Гомологичными органами являются ноги человека и. Тест по биологии "Гомологичные и аналогичные органы" (11 класс)
Основным принципом эволюции органических структур является принцип дифференциации . Дифференциация представляет собой разделение однородной структуры на обособленные части, которые в силу различного положения, связей с другими органами и различных функций приобретают специфическое строение. Таким образом, усложнение структуры всегда связано с усложнением функций и специализацией отдельных частей. Дифференцированная структура выполняет несколько функций, и строение ее сложно (Примером филогенетической дифференциации может являться эволюция кровеносной системы в типе хордовых).
Отдельные части дифференцирующейся, ранее однородной структуры, специализируясь на выполнении одной функции, становятся функционально все более зависимыми от других частей данной структуры и от организма в целом. Такое функциональное соподчинение отдельных компонентов системы в целостном организме называют интеграцией (Четырехкамерное сердце млекопитающих представляет собой пример высокоинтегрированной структуры: каждый отдел выполняет лишь свою специальную функцию, не имеющую никакого смысла в отрыве от функций других отделов).
Закономерности морфофункциональных преобразований органов:
Один из основных принципов эволюции органов - принцип расширения и смены функций . Расширение функций сопровождает обычно профессивное развитие органа, который по мере дифференциации выполняет все новые функции. Так, парные плавники рыб, возникшие как пассивные органы, поддерживающие тело в воде в горизонтальном положении, с приобретением собственной мускулатуры и прогрессивным расчленением становятся еще и активными рулями глубины и поступательного движения. У придонных рыб они обеспечивают также их передвижение по дну. С переходом позвоночных на сушу к перечисленным функциям конечностей добавились хождение по Земле, лазание, бегание и др.
В прогрессивной эволюции органов очень важным является принцип активации функций . Он наиболее часто реализуется на начальных этапах эволюции органов в том случае, когда малоактивный орган начинает активно выполнять функции, существенно при этом преобразуясь. Так, крайне малоподвижные парные плавники хрящевых рыб становятся активными органами движения уже у костистых.
Более часто в филогенезе наблюдается интенсификация функций , являющаяся следующим этапом эволюции органов после активации. Благодаря этому орган обычно увеличивается в размерах, претерпевает внутреннюю дифференцировку, гистологическое строение его усложняется, нередко наблюдается многократное повторение одноименных структурных элементов, или полимеризация структуры. Примером является усложнение структуры легких в ряду наземных позвоночных за счет ветвления бронхов, появления ацинусов и альвеол на фоне постоянной интенсификации его функций. Высокая степень дифференцировки может сопровождаться уменьшением количества одинаковых органов, выполняющих одну и ту же функцию, или их олигомеризацией .
Иногда в процессе интенсификации функций наблюдается тканевая субституция органа - замещение одной ткани другой, более соответствующей выполнению данной функции. Так, хрящевой скелет хрящевых рыб сменяется на костный у более высокоорганизованных классов позвоночных.
В противоположность интенсификации и активации ослабление функций ведет в филогенезе к упрощению строения органа и его редукции, вплоть до полного исчезновения.
В процессе эволюции закономерным является как возникновение новых структур, так и их исчезновение. Примером возникновения органов служит происхождение матки плацентарных млекопитающих от парных яйцеводов.
Исчезновение , или редукция, органа в филогенезе может быть связана с тремя разными причинами и имеет различные механизмы. Во-первых, орган, выполнявший ранее важные функции, может оказаться в новых условиях вредным. Чаще наблюдается исчезновение органов благодаря их субституции новыми структурами, выполняющими прежние функции с большей интенсивностью. Самый частый путь к исчезновению органов - через постепенное ослабление их функций.
Недоразвившиеся органы носят название рудиментарных или рудиментов . К рудиментам у человека относят, во-первых, структуры, потерявшие свои функции в постнатальном онтогенезе, но сохраняющиеся и после рождения (волосяной покров, мышцы ушной раковины, копчик, аппендикс как пищеварительный орган), и, во-вторых, органы, сохраняющиеся только в эмбриональном периоде онтогенеза (хорда, хрящевые жаберные дуги, правая дуга аорты, шейные ребра и др.).
Различного рода нарушения эмбриогенеза могут привести к формированию у высокоорганизованных организмов и человека таких признаков, которые при нормальных условиях у них не встречаются, но присутствуют у более или менее отделенных предков. Такие признаки называют атавизмами.
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.
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.
Казалось бы, что общего между рукой человека, лапой кошки, плавником кита, ногой лошади и крылом летучей мыши? А между тем, при дотошном сравнении оказывается, что все эти конечности состоят из одного и того же набора костей.
Органы животных разных видов, имеющие один и тот же план строения, занимающие сходное положение в организме животного и развивающиеся из одних и тех же зачатков, называют гомологичными. Если такие органы у разных видов выполняют разные функции, то единственное объяснение сходства строения -- происхождение от общего предка. Напротив, если у двух видов независимо развились органы, выполняющие одну и ту же функцию (аналогичные органы), то сходство между этими органами оказывается поверхностным.
Иллюстрация принципа гомологии на примере передней конечности млекопитающих. Конечности состоят из одного и того же набора костей, но при этом выполняют самые разные функции. Третья кость пясти отмечена красным цветом.(Рис.1)
Гомологичные органы. Пятипалая конечность
Рис.1
Пятипалая конечность, характерная для четвероногих позвоночных -- пример гомологии органов. Более того, прослеживается гомология пятипалой конечности и плавников некоторых ископаемых видов кистеперых рыб, от которых произошли первые земноводные.
Строение головы и ротового аппарата у различных видов насекомых. a, усики; c, фасеточный глаз; lb, нижняя губа; lr, верхняя губа; md, жвалы (верхние челюсти); mx, максиллы (нижние челюсти).(Рис.2)
Рис. 2
Основные части ротового аппарата насекомых -- верхняя губа, пара жвал (верхних челюстей), подглоточник (hypopharynx), две максиллы (нижние челюсти) и нижняя губа. У разных видов эти составные части различаются по форме и размеру, у многих видов некоторые из частей утрачены. Особенности строения ротового аппарата позволяют насекомым использовать различные источники пищи:
- (A) В исходном виде (у наиболее примитивных насекомых, и, например, у кузнечика) сильные жвалы и максиллы используются для кусания и жевания.
- (B) Медоносная пчела использует нижнюю губу для сбора нектара, а жвалами дробит пыльцу и разминает воск.
- (C) У бабочки верхняя губа уменьшена, жвалы отсутствуют, максиллы образуют хоботок.
- (D) У самок комаров верхняя губа и максиллы образуют трубку, жвалы используются для протыкания кожи.
Какой разумный дизайнер, имея возможность спроектировать трубочку для питья коктейля любой формы и из любого материала, стал бы изготавливать ее методом перековывания пары вилок? Кто стал бы делать шприц, вытягивая и заостряя "челюсти" пассатижей? Это - характерный и узнаваемый стиль естественного отбора, "слепого часовщика", мастера по подгонкам и переделкам, но никак не разумного и всемогущего дизайнера, которому доступны любые материалы и любые технические решения.
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
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
- (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 Большой медицинский словарь
