Онтогенез не только предпосылка филогенетического развития, но и его результат. По этой причине изучение путей эволюционного процесса у современных животных и растений возможно путем анализа особенностей их эмбрионального развития.
Изменения группы в филогенезе могут возникнуть лишь посредством изменений в онтогенезе. Обычно эти изменения индивидуального развития касаются поздних стадий развития. Самые же ранние стадии сохраняют значительное сходство с соответствующими стадиями развития предковых и родственных форм — «закон зародышевого сходства» К. М. Бэра. Таким образом, в процессе онтогенеза как бы повторяются (рекапитулируют) многие черты строения предковых форм:
- на ранних стадиях развития — более отдаленных предков (или более отдаленных современных родственных форм),
- на более поздних стадиях развития — более близких или более родственных современных форм.
Зародыш человека на ранних стадиях развития похож на зародыш рыб, амфибий (вплоть до развития образований, напоминающих жаберные щели рыб), на более поздних стадиях развития — на зародышей других млекопитающих, на самых поздних стадиях — на плод человекообразных обезьян. Эта эмпирическая закономерность — основа учения о рекапитуляции, или «биогенетического закона» (Э. Геккель, 1866).
Однако в онтогенезе наблюдается не такая строгая последовательность повторения этапов исторического развития, как это следует из биогенетического закона. Так, зародыш человека никогда не повторяет взрослых стадий рыб, амфибий и рептилий, а сходен только с их зародышами. Ранние стадии эмбриогенеза отличаются консервативностью, что обеспечивает сохранение значительного сходства зародышей филогенетически далеких, но родственных форм. Возможность сохранения в эмбриональном развитии предковых структур определяется тем, что они играют прямую или косвенную роль при формообразовании в онтогенезе. Так, хорда сохранилась не ради рекапитуляции, а служит индуктором формообразования развивающегося зародыша. Предпочка у птиц играет такую же роль в закладке настоящих почек.
Впоследствии многими исследователями и особенно А. Н. Северцовым и Г. де Биром было показано, что биогенетический закон следует уточнить: в процессе онтогенеза могут повторяться особенности соответствующих стадий развития предковых форм. Несмотря на эти ограничения учение о рекапитуляции остается одним из крупнейших эмпирических обобщений, касающихся эволюции онтогенеза в целом и действенным методом филогенетических и сравнительно онтогенетических исследований.
Эволюция жизни на Земле сопровождалась параллельной эволюцией индивидуального развития. Онтогенез шел при нарастающей дифференцировке структур и органов при одновременном возрастании интеграции. Филогенетические дифференцировки определялись онтогенетическими дифференцировками. В этом и состоит роль онтогенеза как важной предпосылки исторического развития. В то же время любая онтогенетическая наследственная дифференцировка выступает как продукт исторического развития, зависит от исторически сложившейся системы корреляций. Словом, эволюция жизни на Земле привела к возникновению теснейшей взаимообусловленности онто- и филогенеза. Эволюционные изменения в развитии группы могут возникать на любых, вплоть до самых ранних, стадиях онтогенеза, что приводит соответственно к большему или меньшему уклонению от пути онтогенетического развития, характерного для предков. Уклонения могут возникать при смещении во времени (гетерохронии) или в пространстве (гетеротопий) уже существовавших морфологических структур и других особенностей.
В основе важных макроэволюционных изменений онтогенеза лежит объективно наблюдаемая постоянная изменчивость всех, от самых простых до самых сложных, особенностей индивидуального развития. Если эти изменения не влияют на жизнеспособность нового организма отрицательно, они остаются и по генетическим законам могут быть либо переданы потомкам и проявиться в последующих поколениях, либо «скрыться» в гетерозиготном состоянии на неопределенно долгий срок. Следовательно, в основе макроэволюционных изменений онтогенетического развития лежат уже известные нам микроэволюционные процессы внутривидового уровня.
Основные тенденции эволюции онтогенеза — прогрессивное нарастание сложности и интегрированное в развитии, увеличивающее целостность индивида и автономизация онтогенеза. На этом пути могут происходить усложнения и упрощения развития, эмбрионизация или любые другие специальные изменения хода онтогенеза.