KAJ JE HOMOLOGIJA V BIOLOGIJI? (S PRIMERI) - BIOLOGIJA - 2025

Homologije je struktura, organ ali proces v dveh posameznikih, ki jih je mogoče povezati z skupnega izvora. Korespondenca ne mora biti enaka, strukturo je mogoče spremeniti v vsaki preučeni liniji. Na primer, pripadniki vretenčarjev so med seboj homologni, saj lahko zgradbo zasledimo do skupnega prednika te skupine.

Homologije predstavljajo osnovo za primerjalno biologijo. Preučujemo ga lahko na različnih ravneh, vključno z molekulami, geni, celicami, organi, vedenjem itd. Zato je ključen koncept na različnih področjih biologije.

Vir: Volkov Vladislav Petrovič (Vladlen666); prevod Angelito7, prek Wikimedia Commons

Zgodovinska perspektiva

Homologija je koncept, ki je bil skozi zgodovino povezan s klasifikacijo in preučevanjem morfologij, njegove korenine pa najdemo v primerjalni anatomiji. To je bil že fenomen, ki so ga intuitirali misleci, kot je Aristotel, poznali podobne strukture pri različnih živalih.

Belon je leta 1555 objavil delo, ki predstavlja vrsto primerjav med okostji ptic in sesalcev.

Za Geoffroyja Saint-Hilaira so bile oblike ali sestava v strukturah, ki so se lahko v organizmih razlikovale, vendar je bila še vedno določena stalnost v odnosu in v povezavi s sosednjimi strukturami. Vendar je Saint-Hilaire te procese označil za analogne.

Čeprav je izraz imel svoje predhodnike, ga zgodovinsko pripisujemo zoologu Richardu Owenu, ki ga je opredelil kot: "isti organ pri različnih živalih pri vsaki spremembi oblike in funkcije."

Owen je verjel v nespremenljivost vrst, vendar je menil, da je treba dopisovati med strukturo organizmov. S pred-darvinističnega in anti-evolucijskega vidika je Owen svoj koncept osredotočil na "arhetipe" - nekakšno shemo ali načrt, ki mu sledijo skupine živali.

Kaj je homologija?

Trenutno je izraz homologija opredeljen kot dve strukturi, procesi ali značilnosti, ki imata skupnega prednika. To pomeni, da je mogoče strukturo skozi čas zaslediti do iste značilnosti skupnega prednika.

Serijska homologija

Serijska homologija je poseben primer homologije, kjer obstaja podobnost med zaporednimi in ponovljenimi deli v istem organizmu (dve vrsti ali dve osebi se ne primerjata več).

Tipični primeri serijskih homologij so veriga vretenc v hrbtenici vretenčarjev, zaporedni brancialni loki in mišični segmenti, ki potekajo vzdolž telesa.

Molekularne homologije

Na molekularni ravni lahko najdemo tudi homologije. Najbolj očitno je obstoj skupnega genetskega koda za vse žive organizme.

Ni razloga, da je določena aminokislina povezana z določenim kodonom, saj gre za samovoljno izbiro - tako kot je človeški jezik poljuben. Ni razloga, da bi se temu imenoval "stol", ampak to počnemo, ker smo se ga naučili od nekoga, našega prednika. Enako velja za kodo.

Najbolj logičen razlog, da si vsi organizmi delijo genetski zapis, je zato, ker je skupni prednik teh oblik uporabljal isti sistem.

Enako velja za številne presnovne poti, ki so prisotne v najrazličnejših organizmih, na primer glikoliza.

Globoka homologija

Pojav molekularne biologije in zmožnost zaporedja sta dala novemu izrazu globoka homologija. Ta odkritja so nam omogočila, da lahko sklepamo, da sta si dva organizma po morfologiji različna, vendar lahko delita vzorec genske regulacije.

Tako globoka homologija prinaša novo perspektivo morfološki evoluciji. Izraz je bil prvič uporabljen v vplivnem članku prestižne revije Nature z naslovom: Fosili, geni in evolucija udov živali.

Shubin in sod., Avtorji članka, ga opredeljujejo kot "obstoj genetskih poti, ki so vključene v regulacijo, ki se uporabljajo za konstruiranje značilnosti pri živalih, ki so različno glede na morfologijo in filogenetsko oddaljene". Z drugimi besedami, globoke homologije lahko najdemo v analognih strukturah.

Gen Pax6 igra nepogrešljivo vlogo pri ustvarjanju vida pri mehkužcih, žuželkah in vretenčarjih. Po drugi strani so geni hoksa pomembni za gradnjo okončin pri udih rib in tetrapodov. Oba sta primer globokih homologij.

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

Vir: PhiLiP, prek Wikimedia Commons

Analogija in homoplazija

Ko želite preučiti podobnost med dvema procesoma ali strukturo, je to mogoče storiti glede na funkcijo in videz in ne samo po kriteriju skupnega prednika.

Tako obstajata dva sorodna izraza: analogija, ki opisuje značilnosti s podobnimi funkcijami in lahko ima ali nima skupnega prednika.

Po drugi strani se homoplazija nanaša na strukture, ki preprosto izgledajo podobno. Čeprav so ti izrazi nastali v 19. stoletju, so priljubljenost pridobili s pojavom evolucijskih idej.

Na primer, krila metuljev in ptic imajo isto funkcijo: polet. Tako lahko sklepamo, da so podobni, vendar njihovega izvora ne moremo zaslediti do skupnega prednika s krili. Zaradi tega niso homologne strukture.

Enako velja za krila netopirjev in ptic. Vendar pa kosti, ki sestavljajo, če so med seboj homologne, saj lahko sledimo skupnemu izvoru teh rodov, ki delijo vzorec kosti zgornjih okončin: nadlahtnice, kubike, polmera, falange itd. Upoštevajte, da se izrazi medsebojno ne izključujejo.

Homoplazija se lahko odraža v podobnih strukturah, kot so plavuti delfina in tiste želve.

Vir: John Romanes (1848-1894), prek Wikimedia Commons

Pomen v evoluciji

Homologija je ključni pojem v evolucijski biologiji, saj le tako
ustrezno odraža skupni prednik organizmov.

Če bi želeli rekonstruirati filogenijo, da bi vzpostavili sorodstveno razmerje, prednik in potomstvo dveh vrst in pomotoma uporabili značilnost, ki imata le obliko in funkcijo, bi prišli do napačnih sklepov.

Na primer, če želimo določiti razmerja med netopirji, pticami in delfini ter napačno uporabiti krila kot homologen značaj, bi prišli do zaključka, da so netopirji in ptice bolj povezani med seboj kot netopir do delfina.

A priori vemo, da to razmerje ni res, saj vemo, da so netopirji in delfini sesalci in so bolj povezani med seboj kot vsaka skupina s pticami. Zato moramo med drugim uporabiti homologne znake, kot so mlečne žleze, tri majhne kosti srednjega ušesa.

Reference

1. Hall, BK (ur.). (2012). Homologija: Hierarhična osnova primerjalne biologije. Akademski tisk.
2. Kardong, KV (2006). Vretenčarji: primerjalna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R., in Bahrick, LE (2012). Koncept homologije kot podlaga za ocenjevanje razvojnih mehanizmov: raziskovanje selektivne pozornosti skozi celotno življenjsko dobo. Razvojna psihobiologija, 55 (1), 76–83.
4. Rosenfield, I., Ziff, E., in Van Loon, B. (2011). DNK: Grafični priročnik o molekuli, ki je pretresla svet. Columbia University Press.
5. Scharff, C., in Petri, J. (2011). Evo-devo, globoka homologija in FoxP2: posledice za razvoj govora in jezika. Filozofski posli londonskega Royal Society. Serija B, Biološke znanosti, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (1997). Fosili, geni in evolucija udov živali. Narava, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (2009). Globoka homologija in izvor evolucijske novosti. Narava, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Projekt Jug.