比較解剖學作為進化證據


對不同動物物種的解剖結構進行比較,揭示了顯著的解剖學相似性,清楚地表明瞭它們透過從一個或多個共同祖先分化而進化。生物學家根據各種生物體器官和器官系統的結構和功能的相似性,將結構分為三類:同源結構、同功結構和痕跡器官。

同源器官

同源性研究不同相關物種中源於共同祖先的結構,通常體現在共同的胚胎起源中。這些結構被稱為同源器官,是各種進化產生的結果,使生物體能夠執行不同的作用。脊椎動物的前肢是具有相同解剖結構但功能不同的器官的極好例子。

分節動物表現出一種獨特的同源性,例如節肢動物的附肢。同源性是由於來自共同祖先的適應性輻射產生的,使生物體能夠有效地適應不同的生態位。哺乳動物前肢的解剖結構是適應性輻射的一個著名例子。上臂始終只有一根長骨。肱骨、尺骨和橈骨是前臂的兩根平行骨,腕骨通常以兩排四根骨排列在手腕處。

五根平行的掌骨形成手掌,手指的骨骼由每根三節指骨組成,除了第一根手指只有兩節指骨。食蟲目中的Tenrecs(鱗甲食蟻獸)具有雛形五指手。所有肢骨都短而寬,使肢體呈鏟狀外觀。

在翼手目蝙蝠中,肱骨、橈骨、尺骨和四個手指被大大放大,以支撐翼膜。在像馬這樣的有蹄類動物中,肱骨短而重,專為奔跑或奔跑習性而設計。成年人經常經歷骨骼融合。水生動物(如鯨魚)的前肢轉變為鰭狀肢,以幫助游泳。植物也可以具有同源結構,表明核心模式保持一致。植物也可以具有同源結構。

例如,九重葛、玫瑰中的同源刺和葫蘆科植物中的卷鬚,出現在腋生位置。有很多這樣的例子,表明儘管存在廣泛的差異,但核心模式仍然保持一致。所有分類群成員都建立在一個標準的計劃上,成員之間存在差異,使每個成員適應其生存方式。多樣性越大,分類等級越高。

自達爾文以來,大多數生物學家都認為緊密的解剖學相似性必須以密切的遺傳親緣關係為基礎,而更遠的相似性則代表了更遠的遺傳關係。

同功器官

同功器官是在各種不相關的生物體中出現的,用於執行類似活動的物理上不同的結構。但是,這些結構在某些方面具有共同點,這些共同點是基於修改以完成相同活動的基礎。這些器官被稱為同源器官,是趨同進化產生的結果。

昆蟲、某些已滅絕的爬行動物、鳥類和蝙蝠分別進化出的翅膀是同源器官的著名例子。昆蟲的翅膀是由幾丁質脈絡支撐的膜。翅膀是一個死結構,由連線到其基部的肌肉提供動力。翼龍,史前飛行爬行動物,它們的翅膀是皮膚褶皺,由大大擴大的第四前肢手指支撐。

鳥類翅膀的滑翔表面由羽毛組成。羽毛由前肢骨骼的內部骨骼固定到位。蝙蝠的翅膀是由改編自皮膚的膜形成的。蝙蝠的翅膀由最後四個前肢手指的擴大和展開的指骨支撐。卷鬚是植物中卷鬚的一個例子。豌豆和葡萄藤的卷鬚有不同的起源。第一個是改良的葉子,第二個是改良的莖。來自植物和動物的其他例子表明,明顯的相似性是針對相同環境條件的適應性適應的結果。

痕跡器官

研究痕跡器官或雛形器官是比較解剖學的另一個重要組成部分。痕跡器官的存在增加了我們對物種透過進化形成的理解。這些遺蹟表明,以前對祖先有益的結構在後代的發育過程中發生了改變。由於適應不斷變化的環境條件,這種變化發生在進化過程中。在許多情況下,減少的器官承擔了與最初設計不同的新作用。在其他情況下,它毫無意義。

人類的闌尾是最著名的遺蹟。它是一個看起來像蠕蟲的小結構(闌尾),是大腸盲腸的狹窄末端。盲腸和闌尾在某些以粗纖維飲食為主的哺乳動物中更為突出,這種飲食富含纖維素。這使得困在其中的微生物能夠以酶的方式分解纖維素。

然而,在飲食習慣改變(纖維素攝入量降低)的人類中,闌尾被認為是多餘的,並且仍然是雛形。當它增大並導致闌尾炎時,它可能成為不適的來源。在人類中,它可以被外科手術切除而不會造成任何傷害。

動物和植物中其他痕跡器官的例子比比皆是。在動物中,例子包括眼睛的瞬膜、外耳肌和人類的智齒、高等靈長類動物中的痕跡尾椎骨(胚胎尾巴)、鯨魚、蟒蛇和巨蟒中的骨盆帶,以及穴居脊椎動物和無脊椎動物中的退化眼睛。植物痕跡包括仙人掌莖上隱藏的氣孔、仙人掌中的痕跡葉、唇形科植物中的敗育雄蕊和葫蘆科雄花中的敗育雌蕊。

同樣,在菊科的某些成員中,舌狀花包含一個沒有柱頭的敗育雌蕊,因此不會授粉。結果,胚珠是敗育的。

結論

比較解剖學透過同源器官、同功器官和痕跡器官提供進化證據。同源器官是進化產生的結果,使生物體能夠執行不同的作用,而同功器官是由於來自共同祖先的適應性輻射產生的。比較解剖學側重於前肢、同源器官、痕跡器官和痕跡器官的進化。

同功器官是在不相關的生物體中出現的,用於執行類似活動的物理上不同的結構,而痕跡器官是對相同環境條件的適應性適應。痕跡器官是以前對祖先有益的結構的遺蹟,但由於適應不斷變化的環境條件而發生了改變。例子包括人類的闌尾和其他動物和植物。

更新於: 2023年4月20日

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