Razlika između verzija stranice "Molekularni sat"

'''MolekulskiMolekularni sat''' je tehnika koja za procjenu prahistorijske hronologiji koristi stope mutacija [[molekula|biomolekula]], kada su dva ili više oblika života međusobno [[Genetička divergencija |razdvojili]]. MolekulskiMolekularni podaci koji se koriste za takve kalkulacije su obično [[nukleotid]]i, skvence [[DNK]] za ukupnu [[DNK]] ili [[aminokiselina|aminokiselinske]] sekvence za [[protein]]a. Mjerila za određivanje stope mutacije često su [[fosil]]ni ili arheološki podaci. MolekulskiMolekularni sat je prvi put testiran [[1962]]. godine na varijantama [[hemoglobin]]skih proteina raznih [[životinja]], a najčešće se koristi u [[molekulskamolekularna evolucija|molekulskojmolekularnoj evoluciji]] za procjenu vremena [[specijacija|specijacije]] ili [[adaptivna radijacija |evolucijske radijacije]]. Tose ponekad označava i kao '''genski sat''', '''genetički sat''' ili '''evolucijski sat'''.

Ideja o postojanju i pojmu tzv. "molekulskogmolekularnog sata" se pripisuje [[Emile Zuckerkandl|Emilu Zuckerlandlu]] i [[Linus Pauling|Linusu Paulingu]] koji su, [[1962]]. godine, primijetili je da se broj razlika u [[aminokiselina]]ma [[hemoglobin]]a između različitih biološkihg loza mijenja otprilike [[linearna funkcija | linearno].] s vremenom, prema procjenama na osnovu fosilnih dokaza.<ref name="Zuckerkand">{{cite book | author = Emile Zuckerkandl, and Linus Pauling| year = 1962 | title = Horizons in Biochemistry | chapter = Molecular disease, evolution, and genic heterogeneity | editor = Kasha, M. and Pullman, B (editors) | pages = 189–225 | publisher = Academic Press, New York}}</ref> Oni su generalizirali ovo zapažanje tvrdnjom da je stopa [[evolucija|evolucijske]] promjene bilo kojeg određenog [[protein]]a otprilike konstantna kroz vrijeme i preko različitih loza (na osnovu '''hipoteze molekulskogmolekularnog sata''' '''[[MCH]]'''.<ref name="Hadžiselimović-<pojskić">{{cite book|author=Hadžiselimović R., Pojskić N.|year=2005|title= Uvod u humanu imunogenetiku.|publisher= Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo|isbn=9958-9344-3-4}}</ref>

: "Čini se da je broj ostataka razlika između [[citohrom c|citohrima c]] bilo koje dvije vrste uglavnom uvjetovan proteklim vremenom evolucijske linije što je dovelo do prvobitnog razilaženja ove dvije vrste. Ako je to tačno, citokrom c svih sisara bi trebao biti jednako različit od citohroma c svih ptica. Budući da su [[ribe]] odstupile od glavnog stabla evolucije kičmenjaka ranije nego ptice ili sisari, citohrom c i sisara i ptica treba biti podjednako različit od citokrom c riba. Isto tako, citohrom c svih kičmenjaka bi trebao biti podjednako različit od proteina kvasca."<ref>{{cite journal |doi=10.1073/pnas.50.4.672 |author=Margoliash E |title=PRIMARY STRUCTURE AND EVOLUTION OF CYTOCHROME C |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=50 |issue= 4|pages=672–9 |date=October 1963 |pmid=14077496 |pmc=221244}}</ref> Naprimjer, razlika između citohroma c [[šaran]]a i [[žaba]], [[kornjača]], [[kokoš]]i, [[zec]]a i [[konj]]a je vrlo konstantna, oko 13% do 14%. Isto tako, razlika između citohroma c [[bakterija]] i [[kvasac]]a, [[pšenica|pšenice]], [[moljac]]a, [[tuna]], [[golub]]a i [[konj]]a kreće se od 64% do 69%. Zajedno sa radom Emila Zuckerkandla i Linusa Pauling, rezultati genetičke ekvidistance direktno su doveli formalnog postuliranja hipoteze molekulskoigmolekularnog sata, u ranim 1960-im.<ref>{{cite journal |author=Kumar S |title=Molecular clocks: four decades of evolution |journal=Nat. Rev. Genet. |volume=6 |issue=8 |pages=654–62 |date=August 2005 |pmid=16136655 |doi=10.1038/nrg1659}}</ref> Genetička ekvidistanca je često upotrebljavana za zaključivanje o jednakom vremenskom razdvajanju različitih [[sestrinske vrste|sestrinskih vrsta]] iz vanjskih grupa.<ref>{{cite journal |doi=10.1007/PL00006487 |author=Pesole G, Gissi C, De Chirico A, Saccone C |title=Nucleotide substitution rate of mammalian mitochondrial genomes |journal=J. Mol. Evol. |volume=48 |issue=4 |pages=427–34 |date=April 1999 |pmid=10079281}}</ref><ref>Huang, S. (2008) The genetic equidistance result of molecular evolution is independent of mutation rates. J. Comp. Sci. Syst. Biol., 1: 92-102. http://omicsonline.com/ArchiveJCSB/Ab01/JCSB1.092.html</ref>

Posmatranje stopa promjena koje liče na molekulskimolekularni sat, prvobitno je bilo čisto [[fenomenologija (filozofija) |fenomenološko]]. Kasnije, radom [[Motoo Kimura|Motooa Kimure]]<ref name=Kimura68>{{cite journal |last=Kimura |first=Motoo |year=1968 |title= Evolutionary rate at the molecular level |journal= Nature |volume=217 |pages=624–626 |doi=10.1038/217624a0 |pmid=5637732 |issue=5129}}</ref> razvijena je [[teorija neutralne moleculske evolucije]], koja je predvidjela molekulskimolekularni sat. Pretpostavimo neki N broj individua, a ako se ovaj proračun pojednostavi i neku jedinku koja je [[Ploidija|haploid]] (ima po jednu kopiju svakog gena). Stopa neutralnih [[mutacija]] (tj. mutacija bez efekta na [[fitnes]]) u novoj jedinki može biti <math>\mu</math>. Vjerovatnoća da će ova nova mutacija biti fiksirana u populaciji je onda 1/N, jer svaka kopija gena je dobra kao bilo koja druga. Svaka generacija, svaki jedinka može imati nove mutacije, tako da nove neutralne mutacije postoje <math>\mu</math>N u populaciji kao cjelini. To znači da če u svakoj generaciji, <math>\mu</ math> nova neutralna mutacije biti fiksirana. Ako je većina promjena tokom [[molekulskamolekularna evolucija|molekulskemolekularne evolucije]] neutralna, a zatim fiksirana, u populaciji će akumulirati stopa sata koja je jednaka stopi neutralnih individualnih [[mutacija]].

Sam molekulskimolekularni sat tek ukazuje da je jedan vremenski period dvostruko duži od drugog, ali ne može odrediti konkretno datiranje. Da bi se to postiglo, molekulskimolekularni sat prvo mora biti [[kalibracija|kalibriran]] prema nezavisnim dokazima datiranja, kao što je [[fosil]]ni zapis. Za virusnu [[filogenetika|filogenetiku]] i studije [[drevna DNK|drevne DNK]] – dva područj evolucijske biologije, moguće je testirati sekvence preko evolucijske vremenske skale – za preciznije kalibriranje molekulskogmolekularnog sata mogu se koristiti datiranja intermedijernog uzoraka.<ref name=Benton01>{{cite journal |author=Benton, M. J. and Donoghue, P. C. J. |year=2007 |title= Paleontological evidence to date the Tree of Life|journal=Molecular Biology & Evolution|volume= 24|pages=26–53 |doi=10.1093/molbev/msl150 |pmid=17047029 |issue=1}}</ref>

== Nekonstantna stopa molekulskogmolekularnog sata ==

Unatoč takvoj varijaciji u stopi pomjena genoma, od ranih 1990-ih, varijacija među taksonima se pokazala kao plodno tlo za mnoga istraživanja, čak i više za relativno kratku evoluciju (na primjer [[ptice]] [[rugalica|rugalice]]). [[Procellariiformes |Tubastonose morske ptice]] (''Procellariiformes'') imaju takvu molekularnu dinamiku da je prosječni put upola sporiji od mnogih drugih [[ptica]] . Eventualno zbog dugog [[generacijsko vijeme|generacijskog vremena]], mnoge kornjače imaju molekulskimolekularni sat koji radi na jednoj osmini brzine onog u sitnih [[sisar]]a ili čak sporije.<ref name=Rheindt05>{{cite journal |author=Rheindt, F. E. and Austin, J. |year=2005 |title=Major analytical and conceptual shortcomings in a recent taxonomic revision of the Procellariiformes - A reply to Penhallurick and Wink (2004) |journal=[[Emu (journal)|Emu]] |volume=105 |issue=2 |pages=181–186|url=http://www.publish.csiro.au/?act=view_file&file_id=MU04039.pdf |doi=10.1071/MU04039}}</ref> Efekti [[mala veličina populacije|male veličine populacije]] su vjerovatno zbunili analitičare molekulskogmolekularnog sata. Istraživači, kao što je Francisco Ayala, su temeljito osporili hipotezu molekulskogmolekularnog sata. <ref name=Douzery03>{{cite journal |author=Douzery, E.J.P., Delsuc, F., Stanhope, M.J. and Huchon, D. |year=2003 |title= Local molecular clocks in three nuclear genes: divergence times for rodents and other mammals, and incompatibility among fossil calibrations|journal=Journal of Molecular Evolution |volume= 57|pages=S201–S213|url= |doi=10.1007/s00239-003-0028-x |pmid=15008417}}</ref> <ref name=Hunt01>{{cite journal |author=Hunt, J.S., Bermingham, E., and Ricklefs, R.E. |year=2001 |title=Molecular systematics and biogeography of Antillean thrashers, tremblers, and mockingbirds (Aves: Mimidae) |journal=[[Auk (journal)|Auk]] |volume=118 |issue=1 |pages=35–55|url=http://findarticles.com/p/articles/mi_qa3793/is_200101/ai_n8930531 |doi=10.1642/0004-8038(2001)118[0035:MSABOA]2.0.CO;2 |issn=0004-8038}}</ref><ref name=Avise92>{{cite journal |author=Avise, J.C., Bowen, W., Lamb, T., Meylan, A.B. and Bermingham, E. |date=1 May 1992|title= Mitochondrial DNA Evolution at a Turtle's Pace: Evidence for Low Genetic Variability and Reduced Microevolutionary Rate in the Testudines |journal=Molecular Biology and Evolution |volume=9|issue=3|pages=457–473|url= http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/reprint/9/3/457 |pmid= 1584014}}</ref> <ref name=Ayala99>{{cite journal |author= Ayala, F.J.|year=1999 |title=Molecular clock mirages |journal=[[BioEssays]] |volume=21|issue=1 |pages=71–75|url=http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/60000186/ABSTRACT?CRETRY=1&SRETRY=0 |doi=10.1002/(SICI)1521-1878(199901)21:1<71::AID-BIES9>3.0.CO;2-B |pmid=10070256}}</ref><ref name=Schwartz06>{{cite journal |author=Schwartz, J. H. and Maresca, B. |year=2006 |title=Do Molecular Clocks Run at All? A Critique of Molecular Systematics |journal=Biological Theory |volume=1 |pages=357–371|url= |doi=10.1162/biot.2006.1.4.357|laysummary=http://www.sciencedaily.com/releases/2007/02/070210170623.htm|laysource=[[Science Daily]] |issue=4}}</ref>

Prema Ayalinim istraživanjima [[1999]]. godine, kombinira pet faktora koji mogu ograničiti primjenu modela molekulskihmolekularnih satova.

Korisnici molekulskogmolekularnog sata razvili su rešenje rješenja koristeći brojne statističke pristupa, uključujući [[maksimalna vjerovatnoća|maksimalnu vjerovatnoću]] (''maximum likelihood'') i kasnije [[statistika predubjeđenja |modeliranje sa predubjeđenjem]] (statistika pristrasnosti, ''Byas ststistics''). Konkretno, predloženi su modeli koji uzimaju u obzir stopu varijacije evolucijske linije, kako bi se dobile bolje procjene datiranja divergencije. Ovi modeli se nazivaju '''opušteni molekulskimolekularni satovi''' (relaksirani molekulskimolekularni satovi)<ref name=Drummond06>{{cite journal |author=Drummond, A.J., Ho, S.Y.W., Phillips, M.J. and Rambaut A. |year=2006 |title=Relaxed Phylogenetics and Dating with Confidence|journal=Public Library of Science, PLoS Biology |volume=4|issue=5 |pages=e88|doi= 10.1371/journal.pbio.0040088 |pmid=16683862 |pmc=1395354}}</ref> zato što predstavljaju intermedijarnu poziciju između hipoteze ''striktnog'' molekulskogmolekularnog sata i višestepenog modela Josepha Felsensteina.<ref name=Felsenstein01>{{cite journal|pmid=11675604 | doi=10.1007/s002390010234 | volume=53 | title=Taking variation of evolutionary rates between sites into account in inferring phylogenies. | journal=J Mol Evol | pages=447–55}}</ref> Moguće je da su urađeni prema tehnikama [[Markov lanac Monte Carlo|MCMC]], koje istražuju ponderirani opseg topologije stabla i istovremeno procjenjuju parametre izabranog modela supstitucije. Ne smije se zaboraviti da je osnov procjene termina divergencija pomoću molekulskogmolekularnog sata '''statističko zaključivanje''' , a ne direktni '''dokazi'''.

Ideja o molekulskommolekularnom satu pokreće posebne izazove u vrlo kratakim i vrlo dugim vremenskim okvirima. Na duge vremenske skale, problem je [[Saturacija (genetika) |zasićenje]]. Kada je prošlo dovoljno vremena, mnogi lokusi su prošli više od jedne promjene, ali je nemoguće otkriti više od jedne. To znači da poštovani broj promjena više nije [[linearna funkcija |linearnan]] sa vremenom, već potpuno izvan.

U vrlo kratkom vremenu , mnoge razlike između uzoraka ne predstavljaju fiksaciju različitih sekvenci u različitim populacijama. Umjesto toga, oni predstavljaju alternativu [[alel]]a koji su bili prisutni kao dio polimorfizma kod zajedničkog pretka. Uključivanje razlike koje još nisu postali fiksirane dovodi do potencijalno dramatične inflacije prividne stope molekulskogmolekularnog sata u vrlo kratkimm rokovima.<ref>{{cite journal |doi=10.1093/molbev/msi145 |author=Ho SYW, Phillips MJ, Cooper A, Drummond AJ |year=2005 |title= Time dependency of molecular rate estimates and systematic overestimation of recent divergence times |journal=Molecular Biology & Evolution |volume=22 |issue=7 |pages=1561–1568 |pmid=15814826}}</ref><ref>{{cite journal |author=Peterson GI, Masel J| year=2009 |title=Quantitative Prediction of Molecular Clock and Ka/Ks at Short Timescales |journal=Molecular Biology & Evolution |pmid=19661199 |volume=26 |issue=11 |pmc=2912466 |pages=2595–2603| doi=10.1093/molbev/msp175}}</ref>

Tehnika molekularnog sata je važan alat u [[molekulskamolekularna sistematika|molekulskojmolekularnoj sistematici]], upotrebi [[molekulskamolekularna genetika|molekulskogenetičkihmolekularno-genetičkih]] informacija da se utvrdi tačna [[naučna klasifikacija]] organizama ili da se istražuju varijacije snaga [[selekcija|prirodnog odabiranja]].

Poznavanje približno konstantne brzine molekulskemolekularne evolucije posebno seta evolucijskih linija olakšava utvrđivanje datiranja [[filogenija |filogenetskih]] događaja, uključujući i one koji nisu dokumentirani prema [[fosil]]ima, kao što je odstupanje od živućih [[takson ]]a i formiranje [[filogenetsko stablo|filogenetskog stabla]]. U ovim slučajevima, naročito se moraju uzeti u obzir veliki vremenski raspona, kao u [[MCH]] sistemu (gore), tako da ove procjene mogu pogriješiti i 50% ili više.

[[Kategorija:MolekulskaMolekularna evolucija]]