Czym jest homologia w biologii? (z przykładami)



Jeden homologia jest strukturą, organem lub procesem u dwóch osób, które można przypisać wspólnemu pochodzeniu. Korespondencja nie musi być identyczna, struktura może być modyfikowana w każdej badanej linii. Na przykład członkowie kręgowców są do siebie homologiczni, ponieważ struktura może być powiązana ze wspólnym przodkiem tej grupy.

Homologie stanowią podstawę biologii porównawczej. Można go badać na różnych poziomach, w tym cząsteczek, genów, komórek, narządów, zachowania i tak dalej. Dlatego jest to kluczowa koncepcja w różnych dziedzinach biologii.

Indeks

  • 1 Perspektywa historyczna
  • 2 Czym jest homologia?
    • 2.1 Homologia szeregowa
    • 2.2 Homologie molekularne
    • 2.3 Głęboka homologia
  • 3 Analogia i homoplazja
  • 4 Znaczenie w ewolucji
  • 5 referencji

Perspektywa historyczna

Homologia jest koncepcją powiązaną z klasyfikacją i badaniem morfologii w całej historii, a jej korzenie są w anatomii porównawczej. Było to już zjawisko intuicyjne, jak myśliciele tacy jak Arystoteles, którzy znali podobne struktury u różnych zwierząt.

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

Dla Geoffroya Saint-Hilaire'a w strukturach istniały formy lub skład, które mogły się różnić w organizmach, ale nadal istniała pewna stałość w związku i połączeniu z sąsiednimi strukturami. Jednakże 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 narząd u różnych zwierząt pod każdą odmianą formy i funkcji”.

Owen wierzył w niezmienność gatunku, ale czuł, że korespondencja między strukturami organizmów wymaga wyjaśnienia. Z pre-darwinowskiego i antyewolucjonistycznego punktu widzenia, Owen skupił swoją koncepcję na „archetypach” - rodzaju schematu lub planu, po którym następowały grupy zwierząt.

Czym jest homologia?

Obecnie termin homologia jest definiowany jako dwie struktury, procesy lub cechy wspólne dla wspólnego przodka. Oznacza to, że struktura może być śledzona w czasie do tej samej cechy wspólnego przodka.

Homologia seryjna

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

Typowymi przykładami seryjnych homologii są łańcuch kręgów kręgosłupa, kolejne łuki rozgałęzione i segmenty mięśni rozmieszczone w całym ciele.

Homologie molekularne

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

Nie ma powodu, aby określony aminokwas był powiązany z konkretnym kodonem, ponieważ jest to arbitralny wybór - w taki sam sposób, w jaki język ludzki jest arbitralny. Nie ma powodu, dla którego „krzesło” powinno być tak nazywane, ale robimy to, ponieważ nauczyliśmy się tego od kogoś, naszego przodka. To samo dotyczy kodu.

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

To samo dzieje się z szeregiem szlaków metabolicznych obecnych w wielu organizmach, takich jak na przykład glikoliza.

Głęboka homologia

Pojawienie się biologii molekularnej i zdolność do sekwencjonowania ustąpiły miejsca pojawieniu się nowego terminu: głębokiej homologii. Odkrycia te pozwoliły nam dojść do wniosku, że chociaż dwa organizmy różnią się morfologią, mogą dzielić wzór regulacji genetycznej.

Tak więc głęboka homologia przynosi nową perspektywę ewolucji morfologicznej. Termin ten został użyty po raz pierwszy w artykule o prestiżowym czasopiśmie Natura zatytułowany: Skamieniałości, geny i ewolucja kończyn zwierzęcych.

Shubin et al., Autorzy artykułu definiują go jako „istnienie ścieżek genetycznych zaangażowanych w regulację służącą do konstruowania cech u różnych zwierząt pod względem morfologii i filogenetycznie odległych”. Innymi słowy, głębokie homologie można znaleźć w analogicznych strukturach.

Gen Pax6 Ma nieodzowną rolę w generowaniu wzroku w mięczakach, owadach i kręgowcach. Geny Hox, z drugiej strony są one ważne dla budowy kończyn u ryb i członków czworonogów. Oba są przykładami głębokich homologii.

Analogia i homoplazja

Gdy pożądane jest zbadanie podobieństwa między dwoma procesami lub strukturami, można to zrobić pod względem funkcji i wyglądu, a nie tylko zgodnie z kryterium wspólnego przodka.

Istnieją zatem dwa terminy pokrewne: analogia opisująca cechy o podobnych funkcjach i mogąca mieć wspólnego przodka lub nie.

Z drugiej strony homoplazja odnosi się do struktur, które po prostu przypominają się nawzajem. 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 więc stwierdzić, że są one analogiczne, jednak nie możemy prześledzić ich pochodzenia do wspólnego przodka ze skrzydłami. Z tego powodu nie są to struktury homologiczne.

To samo dotyczy skrzydeł nietoperzy i ptaków. Jednak kości, które tworzą się, jeśli są homologiczne względem siebie, ponieważ możemy prześledzić wspólne pochodzenie tych linii, które dzielą wzór kości kończyn górnych: kość ramienna, sześcienna, promień, paliczki itd. Pamiętaj, że warunki nie wykluczają się wzajemnie.

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

Znaczenie w ewolucji

Homologia jest kluczową koncepcją w biologii ewolucyjnej, ponieważ tylko ona odzwierciedla
odpowiednio wspólne pochodzenie organizmów.

Gdybyśmy chcieli zrekonstruować filogenezę, aby ustalić relacje pokrewieństwa, pochodzenia i zejścia dwóch gatunków, a przez pomyłkę użyć cechy, która tylko dzieli formę i funkcję, dojdziemy do błędnych wniosków.

Na przykład, jeśli chcemy określić relacje między nietoperzami, ptakami i delfinami i omyłkowo używamy skrzydeł jako homologicznych postaci, doszlibyśmy do wniosku, że nietoperze i ptaki są bardziej spokrewnione niż nietoperz z delfinem.

A priori wiemy, że ta relacja nie jest prawdziwa, ponieważ wiemy, że nietoperze i delfiny są ssakami i są bardziej powiązane ze sobą niż każda grupa ptaków. Dlatego musimy używać homologicznych znaków, takich jak między innymi gruczoły sutkowe, trzy małe kości ucha środkowego..

Referencje

  1. Hall, B. K. (wyd.). (2012). Homologia: hierarchiczna podstawa biologii porównawczej. Academic Press.
  2. Kardong, K. V. (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
  3. Lickliter, R. i Bahrick, L. E. (2012). Koncepcja homologii jako podstawa do oceny mechanizmów rozwojowych: badanie selektywnej uwagi w całym okresie życia. Psychobiologia rozwojowa, 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. Transakcje filozoficzne 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 zwierzęcych. Natura, 388(6643), 639.
  7. Shubin, N., Tabin, C. i Carroll, S. (2009). Głęboka homologia i pochodzenie ewolucyjnej nowości. Natura, 457(7231), 818.
  8. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. South Project.