分子時計

分子時計とは

分子時計は、生物間の分子レベルの違いを比較することで、その進化の過程や分岐した年代を推定するための仮説です。この概念は、分子進化時計とも称され、世代を超えた生物の進化を理解する手助けとなります。

登場の背景

生物が進化の過程でどのように分かれたのかを知ることは、長らく古生物学の重要な課題でした。従来の化石による推定は、地層から年齢を判断するものですが、その誤差が大きく、実際の年代を特定するのは容易ではありませんでした。このため、化石だけで生物の進化系譜を正確に構築するのは非常に難しいとされていました。また、化石として残らない生物については、その進化を推測することも困難でした。そこで、分子の構造の違いに注目し、それに基づく進化の系譜を探る研究が始まったのです。

ヘモグロビンと分子時計の発展

1955年、アメリカの科学者ライナス・ポーリングとエミール・ズッカーカンドルは、ヘモグロビンのα鎖を構成するアミノ酸に注目しました。このヘモグロビンα鎖は141個のアミノ酸から成り、その配列に種間での違いがあることを確認しました。ポーリングたちは、異なる動物の間のアミノ酸の配列の違いを調べ、それを基に生物の類縁関係を明らかにしました。

ポーリングらの研究結果では、ヒトとゴリラのアミノ酸の違いは1個、ヒトとイヌでは23個といった具合で、類縁度の高い生物ほど配列の違いが少ないことが示されました。この研究から、分子の変化が常に一定の速度で起きていると仮定することで、分子構造の違いと進化の時間的変化を結びつけ、生物間の系譜を描くことができるという新しい理論が生まれました。1962年には、ポーリングはこのアプローチを「分子時計」と呼ぶことにしました。

ヒトの進化と分子時計

1967年、ヴィンセント・サリッチとアラン・ウィルソンは、ヒトやゴリラ、チンパンジーなど、近縁関係にある生物の抗原タンパク質を調査しました。彼らはハイブリッドDNAを作成し、このDNAの熱的安定性を基にDNA塩基配列の差異を測定しました。これにより、ヒトとゴリラ、チンパンジーとの分岐年代を、400万年前から500万年前と算出しました。この結果は、それまで考えられていたヒトと類人猿の分岐の年代に対して大きな影響を与えました。

その後、科学技術の進歩により分子時計はさらに発展し、1981年にはフレデリック・サンガーがヒトのミトコンドリアDNAを全解読しました。これにより、ヒトとチンパンジーの分岐年代も400万年前程度であることが確認されました。

ミトコンドリア・イブの発見

1987年、アラン・ウィルソンらが147人のミトコンドリアDNAを調査した結果、すべてが約14万年前から29万年前にアフリカに生息していた女性の子孫であるという発見をしました。この研究は、現代ヒトがアフリカで発生し、世界中に広がったという新たな仮説を強化しました。これにより、人類の共通の母系の祖先を「ミトコンドリア・イブ」と呼ぶようになり、進化論に新たな視点が加わることになりました。

分子時計の正確性についての考察

一方で、分子時計の正確性には課題もあります。生物によってミトコンドリアDNAの塩基置換速度が異なることが知られており、この変化が過去において一定だったかどうかも疑問視されています。分子時計の理論は、他の生物の進化と照らし合わせながら常に見直されている状況であり、さらなる研究が求められています。

分子時計は、生物の進化の歴史を理解する手段として、重要な役割を果たしていますが、それに伴う課題の克服もまた、今後の科学的探求のための大きなテーマとなるでしょう。

もう一度検索