Месячный эмбрион человека при внематочной беременности. Видны жаберные мешки и хвост.
У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на определённой стадии развития (т. н. «узел сходства»): у них похожая форма тела, есть зачатки жаберных дуг и жаберных щелей, хорды, имеется хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства Карла Максимовича Бэра)[~ 7] Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно уменьшается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, отрядам, семействам, родам, и, наконец, видам.
Эволюционные изменения могут касаться всех фаз онтогенеза, то есть могут приводить к изменениям не только зрелых организмов, но и эмбрионов, даже на первых этапах развития. Тем не менее, более ранние фазы развития должны отличаться большим консерватизмом, чем более поздние, так как изменения на более ранних этапах развития, в свою очередь, должны привести к большим изменениям в процессе дальнейшего развития. Например, изменение типа дробления вызовет изменения в процессе гаструляции, равно как и во всех следующих стадиях. Поэтому изменения, проявляющиеся на ранних этапах, гораздо чаще оказываются летальными, чем изменения, касающиеся более поздних периодов онтогенеза.
Таким образом, ранние стадии развития изменяются относительно редко, а значит, изучая эмбрионы разных видов, можно делать выводы о степени эволюционного родства[106].
В 1837 году эмбриолог Карл Райхерт выяснил, из каких зародышевых структур развиваются квадратная и суставная кости в челюсти рептилий. У зародышей млекопитающих обнаружены те же структуры, но они развиваются в молоточек и наковальню среднего уха[107]. Палеонтологическая летопись также подтверждает происхождение частей уха млекопитающих из костей челюсти рептилий.
Есть многие другие примеры того, как эволюционная история организма проявляется в ходе его развития. У эмбрионов млекопитающих на ранних стадиях есть жаберные мешки, неотличимые по строению от жаберных мешков у водных позвоночных[108]. Это объясняется тем, что предки млекопитающих жили в воде и дышали жабрами. Разумеется, жаберные мешки зародышей млекопитающих в ходе развития превращаются не в жабры, а в структуры, возникшие в ходе эволюции из жаберных щелей или стенок жаберных карманов, такие как евстахиевы трубы, среднее ухо, миндалины, паращитовидные железы и тимус[109].
У эмбрионов многих видов змей и безногих ящериц (например, веретеницы ломкой) развиваются зачатки конечностей, но затем они рассасываются[110]. Аналогично, у китов, дельфинов и морских свиней[~ 8] нет задних конечностей, но у эмбрионов китообразных начинают расти задние ноги, развиваются кости, нервы, сосуды, а затем все эти ткани рассасываются[111].
Дарвин в качестве примера приводил наличие зубов у зародышей усатых китов[92].
У человеческих эмбрионов на ранних этапах развития (4—5 недель) есть заметный хвост с 10—12 развивающимися хвостовыми позвонками, длина которого составляет более 10 % длины эмбриона[112][113][114]. Развиваются не только позвонки, но и спинной мозг, и ряд других структур. К восьмой неделе шесть крайних позвонков отмирают в результате гибели клеток по механизму апоптоза. 5-й и 4-й хвостовые позвонки уменьшаются, прочие структуры также отмирают и уменьшаются. Макрофаги утилизируют разрушающиеся клетки[112][114][115][116]. У взрослых людей остаётся 4 хвостовых позвонка, которые образуют копчик.