WAS IST EINE HOMOLOGIE IN DER BIOLOGIE? (MIT BEISPIELEN) - BIOLOGIE - 2025

Eine Homologie ist eine Struktur, ein Organ oder ein Prozess in zwei Individuen, die auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgeführt werden können. Die Entsprechung muss nicht identisch sein, die Struktur kann in jeder untersuchten Linie geändert werden. Zum Beispiel sind Mitglieder von Wirbeltieren zueinander homolog, da die Struktur auf den gemeinsamen Vorfahren dieser Gruppe zurückgeführt werden kann.

Homologien bilden die Grundlage für die vergleichende Biologie. Es kann auf verschiedenen Ebenen untersucht werden, einschließlich Molekülen, Genen, Zellen, Organen, Verhalten usw. Daher ist es ein entscheidendes Konzept in verschiedenen Bereichen der Biologie.

Quelle: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); Übersetzung von Angelito7 über Wikimedia Commons

Historische Perspektive

Homologie ist ein Konzept, das mit der Klassifizierung und Untersuchung von Morphologien im Laufe der Geschichte in Verbindung gebracht wurde und dessen Wurzeln in der vergleichenden Anatomie liegen. Es war bereits ein Phänomen, das von Denkern wie Aristoteles, die mit ähnlichen Strukturen bei verschiedenen Tieren vertraut waren, eingeschätzt wurde.

Belon veröffentlichte im Jahr 1555 eine Arbeit, die eine Reihe von Vergleichen zwischen den Skeletten von Vögeln und Säugetieren darstellt.

Für Geoffroy Saint-Hilaire gab es Formen oder Zusammensetzungen in Strukturen, die sich in Organismen unterscheiden konnten, aber es gab immer noch eine gewisse Konstanz in der Beziehung und im Zusammenhang mit benachbarten Strukturen. Saint-Hilaire beschrieb diese Prozesse jedoch als analog.

Obwohl der Begriff seine Vorgänger hatte, wird er historisch dem Zoologen Richard Owen zugeschrieben, der ihn definierte als: "dasselbe Organ bei verschiedenen Tieren unter jeder Variation von Form und Funktion."

Owen glaubte an die Unveränderlichkeit von Arten, war jedoch der Ansicht, dass die Entsprechung zwischen den Strukturen von Organismen einer Erklärung bedarf. Aus vordarwinistischer und anti-evolutionärer Sicht konzentrierte Owen sein Konzept auf „Archäotypen“ - eine Art Schema oder Plan, dem Tiergruppen folgten.

Was ist Homologie?

Derzeit wird der Begriff Homologie als zwei Strukturen, Prozesse oder Merkmale definiert, die einen gemeinsamen Vorfahren haben. Das heißt, die Struktur kann in der Zeit auf dasselbe Merkmal des gemeinsamen Vorfahren zurückgeführt werden.

Serienhomologie

Die serielle Homologie ist ein Sonderfall der Homologie, bei dem Ähnlichkeiten zwischen aufeinanderfolgenden und wiederholten Teilen desselben Organismus bestehen (zwei Arten oder zwei Individuen werden nicht mehr verglichen).

Typische Beispiele für serielle Homologien sind die Wirbelkette in der Wirbelsäule der Wirbeltiere, die aufeinanderfolgenden Astbögen und die Muskelsegmente, die entlang des Körpers verlaufen.

Molekulare Homologien

Auf molekularer Ebene können wir auch Homologien finden. Am offensichtlichsten ist die Existenz eines gemeinsamen genetischen Codes für alle lebenden Organismen.

Es gibt keinen Grund, warum eine bestimmte Aminosäure mit einem bestimmten Codon verwandt ist, da es sich um eine willkürliche Wahl handelt - genau wie die menschliche Sprache willkürlich ist. Es gibt keinen Grund, warum "Stuhl" so genannt werden sollte, aber wir tun es, weil wir es von jemandem gelernt haben, unserem Vorfahren. Gleiches gilt für den Code.

Der logischste Grund, warum alle Organismen den genetischen Code teilen, ist, dass der gemeinsame Vorfahr dieser Formen dasselbe System verwendete.

Gleiches gilt für eine Reihe von Stoffwechselwegen, die in einer Vielzahl von Organismen vorhanden sind, wie beispielsweise die Glykolyse.

Tiefe Homologie

Das Aufkommen der Molekularbiologie und die Fähigkeit zur Sequenzierung machten der Ankunft eines neuen Begriffs Platz: der tiefen Homologie. Diese Entdeckungen ließen den Schluss zu, dass zwei Organismen zwar hinsichtlich ihrer Morphologie unterschiedlich sind, jedoch ein Muster der genetischen Regulation aufweisen können.

Eine tiefe Homologie bringt somit eine neue Perspektive in die morphologische Evolution. Der Begriff wurde zum ersten Mal in einem einflussreichen Artikel in der renommierten Zeitschrift Nature mit dem Titel: Fossilien, Gene und die Evolution tierischer Gliedmaßen verwendet.

Shubin et al., Autoren des Artikels, definieren ihn als "die Existenz genetischer Pfade, die an der Regulation beteiligt sind, um Merkmale bei Tieren zu konstruieren, die hinsichtlich Morphologie und phylogenetisch entfernt unterschiedlich sind". Mit anderen Worten, tiefe Homologien können in analogen Strukturen gefunden werden.

Das Pax6-Gen spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Erzeugung von Sehvermögen bei Mollusken, Insekten und Wirbeltieren. Hox-Gene hingegen sind wichtig für die Konstruktion von Gliedmaßen in Fischen und Tetrapoden. Beide sind Beispiele für tiefe Homologien.

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

Quelle: PhiLiP, über Wikimedia Commons

Analogie und Homoplasie

Wenn Sie die Ähnlichkeit zwischen zwei Prozessen oder Strukturen untersuchen möchten, können Sie dies in Bezug auf Funktion und Erscheinungsbild tun und nicht nur nach dem Kriterium des gemeinsamen Vorfahren.

Daher gibt es zwei verwandte Begriffe: die Analogie, die Merkmale mit ähnlichen Funktionen beschreibt und möglicherweise einen gemeinsamen Vorfahren hat oder nicht.

Andererseits bezieht sich Homoplasie auf Strukturen, die einfach gleich aussehen. Obwohl diese Begriffe im 19. Jahrhundert entstanden, gewannen sie mit dem Aufkommen evolutionärer Ideen an Popularität.

Zum Beispiel haben die Flügel von Schmetterlingen und Vögeln die gleiche Funktion: Flug. Wir können daraus schließen, dass sie analog sind, aber wir können ihren Ursprung nicht auf einen gemeinsamen Vorfahren mit Flügeln zurückführen. Aus diesem Grund sind sie keine homologen Strukturen.

Gleiches gilt für die Flügel von Fledermäusen und Vögeln. Die Knochen, die sich bilden, wenn sie homolog zueinander sind, weil wir einen gemeinsamen Ursprung dieser Linien verfolgen können, die das Muster der Knochen der oberen Gliedmaßen teilen: Humerus, Kubik, Radius, Phalangen usw. Beachten Sie, dass sich die Bedingungen nicht gegenseitig ausschließen.

Homoplasie kann sich in ähnlichen Strukturen wie den Flossen eines Delfins und denen einer Schildkröte widerspiegeln.

Quelle: John Romanes (1848-1894), über Wikimedia Commons

Bedeutung in der Evolution

Homologie ist ein Schlüsselbegriff in der Evolutionsbiologie, da nur sie
die gemeinsame Abstammung von Organismen angemessen widerspiegelt .

Wenn wir eine Phylogenie rekonstruieren möchten, um die Verwandtschafts-, Abstammungs- und Abstammungsbeziehungen zweier Arten festzustellen, und versehentlich ein Merkmal verwenden, das nur Form und Funktion teilt, würden wir zu falschen Schlussfolgerungen gelangen.

Wenn wir zum Beispiel die Beziehungen zwischen Fledermäusen, Vögeln und Delfinen bestimmen und die Flügel fälschlicherweise als homologen Charakter verwenden möchten, würden wir zu dem Schluss kommen, dass Fledermäuse und Vögel mehr miteinander verwandt sind als die Fledermaus mit dem Delphin.

A priori wissen wir, dass diese Beziehung nicht wahr ist, weil wir wissen, dass Fledermäuse und Delfine Säugetiere sind und mehr miteinander verwandt sind als jede Gruppe mit Vögeln. Daher müssen wir homologe Zeichen verwenden, wie z. B. die Brustdrüsen, die drei kleinen Knochen des Mittelohrs.

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