Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki

Kiedy rozpocząłem tę stronę internetową w 2009 roku, moim zamiarem było tylko nagłośnienie mojej nowej książki, Ewolucja jest faktem. Za poradą wydawcy stworzyłem stronę z myślą o publikowaniu od czasu do czasu nowych dowodów ewolucji, by uzupełniać to, co było w książce. Sądziłem, że będę zamieszczał post mniej więcej raz w miesiącu. No cóż, zrobił się z tego potwór!

Dzisiaj jednak piszę o nowej pracy, która doskonale pasuje do oryginalnego celu tej strony. Jest to artykuł z „Proceedings of the Royal Society” autorstwa Kathryn Kavanagh i in., który pokazuje dowody na pochodzenie jednopalczastych koni od przodków z pięcioma palcami. Można przeczytać ten artykuł przez kliknięcie na link pod zrzutem z ekranu poniżej lub w pdf tutaj; Krótki, ale pełen informacji artykuł znajduje się w „New York Times”.

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2019.2756
 

Wiele organizmów podczas rozwoju płodowego pokazuje dowody ewolucji od bardzo różniących się od nich przodków; niektóre z nich opisuję w rozdziale 3 w że Ewolucja jest faktem. Zarodki delfinów, na przykład, rozwijają zawiązki tylnych kończyn, które u ich czworonożnych przodków stawały się następnie nogami, ale u delfinów zawiązki zanikają przed urodzeniem, pozostawiając noworodki bez tylnych kończyn. My, ludzie, podobnie jak wszystkie lądowe kręgowce, zaczynamy rozwój przez tworzenie tego, co u naszych rybich przodków stałoby się szczelinami skrzelowymi. U gadów, płazów i ssaków te szczeliny skrzelowe przekształcają się w inne struktury, jak nasz przełyk.

Na moich wykładach o ewolucji mówię o lanugo: grubej pokrywie włosów, jaką rozwija ludzki płód około sześć miesięcy po poczęciu. Traci ją przed narodzeniem – ale nie u szympansów, naszych najbliższych krewnych, które rodzą się owłosione (pamiętajmy: jesteśmy „nagą małpą”). Przejściowe utworzenie się pokrywy włosów w naszym gatunku, z którego płód nie ma żadnego pożytku, można wyjaśnić tylko naszym pochodzeniem od naczelnych z owłosieniem.    

Jeśli więc przejściowe cechy znikają, dlaczego w ogóle występują? Nie jesteśmy pewni, ale ich pojawianie się może być konieczne dla dostarczania rozwojowych „wskazówek” dla cech, które pozostają. Pamiętamy, że rozwój płodowy jest bardzo skomplikowanym  procesem, który wymaga sieci skoordynowanych cech pojawiających się we właściwym czasie. Na przykład, u delfinów zawiązki tylnych kończyn mogą dostarczać wskazówek dla rozwoju innych struktur szkieletu, a potem znikają, bo nie są już dłużej potrzebne, a dobór naturalny usunął je, ponieważ są nieporęczne, są marnowaniem zasobów i nie są potrzebne morskim ssakom. 

Konie są innym przykładem. Wiemy z zapisu kopalnego, że nowoczesne konie wyewoluowały z pięciopalczastych przodków, ale to, co pozostało, dolna część nogi i kopyto, są szczątkami tylko środkowego palca. Pozostałe cztery palce zniknęły z czasem (co widać w zapisie kopalnym), chociaż dwa palce po bokach środkowego pozostają jako szczątkowe  “kości rysikowe” na nodze konia. Zewnętrzne dwa palce zniknęły całkowicie. Tutaj jest rysunek szczątkowych palców u współczesnego konia: kość rysikowa (po odwrotnej stronie jest druga, taka sama): 

Jak informuje ta nowa praca, można jednak zobaczyć wszystkie pięć palców, jeśli uważnie obserwuje się rozwój. Jeśli masz zarodki konia na odpowiednio wczesnym etapie rozwoju, możesz zobaczyć tworzące się zawiązki wszystkich pięciu palców, z zewnętrznymi, które zlewają się i kurczą, by pozostawić tylko środkowy palec, który staje się dolną częścią nogi i kopytem. Poprzednio nikt nie był w stanie zobaczyć tego dowodu pochodzenia w zarodkach, ale Kavanagh i in. udało się zdobyć właściwy materiał.

Autorzy wystarali się (nie pytajcie mnie, jak) o końskie zarodki sztucznie zapłodnionych kobył i analizowali cztery z nich przez dokonywanie sekcji zarodków między 29 a 35 dniem po zapłodnieniu. (Jest bardzo wąskie okno w czasie, żeby zobaczyć zawiązki wszystkich pięciu palców, bo kurczenie się i znikanie czterech nadmiarowych palców jest szybkie.)    

Na początek, tutaj jest ilustracja pokazująca, jak wyglądają te zawiązki. Po prawej stronie widać ewolucyjny rozwój przodków koni (pokazany także poniżej), rozpoczynając od pięciu, potem czterech, a potem trzech, z dwoma bocznymi palcami stopniowo redukowanymi do kości rysikowych. Nie jesteśmy pewni, dlaczego to się zdarzyło, ale przypuszczalnym wyjaśnieniem jest, że w czasie, kiedy ewoluowały konie – a ewoluowały w tym, co obecnie jest Ameryką Północną – klimat robił się suchszy i lasy ustępowały trawiastym stepom. Podczas gdy palce są dobre do szybkiego biegu wokół drzew i roślinności, jeśli uciekasz drapieżnikom po trawiastym terenie, chcesz mieć kopyto, by biec szybko i prosto przed siebie.

Po lewej stronie, na niebiesko, są zawiązki palców u czterech płodów; niebieskie kawałki są regionami, gdzie normalnie chrząstka zgęściłaby się, a następnie utworzyła kość. (“FL oznacza „kończynę przednią”, a “HL” oznacza „kończynę tylną”.) Jak widać, dwa z tych płodów mają pięć zawiązków palców, z środkowym, który staje się dolną częścią nogi, największym, bo jest to palec, który stanie się kopytem. Pozostałe dwa płody mają trzy zawiązki i środkowy jest największy.

Figure 1. (a) Illustration of arrangement and relative sizes of pre-cartilaginous condensations in developing Equus FL and HL digits based on reconstructions of histological sections of 30–35 dpc embryos from this study. (b) Fossil transition series of adult horse FL digits (isometrically scaled) showing the sequence of reduction of anterior and posterior digits and increasing dominance of central digit III. (i) Phenacodus (AMNH 4369), (ii) Hyracotherium (AMNH 4832), (iii) Mesohippus (AMNH 39480 and AMNH 1477), (iv) Hypohippus (AMNH 9407), (v) Hipparion (AMNH 109625), (vi) Dinohippus (AMNH 17224). Illustration from Solounias et al. [6]. (Online version in colour.)
 

Tutaj jest zdjęcie dwóch płodów pokazujące pięć zawiązków palców w różnych miejscach na nogach. Można zobaczyć pięć ciemniejszych zawiązków z największym pośrodku (b) u płodu 1 i (g) u płodu 2. (“Proximal” znaczy bliżej ciała, a “distal” bliżej przyszłego kopyta.) W późniejszych płodach badanych przez innych badaczy duży zawiązek pośrodku rozwija się w dolną część nogi i kopyto, a pozostałe znikają.

Oczywiście, nie potrzebujemy tego rodzaju dowodów, żeby pokazać ewolucję, a  nawet pokazać ewolucję utraty palców u koni, ponieważ mamy znakomity zapis kopalny koni i dobre pojęcie o ich „drzewie rodzinnym”. Tutaj jest ilustracja z Encyclopedia Brittanica:

Dowód rozwojowy jest jednak miłym potwierdzeniem tego, co mówią nam skamieniałości i dodaje informacje, że ewolucyjną kolejność utraty palców odzwierciedla rozwojowa kolejność u współczesnych, jednopalczastych koni. To jest wersja „teorii rekapitulacji” stwierdzającej, że „ontogeneza rekapituluje filogenezę” (tj. rozwój naśladuje ewolucyjną historię). Jest tu wiele wyjątków, bowiem czasami etapy przodków są całkowicie stracone w płodach, ale działa dla palców u koni. Najpierw pięć, potem trzy, potem jeden – zarówno podczas rozwoju płodowego, jak w zapisie kopalnym.

Nawiasem mówiąc, czasami boczne palce nie znikają, ale – prawdopodobnie przez jakieś zakłócenie podczas rozwoju – tworzą rudymentarne dorosłe palce, dając wielopalczaste konie, jak ten poniżej:

Podobnie, czasami tylne kończyny delfinów nie znikają i otrzymujemy delfiny z małymi nóżkami sterczącymi z tyłu, jak ten, który pokazuję na moich wykładach o „dowodach ewolucji”:

DODATEK: Zapomniałem dołączyć uwagę autorów, że wiele kręgowców utraciło palce swoich przodków i że te gatunki powinno zbadać się embriologicznie, tak jak konie. Podają tabelę niektórych z tych zwierząt. Czy na przykład, płody wielbłąda lub trójpalczastego skoczka azjatyckiego pokazują pięć zawiązków, które potem znikają? Nie wiemy, czy tak jest i brak zawiązków nie byłby dowodem przeciwko ewolucji, bo zachowanie zawiązków palców jest szczęśliwą (dla nas) cechą rozwoju, ale nie jest spodziewane we wszystkich wypadkach.

____________

Kavanagh, K. D., C. S. Bailey, and K. E. Sears. 2020. Evidence of five digits in embryonic horses and developmental stabilization of tetrapod digit number. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 287:20192756.

More evidence for evolution: horse embryos start forming five toes, and four-primordia disappear

Why Evolution Is True, 10 lutego 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska