Эволюционные биологи часто утверждают, что эмбрионы позвоночных развиваются очень похожим образом, что отражает их общее происхождение. Но в рецензируемой статье в журнале BIO-Complexity, написанной Дэвидом Свифтом (автором книги «Эволюция под микроскопом»), представлен глубокий анализ этой темы. Статья озаглавлена «Разнообразие раннего эмбрионального развития позвоночных и его значение для их происхождения» (The Diverse Early Embryonic Development of Vertebrates and Implications Regarding Their Ancestry). Свифт показывает, что, вопреки распространенным утверждениям, позвоночные развиваются не одинаково, как того требуют предсказания эволюционной теории.

Он начинает с формулировки своего тезиса:

«Хорошо известно, что эмбриональное развитие позвоночных из разных классов (например, рыб, рептилий, млекопитающих) проходит через «филотипическую стадию», когда они выглядят одинаково, и эта кажущаяся гомология широко рассматривается как доказательство их общего происхождения. Однако, несмотря на их морфологические сходства и вопреки ожиданиям эволюции, филотипические стадии разных классов позвоночных возникают радикально разными способами. Это разнообразие явно противоречит поверхностному внешнему сходству филотипической стадии, и из этого можно сделать простой вывод, что позвоночные не произошли от общего предка позвоночных. Это разнообразие простирается на все стадии раннего развития, включая дробление и образование бластулы, гаструляцию, нейруляцию и образование кишечника и внезародышевых оболочек».

[Даже если не отрицать общего происхождения, то] управляемая форма общего происхождения может привести к прогнозам, отличным от строго неуправляемого происхождения с модификациями. Таким образом, Дарвин и последующие эволюционисты, такие как Эрнст Геккель, считали эмбриологию важнейшим доказательством, поддерживающим тезис Дарвина. По словам Свифта, общее происхождение предсказывает, что развитие позвоночных должно демонстрировать поразительные гомологии. Но более того, «если общее происхождение является объяснением гомологий, то гомологичные органы должны не только происходить из эквивалентных эмбриональных тканей (основной критерий гомологии), но и развиваться с помощью сопоставимых процессов».

Очень разные пути

Суть тезиса Свифта заключается в том, что, хотя эмбрионы позвоночных действительно проходят через схожую «филотипическую стадию», пути их развития очень разные:

«Несмотря на их морфологические сходства и вопреки эволюционным ожиданиям, поразительным фактом является то, что "филотипические стадии" различных групп позвоночных возникают совершенно разными способами, даже с ключевыми тканями, такими как зародышевые слои, происходящими из совершенно разных ранних эмбриональных источников. Эти наблюдения явно опровергают предполагаемую эволюционную гомологию филотипической стадии позвоночных и, следовательно, подрывают вывод об общем происхождении, основанный на этой предполагаемой гомологии». [Выделено в оригинале]

[...] Одним из ключевых этапов развития, который приводит к этой схожей «филотипической стадии», является гаструляция, которая, как отмечает Свифт, имеет решающее значение, поскольку она устанавливает основной план строения тела и «приводит к образованию зародышевых слоев – эктодермы, мезодермы и эндодермы, из которых происходят все ткани организма».

Различия в развитии позвоночных

Свифт приводит различные конкретные различия в развитии позвоночных, чтобы доказать свою точку зрения, особенно в отношении гаструляции. Он предсказывает, что «с эволюционной точки зрения мы, безусловно, ожидали бы, что гаструляция будет "консервативной"», но обнаруживает, что «почти у всех основных классов позвоночных» существуют ключевые различия в гаструляции, в том числе «механизм гаструляции значительно отличается от любого другого», и «исходные ткани зародышевых слоев различны».

После рассмотрения механизмов гаструляции у различных классов позвоночных Свифт отмечает, что «широкое разнообразие структур бластул разных классов позвоночных ставит под сомнение мнение о том, что результирующие эмбриональные ткани можно считать эквивалентными или гомологичными». В частности, у разных типов позвоночных разные части бластулы в конечном итоге становятся самим эмбрионом. Он описывает эти различия следующим образом:

● Хрящевые рыбы: «Это однослойный эпителиальный слой, образующий верхнюю поверхность бластулы».

● Костистые рыбы, (например, данио-рерио): «Это многослойный слой, расположенный под верхним оболочечным слоем».

● Амфибии: «Это вся бластула, состоящая из многослойного купола верхней полусферы и массы клеток в нижней полусфере».

● Рептилии и птицы: «Это верхняя поверхность бластулы, состоящая из однослойного эпителиального слоя, расположенного над гипобластом».

● Плацентарные млекопитающие (например, приматы): «Это часть внутренней клеточной массы, расположенная внутри внешнего трофобласта».

Он приводит дальнейшие различия между клетками, которые становятся эндодермой, и клетками, которые становятся мезодермой, отмечая:

● у амниот (рептилий, птиц, млекопитающих) клетки, которые интернализуются, возникают из центральной области эпибласта, т. е. предполагаемая эндодерма и мезодерма окружены предполагаемой эктодермой; тогда как

● у анамний (хрящевых рыб, костистых рыб, амфибий) клетки, которые интернализуются, происходят из края эпибласта, т. е. предполагаемая эндодерма и мезодерма окружают предполагаемую эктодерму.

Свифт резюмирует основные различия в механизмах гаструляции следующим образом:

● Хрящевые рыбы: путем перекатывания клеток через задний выступ эпибласта.

● Костистые рыбы: путем инволюции [вворачивание внутрь наружного слоя клеток – прим. перев.] вокруг краев эпибласта, когда он распространяется вокруг желтка.

● Амфибии: путем инволюции через кольцеобразный бластопор [отверстие, возникающее во время гаструляции. Может стать либо ртом, либо анусом, либо быть заросшим – прим. перев.].

● Рептилии: путем инволюции через каналообразный бластопор.

● Птицы: путем проникновения клеток через примитивную полоску, образование которой сопровождается ростом подлежащего эндобласта [внутренний слой клеток, который впоследствии развивается в оболочку пищеварительной и дыхательной систем животных и человека – прим. перев.].

● Плацентарные млекопитающие: путем проникновения клеток через первичную полоску [временная структура в раннем эмбрионе, в которой клетки движутся внутрь, образуя мезодерму и эндодерму, устанавливая основные оси тела – прим. перев.].

«Три существенных различия»

Таким образом, Свифт приходит к выводу, что эти различные способы развития нельзя считать гомологичными:

«В свете этих трех существенных различий – различия в общей структуре бластул, различия в частях бластулы, которые становятся зародышем, и различия в относительном положении предполагаемой эктодермы и мезодермы/эндодермы у амниот и анамний – нет сомнений в том, что ткани, которые становятся зародышем, не являются эквивалентными и, следовательно, далеки от гомологичности у различных классов позвоночных».

По мнению Свифта, эти фундаментальные различия в механизмах раннего развития позвоночных во время гаструляции предполагают, что позвоночные не имеют общего предка:

«Прямой вывод, который можно сделать из этого радикального разнообразия их раннего эмбрионального развития, заключается в том, что позвоночные не произошли от общего предка позвоночных. Этого вывода можно избежать только в том случае, если существуют достоверные объяснения того, как такое разнообразие раннего развития могло возникнуть из развития, преобладавшего у общего предка (независимо от того, был ли он похож на современных бесчерепных), эволюционным путем, посредством изменений, которые (i) имели реалистичную вероятность возникновения, (ii) сохраняли жизнеспособность и (iii) в большинстве случаев давали значительное преимущество, которое могло быть благоприятно для естественного отбора».

Однако удовлетворение этих эволюционных требований представляет собой большую проблему. Свифт цитирует известного биолога развития (developmental biologist) Рудольфа Раффа, который писал: «Можно с уверенностью предположить, что механизмы раннего развития будут особенно устойчивы к изменениям, поскольку все последующее развитие происходит из ранних процессов». Свифт называет это «здравым смыслом», поскольку сложность развития позвоночных требует многих скоординированных изменений, чтобы коренным образом изменить ход развития. Таким образом, он приходит к выводу, что «из-за взаимозависимости вовлеченных механизмов конструктивные изменения в эмбриональном развитии должны влечь за собой скоординированную продукцию и/или изменения нескольких генов, например, для факторов транскрипции и последовательностей ДНК, на которые они действуют, что крайне маловероятно».

Это приводит к проблеме «времени ожидания», когда для перехода от одного режима развития к другому требуются многочисленные скоординированные изменения, что представляет «серьезную проблему для предполагаемых эволюционных сценариев», поскольку генерация этих изменений «как правило, значительно превышает доступное время».