עובר
התפתחות עוברים > התפתחות עוברית על בסיס מטען גנטי

במהלך התפתחות העובר, מידע מה-DNA גורם ליצירת חלבונים. החלבונים גורמים לשינוי התנאים בתאים השונים. שינויים אלה גורמים לביטוי שונה של גנים שונים, שבתורם גורמים להתמיינות תאית שונה של תאים שונים. התמיינות זו גוררת שינויים נוספים המובילים להתפתחות רקמות ואיברים.
בהיסטוריה של האמבריולוגיה היו בעבר שני מחנות – מחנה שדגל בפרפורמציה והמחנה של האפיגנזה. תומכי הפרפורמציה חשבו כי הביצה (או תא הזרע) מכילים תינוק בזעיר אנפין שנקרא הומונקולוס, כך שכל חלקי התינוק כבר נמצאים במקומם. בעיה אחת ברעיון זה הוא שכך אנו חייבים לרשת תכונות רק מאחד מההורים, ובעיה נוספת היא שיש צורך ברגרסיה אינסופית כעין בובות בבושקה אחת בתוך השנייה עם השנים ירדה התמיכה ברעיון זה. הגישה השנייה, שהתפתחה וקיבלה חיזוקים מכיוונים שונים היא הגישה שמקובלת כיום ומכונה אפיגנזה. לפי רעיון זה התפתחות העובר דומה יותר למתכון או תוכנת מחשב. הביולוג ריצ'רד דוקינס מעיר כי גישה זו השתנתה עם השנים, כך שאריסטו, שטבע את המונח, לא בהכרח היה מזהה את הגדרה שלה במילון אוקספורד: "אפיגנזה: תאוריה של הפתחות אורגניזם בדרך ההתמיינות ההולכת ונמשכת של שלם שהיה לא ממוין בתחילה." ספרם של לואיס וולפרט ועמיתו "עקרונות ההתפתחות" מתאר את האפיגנזה כרעיון לפיו מבנים חדשים מופיעים בצורה הדרגתית.
התפתחות עוברים מתוך ה-DNA אינה דומה כלל לבניית בית על בסיס דגם או תוכנית בניין, וזאת בניגוד לספרי לימוד רבים המציגים זאת. תוכנית בניין של מכונית או בית מהווה מיפוי חד-חד ערכי מהנייר אל המוצר המוגמר. מכאן נובע כי התוכנית היא הפיכה – כלומר לא רק שניתן להבין מתוך תוכנית הבניין את מבנה הבית אלה יש גם יכולת לשרטט את התוכנית על בסיס הבית הבנוי. אולם דבר כזה לא קיים כלל בהתפתחות עוברים – לא ניתן לקחת גוף של יצור חי, למדוד אותו ומתוך זה לשחזר את ה-DNA שלו. כל הגופים של כל היצורים החיים מתפתחים וגדלים מתא יחיד שעובר דרך שלבי מעבר רבים – שחלקם גם מוכרים לנו מהתפתחות של האדם – עובר, תינוק, פעוט, ילד, נער, בוגר, וזאת בניגוד לתפיסת הפרפורמציה לפיה האדם נוצר כאשר כל האיברים והרקמות שלו הם בצורתם הבוגרת. הסתכלות על כל פירור ופירור בעוגה לא מבהירה מה כתוב במתכון, וכך הדבר גם כאשר מסתכלים בגוף יצור חי לבין ה-DNA שלו. ההוראות במתכון או בתוכנה אומרות כיצד יש לפעול, ואילו תוצאת הפעולה לא גלויה מראש.
שני רעיונות שחופפים במידת מה בין פרפורמציה לבין אפיגנזה הם בניית משהו ידי אדריכלות מתוכננת לבין "הרכבה עצמית" או "איסוף עצמי". אנו מבינים מהי אדריכלות או עיצוב משום שאנו מוקפים בה בחיי היומיום בצורת בניינים או חפצים שונים. לעומת זאת הרכבה עצמית היא דבר שקשה יותר להבינו. ההרכבה העצמית תופסת מקום דומה בחשיבותו לחשיבותה של הברירה הטבעית באבולוציה אם כי מדובר בשני תהליכים שונים לגמרי. שני התהליכים פועלים בצורה דומה – תהליכים הפועלים בדרך אוטומטית, המגיעות ללא תכנון או מחשבה מראש, לתוצאות הנראות כאילו תוכנו בצורה מוקפדת ושקדנית.
אנלוגיות מוכרות נוספות לתהליכי יצירה מתאימות רק בצורה חלקית או כלל לא מתאימות: יצירת צורה של פסל על ידי פסל על ידי גריעת חומר. אנלוגיה זו מתאימה לחלק קטן מהתפתחות העובר על ידי תהליך אפופטוזה – מוות מתוכנן של תאים. לדוגמה בעוברים של אדם יש בתחילה קרומים בין אצבעות הידיים בדומה לקרומי שחייה של דגים, וקרומים אלה נעלמים בהמשך ההריון. עם זאת מדובר בתהליך משני לעומת תהליכים חשובים יותר. דרך נוספת לתיאור יצירת סדר היא קו הרכבה של מוצר מורכב מחלקים פשוטים יותר כמו קו ייצור של מכוניות שמחבר יחד מנועים, שלדות, דלתות ועוד. תיאור זה מכיל בתוכו דרך התפתחות עוברית בהקשר של "חיבור" יחד של חלקים פשוטים יותר – לדוגמה כאשר גופים של וירוסים מורכבים מחלקים דמוי גבישים פשוטים יותר בצורה המזכירה חיבורי לגו. תיאור נוסף המזכיר התפתחות עוברית היא דרך עבודתם של חייטים המקפלים וגוזרים חלקי בד שונים כדי ליצור צורה של בגד.
האנלוגיה המרכזית והקרובה ביותר לתיאור התפתחות איברים ורקמות בעובר היא זו של אוריגמי, בתוספת היכולת לבצע "התנפחות" וגזירה של רכיבים שונים (בשונה מאוריגמי). מאפיין אחד של תהליך יצירה באוריגמי שקיימת גם בביולוגיה היא מעברים דרך שלבי ביניים שכל אחד מהם יפה בפני עצמו ולא דומה לשלבים הבאים – לדוגמה בניית אוריגמי של סירת ג'ונקה סינית עוברת בשלבי ביניים של "קטמרן" "קופסה עם שני מכסים" ו"תמונה ממוסגרת". עיקרון זה דומה להתפתחות של שלבי גלגול של חרקים – זחל שמתפתח לגולם ולפרפר – שכל אחד מהם יפה בפני עצמו ולא דומה לשלבים הבאים. גם התפתחות האיברים והרקמות של העובר עוברת תהליכים דומים דרך סדרה של קיפולים ואין שום רמז כיצד יראה המוצר הסופי.
מאפיין נוסף של אוריגמי הוא שמתחילים מדף חלק ומגיעים בהמשך לתוצאה מפתיעה, וזאת ללא תוכנית בניין אלא באמצעות הוראות הפעלה או כללים. אף שנראה שין להוראות אלה כל קשר למוצר הסופי המגיח בסופו של דבר כמו "פרפר מגולם" – הדימוי של אוריגמי ממחיש בצורה זו גם את העיקרון של כללים מקומיים או "מלמטה למעלה" וזאת בניגוד לרעיון של תכנון גלובלי מלמעלה למטה. הדימוי של אוריגמי מועיל גם כיוון שעקרונות של קיפול, התנרתקות (לשם יצירת חלל פנימי) והפיכה מבפנים החוצה הם חלק מהפעולות המשמשות את הרקמות העובריות ביצירת גופים של יצורים חיים, במיוחד בשלבים הראשונים של התפתחות העוברים.
עם זאת לדימוי האוריגמי יש מגרעות. באוריגמי יש צורך בזוג ידיים אנושית וכן הנייר שבו משתמשים אינו צובר מסה גדולה יותר. לכן דימוי מתאים יותר להתפתחות עוברית הוא "אוריגמי מתפתח". התאים יכולים לגדול בקצב שונה בחלקים שונים של הרקמה וכך, באופן אוטומטי, לגרום לקיפולים או התנרתקות ללא פעולה של "ידיים" ובלי תכנון מרכזי אלא באמצעות כללים מקומיים "מלמטה למעלה". דוקינס מכנה זאת "אוטו-אוריגמי".