MI A HOMOLÓGIA A BIOLÓGIÁBAN? (PÉLDÁKKAL) - BIOLÓGIA - 2026

A homológia olyan szerkezet, szerv vagy folyamat két egyénben, amely közös eredetre vezethető vissza. A levelezésnek nem kell azonosnak lennie, a szerkezet minden vizsgált vonalban módosítható. Például a gerincesek tagjai homológok egymással, mivel a szerkezet visszavezethető ennek a csoportnak az őseire.

A homológiák jelentik az összehasonlító biológia alapját. Különböző szinteken tanulmányozható, beleértve a molekulákat, géneket, sejteket, szerveket, viselkedést stb. Ezért ez kulcsfontosságú koncepció a biológia különféle területein.

Forrás: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); Angelito7 fordítása, a Wikimedia Commons segítségével

Történelmi perspektíva

A homológia egy olyan fogalom, amelyet a történelem során összekapcsoltak a morfológiák osztályozásával és tanulmányozásával, és gyökerei megtalálhatók az összehasonlító anatómiában. Ez már egy jelenség volt, amelyet Arisztotelészhez hasonló gondolkodók megértettek, akik ismerik a különböző állatok hasonló szerkezetét.

Belon 1555-ben kiadott egy munkát, amely összehasonlító sorozatot mutatott be a madarak és az emlősök csontvázai között.

A Geoffroy Saint-Hilaire esetében olyan formák vagy összetételek voltak olyan struktúrákban, amelyek eltérhetnek az organizmusoktól, de a szomszédos struktúrákkal való kapcsolatban és a kapcsolatban továbbra is volt bizonyos állandóság. Saint-Hilaire azonban ezeket a folyamatokat analógként írta le.

Noha a kifejezésnek elődei voltak, történelmileg Richard Owen zoológusnak tulajdonítják, aki ezt a következőképpen határozta meg: "ugyanaz a szerv különböző állatokban, formájuk és funkcióik minden variációja alatt".

Owen hitt a fajok változatlanságában, de úgy érezte, hogy az organizmusok szerkezete közötti megfelelés magyarázatot igényel. A darwiniát megelőző és az evolúcióellenes szemszögből Owen koncepcióját „archeotípusokra” összpontosította - egyfajta sémára vagy tervre, amelyet az állatcsoportok követtek.

Mi a homológia?

Jelenleg a homológia fogalmát két struktúrának, folyamatnak vagy tulajdonságnak nevezik, amelyeknek közös ősük van. Vagyis a szerkezet időben visszavezethető ugyanazon karakterisztikára a közös ősben.

Soros homológia

A soros homológia a homológia speciális esete, ahol ugyanazon szervezet egymást követő és ismétlődő részei hasonlítanak egymáshoz (két fajt vagy két egyént már nem hasonlítanak össze).

A soros homológiák tipikus példái a gerinces gerincben lévő csigolya lánc, az egymást követő kopoltyú ívek és a test mentén futó izomszegmensek.

Molekuláris homológiák

Molekuláris szinten homológiákat is találhatunk. A legnyilvánvalóbb, hogy valamennyi élő organizmus számára közös genetikai kód létezik.

Nincs ok, amiért egy bizonyos aminosav kapcsolódik egy adott kodonhoz, mivel ez egy önkényes választás - ugyanúgy, mint az emberi nyelv tetszőleges. Nincs ok, hogy miért nevezhetjük ezt a "széknek", de mi azért csináljuk, mert valakitől, az ősektől tanultuk meg. Ugyanez vonatkozik a kódra.

A leglogikusabb ok, amiért minden organizmus megosztja a genetikai kódot, az az, hogy ezeknek a formáknak az őse ugyanazt a rendszert használta.

Ugyanez igaz a számos anyagcsere-útvonalra, amely sokféle organizmusban létezik, mint például a glikolízis.

Mély homológia

A molekuláris biológia megjelenése és a szekvencia képessége utat nyitott egy új kifejezés: a mély homológia megjelenésére. Ezek a felfedezések arra a következtetésre jutottak, hogy bár két organizmus morfológiája szempontjából különbözik, megoszthatják a genetikai szabályozás mintáját.

Így a mély homológia új perspektívát hoz a morfológiai evolúcióhoz. A kifejezést első alkalommal használták egy tekintélyes Nature folyóirat befolyásos cikkében: Fosszilisok, gének és az állati végtagok fejlődése.

Shubin és munkatársai, a cikk szerzői úgy definiálják, hogy "a genetikai útvonalak léteznek a szabályozásban, amelyet az állatok morfológiai és filogenetikailag távoli tulajdonságainak megteremtésére használnak". Más szavakkal, a mély homológiák hasonló szerkezetekben is megtalálhatók.

A Pax6 gén nélkülözhetetlen szerepet játszik a puhatestűek, rovarok és gerincesek látásában. A Hox gének viszont fontosak a halak és a tetrapod végtagok végtagjainak kialakításában. Mindkettő a mély homológiák példája.

Forrás: Washington NL, Haendel MA, Mungall CJ, Ashburner M, Westerfield M, Lewis SE., a Wikimedia Commonson keresztül

Forrás: PhiLiP, a Wikimedia Commonson keresztül

Analógia és homoplazia

Ha meg akarja tanulmányozni a két folyamat vagy struktúra hasonlóságát, megteheti funkcionális és megjelenési szempontból, és nem csak a közös ős kritériumát követve.

Tehát két kapcsolódó kifejezés létezik: az analógia, amely leírja a hasonló funkcióval rendelkező tulajdonságokat, és lehet, hogy nincs közös őse.

Másrészt, a homoplazia olyan struktúrákra utal, amelyek egyszerűen hasonlóak. Noha ezek a kifejezések a 19. századból származtak, népszerűségüket az evolúciós ötletek megjelenésével szerezték meg.

Például a pillangók és a madarak szárnyai ugyanazt a funkciót látják el: repülés. Megállapíthatjuk tehát, hogy analógok, ám eredetüket nem tudjuk nyomon követni egy szárnyakkal közös ősig. Ezért nem homológ struktúrák.

Ugyanez vonatkozik a denevérek és a madarak szárnyaira. Azonban a csontok, amelyek akkor állnak homológnak, ha egymással homológok, mivel ezeknek a törzskönyveknek a közös eredetét meg lehet határozni, amelyek megoszlanak a felső végtagok csontozatának mintázatán: gömb, köbös, sugár, phalanges stb. Vegye figyelembe, hogy a kifejezések nem zárják ki egymást.

A homoplazia hasonló struktúrákban tükröződik, mint például egy delfin és a teknős ura.

Forrás: John Romanes (1848-1894), a Wikimedia Commons segítségével

Fontosság az evolúcióban

A homológia kulcsfontosságú fogalom az evolúciós biológiában, mivel csak

megfelelő módon tükrözi az organizmusok közös őseit.

Ha rekonstruálni akarunk egy filogeneyt, hogy meghatározzuk két faj rokonságát, származását és leszármazási viszonyait, és tévedésből olyan tulajdonságot használunk, amelynek csak a formája és a funkciója oszlik meg, téves következtetésekre jutnánk.

Például, ha meg akarjuk határozni a denevérek, a madarak és a delfinek kapcsolatát, és tévesen használunk szárnyakat homológ karakterként, arra a következtetésre jutunk, hogy a denevérek és a madarak inkább rokonok, mint a denevér a delfinhez.

A priori tudjuk, hogy ez a kapcsolat nem igaz, mert tudjuk, hogy a denevérek és a delfinek emlősök, és rokonabbak egymással, mint minden egyes madárcsoporttal. Ezért olyan homológ karaktereket kell használnunk, mint például az emlőmirigyek, a középső fül három kis csontja.

Irodalom

1. Hall, BK (Szerkesztő). (2012). Homológia: Az összehasonlító biológia hierarchikus alapja. Academic Press.
2. Kardong, KV (2006). Gerinces: összehasonlító anatómia, funkció, evolúció. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R., és Bahrick, LE (2012). A homológia fogalma, mint a fejlődési mechanizmusok értékelésének alapja: szelektív figyelem felfedezése az élettartam során. Fejlődési pszichobiológia, 55 (1), 76-83.
4. Rosenfield, I., Ziff, E. és Van Loon, B. (2011). DNS: A világot megrázó molekula grafikus útmutatója. Columbia University Press.
5. Scharff, C. és Petri, J. (2011). Evo-devo, mély homológia és FoxP2: a beszéd és a nyelv fejlődésének következményei. A Londoni Királyi Társaság filozófiai tranzakciói. B sorozat, Biológiai tudományok, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C., és Carroll, S. (1997). Kövületek, gének és az állat végtagjai. Nature, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C., és Carroll, S. (2009). A mély homológia és az evolúciós újszerűség eredete. Nature, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Evolúció: a biológia alapja. Déli projekt.