QU'EST-CE QU'UNE HOMOLOGIE EN BIOLOGIE? (AVEC DES EXEMPLES) - LA BIOLOGIE - 2025

Une homologie est une structure, un organe ou un processus chez deux individus qui peut être retracé jusqu'à une origine commune. La correspondance n'a pas à être identique, la structure peut être modifiée dans chaque lignée étudiée. Par exemple, les membres des vertébrés sont homologues les uns aux autres, car la structure peut être retracée jusqu'à l'ancêtre commun de ce groupe.

Les homologies représentent la base de la biologie comparative. Elle peut être étudiée à différents niveaux, y compris les molécules, les gènes, les cellules, les organes, le comportement, etc. C'est donc un concept crucial dans divers domaines de la biologie.

Source: Волков Владислав Петрович (Vladlen666); traduction par Angelito7, via Wikimedia Commons

Perspective historique

L'homologie est un concept qui a été lié à la classification et à l'étude des morphologies à travers l'histoire et ses racines se trouvent dans l'anatomie comparée. C'était déjà un phénomène intuitif par des penseurs comme Aristote, qui connaissaient des structures similaires chez différents animaux.

Belon, en 1555, publie un ouvrage représentant une série de comparaisons entre les squelettes d'oiseaux et de mammifères.

Pour Geoffroy Saint-Hilaire, il y avait des formes ou des compositions dans des structures qui pouvaient différer dans les organismes, mais il y avait encore une certaine constance dans la relation et dans la connexion avec les structures adjacentes. Cependant, Saint-Hilaire a décrit ces processus comme analogues.

Bien que le terme ait eu ses prédécesseurs, il est historiquement attribué au zoologiste Richard Owen, qui l'a défini comme: «le même organe chez différents animaux sous chaque variation de forme et de fonction».

Owen croyait en l'immuabilité des espèces, mais estimait que la correspondance entre les structures des organismes nécessitait une explication. D'un point de vue pré-darwinien et anti-évolutionniste, Owen a concentré son concept sur les «archéotypes» - une sorte de schéma ou de plan que les groupes d'animaux ont suivi.

Qu'est-ce que l'homologie?

Actuellement, le terme homologie est défini comme deux structures, processus ou caractéristiques qui partagent un ancêtre commun. Autrement dit, la structure peut être retracée dans le temps jusqu'à la même caractéristique de l'ancêtre commun.

Homologie série

L'homologie en série est un cas particulier d'homologie, où il y a similitude entre les parties successives et répétées d'un même organisme (deux espèces ou deux individus ne sont plus comparés).

Des exemples typiques d'homologies en série sont la chaîne de vertèbres dans la colonne vertébrale des vertébrés, les arcs branchiaux consécutifs et les segments musculaires qui longent le corps.

Homologies moléculaires

Au niveau moléculaire, on peut également trouver des homologies. Le plus évident est l'existence d'un code génétique commun pour tous les organismes vivants.

Il n'y a aucune raison pour qu'un certain acide aminé soit lié à un codon spécifique, car il s'agit d'un choix arbitraire - de la même manière que le langage humain est arbitraire. Il n'y a aucune raison pour laquelle «chaise» devrait être appelée ainsi, mais nous le faisons parce que nous l'avons appris de quelqu'un, notre ancêtre. La même chose s'applique au code.

La raison la plus logique pour laquelle tous les organismes partagent le code génétique est que l'ancêtre commun de ces formes utilisait le même système.

Il en va de même pour un certain nombre de voies métaboliques présentes dans un large éventail d'organismes, comme la glycolyse, par exemple.

Homologie profonde

L'avènement de la biologie moléculaire et de la capacité à séquencer, a cédé la place à l'arrivée d'un nouveau terme: l'homologie profonde. Ces découvertes nous ont permis de conclure que bien que deux organismes soient différents en termes de morphologie, ils peuvent partager un modèle de régulation génétique.

Ainsi, l'homologie profonde apporte une nouvelle perspective à l'évolution morphologique. Le terme a été utilisé pour la première fois dans un article influent de la prestigieuse revue Nature intitulé: Fossiles, genes and the evolution of animal members.

Shubin et al., Auteurs de l'article, le définissent comme «l'existence de voies génétiques impliquées dans la régulation permettant de construire des caractéristiques chez les animaux disparates en termes de morphologie et phylogénétiquement distantes». En d'autres termes, des homologies profondes peuvent être trouvées dans des structures analogues.

Le gène Pax6 joue un rôle indispensable dans la génération de la vision chez les mollusques, les insectes et les vertébrés. Les gènes Hox, en revanche, sont importants pour la construction des membres chez les poissons et les membres tétrapodes. Les deux sont des exemples d'homologies profondes.

Source: Washington NL, Haendel MA, Mungall CJ, Ashburner M, Westerfield M, Lewis SE., via Wikimedia Commons

Source: PhiLiP, via Wikimedia Commons

Analogie et homoplasie

Lorsque vous souhaitez étudier la similitude entre deux processus ou structure, cela peut être fait en termes de fonction et d'apparence, et pas seulement en suivant le critère d'ancêtre commun.

Ainsi, il existe deux termes liés: l'analogie qui décrit des caractéristiques ayant des fonctions similaires et qui peuvent ou non avoir un ancêtre commun.

D'autre part, l'homoplasie fait référence à des structures qui se ressemblent tout simplement. Bien que ces termes soient originaires du 19ème siècle, ils ont gagné en popularité avec l'avènement des idées évolutionnistes.

Par exemple, les ailes des papillons et des oiseaux ont la même fonction: le vol. Ainsi, nous pouvons conclure qu'ils sont analogues, mais nous ne pouvons pas retracer leur origine à un ancêtre commun avec des ailes. Pour cette raison, ce ne sont pas des structures homologues.

Il en va de même pour les ailes des chauves-souris et des oiseaux. Cependant, les os qui les constituent s'ils sont homologues les uns aux autres, car on peut retracer une origine commune de ces lignées qui partagent le motif des os des membres supérieurs: humérus, cubique, radius, phalanges, etc. Notez que les termes ne sont pas mutuellement exclusifs.

L'homoplasie peut se refléter dans des structures similaires, telles que les nageoires d'un dauphin et celles d'une tortue.

Source: John Romanes (1848-1894), via Wikimedia Commons

Importance dans l'évolution

L'homologie est un concept clé de la biologie évolutionniste, car elle seule reflète

adéquatement l'ascendance commune des organismes.

Si nous souhaitons reconstruire une phylogénie pour établir les relations de parenté, d'ascendance et de descendance de deux espèces, et par erreur nous utilisons une caractéristique qui ne partage que forme et fonction, nous arriverions à de fausses conclusions.

Par exemple, si nous voulons déterminer les relations entre les chauves-souris, les oiseaux et les dauphins et utiliser à tort les ailes comme un caractère homologue, nous arriverons à la conclusion que les chauves-souris et les oiseaux sont plus liés les uns aux autres que la chauve-souris au dauphin.

A priori, nous savons que cette relation n'est pas vraie, car nous savons que les chauves-souris et les dauphins sont des mammifères et sont plus liés les uns aux autres que chaque groupe d'oiseaux. Par conséquent, nous devons utiliser des caractères homologues, tels que les glandes mammaires, les trois petits os de l'oreille moyenne, entre autres.

Références

1. Hall, BK (éd.). (2012). Homologie: la base hiérarchique de la biologie comparée. Presse académique.
2. Kardong, KV (2006). Vertébrés: anatomie comparée, fonction, évolution. McGraw-Hill.
3. Lickliter, R. et Bahrick, LE (2012). Le concept d'homologie comme base pour évaluer les mécanismes de développement: explorer l'attention sélective tout au long de la vie. Psychobiologie du développement, 55 (1), 76-83.
4. Rosenfield, I., Ziff, E. et Van Loon, B. (2011). ADN: un guide graphique de la molécule qui a secoué le monde. Presse universitaire de Columbia.
5. Scharff, C. et Petri, J. (2011). Evo-devo, homologie profonde et FoxP2: implications pour l'évolution de la parole et du langage. Transactions philosophiques de la Royal Society of London. Série B, Sciences biologiques, 366 (1574), 2124-40.
6. Shubin, N., Tabin, C. et Carroll, S. (1997). Fossiles, gènes et évolution des membres des animaux. Nature, 388 (6643), 639.
7. Shubin, N., Tabin, C. et Carroll, S. (2009). Homologie profonde et origines de la nouveauté évolutive. Nature, 457 (7231), 818.
8. Soler, M. (2002). Evolution: la base de la biologie. Projet sud.