身体结构复杂,有区别于其他类群的大脑结构、恒温系统和循环系统,具有为后代哺乳、大多数属于胎生、具有毛囊和汗腺等共通的外在特征。他们外型多样,小至体长30毫米长有翅膀的凹脸蝠,大至体长33米形同鱼类的蓝鲸。他们有很好的环境适应能力,分布在从海洋到高山,从热带到极地的广泛区域。
有高度发达的神经系统和感官,能协调复杂的'技能活动和适应多变的环境条件,在智力和对环境的反应上远远超过其他类群;
恒温(约为25~37℃),完善的血液循环系统,优良隔热性能的体表毛被和其他体温调节的机制,提供了稳定的内环境,减少了对外界环境的依赖,区别于冷血动物;
胎生哺乳,除最原始的单孔类卵生外,都是胎生。高级种类在胚胎与子宫壁之间形成母子营养交换的组织(即胎盘)。母兽对仔兽进行较长期的哺乳和抚育,从而使后代有较高的成活率,仔兽还可通过学习,获得适应技能;
出现口腔咀嚼和消化,大大提高了对能量的摄取;具有在陆地上快速运动的能力。
当中生代末地壳运动加剧,环境发生重大改变时,恐龙等爬行动物难以适应和生存,而哺乳类则显示了很强的竞争能力;哺乳动物有很好的适应环境的能力,身体恒温,具有乳腺,可对幼仔哺乳,脑发达,能够支配行动,胎生(单孔类除外),有利于延续后代等等。所有这些,都为它们的壮大发展提供了自身的优势。
进入新生代后,有胎盘类成为哺乳动物大家族的主流,化石和现生哺乳动物的绝大多数都属于有胎盘类。有胎盘类哺乳动物约有30个目,人们熟知的就有食肉目(如猫科动物)、啮齿目(如各种鼠类)、偶蹄目(如猪、牛、羊等)、奇蹄目(如马、驴等)、灵长目(如猴和猿类等)、翼手目(如蝙蝠等)、长鼻目(如象等)和鲸目(如海豚等)。
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