narządy homologiczne

Narządy homologiczne — Narządy homologiczne – narządy różnych, ale spokrewnionych ze sobą organizmów, pochodzące od tych samych struktur ale różniące się funkcją oraz wyglądem. Nazwa narządy homologiczne pochodzi od greckiego homologos znaczącego zgodny. Homologia jest to obecność u kilku gatunków struktur które zostały odziedziczone po wspólnym przodku. Jednym z przykładów są kończyny przednie ssaków – ręka człowieka, skrzydło nietoperza, noga konia.

Homologia a homoplastyka

Niektóre narządy mogą być do siebie podobne ale powstawać na skutek przystosowania do środowiska i adaptacji u niespokrewnionych ze sobą gatunków. W takim przypadku mówimy o narządach homoplastycznych (dawniej nazywanych analogicznymi). Mimo, że mogą przypominać narządy homologiczne to nimi nie są. Na przykład homoplastyczne będą skrzydła ptaków i skrzydła motyli – obie struktury służą do latania ale zostały wykształcone z różnych struktur u gatunków nie posiadających wspólnego przodka. Skrzydła ptaków to przekształcone kończyny przednie których podstawą jest szkielet kostny natomiast skrzydła owadów najprawdopodobniej powstały ze skrzelopodobnych wyrostków pojawiających się u ich wodnych przodków.

Innym przykładem jest opływowy kształt ciała rekinów i delfinów – zwierzęta te również nie są spokrewnione, ale żyją w takim samym środowisku i podobnie się do niego zaadaptowały.

Przy porównaniu szczegółów budowy narządów spokrewnionych ze sobą organizmów można dostrzec podstawowe podobieństwo i stwierdzić obecność homologii. Przykładem mogą być kończyny ssaków, które mają bardzo podobne ułożenie kości, mięśnie oraz nerwy mimo, że zewnętrznie nie wykazują podobieństwa oraz służą do przeróżnych typów lokomocji. Zarówno skrzydło nietoperza, łapa psa, przednia płetwa walenia oraz ręka człowieka będą połączone z tułowiem pojedynczą kością ramieniową, dalej będą występowały dwie kości przedramienia (łokciowa i promieniowa) oraz kości nadgarstka a następnie palce (choć w różnej liczbie).

U roślin przykładem homologii są liście, które w trakcie ewolucji ulegały różnym modyfikacjom, zyskując więcej funkcji niż przeprowadzanie fotosyntezy. Zarówno cierń chroniący miękką łodygę kaktusa jak i wąs czepny grochu służący jako podpora są to zmienione liście więc są to narządy homologiczne. Obydwa zjawiska – homologie jak i homoplazje dostarczają kluczowych dowodów procesu ewolucji. Cechy homoplastyczne świadczą o tym, że organizmy różnym pochodzeniu i innych przodkach mogą się w zbliżony sposób przystosowywać do analogicznych warunków środowiska. Takie zjawisko nazywamy konwergencją czyli ewolucją zbieżną. Źródłem procesu konwergencji jest obecność tych samych czynników doboru naturalnego, które wpływają na proces ewolucji niespokrewnionych ze sobą populacji. Mogą to być na przykład wymagania lokomocyjne lub pobieranie podobnego pożywienia. Taka równoległa ewolucja, która prowadzi do ukształtowania podobnych struktur u różnych grup organizmów jest też nazywana paralelizmem ewolucyjnym.

Kladystyka i anatomia porównawcza

Ustalenie czy dane narządy są homologiczne należy do analizy kladystycznej. Kladystyka, czyli systematyka filogenetyczna jest metodą uporządkowania gdzie jeden klad to zbiór organizmów posiadających wspólnego przodka. Jeżeli rozrysujemy rozdzielające się klady to powstaje drzewo dychotomiczne czyli schemat przedstawiający pochodzenie organizmów i ich wspólnych przodków.
W systematyce klasycznej mogą występować następujące grupy:

• monofiletyczne,
• parafiletyczne,
• polifiletyczne.

W kladystyce natomiast dopuszczalny jest tylko takson monofiletyczny który obejmuje wspólnego przodka oraz jego wszystkich potomków. Przykładem taksonu monofiletycznego są ssaki.

Narządy szczątkowe

W anatomii porównawczej zwraca się uwagę również na narządy szczątkowe, których obecność też świadczy o wspólnym pochodzeniu wielu organizmów. W samym ciele człowieka jest ponad sto struktur uważanych za szczątkowe. Jest to na przykład kość ogonowa (która powstała ze zrośnięcia kręgów ogonowych), trzeci ząb trzonowy (nazywany ósemką lub zębem mądrości) czy mięsień poruszający małżowinami usznymi. U innych zwierząt również można znaleźć wiele przykładów. Nieloty takie jak kiwi mają szczątkowe kości skrzydeł, świnie posiadają szczątkowe palce, którymi nie dotykają podłoża a gatunki ryjące podziemne korytarze, na przykład krety, mają oczy choć są ślepe. Dowodem na wspólne pochodzenie są też szczątkowe kończyny tylne występujące na przykład u waleni czy u niektórych węży i jaszczurek. Uwstecznianie się niektórych narządów jest spowodowane zmieniającym się trybem życia. Jeśli organ nie przynosi już korzyści to zaczyna maleć i tracić swoje funkcje. Zazwyczaj nie dochodzi do całkowitej eliminacji ponieważ obecność narządów szczątkowych jest dla organizmów nieszkodliwa.

Inne homologie

Pojęcie homologii nie ogranicza się tylko do porównywania całych narządów ale również genów czy białek. W takim wypadku mówimy o homologii sekwencji czyli układu i kolejności nukleotydów w genach oraz aminokwasów w białkach. Istnieje również homologia behawioralna, która mówi o podobieństwach jakie wykazują zwierzęta w sposobie zachowywania. Takie zachowanie wykazują na przykład ludzie i szympansy – u obu, spokrewnionych ze sobą gatunków w wyniku lęku pojawia się reakcja szyjno-barkowa polegająca na podniesieniu ramion i wtuleniu głowy w barki.

Historia

Pierwszy obserwacji homologii dokonał Arystoteles około 350 roku p.n.e. a przeanalizował je Pierre Belon w 1555 r. i opisał w „Księdze Ptaków”. Opisał podobieństwa w szkielecie jednak zinterpretował je jako coś stałego, nie biorąc pod uwagę możliwości zachodzenia zmian w procesie ewolucji. W 1790 roku Goethe opisał swoją teorię pochodzenia kwiatów od liści w „Metamorfozie roślin”.