czytasz i słyszysz to cały czas—”to jest starożytny, milionowy gatunek” lub „to zwierzę istnieje od setek tysięcy lat.”Ale skąd naukowcy tak naprawdę wiedzą, ile lat mają te gatunki? To nie jest tak, że mogą użyć wehikułu czasu, aby zobaczyć-przynajmniej jeszcze nie. Ale zegar molekularny może pomóc w oszacowaniu.

to nie magia. To nawet nie jest przypadkowe przypuszczenie. To tylko podstawowy problem matematyczny. Naukowcy dokonują kilku pomiarów i włączają liczby do równania, aby uzyskać oszacowanie wieku gatunku. Technika ta nazywana jest zegarem molekularnym i została wymyślona przez naukowców Linusa Paulinga i Emile ’ a Zuckerkandla w 1962 roku.

jak działa zegar molekularny?

pomiar wieku gatunku za pomocą zegara molekularnego wymaga tylko dwóch prostych rzeczy: oszacowania liczby mutacji genetycznych między gatunkiem a jego najbliższym krewnym oraz średniego tempa mutacji genetycznych (tj., ile mutacji pojawia się w populacji w określonym przedziale czasowym, np. 5 mutacji rocznie).

aby pokazać, jak to działa, weźmy prosty hipotetyczny przykład. Udawajmy, że jesteśmy taksonomistami-biologami, którzy badają, jak organizmy są ze sobą powiązane. Mamy zadanie, aby dowiedzieć się, jak różne indyki są ze sobą spokrewnione, a są dwa gatunki—indyka Ocellated (Meleagris ocellata) i indyka Dzikiego (Meleagris gallopavo).

Załóżmy, że przeanalizujemy DNA tych dwóch gatunków i odkryjemy, że istnieje 5000 mutacji, które różnią się między nimi. Znamy również tempo mutacji: gatunek będzie wykazywał 1000 nowych mutacji co milion lat, czyli 0,001 mutacji rocznie. Jeśli podzielimy liczbę mutacji przez szybkość mutacji (5000 mutacji ÷ 0,001 mutacji/rok), okaże się, że te dwa gatunki indyków mają około 5 milionów lat. Ta da!

to podejście nie jest jednak bez ograniczeń. Musisz założyć, że geny mutują w tym samym tempie. Jeśli geny przechodzą przez okresy, w których zmieniają się bardzo szybko, a potem w ogóle się nie zmieniają, To jest to jak miara z przypadkowymi kleszczami. Nie można go już używać do pomiaru odległości (ani czasu).

z powodu tego ograniczenia (i innych), w rzeczywistości istnieje wiele nauk ścisłych i matematycznych, które idą za kulisami wielu tych obliczeń. Ale w swojej istocie, to po prostu pomiar upływu czasu, używając szybkości mutacji jako miary.

jak naukowcy wykorzystują zegar molekularny?

zegar molekularny zasadniczo mierzy ilość czasu, odkąd dwa gatunki oddzieliły się od siebie. Oczywiście byłoby to bardzo przydatne informacje dla kogoś, kto tworzy drzewo genealogiczne dla pokrewnych gatunków (zwane drzewem filogenetycznym), ale naukowcy mogą wykorzystać te informacje do czegoś więcej niż tylko planowania naprawdę epickich spotkań rodzinnych.

drzewa filogenetyczne pomagają nam zrozumieć świat. Możemy zobaczyć, które gatunki są spokrewnione i jak blisko, i możemy wykorzystać te informacje do działań ochronnych. Na przykład niektórzy naukowcy zaproponowali sprowadzenie mamutów wełnistych (Mammuthus primigenius) z pomocą słoni. Słonie indyjskie (Elephas maximus) są najbliżej żyjącym gatunkiem mamuta włochatego, rozdzielając się od siebie około 7 milionów lat temu. Dzięki wykorzystaniu podobnych, niezagrożonych gatunków w działaniach na rzecz ochrony takich rzeczy jak wychowanie potomstwa, szanse na sukces są znacznie zwiększone.

Wierzcie lub nie, Zegary molekularne są również przydatne w kryminalistyce i epidemiologii! Naukowcy z powodzeniem zastosowali metodę zegara molekularnego, aby udowodnić, że jedna osoba zainfekowała inną osobę chorobą, taką jak przypadek hiszpańskiego anestezjologa, który zainfekował setki pacjentów z wirusowym zapaleniem wątroby typu C. naukowcy wykorzystują również technikę zegara molekularnego do śledzenia ewoluujących patogenów, takich jak wirus Zika lub Mycobacterium tuberculosis.

zegar molekularny – bez niego nie wychodź z domu!

zegar molekularny okazał się nieocenionym narzędziem w zestawie narzędzi biologa ewolucyjnego. Bez niego nie mielibyśmy pełnego obrazu naturalnej historii naszego świata. Dla wielu organizmów, które nie skamieniały dobrze, jak meduzy czy bakterie, jest to jedyna technika, której naukowcy mogą użyć do daty tego gatunku.