CO TO JEST HOMOLOGIA W BIOLOGII? (Z PRZYKŁADAMI) - BIOLOGIA - 2025

Homologii jest strukturą, narządu lub proces w dwie osoby, które mogą być wstecz do wspólnego pochodzenia. Korespondencja nie musi być identyczna, strukturę można modyfikować w każdej badanej linii. Na przykład członkowie kręgowców są do siebie homologiczni, ponieważ strukturę można prześledzić wstecz do wspólnego przodka tej grupy.

Homologie stanowią podstawę biologii porównawczej. Można go badać na różnych poziomach, w tym na cząsteczkach, genach, komórkach, narządach, zachowaniu i tak dalej. Dlatego jest to kluczowa koncepcja w różnych dziedzinach biologii.

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

Perspektywa historyczna

Homologia to pojęcie, które było związane z klasyfikacją i badaniem morfologii na przestrzeni dziejów, a jego korzenie znajdują się w anatomii porównawczej. Było to już zjawisko wyczuwane przez myślicieli takich jak Arystoteles, którzy znali podobne struktury u różnych zwierząt.

Belon w 1555 roku opublikował pracę przedstawiającą serię porównań między szkieletami ptaków i ssaków.

W przypadku Geoffroy Saint-Hilaire istniały formy lub kompozycje w strukturach, które mogły różnić się organizmami, ale nadal istniała pewna stałość w relacjach i powiązaniach z sąsiednimi strukturami. Jednak Saint-Hilaire opisał te procesy jako analogiczne.

Chociaż termin ten miał swoich poprzedników, historycznie przypisuje się go zoologowi Richardowi Owenowi, który zdefiniował go jako: „ten sam organ u różnych zwierząt w każdej wariacji pod względem formy i funkcji”.

Owen wierzył w niezmienność gatunków, ale uważał, że zgodność między strukturami organizmów wymaga wyjaśnienia. Z przed-darwinowskiego i antyewolucyjnego punktu widzenia, Owen skupił swoją koncepcję na „archeotypach” - swego rodzaju schemacie lub planie, którym kierowały się grupy zwierząt.

Co to jest homologia?

Obecnie termin homologia definiuje się jako dwie struktury, procesy lub cechy, które mają wspólnego przodka. Oznacza to, że strukturę można prześledzić w czasie do tej samej cechy u wspólnego przodka.

Homologia seryjna

Homologia seryjna jest szczególnym przypadkiem homologii, w którym istnieje podobieństwo między kolejnymi i powtarzającymi się częściami w tym samym organizmie (dwa gatunki lub dwa osobniki nie są już porównywane).

Typowymi przykładami homologii seryjnych są łańcuchy kręgów w kręgosłupie kręgowców, kolejne łuki skrzelowe i segmenty mięśni biegnące wzdłuż ciała.

Homologie molekularne

Na poziomie molekularnym możemy również znaleźć homologie. Najbardziej oczywiste jest istnienie wspólnego kodu genetycznego dla wszystkich żywych organizmów.

Nie ma powodu, dla którego dany aminokwas jest powiązany z określonym kodonem, ponieważ jest to wybór arbitralny - tak jak arbitralny jest język ludzki. Nie ma powodu, aby tak nazywać „krzesło”, ale robimy to, bo nauczyliśmy się go od kogoś, naszego przodka. To samo dotyczy kodu.

Najbardziej logicznym powodem, dla którego wszystkie organizmy mają wspólny kod genetyczny, jest to, że wspólny przodek tych form używał tego samego systemu.

To samo dotyczy wielu szlaków metabolicznych obecnych w wielu organizmach, takich jak na przykład glikoliza.

Głęboka homologia

Pojawienie się biologii molekularnej i zdolności do sekwencjonowania ustąpiło miejsca pojawieniu się nowego terminu: głębokiej homologii. Odkrycia te pozwoliły nam stwierdzić, że chociaż dwa organizmy różnią się pod względem morfologii, mogą mieć wspólny wzór regulacji genetycznej.

Zatem głęboka homologia wprowadza nową perspektywę do ewolucji morfologicznej. Termin ten został użyty po raz pierwszy w wpływowym artykule w prestiżowym czasopiśmie Nature zatytułowanym: Fossils, genes and the evolution of animal kończyn.

Shubin i wsp., Autorzy artykułu, definiują to jako „istnienie szlaków genetycznych zaangażowanych w regulację wykorzystywaną do konstruowania cech u zwierząt odmiennych pod względem morfologii i odległych filogenetycznie”. Innymi słowy, głębokie homologie można znaleźć w analogicznych strukturach.

Gen Pax6 odgrywa niezastąpioną rolę w generowaniu wzroku u mięczaków, owadów i kręgowców. Z drugiej strony geny Hox są ważne dla budowy kończyn ryb i czworonogów. Oba są przykładami głębokich homologii.

Źródło: Washington NL, Haendel MA, Mungall CJ, Ashburner M, Westerfield M, Lewis SE. , za pośrednictwem Wikimedia Commons

Źródło: PhiLiP, za Wikimedia Commons

Analogia i homoplazja

Jeśli chcesz zbadać podobieństwo między dwoma procesami lub strukturą, możesz to zrobić pod względem funkcji i wyglądu, a nie tylko zgodnie z kryterium wspólnego przodka.

Zatem istnieją dwa pokrewne terminy: analogia, która opisuje cechy o podobnych funkcjach i może mieć wspólnego przodka lub nie.

Z drugiej strony homoplazja odnosi się do struktur, które po prostu wyglądają podobnie. Chociaż terminy te powstały w XIX wieku, zyskały popularność wraz z pojawieniem się idei ewolucyjnych.

Na przykład skrzydła motyli i ptaków pełnią tę samą funkcję: lot. Możemy zatem stwierdzić, że są one analogiczne, jednak nie możemy wyśledzić ich pochodzenia od wspólnego przodka ze skrzydłami. Z tego powodu nie są to struktury homologiczne.

To samo dotyczy skrzydeł nietoperzy i ptaków. Jednak kości, które tworzą, jeśli są ze sobą homologiczne, ponieważ możemy prześledzić wspólne pochodzenie tych linii, które mają wspólny wzór kości kończyn górnych: ramienia, sześciennych, promieniowych, paliczków itp. Należy pamiętać, że warunki nie wykluczają się wzajemnie.

Homoplazja może być odzwierciedlona w podobnych strukturach, takich jak płetwy delfina i żółwia.

Źródło: John Romanes (1848-1894), źródło Wikimedia Commons

Znaczenie w ewolucji

Homologia jest kluczowym pojęciem w biologii ewolucyjnej, ponieważ tylko ona
odpowiednio odzwierciedla wspólne pochodzenie organizmów.

Jeśli chcemy zrekonstruować filogenezę, aby ustalić pokrewieństwo, pochodzenie i pokrewieństwo dwóch gatunków, a przez pomyłkę użyjemy cechy, która ma tylko wspólną formę i funkcję, doszlibyśmy do błędnych wniosków.

Na przykład, jeśli chcemy określić relacje między nietoperzami, ptakami i delfinami i omyłkowo użyć skrzydeł jako postaci homologicznej, doszlibyśmy do wniosku, że nietoperze i ptaki są ze sobą bardziej spokrewnieni niż nietoperz z delfinem.

A priori wiemy, że ten związek nie jest prawdziwy, ponieważ wiemy, że nietoperze i delfiny są ssakami i są ze sobą bardziej spokrewnione niż każda grupa z ptakami. Dlatego musimy używać znaków homologicznych, takich jak między innymi gruczoły sutkowe, trzy małe kości ucha środkowego.

Bibliografia

1. Hall, BK (red.). (2012). Homologia: Hierarchiczne podstawy biologii porównawczej. Academic Press.
2. Kardong, KV (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
3. 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.
4. Rosenfield, I., Ziff, E. i Van Loon, B. (2011). DNA: graficzny przewodnik po cząsteczce, która wstrząsnęła światem. Columbia University Press.
5. Scharff, C. i Petri, J. (2011). Evo-devo, głęboka homologia i FoxP2: implikacje dla ewolucji mowy i języka. Filozoficzne transakcje Royal Society of London. Seria B, Nauki biologiczne, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C. i Carroll, S. (1997). Skamieniałości, geny i ewolucja kończyn zwierząt. Naturę, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C. i Carroll, S. (2009). Głęboka homologia i początki ewolucyjnej nowości. Naturę, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.