Analogia (biologia)
Analogii ( grecki ἀναλογία, analogia „korespondencji”) znajduje się w biologii podobieństwa struktury narządów , proteiny , geny i zachowań różnych organizmów, że każdy z tych filogenetycznie powstały niezależnie. W związku z tym wspólni przodkowie tych żywych istot nie wykazali jeszcze tego wyrażenia. Analogia jest często związana z odpowiednią funkcją.
Rozwój analogicznych cech u gatunków, które nie są blisko spokrewnione, nazywa się ewolucją zbieżną (również zbieżną lub równoległą ) lub w skrócie konwergencją . Istnienie zbieżności oznacza, że samo podobieństwo cechy nie pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat związku. Podobne cechy mogą jedynie sugerować tę samą lub podobną funkcję. Nie można od razu wykluczyć nawet przypadkowego podobieństwa. Zwłaszcza w biologii molekularnej, gdzie występują cechy wspólne, które są oparte na analogii, a zatem nie mówią nic o związkach między badanymi gatunkami, stosuje się homoplazję .
Przeciwne – wspólne cechy odziedziczone po wspólnym przodku, a więc podobne do siebie – nazywane są homologią . Homologiczne narządy lub geny mają to samo pochodzenie, ale niekoniecznie te same funkcje. Mogą rozwijać się oddzielnie przez długi czas ( dywergencja ), a następnie wyglądać zupełnie inaczej w porównaniu gatunków . Podobieństwo cech między różnymi gatunkami niezależnie od ich homologii lub analogii, np. B. Jeśli jest to nieznane lub kontrowersyjne, nazywa się to korespondencją .
Ogólnie, analogia lub homologia jest używana tylko w odniesieniu do cech. Zasugerowano również powiązanie terminów z funkcjami, ale zwykle nie jest to powszechne.
Funkcje analogowe
Narządy analogowe mają nie tylko podobną funkcję, ale częściowo również zewnętrznie, częściowo nawet (powierzchownie) anatomicznie. Ale są one filogenetycznie różne i powstały niezależnie od siebie. Nie przedstawiają więc relacji rodzinnych. Podobne narządy pozwalają raczej na wyciągnięcie wniosków na temat podobnych warunków środowiskowych i stylu życia.
Zgodnie z systemową teorią ewolucji analogiczne cechy powstają w wyniku wzajemnego oddziaływania zbieżnej presji selekcyjnej i korytarzy rozwojowych. Rozwijają się w toku ewolucji poprzez adaptację do podobnych wymagań funkcjonalnych i podobnych warunków środowiskowych. Często istoty żywe o analogicznych cechach przystosowały się do podobnych nisz ekologicznych (patrz ekwiwalent pracy ).
Terminy analogia i konwergencja są szczególnie często używane w zoologii . Jednym z przykładów jest formowanie się płetw u ryb i wielorybów . Płetwy wielorybów pełnią taką samą funkcję i podobny kształt jak płetwy ryb, ale historycznie wywodzą się z kończyn ssaków żyjących kiedyś na lądzie .
W botanice występują również analogiczne formacje roślinne. Tak więc, przez kolce leżą często mylone ciernie . W przeciwieństwie do cierni kolce tworzą się tylko z górnych warstw komórek ( naskórek , tkanka korowa ). Są to więc tylko struktury powierzchniowe ( wyłonienia ). Z kolei ciernie to przekształcenia liści lub osi łodygi . Takie przekształcenia mające na celu przystosowanie się do szczególnych warunków życia i środowiska nazywane są w botanice metamorfozami .
Terminy analogia i homologia są również używane w rozumowaniu ewolucyjnym w genetyce molekularnej i proteomice . W przypadku analogicznych genów lub białek sekwencje zasad lub aminokwasów to odcinki o tej samej nazwie. B. powstają w wyniku mutacji różnych genów lub genów zlokalizowanych w różnych lokalizacjach (loci).
Przykłady
Klasycznymi przykładami są czaszki wilki i thylacines , kształtu mrówkojada i antylopy, lub nawet jeże i jeżowców . Przyczyną takich zbieżnych zmian, które doprowadziły do analogii, są te same czynniki wyboru, które doprowadziły do porównywalnych dostosowań. „Najbardziej znanym przykładem są torbacze z Australii […] ponieważ w Australii nie było ssaków łożyskowych, rozwinęły typy adaptacyjne odpowiadające tym z półkuli północnej”.
Innym przykładem są kończyny różnych kręgowców wodnych przystosowanych do poruszania się pod wodą, m.in. B. żółwie , wieloryby i pingwiny , z których wszystkie stanowią modyfikacje podstawowego planu pięcioramiennej kończyny, a zatem są do siebie homologiczne , ale rozwinęły się niezależnie od siebie ze względu na ich różne pochodzenie od nóg lub skrzydeł i dlatego są analogiczne do siebie. Jest to zatem kwestia adaptacji do podobnych warunków środowiskowych, które prowadzą do podobnych form i funkcji. Jeśli jednak cofniesz się wystarczająco w drzewie genealogicznym, gady, ssaki i ptaki pochodzą od wspólnego przodka, który ma pięcioramienną przednią kończynę.
Zakłada się ewolucję zbieżną nawet w obrębie niektórych taksonów , takich jak narządy gębowe owadów. Tutaj oryginalne aparaty gębowe do żucia i żucia rozwinęły się w różne typy funkcjonalne, z jednej strony tworzenie trąbek u owadów odwiedzających kwiaty, które mogą bardzo wydajnie wchłaniać nektar, az drugiej strony zbieżne tworzenie aparatów gębowych kłująco-ssących.
Pomimo wielkiej morfologicznego podobieństwa wszy zwierzę również opracowane dwa niezależnie od siebie w toku ewolucji . Wspaniała zgodność cech ciała pasożyta jest zatem wynikiem przystosowania się do zwierzęcia żywiciela .
Zbieżne zmiany są również znane w roślinach. Przykład można znaleźć w sukulentach : Kaktus świecznikowy Nowego Świata Pachycereus weberi wygląda bardzo podobnie do trójkątnego trojeści Euphorbia trigona z Afryki. Ułożenie kolców liściowych i kształt kwiatu pozwalają na wyróżnienie ( określenie ). Podobieństwo polega na dostosowaniu do suchego i gorącego miejsca.
Istnieje zbieżność nie tylko w obszarze kształtu ciała, ale także na poziomie molekularnym. Przeżuwacze, takie jak bydło domowe i smukłe małpy jedzące liście, takie jak langur Presbytis entellus, należą do odległych grup systematycznych, ale mają bardzo podobną cząsteczkę lizozymu , która jest wytwarzana w żołądku.
Dalsze przykłady organów i struktur analogowych to
- grobowe nogi świerszczy kretów ( owadów) i kretów (ssaków)
- wewnętrzny szkielet głowonogów (Schulp) i kręgowców (struna, kręgosłup).
- skrzydła ptaków , nietoperzy i pterozaurów .
- skrzydła ptaka i skrzydła motyla
- papugowate dzioby u głowonogów , papug i żółwi aligatorowych
- kaczopodobne dzioby u kaczek , dziobaków i hadrozaurów
- wężowate ciała węgorzy , ślepców , płazów i węży .
- aerodynamiczny kształt ciała szybkiego pływania kręgowce, takie jak rekiny , delfiny , ichtiozaurów i pingwiny (ptaków)
- Oko soczewkowe u głowonogów i kręgowców.
Rozgraniczenie terminów
Analogia i homologia
- Struktury, których nie można powiązać ze wspólnym planem, są analogiczne. Ich podobny wyraz tłumaczy się konwergencją. Przykład: Skrzydła ptaków i nietoperzy (błona lotna) są analogiczne w odniesieniu do skrzydła - pióra lub błona lotna. Jednak nietoperze mają rozciągniętą błonę lotową między palcami przednich łap, ptaki latają całym skrzydłem, czyli ramieniem z piórami. Równość funkcjonalna opiera się na zupełnie innym planie.
- Homologiczne to struktury, które można prześledzić do wspólnego planu. Ich różne cechy tłumaczy rozbieżność . Przykład: przednie płetwy delfina i przednie nogi słonia są homologiczne w odniesieniu do szkieletu, ponieważ kolejność kości, tj. kość ramienna, łokciowa, promień itd. pozostała taka sama. Niemal ten sam plan budowy pełni zupełnie inną funkcję.
Czasami rozróżnienie między „analogowymi” i „homologicznymi” zależy od punktu widzenia: płetwy delfinów i pingwinów reprezentują homologiczne kończyny, ale ich struktury nie sięgają wspólnych przodków. Reprezentują analogiczne eksaptacje, podobnie jak skrzydła nietoperzy i ptaków są analogicznymi rozwinięciami opartymi na homologicznych kończynach. W obu parach przykładów wspólnymi strukturami wspólnych przodków są przednie kończyny zauropsydy około 310 milionów lat temu.
Formacje wtórne
Niekiedy funkcję organu, który w toku ewolucji uległ regresji, pełni później wtórnie analogiczny organ, gdy warunki życia zmieniają się ponownie w pierwotnym kierunku, np. w wyniku zmiany warunków życia. B. zwierząt lądowych, powraca do wody (przykład: wieloryba motylica jako drugi płetwy ogonowej ). W rzadkich przypadkach, takich jak wtórny staw skroniowo-żuchwowy , przejście z narządu pierwotnego do wtórnego jest również bezpośrednie.
Koewolucja
Zupełnie innym procesem niż konwergencja czy równoległa ewolucja jest koewolucja , która opisuje adaptacje silnie oddziałujących gatunków. Przykładem są niektórzy przedstawiciele rodzaju roślin Hippeastrum (gwiazda rycerska), której kształt kwiatu jest specjalnie zaprojektowany do zapylania przez niektóre gatunki kolibrów. Kształt dzioba kolibra z czasem dostosował się do kształtu kielicha. Ten wspólny rozwój ma zalety dla obu typów. Z jednej strony zapewnia, że kolibry nie muszą konkurować o pokarm z przedstawicielami innych gatunków, gdyż żadne inne zwierzę nie może dotrzeć do nektaru. Z drugiej strony kształt ciała ptaka oraz fakt, że połyka on nektar w locie zapewnia, że pyłek przyklei się do jego piersi i zapyli inne kwiaty. Podobieństwo gatunków na skutek mimikry , na przykład naśladowanie wzoru skrzydeł trującego motyla przez nie blisko spokrewniony, nietrujący gatunek, można również rozumieć jako koewolucję.
równoległość
Już Karol Darwin nazwał podobieństwo kształtów w odległych geograficznie regionach mianem równoległości . Później termin ten był głównie używany, gdy blisko spokrewnione gatunki, na przykład członkowie tego samego rodzaju, rozwijają wspólne cechy niezależnie od siebie. To zastosowanie jest nadal powszechne. Zgodnie z tym zwyczajem konwergencja ogranicza się do rozwoju podobnych cech tylko u gatunków daleko spokrewnionych. Jednak nie wszyscy biolodzy stosują tę ścisłą separację pojęciową.
Zobacz też
- Apomorfizm
- atawizm
- Teoria ewolucji
- Teoria zbieżności (ewolucja)
- Serie progresji i regresji (narządy homologiczne można często układać jako serie modyfikacji)
- Szczątek
Indywidualne dowody
- ^ Ulrich Lehmann: Słownik paleontologiczny. Wydanie IV. Enkego, Stuttgart 1996.
- ^ Ray Lankester : O użyciu terminu „homologia” we współczesnej zoologii oraz rozróżnienie między porozumieniami homogenetycznymi i homoplastycznymi. W: Annals and Magazine of Natural History, Zoology, Botany and Geology. Seria 4, tom 6, 1870, s. 34-43.
- ↑ Michael T. Ghiselin: Homologia jako relacja korespondencji między częściami jednostek. W: Teoria w naukach biologicznych. 124, 2005, s. 91-103. doi: 10.1016 / j.thbio.2005.08.001
- ↑ George V. Lauder: Homologia, forma i funkcja. W: Brian K. Hall (red.): Homologia: Hierarchiczna podstawa biologii porównawczej. Elsevier, 2013, ISBN 978-0-08-057430-1 , rozdział 4.
- ↑ Ernst Mayr: To jest ewolucja. Monachium 2003, s. 195.
- ↑ Ernst Mayr: To jest ewolucja. Monachium 2003, s. 195 f.
- ↑ HW Krenn , J. Plant, NU Szucsich: Narządy gębowe owadów odwiedzających kwiaty. W: Struktura i rozwój stawonogów. 34, 2005, s. 1-40.
- ↑ HW Krenn, B.-A. Gereben-Krenn, BM Steinwender, A. Popov: Kwiat odwiedzający Neuroptera: aparat gębowy i zachowanie żywieniowe Nemoptera sinuata (Nemopteridae). W: European Journal of Entomology. 105, 2008, s. 267-277.
- ↑ J. Bauder, N. Lieskonig, HW Krenn: Niezwykle długojęzyczny motyl neotropikalny Eurybia lycisca (Riodinidae): Morfologia trąbki i obsługa kwiatów. W: Struktura i rozwój stawonogów. 40, 2011, s. 122-127.
- ↑ KP Johnson et al.: Wiele źródeł pasożytnictwa u wszy . W: Proc Biol Sci . taśma 271 , nie. 1550 , 2004, s. 1771-1776 , PMID 15315891 .
- ↑ Andrew Cockburn: Ekologia ewolucyjna. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart 1995, s. 39 f.
- ↑ Richard Dawkins : Historie z początku życia: podróż w czasie śladami Darwina . Spotkanie 16.
- ↑ Georg Toepfer: Historyczny słownik biologii. Historia i teoria podstawowych pojęć biologicznych. Tom 1: Analogia do Całości. Verlag JB Metzler, Stuttgart / Weimar 2011, ISBN 978-3-476-02316-2 , s. 9.