Az embriófejlődés stádiumai és a biogenetikai törvény – Hasonlóság más állatokkal

Az embriófejlődés lenyűgöző folyamata számos tudóst foglalkoztatott már Arisztotelésztől napjainkig. Az egyes állatfajok, beleértve az embert is, egysejtű petéből indulva komplex, soksejtű szervezetté fejlődnek. E fejlődés során számos hasonlóság fedezhető fel a különböző gerinces állatok embrióiban, ami a biológia egyik kulcsfontosságú, de vitatott elméletéhez, a biogenetikai törvényhez vezetett.

A biogenetikai törvény eredete és alapeszméje

A biogenetikai törvényt Ernst Haeckel német zoológus, művész és filozófus alkotta meg 1880-ban. Másképpen fogalmazva, Haeckel javaslata szerint az ontogenezis - az egyed fejlődése petéből felnőtt egyeddé - a faj evolúciójának rövidített változata. Az alapeszme az, hogy az egyedfejlődés egyes szakaszai megfeleltethetők bizonyos törzsfejlődési stádiumoknak, mintegy megismételve az evolúciós történelmet.

Már K. Baer fogalmazott meg 1828-ban egy úgynevezett embrionális hasonlósági törvényt, melynek lényege, hogy az azonos biológiai típusba tartozó egyedek embriói sok azonos elemet tartalmaznak anatómiai szerkezetükben. Például az emberben is egy bizonyos fejlődési szakaszban kopoltyúnyílások és farok figyelhető meg. A tipikus megkülönböztető morfológiai jellemzők csak az egyedfejlődés későbbi folyamán jelennek meg.

A biogenetikai törvény, vagyis a Haeckel-Müller törvény leírja a természetben megfigyelt arányt: az egyedfejlődés, azaz minden élő szervezet személyes fejlődése, egy bizonyos mértékig, az törzsfejlődés, azaz az egész állatcsoport történelmi fejlődésének összegzése. Ez az elmélet a darwini evolúciós elmélet egyik legjelentősebb bizonyítékának tekinthető, hiszen a megfogalmazása maga is utal a Darwin tanításával való logikai kapcsolatra.

Az embrió fejlődése során számos különböző lépésen megy keresztül, amelyek mindegyike hasonlít a természet egy bizonyos fejlődési szakaszára, evolúciós szempontból vizsgálva. Haeckel elképzelése szerint az emberi embrió fejlődését az egysejtűtől kezdve egészen az emberig követve egy bizonyos időszakban kopoltyúja nő, mint a halaknak, farka lesz, mint a majmoknak, stb.

A biogenetikai törvény kritikája és cáfolata

Haeckel munkásságát azonban már a publikációja után néhány hónappal kritikák érték. L. Rütmeyer és William His, az összehasonlító embriológia professzora is csatlakoztak a kritikákhoz, miszerint az érvelés hamis. His professzor részletesen dokumentálta, hogy Haeckel hogyan módosította a rajzokat, hogy azok jobban hasonlítsanak egymásra, sőt, egyes esetekben tízszeres méretbeli különbségeket is figyelmen kívül hagyott, minden megjegyzés nélkül az embriókat egy méretűnek ábrázolva.

Haeckel kisebb beismerést is tett, másra kenve a dolgot. A rákövetkező évtizedek során vezető biológusok és evolucionisták is rendre cáfolták a biogenetikai törvényt. 1997-ben Dr. Michael Richardson és csapata kimutatta, hogy valójában senki nem ellenőrizte Haeckel rajzait behatóan, és Richardson elmondása szerint ez az elmélet a tudomány egyik legnagyobb csalása.

Valójában minden gerinces állat valamelyest hasonlít egymásra embrionális fejlődésük kezdeti szakaszán. De a gerinces embriók nem egyik állatból a másikba alakulnak fejlődésük során, hanem a kezdeti hasonlóságtól fokozatosan távolodnak el. Az emberi embrió mindig is emberi embrió, és nem csak valahányadik hét után válik azzá.

Von Baer törvényei és a filotipikus stádium

Carl Ernst von Baer, akit az összehasonlító embriológia atyjának tartanak, már a 19. század elején megfogalmazta törvényeit, amelyek máig alapvető állításai minden evolúcióról és fejlődésbiológiáról szóló könyvnek. Ezek a törvények jobban leírják a gerinces embriók fejlődési hasonlóságait:

1. Azok a sajátságok, amelyek minden gerincesre jellemzőek, mint a háti oldalon elhelyezkedő agy és gerincvelő, a gerinchúr jelenléte, a szomiták, az aortaívek, a zsigeri (pharyngealis) ívek korábban láthatók a fejlődés folyamán, mint azok a sajátságok, amelyek a különböző gerinces osztályok képviselői között tesznek különbséget. Így egy korai fejlődési stádiumban, a gasztrulációt és neurulációt követően, a halak, kétéltűek, hüllők, madarak és emlősök embriói azonos külsejűek - és belsejűek -, de ahogy a fejlődés előre halad, fejlődési útjuk elágazik.
2. A kevésbé általános jellegek az általánosabbakból fejlődnek ki, mindaddig, amíg a legspeciálisabbak is megjelennek.
3. Egy adott faj embriója ahelyett, hogy az „alacsonyabbrendű” felnőtt állatra hasonlítana, az „alacsonyabbrendű” állat embriójára hasonlít.

Von Baer felhívta a figyelmet arra is, hogy az összes gerinces fejlődése azonos mintázat szerint zajlik: a három csíralemezből ugyanazok a szervek fejlődnek ki minden csoportnál. A korai közös szakaszt 1983 óta Sander nyomán filotipikus stádiumnak nevezzük. Ez a különös filotipikus stádium, amely a neuruláció és szomitakialakulás után alakul ki, valamely távoli gerinces ősre jellemző, és a legkülönbözőbb gerinces fajoknál szinte megkülönböztethetetlen.

A filotipikus stádiumban az idegrendszer egy zárt cső formájában van jelen, amely kissé kitágul elől, ahol az agy fejlődik majd. Az agy részei megkezdik differenciálódásukat, és a szemhólyagok is megjelennek. Az epidermális epitélium lapszerű megvastagodásokat, ún. plakodokat alkot, amelyek szemlencsét és egyéb érzékszerveket alakítanak ki. Az előbél alatt a csőszerű szívkezdemények fúzionálnak és kialakítják a hasi elhelyezkedésű szívet.

A legkülönösebb a garati (pharyngealis) régió fejlődése. Az evolúciójának örök jeleként a humán embrión is megvannak azok az előbéli kitüremkedések, amelyeket garati (zsigeri) „kopoltyú zsebekként” ismerünk. Szoros kapcsolatban állnak a „kopoltyú” artériákkal, a porcos „kopoltyú ívekkel” és az elsődleges állkapoccsal, amely a porcos első zsigeri ívből származik.

Az EVO-DEVO és a fejlődésbiológia modern nézetei

A fejlődésbiológia és az evolúció kapcsolata az utóbbi két évtizedben „transzformálódott”. Az evolúciós fejlődésbiológia (EVO-DEVO) kulcsot jelent a földi diverzitás megmagyarázásához. Az EVO-DEVO integrálja a fejlődés- és a populációs genetikát, egyfajta „új szintézisként” értelmezhető. Az új evolúciós szintézis alapelve, hogy az evolúció alapja az organizmus fejlődésének öröklődő változása.

Az EVO-DEVO a fejlődés és az evolúció kapcsolatát tanulmányozza. Célja azoknak a mechanizmusoknak a megértése, amelyeknek szerepük volt a fejlődés evolúciójában. A megközelítés két irányból történhet: a fejlődési folyamatok irányából (fejlődési folyamatok időzítése, új szöveti kölcsönhatások szerepe egy új morfológiai sajátság kialakulásában) és az evolúciós folyamatok irányából (pl. milyen szelekciós nyomás támogatja az új morfológia kialakulását).

A természetes szelekció a fejlődés által létrehozott fenotípusokon hat. Az evolúciós változások és az egyedfejlődés elválaszthatatlanok. Az „evolúciós” változások egy szerv formájában „fejlődési” változások is egyben: a fejlődési folyamatok időzítésének és rátájának változása vezet hozzájuk.

Az utóbbi 20 év legfontosabb felfedezései közé tartozik, hogy a legtöbb állat fejlődése egy közös genetikai „toolkit” (eszköztár) segítségével történik. Ennek a genetikai készletnek a felfedezése döntően befolyásolta a kutatást:

• Lehetővé tette a biológusok számára, hogy felfedezzenek és felderítsenek széleskörűen konzervált molekuláris, celluláris és fejlődési folyamatokat, amelyeket korábban elfedtek az addig „összehasonlíthatatlannak” vélt anatómiai viszonyok.
• Az állati sokféleség tanulmányozását a „toolkit” gének számának, regulációjának, funkciójának változására irányította az állati evolúció során.

A „toolkit” fejlődésre szakosodott génjeinek kialakulása talán megnyitotta az evolúció új és hajlékonyabb módjait: az élet „evolvabilisebb” lett. A fejlődés és a fejlődést szabályozó gének változásai a morfológiai evolúció alapjai. A morfológiai struktúrák a fejlődés során jönnek létre az egyes egyedekben. Ha az egyik faj másikká alakul, a fejlődési folyamat is megváltozik. A fejlődés és fejlődésgenetika „evolúciós” változásai az alapjai az evolúciós szintű morfológiai változásoknak.

A fejlődésbiológia egyik alaptémája a fejlődési mechanizmusok konzerválódása távoli rokon fajok között, pl. Hox-gének, jelátviteli útvonalak a szélsőségekig konzerváltak, amiből az következik, hogy ha egyszer egy mechanizmus kialakult, újra és újra felhasználódik, ami az evolúciós (fejlődés) biológia sava-borsa.

Evolúciós és egyedfejlődési jelenségek

A fejlődés és az evolúció kapcsolatában számos érdekes jelenség figyelhető meg:

Az emberi magzat farkának lerövidülése például az evolúciós sorrendiségtől eltérő időbeli lefolyást mutat. Az embrió fejlődésének 42-70. napja között a farok lerövidül.

A rekapituláció akkor is borul, ha a heterokrónikus eltolódás a szomatikus fejlődésben korábbi reprodukciót enged meg. Ilyenkor új adult forma alakul ki, a régi adult forma pedig nem jelenik meg. A pedomorfózis két formája a progenezis és a neoténia. Progeneziskor a csíravonal gyorsul fel és a szaporodás időben előbbre tolódik, míg neoténiakor a szóma lassul le, míg a csíravonal fejlődési üteme megmarad. Utóbbi esetre igaz, hogy „ugyanakkor szaporodik, de még gyerek”.

Az ember neoténiás voltára is merült fel kérdés. Kétségtelen, hogy felnőttként hasonlítunk a „nagy” emberszabásúak kicsinyeire. Többnyire nem tartják esetünket valódi pedomorfózisnak, de ha már akként értékeljük, inkább neoténioid: szaporodásunk biztosan nem csúszott korábbra, sőt későbbre.

tags: #embrio #stadiumai #hasonlitanak #mas #allatok