同源結構和同功結構的區別

同源結構和同功結構是生物學中描述不同物種結構之間關係的兩個概念。這些術語用於描述不同物種的結構如何相互關聯以及它們如何隨著時間的推移而進化。

什麼是同源結構？

同源結構是指密切相關的動物之間可識別的形態學相似性。換句話說，密切相關的物種擁有同源特徵並不罕見，其特徵是結構相似，但在每種情況下可能具有相同或不同的功能。

相關程度 - 在根據生物的進化關係對其進行分類時，具有共同祖先的生物傾向於聚集在一起，形成所謂的單系群。比較具有同源結構的生物時，您可能會發現它們的胚胎髮育過程存在驚人的相似之處。例如，在不同脊椎動物物種的胚胎髮育階段存在可比的相似之處。
動物界的例子 - 在各種動物物種中都可以看到類似的結構。脊椎動物的四肢是一個極好的例子，說明了如何可以改變和修改一個共同的基本設計以服務於各種目的。儘管只有蝙蝠和鳥類有翅膀，但人類、蝙蝠和鳥類的胳膊都包含相同的三個骨頭——肱骨、橈骨和尺骨。因此，某些脊椎動物的骨骼適應飛行，而其他脊椎動物的骨骼則用於運動。
植物界的例子 - 自然界中發現的同源結構的幾個例子是植物的葉子。幾種植物的葉子是從相同的祖先設計進化而來的，但不同的適應性使一些植物能夠儲存水分（如仙人掌），而另一些植物則能夠捕獲昆蟲（例如捕蠅草和豬籠草）。

雖然在各種生物體中執行相似功能的結構的外觀可能暗示它們具有共同的結構，但這通常並非如此。

相關程度 - 相關程度決定了如果包含具有相似特徵但關係不密切且沒有共同祖先的生物，則系統發育樹將不是單系的。相反，其他生物體中的類似結構透過獨立進化來執行相同或相似的功能。雖然結構並不完全相同，但它們在不同的生物體中發揮著相似的作用，例如飛行。

趨同進化可以提供結構相似性；例如，魷魚和魚類都具有流線型的身體，便於游泳。當來自世界不同地區的生物對環境條件表現出相同的形態適應性時，這就是趨同進化的一個例子。

動物界的例子 - 鳥類的翅膀和昆蟲的翅膀只是在動物界看到的類似結構的兩個例子。鳥類的翅膀是由源自早期脊索動物祖先的中空骨骼構成的。昆蟲的翅膀是獨立於早期昆蟲的鰓結構發展而來的，這些昆蟲大部分時間都生活在水中。植物界的例子

在植物界，來自非洲的大戟屬植物具有與來自新世界的仙人掌類似的多肉葉子，以便它們可以儲存水分。儘管如此，這些植物的改良儲水葉是趨同進化的一個例子，因為它們是獨立於兩種不同的祖先植物進化而來的。因此，大戟屬植物和仙人掌的葉子發揮著相同的作用，但卻是分別進化而來的。

下表重點介紹了同源結構和同功結構之間的主要區別 -

特徵	同源結構	同功結構
定義	同源結構是在具有共同祖先的活生物體中進化的結構。	同功結構是在不同活生物體中獨立進化但具有相似或相同功能的結構。
生物體之間的相關程度	具有同源結構的生物體總是密切相關的，並且共享一個共同的祖先形式。	具有同功結構的生物體沒有密切的關係，並且並非起源於同一個祖先。
發育模式	具有同源特徵的生物體中的發育模式往往非常相似，這在檢查這些生物體的胚胎時通常很明顯。	具有同功特徵的生物體中的發育模式往往非常不同。具有同功特徵的生物體中的發育模式往往非常不同。
功能	同源結構可以執行相同或不同的功能。	同功結構始終具有相同或非常相似的功能。
動物例子	脊椎動物的四肢是同源結構的例子，事實上，存在相同的骨骼，但從一種動物到另一種動物都有所改變。	昆蟲和鳥類的翅膀是同功結構的例子，它們具有完全不同的進化路徑和起源。
植物例子	同源結構的例子是豬籠草、捕蠅草和仙人掌的變態葉子。	同功結構的例子包括非洲大戟屬植物和仙人掌的葉子。

同源結構和同功結構是生物學中描述不同物種結構之間關係的兩個概念。同源結構具有共同的祖先，並且是從一個共同的祖先進化而來的，而同功結構在不同的物種中執行相同的功能，但具有不同的祖先。

瞭解這兩個概念之間的區別對於理解物種之間的進化關係及其進化歷史非常重要。

Vineet Nanda

更新於：2023 年 4 月 18 日

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