§ 2. Гомологичные органы

Определения и обозначения

Гомологичные органы — органы разных организмов, сходные по происхождению и общему плану строения, даже если выполняют разные функции. Например, передние конечности человека и кита служат для разных действий, но связаны с конечностью общего предка. Это понятие помогает распознавать родство организмов по строению.

Общий план строения — сходное расположение и взаимное соответствие частей органа. У передних конечностей позвоночных можно сопоставить плечо, предплечье и кисть. Такой порядок частей нужен, чтобы увидеть общее происхождение, даже если форма отдельных костей изменилась.

Дивергенция — расхождение признаков у родственных организмов в ходе эволюции. Из-за разных условий жизни один и тот же исходный орган может постепенно приспособиться к плаванию, полёту или ходьбе. Понятие объясняет, почему гомологичные органы становятся непохожими внешне и по функции.

Аналогичные органы — органы, сходные по выполняемой функции, но различающиеся происхождением и планом строения. Крылья птицы и насекомого помогают летать, однако устроены и возникли по-разному. Это понятие нужно, чтобы не принимать любое функциональное сходство за доказательство родства.

Как это устроено

Сходство строения органов у разных организмов служит признаком общего происхождения, потому что сложное соответствие частей обычно не возникает случайно. Если в органах сохраняется один и тот же порядок основных элементов, вероятно, они унаследованы от общего предка. Позднее отдельные части могли измениться, но их взаимное расположение осталось узнаваемым.

У позвоночных конечность общего предка включала соответствующие отделы: плечо, предплечье и кисть. В ходе эволюции эти части изменялись под требования среды: одни становились длиннее, другие — короче или прочнее. Поэтому из единого исходного плана возникли лапа, ласт, крыло или рука.

Изменение условий жизни заставляло организм использовать конечность особым образом. В воде выгодны обтекаемая форма и широкая поверхность, в воздухе — лёгкость и способность создавать подъёмную силу, на суше — прочность и опора. Естественный отбор сохранял изменения, которые лучше помогали плавать, летать или ходить.

Разные функции не отменяют гомологию, потому что функция может меняться быстрее, чем основная схема строения. У конечностей могут сохраняться те же соответствующие кости, хотя они уже работают как ласт, крыло или нога. Поэтому при сравнении сначала ищут происхождение и соответствие частей, а не одинаковое назначение.

Гомологию и аналогию различают по нескольким признакам. У гомологичных органов общее происхождение и сходный план строения, а функция может быть разной; у аналогичных органов прежде всего совпадает функция, но происхождение и устройство различаются. Так, передняя конечность человека и крыло птицы гомологичны, а крыло птицы и крыло насекомого аналогичны.

Гомологичные и аналогичные органы

При работе с таблицей сначала определите происхождение органов, затем сравните расположение их частей. Совпадение функции проверяйте в последнюю очередь, потому что оно само по себе не доказывает гомологию. Если происхождение и план строения различаются, органы считают аналогичными.

Разбор задач

Задача 1

У крыла птицы и передней конечности лошади сходное расположение костей. Нужно определить, гомологичны ли эти органы. Функции у них разные: птица летает, а лошадь использует конечность для ходьбы.

1. Сравним не назначение, а основные части: плечо, предплечье и кисть расположены в соответствующем порядке.
2. Такое соответствие указывает на общий план строения передней конечности позвоночных.
3. Сделаем вывод, что различие формы и функции возникло из-за приспособления к разным условиям движения.

Ответ: крыло птицы и передняя конечность лошади гомологичны. Их функции различны, но общий план строения и происхождение связывают эти органы.

Задача 2

Передние конечности человека, кита и летучей мыши выполняют разные функции. Нужно объяснить, почему их считают гомологичными. Для этого сопоставим не внешний вид, а части конечностей.

1. У всех трёх организмов можно выделить плечо, предплечье и кисть.
2. Эти отделы соответствуют друг другу и связаны с единым планом конечности позвоночных.
3. Разная длина костей и форма кисти объясняются специализацией: рука служит для действий, ласт — для плавания, крыло — для полёта.

Ответ: конечности гомологичны. Их общий план и происхождение сохраняются, хотя функции и внешний вид изменились.

Задача 3

Крылья птицы и насекомого служат для полёта. Нужно выяснить, можно ли на этом основании считать их гомологичными. Одной общей функции для такого вывода недостаточно.

1. У птицы крыло является видоизменённой передней конечностью с костями позвоночного типа.
2. Крыло насекомого не имеет такого же набора и расположения костей и возникло из других структур.
3. Следовательно, одинаковая функция появилась независимо как приспособление к полёту.

Ответ: крылья птицы и насекомого аналогичны, а не гомологичны. Их объединяет функция, но не происхождение и план строения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать органы гомологичными только при одинаковой функции. Так происходит потому, что назначение легко заметить, а происхождение требует сравнения строения. Проверьте себя вопросом: совпадает ли общий план частей, а не только результат работы органа?

Ошибка — ожидать, что гомологичные органы обязательно выглядят одинаково. Разные условия жизни изменяют форму и размеры частей в ходе дивергенции. Сравните внутреннее расположение элементов: сильные внешние различия не отменяют общего происхождения.

Ошибка — путать гомологию и аналогию. У гомологичных органов сходны происхождение и план строения, а у аналогичных прежде всего функция. Составьте мысленно три проверки: откуда орган произошёл, как устроен и что делает.

Ошибка — учитывать только общий силуэт органа. Похожая форма может возникнуть у неродственных организмов, а непохожая — сохраниться у родственных. Проверьте соответствие частей и их положение относительно друг друга.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что организмы имеют органы и системы органов. Также важно уметь сравнивать части органа по строению и расположению, а не только по внешнему виду. Эти навыки помогают находить соответствующие элементы у разных организмов.

Гомологичные органы связаны с темами о родстве организмов и эволюции. Их различия показывают, как образ жизни и среда направляют специализацию органов. Поэтому по строению можно проследить и происхождение, и изменения организмов.

Что запомнить

• Гомологичные органы имеют общее происхождение.
• Для них характерен общий план строения.
• Гомологичные органы могут выполнять разные функции.
• Различия в функциях и строении могут возникать в ходе дивергенции.
• Аналогичные органы сходны по функции, но отличаются происхождением и планом строения.
• Одна только общая функция не позволяет признать органы гомологичными.