Was sind Homologie und Analogie?

Mithilfe von Homologien und Analogien werden die Ähnlichkeiten von Merkmalen verschiedener Tier- und Pflanzenarten beschrieben:

  • Homologie: Ähnlichkeit von Merkmalen, die einen gemeinsamen Grundbauplan aufgrund eines gemeinsamen Vorfahren haben; ihre Funktion kann sich unterscheiden
    Beispiel: Gliedmaßen verschiedener Wirbeltiere, wie Menschen, Wale oder Vögel
  • Analogie: Ähnlichkeit von Merkmalen, die sich aufgrund der Umwelteinflüsse in ihrer Funktion ähneln; haben keinen gemeinsamen Ursprung und Grundbauplan
    Beispiele: Flügel von Vögeln und fliegenden Insekten; Vorderbeine der Maulwurfsgrille und des Maulwurfs

Merke: Nur homologe Merkmale sind ein Kriterium für eine Verwandtschaft.

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Homologie und Analogie

Homologien und Analogien können sowohl im Körperbau (Anatomie), dem Stoffwechsel, im Körperbau oder auch im Erbgut (DNA ) von Lebewesen festgestellt werden. 

Homologie 

Unter Homologien verstehst du Ähnlichkeiten in der biologischen Struktur. Sie ist bei verschiedenen Lebewesen aufgrund von gemeinsamer Abstammung, also einem gemeinsamen Vorfahren, vorhanden. Das bedeutet, dass die verglichenen Arten miteinander verwandt sind. Die ähnlichen Merkmale bezeichnest du als homologe Organe. Sie weisen bei verschiedenen Arten denselben Grundbauplan auf. 

Beispiel: Die Vordergliedmaßen von Wirbeltieren sind homologe Organe. Die Arme des Menschen ähneln in ihrem Grundbauplan unter anderem den Flügeln von Vögeln, den Beinen des Hundes oder auch den Flossen der Wale. Wie du auf der Abbildung erkennen kannst, sind sie aus denselben Grundbausteinen aufgebaut:

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Homologe Organe

Allerdings können sich homologe Organe in ihren Funktionen stark unterscheiden. Wir Menschen greifen beispielsweise mit unseren Armen, wohingegen Hunde mit ihren Beinen laufen, Vögel mit ihren Flügeln fliegen und Wale mit ihren Flossen schwimmen. Das liegt daran, dass die homologen Organe sich von einer Grundform/Ausgangsform in verschiedene Richtungen entwickeln können. Du sprichst in der Biologie dann von einer Divergenz (auch divergente Entwicklung/Evolution). Dabei können je nach Lebensweise Abweichungen im Grundbauplan oder der Funktion entstehen.

Homologie Definition

Homologie (griech.: homologia = ‚Übereinstimmung‘) ist eine Ähnlichkeit zweier Strukturen, die auf eine Abstammung von gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen ist. Die Strukturen nennt man homologe Organe.

Homologe Organe als Evolutionsbelege

Homologe Organe sind ein Beleg für die Evolution, da sie ein Indiz für die Verwandtschaft von Arten, beispielsweise Wirbeltieren, sind. Heutzutage können die Verwandtschaftsbeziehungen zusätzlich durch andere Methoden, wie der Analyse des Erbguts (DNA Sequenzierung ), belegt werden. Durch die Ergebnisse der Homologien und der Untersuchungen der DNA können schließlich Stammbäume erstellt werden, die Auskunft über die Verwandtschaftsbeziehungen geben.

Homologiekriterien 

Um eine Homologie zu erkennen und von einer Analogie unterscheiden zu können, hat der Biologe Adolf Remane drei verschiedene Kriterien, die Homologiekriterien, aufgestellt:

  • Kriterium der Lage
  • Kriterium der spezifischen Qualität/speziellen Struktur
  • Kriterium der Stetigkeit/Kontinuität

Trifft eines der drei Homologiekriterien zu, dann bezeichnest du ein Merkmal als homolog.

Kriterium der Lage 

Nach dem Kriterium der Lage sind Organe dann homolog, wenn sie dieselbe Lage in einem vergleichbaren Gefüge-System in unterschiedlichen Arten haben.

Beispiel: Das Kriterium ist bei den Vorderextremitäten der verschiedenen Wirbeltiere erfüllt. Hier ist die Reihenfolge der einzelnen Knochen bei jedem Tier gleich. Von der Körpermitte nach außen ergibt sich folgende Reihenfolge: Oberarm, Unterarm, Handwurzel, Mittelhand und Finger. Die Anzahl der Knochen muss aber nicht zwangsweise übereinstimmen. Die Flügel von Vögeln und der Fuß eines Pferdes haben beispielsweise weniger Fingerknochen als die fünf Knochen des Grundbauplans. 

Die Rückbildungen oder Verschmelzungen einzelner Organe können aufgrund von unterschiedlicher Entwicklung oder Spezialisierung entstehen.  

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Kriterium der Lage

Aufgepasst: Das Kriterium der Lage gilt natürlich nicht nur für Knochen, sondern auch für Organe. Das kannst du beispielsweise beim Verdauungssystem der Wirbeltiere sehen, denn auch sie sind immer in derselben Reihenfolge angeordnet: Mund, Speiseröhre, Magen, Darm, After.

Kriterium der spezifischen Qualität 

Laut dem Kriterium der spezifischen Qualität sind Strukturen bzw. Organe auch unabhängig von ihrer Lage homolog, vorausgesetzt ihre Einzelmerkmale stimmen überein.

Beispiel: Auf den ersten Blick hat der Zahn des Menschen mit einer Haischuppe nicht sonderlich viel gemeinsam. Doch sie stimmen in vielen ihrer baulichen Merkmale und auch Materialien überein. Beide Strukturen haben beispielsweise innen einen Hohlraum. Außerdem ist die äußerste Schicht eines menschlichen Zahns dieselbe wie auch bei der Haischuppe — nämlich (Zahn-)Schmelz.

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Kriterium der spezifischen Qualität

Auch die Schwimmblasen von Knochenfischen und die Lungen der Säugetiere sind homolog, da sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen.

Kriterium der Stetigkeit 

Nach dem Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität) sind Organe dann homolog, wenn sie durch Zwischenformen/Übergangsformen miteinander verbunden werden können. Das bedeutet, dass auch unähnliche Organe mit unterschiedlicher Lage homolog sein können. 

Beispiel: Der Blutkreislauf von Fischen, Amphibien und Säugetieren erfüllt dieses Kriterium. Auf den ersten Blick gibt es kaum eine Ähnlichkeit, denn Säuger besitzen eine Trennung zwischen Körper- und Lungenkreislauf — sauerstoffarmes und sauerstoffreiches Blut werden also getrennt voneinander transportiert. Bei Fischen gibt es hingegen nur einen Kreislauf. Wenn du dir aber jetzt den Kreislauf der Amphibien anschaust, dann kannst du eine Zwischenform zwischen den Fischen und den Säugern erkennen. Im Laufe der Evolution fand also eine Trennung von Lungen- und Körperkreislauf statt.

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Kriterium der Stetigkeit

Analogie 

Analogien entstehen, wenn sich Lebewesen mit unterschiedlicher Abstammung an einen ähnlichen oder gleichen Lebensraum anpassen. Die Ähnlichkeit der analogen Organe bzw. Strukturen lässt sich also nicht auf eine Verwandtschaft zwischen den Arten zurückführen. Im Gegensatz zu Homologien gibt es hier auch keinen gemeinsamen Grundbauplan.

Beispiele: Analogien kannst du bei den unterschiedlichsten Tierarten finden:

  • Grabwerkzeug: Bei den Grabbeinen von Maulwürfen (Säugetier) und Maulwurfsgrillen (Insekt) handelt es sich um analoge Organe. Sie unterscheiden sich zwar in ihrem anatomischen Grundbauplan, gleichen sich dafür in ihrer Funktion. Denn beide Tierarten haben sich an ein Leben unter der Erde angepasst und verkürzte, verdickte Beine mit Krallen entwickelt, um optimal graben zu können.
  • Flügel: Vögel und einige Insekten haben unabhängig jeglicher Verwandtschaft Strukturen zum Fliegen, nämlich Flügel, entwickelt. Die sind allerdings völlig unterschiedlich aufgebaut.
  • Atemorgan: Wirbeltiere und Insekten haben Organe entwickelt, die für den Gasaustausch zuständig sind, und zwar die Lungen bei den Wirbeltieren und die Tracheen bei den Insekten. Da sie sich allerdings nur in ihrer Funktion gleichen, ihr Aufbau sich aber völlig unterscheidet, handelt es sich um analoge Organe.
  • Dornen/Stacheln: Auch bei Pflanzen gibt es analoge Organe, beispielsweise die Dornen bei Pflanzen, wie Rosen, und Stacheln bei Pflanzen, wie der Berberitze. Beide Strukturen dienen der Verteidigung, besitzen aber einen unterschiedlichen Bauplan.
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Beispiele für analoge Organe

Die zu beobachtende Ähnlichkeit in der Funktion ist ausschließlich auf eine Anpassung an die gleichen Umweltbedingungen oder Lebensweisen zurückzuführen. Das bezeichnest du in der Biologie auch als Konvergenz (auch konvergente Entwicklung/Evolution). 

Analogie Definition

Analogie (griech.: analogia für ‚Entsprechung‘) ist eine Übereinstimmung der Funktion und häufig auch des Erscheinungsbilds zweier Strukturen (= analoge Organe). Die Ähnlichkeit ist nicht auf eine Verwandtschaft, sondern auf eine konvergente Evolution zurückzuführen. 

Tipp: In deiner Prüfung musst du ähnliche Merkmale oft als homolog oder analog zuordnen und deine Entscheidung begründen. Schau dir deshalb auch die Beispiele ganz genau an.

Evolution

Homologie und Analogie sind Begriffe im Bereich der Evolution. Mithilfe von ihnen können Ähnlichkeiten zwischen Tieren unterteilt werden. Sie können deshalb als Belege für die Evolution von Lebewesen dienen. Was Evolution genau ist, welche Belege es sonst noch gibt und durch welche Vorgänge Evolution stattfindet, erfährst du in unserem Video dazu!

Zum Video: Evolution
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