Homologie und Analogie
Die Handknochen verschiedener Säugetiere sind homologe Organe; die Vorderbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille hingegen analoge Organe. Was Homologie und Analogie bedeuten, erklären wir dir hier anhand von Beispielen. Du hast wenig Zeit? Kein Problem, mit unserem Video verstehst du das Thema in unter 5 Minuten.
Inhaltsübersicht
Homologie und Analogie einfach erklärt
Woher weiß man eigentlich, dass wir Menschen mit Vögeln und Walen verwandt sind? Auf den ersten Blick haben wir ja nicht so viel gemeinsam!
Wenn Biologen herausfinden wollen, ob zwei Arten miteinander verwandt sind, ist eine wichtige Herangehensweise, die Ähnlichkeiten zwischen den beiden Arten zu untersuchen. Hier schauen sie sich zum Beispiel an, ob die Lebewesen im Körperbau (Anatomie), im Stoffwechsel, im Verhalten oder im Erbgut (DNA ) übereinstimmen. Du unterscheidest dann zwei Formen der Ähnlichkeit: Homologie und Analogie.
Merkmale, die einen gleichen Grundbauplan aufgrund eines gemeinsamen Vorfahren besitzen, bezeichnest du als Homologien / homologe Organe. Ein Beispiel sind die Gliedmaßen der verschiedenen Wirbeltiere wie Menschen, Wale oder Vögel.
Besteht eine Ähnlichkeit bestimmter Merkmale ohne gemeinsamen Ursprung, nennst du das Analogien / analoge Organe. Sie unterscheiden sich deshalb im Grundbauplan. Analoge Organe weisen aber aufgrund ähnlicher Umwelteinflüsse eine gleiche Funktion auf. Ein Beispiel sind die Vorderbeine der Maulwurfsgrille und des Maulwurfs.
Homologie
Unter Homologie verstehst du Ähnlichkeiten biologischer Strukturen bei verschiedenen Lebewesen aufgrund von gemeinsamer Abstammung. Das bedeutet, dass die Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und miteinander verwandt sind. Die ähnlichen Merkmale bezeichnest du als homologe Organe. Sie weisen alle denselben Grundbauplan auf.
Du solltest dir unbedingt merken, dass nur homologe Merkmale ein Kriterium für eine Verwandtschaft sind.
Ein Beispiel für homologe Organe sind die Vordergliedmaßen von Wirbeltieren wie der Arm des Menschen, das Bein von Hund, die Flügel von Vögeln oder die Flosse der Wale. Sie besitzen alle den gleichen anatomischen Grundaufbau, wie du an der Abbildung gut erkennen kannst.
Allerdings können sich die homologen Organe in ihren Funktionen durchaus unterscheiden. Wir greifen mit unseren Armen, Hunde laufen mit ihren Beinen, Vögel fliegen mit ihren Flügeln und Wale schwimmen mit ihren Flossen. Die homologen Organe können sich also von einer Grundform / Ausgangsform in verschiedene Richtungen entwickeln. Das nennst du in der Biologie divergente Entwicklung / Divergenz oder divergente Evolution. Dabei können je nach Lebensweise Abweichungen im Grundbauplan oder der Funktion entstehen.
Die homologen Organe sind also ein Beleg für die Evolution. Die anatomischen Ähnlichkeiten bei rezenten Arten – also Arten die heute leben – sind auf einen gemeinsamen Vorfahren in der Evolution zurückzuführen.
Durch Kenntnis von Homologien und mithilfe anderer Methoden wie der Analyse des Erbguts (DNA Sequenzierung ), können Stammbäume erstellt werden. In ihnen kannst du dann die Stammesgeschichte und die Verwandtschaftsbeziehungen der Arten nachvollziehen.
Homologie (griech: homologia für Übereinstimmung / engl. homology) ist eine Ähnlichkeit zweier Strukturen, die auf eine Abstammung von gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen ist. Die Strukturen nennt man homologe Organe.
Homologiekriterien
Oft ist Homologie nicht auf den ersten Blick erkennbar, da viele Strukturen im Laufe der Evolution unterschiedliche Funktionen entwickelt haben. Hier gibt es drei Kriterien – die Homologiekriterien – des Biologen Adolf Remane, die bei der Unterscheidung helfen sollen:
- Kriterium der Lage
- Kriterium der spezifischen Qualität / der speziellen Struktur
- Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität)
Trifft eines der drei Homologiekriterien zu, dann ist ein Merkmal homolog. Schauen wir uns die drei Homologiekriterien im Folgenden mit Beispielen an.
Kriterium der Lage
Nach dem Kriterium der Lage sind Organe homolog, wenn sie dieselbe Lage in einem vergleichbaren Gefüge-System haben.
Ein Beispiel hierfür sind wieder die Vorderextremitäten der verschiedenen Wirbeltiere. Die Reihenfolge der einzelnen Knochen ist bei jedem Tier immer gleich: Oberarm, Unterarm, Handwurzel, Mittelhand und Finger. Du erkennst hier aber schön, dass die Zahl der Knochen nicht immer zwangsweise übereinstimmen muss. Zum Beispiel haben ein Vogelflügel oder der Fuß eines Pferdes weniger Fingerknochen als die fünf Knochen des Grundbauplans.
Die Rückbildungen oder Verschmelzungen einzelner Organe können aufgrund von unterschiedlicher Entwicklung oder Spezialisierung entstehen.
Übrigens: Das Kriterium der Lage gilt natürlich nicht nur für Knochen, sondern auch für Organe. Ein Beispiel sind die Verdauungsorgane der Wirbeltiere, die immer in der gleichen Reihenfolge angeordnet sind: Mund – Speiseröhre – Magen – Darm – After.
Kriterium der spezifischen Qualität
Laut dem Kriterium der spezifischen Qualität sind Strukturen / Organe auch unabhängig von ihrer Lage homolog. Hier ist aber die Voraussetzung, dass sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen.
Auf dem ersten Blick hat der Zahn des Menschen mit einer Haischuppe absolut nichts gemeinsam, oder? Sie stimmen aber in vielen baulichen Merkmalen und Materialien überein. Beide Strukturen sind zum Beispiel innen hohl. Außerdem ist die erste Schicht unseres Zahns und die der Haischuppe aus demselben Material – nämlich (Zahn)schmelz.
Auch die Schwimmblasen der Knochenfische sind zu den Lungen der Säugetiere homolog, da sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen.
Kriterium der Stetigkeit
Nach dem Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität) sind Organe auch dann homolog, wenn sie sich durch Zwischenformen / Übergangsformen miteinander verbinden lassen. Das bedeutet, dass hier auch unähnliche Organe mit unterschiedlicher Lage als homolog definiert werden.
Ein Beispiel ist der Blutkreislauf von Fischen, Amphibien, und Säugetieren:
Wenn du den Blutkreislauf der Säuger mit dem der Fische vergleichst, würdest du wahrscheinlich kaum eine Ähnlichkeit erkennen können. Säuger besitzen eine Trennung zwischen Körper- und Lungenkreislauf und dementsprechend auch kein „Mischblut“. Hier wird nämlich sauerstoffarmes und sauerstoffreiches Blut getrennt transportiert. Bei Fischen hingegen gibt es 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 eine Trennung von Lungen- und Körperkreislauf statt.
Analogie
Analogien entstehen, wenn sich Lebewesen mit unterschiedlicher Abstammung an den gleichen Lebensraum anpassen. Die Ähnlichkeit der Strukturen bzw. analogen Organen ist also nicht auf eine Verwandtschaft zwischen den Arten zurückzuführen. Daher besitzen Analogien auch im Gegensatz zu Homologien keinen gemeinsamen Grundbauplan. Die Ähnlichkeit in Aufgaben und Funktionen ist nur aufgrund von Anpassung an die gleichen Umweltbedingungen oder Lebensweisen zurückzuführen. Das bezeichnest du in der Biologie auch als Konvergenz / konvergente Entwicklung oder konvergente Evolution.
Ein Beispiel für analoge Organe sind die Grabbeine des Maulwurfs – ein Säugetier- und die der Maulwurfsgrille – ein Insekt. Sie unterscheiden sich in ihrem anatomischen Grundbauplan und Material völlig. Allerdings leben beide unter der Erde und haben daher Ähnlichkeiten entwickelt. Bei beiden sind die Beine verkürzt und verdickt und besitzen Krallen an ihren Enden.
Analogie (griech: analogia für „Übereinstimmung“) ist eine Übereinstimmung zweier Strukturen in ihrer Funktion und häufig auch im Erscheinungsbild (= analoge Organe). Die Ähnlichkeit ist nicht auf einen gemeinsamen Vorfahren, sondern auf konvergente Evolution zurückzuführen.
Weitere Beispiele für analoge Organe sind:
- Lungen der Wirbeltiere / Tracheen der Insekten : Beide Organe sind für den Gasaustausch zuständig, sind aber komplett unterschiedlich aufgebaut.
- Flügel von Insekten und Vögeln: Beide Strukturen dienen zum Fliegen, sind aber auch völlig unterschiedlich aufgebaut.
- Dornen (z.B. Rose) und Stacheln (z.B. Berberitze) bei Pflanzen: Beide Strukturen dienen der Verteidigung, besitzen aber einen unterschiedlichen Bauplan.
Du siehst also, dass nicht alle ähnlichen Merkmale Anzeichen einer Verwandtschaft sind. In Aufgaben in deiner Prüfung musst du oft begründen / zuordnen, ob ein Merkmal homolog oder analog ist. Tipp: Schau dir deshalb unsere Beispiele gut an!
Homologie in der Genetik
Auch in der Genetik verwendest du den Begriff „Homologie“. Und zwar für jeweils zwei Chromosomen , die in unseren Körperzellen vorkommen. Diese Chromosomenpaare, von denen eines vom Vater und eines von der Mutter stammt, bezeichnest du als homologe Chromosomen. Sie gleichen sich (mit Ausnahme der männlichen Geschlechtschromosomen) in Gestalt, Größe und Abfolge der einzelnen Genen. Wenn du mehr über die homologen Chromosomen erfahren möchtest, dann schau dir jetzt unser Video dazu an!
