Что такое гомологичные органы биология
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
В ЕГЭ этот вопрос встречается очень часто, и, видимо, вызывает у многих учащихся трудности … итак,
Гомологичные и аналогичные органы
Гомологичные органы — органы, сходные между собой по происхождению, строению, но выполняющие разные функции. Появление их — результат дивергенции.
Дивергенция означает расхождение. Расхождение признаков в результате естественного отбора может происходить из-за смены условий окружающей среды и приводит к образованию двух или более дочерних видовых форм
Видообразование — возникновение новых видов от общего предка в результате дивергенции признаков
Аналогичные органы — органы и части животных или растений, сходные в известной мере по внешнему виду и выполняющие одинаковую функцию, но различные по строению и происхождению, являются результатом конвергенции
Происхождение определяется зародышевыми листками и тканями, образующими эти органы
Конвергенция — термин, противоположный дивергенции — схождение признаков у неродственных организмов, обитающих в одной среде обитания, является результатом движущей формы отбора,
Чтобы все особенности аналогичных и гомологичных органов были более понятны, сведем их все в таблицу:
| Признаки | Гомологичные органы | Аналогичные органы |
|---|---|---|
| Строение | часто различны по строению | имеют схожее строение |
| Происхождение | имеют общий зародышевый источник | происходят из различных зародышевых источников |
| Функции | могут быть и разными, и схожими | одинаковые |
| Причина появления | приспособление к различным условиям существования | приспособления к похожим условиям существования |
В ЕГЭ огромное количество вопросов с примерами органов аналогов и гомологов. В таблице, приведенной ниже, указаны все, встречавшиеся на экзаменах:
(*) «Г) зубы акулы и кошки» являются гомологичными органами, т.к. клеточные ткани будущих зубов берут начало из эмбрионального слоя, эктодермы; зубы не являются костным образованием, однако представляют собой соединение тканей различной плотности и твердости: эмали, дентина и цемента. В процессе эволюции, впервые, зубы появились у акул.
Гомология (биология)
Гомологичными (др.-греч. ὅμοιος — подобный, похожий; λογος — слово, закон) в биологии называют сопоставимые части сравниваемых биологических объектов.
Содержание
Терминология
В биологии понятие гомологии используется в сравнительной анатомии (см., например, Список гомологичных органов репродуктивной системы человека) с середины XIX века, и — в ревизованном виде — в сравнительных исследованиях генома. В рамках эволюционной биологии гомология интерпретируется как сходство, обусловленное происхождением от общего предка. В некотором смысле противоположным по значению термином, применяемым в тех случаях, когда два сходных органа или гена не имеют общего предшественника, является аналогия.
Кроме того, понятие гомологии используется в родственном, но несколько ином значении, в работах Н. И. Вавилова и более поздних авторов о законе гомологических рядов в наследственной изменчивости.
Гомология в сравнительной анатомии
История понятия
«…a part or organ in one animal that has the same function as another part or organ in a different animal…»
[часть или орган животного, который имеет ту же самую функцию, что и другая часть или орган у иного животного]
и гомологичные структуры:
«the same organ in different animals under every variety of form and function…»
[тот же самый орган у различных животных при всех вариациях формы и функции] [4]
Примерами аналогичных структур могут служить крылья насекомых и птиц. Примерами гомологичных — крыло птицы и рука человека. С понятием гомологии Оуэн связывал понятие архетипа или плана строения. Путем сопоставления скелетов Оуэн реконструировал архетип позвоночного и архетипы каждого из признанных на тот момент классов позвоночных животных (рыб, рептилий, птиц и млекопитающих). Скелеты конкретных позвоночных он рассматривал как реальные воплощения этих архетипов. По его примеру Томас Хаксли реконструировал архетип (план строения) моллюсков. Поиск планов строения для разных групп животных и растений стал одной из важнейших задач сравнительной анатомии второй половины XIX века.
Со становлением эволюционного учения, начиная с работ Чарльза Дарвина, понятия гомологии и архетипа были переинтерпретированы. Гомологичные органы стали считать органами, унаследованными от общего предка, а архетип стали рассматривать как гипотетического общего предка группы, для которой он реконструирован. [5]
Следует отметить, что ещё до работ Оуэна предпринимались попытки формализовать процедуру сравнения живых существ и выработать общие принципы сравнительной анатомии. Так, Этьен Жоффруа Сент-Илер в своей работе Анатомическая философия развивал теорию аналогов и сформулировал закон коннексий. Отталкиваясь от учения Аристотеля об аналогиях, он пытался придать понятию аналога большую строгость, найти критерии и параметры сравнения, предложив называть так органы, которые занимают сходное положение относительно других органов у сравниваемых организмов. На основе этой теории он, по сути, одним из первых приступил к установлению гомологий. В своих построениях Э. Жоффруа Сент-Илер нередко увлекался (например, он утверждал, что в основе организации членистоногих и позвоночных лежит общий план строения, только у членистоногих внутренности находятся внутри, а не снаружи от позвоночника). Его ученики также развивали идеи о единстве плана строения всех животных, в том числе, моллюсков и позвоночных, что послужило одним из поводов к знаменитой дискуссии между Э. Жоффруа Сент-Илером и Жоржем Кювье (1830).
К предшественникам Оуэна можно отнести и Иоганна Вольфганга Гёте — не только поэта, но и естествоиспытателя, а также ряд анатомов конца XVIII — начала XIX века, занимавшихся сходными проблемами. В частности, Гёте, благодаря сравнительным исследованиям черепа позвоночных, обнаружил в черепе человека части, соответствующие межчелюстной кости (до этого её отсутствие считалось важным отличием человека от животных).
Другой важной темой в ранних исследованиях в области установления гомологий у позвоночных (от Гёте и Жоффруа Сент-Илера до Оуэна) стала позвоночная теория черепа, согласно которой череп позвоночных представляет собой продукт слияния нескольких позвонков. Несмотря на то, что эта теория позднее была окончательно отброшена (это произошло в конце XIX века), она имела значительную эвристическую ценность. Например, современные представления о том, что голова насекомых состоит из нескольких сросшихся между собой сегментов, берут свое начало от работ начала XIX века, выполненных учениками Жоффруа Сент-Илера, которые пытались распространить позвоночную теорию черепа за пределы позвоночных.
Критерии гомологии по Ремане
Другие критерии гомологии
Разными авторами предлагались и другие критерии гомологии, в том числе
Родственные и производные понятия
Олигомеризация гомологичных (гомодинамных) органов
Принцип множественной закладки новообразующихся органов Догеля — новые органы возникают (напр., из-за перемены образа жизни — перехода от сидячего образа жизни к подвижному или от водного к наземному) обычно в большом числе, слабо развиты, однородны и часто располагаются без определенного порядка. По мере дифференциации они приобретают определенную локализацию, количественно уменьшаясь до постоянного числа для данной таксономии. Например, сегментация тела в типе кольчатых червей носит множественный и неустановившийся характер. Все сегменты однородны. У членистоногих (произошедших от кольчатых червей) число сегментов в большинстве классов сокращается, становится постоянным, отдельные сегменты тела, объединяемые обычно в группы (голова, грудь, брюшко и т. п.), специализируются на выполнении определенных функций.
Выяснение, сохраняют они множественный характер или уже подверглись олигомеризации те или иные органы, позволяет судить о степени древности их возникновения. По комбинации органов разного возраста иногда можно судить о филогении.
Для эволюции одноклеточных характерна не олигомеризация, а полимеризация, то есть, увеличение, умножение частей клетки (органоидов).
Гомология в сравнительной геномике
Гомологичные последовательности ДНК
Сравнительный анализ последовательностей нуклеотидов в ДНК и аминокислот в белках потребовал развития традиционного понятия гомологии. При анализе последовательностей принято различать ортологию и паралогию (и, соответственно, ортологи и паралоги).
Гомологичные последовательности называют ортологичными, если к их разделению привел акт видообразования: если ген существует у некоего вида, который дивергирует с образованием двух видов, то копии этого гена у дочерних видов называются ортологами. Гомологичные последовательности называют паралогичными, если к их разделению привело удвоение гена: если в пределах одного организма в результате хромосомной мутации произошло удвоение гена, то его копии называют паралогами.
Ортологи обычно выполняют идентичные или сходные функции. Это не всегда справедливо в отношении паралогов. Ввиду отсутствия давления отбора на одну из копий гена, подвергшегося удвоению, эта копия получает возможность беспрепятственно мутировать далее, что может привести к возникновению новых функций.
Так, например, гены, кодирующие миоглобин и гемоглобин, обычно считаются древними паралогами. Сходным образом, известные гены гемоглобинов (α, β, γ и т. д.) — паралоги друг друга. В то время как каждый из этих генов служит той же самой основной функции транспорта кислорода, их функции уже несколько дивергировали: гемоглобин зародыша (фетальный гемоглобин с субъединичной структурой α2γ2) имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин взрослого человека (α2β2).
Другой пример: гены инсулина у крыс и мышей. У грызунов имеется пара паралогичных генов, однако вопрос о том, произошла ли дивергенция функций, остается открытым. Паралогичными обычно называют гены, принадлежащие одному и тому же виду, однако это вовсе не необходимо. Например, паралогами можно считать гены гемоглобина человека и миоглобина шимпанзе.
Одним из методов, применяющихся в современной биоинформатике для исследования гомологичности белков с известными аминокислотными последовательностями является выравнивание белков, суть которого заключается в нахождении с помощью различных алгоритмов наиболее консервативных остатков в этих последовательностях, которые обычно являются ключевыми для выполнения одной или нескольких функций белка, исследовании доменной структуры данного белка с помощью поиска известных структурных мотивов и доменов в исследуемом белке. Также с помощью различных баз данных можно осуществить поиск гомолога данного белка в различных организмах, построить филогенетическое дерево различных белковых последовательностей и тому подобное.
Гомологичные хромосомы
Гомологичными хромосомами в диплоидной клетке называют парные хромосомы, каждая из которых досталась от одного из родителей. За исключением половых хромосом у представителей гетерогаметного пола, последовательности нуклеотидов в каждой из гомологичных хромосом имеют значительное сходство по всей длине. Это означает, что в типичном случае они содержат одни и те же гены в одинаковой последовательности. Половые хромосомы у гетерогаметного пола также имеют гомологичные участки (хотя они занимают лишь часть хромосомы). С точки зрения анализа последовательностей, половые хромосомы следует считать паралогичными.
Гомологические ряды в наследственной изменчивости
В своей работе Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости [12] Николай Иванович Вавилов описал явления параллелизма мутаций в близкородственных группах растений. По аналогии с гомологическими рядами органических соединений, он предложил назвать это явление Гомологические ряды в наследственной изменчивости. Описание закономерностей наследственных вариаций позволяло предсказывать и целенаправленно искать ещё не выявленные гомологичные мутации у разных видов культурных растений, что привело к интенсификации селекционной работы.
Следует отметить, что, в отличие от химии, здесь речь идет об эмпирическом обобщении, а не о формальной теории, позволяющей выработать рациональную номенклатуру органических молекул, исходящую из определенного закона построения гомологического ряда.
Гомологичные органы
Смотреть что такое «Гомологичные органы» в других словарях:
гомологичные органы — органы, имеющие одинаковое происхождение, но выполняющие разные функции, напр. колючка боярышника (Crataegus) и усик винограда (Vitis) – видоизмененные побеги (см. рис. Гомологичные органы – видоизмененные побеги : а – колючка боярышника; б –… … Анатомия и морфология растений
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ — в биологии развиваются из общих зачатков у организмов различных систематических групп, сходны по основному плану строения и развитию; могут выполнять одинаковые (напр., луковица тюльпана и клубень картофеля) или неодинаковые (напр., крыло птицы и … Большой Энциклопедический словарь
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ — (от греч. ho mologos согласный, соответственный), название морфологически сходных органов,т.е. органов одинакового происхождения, развивающихся из одинаковых зачатков и обнаруживающих сходное морфол. соотношение. Термин «гомология»… … Большая медицинская энциклопедия
гомологичные органы — (биол.), развиваются из общих зачатков у организмов различных систематических групп, сходны по основному плану строения и развитию; могут выполнять одинаковые (например, луковица тюльпана и клубень картофеля) или неодинаковые (например, крыло… … Энциклопедический словарь
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ — органы, имеющие одинаковое происхождение, но различающиеся по строению и часто выполняющие разные функции (напр., видоизмененными побегами являются филлокладии Ruscus, клубни картофеля и колючки у Genista) … Словарь ботанических терминов
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ — (от греч. homólogos соответственный, подобный), органы животных и растений различных систематических групп, сходные по основному плану строения и развитию и выполняющие одинаковые (сердце позвоночных) или разные (крыло птицы и ласт кита)… … Ветеринарный энциклопедический словарь
гомологичные органы — биол. Органы животных и растений, имеющие сходное происхождение, но различающиеся по внешнему виду или функциям (например: рука человека и крыло птицы) … Словарь многих выражений
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ — (биол.), развиваются из общих зачатков у организмов разл. систе матич. групп, сходны по осн. плану строения и развитию; могут выполнять одинаковые (напр., луковица тюльпана и клубень картофеля) или неодинаковые (напр., крыло птицы и рука… … Естествознание. Энциклопедический словарь
ОРГАНЫ ГОМОЛОГИЧНЫЕ — органы, имеющие одинаковое происхождение и одинаковый план строения, но выполняющие иногда различные функции. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
органы гомодинамичные — гомологичные О. одного и того же организма, напр. конечности … Большой медицинский словарь
Гомологичные и аналогичные органы
Как репетитору ЕГЭ по биологии, мне кажется важным помнить о каких именно типах эволюционных преобразований идет речь?
Это дивергентный и конвергентный типы преобразований организмов, приводящие к формированию надвидовых (макроэволюция) систематических единиц.
Конвергенция — приобретение сходных признаков у не родственных организмов. Конвергенцией объясняется появление аналогичных органов, имеющих различное происхождение, но выполняющих сходные функции.
Почему приходится заострять на этом ваше внимание
Да все просто. Поскольку базовых понятий два (дивергенция и конвергенция), объясняющих появление в эволюции двух типов органов (гомологичных и аналогичных), то с вероятностью 50% они запоминаются неправильно.
Возможно, табличка из пособия Т.Л.Богдановой поможет кому-то не путать функции и пути образования гомологичных и аналогичных органов в процессе макроэволюции. Но привожу эту табличку без изменений: именно в таком виде она объясняет почему у учащихся возникает так много путаницы при ответах на многочисленные тестовые задания по выявлению гомологичных и аналогичных органов.
Что неверного в этой таьблице? Первый и третий отличительные признаки «Происхождение» и «Путь образования» действительно подходят для сравнительной характеристики гомологичных и аналогичных органов.
Например, ноги лошади и ноги человека — явно гомологичные органы, так как имеют общее происхождение, но и функция то у них тоже сходная.
Какой вывод следует сделать
Как репетитор ЕГЭ по биологии, могу посоветовать всегда стараться выделять что-то главное, а что-то второстепенное.
Ничего не запоминайте чисто механически, а выстраивайте в своей голове четкую логическую цепочку из приведенных фактов и следствий. Только тогда можно судить о том, что новый материал не просто запомнился, а именно усвоился.
Ниже приводятся 52 примера заданий из тестовых вариантов ЕГЭ на определение гомологичных и аналогичных органов, присланные мне преподавателем Владимиром Анатольевичем. Решил разместить их в этой статье. Все приводимые здесь примеры гомологичных органов — результат дивергентной эволюции, а примеры аналогичных органов — результат конвергенции.
Примеры заданий на гомологичные органы
Примеры заданий на аналогичные органы
Считаю совершенно неправильным, когда в тесты КИМов ЕГЭ помещают задания на определение гомологов или аналогов, по которым в разных учебниках даются противоположные ответы.
К данной статье было довольно много полезных комментариев, касающихся не четкости в критериях дивергентного и конвергентного путей образования гомологичных и аналогичных органов, которые я поместил в отдельную статью.
Для подготовки к сдаче ЕГЭ или ОГЭ, у меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты Открытого Банка Заданий ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции. Гомологичные и аналогичные органы
С помощью сравнительной анатомии доказывают родство организмов, сравнивая строение беспозвоночных и ископаемые остатки.
Сравнительно-анатомические исследования обнаруживают черты сходства передних конечностей у некоторых позвоночных животных, хотя выполняющие функции их различны (рис. 28). Приведем в качестве примера плавники кита, передние конечности крота и крокодила, крылья птиц и летучей мыши, руки человека. В зависимости от функции некоторые кости конечностей атрофируются или срастаются. Несмотря на некоторые отличия в размерах, сходные признаки показывают их родство.
Рис. 28. Эволюция передних конечностей наземных позвоночных
Органы, соответствующие друг другу по строению и происхождению независимо от выполняемых ими функций, называются гомологичными.
Рассмотрим гомологичные органы животных на примере крыльев летучей мыши и передних конечностей крота.
Как вы знаете из курса зоологии, крылья летучей мыши приспособлены для полета, а передние конечности крота — для копания земли. Но, несмотря на различные функции, в строении их костей много общего. Конечности крота и летучей мыши состоят из сходных элементов: лопатки, костей плеча, предплечья, запястья, пясти, фаланг пальцев. Отличие только в том, что кости запястья у летучей мыши слаборазвиты, у крота фаланги пальцев короткие. Несмотря на эти небольшие различия, у них сохраняется общее сходство костей.
Гомологичные органы растений. К гомологии листа относятся колючки барбариса, кактуса, шиповника и усики гороха. Так, колючки барбариса и шиповника, легко отделяющиеся от коры веток, — это видоизмененные листья, защищающие их от поедания животными. Кактусы из-за обитания в условиях засушливости имеют видоизмененные листья-колючки, которые способны экономно расходовать влагу. Усики гороха цепляются за растения, чтобы поднять на свет свои слабые стебли. Несмотря на внешние отличия — колючки, усики, растения имеют общее происхождение.
К гомологии стебля относятся корневища ландыша, касатика, пырея. Клубень картофеля, луковицы лука, шипы боярышника — это видоизмененный стебель. Хотя в зависимости от функции они видоизменены, их общий предок — побег.
Аналогичные органы. Внешне очень сложно определить общность происхождения сходных органов. Например, крылья бабочки и птицы служат для полета. Но крылья бабочки — особое образование на спинной стороне груди, а крылья птицы — измененные передние конечности. Внешние сходства связаны с приспособлениями к среде, но родства не имеют.
Органы, выполняющие однородные функции, но не имеющие сходного плана строения и происхождения, называются аналогичными.
Например, конечности крота и медведки (рис. 29) хотя выполняют сходные функции, но их строение и происхождение различны.
Рис. 29. Аналогичные (конечности крота и медведки) органы
Сравнительная анатомия устанавливает родство отдаленных друг от друга видов. Например, зубы человека и млекопитающих похожи на хрящ акулы. В древности зубы позвоночных животных появились из чешуй, перешедших в ротовую полость. Также слуховая косточка-молоточек млекопитающих входила в состав нижней челюсти костных рыб, земноводных, пресмыкающихся и птиц. Особенности строения костей верхних и нижних конечностей и скелет рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих одинаковы. Это является доказательством единства происхождения всех позвоночных животных.
Промежуточная форма. Между крупными систематическими группами существуют промежуточные формы, свидетельствующие о единстве органического мира. Например, размножение низших яйцекладущих млекопитающих (ехидны и утконоса), наличие клоаки доказывают их сходство с пресмыкающимися.
Сравнительно-анатомические доказательства. Гомологичные органы. Аналогичные органы.
1. Гомологичные органы с общим происхождением и строением развиваются из сходных зачатков.
2. Аналогичные органы выполняют сходные функции, но имеют различное происхождение.
1. В каких случаях проводится сравнительная анатомия?
2. Приведите примеры гомологичных органов у животных.
1. Назовите гомологичные органы растений.
2. В чем различие между аналогичными и гомологичными органами?
1. Приведите примеры аналогичных органов.
2. Дайте определение аналогичных и гомологичных органов.
Лабораторная работа № 4
Примеры сравнительно-анатомических доказательств эволюции
Приборы и оборудование: гербарии гороха, барбариса, шиповника, верблюжьей колючки, малины, клубень картофеля, кактус, корневище ландыша (можно взять касатик ), лук; рисунки таракана, кузнечика, водомер (если есть коллекции), рисунок бабочки, чучело птицы, рисунок летучей мыши; влажные препараты речного рака, рыбы, лягушки, ящерицы.
1. Знакомство с гомологичными органами растений.
2. Гомологичные органы животных.
3. Аналогичные органы растений.
4. Аналогичные органы животных.
5. В конце работы заполните таблицу.