STRUKTURY HOMOLOGICZNE I ANALOGICZNE (Z PRZYKŁADAMI) - BIOLOGIA - 2025

Struktura homologiczna to części organizmu biologicznego, które mają wspólnego przodka, podczas gdy analogi pełnią podobne funkcje. Porównując dwa procesy lub struktury, możemy przypisać je jako homologi i analogi.

Pojęcia te zyskały popularność po pojawieniu się teorii ewolucji, a ich rozpoznanie i rozróżnienie są kluczem do pomyślnej rekonstrukcji filogenetycznych relacji między istotami organicznymi.

Źródło: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); tłumaczenie Angelito7, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Podstawy teoretyczne

U dwóch gatunków cechę definiuje się jako homologiczną, jeśli pochodzi od wspólnego przodka. Mogło to zostać znacznie zmodyfikowane i niekoniecznie ma tę samą funkcję.

Jeśli chodzi o analogie, niektórzy autorzy często używają terminu homoplazja jako synonimów i zamiennie w odniesieniu do podobnych struktur, które są obecne w dwóch lub więcej gatunkach i nie mają wspólnego, bliskiego przodka.

Z kolei w innych źródłach termin analogia jest używany do określenia podobieństwa dwóch lub więcej struktur pod względem funkcji, podczas gdy homoplazja ogranicza się do oceny struktur podobnych do siebie pod względem morfologicznym.

Ponadto cecha może być homologiczna między dwoma gatunkami, ale status cechy nie może. Doskonałym przykładem tego jest pentadaktyl.

U ludzi i krokodyli możemy rozróżnić pięć palców, jednak nosorożce mają struktury z trzema palcami, które nie są homologiczne, ponieważ stan ten wyewoluował niezależnie.

Stosowanie tych terminów nie ogranicza się do morfologii osobnika, można je również stosować do opisu cech komórkowych, fizjologicznych, molekularnych itp.

Jak diagnozuje się homologie i analogie?

Chociaż terminy homologia i analogia są łatwe do zdefiniowania, nie są one łatwe do zdiagnozowania.

Ogólnie rzecz biorąc, biologowie twierdzą, że pewne struktury są względem siebie homologiczne, jeśli istnieje zgodność położenia względem innych części ciała i zgodność w strukturze, w przypadku gdy struktura jest złożona. W diagnostyce ważną rolę odgrywają również badania embriologiczne.

Zatem jakakolwiek zgodność, która może istnieć w formie lub funkcji, nie jest użyteczną cechą do diagnozowania homologii.

Dlaczego istnieją analogie?

W większości przypadków - ale nie we wszystkich - gatunki o podobnych cechach zamieszkują regiony lub strefy o podobnych warunkach i podlegają porównywalnym presjom selekcyjnym.

Innymi słowy, gatunek rozwiązał problem w ten sam sposób, choć oczywiście nie świadomie.

Ten proces nazywa się ewolucją zbieżną. Niektórzy autorzy wolą oddzielić zbieżną ewolucję od podobieństw.

Zbieżna ewolucja lub konwergencja prowadzi do tworzenia powierzchownych podobieństw, które pojawiają się poprzez zróżnicowane ścieżki rozwojowe. Z drugiej strony równoległość obejmuje podobne ścieżki rozwojowe.

Przykłady

-Kształt wrzecionowaty u zwierząt wodnych

W czasach arystotelesowskich wrzecionowaty wygląd ryby i wieloryba uważano za wystarczający, aby zgrupować oba organizmy w szeroką i nieprecyzyjną kategorię „ryby”.

Kiedy jednak dokładnie przeanalizujemy wewnętrzną strukturę obu grup, możemy stwierdzić, że podobieństwo jest wyłącznie zewnętrzne i powierzchowne.

Stosując myślenie ewolucyjne, możemy założyć, że przez miliony lat siły ewolucyjne korzystały ze zwiększonej częstotliwości występowania osobników wodnych w tym szczególnym kształcie.

Możemy również założyć, że ta wrzecionowata morfologia przyniosła pewne korzyści, takie jak minimalizacja tarcia i zwiększenie zdolności lokomocyjnej w środowiskach wodnych.

Istnieje bardzo szczególny przypadek podobieństwa między dwiema grupami zwierząt wodnych: delfinami i wymarłym już ichtiozaurem. Gdyby zaciekawiony czytelnik szukał zdjęcia tej ostatniej grupy zauropsydów, z łatwością mógłby pomylić je z delfinami.

-Zęby w anuranach

Zjawiskiem, które może prowadzić do pojawienia się analogii, jest powrót postaci do jej przodkowej formy. W systematyki to zdarzenie może być mylące, ponieważ nie wszystkie gatunki potomne będą prezentować te same cechy lub cechy.

Istnieje kilka gatunków żab, które w wyniku ewolucji nabyły zęby w dolnej szczęce. „Normalnym” stanem żab jest brak zębów, chociaż posiadał je ich wspólny przodek.

Dlatego błędem byłoby sądzić, że zęby tych osobliwych żab są homologiczne w stosunku do zębów innej grupy zwierząt, ponieważ nie nabyły ich od wspólnego przodka.

-Podobne do australijskich torbaczy i ssaków południowoamerykańskich

Podobieństwa, które istnieją między obiema grupami zwierząt, wywodzą się od wspólnego przodka - ssaka - ale zostały nabyte w różny i niezależny sposób w australijskich grupach ssaków metaterian oraz u ssaków eutherian z Ameryki Południowej.

Kaktus

Przykłady analogii i homologii nie ograniczają się wyłącznie do królestwa zwierząt, zdarzenia te są rozsiane po złożonym i zawiłym drzewie życia.

U roślin występuje szereg adaptacji, które pozwalają na tolerancję na środowiska pustynne, takie jak soczyste łodygi, łodygi kolumnowe, kolce z funkcjami ochronnymi i znaczne zmniejszenie powierzchni liści (liście).

Jednak nie jest poprawne grupowanie wszystkich roślin, które mają te cechy jako kaktusy, ponieważ osoby, które je niosą, nie nabyły ich od wspólnego przodka.

W rzeczywistości istnieją trzy różne rodziny fanerogamów: Euphorbiaceae, Cactaceae i Asclepiadaceae, których przedstawiciele zbieżnie nabyli adaptacje do suchych środowisk.

Konsekwencje pomylenia struktury analogicznej z homologiczną

W biologii ewolucyjnej, a także w innych gałęziach biologii, pojęcie homologii jest fundamentalne, ponieważ pozwala nam ustalić filogenezę istot organicznych - jedno z najbardziej rzucających się w oczy zadań współczesnych biologów.

Należy podkreślić, że tylko cechy homologiczne odpowiednio odzwierciedlają wspólne pochodzenie organizmów.

Weź pod uwagę, że w pewnym badaniu chcemy wyjaśnić historię ewolucji trzech organizmów: ptaków, nietoperzy i myszy. Gdybyśmy na przykład wzięli pod uwagę charakterystykę skrzydeł, aby zrekonstruować naszą filogenezę, doszlibyśmy do błędnego wniosku.

Czemu? Ponieważ ptaki i nietoperze mają skrzydła i zakładamy, że są one bardziej spokrewnione ze sobą niż z myszą. Wiemy jednak a priori, że zarówno myszy, jak i nietoperze są ssakami, więc są bardziej spokrewnione ze sobą niż z ptakiem.

Następnie musimy poszukać cech homologicznych, które pozwolą nam poprawnie wyjaśnić wzór. Na przykład obecność włosów lub gruczołów sutkowych.

Stosując tę ​​nową wizję, znajdziemy właściwy wzór relacji: nietoperz i mysz są ze sobą bardziej spokrewnieni niż każde z ptakiem.

Bibliografia

1. Arcas, LP (1861). Elementy zoologii. Druk Gabriel Alhambra.
2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
3. Hall, BK (red.). (2012). Homologia: Hierarchiczne podstawy biologii porównawczej. Academic Press.
4. Kardong, KV (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
5. Lickliter, R. i Bahrick, LE (2012). Pojęcie homologii jako podstawa oceny mechanizmów rozwojowych: badanie uwagi selektywnej w ciągu całego życia. Developmental psychobiology, 55 (1), 76-83.
6. Raven, PH, Evert, RF i Eichhorn, SE (1992). Biologia roślin (tom 2). Odwróciłem się.
7. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.