比較胚胎學作為進化證據


每個有性繁殖的生物都始於一個單細胞的受精卵,並透過細胞分裂和分化發育為成年個體。對生物早期發育的研究被稱為胚胎學。現在讓我們來看看比較胚胎學提供的進化證據。

比較胚胎學史

亞里士多德是已知最早研究胚胎的人。他透過觀察不同物種的胚胎,描述了動物如何從卵中孵化(卵生)以及透過胎生進行不同的進化。他確定了兩種型別的卵細胞分裂:完全卵裂,其中整個卵子分裂併成為生物體;和不完全卵裂,其中只有一部分分裂併成為生物體。顯微鏡的發明導致了比較胚胎學方面的進一步發現。從那時起,包括恩斯特·海克爾和查爾斯·達爾文在內的許多其他人為該領域做出了貢獻。

比較胚胎學的誤解

在比較胚胎學的早期,許多錯誤的概念被髮展出來。例如,德國科學家和哲學家恩斯特·海克爾認為所有物種都經歷了進化的“重演”,聲稱在發育過程中“個體發育重演種系發育”。根據海克爾的觀點,要成為哺乳動物,胚胎必須首先是一個單細胞生物,然後進化成魚類,然後是兩棲動物、爬行動物,最後是哺乳動物。這一觀點曾被廣泛接受,但幾年後被推翻了。

海克爾定律

德國解剖學家恩斯特·海克爾提出了重演假說或生物發生律,它為有機進化提供了胚胎學證據。根據該定律,個體發育重演種系發育。這表明生物體在其發育史中會記住或回憶其種族過去。這意味著胚胎在其發育過程中以縮短的形式重演了其祖先的進化史。海克爾認為,個體發育(個體發育)中不同的階段象徵著種族或物種在進化過程中經歷的多種形式和型別(種系發育),並提供了其祖先譜系的直接證據。

在連續的蛻皮中,幼蟲經歷六個不同的階段。該組中的每個幼蟲階段都與成蟲非常相似,從原始形式到成熟形式。原始甲殼類動物幼蟲在這個序列的早期停止生長和分化,而高階甲殼類動物則表現出所有或大多數階段。

在另一個例子中,所有脊椎動物的腎臟都起源於腎節,這是一個分節的中胚層組織。然而,在脊椎動物中,有三種獨特的腎臟型別:前腎、中腎和後腎,它們在生長和發育過程中依次發育。第一種被第二種取代,第二種被第三種取代。所有脊椎動物胚胎都始於前腎,它只使用腎節的最前部分。

只有少數硬骨魚和盲鰻保留前腎作為功能性成體腎臟。大多數其他成體魚類、兩棲動物以及爬行動物、鳥類和哺乳動物的胚胎則發展到中腎階段。

成體魚類和兩棲動物具有功能性中腎。最後,腎臟發育在爬行動物、鳥類和哺乳動物中發展到後腎階段,這是成體生物的功能器官。這些發現表明,高等脊椎動物是從低等脊椎動物透過各種特徵的發育進化而來的。

現在讓我們檢查幾種動物的胚胎。在發育的不同階段,許多脊椎動物的胚胎表現出高度的相似性。它們只是在發育和分化的後期階段形態上有所不同。植物的胚胎學比較簡單。因此,重演現象不那麼明顯,但有一些值得注意的例子。

金合歡樹的葉子非常複雜,但其幼苗的葉子像其祖先一樣簡單。桉樹是另一個你應該熟悉的很好的例子。成年樹的葉子是狹窄的葉片,扭曲以將薄邊暴露在陽光下。然而,幼苗的葉子很寬,並且像更常見的樹木的葉子一樣定向。針葉樹揭示了一種有趣且可能類似的現象。如果針葉樹受到傷害並且病灶可以癒合,新的生長在組織學上可能與正常組織不同。新的組織具有與中生代針葉樹中發現的類似的結構。

海克爾的生物發生律受到了強烈批評,因為在個體發育過程中並沒有準確的種系發育重演。這是因為在個體發育中觀察到的相似性主要是在相關物種的胚胎之間,而不是在胚胎和成體親屬之間。只有在極少數情況下,它們才會暗示成體。因此,個體發育僅僅在祖先胚胎階段被複制的意義上重演種系發育,即使這些階段也可以透過自然選擇所偏愛的修飾而發生根本變化。

根據重演理論,胚胎必須重演過去,壓縮某些階段並刪除其他階段,而不會改變胚胎的存在方式。事實大相徑庭;胚胎像成體一樣,必須適應以在充滿挑戰的環境中生存。例如,不同胚胎中卵裂模式的差異與卵中卵黃的多少有關。這是一個基本的生物學上重要的適應性特徵。

考慮一下在淡水、鹹水或陸地環境中發育的卵的適應性。在棘皮動物的幾個科之間存在相當大的差異,這可以歸因於胚胎的適應性。許多科學家認為,這些變化是由於幼蟲在其與祖先分離後的大量自然選擇造成的。

馮·貝爾原理

海克爾的觀察基於馮·貝爾關於胚胎分化的思想,如下:

  • 在胚胎髮育過程中,特定系統發育譜系(“一般”特徵)的典型性狀的出現早於物種本身(“特殊”特徵)的典型性狀。

  • 在發育過程中,從更一般的特徵到較不一般的特徵,最終到具體的特徵,有一個轉變。

  • 在其進化過程中,動物逐漸偏離其他相關物種的形態。

  • 較低等動物的胚胎階段反映了年輕動物的胚胎階段,而不是成體動物的胚胎階段。

  • 馮·貝爾的胚胎分化原理為解釋支援有機進化的胚胎學資訊提供了更好的指導。

結論

比較胚胎學為進化提供了證據,亞里士多德是第一個研究胚胎的人,恩斯特·海克爾提出了重演假說。海克爾定律表明,胚胎以縮短的形式重演了其祖先的進化史。脊椎動物胚胎始於前腎,發展到中腎階段,然後到後腎階段,這表明高等脊椎動物是從低等脊椎動物透過特徵的發育進化而來的。

個體發育僅僅重演種系發育,但胚胎必須適應以在充滿挑戰的環境中生存。馮·貝爾的胚胎分化原理為解釋胚胎學資訊提供了更好的指導。

更新於:2023年4月20日

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