Введение

Иллюстрация эмбрионов в последовательности их развития

Рисунок эмбриона – это иллюстрация эмбрионов, демонстрирующая последовательность их развития. У растений и животных эмбрион развивается из зиготы – единственной клетки, образующейся при слиянии яйцеклетки и сперматозоида в процессе оплодотворения. У животных зигота многократно делится, формируя шар клеток, который затем образует набор тканевых слоев, мигрирующих и складывающихся для формирования раннего эмбриона. Изображения эмбрионов позволяют сравнивать эмбрионы разных возрастов и видов. Рисунки эмбрионов до сих пор используются на практических занятиях по биологии развития в университетах. Сравнение различных эмбриональных стадий разных животных является инструментом для установления родственных связей между видами и, следовательно, для понимания биологической эволюции. Это всегда было и остается предметом значительных споров. Эрнст Геккель из Базельского университета был пионером в этой области. Сравнивая различные эмбриональные стадии разных видов позвоночных, он сформулировал теорию рекапитуляции. Эта теория утверждает, что эмбриональное развитие животного точно повторяет последовательность развития его эволюционных предков. Работа Геккеля и последовавшие за ней дискуссии объединили области биологии развития и сравнительной анатомии в сравнительную эмбриологию. С современной точки зрения, рисунки Геккеля стали началом развития эволюционной биологии развития (эво-дево). Целью изучения сравнительной эмбриологии является подтверждение или опровержение того, что эмбрионы позвоночных разных классов (например, млекопитающих и рыб) следуют схожему пути развития из-за их общего происхождения. У этих развивающихся позвоночных есть общие гены, определяющие основной план строения тела. Однако дальнейшее развитие позволяет проявиться отличительным признакам во взрослом состоянии.

Эрнст Геккель (1834-1919)

Иллюстрации Геккеля демонстрируют эмбрионы позвоночных на различных стадиях развития, выявляя эмбриональное сходство как аргумент в пользу эволюции, рекапитуляцию как подтверждение биогенетического закона и фенотипическую дивергенцию как свидетельство законов фон Бэра. Наиболее известной остается серия из двадцати четырех эмбрионов из ранних изданий "Антропогенеза" Геккеля. Различные виды расположены в столбцах, а стадии развития – в строках. Сходство заметно в первых двух строках; появление видоспецифических признаков можно наблюдать в столбцах, а диагональное прочтение приводит к идее рекапитуляции Геккеля. Рисунки эмбрионов Геккеля прежде всего предназначены для иллюстрации его теории эмбрионального развития, биогенетического закона, который, в свою очередь, опирается (хотя и не обязательно) на эволюционную концепцию общего происхождения. Его постулат об эмбриональном развитии совпадает с его пониманием эволюции как процесса развития. Около 1800 года эмбриология объединилась с сравнительной анатомией, став основной основой морфологии. Эрнст Геккель, вместе с Карлом фон Бэром и Вильгельмом Гисом, оказали значительное влияние на формирование предварительных основ "филогенетической эмбриологии", основанной на принципах эволюции. "Биогенетический закон" Геккеля отражает параллельную связь между развитием эмбриона и филогенетической историей. Термин "рекапитуляция" стал синонимом биогенетического закона Геккеля, поскольку эмбриональное развитие представляет собой рекапитуляцию эволюции. Геккель предполагает, что все классы позвоночных проходят эволюционно консервативную "филотипическую" стадию развития – период сниженного фенотипического разнообразия у более развитых эмбрионов. Особые различия проявляются лишь на более поздних стадиях развития. Геккель демонстрирует конкретное подтверждение своего биогенетического закона посредством теории гастреи, в которой он утверждает, что ранняя стадия развития в виде чашеобразной гаструлы является универсальной чертой многоклеточных животных. Существовала предковая форма, известная как гастрея, которая была общим предком для соответствующей гаструлы. Геккель утверждает, что некоторые признаки эмбрионального развития являются консервативными и палигенетическими, а другие – каеногенетическими. Каеногенез представляет собой "затухание предковых признаков в развитии", которое, как считается, является результатом определенных адаптаций к эмбриональной жизни в связи с изменениями окружающей среды. В своих рисунках Геккель указывает хорду, жаберные дуги и щели, пронефрос и нервную трубку как палигенетические признаки. Желточный мешок, внезародышевые мембраны, оболочки яйца и эндокардиальный канал, напротив, считаются каеногенетическими признаками. Добавление конечных стадий взрослой особи и "смещение" или "отталкивание" этих стадий к эмбриональным стадиям потомства также являются характерными чертами гекелевского эмбрионального развития. Обращаясь к широкой аудитории, Геккель не приводит никаких источников в своих рисунках эмбрионов, что предоставляет его оппонентам свободу делать предположения об оригинальности его работы.

Карл Эрнст фон Баер (1792-1876)

Геккель был не единственным, кто создал серию рисунков, изображающих эмбриональное развитие. Карл фон Баер и Геккель оба пытались смоделировать одну из сложнейших проблем, стоявших перед эмбриологами того времени: соотношение общих и частных признаков в процессе развития у различных видов животных. Что касается сроков развития, схема развития фон Баера отличается от схемы Геккеля. Схема развития фон Баера не обязательно должна быть привязана к стадиям развития, определяемым конкретными признаками, в то время как рекапитуляция включает в себя гетерохронию. Гетерохрония представляет собой постепенное изменение исходной филогенетической последовательности в результате эмбриональной адаптации. Кроме того, фон Баер уже в ранних работах отметил, что эмбрионы разных видов нелегко отличить друг от друга, в отличие от взрослых особей. Законы фон Баера, регулирующие эмбриональное развитие, являются прямым опровержением рекапитуляции. Рисунки эмбрионов фон Баера демонстрируют, что индивидуальное развитие происходит от общих признаков развивающегося эмбриона на ранних стадиях, через дифференциацию к частным признакам, свойственным конкретному виду, что опровергает возможность линейной эволюции. Эмбриологическое развитие, по мнению фон Баера, – это процесс дифференциации, «движение от более однородного и универсального к более гетерогенному и индивидуальному». Фон Баер утверждает, что эмбрионы будут похожи друг на друга до приобретения характеристик, отличающих их как представителей определенного семейства, рода или вида, однако эмбрионы не идентичны конечным формам низших организмов.

Вильгельм Гис (1831-1904)

Вильгельм Гис был одним из самых авторитетных и основных противников Геккеля, выступавших за физиологическую эмбриологию. В его «Анатомии человеческих эмбрионов» (Anatomie menschlicher Embryonen) используется серия его важнейших рисунков, документирующих развитие эмбрионов с конца второй недели до конца второго месяца беременности. В 1878 году Гис начинает углублённое изучение анатомии человеческих эмбрионов для своих рисунков. В XIX веке эмбриологи часто получали ранние человеческие эмбрионы из абортов и выкидышей, при вскрытии беременных женщин и из коллекций анатомических музеев. Чтобы создать серию рисунков, Гис собирал образцы, которые он подвергал манипуляциям, приводя их в удобную для работы форму. В своей «Норментафеле» он демонстрирует конкретные индивидуальные эмбрионы, а не идеальные типы. Гис не создаёт нормы на основе абортированных образцов, а скорее визуализирует эмбрионы, чтобы сделать их сопоставимыми, и подвергает свои эмбриональные образцы критике и сравнению с другими случаями. В конечном итоге, критическая работа Гиса в области эмбрионального развития выражается в создании серии рисунков эмбрионов, увеличивающихся в длине и степени развития. Описание эмбриологического развития Гиса существенно отличается от описания Геккеля, поскольку Гис утверждает, что филогенетическое объяснение онтогенетических событий излишне. Он полагает, что все онтогенетические события являются «механическим» результатом дифференциального роста клеток. Эмбриология Гиса не объясняется историей предков. Дискуссия между Геккелем и Гисом обостряется благодаря описанию эмбриона, которое Вильгельм Краузе напрямую вносит в продолжающуюся вражду между Геккелем и Гисом. Геккель предполагает, что аллантоис формируется схожим образом как у человека, так и у других млекопитающих. Гис, напротив, обвиняет Геккеля в искажении и манипулировании фактами. Хотя правота Геккеля в отношении аллантоиса впоследствии подтверждается, использование эмбриона Краузе в качестве обоснования оказывается проблематичным, поскольку эмбрион принадлежит птице, а не человеку. В основе спора между Геккелем и Гисом лежит различие во взглядах на сходство или различие эмбрионов позвоночных. В ответ на эволюционное утверждение Геккеля о том, что все позвоночные по существу идентичны в первый месяц эмбрионального развития, как доказательство общего происхождения, Гис возражает, настаивая на том, что более опытный наблюдатель заметит различия в ранних эмбрионах ещё раньше. Он также противопоставляет последовательности рисунков Геккеля в «Антропогене» свои «точные» рисунки, подчёркивающие конкретные различия. В конечном счёте, Гис доходит до того, что обвиняет Геккеля в «фальсификации» иллюстраций эмбрионов, чтобы эмбрионы позвоночных казались более похожими, чем они есть на самом деле. Он также обвиняет Геккеля в создании ранних человеческих эмбрионов, порождённых его воображением, а не полученных в результате эмпирических наблюдений. Гис завершает свою критику Геккеля заявлением о том, что Геккель «потерял право считаться равным среди серьёзных исследователей».

Противоречия

Точность рисунков эмбрионов Эрнста Геккеля вызвала много споров среди сторонников теории разумного замысла в последнее время и среди интеллектуальных оппонентов Геккеля в прошлом. Хотя ранние эмбрионы разных видов демонстрируют сходство, Геккель, по-видимому, преувеличивал эти сходства в поддержку своей теории рекапитуляции, иногда известной как биогенетический закон или «онтогенез рекапитулирует филогенез». Более того, Геккель даже предлагал теоретические формы жизни для соответствия определенным стадиям эмбриогенеза. Недавний обзор показал, что «биогенетический закон подтверждается рядом недавних исследований – при условии применения только к отдельным признакам». Критики конца XIX и начала XX века, Карл фон Баер и Вильгельм Гис, не считали, что живые эмбрионы воспроизводят эволюционный процесс, и создали собственные рисунки эмбрионов, подчеркивающие различия в раннем эмбриологическом развитии. Критик конца XX и начала XXI века Стивен Джей Гулд возражал против дальнейшего использования рисунков эмбрионов Геккеля в учебниках. С другой стороны, Майкл К. Ричардсон, профессор эволюционной биологии развития в Лейденском университете, признавая обоснованность некоторых критических замечаний в отношении рисунков (фактически, именно он и его коллеги начали современную критику в 1998 году), поддержал их использование в качестве учебных пособий и заявил, что «в основе своей Геккель был прав».

Противостояние Геккелю

Геккель столкнулся с многочисленными возражениями в отношении его художественных изображений эмбрионального развития в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков. Противники Геккеля полагают, что он преуменьшал различия между ранними стадиями эмбрионального развития, чтобы усилить сходство между эмбрионами разных видов.

Ранние противники: Людвиг Рутимейер, Теодор Бишофф и Рудольф Вирхов

Первое обвинение в фальсификации против Геккеля было выдвинуто в конце 1868 года Людвигом Рутимейером в журнале "Archiv für Anthropogenie". Рутимейер утверждал, что Геккель трижды подряд представил один и тот же рисунок, выдавая его за эмбрион собаки, курицы и черепахи. Теодор Бишофф (1807–1882) был ярым противником дарвинизма. Будучи пионером в эмбриологии млекопитающих, он являлся одним из самых строгих критиков Геккеля. Хотя исследования Бишоффа, проведённые в 1840 году, демонстрировали сходство ранних эмбрионов человека с эмбрионами других позвоночных, позже он утверждал, что подобные поспешные обобщения противоречат его недавним открытиям, касающимся различий между эмбрионами хомяков, кроликов и собак. Тем не менее, основной аргумент Бишоффа касался рисунков эмбрионов человека, сделанных Геккелем, поскольку впоследствии Геккеля обвинили в неточном копировании рисунка эмбриона собаки, принадлежавшего Бишоффу.

Современная критика Геккеля: Майкл Ричардсон и Стивен Джей Гулд

Майкл Ричардсон и его коллеги в июле 1997 года в журнале Anatomy and Embryology показали, что Геккель фальсифицировал свои рисунки, чтобы преувеличить сходство филотипической стадии. В мартовском выпуске журнала Natural History за 2000 год Стивен Джей Гулд утверждал, что Геккель "преувеличивал сходства посредством идеализации и пропусков". Гулд также утверждал, что рисунки Геккеля попросту неточны и сфальсифицированы. Однако Майкл Ричардсон, один из критиков рисунков Геккеля, заявил, что "подвергшиеся резкой критике рисунки Геккеля важны как филогенетические гипотезы, учебные пособия и свидетельства эволюции". Но даже Ричардсон признал в журнале Science в 1997 году, что исследование его команды рисунков Геккеля показало, что они являются "одной из самых известных фальсификаций в биологии". Некоторые варианты рисунков Геккеля можно встретить во многих современных учебниках биологии при обсуждении истории эмбриологии, с оговоркой, что они больше не считаются достоверными.

Сторонники Геккеля (прошлое и настоящее)

Хотя Чарльз Дарвин принял поддержку Геккеля теории естественного отбора, он проявлял осторожность в использовании идей Геккеля в своих работах; в отношении эмбриологии Дарвин гораздо больше полагался на труды фон Баэра. Работы Геккеля были опубликованы в 1866 и 1874 годах, спустя годы после выхода «Происхождения видов» Дарвина (1859). Несмотря на многочисленную критику, Геккель оказал влияние на многие научные дисциплины, стремясь интегрировать такие области, как таксономия и эмбриология, в дарвиновскую систему и исследовать филогенетическую реконструкцию посредством своего биогенетического закона. Кроме того, Геккель был наставником многих выдающихся ученых, включая Антона Дорна, Ричарда и Оскара Гертвига, Вильгельма Ру и Ганса Дриша. Одним из первых сторонников Геккеля был Карл Гэггенбаур в Йенском университете (1865–1873), где оба ученых ощутили влияние теории Дарвина. Они быстро попытались интегрировать свои знания в эволюционную программу. При определении взаимосвязи между «филогенетическими связями» и «эволюционными законами формы» как Гэггенбаур, так и Геккель опирались на сравнительный метод. Как утверждал Гэггенбаур, задача сравнительной анатомии заключается в объяснении формы и организации тела животного, чтобы предоставить доказательства преемственности и эволюции органов. Геккель предложил способ достижения этой цели с помощью своего биогенетического закона, предполагавшего сравнение различных стадий развития индивидуума с его предковой линией. Хотя Геккель акцентировал внимание на сравнительной эмбриологии, а Гэггенбаур – на сравнении структур взрослых особей, оба считали, что эти два подхода могут дополнять друг друга для достижения цели эволюционной морфологии. Филолог и антрополог Фридрих Мюллер использовал концепции Геккеля в качестве основы для своих этнологических исследований, включавших систематическое сравнение фольклора, верований и обычаев различных обществ. Работа Мюллера опиралась на теоретические предпосылки, схожие с идеями Геккеля, и отражала немецкую традицию поддержания тесной связи между эмпирическими исследованиями и философскими основами науки. Язык играл особенно важную роль, поскольку он служил мостом между естественными науками и философией. Для Геккеля язык представлял собой концепцию, согласно которой все явления человеческого развития подчиняются законам биологии. Хотя Мюллер не оказывал существенного влияния на защиту эмбриональных рисунков Геккеля, оба разделяли общее понимание развития от низших к высшим формам, поскольку Мюллер рассматривал человека как последнее звено в бесконечной цепи эволюционного развития. Современное признание биогенетического закона Геккеля, несмотря на текущее неприятие его взглядов, находит поддержку в определенной степени параллелизма между онтогенезом и филогенезом. А. М. Хазен, с одной стороны, утверждает, что «онтогенез обязан повторять основные этапы филогенеза». А. С. Раутиан, с другой стороны, считает, что воспроизведение предковых моделей развития является ключевым аспектом определенных биологических систем. Доктор Рольф Сивинг признает сходство эмбрионов разных видов, а также законы фон Баэра, но не считает целесообразным сравнивать эмбрионы со стадиями развития взрослых особей. В защиту эмбриональных рисунков Геккеля основной аргумент заключается в их «схематизации». Рисунки Геккеля не предназначались для точного технического и научного изображения, а скорее представляли собой схематические рисунки и реконструкции, предназначенные для широкой аудитории.

Использование рисунков эмбрионов в современной биологии

Рисунки эмбрионов Геккеля, как сравнительные таблицы, поначалу копировались преимущественно в учебники по биологии, а не в труды по эмбриологии. Несмотря на то, что программа Геккеля в области сравнительной эмбриологии практически прекратила существование после Первой мировой войны, его изображения эмбрионов часто воспроизводились и перерисовывались с большей точностью в работах, поддерживающих изучение сравнительной эмбриологии. Однако ни эмбриология человека, вдохновлённая Гисом, ни биология развития не занимаются сравнением эмбрионов позвоночных. Хотя книга Стивена Джей Гулда «Онтогенез и филогенез» (1977) помогает переосмыслить эмбриологию Геккеля, она не касается споров, связанных с его рисунками эмбрионов. Тем не менее, возросший интерес к эволюции в 1977 году и в последующие годы побудил биологов развития более внимательно изучить иллюстрации Геккеля. В современной биологии фундаментальные исследования в области биологии развития и эволюционной биологии развития всё больше опираются на молекулярную биологию, а не на морфологические сравнения эмбрионов. Это отчасти объясняется тем, что рисунки Геккеля были крайне неточными.