Les critères moléculaires

L'homologie peut être établie à partir de plusieurs critères, dont les critères moléculaires.

Les techniques de biochimie permettent d'étudier la séquence primaire des protéines, c'est-à-dire leur composition en acides aminés, ou la séquence en nucléotides de différents gènes. On peut donc comparer les séquences de différentes molécules provenant d'espèces différentes.
Une protéine couramment étudiée est la myoglobine, présente chez tous les mammifères. Les analyses montrent qu'elle possède toujours la même structure et qu'elle remplit les mêmes fonctions, mais elle présente des variations de séquence en acides aminés : toutes ces molécules de myoglobine sont des molécules homologues.

Les différences de séquences en acides aminés s'expliquent par des mutations survenues chez des ancêtres proches et conservées au cours de l'évolution.
Deux molécules de myoglobine seront d'autant plus proches l'une de l'autre qu'elles possèdent le plus d'acides aminés en commun : cette similitude de séquences traduit un lien de parenté et suggère la présence d'un ancêtre commun (cela suggère aussi qu'il y ait des homologies au niveau des gènes).

Ainsi, si certains acides aminés sont inchangés dans toutes les séquences, on considère qu'ils étaient présents chez l'ancêtre commun. Quant aux acides aminés modifiés, ils s'expliquent par la survenue de mutations.

Les degrés de ressemblance entre molécules homologues appartenant à plusieurs espèces s'expriment sous forme d'une matrice des distances : les séquences sont comparées deux à deux entre deux espèces différentes, et on détermine le pourcentage de différences.

Exemple : Les ongulés possèdent une hormone pancréatique, l'insuline, dont le rôle est identique pour les 4 espèces.
Seuls 3 acides aminés diffèrent sur un total de 49, et toujours au niveau des 8^e, 9^e et 10^e acides aminés de la chaîne : on en déduit que cette hormone a été formée à partir d'une molécule ancestrale, ce qui met en évidence une parenté entre les espèces.
Les insulines sont des molécules homologues car elles ont le même rôle dans les 4 espèces.

On constate que le boeuf est le plus proche du mouton (c'est donc avec le mouton que le boeuf a l'ancêtre commun le plus proche), et le porc du cheval ; les espèces les plus éloignées les unes des autres sont le mouton et le porc, ainsi que le cheval et le boeuf.