Nisäkkäiden anatomia

Nisäkkäiden anatomia on samankaltaista muiden selkärankaisten kanssa ja muistuttaa suurelta osin matelijoiden anatomiaa, sillä niiden sukupuut erkanivat triaskaudella noin 220 miljoonaa vuotta sitten. Kuten matelijat myös nisäkkäät hengittävät ilmaa ja niillä on verenkierto, mutta niistä poiketen nisäkkäät ovat tasalämpöisiä. Yksinomaan nisäkkäille tyypillisiä anatomisia piirteitä ovat maitorauhaset ja niihin liittyvät nisät, vaihtelevan laajuinen karvapeite sekä naarailla kohtu, jossa jälkeläistä kannetaan kunnes se kehittyy tarpeeksi selvitäkseen hengissä emänsä maidolla ruokittuna.
Nykyään nisäkkäitä on sopeutunut elämään niin maalla, merellä kuin ilmassakin ja niiden anatomia vaihtelee luonnollisen elinympäristön mukaisesti. Kuitenkin edellä mainitut ominaispiirteet ilmenevät miltei kaikissa nisäkkäissä. Jopa merinisäkkäät joutuvat nousemaan pintaan hengittämään ilmaa ja niillä on karvoja ainakin jossain elämänsä vaiheessa, joskin usein sangen vähän. Vesinokkaeläin on anatomialtaan varsin poikkeava nisäkäs sillä se munii, eikä sillä ole nisiä, mutta se erittää ihon läpi maitoa poikasilleen. Varhaisten nisäkkäiden, jotka muistuttivat nykyistä enemmän matelijaesivanhempiaan, arvellaan olleen tältä osin vesinokkaeläimen kaltaisia. Pussieläinten poikaset taasen syntyvät sen verran kehittymättöminä, että emo kantaa nisään kiinnittyneitä poikasiaan pussissa vielä syntymän jälkeen.
Luusto.
Nisäkkäillä, kuten kaikilla selkärankaisilla, on koko vartaloa tukeva luista ja rustokudoksesta rakentuva tukiranka, joka antaa yhdessä lihasten ja hermojen kanssa kyvyn liikkua. Nisäkkäiden luunmuodostus ("ossifikaatio") kuitenkin poikkeaa muista selkärankaisista. Yhteistä on, että (välillisessä) luutumisessa mesenkyymisolut erilaistuvat ensin rustokudoksen soluiksi, jotka valmistavat tulevan luun mallin mukaisen rustomuotin. Muotin valmistumisen jälkeen rusto kalkkeutuu ja siihen syntyy luutumistumakkeita, joista luutuminen etenee rustomallin syöpyessä luun tieltä. Nisäkkäillä tämä prosessi tapahtuu niin luun päiden keskuksista (epifyysit) kuin luun keskellä olevasta keskuksesta (diafyysi). Nisäkkäillä tavattavan luutumisen etuna on, että nivelpinnat ovat kestävämmät kuin muilla selkärankaisilla.
Nisäkkäiden luuranko jaetaan tyypillisesti raajojen ja aksiaaliseen luurankoon. Jälkimmäiseen näistä kuuluvat selkärangan ohella myös kylkiluut ja pääkallo. Raajat (kädellisillä kädet ja jalat) muodostavat kiinnityskohtiensa kanssa raajojen luurangon. Aksiaaliseen luurankoon kuuluvat nisäkkäillä myös välikorvan luut (vasara, alasin ja jalustin) ja kieliluu. Välikorvan luut ovat kehittyneet evoluution tuloksena matelijoiden alaleuasta ja mahdollistavat muita selkärankaisia paremman kuuloaistin. Nisäkkäiden alaleuka on yhtenäinen, mutta matelijoilla se koostuu monesta osasta. Alaleuka on kiinnittynyt nivelen kautta muuhun kalloon, jonka tarkoituksena on suojata aivoja.
Nisäkkäiden selkää tukee selkärangaksi kutsuttu luu, joka suojaa myös yhtä keskushermoston tärkeintä osaa eli selkäydintä. Selkäranka koostuu nikamista, joiden lukumäärä vaihtelee hieman nisäkkäiden kesken, vaikkakin suuria yhtäläisyyksiä esiintyy, mikä viittaa siihen ettei nisäkkäiden aksiaalinen luuranko pääkalloa lukuun ottamatta ole muuttunut paljoakaan. Kaikilla nisäkkäillä on esimerkiksi seitsemän niskanikamaa (sireenieläimillä kuusi ja laiskiaisilla kuusi tai yhdeksän). Rintanikamien lukumäärä vaihtelee suuresti. Sisäelimiä suojaavat kylkiluut ovat kiinnittyneet juuri rintanikamiin ja kehon toisella puolella ne ovat kiinnittyneet rintalastaan. Loppuja nikamia kutsutaan lanne-, risti- ja häntäluun nikamiksi. Lannenikamien lukumäärä on yleensä noin 4–7, mutta lukumäärä vaihtelee lajikohtaisesti erittäin paljon (2–21). Nisäkkäillä ole näihin nikamiin kiinnittyneitä ”kylkiluita”, kuten liskoilla. Alimpaan lannenikamaan on kiinnittynyt ristinikamien muodostama ristiluu. Häntäluiden lukumäärä taas riippuu onko nisäkkäällä häntää ja kuinka pitkä se on (5–50). Vaikka esimerkiksi ihmisellä ei olekaan häntää, on sillä surkastunut häntäluu muistuttamassa sen hännällisistä esi-isistä.
Nisäkkäiden raajat jakavat paljon samoja piirteitä. Useimmilla lajeilla on viisi varvasta (tai sormea) jokaisessa raajassa. Varpaiden luiden lukumäärässä havaitaan selviä yhtäläisyyksiä esimerkiksi kädellisten, eväjalkaisten, norsujen, sorkkaeläinten, kavioeläinten ja lepakoiden välillä. Viisivarpaisilla kädellisillä varvasluiden lukumäärä noudattaa kaavaa (peukalosta pikkuvarpaaseen) 2–3–3–3–3, joka löytyy myös lepakolta ja eväjalkaisilta. Elefantin kaikissa viidessä varpaassa on kolme luuta, samoin kavioeläimillä, joilla on parillinen määrä varpaita (hevosella yksi varvas). Kolmivarpaisilla sorkkaeläimillä kaava on 3–4–4. Ranteen tai nilkan luista löytyy myös paljon vastaavuutta, esimerkiksi ranneluiden lukumäärä poikkeaa nisäkkäiden sisällä hyvin vähän. Alkukantaisilla nisäkkäillä varvasluut noudatti kaavaa 2–3–3–3–3 ja vastaavasti alkukantaisilla liskoilla varvasluut olivat järjestäytyneet kaavan 2–3–4–5–3 mukaisesti.
Hengitys ja verenkierto.
Nisäkkäillä on täydellinen kaksinkertainen verenkierto. Tämä tarkoittaa sitä, että nisäkkäiden sydän on nelilokeroinen (oikea kammio ja eteinen; vasen kammio ja eteinen) ja sydämessä on väliseinä, joka estää hapettoman ja hapekkaan veren sekoittumisen. Kaksinkertaisuus tarkoittaa sitä, että nisäkkäiden verenkierrossa on kaksi lenkkiä, joista toinen eli keuhkoverenkierto alkaa sydämen oikeasta kammiosta, josta sydän pumppaa sen keuhkorakkuloihin. Keuhkorakkuloissa happi siirtyy vereen ja hiilidioksidi keuhkoihin diffuusion avulla. Keuhkoista veri siirtyy aorttaan ja muihin valtimoverisuoniin. Nisäkkäillä aortta kaareutuu aina vasemmalle. Linnuilla aortta kaareutuu oikealle, kun taas sammakkoeläimillä ja matelijoilla aortta kaareutuu molempiin suuntiin. Valtimot kuljettavat hapekkaan veren kudoksiin ja laskimot siirtävät hiilidioksidin uudelleen sydämeen ja pieneen verenkiertoon.
Nisäkkäiden ohella vain linnuilla ja krokotiilieläimillä on nelilokeroinen sydän. Matelijoilla krokotiilieläimiä lukuun ottamatta on kolmilokeroinen sydän, minkä vuoksi niillä on vaillinainen kaksinkertainen verenkierto (hapekas ja hapeton veri sekoittuvat). Lisäksi nisäkkäiden happea kuljettavilla punasoluilla ei ole tumaa, kun taas muilla selkärankaisilla on. Tuman puuttumisen ja solun koveran muodon ansiosta nisäkkäiden punasoluissa on enemmän hemoglobiinia, minkä ansiosta punasolut pystyvät siirtämään happea tehokkaammin.
Nisäkkäiden lihaksikas pallea erottaa sisäelimet vatsa- ja rintaonteloon. Pallea on sisäänhengitykseen osallistuva lihas. Muilla selkärankaisilla pallea on kalvomainen tai sitä ei ole lainkaan.
Ruoansulatus.
Koska nisäkkäät ovat lintujen ohella ainoita tasalämpöisiä eläimiä, vaativat ne muita selkärankaisia enemmän ravintoa samalle kudosmassalle. Tämän vuoksi nisäkkäiden ruoansulatusjärjestelmä on kehittynyt muita selkärankaisia tehokkaammaksi ja pidemmälle. Kaikkiruokaisilla eläimillä ruoansulatusjärjestelmä on verrattain yksinkertainen verrattuna kasvinsyöjiin.
Ruoka kulkee hampaiden mekaanisen hienontamisen jälkeen ruokatorvea pitkin mahaan, jossa tapahtuu kemiallinen tai biokemiallinen hajoaminen. Kasvinsyöjillä on mahassaan symbioottisia bakteereita, jotka muuttavat kasvien hiilihydraatit, kuten selluloosan, haihtuviksi rasvahapoiksi (VFA), joita eläimen on helpompi hyödyntää energianlähteenä. Mahan kehitys on edennyt pisimmälle sorkkaeläimillä ja etenkin märehtijöillä, joilla on neliosainen mahalaukku, jonka osat ovat pötsi eli "rapamaha", verkkomaha eli "kuninkaankypäri", satakerta ja juoksutusmaha. Bakteereja ruoansulatuksessa käyttävillä eläimillä mahan pH on hieman hapan (hieman alle seitsemän), koska bakteerit eivät selviytyisi kovin happamissa olosuhteissa. Pötsistä ruoka liukuu verkkomahaan, jonka sisäseinässä on verkkomaisesti asettuneita poimuja. Täältä ruoka työntyy uudelleen suuhun pureksittavaksi, märehdittäväksi, ja valuu pötsiin johtavan raon ohi satakertaan, jonka limakalvossa on lehtimäisiä poimuja. Täällä siitä puristuu vettä pois, minkä jälkeen se joutuu juoksutusmahaan, missä siihen sekoittuu mahanestettä. Muilla nisäkkäillä mahan rakenne on huomattavasti yksinkertaisempi.
Mahasta ruoka siirtyy suolistoon, joka koostuu pääosin kahdesta osasta: ohut- ja paksusuolesta. Ohutsuolen nukkalisäkkeiden välissä olevat rauhaset tuottavat entsyymejä, jotka erottavat ravinnosta hiilihydraatit ja proteiinit. Nukkalisäkkeiden kautta ravintoaineet siirtyvät verenkiertoon. Ohutsuolen pituuden on havaittu olevan verrannollinen eläimen ruokavalioon siten, että kasvinsyöjillä on pisin ja hedelmiä syövillä lyhin ohutsuoli. Ohutsuolesta ravintoaines siirtyy paksusuoleen, jossa siitä varastoidaan suoloja ja nesteitä. Paksusuolesta jäljelle jäänyt jäte siirtyy peräsuoleen ja sieltä lopulta peräaukon kautta pois kehosta.
Hermosto ja aistit.
Nisäkkäiden aivot ovat muiden selkärankaisten aivoihin verrattuna suuret. Aivojen rakenteesta voidaan erottaa selviä eroja. Nisäkkäiltä löytyy niin sanottu isokorteksi, joka on rakenne isojen aivojen pinnassa ja vastaa sellaisista toiminnoista kuin tietoinen ajattelu, päättely ja etäisyyksien arviointi. Isokorteksi löytyy kaikilta nisäkkäiltä, mutta ei muilta selkärankaisilta. Tälle homologisena rakenteena tutkijat pitävät kuitenkin matelijoiden dorsaalista korteksia, josta osa tutkijoista arvelee isokorteksi muodostuneen. Kädellisten kohdalla isokorteksin toiminta alue on erityisen laaja. Neokorteksin pinta-alaa lisää aivojen voimakas poimuttuminen, vaikkakin pienimmillä nisäkkäillä poimuttuminen on vähäistä tai sitä ei ole lainkaan. Osa tutkijoista väittää poimuttumisen aiheutuvan tarpeesta saada isokorteksille lisää pinta-alaa, mutta toisten tutkijoiden mukaan poimurakenteen ideana on lisätä pinta-alaa, jolloin aivojen tuottaman runsaan lämpöenergian haihtuminen olisi tehokkaampaa.
Nisäkkäiden haju- ja kuuloaistit ovat tehokkaita, ja monien hedelmiä ja kasviksia syövien nisäkkäiden värinäkö on erityisen tarkka.