ČO JE TO HOMOLÓGIA V BIOLÓGII? (S PRÍKLADMI) - BIOLÓGIE - 2025

Homológie je štruktúra, orgán alebo proces v dvoch osôb, ktoré možno vysledovať späť na spoločný pôvod. Korešpondencia nemusí byť rovnaká, štruktúra sa môže modifikovať v každej študovanej línii. Napríklad členovia stavovcov sú si navzájom homológni, pretože štruktúra sa dá vysledovať až po spoločného predka tejto skupiny.

Homológie sú základom porovnávacej biológie. Môže sa študovať na rôznych úrovniach, vrátane molekúl, génov, buniek, orgánov, správania atď. Preto je kľúčovým pojmom v rôznych oblastiach biológie.

Zdroj: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); preklad Angelito7 prostredníctvom Wikimedia Commons

Historická perspektíva

Homológia je pojem, ktorý súvisí s klasifikáciou a štúdiom morfológií v celej histórii a jej korene sa nachádzajú v komparatívnej anatómii. Už to bol fenomén intuitívny mysliteľmi ako Aristoteles, ktorí poznali podobné štruktúry u rôznych zvierat.

Belon v roku 1555 publikoval dielo predstavujúce sériu porovnávaní medzi kostrami vtákov a cicavcov.

Pre Geoffroy Saint-Hilaire existovali formy alebo zloženie v štruktúrach, ktoré sa mohli líšiť v organizmoch, ale stále existuje určitá stálosť vo vzťahu a v spojení so susednými štruktúrami. Saint-Hilaire však tieto procesy opísal ako analogické.

Hoci tento výraz mal svojich predchodcov, historicky sa pripisuje zoológovi Richardovi Owenovi, ktorý ho definoval ako: „ten istý orgán u rôznych zvierat pri každej zmene formy a funkcie“.

Owen veril v nemennosť druhov, ale cítil, že súlad medzi štruktúrami organizmov si vyžaduje vysvetlenie. Z predarwinovského a antievolucionálneho hľadiska Owen sústredil svoju koncepciu na „archeotypy“ - druh systému alebo plánu, ktorý sledovali skupiny zvierat.

Čo je to homológia?

Termín homológia sa v súčasnosti definuje ako dve štruktúry, procesy alebo charakteristiky, ktoré zdieľajú spoločného predka. To znamená, že štruktúru je možné vystopovať v čase k rovnakej charakteristike spoločného predka.

Sériová homológia

Sériová homológia je špeciálny prípad homológie, kde existuje podobnosť medzi opakujúcimi sa a opakujúcimi sa časťami toho istého organizmu (dva druhy alebo dvaja jednotlivci sa už neporovnávajú).

Typickými príkladmi sériových homológií sú reťazce stavcov v chrbtici stavovcov, po sebe nasledujúce žiabrové oblúky a svalové segmenty, ktoré prebiehajú pozdĺž tela.

Molekulárne homológie

Na molekulárnej úrovni nájdeme aj homológie. Najviditeľnejšia je existencia spoločného genetického kódu pre všetky živé organizmy.

Neexistuje žiadny dôvod, prečo je určitá aminokyselina spojená so špecifickým kodónom, pretože je to svojvoľná voľba - rovnako ako ľudský jazyk je svojvoľný. Nie je dôvod, prečo by sa to malo nazývať „stolička“, ale robíme to preto, že sme sa to naučili od niekoho, nášho predka. To isté platí pre kód.

Najlogickejším dôvodom, prečo všetky organizmy zdieľajú genetický kód, je to, že spoločný predok týchto foriem používal rovnaký systém.

To isté platí pre celý rad metabolických ciest prítomných v širokom spektre organizmov, ako je napríklad glykolýza.

Hlboká homológia

Nástup molekulárnej biológie a schopnosť postupnosti umožnila príchod nového pojmu: hlboká homológia. Tieto objavy nám umožnili dospieť k záveru, že hoci dva organizmy sa líšia svojou morfológiou, môžu zdieľať vzorec genetickej regulácie.

Hlboká homológia tak prináša nový pohľad na morfologický vývoj. Tento výraz bol prvýkrát použitý v významnom článku v prestížnom časopise Nature s názvom: Fosílie, gény a vývoj zvieracích končatín.

Autori článku Shubin a kol. Ho definujú ako „existenciu genetických ciest zapojených do regulácie používanej na konštrukciu charakteristík u zvierat, ktoré sú z hľadiska morfológie a fylogeneticky vzdialené“. Inými slovami, hlboké homológie sa nachádzajú v analogických štruktúrach.

Gén Pax6 hrá nenahraditeľnú úlohu pri vytváraní videnia u mäkkýšov, hmyzu a stavovcov. Gény Hox, na druhej strane, sú dôležité pre konštrukciu končatín v končatinách rýb a tetrapodov. Oba príklady sú príkladmi hlbokej homológie.

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

Zdroj: PhiLiP, prostredníctvom Wikimedia Commons

Analógia a homoplazia

Ak chcete študovať podobnosť medzi dvoma procesmi alebo štruktúrou, dá sa to urobiť z hľadiska funkcie a vzhľadu, a nielen podľa kritéria spoločného predka.

Existujú teda dva súvisiace výrazy: analógia, ktorá opisuje charakteristiky s podobnými funkciami a môže alebo nemusí mať spoločného predka.

Na druhej strane sa homoplazia týka štruktúr, ktoré jednoducho vyzerajú rovnako. Hoci tieto pojmy vznikali v 19. storočí, získali popularitu príchodom evolučných nápadov.

Napríklad krídla motýľov a vtákov majú rovnakú funkciu: útek. Môžeme teda vyvodiť záver, že sú analogické, ich pôvod však nemôžeme vysledovať po spoločnom predku s krídlami. Z tohto dôvodu nejde o homológne štruktúry.

To isté platí pre krídla netopierov a vtákov. Kosti, ktoré tvoria, ak sú k sebe homológne, pretože je možné sledovať spoločný pôvod týchto línií, ktoré zdieľajú vzor kostí horných končatín: humerus, kubický, polomer, falangy atď. Upozorňujeme, že podmienky sa vzájomne nevylučujú.

Homoplazia sa môže odrážať v podobných štruktúrach, ako sú plutvy delfínov a korytnačky.

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

Dôležitosť v evolúcii

Homológia je kľúčovým pojmom evolučnej biológie, pretože iba
primerane odráža spoločný pôvod organizmov.

Ak si želáme rekonštruovať fylogenézu, aby sme nadviazali príbuzenské, predkové a zostupné vzťahy dvoch druhov a omylom použijeme charakteristiku, ktorá má iba spoločnú formu a funkciu, dospeli by sme k nesprávnym záverom.

Napríklad, ak chceme určiť vzťahy medzi netopiermi, vtákmi a delfínmi a omylom použiť krídla ako homologický charakter, dospeli by sme k záveru, že netopiere a vtáky sú viac vzájomne prepojené ako netopier s delfínmi.

A priori vieme, že tento vzťah nie je pravdivý, pretože vieme, že netopiere a delfíny sú cicavce a sú medzi sebou viac spojené s každou skupinou s vtákmi. Preto musíme okrem iného používať homológne postavy, ako sú mliečne žľazy, tri malé kosti stredného ucha.

Referencie

1. Hall, BK (vyd.). (2012). Homológia: hierarchický základ porovnávacej biológie. Academic Press.
2. Kardong, KV (2006). Stavovce: porovnávacia anatómia, funkcia, vývoj. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R. a Bahrick, LE (2012). Koncept homológie ako základ pre hodnotenie vývojových mechanizmov: skúmanie selektívnej pozornosti počas celého života. Vývojová psychobiológia, 55 (1), 76-83.
4. Rosenfield, I., Ziff, E. a Van Loon, B. (2011). DNA: Grafický sprievodca po molekule, ktorá otriasla svetom. Columbia University Press.
5. Scharff, C., & Petri, J. (2011). Evo-devo, hlboká homológia a FoxP2: implikácie pre vývoj reči a jazyka. Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Series B, Biological Sciences, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C., & Carroll, S. (1997). Fosílie, gény a vývoj zvieracích končatín. Náture, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C. a Carroll, S. (2009). Hlboká homológia a pôvod evolučnej novosti. Náture, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Evolúcia: základ biológie. Južný projekt.