Molekyylikello
Wikipedia
Molekyylikelloksi kutsutaan menetelmää, jota tutkijat käyttävät arvioidakseen koska kaksi lajia erosi toisistaan. Molekyylikello perustuu ajatukseen, jonka mukaan joidenkuiden geenien tai valkuaisten muuttumisnopeus on vakio tai jollain aikavälillä lähes vakio tai muuten ennustettavissa. Ainakaan kaikkien geenien tai valkuaisten muuttumisnopeus ei ole vakio.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Molekyylikello
Molekyylikellon idean kehittivät yhdysvaltalainen kemisti Linus Pauling ja Itävallassa syntynyt mutta Yhdysvalloissa uransa luonut molekyylibiologi Emile Zuckerkandl vuonna 1962. He nimesivät keksintönsä vuonna 1965 molekyylikelloksi ("molecular clock").
Se perustuu hypoteesiin, jonka mukaan tiettyihin DNA-jaksoihin syntyy tasaiseen tahtiin mutaatioita vuosimiljoonien aikana. Molekyylien evoluutio on siis ajan suhteen vakio, eli niiden eroista voidaan laskea kahden lajin erkanemisajankohta.
Eräiden tutkijoiden mukaan tällä tavalla voidaan selvittää, milloin kaksi laji on jakaantunut kahdeksi uudeksi lajiksi, koska eri lajeilta poimuttuja DNA-tekstejä on verrattu kirjan kirjaimelta niin menestyksekkäästi, että on voitu niiden pohjalta laatia lajien sukupuita.
Esimerkiksi sytokromi-c on proteiini, jonka rakenteen kertovassa geenitekstissä on 339 kirjainta. Ihmisen sytokromi-c eroaa kahdeltatoista kirjaimelta hevosen sytokromi-c:stä. Ihmisillä ja marakateilla on vain yhden kirjaimen ero, kuten on myös hevosilla ja aaseilla. Sialla ja hevosella taasen on kolmen kirjaimen ero, joten se on etäisempää sukua hevoselle kuin aasi. Sytokromi-c:hen tulevien kirjoitusvirheiden määrä kuvastaa hyvin miten perimää vertailemalla voidaan päätellä milloin haaroja on syntynyt eliökunnan sukupuuhun.
Perinnöllisyystutkija Motoo Kimura osoitti jo aikoinaan miten paljon geenitekstistä voi muuttua, ilman että tekstin merkitys muuttuu. Molekyylikello siis jättää miljoonien vuosien aikana DNA:han merkityksettömiä jälkiä.
Ajoituksia varten molekyylikello pitää kalibroida, ja sitä varten pitää arvioida DNA-ketjussa tapahtuvien neutraalien virheiden kasautuma. Yksi tapa kalibroida virheiden määrä on käyttää lähteenä kahta elävää ryhmää lajeja, joiden erkaneminen tiedetään tunnettujen fossiilien perusteella. Myös useita eri molekyylikelloja voidaan käyttää rinnakkain, jolloin virheen mahdollisuutta pienennetään.
[muokkaa] Muutamien molekyylien evoluutiosta
Sytokromi-c on noin 104-113 aminohapon mittainen proteiini[1], jossa on myös hemiä. Proteiinia koodaa tapauksesta riippuen 312-339 emäsparin mittainen geeni. Sytokromi-c on tumallisissa soluissa osa mitokondriota.
Evoluution katsotaan edeneen niin, että ensin ilmestyivät tumattomat bakteerit, sitten tumalliset, sitten monisoluiset selkärangattomat kuten etanat, sitten alkeelliset selkärankaiset kuten nahkiaiset, sitten amniootit kuten matelijat, sitten nisäkkäät kuten simpanssi ja lopuksi älykäs nisäkäs, ihminen.
Esimerkiksi ihmisen ja simpanssin sytokromi-c:n emäsjärjestys on täsmälleen sama[2], mutta eroa moniin nisäkkäisiin 9-12%, matelijoihin noin 14% ja karppiin on 17%, hyönteisiin 27-29%[3] ja moniin kasveihin on yli 38-40%. Varsinkin bakteerien ja monisoluisten eläinten välillä on huomattava ero[4].
Kasvit ovat tumallisia, joiden uskotaan eronneen eläinten kehityslinjasta pian tumallisten synnyn jälkeen.
Esimerkiksi käärme näyttää olevan kauempana ihmisestä kuin kilpikonna[5].
Kun tarkastellaan eri eliöiden sytokromi-c:n aminohappojärjestyksiä, huomataan, että tietty osa sytokromi-c:stä on sama niin bakteerilla kuin ihmiselläkin.
Molekyylievoluutiota rajoittaa monesti muun muassa se, että monista proteiineista on suuri osa alfakierrettä, johon sopivat vain tietyt aminohapot[6].
Tutkijoiden mukaan sytokromi-c pystyy muuntumaan molekyylievoluutiossa korkeintaan noin 69%. Tämä huomataan siitä, että bakteerista katsoen sytokromi-c poikkeaa monilla korkeammilla eliöillä aminohappojärjestykseltään noin 64-69%[7][8]. Näin ollen kaikkien eliöiden sytokromi-c:ssä on aminohapoista samoja noin 31% ja melko pitkiä samanlaisena säilyviä kohtia[9].
Ilmiötä voidaan havainnollistaa yksinkertaistaen näin. Tässä oletetaan malliksi, että 1/4 proteiinin aminohapoista määrittäisi sytokromi-c:n.
Oletetaan, että kirjainyhdistelmä AAAA kuvaa sytokromi-c:n rakennetta. Mutta siitä 1/4, eli pelkkä ensimmäinen A. riittää määrittelemään sytokromi-C:n. Näin ollen, bakteerin sytokromi-C voi olla AAAA, karpin sytokromi-C voi olla ABBB, rhesusapinan ACAC ja ihmisen ACAA. Niinpä karpin, rhesusapinan ja ihmisen sytokromi-c:t eroavat tässä mallissa kukin yhtä paljon, 75%, "alkuperäisestä" bakteerin sytokromi-C:stä, eli pelkkä ensimmäinen A on sama.
Näin voidaan ajatella, että suuressa osassa sytokromi-c:tä tapahtuu ehkä vakionopeudella satunnaisia aminohappomuutoksia.
Sytokromi-c muuntuu tutkijoiden mukaan keskimäärin vauhdilla nopeudella 4*10-10 aminohapon verran vuotta kohden [10].
Muitakin molekyylejä kuin sytokromi-c:tä käytetään "molekyylikelloina".
Vertailun vuoksi hemoglobiini voi muuntua evoluutiossa korkeintaan 85-87% nahkiaisen hemoglobiinista katsoen[11]. Hemoglobiinissa on 3032 hiil. 4812 vety , 780 typpi ja 4 rauta-atomia[12].
Hemoglobiini muuttui evoluutiossa sytokromi-c:ä nopeammin, vauhdilla 10-9 aminohappoa vuotta kohden[13].
Ainakin joissain tapauksissa molekyylien kehitys oli alussa nopeaa, myöhemmin hitaampaa. Nopein vauhti oli 500-400 miljoonaa vuotta sitten selkärankaisten varhaisvaiheessa, suunnilleen ordoviki- ja siluurikausilla, noin 1.09 nukleotidia kodonia kohti 108 vuodessa.[14]. Kehitys hidastui, ja niinpä selkärankaisten hemoglobiinit kehittyivät kehituksnesä alusta vesikalvollisiin amniootteihin, tässä lähinnä matelijoihin, asti 380 miljoonan vuoden aikana keskimäärin vauhtia 4,6 nukleotidia/kodoni/109 vuotta. Vauhti hidastui edelleen ja amnioottien ilmestymisestä seuraavien 300 miljoonan vuoden aikana hemoglobiini muuttui vain 1,5 emästä/kodoni/1011 vuotta kohden. Eri molekyylien muuntumisvauhti on hyvin erilainen eri proteiineilla, koska eri proteiinit sallivat eri määrän muutoksia. Fibrinopeptidit kehittyvät hyvin nopeasti 8,3*109 aminohappoa*10-9/v. Mutta histoni H4 hyvin hitaasti, noin yksi aminohappo 10-13 vuotta kohden[15]. Tämän mukaan histoni H4:n emäsjärjestys ei voi juurikaan vaihtua sen toiminnan häiriintymättä, ja sen takia sen synty on melko epätodennäköinen ja kehitys evoluutiossa hidasta.
[muokkaa] Aiheesta muualla
- Retrovirukset ja sytokromi-c evoluution mikroskooppisina todistajina
- http://home.wxs.nl/~gkorthof/kortho37.htm
- http://awcmee.massey.ac.nz/aw.htm
[muokkaa] Viitteet
- ↑ Evoluutio ja populaatiot sivu 261, Kuvat 52 ja 53
- ↑ http://www.netikka.net/mpeltonen/fylogenia.htm Geneettinen polveutumistutkimus
- ↑ Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis,ISBN 951-619-239-4, Raamattutalon kirjapainio 1981, Kustannus Oy Uusi Tie, sivu 235, kuva 70 bis ja sivu 276, kuva 72
- ↑ Evoluutio ja populaatiot, sivu 259, kuva 51
- ↑ Evoluutio ja populaatiot, sivu 259, kuva 51
- ↑ http://users.utu.fi/~jarnie/Biomolekyylit1.doc Biomolekyylit I
- ↑ Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, s. 325, kuva 70 bis ja s 238, kuva 78 bis
- ↑ http://www.nic.fi/~shn/tekstit/lukionevop.htm Lukion evoluutio-opetus puntarissa
- ↑ Evoluutio ja populaatiot, sivut 260-261, kuvat 52 ja 53
- ↑ evoluutio ja populaatiot
- ↑ Pekka Reinikainen, Unohdettu Genesis, sivu 105, kuva 19 ka myös kuva 79, sivu 243
- ↑ Unohdettu Geneisi, kuva 18, sivu 104
- ↑ Evoluutio ja populaatiot, sivu 257 alin palsta
- ↑ Juhani Lokki Anssi Saura P.M.A. Tigerstedt, Evoluutio ja populaatiot, WSOY Helsinki Porvoo Juva 1986, ISBN 951-0-13572-0, sivu 263 ja myös kuva 54 sivu 262
- ↑ Lokki, Evoluutio ja populaatiot sivu 257-258