Os mamíferos exibem também características exclusivas, chamadas de autapomorfias. Essas características únicas servem para distinguir e diagnosticar claramente um táxon. Entre as principais autapomorfias da classe Mammalia estão:
- glândulas mamárias;
- lactação/amamentação;
- viviparidade obrigatória (exceto nos monotremados);
- presença de pêlos;
- tegumento rico em várias glândulas;
- derivações integumantárias específicas (garras, unhas, cascos, cornos, chifres, escamas, espinhos, placas dérmicas);
- posição e função dos membros são modificados para suportar modos locomotores específicos;
- cintura torácica simplificada;
- ossos pélvicos fundidos;
- diferenciação regional da coluna vertebral;
- crânio bicôndilo;
- caixa craniana aumentada;
- arcos zigomáticos maciços;
- cavidade nasal com labirinto nasoturbinado;
- presença de nariz/focinho;
- palato ósseo secundário;
- coração de quatro câmaras com o arco aórtico esquerdo persistente;
- eritrócitos bicôncavos e anucleados;
- pulmões com estrutura alveolar;
- diafragma muscular;
- órgão vocal na laringe;
- três ossículos na orelha média (estribo, bigorna e martelo);
- cóclea longa e espiralada (exceto nos monotremados);
- meato auditivo longo;
- aurículas externas (= orelhas) grandes e móveis;
- mandíbula composta por um único osso, o dentário;
- junção dentária-escamosal;
- presença de um ramo mandibular;
- dentes grandes variando em número, forma e função;
- heterodontes;
- presença de dentes molares;
- difiodontes;
- cérebro aumentado;
- maior atividade e alta versatilidade na função locomotora;
- diversidade de vida social;
- aumento do espectro de reações comportamentais e suas interconecções com o aumento da capacidade de aprendizado social e individual e diferenciação interindividual;
- crescimento limitado por fatores hormonais e estruturais;
- determinação sexual cromossômica (sistema XY).
- "topo" da cadeia evolutiva, possuindo todos os sistemas completos e reprodução sexuada.
- fecundação interna
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