§ 16. Миллиард лет эволюции за короткую жизнь

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от образования зиготы до смерти. В нём выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды, рост, созревание и старение. Это понятие нужно, чтобы описывать жизненный путь одного организма.

Филогенез — историческое развитие вида или крупной группы организмов. Оно происходит в ряду поколений, когда наследственные признаки изменяются, сохраняются и распространяются в популяции. Термин помогает говорить о происхождении организмов и их родственных связях.

Эмбриональное развитие — период онтогенеза от оплодотворения до рождения или выхода из яйца. Обычно последовательно идут дробление зиготы, образование многоклеточного зародыша, формирование зародышевых листков, органов и систем. Изучение этого периода показывает, как из одной клетки возникает сложный организм.

Биогенетический закон связывает индивидуальное развитие с историей развития вида. В современной трактовке он означает, что онтогенез сохраняет некоторые признаки филогенеза, но не повторяет его буквально. Это позволяет использовать эмбриологические данные для изучения эволюции без ошибочного представления о превращении зародыша в «взрослую» особь другого вида.

Как это устроено

Онтогенез и филогенез различаются прежде всего объектом: в первом случае развивается отдельный организм, во втором — вид или группа организмов. Онтогенез начинается с образования зиготы и заканчивается смертью, а филогенез складывается из изменений, возникающих и закрепляющихся в ряду поколений. Поэтому результат онтогенеза — сформированный организм, а результат филогенеза — изменение наследственных особенностей группы.

Ранние стадии развития родственных организмов сходны, потому что их развитие построено на общем наследственном плане, унаследованном от общих предков. В начале формируются базовые структуры, необходимые для всего организма, и различия ещё не успевают проявиться. Позже включаются более специфичные программы развития, поэтому зародыши одного класса или вида становятся заметно различными.

Последовательность появления признаков отражает постепенное усложнение плана тела. Сначала возникают признаки, общие для крупной группы, например позвоночных, затем — особенности класса, отряда, семейства и вида. Такая закономерность объясняется тем, что новые признаки надстраиваются над уже существующими структурами, а не возникают в полностью готовом организме.

Зародыш нельзя считать буквальной «летописью» всей эволюции. Если новый наследственный признак появляется на ранней стадии, он меняет все последующие этапы развития, поэтому старые признаки могут перестраиваться, сокращаться или исчезать. Кроме того, зародышевые структуры лишь сходны с признаками предков и не обязаны выполнять ту же функцию.

Сравнительная эмбриология сопоставляет сроки, последовательность и особенности формирования органов у разных организмов. Чем больше устойчивых сходств обнаруживается на ранних и поздних стадиях, тем вероятнее общее происхождение групп. Однако родство устанавливают по совокупности признаков, дополняя эмбриологические данные сравнительной анатомией, генетикой и палеонтологией.

Сравнение онтогенеза и филогенеза

Сначала определите, что именно изменяется: один организм или группа в ряду поколений. Затем найдите начало и длительность процесса. Таблица помогает не путать развитие зародыша с эволюцией вида.

Разбор задач

Задача 1

У зародышей рыбы, птицы и человека на ранних стадиях обнаруживаются сходные признаки. Нужно объяснить, о чём свидетельствует это сходство. Речь идёт не о полном совпадении организмов, а о сходстве плана раннего развития.

1. Определим, к какой крупной группе относятся все три организма: это позвоночные.
2. Вспомним, что родственные группы наследуют от общих предков часть программы развития.
3. Сделаем вывод по ранним признакам, пока специфические особенности классов ещё не проявились.

Ответ: сходство ранних зародышей свидетельствует об общем происхождении позвоночных и сохранении общего плана развития.

Задача 2

Нужно определить, где описан онтогенез, а где филогенез: развитие бабочки из яйца и постепенное возникновение у насекомых крыльев в ряду поколений. В условии специально указаны разные масштабы времени. Один процесс происходит в жизни особи, другой — в истории группы.

1. Развитие бабочки из яйца рассматриваем как последовательную смену стадий одного организма.
2. Появление крыльев в ряду поколений связываем с наследственными изменениями и их закреплением.
3. Сопоставляем результаты: в первом случае формируется отдельная бабочка, во втором меняется группа насекомых.

Ответ: развитие бабочки из яйца — онтогенез, а возникновение крыльев у насекомых в ряду поколений — филогенез.

Задача 3

У человеческого зародыша есть структуры, сходные с жаберными дугами рыб. Нужно объяснить, почему это не означает прохождения стадий взрослой рыбы. Сходство следует рассматривать как сходство ранних зародышевых структур, а не как превращение одного взрослого животного в другое.

1. Установим происхождение признака: человек и рыбы — позвоночные с общими предками.
2. Учтём, что ранние структуры могут быть общими для развития всей группы, но затем преобразуются по-разному.
3. Проверим современную формулировку закона: онтогенез не обязан буквально повторять филогенез.

Ответ: жаберные дуги у человеческого зародыша — общие зародышевые структуры позвоночных; у человека они участвуют в формировании органов головы и шеи, а не превращаются в жабры.

Типичные ошибки

Считать онтогенез точным повторением филогенеза. Так делают из-за упрощённого понимания биогенетического закона. Проверяйте себя вопросом: развивается ли один организм или меняется группа поколений?

Путать сходные зародышевые структуры с органами взрослого организма другого вида. Название или внешний вид структуры ещё не определяют её будущую функцию. Сравнивайте, во что она превращается у данного организма.

Делать вывод о родстве по одному эмбриональному признаку. Один признак может возникнуть независимо или быть результатом сходных условий развития. Надёжный вывод проверяют по совокупности анатомических, генетических и палеонтологических данных.

Считать, что эволюция происходит в течение жизни зародыша. Индивидуальное развитие только реализует наследственную программу организма. Эволюционные изменения возникают и закрепляются в ряду поколений.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живого, наследственности и изменчивости, естественном отборе и виде. Эмбриологические признаки связаны с происхождением и эволюцией позвоночных, потому что помогают устанавливать родство групп. Позже эти сведения пригодятся при изучении доказательств эволюции, сравнительной анатомии, генетики развития и происхождения человека.

Что запомнить

• Онтогенез — развитие отдельного организма.
• Филогенез — историческое развитие вида или группы.
• Ранние стадии развития родственных организмов часто сходны.
• Эмбриональное сходство указывает на общее происхождение.
• Онтогенез не повторяет филогенез буквально.
• Биогенетический закон нужно понимать с учётом современных данных биологии.