерен для летучих мышей и зубатых китов. С другой стороны, многие крупные млекопитающие могут улавливать низкочастотный «инфразвук», который человек также не слышит.

Обоняние

Обоняние связано с тонкими чувствительными мембранами (обонятельной слизистой) в задней части носовой полости. Они улавливают молекулы пахучих веществ, присутствующие во вдыхаемом воздухе. Обонятельная слизистая состоит из нервных и опорных клеток, покрытых слоем слизи. Окончания ее нервных клеток несут пучки обонятельных «ресничек» числом до 20, которые в совокупности образуют как бы ворсистый ковер. Реснички служат рецепторами запахов, причем густота их «ковра» зависит от вида животного. У человека, например, их бывает до 20 млн. на площади 5 см², а у собаки – более 200 млн. Пахучие молекулы растворяются в слизи и попадают в особые чувствительные ямки на ресничках, стимулируя нервные клетки, которые посылают в головной мозг импульсы для анализа и распознавания.

Размножение