§15. Эмбриологические и сравнительно-морфологические методы изучения эволюции

Определения и обозначения

Эмбриологический метод — сравнение развития зародышей разных видов для выявления общих черт, которые могут свидетельствовать об их родстве. Например, сопоставляют, как на разных этапах формируются части тела у представителей позвоночных. Этот метод нужен, потому что ранние стадии развития иногда сохраняют общие особенности, не столь заметные у взрослых организмов. По ним можно предположить, что виды имеют общего предка.

Биогенетический закон — положение о связи индивидуального развития организма с историей развития его группы. Он помогает описать, почему в зародышевом развитии могут проявляться общие черты родственных организмов. Однако зародыш не проходит буквально все взрослые формы, существовавшие у его предков: развитие каждого вида изменялось в ходе эволюции. Поэтому закон рассматривают как указание на связь развития и происхождения, а не как точное повторение истории.

Гомологичные органы — органы общего происхождения и сходного основного плана строения, которые могут выполнять разные функции. Передние конечности человека, кита и летучей мыши служат примерами: это рука, плавник и крыло. Их строение преобразовалось в соответствии с разными условиями жизни. Понятие помогает распознавать родство даже тогда, когда внешнее сходство и функции органов невелики.

Рудименты — недоразвитые органы, утратившие прежнее значение, а атавизмы — редкие проявления признаков предков. Копчик человека рассматривают как рудимент, а редкий хвостоподобный придаток — как атавизм. Такое различие показывает, что один тип признака обычно присутствует у представителей вида, а другой встречается у отдельных организмов. Оба явления помогают судить о строении и особенностях предков.

Как это устроено

На ранних стадиях зародыши родственных групп часто сходны, потому что их развитие опирается на унаследованные от общего предка особенности. В начале формирования организма ещё не проявляются многие приспособления, отличающие взрослые формы друг от друга. Поэтому сравнение зародышей может выявить общие черты, которые трудно заметить при сопоставлении взрослых организмов. Такое сходство позволяет выдвинуть предположение об общем происхождении, но само по себе не описывает всю историю видов.

При эмбриологическом сравнении изучают не только внешний вид зародышей, но и последовательность появления структур, а также дальнейший ход развития. Это необходимо, потому что похожее начало может привести к разным результатам: органы и части тела изменяются по-разному в зависимости от особенностей вида. Если рассматривать только раннюю стадию, можно упустить важные различия или преувеличить значение сходства. Поэтому данные разных этапов развития сравнивают между собой и трактуют вместе с другими признаками.

Сравнительно-морфологический метод основан на сопоставлении строения организмов. Общее расположение и взаимосвязь частей органа могут сохраняться, даже когда его форма и функция меняются. Например, передние конечности позвоночных включают соответствующие элементы скелета, хотя служат для хватания, плавания или полёта. Общий план строения указывает на возможное происхождение от общего предка, а различия показывают последующие приспособления.

Рудименты и атавизмы позволяют предположить, какие особенности были у предков. Рудимент сохраняется у представителей вида, хотя его исходная функция ослабла или утрачена; его наличие связано с изменением органа в ходе эволюции. Атавизм возникает редко, когда у отдельной особи проявляется признак, характерный для предковых форм. Сопоставляя эти явления с органами других видов, учёные восстанавливают возможные черты прошлого, не принимая отдельный пример за полную картину.

Ни один признак не следует считать безусловным доказательством родства. Похожий облик или функция могут возникать у организмов независимо, если они приспосабливаются к сходным условиям, а сходство зародышей не означает буквального повторения предковых стадий. Надёжнее сопоставлять эмбриологические данные с общим планом строения, рудиментами и атавизмами. Если разные независимые признаки согласуются между собой, предположение об общем происхождении становится убедительнее.

Эмбриологические и сравнительно-морфологические свидетельства эволюции

В таблице сначала определите, какой именно объект сравнивают, а затем проверьте, что считается свидетельством и какой вывод оно поддерживает. Рудимент и атавизм различаются тем, что первый обычно характерен для вида, а второй проявляется редко у отдельной особи. Строка об ограничениях напоминает: каждый вывод требует проверки другими признаками.

Разбор задач

Задача 1. У зародышей нескольких видов позвоночных на ранних стадиях обнаружены сходные черты. Нужно определить метод и объяснить, какой эволюционный вывод допустим. Сначала важно установить, что сравниваются именно зародыши разных видов, а не органы взрослых организмов. Затем следует оценить сходство как свидетельство, а не как окончательное доказательство родства.

1. Сопоставление зародышевого развития относится к эмбриологическому методу.
2. Общие черты ранних зародышей могут быть унаследованы от общего предка родственных групп.
3. Нельзя заключать, что зародыши буквально повторяют взрослые формы предков; нужно учитывать дальнейшие различия развития и другие данные.

Ответ: используют эмбриологический метод; сходство позволяет предположить общее происхождение видов, но для уверенного вывода его сопоставляют с другими свидетельствами.

Задача 2. Передние конечности человека, кита и летучей мыши выполняют разные функции, но имеют сходный план строения. Нужно определить тип сходства и его значение. Функции здесь не совпадают, поэтому ориентироваться только на них нельзя. Следует выяснить, есть ли общий план строения и общее происхождение органов.

1. Сопоставьте строение конечностей, а не только их внешний вид или назначение.
2. Сходный план строения при разных функциях указывает на гомологию.
3. Гомология свидетельствует о возможном происхождении от общего предкового органа, изменённого в ходе эволюции.

Ответ: передние конечности — гомологичные органы; различие функций отражает приспособление к разным условиям жизни, а общий план строения служит свидетельством родства.

Задача 3. У человека описаны копчик и редкие случаи рождения с хвостоподобным придатком. Нужно распределить эти признаки и объяснить их эволюционное значение. Для этого проверьте, постоянно ли признак встречается у представителей вида или появляется лишь изредка. Затем свяжите каждый вариант с определением рудимента или атавизма.

1. Копчик присутствует у людей и является недоразвитой структурой, поэтому его относят к рудиментам.
2. Хвостоподобный придаток встречается редко у отдельных людей, поэтому это атавизм.
3. Оба признака позволяют предположить, что у предков человека имелись соответствующие структуры или признаки, но сами по себе не раскрывают всю историю их изменения.

Ответ: копчик — рудимент, редкий хвостоподобный придаток — атавизм; оба свидетельствуют о возможных особенностях предков, но имеют разный характер распространения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что зародыш каждого вида буквально проходит все взрослые стадии предков. Такое представление возникает из-за упрощённого понимания биогенетического закона и сходства ранних зародышей. Сходство действительно может указывать на родство, но развитие не является точным повторением эволюционной истории. Проверьте себя: делаете ли вы вывод о происхождении, а не утверждаете, что зародыш по очереди становится взрослыми формами предков?

Ошибка — называть органы гомологичными лишь потому, что они выполняют одну функцию. Функциональное сходство может возникнуть независимо, поэтому одного совпадения назначения недостаточно. Для гомологии важны общее происхождение и сходный план строения. Проверьте себя: сравнили ли вы строение и происхождение органов, а не только то, для чего они используются?

Ошибка — путать рудимент с атавизмом. Оба признака напоминают о предках, поэтому их легко объединить в одну категорию, не обращая внимания на частоту проявления. Рудимент обычно есть у представителей вида, а атавизм редко проявляется у отдельных особей. Проверьте себя: если признак характерен для вида, это рудимент; если возникает как редкое проявление, это атавизм.

Ошибка — устанавливать родство по одному сходному признаку. Так поступают, когда заметное сходство принимают за достаточное объяснение происхождения, хотя оно может возникать по разным причинам. Например, похожая функция не обязательно означает общее происхождение органов. Проверьте себя: подтверждается ли предположение несколькими эмбриологическими и морфологическими данными и учтены ли ограничения каждого метода?

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления об эволюции, общем происхождении организмов, зародышевом развитии и строении органов. Эмбриологические и морфологические признаки используют в систематике, когда устанавливают родство и классифицируют организмы. В дальнейшем эти данные сопоставляют с результатами палеонтологии и молекулярной биологии. Согласование независимых свидетельств помогает проверять эволюционные гипотезы.

Что запомнить

• Сходство зародышей родственных организмов может свидетельствовать об их общем происхождении.
• Эмбриологический метод основан на сравнении развития организмов.
• Гомологичные органы имеют общее происхождение, хотя их функции могут различаться.
• Рудимент — недоразвитый орган, сохраняющийся у представителей вида.
• Атавизм — редкое проявление признака предков.
• Эволюционные выводы надёжнее при сопоставлении нескольких видов свидетельств.