ЩО ТАКЕ ГОМОЛОГІЯ В БІОЛОГІЇ? (ІЗ ПРИКЛАДАМИ) - БІОЛОГІЯ - 2025

Гомології є структурою, орган або процес в двох індивідуумів , які можуть бути простежені до загального походженням. Відповідність не повинна бути ідентичною, структуру можна змінювати в кожному досліджуваному родоводу. Наприклад, члени хребетних гомологічні один одному, оскільки структуру можна простежити до спільного предка цієї групи.

Гомології є основою порівняльної біології. Його можна вивчати на різних рівнях, включаючи молекули, гени, клітини, органи, поведінку тощо. Тому це вирішальне поняття в різних областях біології.

Джерело: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); переклад Angelito7, через Wikimedia Commons

Історична перспектива

Гомологія - це поняття, яке пов язане з класифікацією та вивченням морфологій протягом історії, а коріння її знаходять у порівняльній анатомії. Це вже явище, інтуїтивне мислителями, як Арістотель, які були знайомі з подібними структурами у різних тварин.

У 1555 році Белон опублікував працю, що представляє ряд порівнянь між скелетами птахів і ссавців.

Для Джеффруа Сен-Ілера існували форми чи склад у структурах, які могли відрізнятися за організмами, але все ж була певна сталість у взаємозв'язку та у зв’язку із сусідніми структурами. Однак Сент-Ілер описував ці процеси як аналогічні.

Хоча цей термін мав своїх попередників, історично його відносять до зоолога Річарда Оуена, який визначив його як «один і той же орган у різних тварин при кожній варіації форми та функції».

Оуен вірив у незмінність видів, але вважав, що відповідність між структурами організмів потребує пояснення. З доарвінівської та антиеволюційної точки зору, Оуен зосередив свою концепцію на "археотипах" - своєрідній схемі чи плані, за якими дотримуються групи тварин.

Що таке гомологія?

В даний час термін гомологія визначається як дві структури, процеси або характеристики, які поділяють спільного предка. Тобто структуру можна простежити в часі за тією ж характеристикою у загального предка.

Серійна гомологія

Послідовна гомологія - це особливий випадок гомології, де є подібність між послідовними та повторними частинами в одному організмі (два види або дві особини вже не порівнюються).

Типовими прикладами серійних гомологій є ланцюг хребців у хребті хребців, послідовні розгалуження дуг та м'язові сегменти, що проходять уздовж тіла.

Молекулярні гомології

На молекулярному рівні ми також можемо знайти гомології. Найбільш очевидним є наявність загального генетичного коду для всіх живих організмів.

Немає причин, чому певна амінокислота пов'язана з конкретним кодоном, оскільки це довільний вибір - так само, як людська мова є довільною. Немає жодної причини, яку слід називати "стільцем", але ми робимо це, тому що ми дізналися це від когось, нашого предка. Те саме стосується коду.

Найбільш логічна причина, чому всі організми поділяють генетичний код - це те, що спільний пращур цих форм використовував одну і ту ж систему.

Те ж саме стосується низки метаболічних шляхів, присутніх у широкому діапазоні організмів, наприклад, наприклад, гліколіз.

Глибока гомологія

Поява молекулярної біології та здатність до послідовності поступилися місцем появи нового терміна: глибокої гомології. Ці відкриття дозволили нам зробити висновок, що хоча два організми різні за своєю морфологією, вони можуть поділяти закономірність генетичної регуляції.

Таким чином, глибока гомологія приносить новий погляд на морфологічну еволюцію. Цей термін вперше було використано у впливовій статті престижного журналу Nature під назвою: Копалини, гени та еволюція кінцівок тварин.

Шубін та ін., Автори статті, визначають це як "існування генетичних шляхів, що беруть участь у регуляції, використовуваних для побудови характеристик у тварин, розрізнених з точки зору морфології та філогенетично віддалених". Іншими словами, глибокі гомології можна знайти в аналогічних структурах.

Ген Pax6 відіграє незамінну роль у формуванні зору у молюсків, комах та хребетних. Геки хокса, з іншого боку, важливі для побудови кінцівок у риб і тетраподних кінцівок. Обидва є прикладами глибоких гомологій.

Джерело: Washington NL, Haendel MA, Mungall CJ, Ashburner M, Westerfield M, Lewis SE. через Wikimedia Commons

Джерело: PhiLiP, через Wikimedia Commons

Аналогія та гомоплазія

Коли ви хочете вивчити подібність між двома процесами чи структурою, це можна зробити з точки зору функції та зовнішнього вигляду, а не лише за критерієм загального предка.

Таким чином, є два споріднених терміна: аналогія, яка описує характеристики з подібними функціями і може мати, а може і не мати спільного предка.

З іншого боку, гомоплазія відноситься до структур, які просто схожі. Хоча ці терміни виникли у 19 столітті, вони набули популярності з появою еволюційних ідей.

Наприклад, крила метеликів і птахів мають однакову функцію: політ. Таким чином, ми можемо зробити висновок, що вони є аналогічними, проте ми не можемо простежити їх походження до спільного предка крилами. З цієї причини вони не є гомологічними структурами.

Те саме стосується крил кажанів і птахів. Однак кістки, які складаються, якщо вони гомологічні одна одній, тому що ми можемо простежити загальне походження цих родів, які поділяють візерунок кісток верхніх кінцівок: плечової кістки, кубіки, радіуса, фаланг тощо. Зауважте, що терміни не виключають одна одну

Гомоплазія може відображатися в подібних структурах, таких як плавники дельфіна і черепахи.

Джерело: Джон Романс (1848-1894), через Wikimedia Commons

Важливість в еволюції

Гомологія є ключовим поняттям в еволюційній біології, оскільки лише вона
адекватно відображає загальні предки організмів.

Якщо ми хочемо реконструювати філогенез, щоб встановити спорідненість, походження та походження двох видів, і помилково використовуємо характеристику, яка розділяє лише форму та функціонування, ми б дійшли неправильних висновків.

Наприклад, якщо ми хочемо визначити зв’язки між кажанами, птахами і дельфінами і помилково використовувати крила як гомологічний характер, ми б дійшли висновку, що кажани та птахи більше пов'язані один з одним, ніж кажан з дельфіном.

Апріорі ми знаємо, що це відношення не відповідає дійсності, оскільки ми знаємо, що кажани та дельфіни - це ссавці і більше пов’язані між собою, ніж кожна група з птахами. Тому ми повинні використовувати гомологічні символи, такі як молочні залози, три маленькі кістки середнього вуха, серед інших.

Список літератури

1. Холл, БК (Ред.). (2012 р.). Гомологія: Ієрархічна основа порівняльної біології. Академічна преса.
2. Кардон, К. В. (2006). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R., & Bahrick, LE (2012). Концепція гомології як основа для оцінки механізмів розвитку: вивчення вибіркової уваги протягом усього періоду життя. Психобіологія розвитку, 55 (1), 76-83.
4. Розенфілд, І., Зіфф, Е., і Ван Лун, Б. (2011). ДНК: графічний посібник з молекули, яка сколихнула світ. Columbia University Press.
5. Scharff, C., & Petri, J. (2011). Evo-devo, глибока гомологія та FoxP2: наслідки для еволюції мови та мови. Філософські угоди Лондонського королівського товариства. Серія B, Біологічні науки, 366 (1574), 2124-40.
6. Шубін, Н., Табін, К., Керролл, С. (1997). Копалини, гени та еволюція кінцівок тварин. Природа, 388 (6643), 639.
7. Шубін, Н., Табін, К., Керролл, С. (2009). Глибока гомологія та витоки еволюційної новизни. Природа, 457 (7231), 818.
8. Солер, М. (2002). Еволюція: основи біології. Проект Південь.