Можно использовать много переменных величин, чтобы охарактеризовать процессы онтогенеза, представленные в абстрактной форме на этих рисунках. Среди них продолжительность эмбриональной и ювенильной стадий, возраст полового созревания, состояние в момент выхода из яйца или при рождении, а также репродуктивная долговечность. Все они входят в историю жизни животного, и каждая из них может эволюционировать. Аналогичным образом эволюционирует также история жизни у растений. В случае с ныне живущими видами способность связывать эти переменные величинами с исследованиями в области популяционной динамики важна для вопросов охраны природы, поскольку они могут выделить стратегии управления для тех организмов, которые рассматриваются как находящиеся в зоне риска. С эволюционной точки зрения знание этих переменных величин может помочь нам понять, почему определённые группы вымирают, тогда как другие становятся многочисленными и разнообразными, или же просто выжили. Некоторые из этих переменных также связаны с крупными анатомическими новшествами, как крупный мозг людей отчасти стал возможным благодаря долгому периоду беременности. Ископаемые остатки являются ключом к нашему знанию о том, когда возникли эти особенности, даже если они не могут предоставить прямую информацию, касающуюся некоторых переменных величин, вроде продолжительности беременности. Это становится возможным, потому что большое количество эмпирических данных показало тесную ассоциацию с некоторыми анатомическими особенностями, которые сохранились в ископаемом виде вместе с деталями истории жизни. Как в случае с ранними наземными позвоночными, которые обсуждались выше, окаменелости, сохранившиеся наилучшим образом, являются первыми и наиболее очевидными объектами изучения, позволяющими документировать эволюцию истории жизни индивида в геологическом прошлом.
Онтогенез и реконструкция древа жизни
Со времён новаторской работы Эрнста Геккеля и с теорией эволюции в качестве точки отсчёта основной задачей была реконструкция древа жизни. История подходов и проблем длинна и сложна. Вопрос, который неоднократно оказывается на поверхности в ходе дискуссий, состоит в том, как дополнить это древо информацией об онтогенезе. При использовании морфологии вывод об отношениях между видами обычно делается путём сравнения наличия и специфичности деталей различных особенностей строения. В случае специалистов по позвоночным мы главным образом исследуем кости, мышцы и нервы взрослого животного. Но наследуемые и отличающиеся от вида к виду особенности, которые необходимы для анализа, позволяющего реконструировать родословное древо, присутствуют на всех стадиях жизненного цикла животного, поэтому нет никаких причин ограничиваться только взрослыми особями в качестве источника информации об анатомии. Онтогенез, таким образом, важен, но как же его правильно использовать? Большинство практикующих систематиков, биологов, чья деятельность непосредственно связана с реконструкцией родословного древа и классификацией, согласилось бы со следующим рядом утверждений, который претендуют на обобщение вопросов, в отношении которых специалисты большей частью достигли консенсуса.
1. Подход, основанный на изучении исключительно взрослых стадий с большей степенью вероятности приведёт к заблуждениям при осуществлении филогенетического анализа, нежели подход, охватывающий большую часть истории жизни особи у изучаемого вида. Это связано с повышением уровня комплексности анализа особенностей организмов (признаков), который преодолевает значительную атомизацию черт поверхностного морфологического сходства.[18] Пример уместности ювенильных стадий для определения родственных отношений между организмами демонстрируют нам животные, которых изучал сам Чарльз Дарвин. Морских желудей долгое время считали моллюсками из-за их известковой раковины у взрослых особей. Но личинки морских желудей похожи на личинок ракообразных, и эти две группы в настоящее время считаются близкими родственниками{2}.
2. Онтогенез в отдельности не может использоваться в качестве критерия для установления направления эволюционного изменения той или иной особенности. Систематики стремятся определить, какие особенности являются предковыми, а какие — специализированными, то есть «полярность» изменений. Если бы эволюционные преобразования всегда осуществлялись путём добавления новых шагов в конце исходной онтогенетической последовательности, или же путём продления онтогенетической траектории (идеальный случай, изображённый выше), то сравнение хода онтогенеза указало бы направление преобразований. Но рекапитуляции — это скорее исключение, чем норма. Сравнения с группами, близкородственными рассматриваемой, служат для реконструкции системы родственных отношений. Как только обнаружено начало системы, становится возможным построение древа родственных отношений, по которому определяется полярность состояний признака.
18
Риппель и Кирни (2002) представили всестороннее обсуждение преимуществ подробного анализа сложных морфологических особенностей в целях их использования в ходе анализа эволюционных отношений.