Molekulare Evolution
Die molekulare Evolution untersucht, wie sich DNA-, RNA- und Proteinsequenzen im Laufe der evolutionären Zeit verändern und welche relativen Rollen Mutation, Drift und Selektion bei ihrer Gestaltung spielen.
Definition
Molekulare Evolution ist die Untersuchung der Raten, Muster und Prozesse der Veränderung biologischer Makromoleküle, hauptsächlich Nukleinsäure- und Proteinsequenzen. Sie versucht, beobachtete Sequenzvariationen und Divergenzen im Hinblick auf Mutation, Gendrift und natürliche Selektion zu erklären.
Scope
Dieser Bereich umfasst die Prozesse, die die Veränderung molekularer Sequenzen steuern: die neutrale und die nahezu neutrale Theorie, die einen Großteil der molekularen Veränderungen als Drift einordnen, den Nachweis adaptiver Selektion in Genen und Proteinen, die Raten und Muster der Substitution sowie die Evolution ganzer Genome einschließlich ihrer Größe, Struktur und ihres Inhalts.
Sub-topics
Core questions
- Welcher Anteil der molekularen Veränderung wird durch Drift im Vergleich zur Selektion angetrieben?
- Wie variieren die Substitutionsraten zwischen Stellen, Genen und Linien?
- Wie kann adaptive Evolution in molekularen Sequenzen nachgewiesen werden?
- Wie entwickeln sich Genomgröße, -struktur und Geninhalt?
Key theories
- Neutrale Theorie der molekularen Evolution
- Die meisten molekularen Substitutionen und ein Großteil der vorhandenen Variation sind selektiv neutral und werden durch Drift gesteuert, was das neutrale Modell zur wesentlichen Nullhypothese für die molekulare Evolution macht.
- Nahezu neutrale Theorie
- Leicht schädliche Mutationen verhalten sich je nach effektiver Populationsgröße als effektiv neutral oder werden entfernt, wodurch Substitutionsraten mit der Demografie verknüpft und der neutrale Rahmen verfeinert werden.
Mechanisms
Molekulare Evolution schreitet durch die Fixierung von Mutationen über Generationen hinweg voran. Neutrale Mutationen fixieren mit einer Rate, die der Mutationsrate entspricht, unabhängig von der Populationsgröße, während schädliche Mutationen in der Regel entfernt und vorteilhafte gelegentlich durch Selektion zur Fixierung gebracht werden. Substitutionsraten variieren mit der funktionellen Einschränkung, so dass synonyme Stellen und Pseudogene schneller evolvieren als eingeschränkte kodierende Stellen. Vergleiche von synonymen und nicht-synonymen Substitutionsraten und Kontraste von Polymorphismus mit Divergenz ermöglichen Rückschlüsse auf Selektion. Auf Genomebene prägen Prozesse wie Genverdopplung, Transposon-Aktivität und Rearrangement die Größe, Struktur und den Geninhalt.
Clinical relevance
Molekular-evolutionäre Analysen identifizieren funktionell wichtige und sich schnell entwickelnde Regionen in Pathogenen und Wirts-Immungenen, leiten die Interpretation der Konservierung in krankheitsassoziierten Sequenzen und verfolgen die Evolution von Resistenzen und Virulenz.
History
Die molekulare Evolution entstand in den 1960er Jahren mit Protein- und dann DNA-Sequenzvergleichen, der molekularen Uhr und Kimuras neutraler Theorie, die die Neutralisten-Selektionisten-Debatte auslöste. Ohtas nahezu neutrale Theorie verfeinerte sie, und aus der Genom-Ära expandierte das Feld zu Ganzgenom- und populationsweiten Analysen der Selektion.
Debates
- Neutralistische versus selektionistische Ansichten
- Wie viel molekulare Variation und Divergenz neutrale Drift im Vergleich zu positiver und balancierender Selektion widerspiegelt, ist seit den 1960er Jahren die zentrale Debatte des Feldes und wird nun mit genomweiten Daten getestet.
Key figures
- Motoo Kimura
- Tomoko Ohta
- Masatoshi Nei
- Carl Woese
Related topics
Seminal works
- kimura1983
- ohta1973
- saetreRavinet2019
Frequently asked questions
- Leugnet die neutrale Theorie die natürliche Selektion?
- Nein. Die neutrale Theorie akzeptiert, dass Selektion die Anpassung vorantreibt, argumentiert aber, dass die Mehrheit der molekularen Substitutionen und Polymorphismen selektiv neutral sind und durch Gendrift gesteuert werden.
- Warum entwickeln sich einige Teile des Genoms schneller als andere?
- Weil sie einer schwächeren funktionellen Einschränkung unterliegen; Stellen, an denen Veränderungen wenig oder keine Auswirkungen auf die Fitness haben, wie synonyme Positionen und Pseudogene, akkumulieren Substitutionen schneller als funktionell wichtige Stellen.