29.6 : Mammifères
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Compétences à développer
- Nommer et décrire les caractéristiques distinctives des trois principaux groupes de mammifères
- Décrivez la ligne de descente proposée qui a produit des mammifères
- Énumérez certaines caractéristiques dérivées qui peuvent être apparues en réponse au besoin des mammifères d'avoir un métabolisme constant et élevé
Les mammifères sont des vertébrés qui possèdent des poils et des glandes mammaires. Plusieurs autres caractéristiques sont propres aux mammifères, notamment certaines caractéristiques de la mâchoire, du squelette, du tégument et de l'anatomie interne. Les mammifères modernes appartiennent à trois clades : les monotrèmes, les marsupiaux et les euthériens (ou mammifères placentaires).
Caractéristiques des mammifères
La présence de poils est l'un des signes les plus évidents d'un mammifère. Bien qu'ils ne soient pas très étendus chez certaines espèces, comme les baleines, les poils ont de nombreuses fonctions importantes pour les mammifères. Les mammifères sont endothermes et les poils isolent pour retenir la chaleur générée par le travail métabolique. Les cheveux retiennent une couche d'air près du corps et retiennent la chaleur. Outre l'isolation, les cheveux peuvent servir de mécanisme sensoriel via des poils spécialisés appelés vibrisses, mieux connus sous le nom de moustaches. Ils se fixent aux nerfs qui transmettent des informations sur les sensations, ce qui est particulièrement utile pour les mammifères nocturnes ou fouisseurs. Les poils peuvent également fournir une coloration protectrice ou faire partie de la signalisation sociale, par exemple lorsque les poils d'un animal se tiennent « à bout ».
Le tégument, ou peau de mammifère, comprend des glandes sécrétoires aux fonctions diverses. Les glandes sébacées produisent un mélange de lipides appelé sébum qui est sécrété sur les cheveux et la peau pour résister à l'eau et lubrifier. Les glandes sébacées sont situées sur la majeure partie du corps. Les glandes eccrines produisent de la sueur, ou transpiration, qui est principalement composée d'eau. Chez la plupart des mammifères, les glandes eccrines sont limitées à certaines parties du corps et certains mammifères n'en possèdent pas du tout. Cependant, chez les primates, en particulier chez les humains, la sueur joue un rôle prépondérant dans la thermorégulation, régulant l'organisme par refroidissement par évaporation. Les glandes sudoripares sont situées sur la plus grande partie de la surface corporelle des primates. Les glandes apocrines, ou glandes odorantes, sécrètent des substances qui sont utilisées pour la communication chimique, comme chez les mouffettes. Les glandes mammaires produisent du lait qui sert à nourrir les nouveau-nés. Alors que les mâles monotrèmes et les euthériens possèdent des glandes mammaires, les marsupiaux mâles n'en possèdent pas. Les glandes mammaires sont probablement des glandes sébacées ou eccrines modifiées, mais leur origine évolutive n'est pas entièrement claire.
Le système squelettique des mammifères possède de nombreuses caractéristiques uniques. La mâchoire inférieure des mammifères est constituée d'un seul os, le dentier. Les mâchoires des autres vertébrés sont composées de plus d'un os. Chez les mammifères, l'os dentaire rejoint le crâne au niveau de l'os squamosal, tandis que chez d'autres vertébrés, l'os carré de la mâchoire rejoint l'os articulaire du crâne. Ces os sont présents chez les mammifères, mais ils ont été modifiés pour fonctionner dans l'ouïe et former des os dans l'oreille moyenne (Figure\(\PageIndex{1}\)). D'autres vertébrés ne possèdent qu'un seul os de l'oreille moyenne, l'étrier. Les mammifères en ont trois : le malléus, l'incus et l'étrier. Le malléus provenait de l'os articulaire, tandis que l'incus provenait de l'os quadrate. Cette disposition des os de la mâchoire et de l'oreille permet de distinguer les mammifères fossiles des fossiles d'autres synapsides.
Le muscle adducteur qui ferme la mâchoire est composé de deux muscles chez les mammifères : le temporalis et le masséter. Ils permettent un mouvement latéral de la mâchoire, rendant ainsi possible la mastication, ce qui est propre aux mammifères. La plupart des mammifères ont des dents hétérodontes, c'est-à-dire qu'ils ont différents types et formes de dents plutôt qu'un seul type et une seule forme de dent. La plupart des mammifères sont des diphyodontes, c'est-à-dire qu'ils ont deux paires de dents au cours de leur vie : des dents caduques ou « de lait » et des dents permanentes. Les autres vertébrés sont des polyphyodontes, c'est-à-dire que leurs dents sont remplacées tout au long de leur vie.
Les mammifères, comme les oiseaux, possèdent un cœur à quatre chambres. Les mammifères possèdent également un groupe spécialisé de fibres cardiaques situées dans les parois de leur oreillette droite, appelé nœud sino-auriculaire, ou stimulateur cardiaque, qui détermine la vitesse à laquelle le cœur bat. Les érythrocytes des mammifères (globules rouges) ne possèdent pas de noyau, alors que les érythrocytes des autres vertébrés sont nucléés.
Les reins des mammifères possèdent une partie du néphron appelée boucle de Henle ou boucle néphritique, qui permet aux mammifères de produire de l'urine contenant une concentration élevée de solutés, supérieure à celle du sang. Les mammifères n'ont pas de système portail rénal, c'est-à-dire un système veineux qui fait circuler le sang des membres postérieurs ou inférieurs et de la région de la queue vers les reins. Les systèmes portaux rénaux sont présents chez tous les autres vertébrés, à l'exception des poissons dépourvus de mâchoires. Une vessie est présente chez tous les mammifères.
Le cerveau des mammifères possède certaines caractéristiques qui diffèrent de celles des autres vertébrés. Chez certains mammifères, mais pas chez tous, le cortex cérébral, la partie la plus externe du cerveau, est fortement plié, ce qui permet une plus grande surface que celle possible avec un cortex lisse. Les lobes optiques, situés dans le mésencéphale, sont divisés en deux parties chez les mammifères, tandis que les autres vertébrés possèdent un seul lobe non divisé. Les mammifères euthériens possèdent également une structure spécialisée qui relie les deux hémisphères cérébraux, appelée corps calleux.
Évolution des mammifères
Les mammifères sont des synapsides, c'est-à-dire qu'ils ont une seule ouverture dans le crâne. Ce sont les seules synapsides vivantes, les formes antérieures ayant disparu au cours de la période jurassique. Les premières synapsides non mammaliennes peuvent être divisées en deux groupes, les pélycosaures et les thérapeusides. Au sein des thérapeusides, on pense qu'un groupe appelé cynodontes est l'ancêtre des mammifères (Figure\(\PageIndex{2}\)).
L'une des principales caractéristiques des synapsides est l'endothermie, plutôt que l'ectothermie observée chez la plupart des autres vertébrés. L'augmentation du taux métabolique nécessaire à la modification interne de la température corporelle s'est accompagnée de modifications de certaines structures squelettiques. Les synapsides les plus récentes, qui présentaient des caractéristiques plus évoluées propres aux mammifères, possèdent des joues pour contenir de la nourriture et des dents hétérodontes, spécialisées dans la mastication, la décomposition mécanique des aliments pour accélérer la digestion et la libération de l'énergie nécessaire pour produire de la chaleur. La mastication nécessite également la capacité de mastiquer et de respirer en même temps, ce qui est facilité par la présence d'un palais secondaire. Un palais secondaire sépare la zone de la bouche où se produit la mastication de la zone supérieure où se produit la respiration, permettant ainsi à la respiration de se poursuivre sans interruption pendant la mastication. On ne trouve pas de palais secondaire chez les pélycosaures, mais chez les cynodontes et les mammifères. La mâchoire montre également des changements entre les synapsides précoces et les synapsides ultérieures. L'arcade zygomatique, ou pommette, est présente chez les mammifères et les thérapies avancées telles que les cynodontes, mais elle n'est pas présente chez les pélycosaures. La présence de l'arc zygomatique suggère la présence du muscle masséter, qui ferme la mâchoire et joue un rôle dans la mastication.
Dans le squelette appendiculaire, la ceinture scapulaire des mammifères thériens est modifiée par rapport à celle des autres vertébrés en ce sens qu'elle ne possède ni os procoracoïde ni interclavicule, et que l'omoplate est l'os dominant.
Les mammifères ont évolué à partir des thérapeusides à la fin du Trias, les premiers fossiles de mammifères connus datant du début du Jurassique, il y a environ 205 millions d'années. Les premiers mammifères étaient petits, de la taille d'un petit rongeur. Les mammifères ont commencé à se diversifier au Mésozoïque, du Jurassique au Crétacé, bien que la plupart de ces mammifères aient disparu à la fin du Mésozoïque. Au Crétacé, un autre rayonnement de mammifères a commencé et s'est poursuivi tout au long de l'ère cénozoïque, il y a environ 65 millions d'années.
Mammifères vivants
Les euthériens, ou mammifères placentaires, et les marsupiaux forment ensemble le clade des mammifères thériens. Les monotrèmes, ou métathériens, forment leur clade frère.
Il existe trois espèces vivantes de monotrèmes : l'ornithorynque et deux espèces d'échidnés, ou fourmiliers épineux. L'ornithorynque à bec coriace appartient à la famille des Ornithorhynchidae (« bec d'oiseau »), tandis que les échidnés appartiennent à la famille des Tachyglossidae (« langue collante ») (Figure\(\PageIndex{3}\)). L'ornithorynque et une espèce d'échidné se trouvent en Australie, et l'autre espèce d'échidné se trouve en Nouvelle-Guinée. Les monotrèmes sont uniques chez les mammifères car ils pondent des œufs plutôt que de donner naissance à des petits vivants. Les coquilles de leurs œufs ne ressemblent pas aux coquilles dures des oiseaux, mais sont coriaces, semblables à celles des œufs de reptiles. Les monotrèmes n'ont pas de dents.
Marsupials are found primarily in Australia, though the opossum is found in North America. Australian marsupials include the kangaroo, koala, bandicoot, Tasmanian devil (Figure \(\PageIndex{4}\)), and several other species. Most species of marsupials possess a pouch in which the very premature young reside after birth, receiving milk and continuing to develop. Marsupials differ from eutherians in that there is a less complex placental connection: The young are born at an extremely early age and latch onto the nipple within the pouch.
Eutherians are the most widespread of the mammals, occurring throughout the world. There are 18 to 20 orders of placental mammals. Some examples are Insectivora, the insect eaters; Edentata, the toothless anteaters; Rodentia, the rodents; Cetacea, the aquatic mammals including whales; Carnivora, carnivorous mammals including dogs, cats, and bears; and Primates, which includes humans. Eutherian mammals are sometimes called placental mammals because all species possess a complex placenta that connects a fetus to the mother, allowing for gas, fluid, and nutrient exchange. While other mammals possess a less complex placenta or briefly have a placenta, all eutherians possess a complex placenta during gestation.
Summary
Mammals in general are vertebrates that possess hair and mammary glands. The mammalian integument includes various secretory glands, including sebaceous glands, eccrine glands, apocrine glands, and mammary glands. Mammals are synapsids, meaning that they have a single opening in the skull. A key characteristic of synapsids is endothermy rather than the ectothermy seen in other vertebrates. Mammals probably evolved from therapsids in the late Triassic period, as the earliest known mammal fossils are from the early Jurassic period. There are three groups of mammals living today: monotremes, marsupials, and eutherians. Monotremes are unique among mammals as they lay eggs, rather than giving birth to young. Eutherian mammals are sometimes called placental mammals, because all species possess a complex placenta that connects a fetus to the mother, allowing for gas, fluid, and nutrient exchange.
Glossary
- apocrine gland
- scent gland that secretes substances that are used for chemical communication
- dentary
- single bone that comprises the lower jaw of mammals
- diphyodont
- refers to the possession of two sets of teeth in a lifetime
- eccrine gland
- sweat gland
- eutherian mammal
- mammal that possesses a complex placenta, which connects a fetus to the mother; sometimes called placental mammals
- heterodont tooth
- different types of teeth that are modified for different purposes
- mammal
- one of the groups of endothermic vertebrates that possesses hair and mammary glands
- mammary gland
- in female mammals, a gland that produces milk for newborns
- marsupial
- one of the groups of mammals that includes the kangaroo, koala, bandicoot, Tasmanian devil, and several other species; young develop within a pouch
- monotreme
- egg-laying mammal
- Ornithorhynchidae
- clade that includes the duck-billed platypus
- sebaceous gland
- in mammals, a skin gland that produce a lipid mixture called sebum
- Tachyglossidae
- clade that includes the echidna or spiny anteater