[В августе в журнале Bioinspiration & Biomimetics была опубликована статья Стюарта Берджесса «Универсальный оптимальный дизайн в конечностях позвоночных и уроки для биоинспирированного дизайна».] Он [Берджесс] демонстрирует, что общие черты конечностей позвоночных лучше объясняются дизайном, чем происхождением от общих предков. Он объясняет, как конечности проектируются вокруг трехшарнирной схемы, потому что эта схема лучше всего подходит для выполнения разнообразных сложных движений. Он также подробно рассказывает о том, как реализация этой схемы в каждой группе позвоночных (например, у птиц) оптимально приспособлена к окружающей среде и поведению группы. Здесь я расскажу о том, как эмбриологические исследования еще больше подрывают эволюционные объяснения сходства конечностей и, как следствие, подтверждают выводы Берджесса.

Эволюционные предсказания 

Эволюционисты предполагают, что черты, которые они относят к гомологичным, имеют сходство благодаря тому, что произошли от общего предка. Например, передняя конечность млекопитающего во многом похожа на крыло птицы. Считается, что передние конечности каждого из них произошли от передних конечностей общего предка, обладавшего такими же сходствами. Эволюционисты предсказали, что гомологичные черты должны иметь схожие пути развития – конкретные этапы миграции и дифференциации клеток, которые формируют черту по мере развития яйца в потомство.

Манфред Д. Лаубихлер – выдающийся биолог-теоретик и историк науки. В своей статье «Гомология в развитии и развитие концепции гомологии»¹ он резюмирует это ожидание:

«Основное предположение концепции биологической гомологии заключается в том, что гомологи являются единицами фенотипической эволюции. Как таковые они представляют собой индивидуализированные квазиавтономные части организма, у которых есть общие определенные элементы и вариативные свойства. Поэтому, если два признака гомологичны, они могут различаться только в тех аспектах своей структуры, которые не подвержены общим ограничениям развития. Роль механизмов развития заключается в том, чтобы гарантировать идентичность двух структур, поскольку они ограничивают вариативные свойства квазиавтономных единиц». (Подчеркивание добавлено)

Иными словами, различия между гомологичными признаками у разных видов обусловлены тем, как мог измениться путь развития их общего предка, а сходство между их признаками соответствует тому, как этот путь не мог измениться. В контексте позвоночных гомологичные конечности должны быть результатом очень сходных путей развития, поскольку трехшарнирная схема сохранилась у большинства предков благодаря ограничениям в развитии и эксплуатации.

Несостоятельность предсказания

Однако эмбриологические данные свидетельствуют о ложности этого главного предсказания. Эволюционные биологи Тацуя Хирасава и Шигеру Куратани в своей статье «Эволюция скелета позвоночных: морфология, эмбриология и развитие» подробно описывают, как гомологичные кости часто развиваются по разным путям развития, поддерживаемым разными генами:

«Историческая непрерывность скелетных элементов как ступенчатых морфологических изменений вдоль филогенетической линии выводится из детального сравнительного анализа. Однако внутри этих континуумов возникают разрывы генетических и эволюционных основ, когда морфологически гомологичные кости образуются в результате различных процессов развития». (Подчеркивание добавлено)

Различия могут заключаться в том, что гомологичные кости возникают в разных регионах эмбриона в разных типах клеток, и в них могут использоваться совершенно разные клеточные миграции, клеточные дифференцировки, генетические механизмы и пути. Авторы объясняют, как это открытие противоречит эволюционным ожиданиям:

«Аналогичный редукционистский аргумент был когда-то широко распространен с неясными ожиданиями на заре эволюционной биологии развития; а именно, что морфологически гомологичные структуры должны быть сформированы через определенные неизменные инфраструктуры, такие как функции эволюционно сохранившихся наборов регуляторных генов или генных регуляторных сетей». (Подчеркивание добавлено)

Последствия

Другие исследования выявили множество дополнительных различий в развитии конечностей позвоночных.^{2 3} То же самое справедливо и для всех планов тела⁴ разных групп позвоночных. Эти зачастую драматические различия как в путях развития, так и в их генетических основах ставят под сомнение утверждение, что гомологичные конечности можно объяснить общим происхождением.

В качестве аналогии можно привести две версии Microsoft Windows, которые выглядят очень похоже, а также их программное обеспечение и компьютеры, на которых они работают, тоже очень похожи. Сходство как во внешнем виде операционных систем, так и в программном и аппаратном обеспечении позволяет предположить, что одна операционная система послужила основой для другой или у них есть общий прародитель. В отличие от них, Microsoft Windows и Mac OS также выглядят очень похоже, но их программное обеспечение и компьютеры, на которых они работают, сильно отличаются. Их внешнее сходство – не результат общего происхождения, а результат того, что инженер-программист решил спроектировать одну систему аналогично другой.

Так же две конечности позвоночных могут выглядеть одинаково, но это сходство может быть результатом принципиально разных путей развития, поддерживаемых разными наборами генов. Следовательно, сходство лучше всего объясняется тем, что разум решил создать их на основе одного и того же общего шаблона дизайна. Другие общие шаблоны дизайна в биологии обсуждались в недавних статьях биолога Эмили Ривз и научного журналиста Дэвида Коппеджа, что еще больше иллюстрирует, как рамки дизайна важны для развития нашего понимания высокоуровневой организации живых систем.