進化の分岐年代推定: 特殊相対性理論と分子時計
特殊相対性理論は、時空の性質から、観測者に対して相対的に動いている時計は、観測者の基準系内で静止している時計に対して進み方が遅く観測されることを示している。これを、特殊相対性理論における時間の遅れという。
分子時計とは、DNAやタンパク質が生物の分岐年代に比例して塩基やアミノ酸の変異・置換を蓄積する傾向があるという経験則である。分子進化の中立説は、DNAやタンパク質といった分子レベルでの進化(小進化)は、有利でも不利でもない中立な変異が集団にランダムに広まった結果起こると主張し、突然変異率が一定である場合に分子進化速度は一定になり、分子の変異が分岐年代に比例するという分子時計の考え方をサポートする。分子時計が成立しない場合も多いことが分かってきたが、化石を多数集めずとも現在生きている生物のDNAの置換数を比較することで分岐年代を推定できる強力な手法であり、現代のDNAのシークエンシングコストの低下も相まって、生命の系統樹の構築を爆発的に進めることとなった。
思考実験
ここでの問題は、一般に注目する遺伝子、アミノ酸によって突然変異の修復機構、分子を取り囲む化学的環境が異なるため、突然変異率が異なるということである。現在進行形で進化を観察するのが困難なことから、突然変異率を推定するのは困難である。よって、思考実験として、突然変異率が2倍で時間の進み方が$${\frac{1}{2}}$$倍になった世界を考えると、ぼくらはDNAやアミノ酸の配列データのみから、この世界と実世界とを区別することができない。つまり、ここで推定される分岐年代は相対的なもので、突然変異率によって推定される時間経過が変わってしまうのだ。まるで相対論的世界において基準系内での動きによって時間の進み方が変わってしまうかのように。よって、分子時計で求めた相対年代を地質学的な絶対年代と対応付けるために、化石とその放射年代測定などによる絶対的年代の特定を、少なくとも構築した分子系統樹の1つの時点について行うことが必要であるとされている。
参考文献
ja (jst.go.jp)
【パラダイムシフト：分子進化の中立説】 | JT生命誌研究館 (brh.co.jp)
時間の遅れ - Wikipedia
特殊相対性理論では、動く時計は静止時計より遅く進む。分子時計はDNAやタンパク質進化速度を示し、系統樹構築に利用。思考実験で突然変異率と時間進行関係が相対的と指摘し、分子時計の相対年代を絶対年代に関連付けるには絶対年代特定が必要。
サムネイル画像はDALL-Eにより生成