Molekulární hodiny

Molekulární hodiny (založené na hypotéze molekulárních hodin (MCH)) jsou technikou v genetice, kterou vědci používají k dnešnímu dni, kdy se dva druhy rozcházely. Odvodí uplynulý čas z počtu drobných rozdílů mezi jejich sekvencemi DNA. Někdy se jim říká genové hodiny.

Pojem „molekulární hodiny“ byl poprvé přisuzován Emilu Zuckerkandlovi a Linusi Paulingovi, kteří si v roce 1962 všimli, že množství rozdílů aminokyselin v hemoglobinu mezi rody zhruba odpovídá známé evoluční rychlosti divergence založené na fosilních důkazech.
Zobecnili toto pozorování, aby tvrdili, že rychlost evoluční změny jakéhokoli specifikovaného proteinu byla přibližně konstantní v čase a v různých rodokmenech. Byla aplikována i na evoluci sekvencí DNA, zejména na neutrální evoluci.

Později Allan Wilson a Vincent Sarich stavěli na této práci a práci Motoo Kimury (1968) pozorovali a formalizovali, že vzácné spontánní chyby v replikaci DNA způsobují mutace, které řídí molekulární evoluci, a že hromadění evolučně „neutrálních“ rozdílů mezi dvěma sekvencemi by mohlo být použito k měření času, pokud by mohla být kalibrována chybovost replikace DNA. Jednou z metod kalibrace chybovosti bylo použití jako referencí párů skupin živých druhů, jejichž datum speciace bylo známo již z fosilních záznamů.

Původně se předpokládalo, že chybovost replikace DNA je konstantní – nejen v průběhu času, ale napříč všemi druhy a všemi částmi genomu, které byste mohli chtít porovnat. Protože enzymy, které replikují DNA, se mezi jednotlivými druhy liší jen velmi nepatrně, zdál se tento předpoklad a priori rozumný.
Jak se nahromadily molekulární důkazy, ukázalo se, že předpoklad konstantní rychlosti je nepravdivý – nebo alespoň příliš obecný. Ačkoliv nelze slepě předpokládat, že MCH je pravdivý, v mnoha případech platí, a na ty lze testovat.

Například uživatelé molekulárních hodin vyvíjejí řešení pro obejití pomocí řady statistických přístupů včetně technik maximální pravděpodobnosti a pozdějšího bayesovského modelování. Zejména byly navrženy modely, které berou v úvahu kolísání rychlostí napříč rodokmeny, aby byly získány lepší odhady divergenčních časů. Tyto modely se nazývají uvolněné molekulární hodiny. Je třeba mít na paměti, že jsou stále založeny na statistické dedukci a ne na přímých důkazech, a že proto, přísně vzato, i uvolněné molekulární hodiny mohou pouze podporovat, ale nikdy dokázat vědeckou hypotézu. K tomuto problému se přistupuje pomocí fosilního záznamu, který je poměrně často dost dobrý a dobře zdokumentovaný na to, aby poskytl pádné důkazy, aby se podle toho molekulární hodiny kalibrovaly.

Doporučujeme:  Parametrické statistické testy

Technika molekulárních hodin je důležitým nástrojem v molekulární systematice, využití informací molekulární genetiky k určení správné vědecké klasifikace organismů.
Znalost přibližně konstantní rychlosti molekulární evoluce v konkrétních množinách rodokmenů také usnadňuje stanovení dat fylogenetických událostí, které nejsou zdokumentovány fosiliemi, jako je například divergence živých taxonů.