Еволюція розвитку ссавців тварин

Перші місяці життя люди можуть виживати, тільки харчуючись грудним молоком. Зараз наш вид вже зміг придумати альтернативні способи вигодовування потомства, але еволюція при розвитку людства вибрала грудне молоко, як кращий спосіб виживання.

Годування немовлят молоком, настільки універсальний спосіб забезпечити їх необхідним харчуванням, що важко собі уявити, якою була б життя, якби перші ссавці не пішли по цьому шляху. Але в природі є цілі групи тварин, наприклад, птиці, здатних ростити потомство без молока і при цьому досягати успіху.

Поява «ссавців» в науковому світі

Коли вчені почали відстежувати еволюцію розвитку способу вигодовування потомства ссавцями, з'ясувалося, що він набагато старше, ніж вважалося раніше. Перші ссавці з'явилися набагато раніше, ніж тварини, які ходять по землі. Хоча спочатку молоко, швидше за все, відрізнялося від сучасного.

Грудне вигодовування і відповідний орган ссавців придбали зоряний статус, коли в 18 столітті шведський біолог Карл Лінней створив систему класифікації видів тварин на основі їх індивідуальних рис. Деякі групи з його системи були виділені неправильно, але він зрозумів, що можна виділити всіх ссавців, включаючи людину в окремий клас. Самки всіх видів з цієї групи вигодовують дитинчат молоком, виробленим молочними залозами. Линів дав назву класу «Ссавці», що означає «з грудей» і ця назва закріпилася, всі ці тварини дійсно виробляють молоко.

Деякі тварини, як Хохлача з сімейства тюленьих, виробляють молоко для свого потомства, яке питательнее найжирнішого морозива. Багато тварин океану: кити і дельфіни годують грудьми своїх дітей, то ж роблять кажани, собаки, кішки, носороги і люди. Це правило поширюється навіть на найдавніших ссавців, які висиджують яйця, а не народжують живих дитинчат, як качконіс і колючий мурахоїд.

Сумчасті: кенгуру і опосуми народжують малят, майже не пристосованих для життя, новонароджені перебираються в спеціальні мішечки, де вони харчуються молоком і розвиваються в повноцінний організм. Ясно, що грудне вигодовування є універсальною рисою ссавців тварин, але не зрозуміло, коли з'явилася ця здатність. На відміну від кісток грудні молочні залози не перетворюються в скам'янілості.

За словами Пітера Хратмана з Університету Західної Австралії, практично неможливо отримати дані про органи древніх ссавців, відповідальних за вироблення молока. Він вважає, що молочні залози були повністю розвинені, до того, як перші ссавці вибралися з води, але археологи не знайшли ніяких слідів розвитку органів для вироблення молока. Вченим довелося шукати відповіді в іншому місці. Спочатку вони вивчали гени ссавців, а потім порівнювали їх з ДНК тварин, невиробляючих молоко. На підставі цих даних Олав Оптедал з Центру екологічних досліджень зі Смітсонівського університету в Меріленді підтвердив, що молочні залози з'явилися ще до того, як тварини вибралися на сушу, де перетворилися в амніот: хребетних з чотирма кінцівками, які потім розділилася на рептилій птахів і ссавців.

Деякі амніоти, відкладали яйця так само, як і їхні предки, але шкаралупа була краще адаптована для життя на землі і мала волокнисту пористу структуру зі спеціальними мембранами, які дозволяли зародку отримувати кисень з навколишнього повітря, і видаляли з порожнини вуглекислий газ. Але пористі яйця сильно залежали від погодних умов, в спеку вони могли висохнути, і амніот довелося шукати способи, щоб захистити ім.

Предки рептилій і птахів в процесі революції отримали яйця з кальцинованої і водонепроникної шкаралупою, яка утримувала вологу всередині. Зародки могли харчуватися вмістом яйця. Але попередники перших ссавців вирішили не зміцнювати шкаралупу, а використовувати пористу структуру для передачі додаткової води і поживних речовин зародкам.

За словами Офтедала, стародавні прабатьки ссавців, як і амніоти, могли виділяти воду з пористих залоз в шкірі, щоб зберігати яйця у вологому безпечному середовищі. Крім води секрет міг містити різні поживні речовини. Як тільки з'явилися ці виділення, малюки могли харчуватися ними навіть після того, як вилупилися з яєць.

Альтернативні шляхи еволюції розвитку вигодовування дитинчат

Деякі жаби Коко відкладають яйця на суші, потім вони передають їм вологу, під час прямого контакту з вологою шкіри або з виділеннями.

Інші земноводні, кільчасті червяги, мають ущільнення на шкірі жіночих особин, де відкладені поживні багаті жирами речовини. Після народження дитинчата соскребают цю живильну шкіру спеціальними зубами.

Всі ці тварини активно передають поживні речовини потомству через шкіру, ці водянисті виділення в підсумку могли перетворитися в молоко, яке ссавці тварини виробляють сьогодні. Згодом дитинчата все менше потребували поживних речовинах всередині шкаралупи, так як отримували все необхідне для розвитку і навіть захисні антимікробні компоненти з залоз матері. Ці зміни можна простежити в генах ссавців і їх предків. Те, що прості залози, призначені для вигодовування потомства існували ще в амніот, підтверджує різниця в будові молочних залоз сучасних ссавців.

Спочатку виділення використовувалися тільки для змочування яєць, але в міру еволюції вони перетворилися на головне джерело живлення і захисту малюків. За словами Офтедала, це сталося до появи перших справжніх ссавців.

Вчені встановили, що багато генів, пов'язані з лактацією мають дуже давнє походження. Так, наприклад, білки казеїни, виробляються трьома видами високоорганізованих кластерів генів, що кодують три основних типи казеїну. Ці кластери повторюються у всіх ссавців. Казеїни мають велике значення для грудного вигодовування так, як допомагають транспортуванні кальцію і фосфору, необхідних для формування скелета і тканин.

З того, що все ссавець і однопрохідні, і сумчасті, і плацентарні мають три кластери генів, відповідальних за вироблення казеїну, вчені вважають, молоко з'явилося задовго до їх поділу. Дуже повільно секрет з білками казеїну доповнювався іншими поживними речовинами, поки не з'явилося молоко з повним набором елементів необхідних для дітей.

Коли стародавні ссавці перестали залежати від поживних речовин в жовтку?

Практично у всіх тварин є гени вітеллогеніна, але у сумчастих і плацентарних ссавців ці кластери відключені. Це сталося близько 170 мільйонів років тому. Вітеллогенін є важливим білком яєчного жовтка. Це доводить, що грудне вигодовування з'явилося задовго до перших справжніх ссавців.

Всі сучасні птахи і плазуни задіють ці гени, предки всіх сучасних ссавців теж їх мали, але зараз тільки один з генів працює і тільки у яйцекладущих: утконосов і гадюк.

Стародавні ссавець не могли б відмовитися від цих генів, якби вони не знайшли альтернативне джерело поживних коштів, наприклад, казеїн, стверджує Офтедал. Але якщо здатність до вироблення молока з'явилася так давно, то чому ми бачимо зараз тільки у ссавців?

появи основного складу молока стародавні ссавці еволюціонували в окремі види, після чого склад суміші для вигодовування потомства і органи почали змінюватися. Це триває до сих пір. Швидше за все, всі давні прабатьки ссавців вимерли, залишивши сучасні види, як єдині здатні до виробництва молока.

Непередбачувані шляху еволюції

Здавалося б, дивно, що молочні залози є унікальним для ссавців явищем, але якщо придивитися виробництво поживного продукту для малюків є і у деяких інших видів. Так у тарганів виділяється багата білком рідина, якою харчуються зародки. У деяких птахів, в тому числі голубів, фламінго і імператорських пінгвінів виробляти живильний секрет можуть навіть чоловічі особини. Але ці речовини відрізняються від молока складом і способом виготовлення.

Справжні молочні залози є унікальною рисою ссавців тварин, навіть, незважаючи на те, що вони влаштовані по-різному.

Люди зациклені на сосках, а у яйцекладущих утконосов молоко виділятися через мережу плоских, покритих хутром каналів. Після того, як малюки вилуплюються, вони злизують молоко з хутра.

У сумчастих і плацентарних ссавців з'явилися соски, можливо, це стало способом уникнути інфекції. Коли яйцекладущие випускають молоко на шкіру, бактерії можуть легко причепитися до них, соски забезпечують пряму передачу з організму матері в рот немовляти. Але навіть в цьому випадку процес лактації через груди з сосками сильно відрізняється.

У плацентарних ссавців зародки отримують все необхідне для розвитку через плаценту, що з'єднує його з матір'ю. Це дозволяє їм перебувати утробі довше, ніж сумчастих, виживання яких повністю залежить від того, чи зможуть вони прикріпитися до сосок матері до того, як стануть досить великими, щоб їсти самостійно.

Грудне вигодовування, що стало для людей таким інтимним і емоційним переживанням - це не чисто людська риса. Завдяки відкриттям генетики люди більше можуть дізнатися про витоки свого розвитку.

Офтедал вважає, що молоко з'явилося, так як тварини зіткнулися з низкою проблем в турботі про своїх малюків. Спочатку їм потрібно було захистити зародків від засихання через втрату вологи, потім запропонувати додаткову їжу і, нарешті, можливість нагодувати немовля без додаткового ризику зараження.

Грудне вигодовування почало розвиватися мільйони років тому, і сьогодні людська мати, є останньою ланкою в безперервного ланцюга еволюції ссавців, ще з тих часів, коли наші предки остаточно вибралися на сушу. А найдивніше, що всі ці складні процеси призвели до виникнення любові.