КАКВО Е ХОМОЛОГИЯ В БИОЛОГИЯТА? (С ПРИМЕРИ) - БИОЛОГИЯ

А хомология е структура, орган или процес в две лица, които могат да бъдат проследени обратно до общ произход. Кореспонденцията не трябва да е идентична, структурата може да се променя във всяка проучена линия. Например, членовете на гръбначните животни са хомоложни един на друг, тъй като структурата може да бъде проследена до общия прародител на тази група.

Хомологиите представляват основата на сравнителната биология. Може да се изучава на различни нива, включително молекули, гени, клетки, органи, поведение и т.н. Следователно това е решаващо понятие в различни области на биологията.

Източник: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); превод от Angelito7, чрез Wikimedia Commons

Историческа перспектива

Хомологията е понятие, което е свързано с класификацията и изучаването на морфологиите през цялата история, а корените й се намират в сравнителна анатомия. Това вече беше феномен, интуитиран от мислители като Аристотел, които бяха запознати с подобни структури при различни животни.

През 1555 г. Белон публикува произведение, представляващо поредица от сравнения между скелетите на птиците и бозайниците.

За Джефрой Сен-Хилер имаше форми или състав в структури, които можеха да се различават в организмите, но все пак имаше известна постоянство във връзката и във връзката със съседни структури. Сен-Хилер обаче описа тези процеси като аналогични.

Въпреки че терминът е имал своите предшественици, исторически той се приписва на зоолога Ричард Оуен, който го определя като: "един и същ орган при различни животни при всяка промяна на формата и функцията."

Оуен вярвал в неизменността на видовете, но смятал, че съответствието между структурите на организмите се нуждае от обяснение. От пред-дарвинистическа и антиеволюционна гледна точка Оуен фокусира концепцията си върху „археотипи“ - един вид схема или план, които групите от животни следват.

Какво е хомология?

Понастоящем терминът хомология се определя като две структури, процеси или характеристики, които споделят общ прародител. Тоест, структурата може да бъде проследена назад във времето до същата характеристика в общия прародител.

Серийна хомология

Серийната хомология е специален случай на хомология, където има сходство между последователни и повторени части в един и същи организъм (два вида или два индивида вече не се сравняват).

Типични примери за серийни хомологии са веригата на прешлените в гръбначния стълб на гръбначния стълб, последователните бранхиални дъги и мускулните сегменти, които протичат по тялото.

Молекулярни хомологии

На молекулярно ниво можем да открием и хомологии. Най-очевидно е наличието на общ генетичен код за всички живи организми.

Няма причина дадена аминокиселина да е свързана с конкретен кодон, тъй като това е произволен избор - точно както човешкият език е произволен. Няма причина "столът" да бъде наречен така, но го правим, защото го научихме от някой, нашият прародител. Същото важи и за кода.

Най-логичната причина, поради която всички организми споделят генетичния код, е, че общият прародител на тези форми е използвал една и съща система.

Същото се отнася и за редица метаболитни пътища, присъстващи в широк спектър от организми, като гликолиза например.

Дълбока хомология

Появата на молекулярната биология и способността за последователност, отстъпи мястото на появата на нов термин: дълбока хомология. Тези открития ни позволиха да заключим, че въпреки че два организма са различни по отношение на морфологията си, те могат да споделят модел на генетична регулация.

Така дълбоката хомология носи нова перспектива на морфологичната еволюция. Терминът е използван за първи път във влиятелна статия в престижното списание Nature, озаглавена: Фосили, гени и еволюцията на крайниците на животните.

Shubin et al., Авторите на статията, я определят като „съществуването на генетични пътища, участващи в регулацията, използвани за конструиране на характеристики при животни, които са разграничени по отношение на морфологията и филогенетично отдалечените“. С други думи, в аналогични структури могат да бъдат открити дълбоки хомологии.

Генът Pax6 играе незаменима роля при генерирането на зрение при мекотели, насекоми и гръбначни животни. Hox гените, от друга страна, са важни за изграждането на крайници при риби и тетрапод крайници. И двете са примери за дълбоки хомологии.

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

Източник: PhiLiP, чрез Wikimedia Commons

Аналогия и хомоплазия

Когато искате да изучавате сходството между два процеса или структура, това може да се направи по отношение на функция и външен вид, а не просто следване на критериите на общ прародител.

По този начин има два свързани термина: аналогия, която описва характеристики с подобни функции и може или не може да има общ прародител.

От друга страна, хомоплазията се отнася до структури, които просто си приличат. Въпреки че тези термини възникват през 19 век, те придобиват популярност с появата на еволюционните идеи.

Например, крилата на пеперуди и птици имат същата функция: полет. По този начин можем да заключим, че те са аналогични, но не можем да проследим произхода им на общ прародител с крила. Поради тази причина те не са хомоложни структури.

Същото важи и за крилата на прилепите и птиците. Въпреки това, костите, които съставляват, ако са хомоложни една на друга, защото можем да проследим общ произход на тези родове, които споделят модела на костите на горните крайници: плетеница, кубик, радиус, фаланги и др. Обърнете внимание, че условията не са взаимно изключващи се.

Хомоплазията може да се отрази в подобни структури, като перките на делфин и тези на костенурка.

Източник: Джон Романс (1848-1894), чрез Wikimedia Commons

Значение в еволюцията

Хомологията е ключово понятие в еволюционната биология, тъй като само

адекватно отразява общото потекло на организмите.

Ако искаме да реконструираме филогения, за да установим родствените, родословните и произходните връзки на два вида и погрешка използваме характеристика, която споделя само форма и функция, бихме стигнали до грешни изводи.

Например, ако искаме да определим отношенията между прилепите, птиците и делфините и използваме погрешно крилата като хомоложен характер, бихме стигнали до извода, че прилепите и птиците са по-свързани помежду си, отколкото прилепът към делфина.

Априори знаем, че тази връзка не е вярна, защото знаем, че прилепите и делфините са бозайници и са по-свързани помежду си, отколкото всяка група с птици. Затова трябва да използваме хомоложни знаци, като млечните жлези, трите малки кости на средното ухо, наред с други.

Препратки

Зала, БК (Ред.). (2012 г.). Хомология: йерархичната основа на сравнителната биология. Академична преса.
Kardong, KV (2006). Гръбначни: сравнителна анатомия, функция, еволюция. McGraw-Hill.
Lickliter, R., & Bahrick, LE (2012). Концепцията за хомология като основа за оценка на механизмите на развитие: изследване на селективно внимание през целия период на живот. Психобиология на развитието, 55 (1), 76-83.
Rosenfield, I., Ziff, E., & Van Loon, B. (2011). ДНК: Графично ръководство за молекулата, която разтърси света. Columbia University Press.
Scharff, C., & Petri, J. (2011). Evo-devo, дълбока хомология и FoxP2: последици за еволюцията на речта и езика. Философски сделки на Лондонското кралско общество. Серия B, Биологични науки, 366 (1574), 2124-40.
Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (1997). Вкаменелости, гени и еволюцията на крайниците на животните. Природа, 388 (6643), 639.
Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (2009). Дълбоката хомология и произхода на еволюционната новост. Природа, 457 (7231), 818.
Солер, М. (2002). Еволюция: основата на биологията. Проект Юг.

КАКВО Е ХОМОЛОГИЯ В БИОЛОГИЯТА? (С ПРИМЕРИ) - БИОЛОГИЯ - 2025