Homológia

Homológia vs analógia

Russell szerint Richard Owennek köszönhetjük az első világos megkülönböztetést a homológ és analóg szervek között. Owen definíciói a következők voltak:

Analóg: egy állat olyan része vagy szerve, amely ugyanolyan funkcióval rendelkezik, mint egy másik állat egy másik része vagy szerve.

Homológ: ugyanaz a szerv különböző állatokban, mindenféle formában és funkcióban.

A megkülönböztetést olyan példák teszik egyértelművé, mint például az emlősök fülcsontjai. Ezek a kis csontok több százmillió éves evolúció során a halak kopoltyúfedőitől a szinapszidák hátsó állkapocscsontjain át jutottak el az emlősök fülében elfoglalt jelenlegi helyükre. A fosszilis leletekben és az embriológiában is van erre bizonyíték. Ahogy az embrió fejlődik, a porc megkeményedik, és csontot képez. A fejlődés későbbi szakaszában apró csontszerkezetek szakadnak ki az állkapocsból, és a belső fül területére vándorolnak. A fülcsontok homológok az állkapocscsontokkal és a kopoltyúfedőkkel, de nem analógok.

Ezt a meglehetősen különös történetet először 1818-ban Étienne Geoffroy Saint-Hilaire vetette fel, aki halakat vizsgált, és megpróbálta felfedezni csontjaik és a szárazföldi gerincesek csontjainak homológiáját.

Az elemzés szintje

Egy tulajdonság lehet homológ és analóg is, attól függően, hogy milyen szinten vizsgáljuk a tulajdonságot. Például a madarak és a denevérek szárnya homológ, mint a négylábúak alkarja. Szárnyként azonban nem homológok, mivel a szerv alkarnak (és nem szárnynak) szolgált a tetrapodák utolsó közös ősénél.

Definíció szerint bármely homológ tulajdonság egy kládot határoz meg - egy monofiletikus taxont, amelynek minden tagja rendelkezik a tulajdonsággal (vagy másodlagosan elvesztette azt); és minden nem tag hiányzik belőle.

A pteroszauruszok (1), a denevérek (2) és a madarak (3) szárnyai szárnyként analógok, de alkarokként homológok.

Kapcsolódó kifejezések

Kladisztikus kifejezések

• Homoplasia: egymástól függetlenül, de ugyanabból az ősszerkezetből fejlődött ki.
• Plesiomorfia: egy közös ősben jelen van, de másodlagosan elveszett néhány leszármazottjában.
• Szinapomorfia: jelen van egy ősben és annak minden leszármazottjában.

Génszekvenciák

A DNS, az RNS és a fehérjék konzervált szekvenciái felhasználhatók az élőlények közötti homológiák eldöntésére.

• Ortológia: olyan gének vagy DNS-szekvenciák, amelyek hasonlóak, mert egy közös őstől származnak. Eredetileg egy fajképződési esemény választotta el őket egymástól. Az ortológok (ortológ gének) olyan gének különböző fajokban, amelyek az utolsó közös ős egyetlen génjéből származó vertikális leszármazással keletkeztek. Az "ortológ" kifejezést 1970-ben Walter Fitch alkotta meg.

• Paralógia: amikor egy gén duplikálódik, hogy két különböző helyet foglaljon el ugyanabban a genomban, a két példány paralóg. A paralóg gének gyakran ugyanahhoz a fajhoz tartoznak, de ez nem feltétlenül szükséges: például az ember hemoglobin génje és a csimpánzok mioglobin génje paralóg. A paralógok jellemzően azonos vagy hasonló funkcióval rendelkeznek, de néha nem. Legalább az egyik példány kisebb szelekciós nyomás alatt van, és mutálódhat, és új funkciót kaphat.

• Xenológia: Két szervezet közötti horizontális génátvitelből származó homológok. A xenológok eltérő funkcióval rendelkezhetnek, ha az új környezet nagymértékben különbözik a horizontálisan áthelyezett gén számára. Általában azonban a xenológok jellemzően hasonló funkcióval rendelkeznek mindkét szervezetben.

Mély homológia

Az evolúciós fejlődésbiológiában a mély homológia fogalmát olyan esetek leírására használják, amikor a növekedést és a differenciálódást olyan genetikai mechanizmusok irányítják, amelyek homológok és mélyen konzerváltak a fajok széles körében. A metazoáknál gyakori tankönyvi példák közé tartoznak a homeotikus gének, amelyek a test mentén történő differenciálódást irányítják, valamint a szem és más érzékszervek fejlődésében részt vevő pax-gének (különösen a PAX6).

Egy algoritmus mélyen homológ genetikai modulokat azonosít egysejtű szervezetekben, növényekben és nem emberi állatokban fenotípusok (például tulajdonságok és fejlődési rendellenességek) alapján. A technika a fenotípusok között a fenotípusokban részt vevő gének homológiája alapján hozza összhangba a fenotípusokat.