molekylære klokker

Molekylære klokker kan brukes til å anslå hvor lang evolusjonen til ulike arter eller grupper har vært. Molekylære klokker kan også brukes til å beregne hvor lenge det er siden en bestemt hendelse har funnet sted, for eksempel utviklingen av en ny egenskap hos en art.

Molekylære klokker er mye brukt i konstruksjon av slektskapstrær, men de har også spilt en sentral rolle i flere evolusjonære teorier.

Arvestoff (DNA eller RNA) er bygget opp av baser som forekommer i en bestemt rekkefølge. Av og til skjer det varige endringer i rekkefølgen på basene (DNA-sekvensen), og disse kalles mutasjoner. Mutasjonene er tilfeldige hendelser, men sannsynligheten for at de skjer er tilnærmet konstant over tid, i bestemte deler av arvestoffet. Antallet mutasjoner fra et utgangspunkt kan dermed brukes til å tidfeste hendelser.

Man sammenlikner deler av arvestoffet parvis, for eksempel genene for hemoglobin i mus og menneske. Prosentandelen av baser som er forandret, gir informasjon om hvor lang tid som har gått siden de to artene (mus og menneske) skilte lag i evolusjonen, eller hvor lang tid som har gått siden et gen, for eksempel hemoglobingenet, ble duplisert slik at det ble dannet to kopier av det i arvestoffet.

Ulike deler av arvestoffet har ulike rater av mutasjoner, det vil si at det skjer flere mutasjoner i noen deler av arvestoffet enn andre. Dette gir klokker som går med ulike hastigheter. DNA-sekvenser som er bevart gjennom den evolusjonære historien, utvikler seg langsomt. Dette skyldes at enkelte sekvenser er så viktige at mutasjoner oftere vil lukes vekk gjennom seleksjon, slik at bare en prosentvis liten del av genet er tilgjengelig for mutasjoner. Omvendt skjer det flere mutasjoner i gener som utvikler seg raskt, slik at disse vil representere klokker som går raskere.

Emile Zuckerkandl og Linus Pauling la frem hypotesen om molekylære klokker i 1965. De gjorde dette på bakgrunn av proteinstrukturer, ikke arvestoff som gjerne brukes i dag.

Et protein er bygget opp av en eller flere tråder av aminosyrer, der aminosyrene har en bestemt rekkefølge. Med endringer i proteinstrukturer menes endringer i rekkefølgen på aminosyrer, for eksempel at en aminosyre er fjernet eller er blitt byttet ut.

Den originale hypotesen om molekylære klokker foreslo at antall endringer i bestemte proteiner hos ulike grupper av organismer er proporsjonal med hvor lang tid det har gått siden de to gruppenes felles stamform levde.

Ifølge denne hypotesen vil altså sammenlikning av bestemte proteiner kunne gi informasjon om hvor lang tid det har gått siden to arter eller grupper skilte lag i evolusjonen basert på hvor mye proteinene har endret seg og blitt forskjellige.

I dag er det ikke lenger vanlig at proteiner brukes som molekylære klokker. Det er fordi hver av aminosyrene i proteinene kodes av tre baser i arvestoffet, og mutasjoner kan forekomme i arvestoffet uten å gi utslag i form av endring i aminosyrene. Det er derfor mer presist å studere arvestoffet direkte.

Den molekylære klokken går ekstra raskt i DNA-et hos mitokondrier, spesielt i det ikke-kodende området kalt D-sløyfen. Dette skyldes at mitokondrielt DNA er mer utsatt for mutasjoner gjennom oksygenradikaler enn DNA som finnes i cellekjernen (nukleært DNA), og at det ser ut til å være mindre omfattende reparasjonssystemer for mitokondrielt DNA.

Mitokondrielt DNA brukes derfor i studier av mer nylig evolusjonære hendelser, for eksempel utvikling av mennesket og vandringsmønstrene for mennesker etter utvandringen fra Afrika for om lag 100 000 år siden.

• evolusjon
• slektskap – biologi
• DNA
• systematikk i biologi