Гомологичными являются крылья бабочки и крылья. Аналогичные и гомологичные органы. Рудименты и атавизмы

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.

В этой небольшой заметке, характеризующей появление у живых организмов в процессе эволюции так называемых гомологичных и аналогичных органов, хотелось бы напомнить вам о двух основных типах эволюционных изменений, которые были подробно описаны еще .

Как репетитору ЕГЭ по биологии, мне кажется важным помнить о каких именно типах эволюционных преобразований идет речь?

Это дивергентный и конвергентный типы преобразований организмов, приводящие к формированию надвидовых (макроэволюция) систематических единиц.

Дивергенция — это тип эволюционных изменений, основанный на постепенном расхождении тех или иных признаков организмов. Дивергенцией объясняется появление гомологичных органов, имеющих общее происхождение, но выполняющих, как правило, различные функции (пишу «как правило», потому что функции у гомологов могут быть как различные , так и сходные ).

Конвергенция — приобретение сходных признаков у не родственных организмов. Конвергенцией объясняется появление аналогичных органов, имеющих различное происхождение, но выполняющих сходные функции.

Почему приходится заострять на этом ваше внимание

Да все просто. Поскольку базовых понятий два (дивергенция и конвергенция), объясняющих появление в эволюции двух типов органов (гомологичных и аналогичных), то с вероятностью 50% они запоминаются неправильно.

Возможно, табличка из пособия Т.Л.Богдановой поможет кому-то не путать функции и пути образования гомологичных и аналогичных органов в процессе макроэволюции. Но привожу эту табличку без изменений: именно в таком виде она объясняет почему у учащихся возникает так много путаницы при ответах на многочисленные тестовые задания по выявлению гомологичных и аналогичных органов.

Что неверного в этой таьблице? Первый и третий отличительные признаки «Происхождение» и «Путь образования» действительно подходят для сравнительной характеристики гомологичных и аналогичных органов.

А признак «Функция» является действительным всегда лишь для характеристики аналогичных органов, потому что гомологичными могут быть не только органы, выполняющие различные функции (как написано в таблице), но и сходные .

Например, ноги лошади и ноги человека — явно гомологичные органы, так как имеют общее происхождение, но и функция то у них тоже сходная .

Какой вывод следует сделать

Как репетитор ЕГЭ по биологии, могу посоветовать всегда стараться выделять что-то главное, а что-то второстепенное.

Ничего не запоминайте чисто механически, а выстраивайте в своей голове четкую логическую цепочку из приведенных фактов и следствий. Только тогда можно судить о том, что новый материал не просто запомнился, а именно усвоился.

Ниже приводятся 52 примера заданий из тестовых вариантов ЕГЭ на определение гомологичных и аналогичных органов, присланные мне преподавателем Владимиром Анатольевичем. Решил разместить их в этой статье. Все приводимые здесь примеры гомологичных органов — результат дивергентной эволюции, а примеры аналогичных органов — результат конвергенции.

Примеры заданий на гомологичные органы

1. Крылья совы и крылья летучей мыши
2. Ласты дельфина и ласты-крылья пингвина
3. Конечности крота и конечности лошади
4. Ласты китообразных и ластоногих
5. Когти барсука и ногти обезьяны
6. Киль летучей мыши и киль птицы
7. Задние конечности кенгуру и задние конечности тушканчика
8. Окраска крыльев бабочки павлиний глаз и бабочки крапивницы
9. Ласты ихтиозавра и рука человека
10. Плакоидная чешуя акулы и зубы ящерицы
11. Лепестки розы и листья капусты
12. Листья паслена и усы гороха
13. Видоизмененные листья: лепестки розы, усы гороха, иголки кактуса.
14. Шишки ели и стробила хвоща
15. Перистосложный лист гороха и прилистники-кувшинчики непентес
16. Стеблевые чешуи хвоща и колючки барбариса
17. Тычинки цветка мака и почечные чешуи
18. Бутон цветка и почка
19. Конечности позвоночных
20. Гомологи передней конечности шимпанзе: 1) рука человека 2) крыло птицы 3) ласт кита
21. Колючки кактуса и усики гороха
22. Ловчие листья росянки и сочные чешуи репчатого лука
23. Корневище ландыша клубни картофеля
24. Китовый ус и усы сома
25. Чешуя змеи и перо птицы
26. Ноги бабочки и ноги жука
27. Когти кошки и ногти обезьяны
28. Нос обезьяны и хобот слона
29. Предплечье лягушки и курицы
30. Волосы человека и шерсть собаки

Примеры заданий на аналогичные органы

1. Конечности позвоночных животных и насекомых
2. Крылья птиц и насекомых
3. Глаза головоногих моллюсков и глаза позвоночных животных
4. Роговые чешуи ящерицы и панцирь черепахи – аналоги
5. Форма тела акулы и дельфина
6. Передние конечности насекомого медведки и крота
7. )Шипы розы и иголки кактуса
8. Зубы кошки и зубы акулы
9. Листья и шипы
10. Семена растений и споры мхов
11. Усики клубники и воздушные корни
12. Жабры рака и рыбы
13. Роющие конечности крота и медведки
14. Аналогами передней конечности шимпанзе являются: 1) хобот слона, 2) клешня рака, 3) щупальца осьминога, 4) ногощупальца скорпиона
15. Колючки барбариса и колючки боярышника
16. Хорда ланцетника и позвоночник человека
17. Панцирь черепахи и раковина улитки
18. Легкие амфибии и легкие пауков
19. Усы рака и усы сома
20. Глаза осьминога и собаки
21. Крылья летучей мыши и стрекозы
22. Плавник кита и хвостовой плавник рака

Считаю совершенно неправильным, когда в тесты КИМов ЕГЭ помещают задания на определение гомологов или аналогов, по которым в разных учебниках

Органы, имеющие сходное строение и общее происхождение, независимо от выполняемых ими функций, называются гомологичными . Например, у представителей позвоноч-ных животных , обитающих на суше, в воздухе и в воде, передние конечности выполняют функции хождения, копательную, летательную, плава-тельную. Однако у всех они состоят из плеча, предплечья, образо-ванного локтевой и лучевой костями, костями запястья (рис. 45). Гомологичные органы встречаются также и у растений .

Примеры

Примерами гомологичных органов у растений являются усики гороха, шипы барбариса и кактуса. Это видоиз-менённые листья. У животных наиболее яркий пример — передние конечности позвоночных животных.

Аналогичными называют такие органы, которые выполняют одинаковые функции, но имеют различное происхождение. Колючки кактуса образовались в результате видоизменения листьев, шипы боярышника — стебля, а шипы розы и малины — вследствие изме-нения ростков эпидермиса (рис. 46). Примерами аналогичных орга-нов являются также глаза головоногих моллюсков и позвоночных животных. Глаза у головоногих моллюсков развиваются путём удлинения эктодермального слоя, а у позвоночных — из бокового ростка головного мозга.

Конвергенция

В отдельных случаях эволюционный процесс совершается в результате приспособления организмов, относящихся к различным систематическим группам, к одинаковым условиям обитания в течение миллионов лет . Такой процесс называется конвергенцией (от лат. convergere — приближаться) — схожестью признаков организмов, имеющих различное происхождение, в результате естест-венного отбора и одинаковых условий.

В качестве примера конвергенции можно привести сходство строения тела, органов движения акулы (рыбы), ихтиозавра (пресмыкающиеся , жившие в мезозойской эре и затем вымершие), дельфина (млекопитающие). Сходство внешнего вида представителей подкласса сумчатых и плацентарных из класса млекопитающих — сумчатого крота и крота обыкновенного — также является результатом конвергенции (рис. 47).

Примеры

Примерами аналогичных органов у растений могут служить иглы барбариса, иглы боя-рышника, шипы белой акации (боковые листья), шипы мали-ны (ростки кожицы); у животных — крылья бабочки (развиваются из задней части грудного отдела тела), крылья орла, летательные перепонки летучей мыши (образованы путём видоизменения перед-ней конечности).

Органы, утратившие в течение эволюционного процесса своё первоначальное значение и находящиеся на стадии исчезновения, называются рудиментарными . У древних предков эти органы были нормально развиты и выполняли определённые функции. Затем, в ходе эволюционного процесса, они потеряли своё биологическое значение и сохранились в виде остаточных органов. Материал с сайта

Примеры

Рудиментарные органы встречаются как у животных, так и у растений. Так, чешуйки у корневища ландышей, пырея, папоротника и комнатного растения аспидистры являются рудиментарными листьями. Вторые и третьи пальцы конечностей лошади, крестцовая кость и кости конечности кита, маленькая пара крыльев у мухи также являются рудиментарными органами. Рудиментарные органы у растений, животных и человека являются важным доказательством эволюции .

Явления атавизма также подтверждают историческое развитие органического мира. Под атавизмом понимают повторение у отдельных особей в онтогенезе признаков, характерных для их далёких предков.

Примеры

Примером атавизма являются случаи рождения зеброобразных жеребят, наличие нечётких полос на спине пегой лошади. Это свидетельствует о том, что дикие предки домашней лошади имели полосатый шерстяной покров. Иногда у коров бывает три пары сосков на вымени . Это указывает на то, что коровы произошли от диких предков, имевших четыре пары сосков.

Картинки (фото, рисунки)

• Рис. 45. Гомологичные органы (передние конечности позвоночных животных): саламандра, черепаха, крот, лошадь, летучая мышь, птица

• 

  Рис. 46. Аналогичные органы: 1- иглы барбариса; 2 - иглы боя­рышника; 3 - шипы белой акации (боковые листья); 4 - шипы мали­ны (ростки кожицы); 5 - крылья бабочки (развиваются из задней части грудного отдела тела); 6 - крылья орла; 7 - летательные перепонки летучей мыши (образованы путём видоизменения перед­ней конечности)

• 

  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

  С помощью сравнительной анатомии доказывают родство организмов, сравнивая строение беспозвоночных и ископаемые остатки.

  Сравнительно-анатомические исследования обнаруживают черты сходства передних конечностей у некоторых позвоночных животных, хотя выполняющие функции их различны (рис. 28). Приведем в качестве примера плавники кита, передние конечности крота и крокодила, крылья птиц и летучей мыши, руки человека. В зависимости от функции некоторые кости конечностей атрофируются или срастаются. Несмотря на некоторые отличия в размерах, сходные признаки показывают их родство.

  Рис. 28. Эволюция передних конечностей наземных позвоночных

  Органы, соответствующие друг другу по строению и происхождению независимо от выполняемых ими функций, называются гомологичными.

  
  

  Рассмотрим гомологичные органы животных на примере крыльев летучей мыши и передних конечностей крота.

  Как вы знаете из курса зоологии, крылья летучей мыши приспособлены для полета, а передние конечности крота - для копания земли. Но, несмотря на различные функции, в строении их костей много общего. Конечности крота и летучей мыши состоят из сходных элементов: лопатки, костей плеча, предплечья, запястья, пясти, фаланг пальцев. Отличие только в том, что кости запястья у летучей мыши слаборазвиты, у крота фаланги пальцев короткие. Несмотря на эти небольшие различия, у них сохраняется общее сходство костей.

  Гомологичные органы растений. К гомологии листа относятся колючки барбариса, кактуса, шиповника и усики гороха. Так, колючки барбариса и шиповника, легко отделяющиеся от коры веток, - это видоизмененные листья, защищающие их от поедания животными. Кактусы из-за обитания в условиях засушливости имеют видоизмененные листья-колючки, которые способны экономно расходовать влагу. Усики гороха цепляются за растения, чтобы поднять на свет свои слабые стебли. Несмотря на внешние отличия - колючки, усики, растения имеют общее происхождение.

  К гомологии стебля относятся корневища ландыша, касатика, пырея. Клубень картофеля, луковицы лука, шипы боярышника - это видоизмененный стебель. Хотя в зависимости от функции они видоизменены, их общий предок - побег.

  Аналогичные органы. Внешне очень сложно определить общность происхождения сходных органов. Например, крылья бабочки и птицы служат для полета. Но крылья бабочки - особое образование на спинной стороне груди, а крылья птицы - измененные передние конечности. Внешние сходства связаны с приспособлениями к среде, но родства не имеют.

  Органы, выполняющие однородные функции, но не имеющие сходного плана строения и происхождения, называются аналогичными .

  Например, конечности крота и медведки (рис. 29) хотя выполняют сходные функции, но их строение и происхождение различны.

  

  Рис. 29. Аналогичные (конечности крота и медведки) органы

  Сравнительная анатомия устанавливает родство отдаленных друг от друга видов. Например, зубы человека и млекопитающих похожи на хрящ акулы. В древности зубы позвоночных животных появились из чешуй, перешедших в ротовую полость. Также слуховая косточка-молоточек млекопитающих входила в состав нижней челюсти костных рыб, земноводных, пресмыкающихся и птиц. Особенности строения костей верхних и нижних конечностей и скелет рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих одинаковы. Это является доказательством единства происхождения всех позвоночных животных.

  Промежуточная форма. Между крупными систематическими группами существуют промежуточные формы, свидетельствующие о единстве органического мира. Например, размножение низших яйцекладущих млекопитающих (ехидны и утконоса), наличие клоаки доказывают их сходство с пресмыкающимися.

  Сравнительно-анатомические доказательства. Гомологичные органы. Аналогичные органы.

  1. Гомологичные органы с общим происхождением и строением развиваются из сходных зачатков.

  2. Аналогичные органы выполняют сходные функции, но имеют различное происхождение.

  1. В каких случаях проводится сравнительная анатомия?

  2. Приведите примеры гомологичных органов у животных.

  1. Назовите гомологичные органы растений.

  2. В чем различие между аналогичными и гомологичными органами?

  1. Приведите примеры аналогичных органов.

  2. Дайте определение аналогичных и гомологичных органов.

  Лабораторная работа № 4

  Примеры сравнительно-анатомических доказательств эволюции

  Приборы и оборудование: гербарии гороха, барбариса, шиповника, верблюжьей колючки, малины, клубень картофеля, кактус, корневище ландыша (можно взять касатик), лук; рисунки таракана, кузнечика, водомер (если есть коллекции), рисунок бабочки, чучело птицы, рисунок летучей мыши; влажные препараты речного рака, рыбы, лягушки, ящерицы.

  1. Знакомство с гомологичными органами растений.

  2. Гомологичные органы животных.

  3. Аналогичные органы растений.

  4. Аналогичные органы животных.

  5. В конце работы заполните таблицу.