Молекулярные часы

Молекулярные часы (англ. molecular clock, иногда gene clock, evolutionary clock) — метод датирования филогенетических событий (расхождений видов или других таксонов), основанный на гипотезе, согласно которой эволюционно значимые замены мономеров в биомолекулах происходят с практически постоянной скоростью (molecular clock hypothesis). Обычно для подобных вычислений используются нуклеотидные последовательности ДНК и аминокислотные последовательности белков.

Филогенетическое дерево, построенное на основе анализа последовательностей генов рРНК, показывает общее происхождение организмов всех трёх доменов: бактерии, археи, эукариоты.

Скорость мутаций может быть неравномерной и различается для разных видов, из-за чего метод дает лишь приблизительные результаты.

Выдвижение теории и её развитиеПравить

Гипотеза молекулярных часов была выдвинута в 1962 году при анализе аминокислотных последовательностей гемоглобина и цитохрома С Эмилем Цукеркандлем и Лайнусом Полингом. Они отметили, что количество аминокислотных различий в гемоглобине растет линейно со временем, которое оценивалось по фоссилиям[1]. Они обобщили наблюдение и пришли к выводу, что скорость эволюционного изменения каждого белка приблизительно постоянна.

В 1963 году Эмануэлем Марголиашем[en] был обнаружен феномен «генетической эквидистантности» (genetic equidistance), заключающийся в независимости эволюции аминокислотных последовательностей в белках и морфологической эволюции[2]:

 Полезной проверкой важной роли времени как главного фактора в накоплении изменчивости в цитохроме C должно быть сравнение аминокислотных последовательностей гомологичных белков, выделенных из видов, о которых известно, что они на протяжении длительных периодов времени не претерпевали морфологических изменений, и из быстро изменяющихся видов. 


Работы этих трёх ученых привели к постулированию гипотезы в начале 1960-х[3][4][5].

Аллан Вильсон и Винсент Сарих[en] занимались развитием метода[6].

Связь с нейтральной теорией молекулярной эволюцииПравить

Мотоо Кимура разработал нейтральную теорию молекулярной эволюции, которая независимо предсказывала существование молекулярных часов[7].

КритикаПравить

Существует критика метода, например М. Гудмена[8], который обнаружил различный темп часов в разных таксонах. Несмотря на это, теория используется в филогенетике и для оценки давности дивергенции видов.

ПримечанияПравить

  1. Zuckerkandl, E. (англ.) and Linus Pauling. Molecular disease, evolution, and genetic heterogeneity // Horizons in Biochemistry (неопр.) / Kasha, M. and Pullman, B (editors). — Academic Press, New York, 1962. — С. 189—225.
  2. Margoliash E. Primary Structure and evolution of cytochrome C (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1963. — October (vol. 50, no. 4). — P. 672—679. — doi:10.1073/pnas.50.4.672. — PMID 14077496.
  3. Kumar S. Molecular clocks: four decades of evolution (англ.) // Nat. Rev. Genet. : journal. — 2005. — August (vol. 6, no. 8). — P. 654—662. — doi:10.1038/nrg1659. — PMID 16136655.
  4. Pesole G., Gissi C., De Chirico A., Saccone C. Nucleotide substitution rate of mammalian mitochondrial genomes (англ.) // J. Mol. Evol. (англ.) : journal. — 1999. — April (vol. 48, no. 4). — P. 427—434. — doi:10.1007/PL00006487. — PMID 10079281.
  5. Huang, S. (2008) The genetic equidistance result of molecular evolution is independent of mutation rates. J. Comp. Sci. Syst. Biol., 1: 92-102. http://omicsonline.com/ArchiveJCSB/Ab01/JCSB1.092.html Архивная копия от 3 марта 2016 на Wayback Machine
  6. About Allan Wilson
  7. Kimura, Motoo. Evolutionary rate at the molecular level (англ.) // Nature. — 1968. — Vol. 217, no. 5129. — P. 624—626. — doi:10.1038/217624a0. — PMID 5637732.
  8. Goodman, M. Decoding the Pattern of protein evolution (англ.) // Progress in Biophysics and Molecular Biology. — 1981. — Vol. 37. — P. 105-164.

СсылкиПравить