CO JE TO HOMOLOGIE V BIOLOGII? (S PŘÍKLADY) - BIOLOGIE - 2025

Homologie je struktura, orgán nebo proces ve dvou osob, které lze vysledovat zpět na společný původ. Korespondence nemusí být identická, struktura může být upravena v každé studované linii. Například členové obratlovců jsou si navzájem homologní, protože strukturu lze vysledovat až ke společnému předku této skupiny.

Homologie představují základ pro srovnávací biologii. Může být studován na různých úrovních, včetně molekul, genů, buněk, orgánů, chování atd. Proto je klíčovým pojmem v různých oblastech biologie.

Zdroj: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); překlad Angelito7, přes Wikimedia Commons

Historická perspektiva

Homologie je pojem, který byl spojen s klasifikací a studiem morfologií v celé historii a její kořeny se nacházejí ve srovnávací anatomii. Byl to již fenomén intuitivní mysliteli jako Aristoteles, kteří znali podobné struktury u různých zvířat.

Belon vydal v roce 1555 dílo představující řadu srovnání mezi kostry ptáků a savců.

Pro Geoffroy Saint-Hilaire existovaly formy nebo kompozice ve strukturách, které se mohly lišit v organismech, ale ve vztahu a ve spojení se sousedními strukturami stále existovala určitá stálost. Saint-Hilaire však tyto procesy popsal jako analogické.

Ačkoli termín měl jeho předchůdce, historicky to je přičítáno zoologovi Richard Owen, kdo definoval to jak: “stejný orgán v různých zvířatech pod každou variací formy a funkce.”

Owen věřil v neměnitelnost druhů, ale cítil, že korelace mezi strukturami organismů vyžaduje vysvětlení. Z předarwinovského a antievolučního hlediska se Owen zaměřil na svůj koncept na „archeotypy“ - určitý druh schématu nebo plánu, který sledovaly skupiny zvířat.

Co je to homologie?

V současné době je termín homologie definován jako dvě struktury, procesy nebo vlastnosti, které sdílejí společného předka. To znamená, že struktura může být stopována zpět v čase ke stejné charakteristice společného předka.

Sériová homologie

Sériová homologie je zvláštní případ homologie, kde existuje podobnost mezi po sobě jdoucími a opakovanými částmi ve stejném organismu (dva druhy nebo dva jedinci se již nesrovnávají).

Typickými příklady sériových homologií jsou řetězce obratlů v páteři obratlovců, po sobě jdoucí větve oblouku a svalové segmenty, které běží podél těla.

Molekulární homologie

Na molekulární úrovni najdeme také homologie. Nejviditelnější je existence společného genetického kódu pro všechny živé organismy.

Neexistuje žádný důvod, proč určitá aminokyselina souvisí s konkrétním kodonem, protože je to libovolná volba - stejně jako lidský jazyk je libovolný. Neexistuje žádný důvod, proč by se tomu mělo říkat „křeslo“, ale děláme to proto, že jsme se to naučili od někoho, našeho předka. Totéž platí pro kód.

Nejlogičtějším důvodem, proč všechny organismy sdílejí genetický kód, je to, že společný předchůdce těchto forem použil stejný systém.

Totéž platí pro řadu metabolických drah přítomných v celé řadě organismů, jako je například glykolýza.

Hluboká homologie

Příchod molekulární biologie a schopnost sekvence umožnila příchod nového termínu: hluboká homologie. Tyto objevy nám umožnily dojít k závěru, že ačkoli dva organismy se liší morfologií, mohou sdílet vzorec genetické regulace.

Hluboká homologie tak přináší nový pohled na morfologický vývoj. Termín byl použit poprvé v vlivném článku v prestižním časopise Nature nazvaném: Fosílie, geny a vývoj zvířecích končetin.

Shubin et al., Autoři článku, jej definují jako „existenci genetických drah zapojených do regulace používané k konstrukci charakteristik u zvířat, která jsou z hlediska morfologie a fylogeneticky vzdálená“. Jinými slovy, hluboké homologie lze nalézt v analogických strukturách.

Gen Pax6 hraje nepostradatelnou roli při vytváření vidění u měkkýšů, hmyzu a obratlovců. Geny Hox, na druhé straně, jsou důležité pro konstrukci končetin v končetinách ryb a tetrapodů. Oba jsou příklady hlubokých homologií.

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

Zdroj: PhiLiP, prostřednictvím Wikimedia Commons

Analogie a homoplasie

Pokud chcete studovat podobnost mezi dvěma procesy nebo strukturou, lze to provést z hlediska funkce a vzhledu, nikoli pouze podle kritéria společného předka.

Existují tedy dva související pojmy: analogie, která popisuje vlastnosti s podobnými funkcemi a může nebo nemusí mít společného předka.

Na druhé straně se homoplasie týká struktur, které prostě vypadají podobně. Ačkoli tyto pojmy vznikly v 19. století, získaly popularitu s příchodem evolučních myšlenek.

Například křídla motýlů a ptáků mají stejnou funkci: útěk. Můžeme tedy dojít k závěru, že jsou analogičtí, nemůžeme však sledovat jejich původ ke společnému předku s křídly. Z tohoto důvodu se nejedná o homologní struktury.

Totéž platí pro křídla netopýrů a ptáků. Kosti, které se tvoří, pokud jsou k sobě homologní, protože můžeme sledovat společný původ těchto linií, které sdílejí vzor kostí horních končetin: humerus, krychlový, poloměr, falangy atd. Tyto podmínky se vzájemně nevylučují.

Homoplasie se může projevit v podobných strukturách, jako jsou ploutve delfína a želvy.

Zdroj: John Romanes (1848-1894), prostřednictvím Wikimedia Commons

Význam v evoluci

Homologie je klíčovým pojmem v evoluční biologii, protože pouze

přiměřeně odráží společný původ organismů.

Chceme-li rekonstruovat fylogenii, abychom vytvořili vztahy dvou druhů, příbuzenství a původu a omylem použijeme charakteristiku, která sdílí pouze formu a funkci, dospěli bychom k nesprávným závěrům.

Například, pokud chceme určit vztahy mezi netopýry, ptáky a delfíny a omylem použít křídla jako homologní charakter, dospěli bychom k závěru, že netopýři a ptáci jsou více příbuzní jeden druhému než netopýr s delfíny.

A priori víme, že tento vztah není pravdivý, protože víme, že netopýři a delfíni jsou savci a mají více vzájemných vztahů než každá skupina s ptáky. Proto musíme mimo jiné používat homologní postavy, jako jsou mléčné žlázy, tři malé kosti středního ucha.

Reference

1. Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: Hierarchický základ srovnávací biologie. Academic Press.
2. Kardong, KV (2006). Obratlovci: srovnávací anatomie, funkce, vývoj. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R., & Bahrick, LE (2012). Koncept homologie jako základ pro hodnocení vývojových mechanismů: zkoumání selektivní pozornosti po celou dobu života. Vývojová psychobiologie, 55 (1), 76-83.
4. Rosenfield, I., Ziff, E. a Van Loon, B. (2011). DNA: Grafický průvodce po molekule, která otřásla světem. Columbia University Press.
5. Scharff, C., & Petri, J. (2011). Evo-devo, hluboká homologie a FoxP2: implikace pro vývoj řeči a jazyka. Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Série B, Biological Sciences, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (1997). Fosílie, geny a vývoj zvířecích končetin. Nature, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C. a Carroll, S. (2009). Hluboká homologie a původ evoluční novosti. Nature, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Evoluce: základ biologie. Jižní projekt.