Marsupiais
Os marsupiais abordam o problema da reprodução de maneira diferente. Os óvulos são produzidos pelos dois ovários e deslocados para um útero bifurcado. Estes ovos são homólogos aos das aves e dos répteis, pois o seu conteúdo está envolvido por três membranas. O ovo da maioria dos mamíferos placentários apenas tem duas membranas.
Do ponto de vista de um placentário tudo na reprodução dos marsupiais pode ser considerado estranho, a começar pela existência de um pénis bifurcado nos machos que insemina cada um dos ramos do útero. Dependendo das espécies, a gestação pode durar entre 12 a 33 dias. Outras diferenças importantes em relação aos placentários são a alimentação do embrião a partir do saco vitelino e de secreções glandulares do útero (“leite uterino”) e o facto das crias nascerem num estádio muito precoce do seu desenvolvimento.
Uma espécie típica de marsupiais são os cangurus-de-pescoço-vermelho, Macropus rufogriseus, cujo recém-nascido, com menos de 4 g (0,003% do peso da mãe), sai da cloaca da progenitora, um mês depois da fecundação, trepando até à bolsa marsupial onde se fixa a uma das mamas, guiado através de um trilho de saliva com que a mãe marcou o caminho. A presença de uma cria na bolsa impede o desenvolvimento de um novo embrião no útero mesmo que ocorra fecundação. Quando o canguru abandona a bolsa, já com um tamanho semelhante àquele com que os mamíferos placentários nascem, o embrião uterino prossegue o seu desenvolvimento e nasce cerca de um mês depois. A fêmea pode ter simultaneamente três filhos dependentes, em diferentes idades, um que já abandonou a bolsa mas onde ainda volta para mamar, um dentro da bolsa e outro no útero com o desenvolvimento suspenso.
Placentários
O terceiro grupo de mamíferos desenvolveu, ao longo da sua evolução, um órgão de variadas formas, denominado placenta. Esta inovação é tão significativa que está associada ao nome da maioria dos mamíferos modernos amplamente distribuídos - mamíferos placentários. A placenta liberta o embrião da dependência de um limitado fornecimento de alimento do vitelo e forma um eficiente meio de transferência entre o sangue da mãe e da cria. Esta ligação facilita eficientemente as trocas respiratórias, de materiais de excreção e de nutrientes.
O pequeno embrião, depois de aderir à parede uterina, é envolvido por uma membrana de origem materna – o córion. O número de camadas entre a corrente sanguínea da mãe e da cria varia. Quanto mais camadas menor é o dano provocado no útero, mas menor é a eficiência na troca de gases e de nutrientes/produtos de excreção entre a mãe e a cria. Do lado do embrião existem sempre três camadas. Quanto mais íntima fôr a ligação placentária, maior é a quantidade de tecido maternal excretado aquando do nascimento, incorrendo numa elevada perda de sangue. No entanto, espécies com estas características têm a capacidade de ter gestações mais curtas.
A principal função da placenta é prevenir a rejeição do embrião pela mãe, o que acontece com outros corpos estranhos, ou no caso dos marsupiais. O resultado é que, ao contrário deste últimos, os placentários podem optar por gestações relativamente prolongadas, que permitem às crias nascer bem desenvolvidas. Nesta estratégia de reprodução, o limite de duração da gestação está dependente do tamanho do crânio da cria, pois este tem que atravessar a pélvis da mãe.
A relação entre a placenta e o leite é também importante, sendo ambos veículos de transmissão de anticorpos para a cria. Pensa-se que o leite tenha tido, originalmente, uma função de desinfecção, visto que todas as glândulas da pele produzem substâncias anti-microbianas. Assim, a sobrevivência dos ovos dos mamíferos primitivos poderá ter sido aumentada caso a produção desta secreção desinfectante tenha sido efectuada junto ao local onde o ovo estava implantado. Quanto maior o potencial anti-bacteriano da secreção, maiores as hipóteses de matar os microorganismos que ameaçavam o ovo. A selecção natural favorecia o desenvolvimento destas glândulas protomamárias, cujas secreções se transformariam num suplemento alimentar.