Analogie (Biologie)

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von Konvergenz (Biologie))
Wechseln zu: Navigation, Suche
Dieser Artikel behandelt Analogie und Konvergenz in der Biologie. Zu Konvergenz in anderen Bereichen siehe Konvergenz.
Flugfähigkeit hat sich bei Pterosauriern (1), Fledertieren (2) und Vögeln (3) konvergent entwickelt. Die Flügel dieser drei Wirbeltiergruppen sind also analoge Organe. Die Flügel werden bei Pterosauriern vom 4. Finger getragen, bei den Fledertieren vom 2. bis 5. Finger, bei den Vögeln wesentlich vom 2. Finger.[1]

Eine Analogie (griechisch ἀναλογία, analogia „Entsprechung“) ist in der Biologie eine Ähnlichkeit der Funktion und/oder Struktur von Organen, Proteinen, Genen oder Verhaltensweisen unterschiedlicher Lebewesen (Taxa), deren gemeinsame Vorfahren diese Ausprägung nicht aufwiesen. Man spricht auch von Parallelismus oder speziell in der Molekularbiologie von Homoplasie.[2]

Die Entwicklung von analogen Merkmalen bei nicht näher verwandten Arten wird als konvergente Evolution (auch konvergente Entwicklung oder Parallelevolution) bezeichnet oder kurz als Konvergenz. Das Vorkommen von Konvergenz bedeutet, dass die bloße Gemeinsamkeit oder Ähnlichkeit eines Merkmals noch keinen Rückschluss auf nahe Verwandtschaft erlaubt. Ähnliche Merkmale deuten auf eine ähnliche oder dieselbe Funktion hin.

Das Gegenteil – gemeinsame Merkmale, die auf Verwandtschaft beruhen – wird als Homologie bezeichnet. Homologe Organe haben den gleichen stammesgeschichtlichen Ursprung, aber nicht unbedingt die gleichen Funktionen. Sie können sich über lange Zeiträume auseinanderentwickeln (Divergenz) und dann beim Vergleich der Arten sehr unterschiedlich aussehen. Aber auch konvergente Entwicklungen sind möglich.

Analoge Merkmale[Bearbeiten]

Analoge Organe ähneln sich nicht nur in der Funktion, sondern teilweise auch äußerlich, teilweise sogar (oberflächlich) anatomisch. Sie sind aber stammesgeschichtlich unterschiedlich und unabhängig voneinander entstanden. Sie bilden also keine Verwandtschaftsbeziehungen ab. Vielmehr lassen ähnliche Organe nur Rückschlüsse auf ähnliche Umweltbedingungen und Lebensweisen zu.

Analoge Merkmale entstehen nach der Systemtheorie der Evolution durch ein Wechselspiel von konvergentem Selektionsdruck und Entwicklungskorridoren. Sie bilden sich im Lauf der Evolution durch Anpassung an eine ähnliche funktionale Anforderung und ähnliche Umweltbedingungen heraus. Häufig haben sich Lebewesen mit analogen Merkmalen an ähnliche ökologische Nischen angepasst (vgl. Stellenäquivalenz).[3]

Die Begriffe Analogie und Konvergenz werden besonders häufig in der Zoologie verwendet. Ein Beispiel dafür sind die Flossenbildungen bei Fischen bzw. Walen. Die Flossen der Wale haben zwar gleiche Funktion und ähnliche Form wie die der Fische, sind aber stammesgeschichtlich aus den Gliedmaßen der ehemals landlebenden Säugetiere entstanden.

In der Botanik gibt es ebenfalls analoge Bildungen der Pflanzen. So werden von Laien Stacheln oft mit Dornen verwechselt. Im Gegensatz zu den Dornen werden Stacheln aber nur aus den oberen Zellschichten (Epidermis, Rindengewebe) gebildet. Sie sind also nur Oberflächenstrukturen (Emergenzen). Dornen sind hingegen Umbildungen der Blätter oder der Sprossachse. Solche Umbildungen zur Anpassung an besondere Lebens- und Umweltbedingungen bezeichnet man in der Botanik als Metamorphose.

Die Begriffe Analogie und Homologie werden auch bei evolutionären Argumentationen in der Molekulargenetik und Proteomik verwendet. Bei analogen Genen bzw. Proteinen sind Basen- oder Aminosäureabfolgen zwar gleichartig lautende Abschnitte, die aber z. B. durch Mutationen aus verschiedenen oder an unterschiedlichen Orten (loci) liegenden Genen hervorgehen.

Beispiele[Bearbeiten]

Der ausgestorbene Beutelwolf, der nicht näher mit den Hunden verwandt ist, ist ein Beispiel für konvergente Evolution.
Die Dreikantige Wolfsmilch, eine beliebte Zimmerpflanze, ähnelt einem Kandelaberkaktus.

Ein klassisches Beispiel sind die Schädel von Wolf und Beutelwolf oder die Gestalt von Ameisenbär und Erdferkel. Die Ursache für solche konvergenten Entwicklungen, die zu Analogien führten, sind gleiche Selektionsfaktoren, die zu vergleichbaren Anpassungen geführt haben. „Das bekannteste Beispiel sind die Beuteltiere Australiens [...] da keine Plazenta-Säugetiere in Australien vorhanden waren, entwickelten sie Anpassungstypen, die denen der nördlichen Halbkugel entsprechen.“[4]

Ein weiteres Beispiel stellen die an die Fortbewegung unter Wasser angepassten Gliedmaßen von verschiedenen wasserlebenden Wirbeltieren dar, wie z. B. Schildkröten, Walen und Pinguinen, die zwar allesamt Abwandlungen des Grundbauplans einer fünfgliedrigen Extremität darstellen und somit homolog zueinander sind, sich jedoch aufgrund ihrer verschiedenen Abstammung aus Beinen oder Flügeln unabhängig voneinander entwickelt haben und somit zueinander analog sind. Es handelt sich also um Anpassungen an ähnliche Umweltbedingungen, die zu ähnlichen Formen und Funktionen führten. Wenn man im Stammbaum allerdings genügend weit zurückgeht, stammen die Reptilien, Säuger und Vögel von einem gemeinsamen Vorfahren ab, der die fünfstrahlige Vorderextremität aufweist.

Selbst innerhalb bestimmter Taxa wird konvergente Evolution angenommen, etwa bei den Mundwerkzeugen von Insekten. Hier ist es von ursprünglich beißend-kauenden Mundwerkzeugen zu verschiedenen abgeleiteten Funktionstypen gekommen, einerseits bei blütenbesuchenden Insekten die Ausbildung von Saugrüsseln, die sehr effizient Nektar aufnehmen können, andererseits die konvergente Ausbildung stechend-saugender Mundwerkzeuge[5] [6] [7].

Auch die Tierläuse entwickelten sich trotz ihrer großen morphologischen Ähnlichkeit im Laufe der Evolution zweimal unabhängig voneinander. Die große Übereinstimmung der parasitischen Körpermerkmale ist somit das Ergebnis der Anpassung an das Wirtstier, jedoch kein Zeichen für eine enge Verwandtschaft der Tiere untereinander.[8]

Auch bei Pflanzen sind konvergente Entwicklungen bekannt. Ein Beispiel findet sich bei den Sukkulenten: Der neuweltliche Kandelaberkaktus Pachycereus weberi sieht der Dreikantigen Wolfsmilch Euphorbia trigona aus Afrika sehr ähnlich. Die Anordnung der Blattdornen und die Blütenform ermöglichen eine Unterscheidung (Bestimmung). Die Ähnlichkeit beruht auf der Anpassung an den trocken-heißen Standort.

Konvergenz gibt es nicht nur im Bereich der Körperform, sondern auch auf molekularer Ebene. Wiederkäuer wie das Hausrind und blätterfressende Schlankaffen wie der Langur Presbytis entellus gehören zwar weit entfernten systematischen Gruppen an, besitzen aber ein sehr ähnliches Lysozym-Molekül, das im Magen produziert wird.[9]

Weitere Beispiele für analoge Organe und Strukturen sind

Begriffsabgrenzungen[Bearbeiten]

Analogie und Homologie[Bearbeiten]

Hauptartikel: Homologie (Biologie)
  • Analog sind Strukturen, die sich nicht auf einen gemeinsamen Bauplan zurückführen lassen. Ihre ähnliche Ausprägung wird durch Konvergenz erklärt. Ein Beispiel: Die Flügel der Vögel und der Fledermäuse (Flughaut), sind bezüglich der Tragfläche – Federn bzw. Flughaut – analog. Die Fledermäuse haben ihre Flughaut jedoch zwischen den Fingern ihrer Vordergliedmaßen aufgespannt, die Vögel fliegen mit der gesamten Schwinge, also dem Arm mit den Federn. Einer Funktionsgleichheit liegt ein ganz anderer Bauplan zu Grunde.
  • Homolog sind Strukturen, die sich auf einen gemeinsamen Bauplan zurückführen lassen. Ihre unterschiedliche Ausprägung wird durch Divergenz erklärt. Ein Beispiel: Die Vorderflossen eines Delfins und die Vorderbeine eines Elefanten sind bezüglich des Skelettes homolog, da die Reihenfolge der Knochen, also Oberarmknochen, Elle und Speiche etc. gleich geblieben ist. Einem fast gleichen Bauplan steht eine ganz andere Funktion gegenüber.

Teilweise ist die Unterscheidung zwischen "analog" und "homolog" aber standpunktabhängig: Flossen von Delphinen und Pinguinen stellen homologe Extremitäten dar, die Flossenstrukturen gehen aber nicht auf gemeinsame Vorfahren zurück. Sie stellen analoge Exaptationen dar. Genauso sind die Flügel von Fledermäusen und Vögeln analoge Entwicklungen auf Basis homologer Extremitäten. In beiden Beispielpaaren sind die gemeinsamen Strukturen der gemeinsamen Vorfahren die Vorderextremitäten von Sauropsida vor etwa 310 Millionen Jahren.[10]

Sekundärbildungen[Bearbeiten]

Bisweilen wird die Funktion eines Organs, das im Verlaufe der Evolution zurückgebildet wurde, später sekundär durch ein analoges Organ erfüllt, wenn sich die Lebensumstände wieder in die ursprüngliche Richtung ändern, z. B. ein Landtier ins Wasser zurückkehrt (Beispiel: die Fluke der Wale als sekundäre Schwanzflosse). In seltenen Fällen wie dem sekundären Kiefergelenk erfolgt der Übergang vom primären zum sekundären Organ auch direkt.

Koevolution[Bearbeiten]

Ein ganz anderer Prozess als Konvergenz oder Parallelevolution ist Koevolution, welche die Anpassungen stark interagierender Arten bezeichnet. Ein Beispiel sind einige Vertreter der Pflanzengattung Hippeastrum (Ritterstern), deren Blütenform spezifisch auf die Bestäubung durch einige Kolibriarten ausgelegt ist. Die Schnabelform der Kolibris wiederum hat sich im Laufe der Zeit an die Form des Blütenkelches angepasst. Diese gemeinsame Entwicklung hat Vorteile für beide Arten. Einerseits ist sichergestellt, dass die Kolibris nicht mit Vertretern anderer Arten um Nahrung konkurrieren müssen, da kein anderes Tier den Nektar erreichen kann. Andererseits ist durch die Körperform des Vogels und die Tatsache, dass er den Nektar im Flug aufnimmt, gewährleistet, dass der Blütenstaub an seiner Brust haften bleibt und er andere Blüten damit bestäubt.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Ulrich Lehmann: Paläontologisches Wörterbuch, 4. Auflage. Enke, Stuttgart 1996
  2. Ray Lankester: On the Use of the Term Homology in Modern Zoology, and the Distinction between Homogenetic and Homoplastic Agreements. In: The Annals and Magazine of Natural History, Zoology, Botany, and Geology, 4. Serie, Band 6, 1870, S. 34–43
  3. Mayr, Ernst: Das ist Evolution, München 2003, S. 195
  4. Mayr, S. 195 f.
  5. Krenn HW, Plant J, Szucsich NU (2005) Mouthparts of flower-visiting insects. Arthropod Structure & Development 34: 1-40
  6. Krenn HW, Gereben-Krenn B-A, Steinwender BM., Popov A (2008) Flower visiting Neuroptera: mouthparts and feeding behaviour of Nemoptera sinuata (Nemopteridae). European Journal of Entomology 105: 267-277
  7. Bauder J, Lieskonig N, Krenn HW 2011. The extremely long-tongued Neotropical butterfly Eurybia lycisca (Riodinidae): Proboscis morphology and flower handling. Arthropod Structure & Development 40: 122-127
  8. Johnson, K. P. et al.: Multiple origins of parasitism in lice. In: Proc Biol Sci. 271, Nr. 1550, 2004, S. 1771-1776. PMID 15315891.
  9. Andrew Cockburn: Evolutionsökologie, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart 1995, S. 39 f.
  10. Richard Dawkins: Geschichten vom Ursprung des Lebens: Eine Zeitreise auf Darwins Spuren, Begegnung 16