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Homologie & Analogie: Unterschiede & Was du dazu wissen musst!

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Homologie, Analogie, Konvergenz, Atavismus – in der Biologie wimmelt es nur so von Fachwörtern! Im Folgenden bringen wir Ordnung in das Fachbegriff-Chaos. Wir zeigen dir,

… was man unter Homologie versteht
… was die drei wichtigsten Homologiekriterien sind
… wie man Atavismus und Rudiment definiert
… wie man Analogie und Konvergenz von Homologie unterscheidet

Denn das ist alles gar nicht so kompliziert, wie es sich anhört. Überzeuge dich selbst!

Homologie Definition

Der Begriff der Homologie wird benutzt, um erblich bedingte Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Lebewesen zu erklären. Die Annahme ist also, dass sich ähnliche Merkmale aufgrund von übereinstimmenden Erbinformationen ergeben haben.

Gemeinsamer Vorfahr

Wenn sich Strukturen – hierbei kann es sich z. B. um Organe, Knochen, oder sogar Aminosäuresequenzen und DNA handeln – bei Lebewesen verschiedener Arten ähneln, wird davon ausgegangen, dass diese im Laufe der Evolution einen gemeinsamen Vorfahren gehabt haben müssen.

Homologie – drei zentrale Kriterien (mit Beispielen)

Um homologe Strukturen nachweisen zu können, werden drei zentrale Kriterien herangezogen:

  1. Kriterium der Lage
  2. Kriterium der spezifischen Qualität
  3. Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität)

1. Kriterium der Lage

Strukturen gelten dann als homolog, wenn sie trotz unterschiedlicher Ausprägung in einem ähnlichen Gefügesystem dieselbe Lagebeziehung zueinander aufweisen.

Homologie zwischen Vordergliedmaßen verwandter Arten

Obwohl sich die Vordergliedmaßen der gezeigten Wirbeltiere aufgrund ihrer unterschiedlichen Lebensbedingungen stark ausdifferenziert haben, gleichen sie sich in ihrem Aufbau und nehmen innerhalb der Struktur des Tieres die gleiche Lage ein.

Die Homologie ist ein Indiz dafür, dass Lebewesen im „Stammbaum des Lebens“ einen relativ hohen Verwandtschaftsgrad aufweisen. Ihr letzter gemeinsamer Vorfahr liegt also nicht allzu weit in der Vergangenheit!

2. Kriterium der spezifischen Qualität

Wenn komplex gebaute Organe verschiedener Lebewesen in bestimmten Einzelheiten übereinstimmen, gelten diese Organe als homolog.

Homologie Kriterium zwei: Haischuppe und menschlicher Zahn

Obwohl die Haischuppe und der menschliche Zahn nicht die gleiche Lage haben und in ihrer Funktion sehr unterschiedlich sind, lassen sie sich aufgrund ihres ähnlichen Aufbaus homologisieren!

3. Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität)

Organe gelten unabhängig von ihrer Lage außerdem als homolog, wenn sie sich durch Zwischenformen in Verbindung bringen lassen. Können diese Zwischenformen ihrerseits nach Kriterium 1 oder 2 homologisiert werden, gilt das Kriterium der Stetigkeit.

Entwicklungsreihen

Im Kontext von Kriterium 3 spricht man auch von Entwicklungsreihen, welche den Wandel eines Merkmals anhand von homologen Zwischenformen erkennbar machen können. Entwickeln sich diese Zwischenformen von einer einfachen Struktur zu einer komplizierten hin, spricht man von Progressionsreihen (z. B. Gehirn, Blutkreislauf). Umgekehrt spricht man von Regressionsreihen wenn eine komplizierte Struktur sich im Laufe der Evolution zu einer einfachen Entwickelt (z. B. schwach ausgeprägtes Flügelskelett bei Laufvögeln).

Beispiel

Die Schwimmblase der Knochenfische gilt als homolog zu der Lunge der Landwirbeltiere, da sich die Entwicklung der Schwimmblase zur Lunge über Zwischenformen nachvollziehen lässt.

Homologie zwischen Lunge und Schwimmblase Darstellung

Homologie: Definition Atavismus und Rudiment

Atavismus

In Einzelfällen kann es passieren, dass ein ursprüngliches Merkmal, welches in der Stammesgeschichte einer Art verloren gegangen ist, wieder in Erscheinung tritt. Dies bezeichnet man als Atavismus. Ein Atavismus kann beispielsweise durch Mutation eines bestimmten latenten Gens oder Veränderung der Genregulation auftauchen.

Beispiel

Beispiel eines Atavismus ist die fellartige Behaarung der Vorfahren des Menschen, die sich in seltenen Fällen auch heute noch bei manchen Menschen manifestiert.

Rudiment

Viele Lebewesen tragen Strukturen in sich, deren Funktion in der Stammesgeschichte des Lebewesens verloren gegangen ist. Diese Strukturen sind oft auch heute noch in reduzierter Form als Rudiment erhalten.

Beispiel

Das menschliche Steißbein ist ein Rudiment der damaligen Schwanzwirbelsäule.

Homologie Rudiment Steißbein des Menschen

Homologie: Weitere Formen

Molekularbiologische Homologie

Homologie kann auch molekularbiologisch bedingt sein: Stoffwechselprozesse wie die Proteinbiosynthese, Energieübertragung und Glykolyse laufen bei den meisten Tieren sowie Pflanzen gleich ab. Diese Ähnlichkeiten sind auf übereinstimmende Erbinformationen zurückzuführen, sind also homologe Merkmale!

Homologie in Aminosäuren und DNA

Homologien finden sich außerdem in Aminosäuresequenzen. Da diese durch Gene codiert werden, kann hierüber auf die gemeinsame Abstammung verschiedener Arten geschlossen werden. Auch der Verwandtschaftsgrad kann über die Sequenzierung der Aminosäuren ermittelt werden – so ist der Mensch näher mit dem Rhesusaffen verwandt als beispielsweise dem Känguru.

Homologie Aminosäuresequenz Cytochrom C Mensch, Affe, Känguru
Aminosäuresequenz des Membranproteins Cytochrom C

DNA-DNA-Hybridisierung

Über die DNA-DNA-Hybridisierung kann die DNA verschiedener Arten verglichen werden. Dabei werden die DNA-Stränge der jeweiligen Art voneinander getrennt, fragmentiert und erhitzt. Anschließend werden die einzelnen Stränge der beiden Arten zusammengeführt und abgekühlt. Je mehr Übereinstimmung zwischen den Strängen besteht, desto mehr Wasserstoffbrücken werden gebildet.

Schmelztemperatur ist Maß für die DNA-Übereinstimmung

Anschließend werden die verbundenen Stränge erneut erhitzt, bis sie sich trennen. Dabei ist die Schmelztemperatur das Maß für die DNA-Übereinstimmung. Denn je höher diese sein muss, desto mehr Verbindungen haben sich im vorherigen Schritt zwischen den DNA-Strängen gebildet und desto höher ist also die Übereinstimmung zwischen den verschiedenen Strängen.

Analogie und Konvergenz in der Biologie: Gegenstück zur Homologie

Nicht alle sich ähnelnden Merkmale verschiedener Tierarten sind auf gleiche Erbinformationen, also Homologie, zurückzuführen. Oft sind sehr verschiedene Tierarten einem ähnlichen ökologischen Umfeld, und damit einem ähnlichen Selektionsdruck ausgesetzt. Hierbei bilden nicht näher verwandte Tierarten oft sehr ähnliche Merkmale aus.

Beispiel – Stromlinienform der Meerestiere

Wale und Haie sind sich in ihrem Körperbau sehr ähnlich: Beide Arten besitzen die Stromlinienform, welche ihnen erlaubt, sich mit hoher Geschwindigkeit und minimalem Widerstand Unterwasser zu bewegen.

Homologie Stromlinienform bei Haien und Walen

Man könnte meinen, dass diese Ähnlichkeit Ergebnis einer gemeinsamen Stammesgeschichte sei – als Meeressäuger stammen Wale aber von den Landwirbeltieren ab, während Haie zu den Knorpelfischen gehören und schon immer Meerestiere waren. Also haben die beiden Arten die Stromlinienform unabhängig voneinander entwickelt.

Konvergente Entwicklung

Haie und Wale sind sich in ihrer Form also nicht aufgrund gleicher Abstammung oder gleicher Erbinformation ähnlich, sondern weil sie schon lange einem ähnlichen Selektionsdruck ausgesetzt sind. Man spricht in solchen Fällen auch von einer konvergenten Entwicklung.

Analoge Merkmale sind in ihrem Aufbau oft sehr verschieden

Merkmale, die sich aufgrund von konvergenter Entwicklung ähneln, sind in ihrem Aufbau im Grunde oft sehr verschieden – sie haben nicht denselben “Bauplan”. So ähneln sich die Flügel der Fledermaus und des Vogels beispielsweise bezüglich ihrer Tragfläche. Allerdings sind die Flügel des Vogels entlang seines Arms gespannt, während die Flügel der Fledermaus entlang ihrer Finger gespannt ist.

Der Vergleich zwischen Fledermaus und Vogel ist ein besonderer – denn obwohl die Arten bezüglich ihrer Flügel analog sind, sind die Vordergliedmaßen beider Arten homolog zueinander!

Homologie Entwicklung der Gliedmaßen und Flügel bei Vogel und Fledermaus

Der letzte gemeinsame Vorfahr von Fledermaus und Vogel gab den Bauplan für die Vordergliedmaßen weiter, die Flügel entwickelten beide Arten aber unabhängig voneinander – dieses Merkmal ist also analog!

Homologie und Analogie zwischen Vogel und Fledermaus

Übung zur Homologie

Alles klar soweit? Dann sichere dein Wissen in einer kleinen Übung!

Aale und Seeschlangen sind beides Wasserbewohner mit einer schlangenartigen Form. Sind die Arten bezüglich ihres Körperbaus homolog oder analog?

Aale und Seeschlangen sind bezüglich ihrer Körperform analog.

Die beiden Arten sind Abstammungsgeschichtlich sehr weit voneinander entfernt – Schlangen gehören zu der Gruppe der Reptilien, während Aale den Fischen zuzuordnen sind. Die Arten sind in ihrer Struktur im Grunde sehr verschieden: Aale sind eher flach und gefaltet, während Schlangen rund sind und in ihrer Form einem Seil ähneln. Außerdem haben Aale Flossen und können an Land nicht überleben. Die auf den ersten Blick ähnliche Form der beiden Arten ist folglich ein analoges Merkmal.

Homologie FAQ

Was ist Homologie und Analogie?

Eine Homologie liegt vor, wenn ähnliche Merkmale verschiedener Lebewesen sich aufgrund ähnlicher Erbinformationen ausgebildet haben. Eine Analogie liegt vor, wenn ähnliche Merkmale verschiedener Lebewesen sich aufgrund eines ähnlichen Umfeldes und Selektionsdrucks manifestiert haben.

Wie erkennt man homologien?

Eine Homologie liegen dann vor, wenn mindestens eines der drei Homologiekriterien zutrifft.

Was bedeutet Gefügesystem?

Das Gefügesystem beschreibt die Anordnung der Organe im Gesamtsystem eines Lebewesens.

Wie kann man Homologie und Analogie unterscheiden?

Homolog sind Strukturen, wenn sie auf gleiche Erbinformationen zurückzuführen sind. Demgegenüber sind Strukturen analog, wenn sie auf eine ähnliche Anpassung an ein ähnliches Umfeld zurückzuführen sind.

Ist Konvergenz und Analogie das gleiche?

Ja. Analoge Strukturen sind das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung zweier nicht näher verwandter Arten.

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