Класс Млекопитающие (Mammalia) высший класс позвоночных животных, венчающий всю систему животного мира. Наиболее важными чертами общей организации млекопитающих служат:
· высокий уровень развития нервной системы, обеспечивающий сложные и совершенные формы приспособительного реагирования на воздействия внешней среды и слаженную систему взаимодействия различных органов тела;
· живородность, сочетающаяся (в отличие от других живородных позвоночных, например рыб и рептилий) с выкармливанием детенышей молоком. Она обеспечивает лучшую сохранность молодняка и возможность размножения в весьма разнообразной обстановке;
· совершенная система теплорегулирования, благодаря которой тело имеет относительно постоянную температуру, т.е. постоянство условий внутренней среды организма. Легко представить себе, какое огромное значение это имеет для распространения млекопитающих в разнообразных жизненных условиях.
Все это способствует почти повсеместному распространению млекопитающих по Земле, при котором они заселяют все жизненные среды: воздушно-наземную, водную и почвенно-грунтовую. В строении млекопитающих можно отметить следующее. Тело их покрыто волосами, или шерстью (есть редкие исключения вторичного характера). Кожа богата железами, имеющими разнообразное и весьма важное функциональное значение. Особенно характерны млечные (молочные) железы, на которые нет даже намеков у других позвоночных. Нижняя челюсть состоит лишь из одной (зубной) кости. В полости среднего уха имеются три (а не одна, как у амфибий, рептилий и птиц) слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Зубы дифференцированы на резцы, клыки и коренные; сидят в альвеолах. Сердце, как и у птиц, четырехкамерное, с одной (левой) дугой аорты. Красные кровяные тельца без ядер, что повышает их кислородную емкость.
Ныне живущих млекопитающих насчитывают около 4500 видов. Современная наука о млекопитающих предусматривает не только познание закономерностей их организации и жизнедеятельности, но и исследование биологических основ управления фауной. Внешний облик млекопитающих многообразен. Это объясняется удивительным разнообразием свойственной им жизненной обстановки – наземная поверхность, кроны деревьев, почва, вода, воздух. Очень сильно варьируют и размеры тела млекопитающих: от 2 см при массе 1,5 г у карликовой белозубки до 30 м и даже более при массе около 150 т у синего кита, что соответствует массе 30 слонов или 150 быков. Кожа, как и у других позвоночных, состоит из двух слоев: наружного – эпидермиса и внутреннего – кутиса, или собственно кожи. Эпидермис в свою очередь подразделяется на два слоя: глубинный, ростковый (иначе мальпигиев), состоящий из живых, делящихся клеток, и наружный, представленный постепенно отмирающими, в связи с роговым перерождением, клетками. Наиболее поверхностно расположенные клетки полностью ороговевают и слущиваются в виде мелкой перхоти или целых лоскутов (у некоторых тюленей). За счет деятельности эпидермиса у млекопитающих возникают такие его производные, как волосы, ногти, когти, копыта, рога (кроме оленьих), роговые чешуи и кожные железы. Собственно кожа сильно развита и состоит преимущественно из волокнистой ткани. Нижняя часть этого слоя рыхлая, и в ней откладывается жир – это так называемая подкожная жировая клетчатка. Собственно кожа особенно сильно развита у водных зверей – тюленей и китов, у которых она выполняет термоизолирующую роль и уменьшает плотность тела. Общая толщина кожи у разных видов млекопитающих различна. Как правило, у наземных обитателей холодных стран, имеющих пышный волосяной покров, она меньше. Есть разница и в прочности кожи. Встречается своеобразная кожная хвостовая аутотомия у мышей, тушканчиков и особенно у сонь. Кожный хвостовой футляр у них легко обрывается и соскальзывает с хвостовых позвонков, что дает возможность схваченному за хвост зверьку уйти от врага. Такое же биологическое значение имеет и очень тонкая, непрочная и бедная кровеносными сосудами кожа зайцев. Кожный покров млекопитающих имеет существенное терморегуляционное значение. Роль мехового покрова понятна, но нужно еще указать и на значение кожных кровеносных сосудов. При расширении их просветов, которые регулируются нервнорефлекторными механизмами, теплоотдача резко возрастает. У некоторых видов млекопитающих существенное значение имеет также испарение с поверхности кожи пота, выделяемого одноименными железами. Кожные железы у млекопитающих, в отличие от рептилий и птиц, обильны и многообразны. Потовые железы – трубчатые, глубинные их части имеют вид клубка. Эти железы выделяют в основном воду, в которой растворены мочевина и соли. Не у всех видов млекопитающих потовые железы развиты одинаково. Их мало у собак, кошек; у многих грызунов они есть только на лапах, в паховой области и на губах. Вовсе нет потовых желез у китообразных, ящеров и некоторых других. Сальные железы гроздевидны, и протоки их открываются в волосяную сумку. Секрет этих желез смазывает поверхность эпидермиса и волосы, предохраняя их от снашивания и смачивания. Кроме того, выделения сальных и потовых желез придают животному и его следам специфический запах и этим облегчают общение между особями одного вида и между разными видами. Пахучие железы млекопитающих представляют видоизменение сальных или потовых желез, а иногда их комбинации. Значение желез разнообразно. Их выделения помогают распознаванию особей разного пола, служат для мечения занятой территории, способствуют половому возбуждению, служат средством защиты от врагов. Таковы мускусные железы кабарги, выхухоли, землероек, ондатры, анальные железы хищных, копытные и зароговые железы коз, серн и других парнокопытных. Общеизвестны анальные железы скунса, секрет которых чрезвычайно едок и служит для защиты от врагов. Млечные железы возникли как видоизменение потовых желез. У низших однопроходных млекопитающих они сохраняют простое трубчатое строение, и протоки их открываются на определенном участке кожи брюшной поверхности. Сосков в этом случае нет. У сумчатых и плацентарных млечные железы гроздевидны, и протоки их открываются на сосках. Расположение желез и сосков бывает различным. У летучих мышей и обезьян они располагаются на груди, и сосков бывает одна пара. У большинства копытных, соски расположены, как и сами железы, в паховой области. У других зверей млечные железы и соски расположены на брюхе и груди. Число сосков в известной мере связано с плодовитостью вида. Максимальное число их 24 (опоссумы из сумчатых, тенреки из насекомоядных).
Волосяной покров – наиболее характерное эпидермическое образование млекопитающих. Отсутствие его у некоторых видов (например, у китообразных) – явление вторичное. Хотя волос – производное эпидермиса, при развитии его зачаток – волосяная луковица – глубоко внедряется в толщу собственно кожи, образуя волосяную сумку. В дно волосяной луковицы вдается сосочек кориума с кровеносными сосудами и нервами. Это так называемый волосяной сосочек. Формирование и рост волоса происходят за счет размножения и видоизменения клеток луковицы, а ствол волоса является уже мертвым образованием, неспособным к росту. В стволе волоса различают три слоя: верхнюю кожицу, корковый слой и сердцевину, Два верхних слоя состоят из плоских ороговевших клеток и, как правило, содержат красящий пигмент. Сердцевина состоит из высохших клеток, наполненных воздухом, что и сообщает шерсти малую теплопроводность. Волосяной покров млекопитающих состоит из волос различного типа. Основными категориями их будут пуховые волосы, ость и чувствующие волосы, или вибриссы. У большинства видов преимущественное развитие получают пуховые волосы, формирующие подшерсток, или пух. Однако у некоторых животных, например оленей, кабанов, многих тюленей, подшерсток редуцирован, и волосяной покров состоит главным образом из остей. Наоборот, у подземных млекопитающих (крота, слепыша, цокора и др.) остевых волос почти нет. У большинства видов волосы на поверхности кожи распределяются неравномерно, собраны в пучки, состоящие из остевого волоса, вокруг которого расположено несколько пуховых (от двух до двухсот). Наблюдается периодическая смена волосяного покрова, или линька. У некоторых видов она бывает дважды в году – осенью и весной; таковы белки, некоторые зайцы, песцы, лисицы. У кротов бывает и третья, летняя линька. Суслики, сурки линяют один раз в году, в весенне-летнее время. У северных млекопитающих по сезонам меняется густота меха, а у некоторых и окраска. Так, у белки на 1 см2 на огузке летом бывает в среднем 4200 волос, а зимой – 8100. На зиму белеют горностаи, ласки, песцы, зайцы-беляки и некоторые другие. Особую категорию волос представляют вибриссы – очень длинные жесткие волосы, выполняющие осязательную функцию. Они расположены на голове, нижней части шеи, груди, а у некоторых лазающих (например, у белки) – и на брюхе. Видоизменениями волос являются щетина и иглы.
Кроме волос, на коже млекопитающих бывают роговые чешуи. Наиболее сильно они развиты у ящеров. Роговые чешуйки наблюдаются также на лапах (мышевидные грызуны) и на хвосте (мышевидные, бобр, выхухоль, некоторые сумчатые). Роговыми образованиями будут полые рога копытных, ногти, когти, копыта. Рога оленей также представляют придатки кожи, но развиваются они из кутиса и состоят из костного вещества.
Мышечная система млекопитающих весьма дифференцирована в связи с разнообразием телодвижений. Есть диафрагма – куполообразная мышца, отделяющая брюшную полость от грудной и имеющая важное значение при вентиляции легких. Хорошо развита подкожная мускулатура. У ежей, ящеров и некоторых броненосцев она обеспечивает свертывание тела в клубок. Эта же мускулатура обусловливает ощетинивание зверей, поднятие игл у ежей и дикобразов, движение вибрисс. На лице – это мимическая мускулатура.
Череп характеризуется относительно крупными размерами мозговой коробки, что естественно связано с большим объемом головного мозга. Кости черепа у млекопитающих срастаются поздно, и это обеспечивает увеличение головного мозга по мере роста животного. Характерно сращение ряда костей в комплексы. Так, четыре затылочные кости образуют одну; сращение ушных костей приводит к образованию единой каменистой кости; сложное происхождение имеют височная и основная кости. Специфической особенностью является строение нижней челюсти, состоящей только из зубной кости. Угловая кость дает начало характерной только для млекопитающих барабанной кости, расположенной в виде яйцевидного вздутия на дне мозговой части черепа. Сочленовная кость, которая у рептилий также входила в состав нижней челюсти, превращается в одну из слуховых косточек среднего уха – молоточек. Нижняя челюсть причленяется к черепу (к височной кости) непосредственно, так как квадратная кость, к которой причленяется нижняя челюсть у рептилий и птиц, также видоизменилась в слуховую косточку – наковальню. В строении позвоночного столба у млекопитающих характерны плоские сочленовные поверхности позвонков и четко выраженная расчлененность позвоночника на отделы: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и хвостовой. Первые два шейных позвонка преобразованы в атлант и эпистрофей, а общее число шейных позвонков равно семи. Таким образом, длина шеи у млекопитающих, в отличие от птиц, определяется не числом позвонков, а их длиной. Исключение составляют только ленивцы и ламантины, у которых число шейных позвонков варьирует от шести до десяти. Истинных крестцовых позвонков два, но обычно к ним прирастают еще два хвостовых позвонка. Основой плечевого пояса служит лопатка, к которой прирастает рудиментарный коракоид, и только у однопроходных коракоид представлен самостоятельной костью. Ключица есть у видов, передние конечности которых совершают движения в разных плоскостях, например у обезьян. Виды, перемещающие эти конечности в одной плоскости, например копытные, ключиц не имеют. Конечности млекопитающих вполне типичны для наземных позвоночных, но число пальцев варьирует от пяти до одного. Сокращение числа пальцев или рудиментация крайних из них наблюдается у быстро бегающих видов, например копытных, тушканчиков. Сравнительно медленно перемещающиеся звери, например медведи, обезьяны, опираются при хождении на всю ладонь и ступню (стопоходящие виды); быстрые бегуны, например собаки, копытные, опираются только на пальцы (пальцеходящие виды). Пищеварительный тракт характеризуется большой длиной и хорошо выраженной расчлененностью на отделы. Он начинается преддверием рта, расположенным между мясистыми губами (свойственны только млекопитающим) и челюстями. У некоторых зверей расширение преддверия приводит к образованию больших защечных мешков (у хомяков, бурундуков, сусликов, некоторых обезьян). Мясистых губ нет у однопроходных и китообразных. В ротовую полость открываются протоки слюнных желез, секрет которых не только смачивает пищу, но и химически воздействует (фермент птиалин) на крахмал, превращая его в сахар. Слюна десмодов, питающихся кровью, обладает антикоагулирующим свойством, т.е. препятствует свертыванию крови. У некоторых насекомоядных слюна ядовита и используется для умерщвления добычи. Зубы млекопитающих дифференцированы на группы, в зависимости от типа питания Слабая дифференцировка свойственна малоспециализированным насекомоядным (бурозубкам). У зубатых китов дифференцировка зубов исчезла вторично. Желудок, обладающий многочисленными железами, имеет различный объем и внутреннее строение. Наиболее сложно устроен желудок жвачных копытных, поглощающих огромную массу малокалорийных и трудноперевариваемых кормов. У ящеров и муравьедов зубов нет, а желудок, как и у птиц, состоит из двух отделов: железистого и мускулистого. Сходство усиливается тем, что во втором обнаруживаются умышленно проглоченные камешки, обеспечивающие перетирание пищи. Кроме тонкого, толстого и прямого отделов кишечника, некоторые млекопитающие имеют еще слепой отдел, в котором пища подвергается бактериальному сбраживанию. Особенно сильно слепая кишка развита у кормящихся грубой растительной пищей; длина ее достигает трети длины кишечника. Протоки печени и поджелудочной железы впадают в переднюю часть тонких кишок. Легкие имеют сложное ячеистое строение. Самые мелкие легочные ходы – бронхиолы заканчиваются пузырьками – альвеолами, в стенках которых ветвятся тончайшие кровеносные сосуды. Число альвеол даже у малоподвижных зверей (например, у ленивцев) равно 6 млн., а у весьма подвижных хищных оно достигает 300–500 млн. Механизм дыхания обусловливается изменением объема грудной клетки в результате движения межреберных мышц и диафрагмы. Число дыхательных движений у млекопитающих находится в зависимости от величины животного, определяющей разную интенсивность обмена веществ. Оно составляет (в 1 минуту): у лошади – 8–16, у черного медведя – 15–25, у лисицы –25–40, у крысы – 100–150, у мыши – около 200. Вентиляция легких не только обеспечивает газообмен, но имеет и терморегуляционное значение. При повышении температуры число дыханий увеличивается, а вместе с этим повышается и количество тепла, выводимого из организма. Так, у собаки отношение отдачи тепла при дыхании к общей его потере при температуре воздуха 8° С составляет (в процентах) 14, при 15° С-22, при 30° – 46. Кровеносная система млекопитающих сходна с таковой птиц. Сердце полностью разделено на два предсердия и два желудочка; от левого желудочка отходит одна дуга аорты (но не правая, как у птиц, а левая). Дуга аорты отсылает к голове сонные артерии и, огибая сердце, тянется под позвоночным столбом, по пути направляя разветвленные сосуды к системам органов. Венозная система характеризуется отсутствием воротного кровообращения в почках, которое в печени, как и у других позвоночных, хорошо развито. В печени происходит нейтрализация токсических продуктов белкового обмена. Размеры сердца варьируют в зависимости от величины тела, образа жизни, а в конечном счете – в связи с интенсивностью обмена веществ. Масса сердца, выраженная в процентах к общей массе тела, составляет: у беззубых китов –0,6–1,0, у дикого кролика –3,0, у крота –6,0–7,0, у летучих мышей –9,0–15,0. Все эти особенности обеспечивают млекопитающим более высокий уровень обмена веществ и общей жизнедеятельности.