Еволюційні біологи часто стверджують, що ембріони хребетних розвиваються дуже схожим чином, що відображає їх спільне походження. Але в рецензованій статті в журналі BIO-Complexity, написаній Девідом Свіфтом (автором книги «Еволюція під мікроскопом»), представлений глибокий аналіз цієї теми. Стаття має назву «Різноманітність раннього ембріонального розвитку хребетних та його значення для їх походження» (The Diverse Early Embryonic Development of Vertebrates and Implications Regarding Their Ancestry). Свіфт показує, що, всупереч поширеним твердженням, хребетні розвиваються не однаково, як того вимагають передбачення еволюційної теорії.

Він починає з формулювання своєї тези:

«Добре відомо, що ембріональний розвиток хребетних різних класів (наприклад, риб, рептилій, ссавців) проходить через "філотипічну стадію", коли вони виглядають однаково, й ця уявна гомологія широко розглядається як доказ їхнього спільного походження. Однак, незважаючи на їх морфологічну схожість та всупереч очікуванням еволюції, філотипічні стадії різних класів хребетних виникають радикально різними способами. Ця різноманітність явно суперечить поверхневій зовнішній схожості філотипічної стадії, і з цього можна зробити простий висновок, що хребетні не походять від спільного предка хребетних. Ця різноманітність поширюється на всі стадії раннього розвитку, включаючи дроблення й утворення бластули, гаструляцію, нейруляцію й утворення кишківника та позазародкових оболонок».

[Навіть якщо не заперечувати спільного походження, то] керована форма спільного походження може привести до прогнозів, відмінних від суворо некерованого походження з модифікаціями. Таким чином, Дарвін і наступні еволюціоністи, такі як Ернст Геккель, вважали ембріологію найважливішим доказом, що підтримує тезу Дарвіна. За словами Свіфта, спільне походження передбачає, що розвиток хребетних повинен демонструвати вражаючі гомології. Але більше того, «якщо спільне походження є поясненням гомологій, то гомологічні органи повинні не тільки походити з еквівалентних ембріональних тканин (основний критерій гомології), але й розвиватися за допомогою порівнянних процесів».

Дуже різні шляхи

Суть тези Свіфта полягає в тому, що, хоча ембріони хребетних дійсно проходять через схожу «філотипічну стадію», шляхи їхнього розвитку дуже різні:

«Незважаючи на їх морфологічну схожість та всупереч еволюційним очікуванням, вражаючим фактом є те, що "філотипічні стадії" різних груп хребетних виникають абсолютно різними способами, навіть з ключовими тканинами, такими як зародкові шари, що походять з абсолютно різних ранніх ембріональних джерел. Ці спостереження явно спростовують передбачувану еволюційну гомологію філотипічної стадії хребетних і, отже, підривають висновок про спільне походження, заснований на цій передбачуваній гомології». [Виділено в оригіналі]

[...] Одним з ключових етапів розвитку, який призводить до цієї схожої «філотипічної стадії», є гаструляція, яка, як зазначає Свіфт, має вирішальне значення, оскільки вона встановлює основний план будови тіла й «призводить до утворення зародкових шарів – ектодерми, мезодерми та ендодерми, з яких походять усі тканини організму».

Відмінності в розвитку хребетних

Свіфт наводить різні конкретні відмінності в розвитку хребетних, щоб довести свою точку зору, особливо щодо гаструляції. Він передбачає, що «з еволюційної точки зору ми, безумовно, очікували б, що гаструляція буде "консервативною"», але виявляє, що «майже в усіх основних класів хребетних» існують ключові відмінності в гаструляції, в тому числі «механізм гаструляції значно відрізняється від будь-якого іншого», й «вихідні тканини зародкових шарів різні».

Після розгляду механізмів гаструляції у різних класів хребетних Свіфт зазначає, що «широке розмаїття структур бластул різних класів хребетних ставить під сумнів думку про те, що результуючі ембріональні тканини можна вважати еквівалентними або гомологічними». Зокрема, у різних типів хребетних різні частини бластули в кінцевому підсумку стають самим ембріоном. Він описує ці відмінності наступним чином:

● Хрящові риби: «Це одношаровий епітеліальний шар, що утворює верхню поверхню бластули».

● Кісткові риби (наприклад, даніо-реріо): «Це багатошаровий шар, розташований під верхнім оболонковим шаром».

● Амфібії: «Це вся бластула, що складається з багатошарового купола верхньої півсфери й маси клітин у нижній півсфері».

● Рептилії та птахи: «Це верхня поверхня бластули, що складається з одношарового епітеліального шару, розташованого над гіпобластом».

● Плацентарні ссавці (наприклад, примати): «Це частина внутрішньої клітинної маси, розташована всередині зовнішнього трофобласта».

Він наводить подальші відмінності між клітинами, які стають ендодермою, й клітинами, які стають мезодермою, зазначаючи:

● у амніот (рептилій, птахів, ссавців) клітини, які інтерналізуються, виникають з центральної ділянки епібласта, тобто передбачувана ендодерма й мезодерма оточені передбачуваною ектодермою; тоді як

● у анамній (хрящових риб, кісткових риб, амфібій) клітини, які інтерналізуються, походять з краю епібласта, тобто передбачувана ендодерма й мезодерма оточують передбачувану ектодерму.

Свіфт підсумовує основні відмінності в механізмах гаструляції наступним чином:

● Хрящові риби: шляхом перекочування клітин через задній виступ епібласта.

● Кісткові риби: шляхом інволюції [ввертання всередину зовнішнього шару клітин – прим. перекл.] навколо країв епібласта, коли він поширюється навколо жовтка.

● Амфібії: шляхом інволюції через кільцеподібний бластопор [отвір, що виникає під час гаструляції. Може стати або ротом, або анусом, або бути зарослим – прим. перекл.].

● Рептилії: шляхом інволюції через каналоподібний бластопор.

● Птахи: шляхом проникнення клітин через примітивну смужку, утворення якої супроводжується ростом підлеглого ендобласта [внутрішній шар клітин, який згодом розвивається в оболонку травної та дихальної систем тварин і людини – прим. перекл.].

● Плацентарні ссавці: шляхом проникнення клітин через первинну смужку [тимчасова структура в ранньому ембріоні, в якій клітини рухаються всередину, утворюючи мезодерму та ендодерму, встановлюючи основні осі тіла – прим. перекл.].

«Три істотні відмінності»

Таким чином, Свіфт приходить до висновку, що ці різні способи розвитку не можна вважати гомологічними:

«У світлі цих трьох істотних відмінностей – відмінності в загальній структурі бластул, відмінності в частинах бластули, які стають зародком, та відмінності у відносному положенні передбачуваної ектодерми та мезодерми/ендодерми у амніот і анамній – немає сумнівів у тому, що тканини, які стають зародком, не є еквівалентними і, отже, далекі від гомологічності у різних класів хребетних».

На думку Свіфта, ці фундаментальні відмінності в механізмах раннього розвитку хребетних під час гаструляції припускають, що хребетні не мають спільного предка:

«Прямий висновок, який можна зробити з цієї радикальної різноманітності їхнього раннього ембріонального розвитку, полягає в тому, що хребетні не походять від спільного предка хребетних. Цього висновку можна уникнути тільки в тому випадку, якщо існують достовірні пояснення того, як така різноманітність раннього розвитку могла виникнути з розвитку, що переважав у спільного предка (незалежно від того, чи був він схожий на сучасних безчерепних), еволюційним шляхом, за допомогою змін, які (i) мали реалістичну ймовірність виникнення, (ii) зберігали життєздатність і (iii) в більшості випадків давали значну перевагу, яка могла бути сприятливою для природного добору».

Однак задоволення цих еволюційних вимог є великою проблемою. Свіфт цитує відомого біолога розвитку (developmental biologist) Рудольфа Раффа, який писав: «Можна з впевненістю припустити, що механізми раннього розвитку будуть особливо стійкими до змін, оскільки весь подальший розвиток відбувається з ранніх процесів». Свіфт називає це «здоровим глуздом», оскільки складність розвитку хребетних вимагає багатьох скоординованих змін, щоб докорінно змінити хід розвитку. Таким чином, він приходить до висновку, що «через взаємозалежність залучених механізмів конструктивні зміни в ембріональному розвитку повинні тягнути за собою скоординовану продукцію і/або зміни декількох генів, наприклад, для факторів транскрипції й послідовностей ДНК, на які вони діють, що вкрай малоймовірно».

Це призводить до проблеми «часу очікування», коли для переходу від одного режиму розвитку до іншого потрібні численні скоординовані зміни, що становить «серйозну проблему для передбачуваних еволюційних сценаріїв», оскільки генерація цих змін «як правило, значно перевищує доступний час».