ساعتهای مولکولی و تاریخگذاری واگرایی
ساعت مولکولی مشاهدهای است که نشان میدهد تفاوتهای مولکولی بین دودمانها تقریباً با گذشت زمان انباشته میشوند و به دادههای ژنتیکی اجازه میدهد تا واگراییهای تکاملی را در صورت کالیبره شدن با فسیلها یا رویدادهای زمینشناسی تاریخگذاری کنند.
Definition
ساعت مولکولی نرخ تقریباً ثابتی است که در آن تغییرات مولکولی در طول دودمانها در طول زمان انباشته میشوند. تاریخگذاری واگرایی از این اصل، همراه با نقاط کالیبراسیون از سوابق فسیلی یا زمینشناسی، برای تخمین زمان تقسیم شدن دودمانها استفاده میکند.
Scope
این موضوع فرضیه ساعت مولکولی و ارتباط نظری آن با نظریه خنثی، تعدیل ساعت سختگیرانه برای تطبیق با تغییرات نرخ، روشهای کالیبره کردن ساعتها با فسیلها و بیوژئوگرافی، و تخمین مشترک زمانهای واگرایی در چارچوب بیزی را پوشش میدهد.
Core questions
- چرا تفاوتهای مولکولی با نرخ تقریباً ساعتگونهای انباشته میشوند؟
- نظریه خنثی چگونه ساعت مولکولی را توضیح میدهد؟
- چگونه ساعتها تعدیل میشوند تا نرخها در بین دودمانها متفاوت باشند؟
- چگونه از فسیلها و سایر شواهد برای کالیبره کردن زمانهای واگرایی استفاده میشود؟
Key theories
- ساعت مولکولی و نظریه خنثی
- بر اساس نظریه خنثی، نرخ جایگزینی خنثی برابر با نرخ جهش خنثی است و مستقل از اندازه جمعیت است، که یک ساعت مولکولی تقریباً ثابت را پیشبینی میکند که فاصله ژنتیکی را به زمان سپری شده مرتبط میکند.
- تاریخگذاری با ساعت تعدیلشده
- از آنجا که نرخهای جایگزینی در واقع در بین دودمانها متفاوت است، مدلهای ساعت تعدیلشده به نرخها اجازه میدهند در طول درخت تغییر کنند، و کالیبراسیون با فسیلها امکان تخمین دقیق آماری زمانهای واگرایی و عدم قطعیت آنها را فراهم میکند.
Mechanisms
ساعت مولکولی به این دلیل پدید میآید که برای جهشهای خنثی، نرخ جایگزینی برابر با نرخ جهش در هر نسل است و از نظر تئوری مستقل از اندازه جمعیت است، که منجر به واگرایی تقریباً متناسب با زمان میشود. در عمل، نرخها در بین دودمانها و ژنها متفاوت است، بنابراین ساعتهای سختگیرانه اغلب رد میشوند و با مدلهای ساعت تعدیلشده جایگزین میشوند که در آنها نرخها در طول شاخهها تکامل مییابند. کالیبراسیون ساعت را با استفاده از سن فسیلها، رویدادهای ویکارینس زمینشناسی تاریخگذاری شده، یا برای پاتوژنهای با تکامل سریع، تاریخهای نمونهبرداری از توالیها، به زمان مطلق متصل میکند. روشهای بیزی مدل جایگزینی، مدل نرخ، و پیشفرضهای کالیبراسیون را برای تخمین زمانهای واگرایی با فواصل معتبر ادغام میکنند.
Clinical relevance
تاریخگذاری مولکولی زمان ظهور پاتوژنها و تغییر میزبانها، سن منشأ مقاومت دارویی، و سرعت تکامل ویروسی در طول شیوعها را تخمین میزند و از بازسازی و پیشبینی اپیدمیولوژیک حمایت میکند.
History
زاکرکندل و پاولینگ ساعت مولکولی را در اوایل دهه ۱۹۶۰ از مقایسههای توالی پروتئین پیشنهاد کردند. نظریه خنثی کیمورا مبنای نظری آن را فراهم کرد، و از دهه ۱۹۹۰، روشهای ساعت تعدیلشده و بیزی، تاریخگذاری واگرایی کالیبره شده را به یک رویه معمول و از نظر آماری صریح تبدیل کردند.
Debates
- میزان اعتبار تخمینهای تاریخ مولکولی چقدر است؟
- تغییرات نرخ، کالیبراسیونهای فسیلی پراکنده یا نادرست، و مفروضات مدل میتوانند تخمینهای زمان واگرایی را سوگیرانه کنند، بنابراین دقت تاریخهای مولکولی عمیق همچنان مورد بحث است.
Key figures
- Emile Zuckerkandl
- Linus Pauling
- Motoo Kimura
- Allan Wilson
Related topics
Seminal works
- kimura1983
- felsensteinBook2004
- ohta1973
Frequently asked questions
- آیا ساعت مولکولی با نرخ ثابتی کار میکند؟
- فقط تقریباً. نرخها در بین دودمانها، ژنها و در طول زمان متفاوت است، به همین دلیل است که تحلیلهای مدرن از مدلهای ساعت تعدیلشده استفاده میکنند که امکان تغییر نرخ را فراهم میکنند، به جای فرض یک ساعت کاملاً ثابت.
- ساعتهای مولکولی چگونه کالیبره میشوند؟
- با اتصال نقاط واگرایی به زمان مطلق با استفاده از شواهد مستقل، که اغلب فسیلهای تاریخگذاری شده هستند، اما همچنین رویدادهای زمینشناسی با سن مشخص یا برای پاتوژنهای با تکامل سریع، تاریخهایی که نمونهها جمعآوری شدهاند.