§ 54. Размножение, развитие и происхождение млекопитающих

Определения и обозначения

Внутреннее оплодотворение — соединение мужской и женской половых клеток внутри организма самки. Половые клетки не оказываются во внешней среде, где могли бы высохнуть, поэтому такой способ повышает вероятность начала развития нового организма на суше. Он не означает, что зародыш обязательно будет развиваться внутри матери: у некоторых млекопитающих после оплодотворения образуется яйцо.

Плацента — орган, который связывает зародыш с организмом матери и обеспечивает обмен между ними. Через неё зародыш получает кислород и питательные вещества, а в кровь матери переходят продукты его обмена. При этом кровь матери и зародыша обычно не смешивается напрямую: вещества проходят через ткани плаценты.

Живорождение — развитие зародыша внутри организма матери с последующим рождением детёныша. В отличие от откладывания яйца, зародыш в таком случае находится в организме матери и получает от неё защиту и, у плацентарных, необходимые вещества через плаценту. Но не все млекопитающие живородящие: утконос и ехидна откладывают яйца.

Зверозубые пресмыкающиеся — древняя группа животных, от которой произошли первые млекопитающие. Их называют зверозубыми из-за зубов, различавшихся по форме и назначению, как у млекопитающих. Некоторые особенности строения челюстей и скелета также сближают их с млекопитающими, поэтому ископаемые зверозубые помогают проследить происхождение класса.

Как это устроено

На суше половые клетки могут высохнуть, а встреча клеток вне тела зависит от условий среды. Внутреннее оплодотворение решает эту проблему: сперматозоиды попадают в половые пути самки и могут встретиться там с яйцеклеткой. Поэтому размножение меньше зависит от воды и внешних условий. Однако само оплодотворение ещё не говорит о том, где дальше будет развиваться зародыш.

После слияния половых клеток образуется первая клетка нового организма — зигота. Она начинает многократно делиться; этот процесс называют дроблением яйцеклетки, хотя размер зародыша сначала почти не увеличивается. Затем клетки распределяются и специализируются, формируются ткани и органы. У большинства видов зародыш продолжает расти в матке матери, пока не наступит рождение.

У плацентарных млекопитающих зародыш соединён с плацентой, через которую происходит обмен кислородом, питательными веществами и продуктами обмена. Это позволяет ему развиваться внутри организма матери, не используя запас веществ, заключённый в скорлупе яйца. После рождения связь через плаценту прекращается. Детёныш получает молоко, а тепло, защита и уход родителей помогают ему выжить, пока он растёт и становится самостоятельнее.

У разных групп млекопитающих развитие устроено неодинаково. Яйцекладущие откладывают яйца с запасом питательных веществ, и зародыш развивается вне тела матери; после вылупления детёныши также получают молоко. У сумчатых внутриутробное развитие короткое: маленький детёныш рождается недоразвитым и продолжает расти, прикрепившись к соску, обычно в сумке. У плацентарных зародыш дольше развивается в матке, получая вещества через плаценту.

Древние зверозубые пресмыкающиеся сочетали признаки, характерные для пресмыкающихся и будущих млекопитающих. У них были зубы разных типов, приспособленные к разным функциям, а строение челюстей постепенно менялось в направлении млекопитающих. Эти особенности обнаруживают по ископаемым остаткам и сравнивают со строением современных животных. Млекопитающих считают потомками зверозубых, а не современных пресмыкающихся: речь идёт о древней группе предков, а не о ныне живущих видах.

Сравнение размножения и развития основных групп млекопитающих

Сравнивайте группы по каждой строке, не смешивая способ появления детёныша с тем, где он развивается после рождения. Особенно показательно сопоставить наличие плаценты и длительность развития в матке: у плацентарных зародыш обычно дольше защищён внутри организма матери. При этом забота и молочное вскармливание характерны для всех млекопитающих.

Разбор задач

Задача 1. Назовите признаки, по которым размножение млекопитающих отличается от размножения большинства пресмыкающихся. Сначала определите, о каких этапах идёт речь: оплодотворении, развитии зародыша или заботе о потомстве. Затем сравните типичный способ развития у этих групп, не забывая об исключениях. Решение:

1. У млекопитающих оплодотворение внутреннее: половые клетки соединяются в организме самки.
2. У большинства млекопитающих зародыш развивается внутри матери, хотя яйцекладущие млекопитающие откладывают яйца.
3. Все млекопитающие выкармливают детёнышей молоком; у большинства пресмыкающихся такого вскармливания нет.

Ответ: отличительные признаки — внутреннее оплодотворение, развитие зародыша внутри матери у большинства видов и выкармливание детёнышей молоком. Не следует превращать слово «большинство» в утверждение, будто все млекопитающие живородящие.

Задача 2. Расположите этапы развития млекопитающего: рождение, оплодотворение, формирование органов зародыша, дробление яйцеклетки, внутриутробное развитие. Чтобы восстановить порядок, начните с события, без которого новый организм не может появиться, и проследите, что происходит с клеткой дальше. Решение:

1. Сначала происходит оплодотворение и образуется зигота.
2. Зигота делится на клетки — начинается дробление яйцеклетки.
3. Затем у зародыша формируются органы, и он продолжает развиваться внутри организма матери.
4. После завершения внутриутробного развития происходит рождение детёныша.

Ответ: оплодотворение → дробление яйцеклетки → формирование органов зародыша → внутриутробное развитие → рождение. Этапы связаны причинно: следующий начинается после того, как зародыш достигнет нужной стадии развития.

Задача 3. Сравните утконоса, кенгуру и собаку по способу размножения и развитию потомства. Объясните, как различия связаны со строением и функциями плаценты. Для решения соотнесите каждого представителя с группой из таблицы, а затем сравните место и продолжительность развития зародыша. Решение:

1. Утконос — яйцекладущее млекопитающее: зародыш развивается в яйце, плаценты нет.
2. Кенгуру — сумчатое: детёныш рождается недоразвитым и продолжает развитие у соска в сумке; роль плаценты ограничена.
3. Собака — плацентарное млекопитающее: зародыш развивается в матке, а развитая плацента обеспечивает обмен с организмом матери.

Ответ: у собаки зародыш обычно дольше защищён внутри матери; у кенгуру значительная часть развития проходит после рождения, а у утконоса — в яйце. Значит, развитие плаценты связано с тем, насколько долго зародыш получает поддержку внутри организма матери, но все три животных относятся к млекопитающим и вскармливают детёнышей молоком.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все млекопитающие рождают живых детёнышей. Так думают, если переносят особенности плацентарных на весь класс, но утконос и ехидна откладывают яйца. Проверьте себя вопросом: есть ли у млекопитающих яйцекладущие представители? Если да, утверждение «все живородящие» неверно.

Ошибка: утверждать, что плацента заменяет молочное вскармливание. Плацента действует до рождения, а после него детёныш питается молоком; эти способы относятся к разным этапам жизни. Чтобы проверить ответ, спросите себя, где находится детёныш — до рождения или после. Плацента связывает зародыш с матерью только до рождения.

Ошибка: путать внутреннее оплодотворение с внутриутробным развитием. Первое означает, что половые клетки сливаются внутри самки, а второе — что зародыш после этого развивается в её организме. Поскольку у яйцекладущих млекопитающих оплодотворение внутреннее, но развитие продолжается в яйце, понятия не равны. Проверяйте, описывает ли термин место слияния клеток или место развития зародыша.

Ошибка: называть млекопитающих прямыми потомками современных пресмыкающихся. Такое объяснение смешивает ныне живущие группы с древними предками, жившими в прошлом. Млекопитающие произошли от зверозубых пресмыкающихся, а не от современных ящериц, змей или крокодилов. Проверка проста: речь в вопросе идёт о древней ископаемой группе или о современных животных?

Связь с другими темами

Для понимания размножения млекопитающих нужны знания о половых клетках, оплодотворении и ранних стадиях развития зародыша. Сравнение яйцекладущих, сумчатых и плацентарных помогает связывать признаки строения с классификацией позвоночных и их эволюцией. Позже эти знания пригодятся при изучении эмбриологии, наследственности и индивидуального развития. Они также показывают, как особенности размножения помогают животным жить и размножаться на суше.

Что запомнить

• У млекопитающих оплодотворение происходит внутри организма самки.
• Зародыш развивается внутри организма матери либо в яйце — у яйцекладущих млекопитающих.
• Плацента обеспечивает обмен веществ между организмом матери и зародышем.
• Все млекопитающие выкармливают детёнышей молоком.
• У сумчатых детёныш рождается недоразвитым и продолжает развитие в сумке.
• Млекопитающие произошли от древних зверозубых пресмыкающихся.
• Развитие млекопитающих связано с усилением заботы о потомстве и его защищённостью.