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.

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

Выдвижение теории и её развитие

Гипотеза молекулярных часов была выдвинута в 1962 году при анализе аминокислотных последовательностей гемоглобина и цитохрома С Эмилем Цукеркандлем^[англ.] 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^[англ.] 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^[англ.] занимались развитием метода^[6].

Связь с нейтральной теорией молекулярной эволюции

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

Критика

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.

Примечания

↑ 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.
↑ 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. — PMC 221244.
↑ 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.
↑ 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.
↑ Huang, S. The genetic equidistance result of molecular evolution is independent of mutation rates // Journal of Computer Science and Systems Biology. — 2008. — Vol. 1. — P. 92-102. — PMID 21976921. Архивировано 1 апреля 2022 года.
↑ About Allan Wilson
↑ Kimura, Motoo. Evolutionary rate at the molecular level (англ.) // Nature. — 1968. — Vol. 217, no. 5129. — P. 624—626. — doi:10.1038/217624a0. — PMID 5637732.
↑ Goodman, M. Decoding the Pattern of protein evolution (англ.) // Progress in Biophysics and Molecular Biology. — 1981. — Vol. 37. — P. 105-164. — doi:10.1016/0079-6107(81)90012-2. — PMID 6270732.

Ссылки

Молекулярные часы: общие сведения — medbiol.ru
Молекулярные часы / Природа науки. 200 законов мироздания. Научно-популярная энциклопедия Джеймса Трефила (James Trefil. Cassel's Laws of Nature: An A–Z of Laws and Principles Governing the Workings of Our Universe, 2002)
Лукашов В.В. Нейтральная теория молекулярной эволюции // Молекулярная эволюция и филогенетический анализ: Учебное пособие (рус.). — 2009. — С. 35.

[Zuckerkand62-1] 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. — PMC 221244.

[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. The genetic equidistance result of molecular evolution is independent of mutation rates // Journal of Computer Science and Systems Biology. — 2008. — Vol. 1. — P. 92-102. — PMID 21976921. Архивировано 1 апреля 2022 года.

[6] About Allan Wilson

[Kimura68-7] 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. — doi:10.1016/0079-6107(81)90012-2. — PMID 6270732.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]