Кіріспе
Әртүрлі таксондардағы екі құрылым немесе ген арасындағы ортақ тектік байланыс
Биологияда гомология – әртүрлі таксондардағы екі құрылым немесе ген арасындағы ортақ тектік байланысқа негізделген ұқсастық. Гомологты құрылымдардың кең таралған мысалы – омыртқалылардың алдыңғы аяқтары, онда жабырқақтар мен құстардың қанаттары, приматтардың қолдары, киттердің алдыңғы жүзбектері және иттер мен крокодилдер сияқты төрт аяқты омыртқалылардың алдыңғы аяқтары бірдей ата-бабалық тетрапод құрылымынан шыққан. Эволюциялық биология гомологты құрылымдардың ортақ ата-бабадан шыққан өзгерістерге бейімделуі нәтижесінде әртүрлі мақсаттарға қолданылатынын түсіндіреді. Бұл термин алғаш рет 1843 жылы анатомист Ричард Оуэн тарапынан биологияда эволюциялық емес контексте қолданылды. Гомология кейіннен 1859 жылы Чарльз Дарвиннің эволюция теориясымен түсіндірілді, бірақ бұған дейін Аристотельден бастап байқалып келген, ал оны 1555 жылы Пьер Белон нақты талдаған. Даму биологиясында ұрықта бірдей жолмен және ұқсас шығу тегімен дамыған мүшелер, мысалы, бір жануардың тізбектелген сегменттеріндегі сәйкес келетін бастамалардан (примордиялардан) пайда болған мүшелер сериялық гомологтар болып табылады. Мысалдарға жүз аяқтың аяқтары, жәндіктің жоғарғы жақ сүйегі мен еріндік сүйегі және омыртқа бағанасындағы тізбектелген омыртқалардың тік өскіндері жатады. Егер ерлер мен әйелдердің көбелек мүшелері бір эмбриональды тінден дамыса, олар гомологты болып табылады, сондай-ақ сүтқоректілердің, оның ішінде адамның жұмыртқалықтары мен атадандыру бездері де гомологты. Ақуыз немесе ДНК тізбектері арасындағы тізбектік гомология да ортақ тектік байланыс тұрғысынан анықталады. ДНК-ның екі сегменті түр түзілу оқиғасы (ортологтар) немесе дупликация оқиғасы (паралогтар) нәтижесінде ортақ тектік байланысқа ие болуы мүмкін. Ақуыздар немесе ДНК арасындағы гомология олардың тізбектік ұқсастығынан көрініс береді. Маңызды ұқсастық – екі тізбектің ортақ ата-бабадан шыққан эволюциялық өзгерістер арқылы байланысты екендігінің күшті дәлелі. Гомологты аймақтарды анықтау үшін көптеген тізбектердің салыстырылуы қолданылады. Жануарлардың мінез-құлқындағы гомология әлі де даулы, бірақ, мысалы, үстемдік иерархиялары приматтар арасында гомологты болуы мүмкін деген ұсыныстар бар.
Тарих
[[Файл:BelonBirdSkel.jpg|thumb|upright=1.35|Пьер Белон өзінің "Күстар кітабында" (1555) құстар мен адамдардың қаңқаларын жүйелі түрде салыстырды және осы мәселені 1555 жылғы "Күстар кітабында" нақты талдады. Ұқсастық үлгісі орта ғасырлық және ерте заманауи кезеңдердегі болмыстың тұрақты тізбегінің бір бөлігі ретінде түсіндірілді: бұл кезде ол эволюциялық өзгерістерді білдірмейтін деп есептелді. Неміс табиғат философиясы дәстүрінде гомология табиғаттағы бірлікті көрсететін маңызды фактор болды. Ағзалардың тізбектес гомологиясы 18 ғасырдың соңында сипатталды. Француз зоологы Этьен Жоффруа Сен-Илер 1818 жылы "аналогтар теориясында" (homologues теориясы) балықтар, қосмекенділер, құстар және сүтқоректілер арасындағы құрылымдардың ортақтығын көрсетті. Жоффруа одан әрі барып, Жорж Кювьенің топтары арасындағы, мысалы, омыртқалылар мен моллюскалар арасындағы гомологияларды іздегенде, 1830 жылғы Кювье-Жоффруа дебатын тудырды. Жоффруа байланыстар принципін айтты, яғни әртүрлі құрылымдардың өзара орналасуы және байланысы маңызды екенін мәлімдеді. Эмбриолог Карл Эрнст фон Бэр 1828 жылы қазіргі кезде фон Бэр заңдары деп аталатын заңдылықтарды тұжырымдады, ол туысқан жануарлардың дамуын ұқсас эмбриондар ретінде бастайтынын, содан кейін айырмашылыққа ие болатынын көрсетті: осылайша, бір отбасыға жататын жануарлар бір ретке жататын және аз гомологиясы бар жануарларға қарағанда жақын туыс және кейінірек айырмашылыққа ие болады. Фон Бэрдің теориясы әрбір таксонның (мысалы, отбасының) ерекше ортақ белгілері бар екенін және эмбриондық даму таксономиялық иерархияға сәйкес келеді екенін мойындайды: бұл қайталау теориясымен бірдей емес. Сондай-ақ, ол оны бірдей функцияға ие әртүрлі құрылымдарды сипаттау үшін қолданылатын "аналогия" терминімен салыстырды. Оуэн ерекшеліктердің гомологтығын анықтау үшін 3 негізгі критерийді анықтады: орналасу, даму және құрамы. 1859 жылы Чарльз Дарвин гомологты құрылымдарды ортақ ата-бабадан шыққан дене жоспарын бөлісетін организмдердің арасындағы байланыс ретінде түсіндірді және таксондар бір тіршілік ағашының тармақтары екенін айтты. Әртүрлі таксондардағы ұқсас биологиялық құрылымдар немесе тізбектер, егер олар ортақ ата-бабадан шыққан болса, гомолог болып табылады. Омология – бұл дивергенттік эволюцияны білдіреді. Мысалы, көптеген жәндіктерде (мысалы, стрекозаларда) екі жұп қанат болады. Қабыққақтарда қанаттардың бірінші жұбы қатты қақпаққа айналған, ал диптерлік шыбындарда екінші қанаттар тепе-теңдік сақтау үшін қолданылатын кішкентай галтерлерге айналған. Сол сияқты, омыртқалылардың ата-бабаларының алдыңғы аяқтары киттердің алдыңғы қанаттарына, құстардың қанаттарына, иттердің, бұғылардың және жылқылардың жүгіретін алдыңғы аяқтарына, бақалар мен кесірткелердің қысқа алдыңғы аяқтарына және адамдарды қоса алғанда приматтардың қолдарына айналды. Алдыңғы қолдың негізгі сүйектері (бұрынғы қол сүйегі, радиус және күрек сүйегі) Eusthenopteron сияқты қанатты балықтардың қазбаларында да табылды.
Гомология мен аналогия
Сикомор кеспесінің жемістерінде қанаттары болады, бірақ олар жәндіктердің қанаттарына ұқсас емес, гомологты емес. Гомологты мүшелерге қарама-қарсы – екі таксонда бірдей жұмыс атқаратын, бірақ олардың ең соңғы ортақ ата-бабасында болмаған және жеке дамыған ұқсас мүшелер. Мысалы, жәндіктер мен құстардың қанаттары бір-бірінен алыс топтарда тәуелсіз дамып, қуатты ұшуды қамтамасыз ету үшін функционалды жағынан жақындасты, сондықтан олар ұқсас. Сол сияқты, сикомор кеспесінің тұқымының қанаттары мен құстың қанаттары ұқсас, бірақ гомологты емес, себебі олар мүлдем басқа құрылымдардан пайда болады. Бір деңгейде құрылым гомологты болса, екінші деңгейде ғана аналогты болуы мүмкін. Птерозавр, құс және жарғанаттың қанаттары қанат ретінде ұқсас, бірақ алдыңғы аяқтар ретінде гомологты, өйткені бұл орган төрт аяқты жануарлардың соңғы ортақ ата-бабасында алдыңғы қол (қанат емес) ретінде болған және үш топта әртүрлі жолмен дамыған. Осылайша, птерозаврларда "қанат" алдыңғы және артқы аяқтардың екеуін де қамтиды. Кладистикада аналогия гомоплазия деп, ал эволюциялық биологияда конвергентті немесе параллель эволюция деп аталады.
Кладистикада
Таксономиялық зерттеулерде арнайы терминдер қолданылады. Бастапқы гомология – зерттеушінің ұқсас құрылымға немесе анатомиялық байланыстарға негізделген алғашқы гипотезасы, екі немесе одан көп таксондағы белгінің күйінің ортақ тектік шежіре арқылы ортақ екенін көрсетеді. Бастапқы гомологияны тұжырымдық тұрғыдан одан әрі бөлуге болады: бір сипаттың барлық күйлерін белгілі бір, нақтыланбаған, трансформация тізбегінің «гомологты» бөліктері ретінде қарастыруға болады. Бұл топографиялық сәйкестік деп аталады. Мысалы, сәйкестендірілген ДНҚ тізбегі матрицасында, берілген нуклеотид орнындағы барлық А, Г, С, Т немесе болжамды бос орындар осылайша гомологты болып табылады. Белгі күйінің сәйкестігі – екі немесе одан көп таксондағы нақты жағдайдың біздің белгі кодтау схемасына сәйкес «бірдей» екендігі туралы гипотеза. Осылайша, бірдей сәйкестендірілген нуклеотид орнындағы екі аденин, егер бұл гипотеза кейіннен басқа дәлелдермен қайшы келмесе, гомологты деп есептеледі. Екіншілік гомологияны парсимониялық талдау көрсетеді, онда ағашта бір рет ғана пайда болатын белгі күйі гомологты деп қабылданады. Бұл анықтамадан көрініп тұрғандай, көптеген кладистер екіншілік гомологияны синапоморфиямен, яғни кладаны басқа организмдерден ерекшелейтін ортақ туынды белгі немесе қасиет күйімен синоним деп санайды. Ортақ ататектік белгі күйлері, симплезиоморфиялар, кеңірек топтың синапоморфияларын немесе табиғи организмдер тобын біріктірмейтін толықтыратын күйлерді (көбінесе жоқтығын) көрсетеді. Мысалы, қанаттардың болуы – птериготалы жәндіктер үшін синапоморфия, бірақ голометаболикалық жәндіктер үшін симплезиоморфия. Қанаттары жоқ жәндіктер мен басқа да организмдерде қанаттың жоқтығы – ешқандай топты біріктірмейтін толықтыратын симплезиоморфия (мысалы, қанаттың жоқтығы күміс балықтардың, өрмекшілердің және анелид құрттарының ортақ тектік шежіресін растамайды). Екінші жағынан, қанаттың жоқтығы (немесе екінші реттік жоғалуы) – блохалар үшін синапоморфия. Мұндай үлгілер көптеген кладистерді гомология және синапоморфия тұжырымдамаларын тең деп қарастыруға және синапоморфиялар мен симплезиоморфияларды гомологты белгі күйлері ретінде қарастыруға итермелейді.
Түрлі таксондарда
thumbдеixpax6 өзгерістері кең ауқымды таксономдық топтарда көздің морфологиясы мен функциясында ұқсас өзгерістерге алып келеді. Гомологиялар барлық биологиялық жіктелудің негізгі негізін құрайды, бірақ кейбіреулері күтпеген болуы мүмкін. Мысалы, омыртқалылар мен буынтық аяқтылардың көздерінің дамуын бақылайтын pax6 гендері сияқты терең гомологиялар күтпеген еді, себебі бұл мүшелер анатомиялық тұрғыдан өте ерекше және толығымен тәуелсіз дамыған сияқты көрінеді.
Сүтқоректілерде
Адамды қоса алғанда сүтқоректілердің ортаңғы құлағындағы үш кішкентай сүйек – маллеус, инкус және степес – бүгінде дыбысты барабаншадан ішкі құлаққа жеткізуге қолданылады. Маллеус пен инкус эмбрионда жақ сүйектерін (квадрат және буын) құрайтын құрылымдардан, сондай-ақ кесірткелердің және сүтқоректілердің кесіртке тәрізді ата-бабаларының қазба қалдықтарынан да пайда болады. Екі дәлел де осы сүйектердің гомолог екенін, яғни ортақ ата-тегі бар екенін көрсетеді. Сүтқоректілердің көбелек жүйелеріндегі көптеген гомологиялардың арасында жұмыртқалықтар мен ұрық бездері де гомологты болып табылады. Адамның құйрық сүйегі сияқты кемсіткіш мүшелер, қазір функционалдық жағдайынан айтарлықтай төмендеген, эволюцияның белгілері ретінде түсініледі. Бұл мүшелердің функциялық қажеттілігі болмаған кезде табиғи іріктеу арқылы қысқартылғаны түсіндіріледі, бірақ түрлердің өзгермейтін екендігі ескерілсе, оларға түсініксіз. Құйрық сүйегі басқа приматтардың құйрықтарына гомологты.
Жапырақтары, сабақтары мен тамырлары
Көптеген өсімдіктерде қорғаныс немесе сақтау құрылымдары алғашқы жапырақтардың, сабақтардың және тамырлардың дамуының өзгеруі арқылы қалыптасады. Жапырақтар фотосинтездік құрылымнан әртүрлі өзгеріп, құмыра гүлдердің жәндіктерді ұстайтын ыдыстарын, Венера тұтқыр гүлдерінің жәндіктерді ұстайтын жақтарын және кактустардың тікендерін құрайды – бәрі де гомологты. Негізгі органдар Қорғаныс құрылымдары Сақтау құрылымдары Жапырақтар Тікендер Ісінген жапырақтар (мысалы, суккуленттер) Сабақтар Тікендер Түбірлер (мысалы, картоп), тамырсабақтар (мысалы, имбир), ет тәрізді сабақтар (мысалы, кактус) Тамырлар Тамыр түйіндері (мысалы, тәтті картоп), басты тамыр (мысалы, сәбіз) Гүлді өсімдіктердің кейбір күрделі жапырақтары жапырақтар мен бүршіктерге жартылай гомологты, себебі олардың дамуы жапырақ және бүршік дамуының генетикалық мозаикасынан пайда болған.
Certain compound leaves of flowering plants are partially homologous both to leaves and shoots, because their development has evolved from a genetic mosaic of leaf and shoot development.
Гүл бөлшектері
Гүлдің дамуының ABC моделі. А класындағы гендер сепалдар мен жапырақшаларға, В класындағы гендер жапырақшалар мен аталықтарға, ал С класындағы гендер аталықтар мен аналықтарға әсер етеді. Гүлдік меристеманың екі нақты қабатында, әрбір мүшелік гендер тобы іске қосылады. Гете 1790 жылы дұрыс атап өткендей, гүлдің төрт түрі – аналықтар, аталықтар, жапырақшалар және сепалдар – жапырақтармен гомологты және олардан шыққан. Өсіп келе жатқан аймақтардағы (меристемалар) гендік экспрессияның белгілі бір үлгісі арқылы осы бөліктердің дамуы гүлдің дамуының ABC моделімен сипатталады. Гүлдің төрт түрінің әрқайсысы концентрлі қабаттарда тізбектей қайталанады, оларды әртүрлі комбинацияларда әрекет ететін шағын гендер тобы бақылайды. Осылайша, А гендері ғана сепалдардың қалыптасуына себеп болады; А және В бірлесіп жапырақшаларды жасайды; В және С бірлесіп аталықтарды құрайды; С ғана аналықтарды жасайды. Егер ешбір ген белсенді болмаса, жапырақтар пайда болады. Осы модельді толықтыру үшін тағы екі ген тобы – D жұмыртқаларды, ал E гүлдің қабаттарын қалыптастырады. Гендердің өзі гүлді өсімдіктердей көне екені анық.
Тізбелік гомология
thumb|300px|сол жақ|Сүтқоректілердің гистон H1 ақуыздарының көптік тізбек реттелгені. Талданған бес түрдің барлығында сақталған реттелу орындары сұр түспен белгіленген. Консервативті, жартылай консервативті және консервативті емес аминқышқыл алмасулары көрсетілген. Анатомиялық құрылымдардағыдай, ақуыз немесе ДНК тізбектерінің гомологиясы ортақ тектік байланысы тұрғысынан анықталады. ДНК-ның екі сегменті түр пайда болу оқиғасы (ортологтар) немесе дупликация оқиғасы (паралогтар) арқасында ортақ тектік байланысқа ие болуы мүмкін. Ақуыздар немесе ДНК арасындағы гомология әдетте олардың тізбек ұқсастығынан көрініс береді. Маңызды ұқсастық – екі тізбектің ортақ ата-тегінен дамып келгендігінің күшті дәлелі. Көптік тізбек реттелулері әрбір тізбектің қай бөліктері гомолог екенін көрсету үшін қолданылады. Егер тізбектер бір ғана ата-текке жататын және түр пайда болу оқиғасымен бөлінген болса, онда гомологты тізбектер ортологты болып саналады: бір түр екі жеке түрге бөлінген кезде, екі түзілген түрдегі бір геннің көшірмелері ортологтар деп аталады. "Ортолог" термині 1970 жылы молекулалық эволюцияны зерттеуші Уолтер Фичпен енгізілген. Егер тізбектер геном ішіндегі дупликация оқиғасы арқылы пайда болған болса, онда гомологты тізбектер паралогты болып табылады. Гендердің дупликациясы кезінде, егер организмдегі ген дупликацияланса, екі көшірме паралогты болады. Олар геномдардың құрылымын қалыптастыра алады және геном эволюциясын үлкен дәрежеде түсіндіруге көмектеседі. Мысалы, жануарлардағы Homeobox (Hox) гендерін келтіруге болады. Бұл гендер хромосомалар ішінде гендердің дупликациялануына ғана емес, сонымен қатар геномның толық дупликациялануына да ұшырады. Нәтижесінде, көптеген омыртқалы жануарлардағы Hox гендері бірнеше хромосомаларға таралады: HoxA–D кластерлері ең көп зерттелген. Кейбір тізбектер гомологты, бірақ олар соншалықты өзгерген, олардың тізбек ұқсастығы гомологияны анықтау үшін жеткіліксіз. Дегенмен, көптеген ақуыздар өте ұқсас құрылымды сақтап қалған және олардың гомологиясын көрсету үшін құрылымдық реттелуді қолдануға болады.
Әдептілік
Кейбір мінез-құлықтар туысқан таксондар арасында ортақ болуы немесе жеке даму барысында ортақ тектен туындауы негізінде гомологты болуы мүмкін деген ұсыныс жасалған. Алайда, гомологты мінез-құлық ұғымы әлі де даулы, себебі мінез-құлық басқа биологиялық белгілерге қарағанда көптеген түрде іске асырылуға бейім. Мысалы, Д. В. Раджеки және Рэндалл С. Фланери адамдар мен адам емес приматтар туралы мәліметтерді пайдаланып, доминанттық иерархиядағы мінез-құлық үлгілерінің приматтар арасында гомологты екенін дәлелдейді. Мысалы, осы көзді маймылдардағыдай, доминанттық иерархиялық мінез-құлық приматтар арасында гомологты болуы мүмкін. Морфологиялық ерекшеліктер немесе ДНК сияқты, мінез-құлықтағы ортақ ұқсастық ортақ тектің куәсі болып табылады. Мінез-құлық белгісі гомологты емес деген гипотеза, басқа белгілерге қатысты осы белгінің үйлесімсіз таралуына негізделуі керек, бұл белгілер туыстық қатынастардың нақты үлгісін көрсетеді деп есептеледі. Бұл Вилли Хеннингтің қосалқы принципін қолдану болып табылады.