הומולוגיות ואנלוגיות בעצים פילוגנטיים

העץ הפילוגנטי מציג השערה לגבי היחסים האבולוציוניים, ולכן אנו רוצים להשתמש רק בתכונות שמהוות מדד אמין למוצא משותף. אנומשתמשים בתכונות הומולוגיות: תכונות שהן דומות ביצורים שונים מכיוון שהן מורשות מאב קדמון משותף, שגם הוא היה בעל התכונה הזו. דוגמה לתכונה הומולוגית היא ארבע גפיים בטטרפודים (tetrapods): לציפורים, עטלפים, עכברים ותנינים  – לכולם ארבע גפיים. לעומתם, לכרישים ולדגים אין גפיים אלא סנפירים. ארבע הגפיים התפתחו באב הקדמון של הטטרפודים, וכל צאצאיו ירשו ממנו את התכונה הזו. לכן, התכונה של נוכחות ארבע גפיים היא תכונה הומולוגית.

לא כל התכונות הן תכונות הומולוגיות. לדוגמה, לציפורים ולעטלפים יש כנפיים, בעוד שלעכברים ולתנינים אין. האם משמעות הדבר היא שציפורים ועטלפים יותר קרובים זה לזה מאשר עכברים ותנינים? לא. כאשר בוחנים מקרוב את כנפיהם של ציפורים ועטלפים, רואים שיש ביניהן הבדלים משמעותיים: כנפי העטלפים מורכבות מפיסות עור המתוחות בין עצמות האצבעות והזרוע; לעומתן, כנפי הציפורים מורכבות מנוצות לאורך כל הזרוע. הבדלים מבניים אלו מרמזים על כך שכנפי ציפורים וכנפי עטלפים לא עברו בתורשה מאב קדמון משותף שהיה בעל כנפיים. הרעיון הזה מומחש בעץ הפילוגנטי, אשר נבנה בהסתמך על תכונות רבות נוספות.

כנפי העטלפים וכנפי הציפורים הן אנלוגיות: יש להן מקור אבולוציוני שונה. הכנפיים נראות דומות ומתפקדות באופן דומה,  מפני שהן העטלפים והן הציפורים עברו ברירה טבעית שעיצבה את גפיהם הקדמיות כך שיתאימו לתעופה. אנלוגיות הן תוצאה של אבולוציה מתכנסת (אבולוציה שמתכנסת לפתרון דומה כתוצאה מלחצי סלקציה דומים).

מעניין לדעת, שלמרות שכנפיים של עטלפים וציפורים הן אנלוגיות ככנפיים, כגפיים קדמיות הן הומולוגיות. ציפורים ועטלפים לא ירשו כנפיים מאב קדמון משותף בעל כנפיים, אך הם כן ירשו גפיים קדמיות מאב קדמון משותף בעל גפיים קדמיות.