Ewolucja ssaków

Wygląd przypnij ukryj Nazwa gromady pochodzi od ssania przez potomstwo gruczołów mlekowych samic. Tu maciora i ssące ją prosiaki świni domowej

Ewolucja ssaków – ewolucja zwierząt zaliczanych do gromady ssaków (Mammalia) to stopniowy proces trwający ok. 70 milionów lat, który rozpoczął się w środkowym permie od pojawienia się synapsydów (gadów ssakokształtnych). W środkowym triasie istniało wiele stworzeń przypominających ssaki. Ssaki właściwe pojawiły się jednak we wczesnym okresie jurajskim. Najstarszy znany torbacz, Sinodelphys, pojawił się 125 milionów lat temu, we wczesnej kredzie, w tym samym czasie żyła także Eomaia, pierwszy znany łożyskowiec. Z kolei najwcześniejszy znany stekowiec, Teinolophos, pojawił się 2 miliony lat później. Po sławnym wymieraniu kredowym, podczas którego zniknęła większość gadów mezozoiku (przetrwały wywodzące się od dinozaurów ptaki), ssaki zyskały możliwość rozwoju w kierunku wielu nowych form i zajęcia nowych dla nich nisz ekologicznych, zajmowanych wcześniej przez gady. Rozwój ten miał miejsce w trzeciorzędzie, pod koniec tego okresu istniały już wszystkie znane dzisiaj rzędy ssaków.

Z punktu widzenia filogenetyki ssaki są jedynymi synapsydami, które przetrwały. Ich linia rozwojowa oddzieliła się od linii zauropsydów (większość gadów) w karbonie, między 320 a 315 milionami lat temu, były to najbardziej rozpowszechnione i największe gady permu. Podczas triasu pierwotnie nierzucająca się w oczy grupa archozaurów rozwinęła się w dominujące na świecie zwierzęta, jedna z ich grup, dinozaury, dominowały przez resztę ery mezozoicznej. W związku z tym ssakokształtne zostały wyparte, zajmując głównie nisze nocne, mogło mieć to wielki związek z tak charakterystycznymi cechami ssaków, jak stałocieplność, włosy czy duży mózg. Później mezozoiczne ssaki rozprzestrzeniły się na inne nisze ekologiczne – powstały stworzenia wodne (Castorocauda), szybujące (Volaticotherium), a nawet drapieżcy zdolni do polowań na niewielkie dinozaury (Repenomamus).

Większość dowodów stanowią skamieniałości. Przez wiele lat szczątki ssaków mezozoiku i ich bezpośrednich przodków były rzadkie i fragmentaryczne, ale od połowy lat dziewięćdziesiątych pojawiły się nowe ważne odkrycia, głównie w Chinach. Relatywnie nowe techniki (filogenetyka molekularna) dały pewne interesujące hipotezy, ale dla wielu tradycyjnych paleontologów „łowców skamielin” są one sporne.

Chociaż gruczoły piersiowe są bardzo charakterystyczną cechą ssaków nowoczesnych, o ewolucji laktacji wiadomo bardzo niewiele. Właściwie zaś nic nie wiadomo o ewolucji innej rozpoznawczej cechy ssaków, kory nowej (część mózgu). Najwięcej badań rozwoju tej grupy zwierząt dotyczy powstania kosteczek słuchowych ze składowych stawu żuchwy owodniowych przodków ssaków. Inne z kolei dotyczą wyprostowania kończyn (u gadów są one zwykle zgięte bocznie), wtórnego podniebienia kostnego, sierści i włosów, a także ciepłokrwistości.

Definicja ssaka

porównanie czaszek ssaka (u góry) i niezaliczanego do ssaków wczesnego owodniowca
jaw joint – staw żuchwowy
squamosal – kość łuskowa
dentary – kość zębowa
quadrate – kość kwadratowa
articular – kość stawowa
angular – kość kątowa kosteczki słuchowe w ludzkim uchu środkowym: a) błona bębenkowa b) młoteczek c) kowadełko d) strzemiączko e) jama bębenkowa

Współcześnie żyjące gatunki mogą być zidentyfikowane jako ssaki na podstawie obecności gruczołów mlecznych (produkujących używane do karmienia potomstwa mleko) u samic (zob. ewolucja gruczołu mlekowego).

W przypadku identyfikacji gatunków zwierząt wymarłych używane są inne cechy. Zbudowane z nabłonka gruczoły w materiale kopalnym się nie zachowują, podobnie jak inne tkanki miękkie. Paleontolodzy używają więc do rozróżnienia cech spotykanych u wszystkich znanych obecnie żyjących gatunków ssaków (łącznie ze stekowcami), niespotykanych jednak u żadnego z wczesnych triasowych terapsydów. Ssaki w procesie słyszenia wykorzystują 2 kości, których inne owodniowce używają do jedzenia. Najwcześniejsze owodniowce posiadały staw żuchwowy złożony z kości stawowej (mała kość w tylnej części żuchwy) i kości kwadratowej (mała kość w tylnej części szczęki). Rozwiązanie to występuje u wszystkich owodniowców oprócz ssaków (jak jaszczurki, krokodyle, dinozaury i ich następcy ptaki, terapsydy). Ssaki natomiast wykształciły inną budowę tego stawu, złożonego z kości zębowej, czyli żuchwy, dźwigającej zęby, oraz kości łuskowej (innej małej kości czaszki). U ssaków kości kwadratowa i stawowa przekształciły się odpowiednio w kowadełko i młoteczek w uchu środkowym.

Oprócz tego ssaki posiadają dwa kłykcie potyliczne. Są to powierzchnie stawowe kości potylicznej pasujące do najwyższego kręgu ssaków zwanego atlasem lub dźwigaczem. Inne kręgowce posiadają tylko jeden kłykieć. Przez paleontologów jako kryteria dla identyfikacji wymarłych zwierząt jako ssaków używane są tylko cechy stawu żuchwowego i ucha środkowego (ma to znaczenie w przypadku pozostałości zwierzęcia o cechach pomieszanych – np. ssacze szczęki i ucho, ale tylko jeden kłykieć potyliczny).

Z powodu przyrostowych zmian w tzw. formach przejściowych powiedziane zostało:

Możemy znów odpowiadać na pytanie: co to jest ssak? Nie ma biologicznego znaczenia, gdzie narysujemy linię pomiędzy gadami a ssakami. Jest to tylko kwestia wygody. Są dwa oczywiste wybory, oba następujące bezpośrednio po okresie szybkiej ewolucji, które wyznaczają przerwę, którą spodziewamy się znaleźć.

Przodkowie ssaków

Poniżej znajduje się bardzo uproszczone drzewo – poniższy tekst opisuje niepewności i pola dyskusji.


czworonogi

płazy


owodniowce

zauropsydy


synapsydy




Owodniowce

Pierwsze w pełni lądowe kręgowce były owodniowcami – ich jaja posiadały wewnętrzne błony płodowe, które umożliwiały rozwijającemu się embrionowi oddychanie i zapewniały mu środowisko wodne. Pozwoliło to owodniowcom na składanie jaj na suchym lądzie, podczas gdy płazy muszą składać je do wody (nieliczne tylko ich rodzaje, np. Pipa, wykształciły inne przystosowania pozwalające ominąć tę barierę). Pierwsze owodniowce pojawiły się w późnym karbonie, ewoluując z grupy Reptiliomorpha.

W ciągu kilku milionów lat rozróżniły się 2 ważne linie owodniowców: synapsydy (przodkowie ssaków) i zauropsydy (od których, jak już wspomniano, pochodzą jaszczurki, węże, krokodyle, archozaury oraz ptaki). Najstarsze znane skamieniałości tych grup datuje się na 320–315 MLT. Trudno jest jednak stwierdzić, kiedy dokładnie która z nich wyewoluowała, albowiem skamieniałości kręgowców z późnego karbonu są bardzo rzadkie, a pierwsze zwierzęta z tych grup mogły pojawić się wcześniej.

Synapsydy

Czaszka synapsyda posiada pojedynczy parzysty otwór za okiem (skroniowy), położony dość nisko (prawa dolna część rysunku)

Czaszki synapsydów rozpoznawane są dzięki istnieniu charakterystycznych otworów za każdym okiem, które służą następującym celom:

Odnotować należy, że w toku ewolucji otwór ten może zaniknąć (człowiek go nie ma).

Skamieniałości zwierząt lądowych wczesnego permu wskazują, że jedna z grup synapsydów, pelykozaury, obejmowała najczęściej występujące kręgowce tego czasu zamieszkujące lądy, a także największe lądowe stworzenia tamtych dni.

Terapsydy

Tytanofon (przedstawiciel grupy Dinocephalia) żywiący się szczątkami ulemozaura

Terapsydy rozwinęły się z pelykozaurów w środkowym permie i zajęły miejsce dominujących kręgowców lądów. Różniły się one od pelykozaurów kilkoma cechami czaszki i szczęk m.in. większym otworem skroniowym i siekaczami równej wielkości.

Terapsydy zmieniały swą formę od zwierząt wyglądających jak ich przodkowie pelykozaury, a kończąc na stworzeniach, które można łatwo pomylić ze ssakami.

Różne ustawienia kończyn:
gadzie, boczne po lewej
ssacze, wyprostowane – w środku

Drzewo terapsydów

Poniżej przedstawiono uproszczone drzewo filogenetyczne, ukazujące jedynie klady istotne dla ewolucji ssaków.

Terapsydy | +--Biarmosuchia | `--+--dinocefale | +--Neotherapsida | +--anomodonty | | | `--dicynodonty | `--+--teriodonty | +--gorgonopsy | `--+--terocefale | `--cynodonty . . . . ssaki (ostatecznie)

Tylko dicynodonty, terocefale i cynodonty przetrwały do triasu.

Biarmosuchia

Biarmosuchia jest to najbardziej prymitywna grupa terapsydów, przypominająca pelykozaury.

Dinocephalia

Mormosaurus z podrzędu Dinocephalia

Dinocephalia („straszne głowy”) – były duże, niektóre jak dzisiejsze nosorożce, i zaliczane są tu zarówno stworzenia roślinożerne, jak i mięsożerne. Niektóre z tych mięsożerców posiadały tylne łapy w połowie wyprostowane, przednie jednak u wszystkich członków tej grupy były rozstawione na boki. Pod wieloma względami były to bardzo prymitywne terapsydy, nie miały np. podniebienia kostnego, a ich czaszka miała gadzią budowę.

Teriodonty

Viatkogorgon – przedstawiciel podrzędu gorgonopsów

Teriodonty („zęby bestii”) i ich potomkowie posiadali staw żuchwowy, w którym kość szczękowa mocno objęła jak kleszczami małą kość kwadratową. Pozwoliło im to szerzej rozwierać szczęki. Jedna z ich grup, mięsożerne gorgonopsy („twarze Gorgony”) wykorzystała to do stworzenia szablastych zębów. Taka budowa czaszki teriodontów miała jednak o wiele większe znaczenie – zmniejszenie kości kwadratowej było ważnym krokiem w kierunku rozwoju ssaczego stawu żuchwowego i ucha środkowego.

Gorgonopsy zachowały pewne cechy prymitywne: brak podniebienia kostnego wtórnego (aczkolwiek inne kości pełniły jego funkcję), rozcapierzone przednie łapy, tylne zaś mogły przyjmować oba ułożenia: proste i wysunięte bocznie. Ale Therocephalia („głowy bestii”), które pojawiły się w tym samym czasie, co gorgonopsy, posiadały kolejne ssacze cechy, m.in. liczba paliczków palców przednich i tylnych kończyn była taka, jak u wczesnych ssaków (posiadają ją do dziś niektóre naczelne, w tym człowiek).

Cynodonty

Cynodonty, grupa teriodontów powstała w późnym permie, zawiera przodków wszystkich ssaków – jedna z podgrup, Trithelodontidae (inaczej Ictidosauria – iktidozaury), jest szeroko uznawana za zawierającą wśród swych gatunków przodków ssaków. Cynodonty posiadały następujące cechy ssacze: dalsza redukcja licznych kości dolnej szczęki, kostne podniebienie wtórne, zęby policzkowe ze złożoną powierzchnią koron, mózg wypełniający jamę wewnątrzczaszkową.

Przełom w triasie

Diademodon – cynodont

Katastroficzne wymieranie na przełomie permu i triasu zabiło około 70% gatunków wcześniejszych lądowych kręgowców, a także większość roślin. W rezultacie:

Cynodonty przegrały jednak z początkowo nie ujawniającą się zbytnio grupą zauropsydów – z archozaurami zaliczali się do nich przodkowie dinozaurów, krokodyli i ptaków). Proponowano kilka różnych wyjaśnień, ale najbardziej prawdopodobne jest to, że lądy we wczesnym triasie były jałowe i bardziej zaawansowane w oszczędzaniu wody archozaury odniosły dzięki temu znaczną przewagę. Wszystkie znane zauropsydy nie posiadają gruczołów w skórze oraz wydalają kwas moczowy. Związek może być wydalany w znacznie większym stężeniu niż mocznik wydalany przez ssaki i prawdopodobnie też terapsydy, potrzeba więc na rozcieńczenie go mniej wody, która zostaje tracona przez wydalanie.

Zmiany były jednak stopniowe. We wczesnym triasie cynodonty pełniły jeszcze rolę dominujących drapieżników, a lystrozaury głównych roślinożerców. W środkowym triasie zaś archozaury zajęły już nisze zarówno pierwszych, jak i drugich.

Zdarzenie to mogło być jednak bardzo ważnym czynnikiem w przekształceniu się cynodontów w ssaki. Jedyni potomkowie cynodontów, którzy przetrwali to małe, głównie nocne, owadożerne stworzenia. W rezultacie:

Od cynodontów do prawdziwych ssaków

równina zalewowa

Liczne niepewności

Wymiana triasowa prawdopodobnie przyśpieszyła ewolucję ssaków, co zaowocowało utrudnieniem dla paleontologów, ponieważ szczątki „prawie ssaków” są niezmiernie rzadkie, głównie dlatego, że większość z nich osiągała rozmiary mniejsze niż dzisiejszy szczur:

Rzeczywiście stwierdzone zostało, że jeszcze w latach osiemdziesiątych XX wieku wszystkie mezozoiczne skamieniałości ssaków i ich krewnych opierały się na kilku znaleziskach, a były to głównie zęby, które są najtrwalsze ze wszystkich tkanek. Od tego czasu liczba mezozoicznych pozostałości ssaków wzrosła, od 116 rodzajów znanych w 1979 do około 310 w 2007, wzrosła także jakość znalezisk, „w sumie 18 mezozoicznych ssaków jest reprezentowanych przez prawie kompletne szkielety”. W związku z tym:

Podsumowując, ewolucja ssaków mezozoiku pełna jest niepewności, choć nie można już się wahać, że prawdziwe ssaki rzeczywiście pojawiły się po raz pierwszy w erze mezozoicznej.

Ssaki czy ssakokształtne?

Jednym z rezultatów wspomnianych wyżej niepewności była zmiana używanej przez paleontologów definicji ssaka. Przez długi czas szczątki były uznawane za należące do ssaków, jeśli spełniały kryterium szczęki i ucha. Polegało ono na tym, że staw żuchwowy składać się musiał jedynie z 2 kości: łuskowej i zębowej; kość stawowa i kwadratowa przekształciły się w kosteczki słuchowe: młoteczek i kowadełko. Większość paleontologów definiuje obecnie ssaki jako ostatnich wspólnych przodków stekowców, torbaczy i łożyskowców oraz ich potomków. Oprócz tego definiują oni inny klad ssakokształtne, lokując w nim wszystkie zwierzęta bardziej przypominające ssaki niż cynodonty, ale mniej spokrewnione ze stekowcami, torbaczami i łożyskowcami. Chociaż wydaje się to dzisiaj najważniejszym podejściem, niektórzy specjaliści nie uznają go, ponieważ:

Drzewo: od cynodontów do ssaków

Oligokyphus – cynodont --cynodonty | `--ssakokształtne | +--Allotheria | | | `--wieloguzkowce | `--+--Morganucodontidae | `--+--Docodonta | `--+--Hadrocodium | `--symetrodonty | +--Kuehneotheriidae | `--ssaki

Wieloguzkowce

Czaszka wieloguzkowca Ptilodus

Multituberkulaty (wieloguzkowce – nazwane tak od licznych guzków na „trzonowcach”) są często nazywane „gryzoniami mezozoiku”. Jest to przykład konwergencji, nie znaczy to więc, że obie grupy są ze sobą blisko spokrewnione.

Na pierwszy rzut oka wyglądały one jak ssaki. Ich staw żuchwowy składał się jedynie z kości zębowej i łuskowej, kość kwadratowa zaś i stawowa były częściami ucha środkowego. Zęby były zróżnicowane, zamknięte i posiadały guzki, jak u ssaków. Występował też łuk jarzmowy. Struktura miednicy sugerowała, że mogły one rodzić maleńkie bezbronne młode, jak dzisiejsze torbacze. Żyły one aż 120 milionów lat (od środkowej jury, 160 MLT, do wczesnego oligocenu, 35 MLT). Daje im to największy sukces spośród wszystkich ssaków. Bliższe przyjrzenie się pokazuje, że różniły się one jednak znacznie od dzisiejszych ssaków:

Z wieloguzkowcami blisko spokrewnione były Gondwanatheria, zamieszkujące kontynenty południowe w kredzie i paleogenie.

Morganucodontidae

U Morganucodontidae pojawiały się oba rodzaje stawów żuchwowych: zębowo-łuskowy (na przodzie) i stawowo-kwadratowy (z tyłu)

Morganucodontidae pojawiły się w triasie, około 205 MLT. Są dobrym przykładem formy przejściowej, miały bowiem zębowo-łuskowe i stawowo-kwadratowe stawy żuchwowe. Były poza tym jednymi z pierwszych odkrytych i bardzo dokładnie poznanych ssakokształtnych, znaleziono bowiem wielką liczbę ich skamieniałości.

Dokodonty

Skamieniałość rodzaju Eomaia – widać ślady futra

Najsławniejszym członkiem tej grupy była Castorocauda („ogon bobra”), żyjąca w środkowej jurze około 164 MLT. Odkryta została w 2004, opisana zaś w 2006. Nie była ona jednak typowym dokodontem (większość z nich była wszystkożerna) ani nie prawdziwym ssakiem, ale jest bardzo ważna w badaniach ewolucji ssaków, ponieważ po raz pierwszy znaleziony został jej prawie kompletny szkielet (prawdziwy luksus w paleontologii) i to złamało stereotyp „małego, nocnego owadożercy”:

Przedtem najwcześniejsze znane półwodne ssaki pochodziły z eocenu

Hadrocodium

Hadrocodium jest ukazywane przez kompromisowe drzewo rodowe jako „ciotka” właściwych ssaków. Symetrodonty i Kuehneotheriidae są z nimi bliżej spokrewnione. Ale skamieniałości symetrodontów i Kuehneotheriidae są nieliczne i fragmentaryczne, taksony te są więc słabo poznane i mogą być parafiletyczne. Z drugiej strony zaś mamy dobrze zachowane skamieliny Hadrocodium, żyjącego około 195 MLT w bardzo wczesnej jurze. Ma ono kilka ważnych cech:

Pierwsze właściwe ssaki

W tej części historii pojawiają się nowe problemy, albowiem właściwe ssaki nadal posiadają żyjących przedstawicieli.

Drzewo wczesnych ssaków

Gobiconodon, przedstawiciel grupy trykonodontów

† – grupa wymarła

--ssaki | +--australosfenidy | | | +--†Ausktribosphenidae | | | `--stekowce | `--+--†trykonodonty | `--+--†Spalacotheroidea | `--Cladotheria | +--†Dryolestoidea | `--ssaki żyworodne | +--ssaki niższe (m.in. torbacze) | `--łożyskowce

Australosfenidy i Ausktribosphenidae

Ausktribosphenidae jest to nazwa nadana grupie zagadkowych znalezisk, które:

Australosfenidy z kolei to grupa obejmująca Ausktribosphenidae i stekowce. Asfaltomylos (środkowa jura, Patagonia) uznany został za bazalnego przedstawiciela Australosphenida. Jest to zwierzę, które posiada jednocześnie cechy przypisywane Ausktribosphenidae i stekowcom, cierpi jednak na brak cech charakterystycznych dla pierwszej albo drugiej grupy, choć także cech nieobecnych u nich. On to pokazuje, że jego grupa była szeroko rozpowszechniona na Gondwanie (olbrzymi superkontynent półkuli południowej).

Niedawne badania rodzaju Teinolophos (około 115 MLT) sugerują, że był on w ważnej, zaawansowanej i względnie wyspecjalizowanej grupie stekowców, wobec czego bazalne (najbardziej prymitywne) stekowce musiały się pojawić odpowiednio wcześniej, niektóre rzekome australosfenidy powinny więc tworzyć podobną grupę (np. Steropodon) i inne (Ausktribosphenos, Bishops, Ambondro, Asfaltomylos) były bliżej spokrewnione z grupą Theria, a być może nawet członkami tegoż kladu obejmującego torbacze i łożyskowce.

Stekowce

Steropodon

Najstarszym znanym stekowcem jest Teinolophos, żyjący 123 MLT w Australii. Obecne badania sugerują, że nie był on bazalnym (bardzo prymitywnym) przedstawicielem tej grupy, ale w pełni rozwiniętym dziobakiem. Oznacza to, że linie rozwojowe dziobaków i kolczatek musiały rozdzielić się odpowiednio wcześniej.

Stekowce posiadają wiele cech odziedziczonych po pierwotnych owodniowcach:

Poza tym w przeciwieństwie do innych ssaków nie posiadają sutków, młode zlizują „wypocone” mleko z brzucha matki

Oczywiście cech tych nie widać w skamielinach i dla paleontologów głównymi takimi cechami są:

Warto nadmienić, że z wymienionych kości u człowieka jako odrębna kość zachował się jedynie obojczyk.

Ssaki żyworodne

Ssaki żyworodne (Theria – „bestie”) to hipotetyczna grupa, z której wywodzą się ssaki niższe, Metatheria (w tym torbacze) i Eutheria, głównie łożyskowce. Choć nie zachowały się żadne wiarygodne skamieniałości bazalnych ssaków żyworodnych (dysponujemy kilkoma zębami i fragmentami szczęk), wiemy, że łożyskowce i ssaki niższe dzielą pewne wspólne cechy, które musiały odziedziczyć po wspólnych bazalnych przodkach:

Ssaki niższe Dydelf wirginijski, torbacz

Wszystkie żyjące dziś ssaki niższe (Metatheria – „poza bestiami”) są torbaczami. Niektóre odkryte dzięki skamielinom rodzaje, jak mongolskie Asiatherium z późnej kredy, mogą być torbaczami lub należeć do innej grupy (grup) ssaków niższych.

Najstarszy znany torbacz to Sinodelphys, znaleziony we wczesnokredowych łupkach ilastych liczących 125 MLT w prowincji Liaoning leżącej w północno-wschodnich Chinach. Skamieniałości są prawie kompletne, zawierają kłaczki futra oraz odciski tkanek miękkich.

Dydelfokształtne (oposy z półkuli zachodniej) pojawiły się po raz pierwszy w późnej kredzie i do dziś mają swych reprezentantów, prawdopodobnie dlatego, że są to głównie częściowo nadrzewni niewyspecjalizowani wszystkożercy.

Najbardziej znaną cechą torbaczy jest ich sposób rozmnażania się:

  1. Matka wytwarza rodzaj pęcherzyka żółtkowego, który dostarcza embrionowi substancje odżywcze. Zarodki jamrajowatych, koali i wombatów dodatkowo wytwarzają narządy przypominające łożysko, łączące się ze ścianą macicy. Narządy te są jednak wiele mniejsze niż właściwe łożyska łożyskowców i nie jest pewne, czy transportują składniki odżywcze od matki do zarodka.
  2. Ciąża trwa bardzo krótko, zazwyczaj od 4 do 5 tygodni. Zarodek przychodzi na świat na bardzo wczesnym etapie rozwoju. Zwykle mierzy wtedy mniej niż 5 cm. Uważa się, że ciąża nie może być dłuższa, gdyż układ immunologiczny matki zaatakowałby rozwijający się embrion.
  3. Noworodek używa swych kończyn przednich z proporcjonalnie dobrze rozwiniętymi „dłońmi” do przebycia drogi do sutka, który zazwyczaj znajduje się w torbie położonej na brzuchu matki. Konieczność użycia w tym celu przednich łap uniemożliwia przekształcenie ich w skrzydła czy płetwy – dlatego nie ma aktywnie latających ani całkowicie wodnych torbaczy, choć niektóre gatunki posiadły umiejętność lotu szybowego.
  4. Matka karmi swoje maleństwo kurcząc mięśnie wokół gruczołów mlecznych, dziecko bowiem jest jeszcze zbyt słabe, by ssać.

Choć niektóre torbacze wyglądają bardzo podobnie do ssaków łożyskowych (np. wilk workowaty i wilk szary), szkielety torbaczy posiadają cechy odróżniające je od łożyskowców:

Torbacze posiadają także parę specjalnych kości podtrzymujących torbę u samic. Nie są one jednak zarezerwowane jedynie dla torbaczy. Podobne były znajdowane wśród skamielin wieloguzkowców, stekowców, a nawet grupy Eutheria. Są więc prawdopodobnie cechą wspólnego przodka, która zanikła jakiś czas po tym, jak przodkowie łożyskowców oddzielili się od przodków torbaczy. Według niektórych naukowców pierwotnie funkcją tych kości było udoskonalenie poruszania się poprzez wspieranie mięśni przenoszących udo ku przodowi.

Łożyskowce Eomaia sensoria

Żyjące obecnie Eutheria („prawdziwe bestie”) to łożyskowce. Najwcześniejszy znany przedstawiciel Eutheria, Eomaia, posiadał też pewne cechy torbaczy:

Eomaia miała także specyficzny rowek na żuchwie. Ta prymitywna cecha nie występuje u nowoczesnych łożyskowców.

Te pośrednie cechy są w zgodzie z filogenetyką molekularną, według której łożyskowce zróżnicowały się w przybliżeniu około 110 MLT, 15 milionów lat po rodzaju Eomaia.

Zwierzę to miało też dużo cech, które mocno wskazywały, że wspinało się ono. Chodzi tu o kilka cech stóp i palców, dobrze rozwinięte punkty przyczepu dla mięśni używanych głównie do wspinaczki, a także ogon długości dwukrotnie większej niż pozostała część kręgosłupa.

Najbardziej znaną cechą łożyskowców jest ich sposób rozmnażania się:

  1. Zarodek przytwierdza się do ściany macicy za pomocą specjalnego organu, dużego łożyska, które zaopatruje go w tlen i substancje odżywcze, a usuwa do krwiobiegu matki zbędne produkty przemiany materii.
  2. Ciąża jest względnie długa, a noworodek bardzo dobrze rozwinięty. U niektórych gatunków (głównie roślinożernych) młode potrafi biegać godzinę po porodzie

Zostało zasugerowane, że ewolucja rozmnażania się łożyskowców mogła zostać wspomożona przez retrowirusy, które:

Z punktu widzenia paleontologów łożyskowce są zwykle rozpoznawane dzięki różnym cechom ich zębów.

Nisze ekologiczne w mezozoiku

Jest nieco prawdy w stereotypie małych, nocnych owadożerców, ale niedawne znaleziska, głównie w Chinach, pokazały, że ssakokształtne i właściwe ssaki były też większe i miały bardziej zróżnicowany tryb życia. Dla przykładu:

Ewolucja głównych grup żyjących ssaków

Prowadzone są obecnie ożywione debaty pomiędzy tradycyjnymi paleontologami („łowcami skamielin”), a filogenetykami molekularnymi o to, jak i kiedy zróżnicowały się właściwe ssaki, głównie łożyskowce. Zazwyczaj tradycyjni paleontolodzy datują pojawienie się poszczególnych grup poprzez najwcześniejsze skamieniałości o cechach, dzięki którym mogły należeć do tych grup, podczas gdy filogenetycy molekularni sugerują, że linie te rozeszły się wcześniej (zwykle w kredzie), a najwcześniejsi przedstawiciele tych grup byli pod względem anatomicznym bardzo podobni do wczesnych przedstawicieli innych grup, różnice były tylko w genach. Debaty te dotyczą definicji i pokrewieństwa pomiędzy głównymi grupami łożyskowców. Dobry przykład stanowią afrotery.

Drzewo łożyskowców oparte na skamielinach

Poniżej znajduje się znacznie uproszczona wersja typowego drzewa rodowego opartego na skamieniałościach. Próbuje ono ukazać wersję obecnie najbliższą konsensusu, ale niektórzy paleontolodzy mają zupełnie inne poglądy, np:

Ze względu na zwięzłość i prostotę diagram omija pewne grupy wymarłe, skupiając się na pochodzeniu dobrze znanych grup współczesnych łożyskowców. Pokazuje on także:

--łożyskowce | +--szczerbaki (paleocen) | (pancerniki, leniwce, mrówkojady) | `--+--łuskowcowate (wczesny eocen) | (pangoliny) | `--Epitheria (późna kreda) | |--(†grupy wymarłe) | `--+--owadożerne (późna kreda) | (jeże, krety, ryjówki, tenreki) `--+--+--Anagalida | | | | | +--†Zalambdalestidae (późna kreda) | | | | | `--+--Macroscelidea (późny eocen) | | | (ryjkonosy) | | | | | `--+--†Anagaloidea | | | | | `--Glires (wczesny paleocen) | | | | | +--zajęczaki (eocen) | | | (zające, króliki, szczekuszkowate) | | | | | `--gryzonie (późny paleocen) | | (myszy, szczury, wiewiórki, susły, chomiki, bobry, kapibara) | | | | | `--Archonta | | | |--+--Scandentia (środk. eocen) | | | (wiewióreczniki) | | | | | `--Primatomorpha | | | | | +--†Plesiadapiformes | | | | | `--naczelne (wczesny paleocen) | | (palczak, lemury, małpy | | szympansy, człowiek) | | | `--+--Dermoptera (późny eocen) | | (lotokotowate) | | | `--nietoperze (późny paleocen) | | `--+--Ferae (wczesny paleocen) | (koty, psy, niedźwiedzie, foki) | `--Ungulatomorpha (późna kreda) | +--Eparctocyona (późna kreda) | | | +--†(grupy wymarłe) | | | `--+--Arctostylopida X (późny paleocen) | | | `--+--†Mesonychia (środkowy paleocen) | | | | | | | `--Cetartiodactyla | | | +--walenie (wczesny eocen) | | (wieloryby, delfiny, morświny) | | | `--parzystokopytne (wczesny eocen) | (żyrafa, bydło domowe, świnia, sarna | | | `--Altungulata | +--Hilalia X | `--+--+--nieparzystokopytne (późny paleocen) | | (konie, nosorożce, tapiry) | | | `--mrówniki (wczesny miocen) | (mrównik) | `--Paenungulata | +--góralki (wczesny eocen) | | `--+--brzegowce (wczesny eocen) | (manatowate, diugoń przybrzeżny) | `--trąbowce (wczesny eocen) (słoń)

Drzewo to zawiera kilka niespodzianek i zagadek. Na przykład:

Drzewo łożyskowców oparte na filogenetyce molekularnej

Filogenetyka molekularna używa cech genów organizmów, by stworzyć drzewa w podobny sposób, jak paleontolodzy czynią to z cechami skamielin: jeśli geny dwóch organizmów są do siebie bardziej podobne niż do trzeciego, to te dwa organizmy są ze sobą bliżej niż z tym trzecim spokrewnione.

Filogenetycy molekularni zaproponowali drzewo bardzo odmienne od tego znanego bliskiego paleontologom. Jak paleontolodzy, tak i filogenetycy molekularni mają odmienne poglądy odnośnie do różnorodnych szczegółów, poniżej jest typowe drzewo zgodnie z filogenetyką molekularną. Zauważyć należy, że poniższy diagram nie uwzględnia grup wymarłych, nie można bowiem pobrać próbek DNA ze skamieniałości.

--łożyskowce | +--Atlantogenata („urodzone wokoło Atlantyku”) | | | +--szczerbaki (pancerniki, mrówkojady, leniwce) | | | `--Afrotheria | | | +--Afroinsectiphilia | | (złotokrety, tenrekowate, wodnice) | | | +--brak nazwy | | | | | +--Macroscelidea (ryjkonosy) | | | | | `--słupozębne (mrówniki) | | | `--Paenungulata („nie do końca kopytne”) | | | +--góralki | | | +--trąbowce (słonie) | | | `--brzegowce (manaty, diugoń przybrzeżny) | `--Boreoeutheria („północne łożyskowce/prawdziwe ssaki”) | +--Laurasiatheria | | | +--Erinaceomorpha (jeżowate, gołyszek) | | | +--Soricomorpha (kretowate, ryjówkowate) | | | +--Cetartiodactyla | | (walenie i parzystokopytne) | | | `--Pegasoferae | | | +--pangoliny | | | +--nietoperze | | | +--drapieżne (psowate, kotowate, niedźwiedziowate, fokowate) | | | `--nieparzystokopytne (koniowate, nosorożce, tapiry). | `--Euarchontoglires | +--Glires | | | +--zajęczaki | | (królik, zając) | | | `--gryzonie (późny paleocen) | (myszowate, nornikowate, wiewiórkowate) | `--Euarchonta | +--Scandentia (tupaje) | +--Dermoptera (lotokotowate) | `--naczelne (lemurowate, małpy) Mrówkojad wielki, szczerbak

Oto najważniejsze różnice w pomiędzy tym i poprzednim drzewem:

Zgrupowanie afroteriów razem jest usprawiedliwione geologicznie. Wszyscy członkowie tej grupy, którzy przetrwali, żyją w Ameryce Południowej lub (głównie) Afryce. Pangea rozpadając się odłączyła bowiem od innych te 2 połączone kontynenty mniej niż 150 MLT, one zaś oddzieliły się od siebie między 100 i 80 MLT. Najstarszy znany łożyskowiec, Eomaia, pochodzi sprzed 125 milionów lat. Nie byłoby więc zaskakujące, gdyby najwcześniejsi łożyskowi imigranci do Afryki i Ameryki Południowej zostali odizolowali i ulegli radiacji we wszystkie dostępne nisze ekologiczne.

Niemniej propozycje te są uznawane za kontrowersyjne. Paleontolodzy są zdania, że dowody w postaci skamielin powinny mieć priorytet w stosunku do dedukcji na podstawie badań próbek DNA współczesnych ssaków. Co bardziej zaskakujące, nowe drzewo jest krytykowane przez innych filogenetyków molekularnych, nieraz bardzo ostro:

Przypisy

  1. a b Amniota – Palaeos.
  2. a b Synapsida overview – Palaeos. . .
  3. a b c Mammalia: Overview – Palaeos. palaeos.com. ..
  4. R. Cowen: History of Life. Oxford: Blackwell Science, 2000, s. 432.
  5. K. A. Kermack, Frances Mussett and H. W. RIgney. The skull of Morganucodon. „Zoological Journal of the Linnean Society”. 1. 71, s. 148, styczeń 1981. DOI: 10.1111/j.1096-3642.1981.tb01127.x
  6. Synapsida: Varanopseidae – Palaeos. . .
  7. a b Therapsida – Palaeos. . .
  8. a b D.M. Kermack, K.A. Kermack: The evolution of mammalian characters. Croom Helm, 1984. ISBN 978-0-7099-1534-8. Brak numerów stron w książce
  9. A.F. Bennett, J.A. Ruben. The metabolic and thermoregulatory status of therapsids. „The ecology and biology of mammal-like reptiles”, s. 207–218, 1986. Washington: Smithsonian Institution Press, Washington. 
  10. Dinocephalia – Palaeos. . .
  11. Theriodontia – Paleos. . .
  12. a b Groenewald, G.H., Welman, J. and MacEachern, J.A.. Vertebrate Burrow Complexes from the Early Triassic Cynognathus Zone (Driekoppen Formation, Beaufort Group) of the Karoo Basin, South Africa. „palaios”. 16 (2), s. 148-160, April 2001. DOI: 10.1669/0883-1351(2001)016<0148:VBCFTE>2.0.CO;2. . 
  13. :Olenekian Age of the Triassic – Palaeos. . .
  14. The Triassic Period – Palaeos. . .
  15. Ruben, J.A., and Jones, T.D.. Selective Factors Associated with the Origin of Fur and Feathers. „American Zoologist”. 40 (4), s. 585–596, 2000. DOI: 10.1093/icb/40.4.585
  16. M.E. Raichle, D.A. Gusnard. Appraising the brain’s energy budget. „PNAS”. 99 (16), s. 10237–10239, 2002-08-06. DOI: 10.1073/pnas.172399499
  17. Brain power. New Scientist, 2006.
  18. J Travis. Visionary research: scientists delve into the evolution of color vision in primates. „Science News”. 164 (15), October 2003. brak numeru strony
  19. a b R.L. Cifelli. Early mammalian radiations. „Journal of Paleontology”, November 2001. brak numeru strony
  20. Luo, Z.-X.. Transformation and diversification in early mammal evolution. „Nature”. 450 (7172), s. 1011–1019, 2007. DOI: 10.1038/nature06277
  21. a b c Mammaliformes – Palaeos. . .
  22. Mammaliformes – Palaeos. palaeos.com. ..
  23. David W. Krause, Simone Hoffmann, John R. Wible, E. Christopher Kirk i inni. First cranial remains of a gondwanatherian mammal reveal remarkable mosaicism. „Nature”. online, s. 512–517, 2014-11-05. Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited. DOI: 10.1038/nature13922. ISSN 1476-4687
  24. Morganucodontids & Docodonts – Palaeos. . .
  25. a b Q. Ji, Luo, Z-X, Yuan, C-X, and Tabrum, A.R.. A Swimming Mammaliaform from the Middle Jurassic and Ecomorphological Diversification of Early Mammals. „Science”. 311 (5764), s. 1123, February 2006. DOI: 10.1126/science.1123026. PMID: 16497926.  Zobacz też news na Jurassic „Beaver” Found; Rewrites History of Mammals.
  26. Symmetrodonta – Palaeos. . .
  27. a b Mammalia – Palaeos. . .
  28. Jacobs, L.L., Winkler, D.A., and Murry P.A.. Modern Mammal Origins: Evolutionary Grades in the Early Cretaceous of North America. „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA”. 86 (13), s. 4992–4995, 1989-07-01. DOI: 10.1073/pnas.86.13.4992
  29. Rauhut, O.W.M., Martin, T., Ortiz-Jaureguizar, E. and Puerta, P.. A Jurassic mammal from South America. „Nature”. 416 (416), s. 165–168, 14 marca 2002. DOI: 10.1038/416165a
  30. a b Rowe, T., Rich, T.H., Vickers-Rich, P., Springer, M., and Woodburne, M.O.. The oldest platypus and its bearing on divergence timing of the platypus and echidna clades. „Proceedings of the National Academy of Sciences”. 105 (4), s. 1238–1242, January 2008. DOI: 10.1073/pnas.0706385105
  31. a b Appendicular Skeleton.
  32. Mammalia: Spalacotheroidea & Cladotheria – Palaeos. . .
  33. Metatheria – Palaeos. . .
  34. F.S. Szalay, B.A. Trofimov. The Mongolian Late Cretaceous Asiatherium, and the early phylogeny and paleobiogeography of Metatheria. „Journal of Vertebrate Paleontology”. 16 (3), s. 474–509, 1996. 
  35. Oldest Marsupial Fossil Found in China. National Geographic News, 2003-12-15.
  36. Didelphimorphia – Palaeos. . .
  37. Family Peramelidae (bandicoots and echymiperas).
  38. Species is as species does... Part II.
  39. Marsupials. . .
  40. M.J. Novacek, G.W. Rougier, J.R. Wible, M.C. McKenna i inni. Epipubic bones in eutherian mammals from the late Cretaceous of Mongolia. „Nature”. 389 (6650), s. 440–441, 1997. DOI: 10.1038/39020. PMID: 9333234
  41. White, T.D.. An analysis of epipubic bone function in mammals using scaling theory. „Jornal of Theoretical Biology”. 139 (3), s. 343–57, 9 sierpnia 1989. DOI: 10.1016/S0022-5193(89)80213-9
  42. Eomaia scansoria: discovery of oldest known placental mammal.
  43. D Fox. Why we don’t lay eggs. „New Scientist”, 1999. brak numeru strony
  44. Eutheria – Palaeos. . .
  45. Luo, Z.-X., Wible, J.R.. A Late Jurassic Digging Mammal and Early Mammal Diversification. „Science”. 308, s. 103–107., 2005. DOI: 10.1126/science.1108875
  46. Meng, J., Hu, Y., Wang, Y., Wang, X., Li, C.. A Mesozoic gliding mammal from northeastern China. „Nature”. 444 (7121), s. 889–893, Dec 2006. DOI: 10.1038/nature05234
  47. Li, J., Wang, Y., Wang, Y., Li, C.. A new family of primitive mammal from the Mesozoic of western Liaoning, China. „Chinese Science Bulletin”. 46 (9), s. 782–785, 2000.  abstract, in English.
  48. Hu, Y., Meng, J., Wang, Y., Li, C.. Large Mesozoic mammals fed on young dinosaurs. „Nature”. 433, s. 149–152, 2005. DOI: 10.1038/nature03102
  49. Palaeos Vertebrates: Cladograms: 360 Mammalia. palaeos.com. ..
  50. JR. Wible, GW. Rougier, MJ. Novacek, RJ. Asher. Cretaceous eutherians and Laurasian origin for placental mammals near the K/T boundary.. „Nature”. 447 (7147), s. 1003-1006, Jun 2007. DOI: 10.1038/nature05854. PMID: 17581585
  51. WJ. Murphy, E. Eizirik, SJ. O'Brien, O. Madsen i inni. Resolution of the early placental mammal radiation using Bayesian phylogenetics.. „Science”. 294 (5550), s. 2348-51, Dec 2001. DOI: 10.1126/science.1067179. PMID: 11743200
  52. JO. Kriegs, G. Churakov, M. Kiefmann, U. Jordan i inni. Retroposed elements as archives for the evolutionary history of placental mammals.. „PLoS Biol”. 4 (4), s. e91, Apr 2006. DOI: 10.1371/journal.pbio.0040091. PMID: 16515367. PMCID: PMC1395351
  53. http://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/historical.html Historical perspective (the Dynamic Earth, USGS).
  54. http://www.scotese.com/cretaceo.htm Cretaceous map.
  55. Palaeos Vertebrates 460.000 Insectivora Overview. palaeos.com. ..
  56. MS. Springer, E. Douzery. Secondary structure and patterns of evolution among mammalian mitochondrial 12S rRNA molecules.. „J Mol Evol”. 43 (4), s. 357-73, Oct 1996. PMID: 8798341
  57. MS. Springer, LJ. Hollar, A. Burk. Compensatory substitutions and the evolution of the mitochondrial 12S rRNA gene in mammals.. „Mol Biol Evol”. 12 (6), s. 1138-50, Nov 1995. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040288. PMID: 8524047
  58. Li, W-H (1997). Molecular Evolution. Sinauer Associates.

Bibliografia

Systematyka ssaków (Mammalia)
ssaki wyższe (Eutheria)
lub
łożyskowce (Placentalia)
ssaki niższe
(Metatheria)
Prassaki (Prototheria)
incertae sedis
Ewolucja
Procesy ewolucyjne
Nauki związane z ewolucją
Rodzaje specjacji
Rodzaje doboru naturalnego
Ewolucja molekularna
Ewolucja poszczególnych taksonów
Pojęcia
Historia myśli ewolucyjnej