Нил Шубин - Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Фон Бэра интересовало, какие механизмы определяют отличие одного животного от другого. Он собирал эмбрионы всех видов, какие только мог, от рыб до ящериц и черепах. Извлекая эмбрионы из яиц или матки, он консервировал их в бокалах со спиртом. Потом, как до этого его друг Пандер, он начал анализировать, что общего в развитии всех животных и что определяет уникальность каждого вида.

Разглядывая через увеличительные стекла эмбрионы разных видов, он заметил очень важные вещи, касающиеся разнообразия животных. Эмбрионы всех видов начинают существование в виде трех листков – внутреннего, внешнего и промежуточного. Наблюдая за этими листками, он установил, что все они проходят один и тот же путь. Клетки самого нижнего уровня в основании диска становятся органами пищеварительной системы и связанными с ней железами. Из среднего листка образуются почки, репродуктивные органы, мышцы и кости. Внешний листок дает начало коже и нервной системе. Открытие Панд ера касалось не только куриных эмбрионов, оно было справедливо для всего царства животных.

Это простое наблюдение выявило универсальную связь между всеми органами у всех известных животных. Сердце глубоководной рыбы-удильщика и парящего высоко в небе альбатроса образуется из клеток среднего листка, а их кишечник, желудок и другие пищеварительные органы возникают из внутреннего листка. И этот закон настолько универсален, что про каждый орган любого животного на Земле можно сказать, из клеток какого листка он произошел.

Но затем фон Бэр допустил ошибку. Он забыл подписать некоторые сосуды с эмбрионами разных видов. Не зная, что содержится внутри, он был вынужден внимательно их рассмотреть. Описывая неизвестные эмбрионы, он констатировал: “Это могли быть ящерицы, мелкие птицы или очень мелкие млекопитающие. Головы и туловища этих животных формируются очень похожим образом. Конечностей у них еще нет. Но даже если бы они были, на первых этапах развития они ничего не показывают, поскольку ноги ящериц и млекопитающих, крылья и ноги птиц, а также руки и ноги человека развиваются из одинаковых структур”.

Не подписав образцы, фон Бэр обнаружил порядок формирования структур тел животных в процессе развития. Тела взрослых животных обычно скрывают общий путь ранних стадий развития. Хотя взрослые особи и даже новорожденные существа могут выглядеть очень по-разному, на ранних стадиях развития все они очень похожи.

Однако сходство эмбрионов еще глубже. Голова взрослой рыбы имеет мало общих черт с головой взрослой черепахи, птицы или человека. Но вскоре после зачатия эмбрионы всех этих существ имеют четыре вздутия в основании головы. Эти так называемые жаберные дуги, разделенные расщелинами, образуются у всех существ, имеющих костяной череп. На самом деле они определяют основу формирования черепов разного типа. У рыб клетки внутри этих вздутий становятся мышцами, нервами, артериями и костями жабр. Расщелины становятся жаберными щелями. У человека нет жабр, но на стадии эмбриона у нас есть и жаберные дуги, и расщелины между ними. У нас клетки дуг становятся костями, мышцами, артериями и нервами нижней челюсти, среднего уха, гортани и голосового аппарата. Расщелины никогда не становятся жаберными щелями, а закрываются и превращаются в части ушей и глотки. Они есть у нас на стадии эмбриона, но не на стадии взрослых особей.

Пример за примером – от почек и мозга до нервов и костей – обеспечивали гипотезе Бэра весомые доказательства. Рыбы и акулы имеют тяж соединительной ткани, идущий от головы до хвоста под спинным мозгом. Он заполнен желеобразным веществом и обеспечивает телу необходимую гибкость. Человеческий позвоночник состоит из позвонков – костных структур, разделенных между собой межпозвоночными дисками. Никакого тяжа между головой и тазом у нас нет. Но человеческие эмбрионы похожи на эмбрионы рыб и акул, и у них есть такой тяж. В процессе развития он расщепляется на отдельные блоки, которые со временем становятся внутренней частью наших межпозвоночных дисков. Если у вас когда-нибудь был разрыв межпозвоночного диска (это очень болезненная травма), вы повредили именно этот древнейший сохранившийся элемент развития, который роднит нас с рыбами и акулами.

Выводы фон Бэра о сходстве ранних фаз эмбрионального развития у разных видов привлекли внимание Дарвина. Работа фон Бэра была опубликована в 1828 году, а Дарвин узнал о ней три года спустя, когда уходил на судне королевского флота “Бигль” в изменившее мир кругосветное путешествие. Когда через 30 лет он опубликовал книгу “О происхождении видов”, он представлял эмбрионы в качестве доказательства своей эволюционной теории. Тот факт, что столь разные существа, как рыбы, лягушки и люди, имеют общее начало, для Дарвина свидетельствовал об общности их истории. Что могло лучше доказать единство происхождения разных видов, чем сходство эмбриональных стадий развития?

Основываясь на открытиях фон Бэра об эмбрионах, немецкий ученый следующего поколения Эрнст Геккель (1834—1919) анализировал связь между этапами эмбрионального развития и историей эволюции. Геккель учился на врача, но не мог выносить мучений больных и поэтому отправился в Иену, чтобы продолжить образование под руководством видного специалиста по сравнительной анатомии. Жизнь Геккеля изменилась, когда он прочел труд Чарльза Дарвина и встретился с ним.

Сравнение эмбрионального развития различных видов по Геккелю. Эта схема оказала большое влияние на ученых, но и стала причиной разногласий. Некоторые утверждали, что Геккель преувеличивал сходство между эмбрионами и слишком свободно манипулировал своими схемами

Геккель прочесал все царство животных в поисках эмбрионов и выпустил более сотни монографий с описаниями и иллюстрациями стадий эмбрионального развития животных разных видов. Он чувствовал единство искусства и жизни: разнообразие жизни было для него формой искусства. Он делал красивейшие цветные литографии. Его многочисленные изображения кораллов, раковин и эмбрионов отражают время, когда превосходные анатомические рисунки соединяли науку с эстетикой. Однако эмбрионы были хороши тем, что позволяли продемонстрировать не только красоту, но и связь с новой теорией Дарвина. Геккель, которого всегда уместно процитировать, сформулировал фразу, прочно засевшую в головах у всех, кто изучал биологию в XX веке: “Онтогенез [развитие] рекапитулирует (повторяет) филогенез [историю эволюции] ”.

Эта фраза означает, что эмбрионы животных по мере развития повторяют историю эволюции: эмбрион мыши последовательно напоминает червя, рыбу, земноводное и пресмыкающееся. Механизм в основе этих поэтапных превращений отражает путь возникновения разных признаков в ходе эволюции. Геккель предположил, что новые признаки добавляются на последних этапах развития. Например, земноводные появляются в результате добавления специфических признаков земноводных на последних стадиях формирования их предков рыб, признаки пресмыкающихся добавляются на последних стадиях развития земноводных и т. д. Со временем, по мнению Геккеля, это привело к тому, что развитие эмбриона повторяет историю эволюции.