Млечный путь: как возникли и развивались млекопитающие
Они появились одновременно с динозаврами и прошли долгий и причудливый эволюционный путь. Кто бы мог подумать, что свиньи и дельфины — близкие родственники, а лошадь роднее собаке, чем корове?
Из того немногого, что рассказывают в школе об истории жизни на Земле, большинство выносит представление, что мезозой — это эра рептилий, а кайнозой — эра млекопитающих. На самом деле это не совсем так. Но чтобы разобраться в вопросе, придется заглянуть еще дальше в глубь времен — в каменноугольный период (359–299 млн лет назад) палеозойской эры.
Начало соперничества
Первыми позвоночными на суше были амфибии. Они все еще были тесно связаны с водой: их тонкая кожа требовала постоянного увлажнения (поскольку служила дополнительным органом дыхания, причем не менее важным, чем легкие), да и оплодотворение и дальнейшее развитие их икры было возможно только в воде.
К середине каменноугольного периода некоторым амфибиям удалось решить эти проблемы. Нежную икринку с ее тонкой проницаемой мембраной заменило яйцо — сложный орган с прочной кожистой оболочкой, позволяющий зародышу развиваться на суше, оставаясь в жидкой среде.
Воздух в легкие стал не «заглатываться», а нагнетаться движениями грудной клетки. Это позволило отказаться от кожного дыхания и сделать кожу многослойной и сухой. Изменилась и работа почек: от постоянного выведения лишней воды они перешли к ее экономии. Так из амфибий получились новые существа — амниоты.
Амниоты быстро разделились на две ветви: завропсид и синапсид. У завропсид все упомянутые приспособления были доведены до совершенства. Кожа стала очень сухой, обычно покрытой роговой чешуей или щитками. Обмен веществ был перестроен, чтобы не тратить воду на выведение токсичной мочевины: вместо нее образовывалась менее вредная мочевая кислота. К завропсидам относятся все настоящие рептилии (включая появившихся в мезозое динозавров) и птицы.
Синапсиды же эволюционировали по принципу «и так сойдет». Кожа стала многослойной, но осталась мягкой и сохранила многочисленные железы. Почки по-прежнему выводили мочевину, так что синапсидам приходилось часто пить. Но «так» действительно «сошло»: принятых мер оказалось достаточно, чтобы успешно обитать на суше. Млекопитающие, появившиеся практически одновременно с динозаврами, — это именно синапсиды.
Постепенное озверение
Сто с лишним миллионов лет после разделения завропсиды и синапсиды сосуществовали, порождая все более разнообразные и совершенные формы. В пермском периоде (299–252 млн лет назад) среди синапсид появились териодонты («зверозубые ящеры»). Их зубы были уже не простыми и более-менее одинаковыми по форме, а разделились на привычные нам типы: резцы, клыки и коренные.
Но главное — зубы не сменялись по ходу жизни. Казалось бы, это потеря, а не приобретение: утраченный зуб невозможно было восстановить. Но эта стабильность позволила плотно смыкать точно подогнанные друг к другу верхний и нижний ряды зубов. Благодаря этому териодонты могли не только захватывать пищу, но и откусывать и жевать. Это очень полезное умение как для хищников, так и для растительноядных.
К концу пермского периода именно синапсиды — и в первую очередь териодонты — были самыми распространенными наземными позвоночными. Они были представлены множеством видов, среди которых были и хищники (крупнейшие достигали размеров тигра), и всеядные, и вегетарианцы.
И среди этого разнообразия то в одной группе териодонтов, то в другой стали появляться признаки млекопитающих. Это шерсть (поначалу только редкие волоски, расширявшие возможности осязания), мягкие губы, новое устройство челюстного сустава, усложнение органа обоняния… Поскольку раньше зоологи именовали млекопитающих зверями, можно сказать, что териодонты постепенно зверели.
Этот процесс не прервало даже великое вымирание, отмечающее конец палеозойской эры и начало мезозоя. Оно случилось 252 млн лет назад и стало самым массовым со времен появления многоклеточных. Териодонты выжили и продолжали эволюционировать, все более походя на млекопитающих.
Первым периодом новой мезозойской эры стал триасовый (252–201 млн лет назад). Ближе к его концу среди цинодонтов (одной из групп териодонтов) появились формы, собравшие вместе все черты будущих млекопитающих. И у них, вероятно, уже был и самый характерный признак, по которому эта группа и получила свое название: выкармливание детенышей молоком.
Источник
Происхождение и эволюция млекопитающих
Последний этап развития позвоночных животных связан с формированием и расцветом млекопитающих. За сравнительно короткое геологическое время, примерно за 60 млн. лет, млекопитающие достигли высокой ступени развития.
Предками млекопитающих были примитивные палеозойские рептилии, еще не успевшие приобрести узкую специализацию, столь характерную для большинства последующих групп пресмыкающихся. Таковы пермские зверозубые из подкласса звероподобных. Зубы у них были в альвеолах. Многие виды имели вторичное костное небо. Квадратная кость и сочленовная кость нижней челюсти были сильно редуцированы: зубная кость, наоборот, была развита очень сильно. (Напомним, что у млекопитающих нижняя челюсть состоит только из зубной кости). Затылочный мыщелок был у некоторых видов двойной.
Прогрессивная эволюция млекопитающих была связана с приобретением ими таких решающих приспособлений, как постоянная высокая температура тела, способность к терморегуляции, живородности и главным образом высоко развитая нервная система, обеспечившая сложное поведение зверей и разнообразные приспособительные реакции их на воздействия окружающей жизненной обстановки. Морфологически это выражалось в разделении сердца на четыре камеры и в сохранении при этом одной (левой) дуги аорты, что обеспечивает несмешиваемость артериальной и венозной крови, в появлении вторичного костного неба, обеспечивающего дыхание во время еды, в преобразовании рогового покрова тела в волосяной, защищающий организм от потери тепла, в живорождении и вскармливании детенышей молоком, в появлении вторичного мозгового свода и т. п.
Млекопитающие появились, по-видимому, в триасе (таблица 1). В отложениях верхнего триаса (190-150 млн. лет назад) найдены своеобразные многобугорчатые, получившие свое название в связи с наличием на коренных зубах многочисленных бугорков. Это была специализированная группа животных с очень сильно развитыми резцами и без клыков. Многобугорчатые представляли специализированных растительноядных зверей, и их нельзя считать предками последующих групп млекопитающих. Можно лишь предположить, что ранние их формы дали начало однопроходным. Зубы их весьма похожи на зубы зародыша утконоса.
Для становления нового класса – млекопитающие – потребовалось много времени. На протяжении двух третей своей геологической истории млекопитающие оставались мелкими, внешне они напоминали крысу, наиболее крупные достигали размеров сурка. Они не играли заметной роли в природе. Их быстрый прогресс в кайнозое (60-1 млн. лет), очевидно, был связан с последовательным накоплением многих приспособлений, приведших к теплокровности, живорождению и выкармливанию детенышей молоком, развитию органов чувств, центральной нервной и гормональной систем.
Простейшие океанов и суши
Беспозвоночные, развитие рыб, земноводных
Земноводные, пресмыкающиеся, примитивные млекопитающие
Появление предков насекомоядных
Бурное развитие млекопитающих
Начало дифференциации млекопитающих
Оленьки, мастодонт, грызуны, хищники
Б) Поздний палеоген (неоген)
Гиппарионовая фауна, копытные, куньи
Волчьи, гиены, олени, мамонты
Перестройка ареалов, мамонт, шерстистый носорог
Совершенствование современной фауны,
Более близкие к предполагаемым предкам современных млекопитающих формы появились на Земле в середине юрского периода (150-130 млн. лет). Это так называемые трехбугорчатые. Зубы их менее специализированы, чем у многобугорчатых; зубной ряд сплошной. Трехбугорчатые были маленькими зверьками, питавшимися, очевидно, преимущественно насекомыми, может быть, и другими мелкими животными и яйцами рептилий. Биологически они были в известной мере близки к наземным и древесным насекомоядным. Головной мозг их был мал, но все же значительно больше, чем у зверозубых рептилий. Основная группа трехбугорчатых — пантотерии — была исходной для сумчатых и плацентарных.
Сумчатые появляются в меловой период (130-60 млн. лет). Наиболее ранние их находки приурочены к отложениям нижнего мела Северной Америки и нижнетретичным отложениям Северной Америки и Евразии. Таким образом, родиной сумчатых следует считать Северное полушарие, где они были широко распространены в начале третичного периода (60-50 млн. лет). Еще до конца этого времени здесь они были вытеснены более высокоорганизованными плацентарными и к современности сохранились только в Австралии, Новой Гвинее, Тасмании, Южной Америке, отчасти в Северной Америке (1 вид) и на острове Сулавеси (Целебес) (1 вид).
Наиболее древняя группа сумчатых — это многорезцовые, распространение которых в настоящее время совпадает с распространением всего инфракласса.
Двурезцовые сумчатые — более поздняя группа, возникшая в Австралии от древних многорезцовых и никогда не выходившая в своем распространении за пределы Австралийской области. Австралия обособилась от других участков суши, видимо, ранее того времени, когда туда могли проникнуть плацентарные, и на этом материке сумчатые образовали наибольшее разнообразие форм зверей, приспособившихся к существованию в самой разнообразной жизненной обстановке.
В Южной Америке сумчатые были относительно многочисленными до середины третичного периода (30 млн. лет), когда там не было плацентарных копытных и хищных. После миоцена (27-8 млн. лет) сумчатые в Южной Америке были почти полностью вытеснены плацентарными и сохранились в числе немногих специализированных видов.
Плацентарные млекопитающие возникли также в меловом периоде (130-60 млн. лет) и представляют самостоятельную, в известной мере параллельную сумчатым ветвь зверей. Наиболее древней группой плацентарных является отряд насекомоядных. Они были частью наземными, частью древесными видами, давшими начало большинству основных групп последующих плацентарных. Древесные насекомоядные, приспособившиеся к полету, дали начало рукокрылым. Ветвь, приспособившаяся к хищничеству, дала в начале третичного периода (60-50 млн. лет) начало древним примитивным хищникам — креодонтам. Они имели широкое распространение лишь короткое время. Уже в конце олигоцена (35-28 млн. лет), когда медлительные копытные раннетретичного периода сменились более подвижными, креодонты были вытеснены их потомками — более специализированными хищниками. От хищников отделилась ветвь водных зверей — ластоногих. В олигоцене уже существовали предковые группы ряда современных семейств хищных (виверр, куниц, собак, кошек).
От креодонтов происходят и древние копытные, или кондилартры, — мелкие звери величиной не более собаки, которые были всеядными. Конечности их были пятипалыми с несколько усиленным третьим пальцем и укороченными первым и пятым пальцами. Кондилартры просуществовали недолго, и уже в начале эоцена (52-35 млн. лет) от них возникли две самостоятельные ветви: отряды непарнокопытных и парнокопытных. В эоцене возникают хоботные. В целом группа копытных имеет сборный характер. Отдельные отряды копытных произошли самостоятельно от специализированных насекомоядных или от ближайших потомков — креодонтов.
Внешнее сходство между отдельными отрядами есть результат приспособления к сходным условиям жизни. Некоторые отряды вымерли в третичное время. Такова, например, очень своеобразная группа южноамериканских копытных, развившаяся на одноименном континенте в период его изоляции от других материков, давшая ряд параллельных с другими копытными ветвей. Здесь были звери, подобные по своим приспособлениям лошадям, носорогам, гиппопотамам.
Непосредственно от насекомоядных в самом начале третичного периода (60-50 млн. лет) возник ряд и других отрядов. Таковы, например, неполнозубые, грызуны, приматы.
Ископаемые обезьяны известны с палеогена. Древесные обезьяны проплиопитекусы дали начало гиббонам и крупным, близким к антропоидам рамапитекусам из миоцена (27-8 млн. лет) Индии. Большой интерес представляют найденные в четвертичных отложениях Южной Африки австралопитекус и особенно высшие человекообразные обезьяны – плезиантропус и парантропус. Первая из указанных обезьян жила в открытых пространствах и ходила, вероятно, на двух ногах. Рост ее был около 120 см. Емкость черепа около 440 см 3 . У второй емкость черепа была еще больше — до 600 см 3 . Обезьяны эти стоят близко к человеку, и нет сомнения, что от какого-то вида человекообразных обезьян, близких к парантропусу и плезиантропусу, произошел человек.
Разнообразные адаптации млекопитающих способствовали освоению не только суши, но также пресных и морских водоемов, грунта, воздуха. Они обеспечили необычайно широкое, по сравнению с другими позвоночными, использование пищевых ресурсов: спектр питания млекопитающих разнообразнее состава кормов других наземных и водных позвоночных. Все это обусловило доминирование млекопитающих в биосфере.
Источник