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分子鐘（由波導(dǎo)管等組成的高精度計(jì)時(shí)儀器）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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分子鐘

由波導(dǎo)管等組成的高精度計(jì)時(shí)儀器

分子鐘是指利用氨分子中的氮原子的振蕩作為等時(shí)運(yùn)動(dòng)的高精度計(jì)時(shí)儀器。由高穩(wěn)定的石英振蕩器、倍頻器、波導(dǎo)管、錯(cuò)誤訊號(hào)甄別器、分頻器和同步電動(dòng)機(jī)等組成。每日誤差不到萬分之一秒。

基本信息

中文名	分子鐘
外文名	Molecular clock
發(fā)現(xiàn)時(shí)間	1962年
速度	恒定性
研究者	祖卡坎德爾
對象	蛋白質(zhì)
性質(zhì)	高精度計(jì)時(shí)儀器

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分子鐘簡介

分子鐘

1962年，祖卡坎德爾(Zuckerkandl)和鮑林(Pauling)在對比了來源于不同生物系統(tǒng)的同一血紅蛋白分子的氨基酸排列順序之后，發(fā)現(xiàn)其中的氨基酸隨著時(shí)間的推移而以幾乎一定的比例相互量換著，即氨基酸在單位時(shí)間以同樣的速度進(jìn)行置換。后來，許多學(xué)者對若干代表性蛋白質(zhì)的分析，以及近年來又通過直接對比基因的堿基排列順序，證實(shí)了分子進(jìn)化速度的恒定性大致成立，并由中立說在理論上奠定了基礎(chǔ)。這便是“分子鐘”名稱的由來。

分子鐘的發(fā)現(xiàn)邁出了分子進(jìn)化學(xué)發(fā)展中最早的一步，特別是提供了在分子水平分析生物系統(tǒng)進(jìn)化的手段，從這個(gè)意義上講具有更重大的意義。費(fèi)奇(Fitch)和馬戈利來希(Margoriash)通過現(xiàn)存各種動(dòng)植物和菌類這一廣泛范圍的生物種采集和提取來的細(xì)胞色素C的氨基酸排列順序，首次再現(xiàn)了這些生物所表達(dá)的進(jìn)化歷程。利用這種分子對比而繪制的生物系統(tǒng)樹，與以往依據(jù)化石繪制的系統(tǒng)樹拓?fù)湫再|(zhì)非常一致。沙里奇(Sarih)和威爾遜(Wilson)用分子鐘研究靈長類進(jìn)化問題，得出結(jié)論，否定了拉瑪古猿是人類直接祖先，表明了人類的出現(xiàn)比原先人們一直相信的年代晚得多。這與古生物學(xué)的解釋大相徑庭。因此，長期以來古生物學(xué)家與分子進(jìn)化學(xué)家一直爭論激烈，直到最近才終于以大致符合分子鐘研究結(jié)果的形式而告一段落。

優(yōu)點(diǎn)

比起依據(jù)化石的傳統(tǒng)方法，利用分子鐘繪制系統(tǒng)樹的方法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

第一，只要比較“現(xiàn)存”生物基因或蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序即可繪出系統(tǒng)樹，僅僅在確定分子鐘的走速、量度時(shí)間才需要化石資料。

第二，與收集化石相比，工作要簡單得多。特別是最近已能輕而易舉地確定基因的堿基排列順序，這一優(yōu)點(diǎn)就更為突出。

第三，客觀而且定量，具有再現(xiàn)性。

但是，另一方面，必須注意到分子進(jìn)化速度的恒定性并不是在嚴(yán)密的意義上成立的，而是在觀察整個(gè)漫長的進(jìn)化過程后平均得出的結(jié)論。

就一種蛋白質(zhì)來講，在整個(gè)進(jìn)化過程中，進(jìn)化速度大體恒定；但是一旦改變了蛋白質(zhì)的種類，速度就會(huì)由于作用于各種蛋白質(zhì)的機(jī)能性制約，差異程度大不相同。例如，在屬于進(jìn)化最快一類的纖維蛋白肽與進(jìn)化非常緩慢的組蛋白之間，速度上就有兩位數(shù)的差異。

另一方面，在基因方面的置換和編碼領(lǐng)域發(fā)生同義密碼變化的部位(同義部位)進(jìn)化速度很快，往往超過蛋白質(zhì)的速度，而且與蛋白質(zhì)的變化情況成為對照，不同基因之間進(jìn)化速度相似。

一般情況下，蛋白質(zhì)進(jìn)化緩慢，因而適于研究遠(yuǎn)緣種間的系統(tǒng)關(guān)系，而DNA的分子鐘速度快，適宜分析近緣種間的進(jìn)化。DNA分子鐘研究速度均一，不因基因而異，所以只要知道平均值就可以適用于任何基因；另外還可以疊合由不同基因獲得的結(jié)果。因此，為了繪出正確的生物進(jìn)化系統(tǒng)樹，還需要在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行考察。由于種種原因，進(jìn)化速度會(huì)有波動(dòng)，僅由一種數(shù)據(jù)得出的結(jié)果有可能導(dǎo)致局部錯(cuò)誤的結(jié)論。

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