Sesalci

Mnogo fosilnih ostankov omogoča dosledne razlage razvoja sesalcev. Začetek obdobja sesalcev sega v obdobje Terciarja okoli 70 milijonov let v preteklost. V tem obdobju je izumrlo mnogo linij plazilcev, kar je pripeljalo do razširitve linij sesalcev. Če sledimo koreninam sesalcev, se moramo vrniti v čas Karbona, kjer se je linija sinapsidov odcepila od drugih linij amniotov. Sesalci so se razvijali postopoma 200 milijonov let. Večino znanja, ki ga imamo o prvotnih sinapsidih, izvira iz preučevanja skeletnih ostankov. 

Okostje Dimetrodona, enega izmed pelikozavrov

Prvotni sinapsidi so bili pelikozavri. Nekateri so bili rastlinojedi (herbivori), drugi imajo okostja, ki nakazujejo na razvoj plenilstva (predatorstva) in uživanje mesa (karnivori). Sprednji zobje zgornje čeljusti so bili veliki in ločeni od zadnjih zob s praznino, ki so jo zapolnili sprednji zobje spodnje čeljusti, kadar so bile čeljusti zaprte (lobanja okostja na spodnji sliki). Oblika čeljusti omogoča, tako kot pri kačah, prehod zraka pri dihanju, kljub držanju plena.

Okostje enega izmed terapsidov

V obdobju Perma so se iz pelikozavrov razvili terapsidi, ki so druga uspešna skupina sesalcem podobnih plazilcev. Nekateri so bili predatorji, drugi herbivori. Terapsidni plenilci so imeli več zob na sprednjem delu gobca za držanje in trganje plena. Zadnjih zob je bilo manj in so bili manjši. Zobje rastlinojedcev so bili podobni zobem sesalcev. Nekateri so imeli velik prostor (diastemo), ki je ločevala prednje in zadnje zobe. Zadnji zobje so imeli grebene in robove za sekanje, ki so bili namenjeni mletju rastlinskega materiala. Za razliko od plazilcev, so terapsidi imeli okončine popolnoma pod telesom. Spremembe reber nakazujejo prerazporeditev notranjih organov ter razvoj dihalnega sistema, podobnega sistemu sesalcev. Zadnji terapsidi so bili cionodonti v velikosti današnjih večjih psov. 

Okostje Belesodona, enega izmed cionodontov

Prvotni sesalci so bile majhne, manj kot 10 cm velike, živali. Študije njihovih skeletnih ostankov in zobovja so pokazale, da so sesalci, ki so živeli v času Jure in Krede, bili večinoma plenilci. Njihova hrana so bili drugi manjši vretenčarji in členonožci. Nekaj je bilo rastlinojedcev, drugi pa so bili tako plenilci kot tudi rastlinojedci. Spremembe strukture notranjega ušesa in možganskih regij nakazujejo, da sta sluh in vonj bila pomembna dosežka zgodnje evolucije sesalcev.

Glede na razvoj sluha in vonja ter odsotnost barvnega vida pri večini takratnih sesalcev se sklepa, da so bili prvotni sesalci nočne živali. Takšen način življenja je omogočal izogibanje dosti večjim dinozavrom in plazilcem, ki so živeli v tistem času. Predvideva se, da je takšen način življenja vzrok za razvoj endotermije (stalne telesne temperature). Možnost vzdrževanja stalne telesne temperature omogoča normalno aktivno delovanje tudi po sončnem zahodu in ko temperatura prične padati. Plazilci niso razvili endotermije.

Dlaka, mlečne žleze, specializirani zobje, tri slušne koščice srednjega ušesa, stalna telesna temperatura so značilnosti modernih sesalcev. Natančen razvoj posameznih znakov je težko določiti, saj nam fosilni ostanki ne omogočajo vpogled v razvoj vseh značilnosti, kot so npr. mlečne žleze. Prvi fosilni dokazi o obstoju dlak segajo 60 milijonov let v preteklost, kljub temu pa se ocenjuje, da se je ta značilnost pojavila pred 130 milijoni let pri prednikih sesalcev.

Sesalci so danes razširjeni po vseh oceanih in kontinentih, razen na Antarktiki. Koža sesalcev je tako kot pri drugih vretenčarjih sestavljena iz epidermalne in dermalne plasti. Varuje pred mehanskimi poškodbami, vdori mikroorganizmov in UV svetlobo. Koža uravnava temperaturo osebka (preko znojenja), zaznava okolico in njene spremembe (preko receptorjev), izloča in uravnava vodo v telesu (izločanje).

Kožuh veverice

Dlake so keratiniziran derivat epidermisa kože in unikatna značilnost sesalcev. V koži rastejo lasje iz lasnih mešičkov, ki so uvihki epidermisa. Ker je dlaka večinsko sestavljena iz odmrlih celic, se mora občasno zamenjati. Pri nekaterih sesalcih, kot tudi pri človeku, poteka izpadanje postopoma, pri drugih hitreje. Živali imajo pod zgornjo plastjo dlake že pripravljen nov spodnji sloj. Tako je npr. pri polarni lisici. V jeseni dobi beli do kremast kožuh, spomladi pa rjavi do rumeni kožuh. Ko odpade rjavi kožuh, je spodaj že beli in obratno.

Dlake imajo pomen tudi pri zaznavanju okolja. Mehanski premik dlak simulira živčne celice (receptorje), povezane s koreninskim delom dlake. Zrak, ujet med dlake na kožuhu, je zelo dobra izolacija. Med spodnjo plastjo epidermisa in lasnim mešičkom so nameščene mišice. Ob skrčenju te povzročijo, da se dlaka postavi pokonci, s čimer se poveča količina zajetega zraka in posledično se poveča izolativnost kožuha. Barva kožuha je odvisna od količine melanina, ki se je naložil vanj. Kožuh večine sesalcev je temnejši na hrbtnem delu in svetlejši na trebušnem. Takšen kožuh jih naredi v večini situacij še najmanj vpadljive. Značilne barve kožuha (npr. dihur) opozarjajo na nevarnost same živali. Kožuh se je močno reduciral pri nekaterih živalih, ki živijo na vročih območjih (sloni) ter pri vodnih sesalcih. Kiti imajo namesto dlak maščobno izolacijo. Nekateri kopenski sesalci, kot podgane, so skoraj popolnoma brez dlak.

Kremplji so prisotni pri vseh amniotskih razredih. Uporabljajo se pri gibanju, napadu in obrambi. Kremplji so nastali z nalaganjem keratina, ki pokriva falange (kosti prstov). Pri nekaterih sesalcih so specializirani in tvorijo nohte ali kopita.

Žleze so se razvile iz epidermisa kože. Oljne žleze so povezane z lasnimi mešički. Njihovi izločki mažejo in dajejo vodoodporno prevleko dlakam in koži. Večina sesalcev ima žleze znojnice. Preko njihovih izločkov (voda, sol, urea) se osebek hladi in vzdržuje homeostazo. Mikroorganizmi na koži porabljajo izločke. Produkti, ki pri tem procesu nastajo, oddajajo neprijeten vonj. Nekatere žleze oddajajo določene vonjave (feromone). Ti služijo za obrambo, določanje teritorija, prepoznavanje in za privabljanje pripadnikov nasprotnega spola, dvorjenje. Mošus je izloček jelenov in se uporablja kot parfum že od antike. Je eden najdražjih in najbolj znanih živalskih proizvodov. Vrsta jelena, ki jo lovijo za mošus, živi v Pakistanu, Indiji, Tibetu, Kitajski, Sibiriji in Mongoliji. Mlečne žleze so prisotne pri samicah in samcih sesalcev, mleko proizvajajo le pri samicah. Mleko, ki ga proizvajajo, vsebuje vodo, ogljikove hidrate, maščobe, proteine, minerale in protitelesa.

Mišja lobanja

Lobanje sesalcev kažejo močne prilagoditve v primerjavi s plazilci. Ena izmed značilnosti, ki jo zoologi uporabljajo za razlikovanje lobanj plazilcev od sesalcev, je določevanje čeljusti. Pri plazilcih je čeljust iz dveh manjših kosti in zadnjega dela čeljusti. Pri sesalcih so se te kosti prestavile v notranje uho. Določitev je možna že po eni sami kosti spodnje čeljusti sesalcev. Ena izmed prilagoditev je ločitev nosnih kanalov in ustne votline. Glavni namen je zmožnost sočasnega žvečenja in zaužitja hrane ter dihanja. Za razliko od drugih vretenčarjev, ki hrano goltajo celo ali v kosih, nekateri sesalci žvečijo. Naprednejši razvoj je omogočil, da se dihanje prekine samo med požiranjem grižljaja.

Struktura in razporeditev zob sta pomembna kazatelja življenjskega sloga sesalca. Plazilci imajo enakomerno stožčaste zobe, takšno stanje je homodontno ("enaki zobje"). Sesalci imajo specializirane zobe, ki so namenjeni točno določeni nalogi (sekanje, mletje,...), takšno stanje je heterodontno ("različni zobje"). Zobje plazilcev se pritrjujejo na zunanjo ali notranjo stran čeljusti, pri sesalcih so zobje v jamicah čeljusti. Večina sesalcev ima dva seta zob tekom življenjske dobe. Prvi zobje (mlečni), se pojavijo pred ali malo po porodu. Ti zobje izpadejo, nadomestijo jih stalni zobje (drugi set). Odrasli sesalci imajo do 4 vrste zob. Sekalci so zobje čisto spredaj na čeljusti in so namenjeni sekanju. Sledijo jim podočniki, ki so ponavadi daljši in koničasti, namenjeni lovu, uboju in trganju plena. Sekalci in podočniki imajo po eno zobno korenino. Predmeljaki imajo eno ali dve korenini in okrnjene vrhe za žvečenje. Meljaki imajo večje površine, namenjeni so mletju hrane in imajo dve korenini (meljaki zgornje čeljusti) in tri korenine (meljaki spodnje čeljusti).

Zoologi uporabljajo za opis zobovja zobno formulo. Opisuje število zob posamezne vrste zoba za polovico zgornje in spodnje čeljusti. Zgornja vrstica opisuje zobe zgornje čeljusti, spodnja pa spodnje. Zobje si sledijo vedno od leve proti desni: sekalci, podočniki, predmeljaki, meljaki.

Za primer lahko damo zobno formulo človeka (stalni zobje) :

2.1.2.3

2.1.2.3

Človeško zobovje s koreninami

Hrbtenica sesalcev se deli na pet regij. Kot pri plazilcih in ptičih sta prvi dve vratni vretenci atlas in axis, sledi jima še pet vratnih vretenc. Tudi žirafa in celo kit imata po sedem vratnih vretenc, ki pa so zelo močno prilagojene. Prsni koš in ledveni del sta sestavna dela osrednjega trupa. Delitev je nastala zaradi načina dihanja sesalcev. Prsni koš je predel z rebri. Večina reber je pritrjenih na vretenca prsnega koša in spredaj na prsnico (sternum). Preostala rebra so pritrjena le na vretenca prsnega koša. Okončine sesalcev so večinoma pod telesom, njihova gibljivost je odvisna od vrste sklepa.  

Hrbtenica človeka

Prebavni trakt sesalcev je podoben traktu drugih vretenčarjev. Prehranjevalne navade sesalcev je težko specificirati. Večina pripadnikov reda Carnivora (mesojedci) se prehranjuje z mesom. Medvedi se prehranjujejo z zelo raznoliko rastlinsko in živalsko hrano, so omnivori (vsejedci). Nekateri mesojedci med sesalci so specializirani za prehranjevanje z določeno vrsto živali, mednje spadajo npr. žužkojedi (netopirji, mravljinčarji,...). Herbivori (rastlinojedci) se prehranjujejo z rastlinsko hrano. Prilagoditve prebavnega trakta se nanašajo predvsem na rastlinojedce, saj mora njihovo telo prebaviti hrano, bogato s celulozo. Pri prebavi rastlinskega materiala sodelujejo mikroorganizmi, imenovani črevesna flora, ki živijo v prebavilih živali. Konji, zajci in mnogi glodalci imajo razširjen cecum (slepo črevo) pri pregibu debelega in tankega črevesa. Cecum je neke vrste vrečka za fermentacijo, saj v njen mikroorganizmi razgrajujejo celulozo. Govedo, ovce in srnjad so prežvekovalci. Želodec je pri njih razdeljen na 4 predele. Prvi trije so namenjeni shrambi in pretvorbi, saj vsebujejo mikroorganizme, ki proizvajajo encim za razgradnjo celuloze (encim celulaza).

Srce ptičev in sesalcev je podobno. Srce imajo deljeno na 4 dele in na ločena obtočna sistema, eden prenaša kri po telesu, drug pa od srca do pljuč in nazaj. Podobnost srca ptičev in sesalcev je posledica prilagoditev na aktivni način življenja. Evolucija, pri kateri se razvije podobna struktura, v našem primeru srce, čeprav vrsti nista v sorodu, se imenuje konvergentna evolucija. Srce sesalcev se je razvilo v liniji sinapsidnih plazilcev, srce ptičev pa v liniji arhozaurov. 

Ena izmed pomembnejših prilagoditev krvožilnega sistema pri sesalcih je zmožnost prenosa dihalnih plinov in hranil do zarodka. Izmenjava dihalnih plinov in hranil med krvjo zarodka in matere poteka v placenti. Čeprav poteka izmenjava v neposredni bližini obeh krvožilnih sistemov (materinega in zarodkovega), se njuna kri nikoli ne meša. Hranila, dihalni plini in odpadne snovi prehajajo med materjo in zarodkom preko difuzije (spontan prehod določene komponente, npr. kisika, zaradi razlik v koncentraciji poteka v smeri od višje k nižji koncentraciji). Povezava do animacije izmenjave dihalnih plinov in hranil: Animacija

Pljuča sesalcev delujejo, tako kot pljuča plazilcev, po principu negativnega tlaka. Razlika med sesalci in ptiči ter plazilci je v diafragmi, ki ločuje prsni in ledveni del. Pri sesalcih je diafragma mišična. Dihanje je posledica krčenja diafragme in razširitve rebrne kletke, oboje povzroči upad tlaka v pljučih ter vdih zraka vanje. Izdih poteka obratno, saj sprostitev mišic ter upad rebrne kletke zmanjšata volumen prsnega koša in iztis zraka iz pljuč. 

Sesalci so razširjeni po skoraj vsej Zemlji, nekateri živijo v skrajno neprijaznih okoljskih razmerah. Skoraj vsi so izpostavljeni temperaturnim nihanjem, ki zahtevajo ali oddvajanje odvečne telesne temperature ali pa varčevanje z energijo ter proizvodnjo dodatne toplote. Proizvodnja toplote pri sesalcih poteka na dva načina. En je dreget, pri njem se aktivirajo mišice, te trzajo in opravljajo kar se da malo gibanja in proizvajajo dodatno toploto. Drugi način vira toplote je iz lastnega metabolizma in metabolizma posebnih zalog maščobe, imenovane rjava maščoba. Sesalci imajo učinkovito toplotno regulacijo, saj kožuh oziroma dlaka ter plasti maščobe, ki so tudi vir energije, dodatno izolirajo osebek. Sesalci brez kožuha imajo drug način vzdrževanja toplote. Mroži imajo temperaturo zunanje plasti kože blizu 0 °C, nekaj centimetrov globlje, pod debelo plastjo maščobe, pa je temperatura že 35 °C.

Protitočni toplotni izmenjevalni sistem dodatno pomaga preprečevati izgubo toplote. Arterije v koncih okončin, npr. pred kopitom severnega jelena, so obkrožene z venami. Kri, ki se po venah vrača do srca, jemlje toploto arterijam in jo tako zadržuje v telesu. Kadar se proizvaja preveč toplote, se periferne žile (žile na površini kože) razširijo in oddajajo odvečno toploto v okolico. Sesalci imajo večje probleme v vročih in suhih okoljih kot v mrzlih. V vročih in suhih okoljih se hladijo preko izhlapevanja, posledica je porušitev vodnega ravnovesja v telesu. Vnovična vzpostavitev ravnovesja je otežena zaradi okolja s pomanjkanjem vode. Glodalci posledično raje ostanejo pod zemljo. Večje živali, kot je npr. slon, imajo velike dobro ožiljene uhlje, preko katerih odvajajo toploto. 

Shema protitočne izmenjave toplote

Sesalci se na več načinov odzivajo na ekstremne spremembe okolja, kot je npr. prihod zime. Nekateri se preselijo, drugi se zakopljejo v sneg ali se umaknejo v podzemne luknje in rove, kjer so manj aktivni, a še vedno pozorni na okolico. Takšno stanje se imenuje zimsko spanje. Zimsko spanje je značilno za medvede, med katerim jim pade telesna temperatura in se upočasni metabolizem.

Hibernacija je obdobje zimske neaktivnosti, pri kateri hipotalamus (del možganov) upočasni metabolizem, delovanje srca in dihalne procese. Pravi pripadniki hibernacije so monotremi ter mnogi pripadniki žužkojedov, glodalcev in netopirjev. Priprave na hibernacijo obsegajo zaužitje velikih količin hrane, da se jim poveča količina telesne maščobe. Po pripravah se žival umakne v rove ali gnezdo. Hipotalamus "nastavi" telo na 2 °C, zmanjša dihanje (št. vdihov talne veverice tako pade s 100 do 200 na le okoli 4 vdihe v minuti). Število srčnih utripov prav tako pade s 200 do 300 utripov na okoli 20 utripov v minuti. Med hibernacijo lahko izgubi žival tretjino telesne teže. Vrnitev iz hibernacije povzroči povečano delovanje metabolizma in naraščanje telesne temperature preko kurjenja rjavih maščob. Dvig temperature na 37 °C poteka nekaj ur. 

Razoj kompleksnih živčnih in čutilnih funkcij sovpada z aktivnim življenjskim stilom sesalcev in se kaže v povečanju cerebralnih hemisfer (možganskih polobel). Tip je pri sesalcih zelo dobro razvit. Voh je bil predvsem pomemben pri prvih sesalcih, saj raziskave lobanj nakazujejo na podaljšane nose kanale z vohalnim epitelom. Voh je eden izmed pomembnejših čutil, saj omogoča zaznavanje okolja in drugih živali na dolge razdalje. Uporaben je tako podnevi kot ponoči. Z vohom lahko osebek zazna hrano, pripadnika iste vrste ali bližajočega se plenilca. Sluh je prav tako imel velik pomen pri prvotnih sesalcih. Uhelj je namenjen zbiranju signalov ter pošiljanju le teh v zaznavni del. Srednje uho sestavljajo tri slušne koščice, ki prenašajo zvok v obliki vibracij do notranjega ušesa. Notranje uho vsebuje polža, to je zavit organ z zvočnimi receptorji. Struktura očesa sesalcev je podobna strukturi vretenčarjev. Prilagoditve leč omogočajo izostritev različno oddaljenih objektov od osebka. Barvni vid je v primerjavi s ptiči pri sesalcih manj razvit. 

Sesalci imajo tako kot vsi amnioti metanefronske ledvice. Za razliko od plazilcev in ptičev, ki izločajo sečno kislino, sesalci izločajo ureo (produkt metabolizma dušikovih spojin). Urea je manj strupena kot amoniak in ne zahteva večjih količin vode pri izločanju. Kakorkoli pa je urea močno vodotopna, v nasprotju s sečno kislino, in se ne more izločiti v "trdni" obliki. Izločanje predstavlja pri sesalcih največje izgube vode. V nefronih ledvic se tekočine in manjše topne snovi filtrirajo iz krvi preko sten glomerula (skupek kapilaram podobnih žil). Preostali del ponovno sprejema vodo, pomembne topljenjce in ione v filtrat.