Сложность программы развития не освобождает яйцеклетки или зародышей от основных метаболических функций, свойственных другим клеткам: питания, дыхания и выделения.
Однако у яйцеклеток и зародышей отсутствует тот арсенал анатомических структур и физиологических процессов, с помощью которых выполняются эти функции у взрослых животных того же вида. Поэтому в ходе развития у них возникают временные структуры, предназначенные для выполнения этих функций, причем наибольший отпечаток на внешний вид яиц накладывают те структуры, которые связаны с питанием.
В самом деле, известно лишь несколько случаев, когда яйцеклетки или молодые зародыши питаются активно, заглатывая частицы пищи (некоторые губки). Чаще всего яйца окружены мембранами и оболочками, которые, оставаясь проницаемыми для воды и растворенных в ней веществ, препятствуют активному питанию. В этих случаях запас пищи, обеспечивающий период развития зародыша до вылупления, должен находиться внутри оболочки яйца. Обычно это достигается путем накопления желтка в самом яйце, причем иногда даже в таком количестве, которое кажется чрезмерным для одной клетки (например, у головоногих моллюсков, большинства членистоногих, акул, пресмыкающихся и птиц). У других животных яйцеклетка может быть окружена вспомогательными клетками, запасы которых используются в ходе ее развития (у трикладид).
В исключительных случаях яйца бывают такими крупными, что в яичнике одновременно может образоваться лишь одно или несколько яиц. Масса только что отложенного яйца киви составляет треть массы тела матери; правда, в данном случае из массы яйца следовало бы вычесть массу белка и скорлупы, которые не являются частями собственно яйцеклетки. Естественно, что у животных; мы обнаруживаем тенденцию к образованию яиц в количестве, обратно пропорциональном размерам самих яиц. Перед наземными животными встает особая проблема — проблема защиты яиц от потери воды. Для этого яйца обычно бывают окружены белком (альбумином) и скорлупой. Кроме того, наземные животные, только что вылупившиеся из яйца, должны быть способны к самостоятельной жизни в воздушной среде, для чего им необходимо обладать определенной механической прочностью и жесткостью — свойствами, не обязательными для тех, кто появляется на свет в поддерживающей их водной среде. Уже только по этим причинам у наземных животных число яиц обычно меньше, но при этом они крупнее, чем у водных животных.
Поскольку в крупных яйцах содержится много желтка, они представляют собой прекрасную пищу для хищников. Поэтому если животное откладывает несколько крупных яиц, то возникает необходимость в их защите. Один из способов защиты состоит в том, что яйца задерживаются в теле матери до тех пор, пока из них не вылупятся зародыши (яйцеживорождение), например у многих пресмыкающихся (в частности, у европейских гадюк). Но если уж выбран такой путь, то зародышу выгодно подключиться к обмену веществ материнского организма — получать от него пищу и кислород и возвращать ему продукты выделения, в том числе и углекислый газ. Если такая связь матери и зародыша может быть эффективно налажена с ранних стадий развития, исчезает необходимость продуцировать крупные яйца. Так, высшие млекопитающие, несомненно ведущие свое происхождение от пресмыкающихся, которые откладывали крупные яйца, в настоящее время имеют яйцеклетки диаметром от 100 до 150 мкм с небольшим запасом желтка или без него.
Морские животные, которые во взрослом состоянии ведут сидячий или малоподвижный образ жизни (губки, пластинчатожаберные моллюски, усоногие раки, морские ежи), обычно производят чрезвычайно большое количество очень мелких яиц. Из этих яиц вылупляются крошечные организмы, которые способны вести самостоятельную жизнь и, более того, распространяться морскими течениями на далекие расстояния. Любой из этих организмов не больше яйца, из которого он образовался, поэтому его образ жизни сильно отличается от образа жизни взрослой особи, в которую он в конце концов должен превратиться. В таких случаях процесс развития характеризуется промежуточным личиночным периодом. Личинки могут быть совершенно не похожи на своих родителей по внешнему виду. Так, многие личинки были обнаружены в планктоне и описаны ранее, чем были найдены взрослые особи того же вида.
У личинок могут присутствовать и функционировать органы, например некоторые органы пищеварения и движения, которых не имеют взрослые особи. Фактически в построении взрослого организма обычно принимает участие только часть клеток, происходящих из яйца. Другая их часть разрушается или отбрасывается при метаморфозе личинки. Птицы и пресмыкающиеся, вылупляясь, оставляют в яйце разлагающиеся остатки тканей, игравших до этого важную роль в их жизни. После рождения ребенка от стенки матки отторгается выполнившая свою функцию плацента, большая часть тканей которой также происходит из яйца.
Таким образом, изучая развитие животного, можно ожидать, что путь превращения от яйца к взрослой особи отнюдь не должен быть прямым. В процессе развития животных возникают специальные структуры, обеспечивающие их удивительно точное приспособление к определенным условиям обитания. По мере того как меняется образ жизни, эти структуры могут либо менять свою функцию, либо утрачиваться.
Изучая развитие, почти у всех видов животных можно обнаружить признаки эволюционного консерватизма. Например, при развитии кровеносной системы млекопитающих возникают структуры, обеспечивающие временную функциональную связь сосудов зародыша и плаценты, однако эти структуры лишь видоизменяют основной план строения кровеносной системы, свойственный всем позвоночным животным и отражающий первоначальную связь ее с дыхательным аппаратом, возникшую у рыб. Зародыши родственных видов животных бывают обычно более схожи, чем взрослые особи. Сходство касается не только анатомических структур, но и процессов их развития.
Зародыши разных видов тем более сходны друг с другом, чем теснее родство между видами и чем более ранние стадии развития мы сравниваем. Из этого следует, что сходство зародышей может служить важным доводом в пользу единого происхождения видов — или основных групп животных, — для которых по другим признакам трудно установить степень родства. Не многие зоологи теперь сомневаются в том, что между иглокожими, полухордовыми и хордовыми существует более тесное родство, чем между каждой из этих групп и моллюсками или членистоногими. Одно из самых важных оснований для такого суждения — сходство в раннем развитии полостей тела. Однако пользоваться такого рода аргументами надо с осторожностью. Сходство зародышей и личинок может быть обусловлено независимым и параллельным развитием одинаковых приспособлений к общим условиям обитания. Более того, некогда популярная теория о том, что все животные в процессе индивидуального развития повторяют историю своих предков, теория, на основании которой, если бы она была верна, легко объяснялось бы сходство различных зародышей, оказалась неверной. В лучшем случае можно говорить лишь о сходстве зародышей ныне живущих животных с зародышами их предков. Например, у большинства млекопитающих на определенной стадии развития в глотке образуются жаберные карманы, которые, однако, не развиваются в жаберные щели, имевшиеся у их предков — рыб. Можно поэтому предполагать, что зародыши древних рыб проходили в своем развитии стадию жаберных карманов, обнаруживаемую и у ныне живущих видов рыб.