ЧТО ТАКОЕ ГОМОЛОГИЯ В БИОЛОГИИ? (С ПРИМЕРАМИ) - БИОЛОГИЯ - 2025

Гомологии представляет собой структуру, орган или процесс в двух индивидуумов , которые могут быть прослежены к общему происхождению. Соответствие не обязательно должно быть идентичным, структура может быть изменена в каждой изучаемой линии передачи. Например, члены позвоночных животных гомологичны друг другу, поскольку их строение можно проследить до общего предка этой группы.

Гомологии представляют собой основу сравнительной биологии. Его можно изучать на разных уровнях, включая молекулы, гены, клетки, органы, поведение и так далее. Следовательно, это ключевое понятие в различных областях биологии.

Источник: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); перевод Angelito7, через Wikimedia Commons

Историческая перспектива

Гомология - это концепция, которая была связана с классификацией и изучением морфологий на протяжении всей истории, и ее корни находятся в сравнительной анатомии. Это был феномен, интуитивно понятный такими мыслителями, как Аристотель, которые были знакомы с похожими структурами у разных животных.

В 1555 году Белон опубликовал работу, в которой проводились сравнения скелетов птиц и млекопитающих.

Для Жоффруа Сен-Илера были формы или состав в структурах, которые могли различаться у организмов, но все же оставалось определенное постоянство во взаимоотношениях и связи с соседними структурами. Однако Сен-Илер описал эти процессы как аналогичные.

Хотя у этого термина были свои предшественники, исторически его приписывают зоологу Ричарду Оуэну, который определил его как: «один и тот же орган у разных животных при каждой вариации формы и функции».

Оуэн верил в неизменность видов, но считал, что соответствие между структурами организмов требует объяснения. С додарвиновской и антиэволюционной точки зрения Оуэн сосредоточил свою концепцию на «археотипах» - разновидности схемы или плана, которым следовали группы животных.

Что такое гомология?

В настоящее время термин «гомология» определяется как две структуры, процессы или характеристики, которые имеют общего предка. То есть, структура может быть прослежена во времени к той же характеристике общего предка.

Серийная гомология

Серийная гомология - это особый случай гомологии, когда существует сходство между последовательными и повторяющимися частями одного и того же организма (два вида или два человека больше не сравниваются).

Типичными примерами последовательной гомологии являются цепочка позвонков в позвоночнике, последовательные жаберные дуги и мышечные сегменты, которые проходят вдоль тела.

Молекулярные гомологии

На молекулярном уровне мы также можем найти гомологии. Наиболее очевидным является наличие общего генетического кода для всех живых организмов.

Нет причин, по которым определенная аминокислота связана с конкретным кодоном, поскольку это произвольный выбор - так же, как произвольна человеческая речь. Нет причин, по которым «стул» следует называть так, но мы делаем это, потому что мы узнали это от кого-то, нашего предка. То же самое и с кодом.

Наиболее логичная причина, по которой все организмы имеют общий генетический код, заключается в том, что общий предок этих форм использовал одну и ту же систему.

То же самое верно в отношении ряда метаболических путей, присутствующих в широком спектре организмов, таких как, например, гликолиз.

Глубокая гомология

Появление молекулярной биологии и способности к секвенированию уступило место новому термину: глубокой гомологии. Эти открытия позволили нам сделать вывод, что, хотя два организма отличаются по своей морфологии, они могут иметь общий образец генетической регуляции.

Таким образом, глубокая гомология открывает новые перспективы для морфологической эволюции. Этот термин впервые был использован в влиятельной статье престижного журнала Nature под названием «Ископаемые, гены и эволюция конечностей животных».

Шубин и др., Авторы статьи, определяют это как «наличие генетических путей, участвующих в регуляции, используемых для построения характеристик у животных, несопоставимых с точки зрения морфологии и филогенетически далеких». Другими словами, в аналогичных структурах можно найти глубокие гомологии.

Ген Pax6 играет незаменимую роль в формировании зрения у моллюсков, насекомых и позвоночных. Hox-гены, с другой стороны, важны для построения конечностей у рыб и конечностей четвероногих. Оба являются примерами глубокой гомологии.

Источник: Вашингтон Н.Л., Хендель М.А., Мунгалл С.Дж., Эшбернер М., Вестерфилд М., Льюис С.Е. , через Wikimedia Commons

Источник: PhiLiP, через Wikimedia Commons.

Аналогия и гомоплазия

Если вы хотите изучить сходство между двумя процессами или структурой, это можно сделать с точки зрения функции и внешнего вида, а не только по критерию общего предка.

Таким образом, есть два связанных термина: аналогия, которая описывает характеристики с похожими функциями и может иметь или не иметь общего предка.

С другой стороны, гомоплазия - это структуры, которые просто похожи друг на друга. Хотя эти термины возникли в XIX веке, они приобрели популярность с появлением эволюционных идей.

Например, крылья бабочек и птиц выполняют одну и ту же функцию: полет. Таким образом, мы можем сделать вывод, что они аналогичны, однако мы не можем проследить их происхождение от общего предка с крыльями. По этой причине они не являются гомологичными структурами.

То же самое и с крыльями летучих мышей и птиц. Однако кости, которые составляют, если они гомологичны друг другу, потому что мы можем проследить общее происхождение этих линий, которые имеют общий рисунок костей верхних конечностей: плечевую, кубическую, лучевую, фаланги и т. Д. Обратите внимание, что условия не исключают друг друга.

Гомоплазия может отражаться в аналогичных структурах, таких как плавники дельфина и черепахи.

Источник: Джон Романес (1848-1894), через Wikimedia Commons.

Важность эволюции

Гомология - ключевое понятие в эволюционной биологии, поскольку только оно
адекватно отражает общее происхождение организмов.

Если мы хотим реконструировать филогенез, чтобы установить родство, родословную и родственные отношения двух видов, и по ошибке мы используем характеристику, которая разделяет только форму и функцию, мы придем к неверным выводам.

Например, если мы хотим определить отношения между летучими мышами, птицами и дельфинами и ошибочно использовать крылья как гомологичный признак, мы пришли бы к выводу, что летучие мыши и птицы более связаны друг с другом, чем летучая мышь с дельфином.

Мы априори знаем, что это соотношение неверно, потому что мы знаем, что летучие мыши и дельфины - млекопитающие и более связаны друг с другом, чем каждая группа с птицами. Следовательно, мы должны использовать гомологичные символы, такие как молочные железы, три маленькие кости среднего уха и другие.

Ссылки

1. Холл, Б.К. (ред.). (2012). Гомология: иерархическая основа сравнительной биологии. Академическая пресса.
2. Кардонг, К.В. (2006). Позвоночные животные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. McGraw-Hill.
3. Ликлитер Р. и Бахрик Л. Е. (2012). Концепция гомологии как основа для оценки механизмов развития: изучение избирательного внимания на протяжении всей жизни. Психобиология развития, 55 (1), 76-83.
4. Розенфилд И., Зифф Э. и Ван Лун Б. (2011). ДНК: графическое руководство по молекуле, которая потрясла мир. Издательство Колумбийского университета.
5. Шарфф, К., и Петри, Дж. (2011). Evo-Devo, глубокая гомология и FoxP2: значение для эволюции речи и языка. Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки, 366 (1574), 2124-40.
6. Шубин Н., Табин С. и Кэрролл С. (1997). Ископаемые, гены и эволюция конечностей животных. Природа, 388 (6643), 639.
7. Шубин, Н., Табин, С., и Кэрролл, С. (2009). Глубокая гомология и истоки эволюционной новизны. Природа, 457 (7231), 818.
8. Солер, М. (2002). Эволюция: основы биологии. Южный проект.