书城科普读物探究式科普丛书-生物的演化:进化
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第7章 攻占陆海空——动物的进化(3)

每一类又可细分为许多类型。草食动物牙齿和咬肌发生了许多变化;啮齿类和兔形类发展了可终身生长的凿形门齿,以适应啮咬粗硬的树皮、坚果等;牛科和鹿科动物的上门齿消失,代之以厚的皮肤垫,以适应扯断草茎;犬齿在草食兽类中常常消失,而颊齿则扩大成为有效的研磨结构。肉食兽类与草食兽类则恰恰相反,有着十分发达的犬齿,便于刺穿捕获物。这其间最特化的是各种食蚁兽类,如穿山甲、食蚁兽、土豚、针鼹、袋食蚁兽等,它们由于生活方式上的趋同,牙齿都极端退化,而发展了适于舔食蚁类的长而富于黏液的舌,非常奇特。以上这些都随环境而变化,是动物进化的一种表现。

3.身体结构特征

下面我们来具体介绍哺乳动物这种最高等动物的特征:

①毛。毛是最外在的特征,是哺乳动物所特有的结构,为表皮角化的产物。毛由毛干及毛根组成。毛干是由皮质部和髓质部构成;毛根着生于毛囊里,外被毛鞘,末端膨大呈球状称毛球,其基部为真皮构成的毛乳头,内有丰富的血管,是毛所必需的营养物质的输送通道。在毛囊内有皮脂腺的开口,可分泌油脂,润滑毛、皮;毛囊基部还有竖毛肌附着,收缩时可使毛直立,有助于体温调节,如果是人的话就可以看到“怒发冲冠”的景象。按毛的形态结构,可将毛划分为长而坚韧并有一定毛向的针毛(刺毛)和被毛。被毛常形成毛被,主要机能是绝热、保温。水生哺乳动物基本上是无毛的种类如鲸,有发达的皮下脂肪以保持体温的恒定。毛常受磨损和退色,通常每年有一两次周期性换毛,一般夏毛短而稀,绝热力差,冬毛长而密,保温性能好。陆栖哺乳动物的毛色与其生活环境的颜色常保持一致,通常森林或浓密植被下层的哺乳动物毛呈暗色,开阔地区的呈灰色,沙漠地区多呈沙黄色。

②角。角也是最外在的特征之一,是哺乳动物头部表皮及真皮特化的产物。表皮产生角质角,如牛、羊的角质鞘及犀的表皮角,真皮形成骨质角,如鹿角。哺乳类的角可分为洞角、实角、叉角羚角、长颈鹿角、表皮角等五种类型。

洞角由骨心和角质鞘组成,角质鞘即习称之为角,成双着生于额骨上,终身不更换,有“紧箍咒”的色彩和不断增长的趋势。

洞角为牛科动物所特有。

实角为分叉的骨质角,无角鞘。新生角在骨心上有嫩皮,通称为茸角,如鹿茸。一般情况下都可以做名贵的药材。角长成后,茸皮逐渐老化、脱落,最后仅保留分叉的骨质角,如鹿角。鹿角每年周期性脱落和重新生长,这是鹿科动物的特征。除少数鹿科动物两性都具有角,如驯鹿,或不具角,如麝、獐之外,一般仅雄性具角。

叉角羚角是介于洞角与鹿角之间的一种角型。骨心不分叉而角鞘具小叉,分叉的角鞘上有融合的毛,毛状角鞘在每年生殖期后脱换,骨心不脱落。可谓“换汤不换药”。这种角型为雄性叉角羚所特有,而雌性叉角羚仅有短小的角心而无角鞘。

长颈鹿角由皮肤和骨所构成,骨心上的皮肤与身体其他部分的皮肤几乎没有差别。

表皮角完全由表皮角质层的毛状角质纤维所组成,无骨质成分,为犀科所特有。角的着生位置特殊,在鼻骨正中,双角种类的两角呈前后排列,前角生于鼻部,后角生长在颔部。

③骨骼。哺乳动物的骨骼系统发达,功能强大而完善。主要由中轴骨骼和附肢骨骼两大部分组成。其结构和功能上主要的特点是:头骨有较大的特化,具两个枕骨踝,下颌由单一齿骨构成,牙齿异型;脊柱分区明显,结构坚实而灵活,颈椎7节;四肢下移至腹面,出现肘和膝,将躯体撑起,适应陆上快速运动。

由于哺乳类的脑、感官的发达以及口腔咀嚼的产生,故颅骨相当大。颅腔由额骨、顶骨、枕骨、蝶骨、筛骨、鳞骨、鼓骨等构成,其中枕骨、蝶骨、筛骨等均是“集结体”,骨块的减少和愈合使头骨坚而轻,是哺乳类的一个明显特征。

脑位于颅腔内,以颅骨后方的枕骨大孔与脊髓连接。枕骨大孔两侧各有一枕踝与第一颈椎关节。

哺乳动物的脊柱由一系列椎骨组成,可分为颈椎、胸椎、腰椎、荐椎和尾椎五部分。颈椎骨通常为7节,只有少数种类为6节(如海牛)或8~10节(如三趾树獭),绝大多数的哺乳类不论颈的长短(如长颈鹿和刺猬)都是7节颈椎。第1节颈椎称寰椎,第2节颈椎称枢椎,寰椎呈环状,前面形成一对关节面与枕踝相关节,枢椎椎体前端形成齿突伸入寰椎的椎孔,使头部能灵活转向。不过狼却除外。胸椎常为13节左右,各胸椎与肋骨相连接,并与肋骨和胸骨共同构成胸廓;胸骨分节,有飞翔能力的蝙蝠和营地下掘穴生活的鼹鼠等哺乳动物,有与鸟类相类似的龙骨突起。

④神经系统。哺乳动物的神经系统相对来说是比较复杂的了,可能是所有特征中最复杂的。哺乳动物和其他动物最大的区别在于它的神经系统。哺乳动物的神经系统高度发达,主要表现在大脑和小脑体积增大,发展了新脑皮,脑表面形成了复杂皱褶(沟和回),大大增加了新脑皮的表面积,这也意味着大大增加了聪明度。

新脑皮是由侧脑室外壁的神经物质生长而成,并包围着初生脑皮层(原脑皮),原脑皮的残余称为海马,在侧脑室内,仍为嗅觉中枢。大脑皮层由发达的新脑皮层构成,它接受来自全身的各种感觉器官传来的冲动,通过分析综合,并根据已建立的神经联系而作出反应。左右大脑半球通过许多神经纤维互相联络。神经纤维所构成的通路称胼胝体,是哺乳动物(有胎盘类)特有的结构。

间脑被大脑半球所覆盖,其上有松果体,为内分泌体,哺乳类的松果体趋于缩小。在间脑腹面发出的视神经,形成交叉称视神经交叉,其后以一柄与脑下垂体相联。间脑腔又称为第三脑室,十分发达。间脑壁内的神经结构主要有背方的丘脑又称为视丘与腹面的丘脑下部。丘脑是低级中枢与大脑皮层分析器之间的中间站,来自全身的感觉冲动均集中于此处,经间脑灰质换一神经原再入大脑皮层。腹面的丘脑下部是植物神经活动中枢,与内脏活动协调关系很“铁”,并为体温调节中枢。

哺乳动物的中脑相对来说是个薄弱环节,是不发达的,体积甚小,中脑腔狭窄呈一管,称中脑导水管,与第三、第四脑室交通。中脑背方具有四叠体,前面一对为视觉反射中枢,后面一对为听觉反射中枢。中脑底部由下行的运动神经纤维束构成较显着的脑足。

哺乳动物后脑的背部为极为发达的小脑,其主要机能是协调躯体肌肉运动和维持躯体正常姿势的平衡中枢。可以说小脑越发达,运动技能就越发达。哺乳类的小脑在结构上所具有的“个性化”特征是具有小脑皮质,其灰质覆盖在表面,形成小脑皮层,白质呈树枝状深入灰质。此外,在两小脑半球之间以横行的神经纤维束构成哺乳类特有的脑桥,脑桥是小脑与大脑之间联络通路的中间站。

哺乳动物的延脑与脊髓相连接,两者结构相似。延脑除了构成脊髓与高级中枢联络的通路外,在白质内有上行的和下行的传导径路。灰质分散为一些神经核,神经核的神经纤维与相应的感觉和运动器官相联系。延脑还是重要的内脏活动中枢,可调节呼吸、消化、循环、汗腺分泌以及各种防御反射。正因如此,有时猛烈击打人的后脑勺,即延脑部位时可导致人暂时昏厥。延脑的背面有第四脑室。

⑤感官系统。哺乳动物靠高度发达的感官来发现食物,躲避敌害,以及寻找合适的栖息环境,同时也是种类间通信联系和一系列行为反应密不可分的器官。当然,并非所有的类群感官都达到高度发展的水平,有些种类在许多方面处于退化状态,而在某一方面却高度特化。如哺乳类中视力退化的某些种类,在快速运动时,还发展了特殊的高、低频声波脉冲系统,借听觉和声波回音来定位。蝙蝠即以高频声波回声定位,海豚以高频及低频两种水内声波回声定位。

这在仿生学研究中有重要意义。雷达即以此发明。哺乳动物的感官高度发达,主要体现在它们的视觉、听觉和嗅觉构造的完善。

嗅觉。哺乳动物多数具有扩大的鼻腔和发达的鼻甲骨,嗅觉灵敏。如食肉类、偶蹄类和啮齿类嗅觉即相当发达。但鲸类、灵长类脑的嗅觉部分不发达,故其嗅觉不灵敏,海豚和鼠海豚则缺乏嗅觉器官。

视觉。哺乳动物的视觉器官与大多数羊膜动物相似。多数哺乳类动物的眼球发育良好。但一些营地下生活的食虫类、啮齿类和鲸类眼球则极度退化,甚至有些种类只保持区别亮与暗的能力。总的来说,哺乳类动物对光波的感觉灵敏,但对色觉的感受力差,这与大多数的兽类均为夜间活动有关。灵长目的辨色能力及对物体大小和距离的判断均较准确。

⑥呼吸系统。哺乳动物的一大特征,就是呼吸系统十分发达,比爬行动物发达多了,特别在呼吸效率方面有了显着提高。空气经外鼻孔、鼻腔、喉、气管四层“关卡”而入肺,它们的鼻腔分上下两部分,即上端的嗅觉部分和下端的通气部分。鼻腔的上端有发达的鼻甲,其黏膜内有嗅细胞。此外,还有伸入到头骨骨腔内的鼻旁窦,增强了鼻腔对空气的温暖、湿润和过滤作用。同时,它也是发声的共鸣器,它的共鸣即鼻腔共鸣。

另外,哺乳动物喉的构造完善。喉为气管前端的膨大部分,既是呼吸的通道,也是发音器官。喉由软骨、韧带、肌肉及黏膜构成。

喉的入口称喉口,喉壁腹前缘的会厣软骨在吞咽时可遮盖喉口,食物和水经会厣上面进入食道,可防止食物和水“走旁门左道”。平时喉口开启,是空气进出气管的门户。由甲状软骨和环状软骨构成的喉腔,在中部的侧壁上由黏膜褶所形成的声带为发声器官,开始出现于无尾两栖类,但以哺乳类最发达。哺乳动物的气管位于食道的腹面,进入胸腔后分叉成一对支气管通入肺。气管与支气管在结构上主要的特点是:管壁由许多背面不相衔接的软骨环支持,从而保证了空气的畅通。气管黏膜具纤毛上皮和黏液腺,可过滤空气,黏液腺分泌的黏液能黏住吸入空气中的尘粒,在纤毛的推动下尘粒移至喉口,经鼻或口排出。

我们这里特别要提到的就是哺乳动物的肺和胸腔。哺乳动物肺的结构最复杂,是由复杂的“支气管树”所构成,支气管分支的盲端即为肺泡。肺泡数量十分巨大,因而大大增加了呼吸表面积,如羊的肺泡总面积可达50~90平方米,马的肺泡达500平方米,人的肺泡为70平方米,相当于体表面积的40倍,明显地提高了气体交换的效果。肺泡之间分布有弹性纤维,在呼吸的配合下可使肺被动地回缩。胸腔是容纳肺的体腔,为哺乳动物所特有,当呼吸活动进行时,肺的弹性口位,使胸腔呈负压状态,从而使胸膜的壁层和脏层紧贴在一起。此外,哺乳动物所特有的将胸腔与腹腔分开的横隔膜,在运动时可改变胸脏容积,再加上肋骨的升降来扩大或缩小胸腔的容积,使哺乳动物的肺被动地扩张和回缩,以完成呼气和吸气。

⑦循环系统。哺乳动物的循环系统也是它的一大特色之一,包括血液、心脏、血管及淋巴系统。其显着特征是在维持快速循环方面十分突出,以保证有足够的氧气和养料来维持体温的恒定。

首先,哺乳动物的血液与其他脊椎动物不同的是:红细胞无核,呈两凹扁圆盘状,仅骆驼科和长颈鹿科的红细胞呈椭圆形;红细胞体积较其他各纲脊椎动物小,红细胞的数量也较其他脊椎动物为多,如兽类达600万~1300万个/立方毫米。这些特征大大增加了它的表面积,并提高了与氧气结合的能力。

其次,哺乳动物的心脏位于胸腔中部偏左处的心包腔内,腔内有少量液体,可减少心脏搏动时的摩擦。这些液体堪称“心脏润滑油”。心脏的内部结构与鸟类基本差不多,也为四腔,完全的双循环,动静脉血不在心脏内混合。右心房、右心室与肺动静脉构成肺循环。