Карьера

Примеры гомологичных органов в биологии. Аналогичные, гомологичные органы, рудименты и атавизмы

Гомологичными органами являются сопоставимые элементы биологических объектов. При их сравнении выявляются части, которые признаются подобными. Рассмотрим далее, какими могут быть гомологичные органы. Примеры таких элементов также будут приведены в статье.

Терминология

Понятие "гомология" изначально стало применяться в сравнительной анатомии. В эту отрасль биологии определение ввели в середине 19-го столетия. В эволюционной биологии этот термин трактуется как сходство, которое обусловлено происхождением от общих предков. В определенном смысле противоположное значение имеет понятие аналогии. Оно применяется тогда, когда два схожих элемента появились не от одного предшественника. Понятие "гомология" используется также в родственном, но немного ином значении, в трудах Вавилова и ряда более поздних исследователей о законе сходных категорий в наследственной изменчивости.

Сравнительная анатомия

Гомологичные органы изучались Р. Оуэном. Именно он ввел термин в науку в 1840 гг. Ученый не ставил задачу решить филогенетические проблемы, а предложил различать:

Аналогичные - часть или структуру одного существа, исполняющую ту же функцию, что и иной элемент.
Гомологичные органы животных разных видов при всех вариациях функции и формы.

К первым можно отнести крылья птиц, насекомых, верхние или нижние конечности человека. Эти элементы относятся к одному существу и исполняют одинаковые функции. То есть, они не выступают как гомологичные органы. Примеры вторых - крыло птицы и рука человека. Эти элементы выступают как части разных существ, но имеют определенное сходство.

План строения

Изучая гомологичные органы, Оуэн делал упор на архетип. Сопоставляя скелеты, исследователь реконструировал планы строения конкретного позвоночного и представителей рептилий, птиц, рыб, млекопитающих. Скелеты определенных организмов он рассматривал как воплощения данных архетипов. По пути Оуэна пошел Т. Хаксли. Он реконструировал план строения представителей моллюсков. Таким образом, во второй половине 19-го столетия поиск архетипов различных групп существ и растений стал выступать в качестве одной из ключевых задач сравнительной анатомии. С развитием эволюционного учения Дарвина рассматриваемые понятия были переинтерпретированы. Так, гомологичные органы стали считаться элементами, унаследованными от одного предка. При этом архетип рассматривался как гипотетический общий предшественник той группы, для которой он был реконструирован.

Выработка принципов

Необходимо отметить, что попытки формализовать процесс сравнения существ и разработать определенные закономерности предпринимались до трудов Оуэна. В частности, Э. Ж. Сент-Илер в "Анатомической философии" развивает теорию аналогов. В этом труде он формулирует закон коннексий. Основываясь на учении Аристотеля, автор пытается придать понятию "аналогия" большую строгость. Он стремится найти параметры сравнения и критерии, предлагая именовать этим термином органы, занимающие схожее положение относительно других структур у сравниваемых существ. На базе данной теории, он, по сути, начал исследование проблемы одним из первых. В своих размышлениях, однако, Сент-Илер достаточно часто увлекался. Так, к примеру, он говорил, что в основу организации позвоночных и членистоногих положен общий план, только у последних органы расположены внутри, а не снаружи от позвоночника. Его последователи также развивали концепцию о единстве архетипа всех существ. Это впоследствии стало одной из причин знаменитой дискуссии Сент-Илера и Ж. Кювье.

Работы Гете

Этот выдающийся человек был не только поэтом, но и естествоиспытателем. За счет сравнительных исследований черепа позвоночных Гете выявил в аналогичной части скелета человека элементы, которые соответствуют межчелюстной кости. До этого момента ее отсутствие считалось одним из важнейших отличий человека и животного. Позвоночная концепция черепа стала второй ключевой темой исследования на ранних этапах становления гомологии. В соответствии с этой теорией череп выступает как результат слияния нескольких позвонков. Спустя время эта концепция была отброшена. Но в течение всего времени своего существования эта теория имела существенное значение.

Критерии по Ремане

Эти признаки считаются сегодня классическими. Адольф Ремане сформулировал свои критерии в середине 20-го столетия. Согласно им:

Гомологичные органы растений или существ занимают сходную позицию относительно прочих элементов. Так, при существующих различиях черепов человека и кита кости, которые их составляют, находятся относительно друг друга похожим образом.
Гомологичные органы имеют сходное тонкое строение. В частности, при удалении глаза на его месте образуется жировая ткань. Однако она не гомологична присутствовавшему ранее на этом участке органу. Обуславливается это различием строения.
Если две формы не имеют сходства друг с другом, но связаны непрерывной последовательностью "переходных звеньев", то их можно признать гомологичными.

Прочие критерии

Критерий состава. Гомологичные органы состоят из похожих или расположенных сходным образом по отношению друг к другу частей. По своей сути, тот признак совпадает со вторым критерием А. Ремане.
Признак развития. Гомологичные органы должны формироваться из одинаковых эмбрионов.
Генетический признак. Гомологичными будут считаться структуры, которые развиваются на основе одной генетической программы, которая наследуется от общих предшественников.

Олигомеризация (принцип Догеля)

Она представляет собой уменьшение числа гомологичных органов и гомодинамных структур до определенного количества. Этот процесс связан с интенсификацией функций. Принцип Догеля проявляется в эволюции основных филогенетических структур многоклеточных животных. При этом процесс сопровождается прогрессивной функциональной и морфологической дифференцировкой.

Множественная закладка по Догелю

Этот принцип заключается в том, что возникновение новых органов происходит, как правило, в большом количестве (к примеру, при замене сидячего образа жизни подвижным, водного - наземным). При этом появившиеся структуры отличаются слабым развитием и однородностью, располагаются зачастую беспорядочно. По ходу дифференциации они начинают приобретать конкретную локализацию, постепенно уменьшаясь количественно до постоянного числа для определенной таксономии. Выявление того, сохранили ли их структуры множественный характер или подвергались олигомеризации, дает возможность оценить степень древности их появления. По сочетанию разновозрастных органов можно в некоторых случаях судить о филогении.

Органы, имеющие сходное строение и общее происхождение, независимо от выполняемых ими функций, называются гомологичными . Например, у представителей позвоноч-ных животных , обитающих на суше, в воздухе и в воде, передние конечности выполняют функции хождения, копательную, летательную, плава-тельную. Однако у всех они состоят из плеча, предплечья, образо-ванного локтевой и лучевой костями, костями запястья (рис. 45). Гомологичные органы встречаются также и у растений .

Примеры

Примерами гомологичных органов у растений являются усики гороха, шипы барбариса и кактуса. Это видоиз-менённые листья. У животных наиболее яркий пример — передние конечности позвоночных животных.

Аналогичными называют такие органы, которые выполняют одинаковые функции, но имеют различное происхождение. Колючки кактуса образовались в результате видоизменения листьев, шипы боярышника — стебля, а шипы розы и малины — вследствие изме-нения ростков эпидермиса (рис. 46). Примерами аналогичных орга-нов являются также глаза головоногих моллюсков и позвоночных животных. Глаза у головоногих моллюсков развиваются путём удлинения эктодермального слоя, а у позвоночных — из бокового ростка головного мозга.

Конвергенция

В отдельных случаях эволюционный процесс совершается в результате приспособления организмов, относящихся к различным систематическим группам, к одинаковым условиям обитания в течение миллионов лет . Такой процесс называется конвергенцией (от лат. convergere — приближаться) — схожестью признаков организмов, имеющих различное происхождение, в результате естест-венного отбора и одинаковых условий.

В качестве примера конвергенции можно привести сходство строения тела, органов движения акулы (рыбы), ихтиозавра (пресмыкающиеся , жившие в мезозойской эре и затем вымершие), дельфина (млекопитающие). Сходство внешнего вида представителей подкласса сумчатых и плацентарных из класса млекопитающих — сумчатого крота и крота обыкновенного — также является результатом конвергенции (рис. 47).

Примеры

Примерами аналогичных органов у растений могут служить иглы барбариса, иглы боя-рышника, шипы белой акации (боковые листья), шипы мали-ны (ростки кожицы); у животных — крылья бабочки (развиваются из задней части грудного отдела тела), крылья орла, летательные перепонки летучей мыши (образованы путём видоизменения перед-ней конечности).

Органы, утратившие в течение эволюционного процесса своё первоначальное значение и находящиеся на стадии исчезновения, называются рудиментарными . У древних предков эти органы были нормально развиты и выполняли определённые функции. Затем, в ходе эволюционного процесса, они потеряли своё биологическое значение и сохранились в виде остаточных органов. Материал с сайта

Примеры

Рудиментарные органы встречаются как у животных, так и у растений. Так, чешуйки у корневища ландышей, пырея, папоротника и комнатного растения аспидистры являются рудиментарными листьями. Вторые и третьи пальцы конечностей лошади, крестцовая кость и кости конечности кита, маленькая пара крыльев у мухи также являются рудиментарными органами. Рудиментарные органы у растений, животных и человека являются важным доказательством эволюции .

Явления атавизма также подтверждают историческое развитие органического мира. Под атавизмом понимают повторение у отдельных особей в онтогенезе признаков, характерных для их далёких предков.

Примеры

Примером атавизма являются случаи рождения зеброобразных жеребят, наличие нечётких полос на спине пегой лошади. Это свидетельствует о том, что дикие предки домашней лошади имели полосатый шерстяной покров. Иногда у коров бывает три пары сосков на вымени . Это указывает на то, что коровы произошли от диких предков, имевших четыре пары сосков.

Картинки (фото, рисунки)

Рис. 45. Гомологичные органы (передние конечности позвоночных животных): саламандра, черепаха, крот, лошадь, летучая мышь, птица
Рис. 46. Аналогичные органы: 1- иглы барбариса; 2 - иглы боярышника; 3 - шипы белой акации (боковые листья); 4 - шипы малины (ростки кожицы); 5 - крылья бабочки (развиваются из задней части грудного отдела тела); 6 - крылья орла; 7 - летательные перепонки летучей мыши (образованы путём видоизменения передней конечности)
Гомологичные и

Аналогичные органы - это органы, разные по происхождению, имеющие внешнее сходство и выполняющие сходные функции. Аналогичными есть жабры речного рака, головастика и жабры личинок стрекоз. Спинной плавник касатки (китообразные млекопитающие) аналогичен спинному плавнику акулы. Аналогичны бивни слона (разросшиеся резцы) и бивни моржа (гипертрофированные клыки), крылья насекомых и птиц, колючки кактусов (видоизмененные листья) и колючки барбариса (видоизмененные побеги), а также шипы шиповника (выросты кожицы).

Аналогичные органы возникают у далеких организмов вследствие приспособлений их к одинаковым условиям среды или выполнения органами одинаковой функции

Гомологичные органы - органы, сходные между собой по происхождению, строению, но выполняющие разные функции. Появление их - результат дивергенции.

Дивергенция означает расхождение. Расхождение может происходить из-за смены условий окружающей среды или из-за эволюционных процессов.

Конечности всех наземных позвоночных гомологичны, потому что они отвечают критериям гомологичности: имеют общий план строения, занимают сходное положение среди других органов, развиваются в онтогенезе из сходных эмбриональных зачатков. Гомологичны ногти, когти, копыта. Ядовитые железы змей гомологичны слюнным железам. Молочные железы - гомологи потовых желез. Усики гороха, иглы кактуса, иглы барбариса - гомологи, все они - видоизменение листьев.

Сходство в плане строения гомологичных органов есть следствие общности происхождения. Существование гомологичных структур есть следствие существования гомологичных генов. Различия возникают вследствие изменения функционирования этих генов под действием эволюционных факторов, а также вследствие ретардаций, акце-лераций и других изменений эмбриогенеза, ведущих к дивергенции форм и функций.

Рудименты - это третье веко у человека, аппендикс (червеобразный отросток слепой кишки), ушные мышцы, копчик - все это рудименты. У человека насчитывается около сотни рудиментов. У безногой ящерицы - веретеницы - есть рудиментарный плечевой пояс конечностей. У китов есть рудимент тазового пояса. Наличие рудиментов объясняется тем, что эти органы у далеких предков были нормально развиты, но в процессе эволюции потеряли свое значение и сохранились в виде остатков.

У растений тоже бывают рудименты. На корневищах (видоизмененных побегах) пырея, ландыша, папоротника есть чешуйки. Это рудименты листьев. В краевых соцветиях сложноцветных (нивяника, астр, подсолнечника) под лупой видны недоразвитые тычинки.

Рудименты - важные доказательства исторического развития органического мира. Рудименты тазовых костей у китов и дельфинов подтверждают предположение о происхождении их от наземных четвероногих предков с развитыми задними конечностями. Рудиментарные задние конечности веретеницы и питона указывают на происхождение этих рептилий (так же, как и всех змей) от предков, имевших конечности.

Атавизмы. У человека атавизмами есть хвост, волосяной покров на всем лице, многососковость. На вымени у некоторых коров появляется третья пара сосков. Это указывает на то, что крупный рогатый скот произошел от животных, имевших более четырех сосков. У мух дрозофил - гомозигот по мутации тетраптера - вместо жужжалец развиваются нормальные крылья. Это не возникновение нового признака, а возврат к старому Антенна у дрозофилы иногда превращается в членистую ножку. У лошади может быть трехпалость, как у меригиппуса.

Отличие рудиментов от атавизмов:

· рудименты есть у всех особей вида, а атавизмы - лишь у немногих;

· рудименты несут определенную функцию, а атавизмы (все без исключения) не несут каких-либо функций.

Пример гомологичных органов у растений :

· подземные корни растения,

· воздушные корни растений

Разная среда обитания (разные условия) определяют появление гомологичных органов.

заросток у простейших растений,

· зародышевый мешок у покрытосемянных растений

Это пример появления гомологичных органов в процессе эволюции (освоении суши).
Гомологичные органы у животных :

лапы у животных,

· крылья у птиц,

· лапки у крота,

· ласты или плавники у водных представителей.

Кости этих конечностей схожи, но функции различны: лапы - для передвижения по земле, крылья - для полета, лапки крота - чтобы землю рыть, ну а ласты и плавники - естественно, для плавания.

Аналогичные органы
Сходство для аналогичных органов - результат эволюционного приспособления разных организмов к одинаковым условиям среды. Так как строение, развитие и происхождение аналогичных органов различны, их сопоставление не позволяет судить о родстве между организмами. (ср. Гомологичные органы)

Аналогия (в биологии) - внешнее сходство организмов разных систематических групп, а также органов или их частей, происходящих из различных исходных зачатков и имеющих неодинаковое строение. Аналогия обусловлена общностью образа жизни или функции (приспособлением к сходным условиям существования) .

Понятие аналогии разбивается на подчиненные категории:
- Простая (конвергирующая) аналогия - такое подобие, когда у двух неродственных групп организмов возникают органы, сходные по облику и функциям, но не обнаруживающие сходства узкоспециальных черт. Например, кожные жабры, расположенные на различных органах неродственных групп водных животных, имеют общую тенденцию к увеличению площади поверхности за счет усиленного роста и ветвления.
- Конфлюэнтная аналогия или конфлюэнция . В этом случае органы совпадают по строению вплоть до мельчайших особенностей, и судить об их аналогичности можно, только изучив их происхождение. Примером конфлюэнтно-аналогичных органов является сходство (даже на гистологическом уровне) трахей насекомых и трахей наземных хелицеровых.
История

Понятие аналогии было введено Аристотелем и обозначало функциональное, и морфологическое сходство органов различных организмов . Ричард Оуэн уточнил это понятие как функциональное подобие, противоположное гомологии . Понятие гомологии в биологии было введено Ричардом Оуэном в 1840-е гг., не ставившего задачи решения филогенетических проблем . Он предложил различить аналогичные:
«…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] «the same organ in different animals under every variety of form and function…» [тот же самый орган в различных животных при всех вариациях формы и функции]
Примерами аналогичных структур могут служить крылья насекомых и птиц . Примерами гомологичных - крыло птицы и рука человека.

Чарльз Дарвин (1859) считал, что аналогия возникает в ходе эволюции в сходных условиях жизни в результате приспособления к окружающей среде организмов далёких систематических групп (см. Конвергенция в биологии).

Примеры

Животные
- Крылья птиц - видоизменённые передние конечности, крылья насекомых - складки хитинового покрова
- Органы дыхания рыб и ракообразных (жабры), сухопутных позвоночных (лёгкие) и насекомых (трахеи) имеют также различное происхождение: жабры рыб - образования, связанные с внутренним скелетом, жабры ракообразных происходят из наружных покровов, лёгкие позвоночных - выросты пищеварительной трубки, трахеи насекомых - система трубочек, развившихся из наружных покровов
- Обтекаемая форма тела у водных млекопитающих - китов, дельфинов и у рыб
Растения
- Усики винограда (образующиеся из побегов) и усики гороха (видоизменённые листья)
См. также

Примечания

Литература
- Бляхер Л. Я., Аналогия и гомология, в сб.: Идея развития в биологии, М., 1965.
- Дарвин Ч., Происхождение видов. Соч., т. 3, М., 1939, с. 608
- Шимкевич В. М., Биологическое основание зоологии, 5 изд., т. 1-2, М.- П., 1923-25
Ссылки
- // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Аналогичные органы" в других словарях:
ГОМОЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ - (греч. homologos согласный, соответствующий) - органы разных животных или растений, соответствующие друг другу по строению независимо от выполняемой ими функции, развивающиеся из сходных зачатков и имеющие общее происхождение.

Гомология, или гомойология,- основное понятие в сравнительной анатомии (см.), где оно употребляется для установления родства друг с другом и происхождения различных организмов от общего родоначального предка в процессе эволюционного развития. Сравнение Г. о. у разных животных и человека дает материал для установления направления приспособительной эволюции органического мира и выяснения общих закономерностей эволюционного развития (см. Эволюционное учение). Функция Г. о. у различных животных может совпадать (напр., функция сердца у разных позвоночных), но может быть и различной. Классическим примером Г. о. служит скелет передних конечностей некоторых позвоночных животных и верхних конечностей человека (рис.). Функция конечностей позвоночных может быть одинаковой (хождение) и разной (полет у птиц и летучих мышей, плавание у китообразных, рытье у крота, хватание у обезьян, производственная деятельность у человека). В ботанике у растений также различают Г. о.: чешуйки почки, листья, усики, колючки, части цветка. По Реману (A. Reman, 1956), можно выделить три критерия определения Г. о.- критерий положения, критерий специального качества и критерий связи через промежуточные формы.
Внешнее сходство может быть вызвано также одинаковой функцией органов при различном их строении и происхождении; такие органы называют аналогичными (см. Аналогичные органы). Сравнение Г. о. может проводиться у одного и того же организма между повторяющимися серийно органами, напр, сегментарными органами (позвонками, нервами) или передними (грудными) и задними (тазовыми) конечностями. Такие Г. о. у одного и того же организма называют гомодинамными. Кроме того, различают гомотипию- сопоставимость правых и левых органов у двусторонне симметричных животных и гомономию - соотношение одноименных органов, напр, пальцев конечности. Нередко Г. о. называют гомогенетичными, а органы, развивающиеся у разных родственных ветвей параллельно, но независимо друг от друга,- гомойологичными или гомопластичными.
Учение о Г. о. сыграло большую роль в истории биологии и медицины. Сопоставление Г. о. легло в основу важных теоретических обобщений. Сопоставление Г. о. дало возможность выяснить направления эволюционного развития (прогресс и регресс) и понять значение рудиментарных органов у человека (см. Рудиментарные органы), а также филогенетическую обусловленность возникновения у него врожденных пороков развития (см.).
Библиография Гиляров М. С. Современные представления о гомологии, Усп. совр, биол., т. 57, в. 2, с. 300, 1964, библиогр.; Шмальгаузен И. И. Основы сравнительной анатомии позвоночных животных, с. 14, М., 1947; Remane A. Die Grundlagen des natiirlichen Systems der vergleichenden Anatomie und der Phyloge-netik, Lpz., 1956, Bibliogr.
Б. С. Матвеев.