שעון מולקולרי – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ בוט מוסיף: cs:Molekulární hodiny |
מ תיקון: רשימותx2 [JS] |
||
שורה 1:
'''שעון מולקולרי''', או '''שעון [[גן (ביולוגיה)|גני]]''', (מבוסס על היפותזת השעון המולקולרי ובקיצור MCH) הוא טכניקה במחקר [[גנטיקה|גנטי]] המאפשרת לתארך את המועד בו התפצלו שני [[מין (טקסונומיה)|מינים]] מאב קדמון משותף. הטכניקה מבוססת על זיהוי מועד היווצרות השינויים הקטנים בין שני רצפי ה-[[DNA]] של המינים.
==היסטוריה==
המושג "שעון מולקולרי" יוחס לראשונה ל[[אמיל זוקרקנדל]] ו[[לינוס
▲המושג "שעון מולקולרי" יוחס לראשונה ל[[אמיל זוקרקנדל]] ו[[לינוס פולינג]], אשר הבחינו בשנת [[1962]], כי מספר ההבדלים ב[[חומצת אמינו|חומצות אמינו]] ב[[המוגלובין]] בין שתי שושלות יוחסין מצויים בקירוב באותה סקאלה של זמן התפצלותם מאב קדמון משותף, כפי שהוערך מעדויות [[מאובן|מאובנים]]. הם הכלילו מתצפית זאת וטענו כי קצב השינוי ה[[אבולוציה|אבולוציוני]] של כל [[חלבון]] ספציפי הוא קבוע בקירוב במשך הזמן ובשושלות יוחסין אחרות. המושג יושם גם לאבולוציה של רצפי DNA, ובמיוחד ל[[אבולוציה נייטרלית]].
מאוחר יותר, התבססו אלן ווילסון ווינסנט סאריץ' על מחקר זה ועל מחקרו של מוטו קימורה ([[1968]]), צפו וסיפקו ניסוח פורמלי לכך שטעויות ספונטניות ב[[שכפול DNA]] גורמות ל[[מוטציה|מוטציות]] שמניעות את האבולוציה המולקולרית, וכי ההצטברות של הבדלים אבולוציוניים "נייטרליים" בין שני הרצפים עשוי להיות בסיס למדידת [[זמן]], אם קצב הטעויות בשכפול ה-DNA ניתן לכיול. שיטה אחת לכיול קצב הטעויות היא השוואת זוגות של קבוצות מינים חיים שתאריך ההיפרדות שלהם כבר ידוע כתוצאה מתיעוד של מאובנים.
==כיול==
במקור, ההנחה הייתה ששיעור הטעויות בהכפלת DNA הוא קבוע – לא רק בזמן, אלא גם בכל המינים ובכל חלק של ה[[גנום]] שעשויים להשוות. מכיוון שה[[אנזים|אנזימים]] שמכפילים את ה-DNA נבדלים מעט מאוד בין מינים שונים, ההנחה עשויה הייתה להיראות הגיונית באופן [[אפריורי]]. אולם, מדובר כאן בהיגיון פגום באופן יסודי, כיוון שהעוצמה של [[ברירה טבעית]] איננה אחידה בזמן, מרחב, ובמינים השונים. היה ופולינג או זוקרקנדל היו ביולוגים אבולוציוניים במקום ביולוגים ניסויים (או במקרה של פולינג, כלל לא [[ביולוג]]), סביר להניח שטעות זו הייתה תופסת את תשומת לבם.
▲במקור, ההנחה הייתה ששיעור הטעויות בהכפלת DNA הוא קבוע – לא רק בזמן, אלא גם בכל המינים ובכל חלק של ה[[גנום]] שעשויים להשוות. מכיוון שה[[אנזים|אנזימים]] שמכפילים את ה-DNA נבדלים מעט מאוד בין מינים שונים, ההנחה עשויה הייתה להיראות הגיונית באופן [[אפריורי]]. אולם, מדובר כאן בהיגיון פגום באופן יסודי, כיוון שהעוצמה של [[ברירה טבעית]] איננה אחידה בזמן, מרחב, ובמינים השונים. היה ופולינג או זוקרקנדל היו ביולוגים אבולוציוניים במקום ביולוגים ניסויים (או במקרה של פולינג, כלל לא [[ביולוג]]), סביר להניח שטעות זו הייתה תופסת את תשומת לבם.
אולם, היה מרווח גדול מדי בין השדות של ביולוגיה אבולוציונית ו[[ביולוגיה מולקולרית|מולקולרית]] בימיהם שמנע את הבאת הבעיה לתודעת הכלל. בכך, ככל שהראיות המולקולריות הצטברו, הנחת הקצב הקבוע הוכחה כשגויה. בעוד שלא ניתן להניח באופן נדיר שה-MCH נכון, ניתן לבחון את הדיוק של שעונים מולקולריים אינדיבידואלים ולעשות בהם שימוש במקרים רבים. במונחים כלליים, צריך לכייל אותם כנגד עדויות חומריות כגון מאובנים לפני שניתן לבסס עליהם מסקנות חזקות.
לפחות מראשית שנות ה-90, תוארו דוגמאות של שיעורים לא אחידים של [[אבולוציה מולקולרית]]. בהנחה שמדובר במקרה של הרבה [[טקסון|טקסונים]], נמצא כי אין שיעור אחיד של אבולוציה מולקולרית, אפילו לא בתקופות זמן קצרות השוואתיות מבחינה אבולוציונית. נראה כי ל[[יסעוראים]] יש שעון מולקולרי שבממוצע מתקדם בחצי מהירות ביחס ל[[ציפור|ציפורים]] אחרות, ככל הנראה בגלל [[חיידקים#זמן הדור|זמני דור]] ארוכים, בעוד שלהרבה [[צבים]] יש שעון מולקולרי שמתקדם בשמינית מהירות לעומת [[יונקים]] קטנים אחרים.
סביר להניח שהשפעות של אוכלוסייה קטנה מבלבלות גם כן את הניתוח של השעון המולקולרי; [[ברדלס|ברדלסים]], לדוגמה, שעברו 2 [[צוואר בקבוק|צווארי בקבוק]] של אוכלוסייה, לא ניתנים לבדיקה תוך התבססות רק על מודל השעון המולקולרי. חוקרים כמו איילה והאנתרופולוג ג'פרי ה.שוורץ אתגרו את היפותזת השעון המולקולרי ברמה יותר יסודית. לפי מחקרו של איילה משנת 1999, ישנם 5 גורמים המתחברים זה אל זה ומערערים את המודל הסטנדרטי של השעון המולקולרי:
* זמני דור משתנים (מוטציה מתקבעת בדרך כלל רק מדור אחד לאחר. ככל שפרק הזמן הזה קצר יותר, כך יותר מוטציות מתקבעות).
* גודל ה[[אוכלוסייה (אקולוגיה)|אוכלוסייה]] (מלבד ההשפעות של גודל אוכלוסייה קטן, המגוון הגנטי יגיע לנקודת שפל ככל שהאוכלוסיות יגדלו כיוון שהיתרון הכשירותי של כל מוטציה בודדת יקטן).▼
* הבדלים תלויי מין (בעקבות [[מטבוליזם]] שונה, [[אקולוגיה]], היסטוריה אבולוציונית וכדומה).▼
* תפקודים מתפתחים של החלבונים המקודדים (יכולים להשתפר על ידי ניצול רצפי DNA לא מקודדים או הדגשת מוטציות שקטות).▼
* שינויים בעוצמה של הברירה הטבעית.▼
משתמשים בשעון המולקולרי פיתחו פתרונות עוקפים תוך שימוש במספר גישות [[סטטיסטיקה|סטטיסטיות]] כולל טכניקות של [[נראות מקסימלית]] ומאוחר יותר במודל של [[חוק בייס]].
▲*גודל ה[[אוכלוסייה (אקולוגיה)|אוכלוסייה]] (מלבד ההשפעות של גודל אוכלוסייה קטן, המגוון הגנטי יגיע לנקודת שפל ככל שהאוכלוסיות יגדלו כיוון שהיתרון הכשירותי של כל מוטציה בודדת יקטן).
באופן מיוחד, מודלים שלוקחים בחשבון שינויים בקצב לרוחב אילנות יוחסין הוצעו על מנת להשיג הערכות טובות יותר של זמן ההתפלגות (ופרמטרים אחרים שניתן להעריך אותם מקצבי ההחלפה, כגון גודל האוכלוסייה האפקטיבי). מודלים אלה נקראים "שעונים מולקולריים רגועים".
▲*הבדלים תלויי מין (בעקבות [[מטבוליזם]] שונה, [[אקולוגיה]], היסטוריה אבולוציונית וכדומה).
מודלים אלו, הנשענים על מדגם של מידע הטרו-כרונומטרי מהרצף, פותחו מ[[פילוגנטיקה|פילוגנזה]] של [[נגיף|נגיפים]] ומחקרים של DNA עתיק, שני אזורים של הביולוגיה האבולוציונית שבהם ניתן לדגום רצפים במהלך קנה מידה אבולוציוני, ובכך לספק מידע מכייל מלבד זה המסופק בדרך כלל על ידי תיעוד המאובנים.
▲*תפקודים מתפתחים של החלבונים המקודדים (יכולים להשתפר על ידי ניצול רצפי DNA לא מקודדים או הדגשת מוטציות שקטות).
הם ידועים כמודלים של "שעון רגוע" כיוון שהם מייצגים עמדת ביניים בין היפותזת השעון המולקולרי "הקשוחה" ומודל השיעורים המרובים של פלסנסטיין והם נעשים אפשריים דרך שימוש בטכניקות שרשרת מרקוב ומונטה קרלו (MCMC) החוקרות טווח נרחב של טופולוגיות עצים ובאופן סימולטני מעריכות פרמטרים של מודל ההחלפה הנרחב.
▲*שינויים בעוצמה של הברירה הטבעית.
▲משתמשים בשעון המולקולרי פיתחו פתרונות עוקפים תוך שימוש במספר גישות [[סטטיסטיקה|סטטיסטיות]] כולל טכניקות של [[נראות מקסימלית]] ומאוחר יותר במודל של [[חוק בייס]].
▲באופן מיוחד, מודלים שלוקחים בחשבון שינויים בקצב לרוחב אילנות יוחסין הוצעו על מנת להשיג הערכות טובות יותר של זמן ההתפלגות (ופרמטרים אחרים שניתן להעריך אותם מקצבי ההחלפה, כגון גודל האוכלוסייה האפקטיבי). מודלים אלה נקראים "שעונים מולקולריים רגועים".
▲מודלים אלו, הנשענים על מדגם של מידע הטרו-כרונומטרי מהרצף, פותחו מ[[פילוגנטיקה|פילוגנזה]] של [[נגיף|נגיפים]] ומחקרים של DNA עתיק, שני אזורים של הביולוגיה האבולוציונית שבהם ניתן לדגום רצפים במהלך קנה מידה אבולוציוני, ובכך לספק מידע מכייל מלבד זה המסופק בדרך כלל על ידי תיעוד המאובנים.
▲הם ידועים כמודלים של "שעון רגוע" כיוון שהם מייצגים עמדת ביניים בין היפותזת השעון המולקולרי "הקשוחה" ומודל השיעורים המרובים של פלסנסטיין והם נעשים אפשריים דרך שימוש בטכניקות שרשרת מרקוב ומונטה קרלו (MCMC) החוקרות טווח נרחב של טופולוגיות עצים ובאופן סימולטני מעריכות פרמטרים של מודל ההחלפה הנרחב.
חובה לזכור כי הם עדיין מבוססים על מסקנות סטטיסטיות ולא על ראיות ישירות ולפיכך, מבחינה מדעית אפילו שעון מולקולרי רגוע יכול רק לתמוך אבל אף פעם לא "להוכיח" היפותזה מדעית. לבעיה הזאת ניגשים באמצעות שימוש בתיעוד מאובנים, שהוא בדרך כלל מספיק טוב ומתועד כיאות באופן המספיק כדי לספק ראיות מוצקות, על מנת לכייל את השעון המולקולרי בהתאם. באופן אחר, בחקר האבולוציה של [[פתוגן]] או מחקרים של DNA עתיק, ניתן לעשות שימוש בדגימות סדרתיות כפי שתואר למעלה.
==שימושים==
טכניקת השעון המולקולרי היא כלי חשוב ב[[סיסטמטיקה מולקולרית]], שהיא שימוש של מידע מ[[גנטיקה מולקולרית]] על מנת לקבוע את הסיווג המדעי הנכון של [[אורגניזם]].
שורה 46 ⟵ 39:
<div style="direction:ltr; text-align: left">
* Avise, John C.; Bowen, Brian W.; Lamb, Trip; Meylan, Anne B. & Bermingham, Eldredge (1992): Mitochondrial DNA Evolution at a Turtle's Pace: Evidence for Low Genetic Variability and Reduced Microevolutionary Rate in the Testudines. ''Molecular Biology and Evolution'' '''9'''(3): 457-473. [http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/reprint/9/3/457 PDF fulltext]
* Ayala, Francisco J. (1999): Molecular clock mirages. ''BioEssays'' '''21'''(1): 71-75. [http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/60000186/ABSTRACT?CRETRY=1&SRETRY=0 HTML abstract]
* Douzery, Emmanuel J. P.; Delsuc, Frederic; Stanhope, M. J. & Huchon, D. (2003): Local molecular clocks in three nuclear genes: divergence times for rodents and other mammals, and incompatibility among fossil calibrations. ''Journal of Molecular Evolution'' '''57'''(Supplement 1): S201-S213.
▲* Douzery, Emmanuel J. P.; Delsuc, Frederic; Stanhope, M. J. & Huchon, D. (2003): Local molecular clocks in three nuclear genes: divergence times for rodents and other mammals, and incompatibility among fossil calibrations. ''Journal of Molecular Evolution'' '''57'''(Supplement 1): S201-S213.
* Drummond AJ, Ho SYW, Phillips MJ & Rambaut A (2006). Relaxed Phylogenetics and Dating with Confidence. ''PLoS Biology'' '''4'''(5):e88 [http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0040088]
* Hunt, Jeffrey S.; Bermingham, Eldredge; & Ricklefs, Robert E. (2001): Molecular systematics and biogeography of Antillean thrashers, tremblers, and mockingbirds (Aves: Mimidae). '' (journal)Auk'' '''118'''(1): 35–55. [http://findarticles.com/p/articles/mi_qa3793/is_200101/ai_n8930531 HTML fulltext without images]
* Motoo Kimura (1968): Evolutionary Rate at the Molecular Level. ''Nature (journal)'' '''217''': [http://bioportal.weizmann.ac.il/course/evogen/Neutral/kimura.pdf PDF fulltext]
* Lovette, Irby J. (2004): Mitochondrial dating and mixed support for the "2% Rule" in birds. ''Auk (journal)'' '''121'''(1): 1-6.
*
* Rheindt, F. E. & Austin, J., (2005): Major analytical and conceptual shortcomings in a recent taxonomic revision of the Procellariiformes - A reply to Penhallurick and Wink (2004). ''Emu (journal)'' '''105'''(2): 181-186. [http://www.publish.csiro.au/?act=view_file&file_id=MU04039.pdf PDF fulltext]
* Vincent Sarich & Allan Wilson (1967): Immunological time scale for hominid evolution. ''Science (journal)'' '''158'''(3805): 1200-1203. (HTML abstract)
* Emile Zuckerkandl & Linus Pauling (1962): Molecular disease, evolution, and genetic heterogeneity. ''In:'' Kasha, M. & Pullman, B. (editors): ''Horizons in Biochemistry'': 189–225. Academic Press, New York.
* Emile Zuckerkandl & Linus Pauling (1965): Evolutionary divergence and convergence in proteins. ''In:'' Bryson, V. & Vogel, H. J. (editors): ''Evolving Genes and Proteins'': 97–166. Academic Press, New York.
</div>
| |||