Аналогия (биология)

Способность летать конвергентно развивалась у птерозавров ( 1 ), летучих мышей ( 2 ) и птиц ( 3 ). На крыльях этих групп позвоночных являются аналогичные органы (как передние конечности, гомологичные органы). У птерозавров крылья держатся на 4-м пальце, у летучих мышей - на 2-5 пальцах, а у птиц - на 2-м пальце.

Аналогия ( греческий ἀναλογία, аналогия «соответствие») в биологии сходстве структуры органов , белки , гены или поведения различных организмов , что каждый из этих филогенетический возник независимо друг от друга. Соответственно, общие предки этих живых существ еще не проявляли этого выражения. Аналогия часто связана с соответствующей функцией.

Развитие аналогичных черт у видов, которые не имеют близкого родства, называется конвергентной эволюцией (также конвергентным развитием или параллельной эволюцией ) или, для краткости, конвергенцией . Наличие конвергенции означает, что простое сходство признаков не позволяет делать выводы о взаимосвязи. Подобные функции могут указывать только на ту же или похожую функцию. С самого начала нельзя исключать даже случайное сходство. Особенно в молекулярной биологии, когда встречаются общие черты, основанные на аналогии и, следовательно, ничего не говорящие о взаимоотношениях между исследуемыми видами, используется гомоплазия .

Противоположное - общие черты, унаследованные от общего предка и, следовательно, похожие друг на друга - называется гомологией . Гомологичные органы или гены имеют одинаковое происхождение, но не обязательно одинаковые функции. Они могут развиваться обособленно в течение длительных периодов времени ( дивергенция ), а затем сильно отличаться при сравнении видов . Сходство характеристик между разными видами независимо от их гомологии или аналогии, например Б. Если это неизвестно или является спорным, это называется перепиской .

Как правило, аналогия или гомология используются только в отношении характеристик. Было предложено связать термины и с функциями, но обычно это нечасто.

Аналоговые функции

Аналогичные органы не только похожи по функциям, но частично и внешне, частично даже (внешне) анатомически. Но они филогенетически разные и возникли независимо друг от друга. Таким образом, они не изображают семейные отношения. Скорее, аналогичные органы позволяют делать выводы только о схожих условиях окружающей среды и образе жизни.

Согласно системной теории эволюции, аналогичные особенности возникают в результате взаимодействия конвергентного давления отбора и коридоров развития. Они развиваются в процессе эволюции путем адаптации к аналогичным функциональным требованиям и сходным условиям окружающей среды. Часто живые существа с аналогичными характеристиками приспособились к аналогичным экологическим нишам (см. Эквивалентность работы ).

Термины аналогия и конвергенция особенно часто используются в зоологии . Одним из примеров этого является образование плавников у рыб и китов . Плавники китов имеют ту же функцию и форму, что и плавники рыб, но исторически они произошли от конечностей млекопитающих, которые раньше жили на суше .

В ботанике есть аналогичные образования растений. Таким образом, по обыкновению колючки часто путают с шипами . В отличие от шипов, шипы образуются только из верхних слоев клеток ( эпидермиса , корковой ткани ). Так что это только поверхностные структуры ( выходы ). С другой стороны, шипы являются преобразованием листьев или оси стебля . Такие преобразования для адаптации к особым условиям жизни и окружающей среды в ботанике называют метаморфозами .

Термины аналогия и гомология также используются в эволюционных рассуждениях в молекулярной генетике и протеомике . В случае аналогичных генов или белков последовательности оснований или аминокислот представляют собой разделы, имеющие одно и то же имя. Б. возникают в результате мутаций разных генов или генов, расположенных в разных местах (локусах).

Примеры

Вымерший тилацин , не имеющий близкого родства с собаками, является примером конвергентной эволюции.
Треугольный молочай, популярное комнатное растение , похож на кактус-канделябр.

Классическими примерами являются черепа волков и тилацинов , форма муравьеда и трубкозуба или даже ежей и ежей . Причиной таких сходящихся событий, которые привели к аналогиям, являются те же факторы выбора, которые привели к сопоставимым корректировкам. «Самый известный пример - сумчатые животные Австралии [...], поскольку в Австралии не было плацентарных млекопитающих, у них развились типы адаптации, соответствующие таковым в северном полушарии».

Другой пример - конечности различных водных позвоночных, которые приспособлены для передвижения под водой, например B. черепахи , киты и пингвины , все из которых представляют собой модификации основного плана пятиконечной конечности и, таким образом, гомологичны друг другу, но развились независимо друг от друга из-за их различного происхождения от ног или крыльев и, следовательно, аналогичны друг другу. Следовательно, это вопрос адаптации к аналогичным условиям окружающей среды, что приводит к аналогичным формам и функциям. Однако если вы вернетесь достаточно назад в генеалогическое древо, рептилии, млекопитающие и птицы произошли от общего предка, у которого была пятиконечная передняя конечность.

Конвергентная эволюция предполагается даже в пределах определенных таксонов , таких как ротовой аппарат насекомых. Здесь оригинальные жевательные и жевательные части ротовой полости развились в различные функциональные типы, с одной стороны, образование хоботка у насекомых, посещающих цветы, которые могут очень эффективно поглощать нектар, а с другой стороны, конвергентное образование колюще-сосущих ротовых частей.

Несмотря на большое морфологическое сходство, животных вши также разработаны два независимо друг от друга в процессе эволюции . Таким образом, полное соответствие паразитических характеристик тела является результатом адаптации к животному-хозяину .

Конвергентное развитие также известно на заводах. Пример можно найти в суккулентах : кактус Pachycereus weberi - канделябр Нового Света - очень похож на треугольный молочая Euphorbia trigona из Африки. Расположение колючек листьев и форма цветка позволяют различать ( определять ). Сходство основано на адаптации к сухому и жаркому месту.

Сходимость наблюдается не только в области формы тела, но и на молекулярном уровне. Жвачные животные, такие как домашний скот и стройные обезьяны -листоеды, такие как langur Presbytis entellus, принадлежат к отдаленным систематическим группам, но имеют очень похожую молекулу лизоцима , которая вырабатывается в желудке.

Другие примеры аналоговых органов и структур:

Разграничение сроков

Аналогия и гомология

  • Структуры, которые нельзя проследить до общего плана, аналогичны. Подобное их выражение объясняется конвергенцией. Пример: Крылья птиц и летучих мышей (летная перепонка) аналогичны крылу - перья или летная перепонка. Однако у летучих мышей их летная перепонка протянута между пальцами передних ног, птицы летают всем крылом, то есть рукой с перьями. Функциональное равенство основано на совершенно другой схеме.
  • Гомологичные - это структуры, которые можно проследить до общей схемы. Их разные характеристики объясняются расхождением . Пример: передние плавники дельфина и передние лапы слона гомологичны относительно скелета, поскольку порядок костей, то есть плечевая, локтевая, лучевая и т. Д., Остался прежним. Практически один и тот же план строительства выполняет совершенно другую функцию.

Иногда различие между «аналогом» и «гомологичным» зависит от точки зрения: плавники дельфинов и пингвинов представляют собой гомологичные конечности, но структура плавников не восходит к общим предкам. Они представляют собой аналогичные эксаптации Точно так же крылья летучих мышей и птиц представляют собой аналогичные разработки, основанные на гомологичных конечностях. В обеих парах примеров общие структуры общих предков - это передние конечности Sauropsida около 310 миллионов лет назад.

Вторичные образования

Иногда функцию органа, регрессировавшего в ходе эволюции, позже выполняет вторично аналогичный орган, когда условия жизни снова меняются в исходном направлении, например B. Наземное животное возвращается в воду (пример: китовая двуустка как вторичный хвостовой плавник ). В редких случаях, таких как вторичный височно-нижнечелюстной сустав , переход от первичного органа к вторичному также является прямым.

Коэволюция

Совершенно иной процесс, чем конвергенция или параллельная эволюция, - это коэволюция , которая описывает адаптации сильно взаимодействующих видов. Примером могут служить некоторые представители рода растений Hippeastrum (рыцарская звезда), форма цветка которых специально разработана для опыления некоторыми видами колибри. Форма клюва колибри со временем адаптировалась к форме чашечки. Такая совместная разработка имеет преимущества для обоих типов. С одной стороны, это гарантирует, что колибри не придется конкурировать с представителями других видов за пищу, поскольку никакое другое животное не может достать нектар. С другой стороны, форма тела птицы и тот факт, что она глотает нектар в полете, гарантирует, что пыльца прилипнет к ее груди и будет опылять другие цветы. Сходство видов из-за мимикрии , например имитация рисунка крыльев ядовитой бабочки не близкородственным неядовитым видом, также можно понимать как коэволюцию.

параллелизм

Чарльз Дарвин уже называл подобие форм в географически удаленных регионах параллелизмом . Позже этот термин в основном использовался, когда близкородственные виды, например представители одного и того же рода, развивают общие характеристики независимо друг от друга. Это использование все еще распространено сегодня. Согласно этому использованию, конвергенция ограничивается развитием сходных черт только у отдаленно родственных видов. Однако не все биологи практикуют это строгое концептуальное разделение.

Смотри тоже

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Ульрих Леманн: палеонтологический словарь. 4-е издание. Энке, Штутгарт, 1996.
  2. ^ Рэй Ланкестер : об использовании термина «гомология» в современной зоологии и различии между гомогенетическими и гомопластическими соглашениями. В: Анналы и журнал естествознания, зоологии, ботаники и геологии. 4-я серия, том 6, 1870 г., стр. 34-43.
  3. ↑ Майкл Т. Гизелин: Гомология как отношение соответствия между частями индивидов. В кн . : Теория в биологических науках. 124, 2005, стр. 91-103. DOI: 10.1016 / j.thbio.2005.08.001
  4. ↑ Джордж В. Лаудер: гомологии, форма и функция. В: Брайан К. Холл (ред.): Гомология: иерархическая основа сравнительной биологии. Elsevier, 2013, ISBN 978-0-08-057430-1 , глава 4.
  5. ↑ Эрнст Майр: Это эволюция. Мюнхен 2003, с. 195.
  6. ↑ Эрнст Майр: Это эволюция. Мюнхен, 2003 г., стр. 195 f.
  7. ↑ HW Krenn , J. Plant, NU Szucsich: Ротовые органы насекомых, посещающих цветы. В кн . : Строение и развитие членистоногих. 34, 2005, стр. 1-40.
  8. ↑ HW Кренн, Б.-А. Геребен-Кренн, Б.М. Штайнвендер, А. Попов: Цветки, посещающие Neuroptera: ротовые органы и пищевое поведение Nemoptera sinuata (Nemopteridae). В: Европейский журнал энтомологии. 105, 2008, стр. 267-277.
  9. ↑ Дж. Баудер, Н. Лискониг, Х. У. Кренн: Неотропическая бабочка Eurybia lycisca (Riodinidae) с чрезвычайно длинными языками: морфология хоботка и обработка цветов. В кн . : Строение и развитие членистоногих. 40, 2011, стр. 122-127.
  10. ↑ К.П. Джонсон и др.: Множественные причины паразитизма у вшей . В: Proc Biol Sci . Лента 271 , нет. 1550 , 2004, стр. 1771-1776 , PMID 15315891 .
  11. ↑ Эндрю Кокберн: Эволюционная экология. Густав Фишер Верлаг, Штутгарт, 1995, стр. 39 f.
  12. ↑ Ричард Докинз : Истории от происхождения жизни: Путешествие во времени по стопам Дарвина . Встреча 16.
  13. ↑ Георг Тёпфер: Исторический словарь биологии. История и теория основных биологических понятий. Том 1: Аналогия с целостностью. Verlag JB Metzler, Штутгарт / Веймар 2011, ISBN 978-3-476-02316-2 , стр. 9.