Cloacadieren; eierleggende zoogdieren; vogelbekdier en mierenegels; de vroegste afsplitsing van de Mammalia
De aanwezigheid van een cloaca (gezamenlijke opening van darm, urineweg en geslachtsgang) en het leggen van eieren zijn typische reptielenkenmerken die aangeven dat de Monotremata een overgangsstadium vertegenwoordigen tussen reptielen en zoogdieren. Desondanks worden ze bij de Mammalia gerekend vanwege het feit dat ze hun jongen voeden met melk. De melkkliertjes liggen echter over het hele ventrale oppervlak van de moeder en zijn niet geconcentreerd in mammae. De Monotremata laten zien dat de lactatie van de zoogdieren eerst evolueerde en daarna de levendbarendheid. Volgens DNA-gegevens vertegenwoordigen de Monotremata een eigen evolutionaire lijn; ze zijn een zustergroep van alle andere zoogdieren (buideldieren plus placentazoogdieren).
De aparte positie van de Monotremata blijkt ook uit andere kenmerken. Opvallend is de afwezigheid van tanden en de leerachtig snavel of snuit met elektromagnetische sensoren. De sekse-determinatie is met ZW-chromosomen zoals bij de vogels en ze hebben geen SRY- maar een DMTR1-gen dat het mannelijke programma aanzet. In de embryonale ontwikkeling rangschikken de cellen zich direct aan de rand, terwijl bij andere zoogdieren eerst een morula ontstaat. Monotremata hebben geen bruin vetweefsel om warmte te genereren; het UCP1-gen (ontkoppelingseiwit) heeft bij hen een andere functie. En tenslotte zijn de drie middenoorbeentjes apart van de andere zoogdieren ontstaan.
Er zijn maar een paar soorten Monotremata: het vogelbekdier (Ornithorhynchus anatinus) en vier verschillende soorten mierenegels. Ook de fossielen zijn schaars. Alle monotremen leven in Australië en Nieuw-Guinea, ten oosten van de Wallace-lijn. De verspreiding is een gevolg van de vroege isolatie van dit continent bij de evolutie van de Mammalia.
