Homologie ist ein biologisches Konzept, das Ähnlichkeiten zwischen Arten beschreibt, die aus einer gemeinsamen Abstammung resultieren. Es ist eine zentrale Idee in der Evolutionsforschung, weil es die Verzweigung des phylogenetischen Baumes widerspiegelt. Allgemein gesagt, wenn zwei Arten viele Eigenschaften und Gene teilen, ist es wahrscheinlich, dass sie sich vor relativ kurzer Zeit in evolutionärer Zeit voneinander getrennt haben – dh speziiert haben.
Alle Organismen sind durch Evolution von einer kleinen Anzahl gemeinsamer Vorfahren mit anderen Organismen verwandt. Folglich gibt es in der biologischen Welt viele Homologien. Die oxidative Phosphorylierung, der Prozess der Oxidation zur Herstellung von Adenosintriphosphat, ist eine nahezu universelle biologische Homologie. Der Prozess wurde von den frühesten Organismen verwendet, und spätere Entwicklungen in der Evolution haben ihn modifiziert, aber nicht ersetzt.
Gehirne hingegen kommen nicht in jedem Organismus vor. Sie sind ein Merkmal, das nur Tieren gehört. Nicht alle Tiere haben ein Gehirn, aber die meisten haben es. Ob eine Art ein Gehirn besitzt oder nicht, gibt einen klaren Hinweis auf ihre Position im Evolutionsbaum. Einige Organismen, die sich seit diesem Zeitpunkt weniger verändert haben, haben Gehirne, die den frühesten ähnlich sind. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass diese Organismen im Laufe der Evolution genauso lange überlebt und verändert haben wie kompliziertere.
Homologie wird oft im Gegensatz zur Analogie diskutiert. Nicht jede Ähnlichkeit zwischen zwei Organismen ist das Ergebnis einer gemeinsamen evolutionären Abstammung. Wenn sich zwei Arten in einer Umgebung befinden, die einer bestimmten Anpassung förderlich ist, kann diese Anpassung bei beiden Arten unabhängig voneinander auftreten. Zum Beispiel entwickelten Opossums unabhängig von Primaten opponierbare Daumen. Dieses Ergebnis ist nicht allzu überraschend, da opponierbare Daumen nützlich sind. Da die Evolution jedoch unvorhersehbar und chaotisch ist, ist Analogie viel seltener als Homologie.
Das Studium der Genetik hat das Konzept der Homologie durch den direkten Vergleich zwischen DNA-Sequenzen verfeinert. Bevor genetische Informationen direkt gelesen werden konnten, mussten Wissenschaftler anhand physiologischer Beobachtungen über die Homologie – und die Taxonomie im Allgemeinen – Vermutungen anstellen. Nun kann die relative Ähnlichkeit von Allelen, die in verschiedenen Organismen gefunden werden, starke Beweise für ihre evolutionäre Verwandtschaft liefern. Die Unsicherheit darüber, ob eine gemeinsame Eigenschaft homolog oder analog ist, kann durch Untersuchung der DNA vollständig aufgelöst werden; statistisch konnte ein gewisses Maß an Ähnlichkeit zwischen Sequenzen allein nicht auftreten.
Die Genetik hat auch die Notwendigkeit von Unterklassifizierungen innerhalb des Konzepts der Homologie geschaffen. Orthologie bezieht sich auf Genähnlichkeiten, die aus der Artbildung resultieren. Paralogie beschreibt Homologien zwischen Genen, die durch Duplikation innerhalb des Genoms eines einzelnen Organismus entstanden sind. Xenolgie ist die Existenz einer Homologie, die aus einem lateralen Gentransfer resultiert: genetisches Material, das beispielsweise durch ein Virus oder von Wissenschaftlern übertragen wird. Die Existenz xenologischer Homologien erschwert die Idee einer vollkommen unidirektionalen Verzweigung des Evolutionsbaums.