比较胚胎学作为进化证据


每个有性繁殖的生物都始于一个单细胞的受精卵,并通过细胞分裂和分化发育为成年个体。对生物早期发育的研究被称为胚胎学。现在让我们来看看比较胚胎学提供的进化证据。

比较胚胎学史

亚里士多德是已知最早研究胚胎的人。他通过观察不同物种的胚胎,描述了动物如何从卵中孵化(卵生)以及通过胎生进行不同的进化。他确定了两种类型的卵细胞分裂:完全卵裂,其中整个卵子分裂并成为生物体;和不完全卵裂,其中只有一部分分裂并成为生物体。显微镜的发明导致了比较胚胎学方面的进一步发现。从那时起,包括恩斯特·海克尔和查尔斯·达尔文在内的许多其他人为该领域做出了贡献。

比较胚胎学的误解

在比较胚胎学的早期,许多错误的概念被发展出来。例如,德国科学家和哲学家恩斯特·海克尔认为所有物种都经历了进化的“重演”,声称在发育过程中“个体发育重演种系发育”。根据海克尔的观点,要成为哺乳动物,胚胎必须首先是一个单细胞生物,然后进化成鱼类,然后是两栖动物、爬行动物,最后是哺乳动物。这一观点曾被广泛接受,但几年后被推翻了。

海克尔定律

德国解剖学家恩斯特·海克尔提出了重演假说或生物发生律,它为有机进化提供了胚胎学证据。根据该定律,个体发育重演种系发育。这表明生物体在其发育史中会记住或回忆其种族过去。这意味着胚胎在其发育过程中以缩短的形式重演了其祖先的进化史。海克尔认为,个体发育(个体发育)中不同的阶段象征着种族或物种在进化过程中经历的多种形式和类型(种系发育),并提供了其祖先谱系的直接证据。

在连续的蜕皮中,幼虫经历六个不同的阶段。该组中的每个幼虫阶段都与成虫非常相似,从原始形式到成熟形式。原始甲壳类动物幼虫在这个序列的早期停止生长和分化,而高级甲壳类动物则表现出所有或大多数阶段。

在另一个例子中,所有脊椎动物的肾脏都起源于肾节,这是一个分节的中胚层组织。然而,在脊椎动物中,有三种独特的肾脏类型:前肾、中肾和后肾,它们在生长和发育过程中依次发育。第一种被第二种取代,第二种被第三种取代。所有脊椎动物胚胎都始于前肾,它只使用肾节的最前部分。

只有少数硬骨鱼和盲鳗保留前肾作为功能性成体肾脏。大多数其他成体鱼类、两栖动物以及爬行动物、鸟类和哺乳动物的胚胎则发展到中肾阶段。

成体鱼类和两栖动物具有功能性中肾。最后,肾脏发育在爬行动物、鸟类和哺乳动物中发展到后肾阶段,这是成体生物的功能器官。这些发现表明,高等脊椎动物是从低等脊椎动物通过各种特征的发育进化而来的。

现在让我们检查几种动物的胚胎。在发育的不同阶段,许多脊椎动物的胚胎表现出高度的相似性。它们只是在发育和分化的后期阶段形态上有所不同。植物的胚胎学比较简单。因此,重演现象不那么明显,但有一些值得注意的例子。

金合欢树的叶子非常复杂,但其幼苗的叶子像其祖先一样简单。桉树是另一个你应该熟悉的很好的例子。成年树的叶子是狭窄的叶片,扭曲以将薄边暴露在阳光下。然而,幼苗的叶子很宽,并且像更常见的树木的叶子一样定向。针叶树揭示了一种有趣且可能类似的现象。如果针叶树受到伤害并且病灶可以愈合,新的生长在组织学上可能与正常组织不同。新的组织具有与中生代针叶树中发现的类似的结构。

海克尔的生物发生律受到了强烈批评,因为在个体发育过程中并没有准确的种系发育重演。这是因为在个体发育中观察到的相似性主要是在相关物种的胚胎之间,而不是在胚胎和成体亲属之间。只有在极少数情况下,它们才会暗示成体。因此,个体发育仅仅在祖先胚胎阶段被复制的意义上重演种系发育,即使这些阶段也可以通过自然选择所偏爱的修饰而发生根本变化。

根据重演理论,胚胎必须重演过去,压缩某些阶段并删除其他阶段,而不会改变胚胎的存在方式。事实大相径庭;胚胎像成体一样,必须适应以在充满挑战的环境中生存。例如,不同胚胎中卵裂模式的差异与卵中卵黄的多少有关。这是一个基本的生物学上重要的适应性特征。

考虑一下在淡水、咸水或陆地环境中发育的卵的适应性。在棘皮动物的几个科之间存在相当大的差异,这可以归因于胚胎的适应性。许多科学家认为,这些变化是由于幼虫在其与祖先分离后的大量自然选择造成的。

冯·贝尔原理

海克尔的观察基于冯·贝尔关于胚胎分化的思想,如下:

  • 在胚胎发育过程中,特定系统发育谱系(“一般”特征)的典型性状的出现早于物种本身(“特殊”特征)的典型性状。

  • 在发育过程中,从更一般的特征到较不一般的特征,最终到具体的特征,有一个转变。

  • 在其进化过程中,动物逐渐偏离其他相关物种的形态。

  • 较低等动物的胚胎阶段反映了年轻动物的胚胎阶段,而不是成体动物的胚胎阶段。

  • 冯·贝尔的胚胎分化原理为解释支持有机进化的胚胎学信息提供了更好的指导。

结论

比较胚胎学为进化提供了证据,亚里士多德是第一个研究胚胎的人,恩斯特·海克尔提出了重演假说。海克尔定律表明,胚胎以缩短的形式重演了其祖先的进化史。脊椎动物胚胎始于前肾,发展到中肾阶段,然后到后肾阶段,这表明高等脊椎动物是从低等脊椎动物通过特征的发育进化而来的。

个体发育仅仅重演种系发育,但胚胎必须适应以在充满挑战的环境中生存。冯·贝尔的胚胎分化原理为解释胚胎学信息提供了更好的指导。

更新于:2023年4月20日

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