В письме Ковалевского было изложено начало очень важных исследований, которые он производил над развитием ланцетника. Эти работы принесли впоследствии Ковалевскому мировую известность.

При первой же встрече два молодых человека с первых слов почувствовали взаимную симпатию. Быстро возникшая привязанность, основанная на общности научных интересов, ободрила Илью Ильича. Друзья с увлечением взялись за работу.

Влюбленные в науку, Мечников и Ковалевский помогали друг другу советом и критикой. Оба работали над родственными проблемами. Оба с энтузиазмом относились к эволюционной теории Дарвина и немало способствовали победе и развитию дарвинизма. Илья Ильич изучал низших беспозвоночных животных – кольчатых и ленточных червей, моллюсков, насекомых и самого низшего хордового – баланоглосса.

Эволюционное учение Дарвина гласило: животные находятся в родственных связях между собой. Нет непроходимых пропастей между группами: весь животный мир – одно целое. Но фактов, которые подтверждали теорию Дарвина, было известно не очень много. И позвоночные животные как бы противопоставлялись беспозвоночным: найти формы, которые позволили бы связать эти две группы в одно целое, ученым не удавалось.

Открытие Ковалевского показало, что позвоночные и беспозвоночные животные – ветви одного и того же дерева.

Ковалевский занялся изучением зародыша ланцетника и увидел, что начальные стадии развития этого зародыша очень схожи с таковыми морского червя стрелки – сагитты. Оказалось, что по развитию зародыша ланцетник напоминает скорее беспозвоночное животное, чем позвоночное.

Это открытие имело огромное значение: оно позволило позже Ковалевскому и Мечникову создать теорию зародышевых листков – одно из блестящих доказательств единства животного мира.

В этот период жизни двух товарищей по науке исследования Ковалевского по своему значению превосходили то, что делал Мечников. Крупнейшие научные труды Ильи Ильича были сделаны позже.

Александр Ковалевский и Илья Мечников собирали много лет материал для теории зародышевых листков. В серии работ они стремились доказать, что большинству животных свойственны три зародышевых листка. Исключением являются простейшие (но это одноклеточные, здесь не может быть речи о листках), губки (у них только два листка) и кишечно-полостные (два листка, но внутренний листок уже несет в себе зачатки третьего листка). Эти исключения не подрывают теории: третий листок – новое качество, приобретенное на пути эволюционного развития, и вполне вероятно, что его нет у низших групп. Открытие трех зародышевых листков и у ракообразных, паукообразных, насекомых имело огромное значение: идея единства способов закладки органов во всех типах животного мира (начиная с кишечно-полостных) получила блестящее подтверждение.

Еще большее значение, чем многочисленные открытия, имело то общее эволюционное дарвинистское направление, которое Мечников и Ковалевский придали развитию эмбриологии. Дарвин считал сравнительную эмбриологию одним из самых серьезных доказательств своей эволюционной теории, наряду с палеонтологией, сравнительной анатомией и физиологией, географическим распределением организмов и так далее.

Уже намеченное Дарвиным в “Происхождении видов” взаимоотношение между индивидуальным развитием организмов – онтогенезом и развитием вида – филогенезом привело к сформулированию так называемого “биогенетического закона”.

Этот закон гласил, что онтогенез в сокращенном виде повторяет филогенез, то есть что каждый организм во время своего индивидуального развития вкратце повторяет основные этапы исторического развития данного вида животных.

Мечников поставил своей задачей дать исчерпывающую разработку эмбриологических доказательств теории Дарвина. Так определилось то сравнительно-эмбриологическое направление работ Мечникова, которое сделало его и Ковалевского творцами сравнительной эмбриологии беспозвоночных.

Илья Ильич все более приходил к убеждению, что разъяснения ряда вопросов эволюции животных надо искать в наиболее ранних стадиях их развития, где ярче и осязательнее всего выступают общие черты, связывающие животных различных групп.

Мечникова поражала пропасть между высшими представителями простейших животных, с одной стороны, и низшими многоклеточными – с другой. Как произошел переход от одних к другим? Наука ничего определенного на этот вопрос ответить не могла. Существовали лишь гипотезы, построенные на основании изучения зародышевого развития различных животных. Прежде всего, необходимо было выяснить подробности эмбрионального (зародышевого) развития беспозвоночных животных, что и было выполнено Ковалевским и Мечниковым.

Благодаря этим работам выяснились общие черты первых стадий зародышевого развития многоклеточных животных. Все они, как беспозвоночные, так и позвоночные проходят стадию, которая соответствует одноклеточному организму, ибо яйцо многоклеточных животных представляет собой одну клетку.

Процесс развития зародыша заключается в дроблении этой единственной клетки, напоминая размножение одноклеточных посредством деления. Но, в отличие от последних, сегменты яйцеклетки, получающиеся в результате ее деления, не расходятся, а образуют совокупность клеток.

Это первая стадия зародыша многоклеточных существ, так называемая морула. Клетки морулы постепенно раздвигаются. Так образуется полый шар в форме пузырька, содержащего внутри замкнутое пространство (первичную полость тела). Наружная поверхность пузырька состоит из одного слоя клеток. Эта стадия развития зародыша называется бластулой. Дальнейшее деление клеток бластулы приводит к образованию двух зародышевых пластов: внешнего (эктодермы) и внутреннего (энтодермы), между которыми позже обособляется третий пласт (мезодерма). Из эктодермы в процессе роста зародыша образуются кожные покровы, нервная система, органы чувств. Из энтодермы вырастают некоторые внутренние органы: печень, поджелудочная железа и другие. Из мезодермы образуются мускулатура, хрящи, кости, органы выделения – почки, мочевой пузырь.

Ковалевский открыл один из способов образования энтодермы, до тех пор неизвестный в эмбриологии. Двуслойный зародыш образуется из однослойного (бластулы) впячиванием клеток шара внутрь полости. Это напоминает резиновый мяч, из которого выпущен воздух, он спался, и часть его поверхности вмялась в другую. В результате перед нами нечто похожее на чашу с двойными стенками. Позже ученый Геккель назвал открытый Ковалевским двуслойный зародыш гаструлой.

Опираясь на собственные исследования, Илья Ильич твердо установил, что есть более простая стадия зародышевого развития, чем гаструла. На губках и медузах, на развитии их зародышей он показал, что существует стадия развития, когда зародыш похож на овальный мешочек, состоящий из клеток эктодермы, наполненный плотной массой клеток энтодермы, или, как говорил Мечников, клеток паренхимы. Стадия же гаструлы появилась позже.

Илья Ильич доказывал, что может существовать низшее многоклеточное животное, соответствующее открытой им стадии зародышевого развития.