Molekylære ur

”Det molekylære ur” er en naturvidenskabelig metode til absolut datering. Metoden kaldes undertiden også ”gen uret” eller ”det evolutionære ur”. ”Den store danske” beskriver i generelle vendinger ”Det molekylære ur” således:

”Det molekylære ur, antallet af ændringer i en arts arvemasse brugt som et mål for den tid, arten har eksisteret her på Jorden. Under arters opståen og evolution opstår der til stadighed forandringer (mutationer) i generne (se art og evolution). Jo længere tid to arter har udviklet sig uden at udveksle genetisk materiale, jo mere forskellige er deres gener. Denne forskel kan direkte anvendes som et relativt tidsmål for, hvornår de pågældende arter delte sig fra en fælles forfader. Vha. et estimat af mutationshyppigheder [mutationsrater] kan den relative tid, med større eller mindre usikkerhed, omsættes til absolut tid”. (kilde: Jørgen Kjems: det molekylære ur i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 18. november 2016, Artiklen er skrevet 1. februar 2009)

En tidlig version af metoden blev foreslået af Ermile Zuckekandl og Linus Pauling i 1962. Deres metode bygger på den såkaldte ”molcular clock hypotesis” der antager at mutationsraterne tilnærmelsesvis er konstante over tid.  Metoden har siden været genstand for en omfattende forskning, specielt efter at moderne metoder til sekvensering  af nukleotiderne i DNA og RNA blev udviklet fx i forbindelse med HUGO (human genome project, 1990-2003).

Review-artikel en[1] ”Time-dependent rates of molecular evolution” (Ho et al. 2011[2]) publiceret i det anerkendte tidskrift ”Molecular Ecology” repræsenterer stat-of-the-art på udgivelsestidspunktet indenfor ovennævnte forskningsfelt. Et af artiklens hovedresultat er at mutationsrater, der bestemmes på basis af efter hinanden følgende generationer (korttidsrater; mikroevolution[3]) er størrelsesordner større end mutationsrater bestemt på basis af fossile data (langtidsrater; makroevolution[4]).  Dvs. mutationsraterne er tidsafhængige. Artiklen argumenterer for at hovedresultatet er forventeligt ud fra generel evolutionsteori. Et andet vigtigt resultat er at de tidsafhængige mutationsrater er organisme afhængige (raterne er undersøgt for dyr, bakterier såvel som virus; et uddrag af resultater er givet i bilag XX).

Hovedresultatet er i modstrid med den såkaldte ”molcular clock hypotesis”, der oprindeligt var en forudsætning for anvendelse af det molekylære ur. Heraf følger at dateringer der bygger på ”the molcular clock hypotesis”  må afvises, medmindre det eksplicit kan godtgøres at hypotesen er sand eller i det mindste med god tilnærmelse er sand i pågældende specialtilfælde.

Artiklen foreslår at de tidsafhængige mutationsrater kan beskrives med en eksponentiel model:

 

Figur 1 (venstre) viser eksponentielt aftagende mutationsrate (en eksponentiel model). I figuren er forholdet mellem den maksimale korttidsrate (A+B) og langtidsraten (B) sat til 2 størrelsesordner (faktor 100). Parameteren a er et mål for mutationsratens tidsskala. Det ses, at over tid nærmer mutationsraten sig langtidsraten (B) .

Kendes den eksponentielt aftagende mutationsrate (inklusiv modellens parametre: A, B, og a) kan det akkumulerede antal mutationer bestemmes som funktion af tid:

 

Ovenstående ligning er illustreret i Figur 1 (højre). Det ses at bestemmes det akkumulerede antal mutationer i en prøve, kan prøven herefter aldersbestemmes.

 

Figur 1. Eksponentiel model af tidsafhængig mutationsrate (venstre). Akkumuleret antal mutationer som funktion af tid (højre).

Anvendelse af en metodik som skitseret ovenfor forudsætter:

  1. der opstilles en model for den tidsafhængige mutationsrate
  2. modellens parametre estimeres med tilstrækkelig nøjagtighed
  3. den opstillede model valideres mod uafhængige data; valideringen kræver data i hele det relevante tidsspan.

 

Fremtidig forskning vil vise om de opstillede betingelser kan opfyldes.

[1] Review-artikel: Der er tale om en artikel som giver en overblik over eksisterende viden om emnet og bidrager således ikke nødvendigvis med ny viden

[2] Ho et al. (2011) Time-dependent rates of molecular evolution. Molecular Ecology. Vol. 20, 3087–3101. Artiklen er et “highly cited paper” (189 citationer) i ”Web of Science Core Collection” (web tilgået November 2016)

[3] Mikroevolution betegner genetisk variation og tilpasning som foregår indenfor en population (fx pga ændrede levevilkår)

[4] Makroevolution betegner genetiske ændringer der skaber nye arter (nye populationer)

Print Friendly, PDF & Email
Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert