Molekyylievoluutio

Molekyylievoluutio on elämälle välttämättömien suurmolekyylien DNA:n, RNA:n ja proteiinien evoluutiota eli muuttumista sukupolvien kuluessa. Koska muita molekyylejä kuten proteiineja valmistetaan geenit sisältävän DNA:n tai RNA:n ohjeiden mukaan, molekyylievoluutio voidaan palauttaa näiden evoluutioksi. Molekyylievoluutiota pitävät käynnissä DNA-mutaatiot, jotka tuottavat erilaisia ominaisuuksia niitä kantavilla soluille ja eliöille. Jos tapahtunut mutaatio edistää eliön säilymistä luonnossa,
se yleistyy.
Molekyylievoluution pohjalta on nykyisin ihmisen DNA:n rakenteen selvittyä koetettu haplotyyppien avulla selvittää ihmisrotujen keskinäistä sukupuuta.

Molekyylievoluutio

Molekyylievoluutiosta todistavat sen, että niin sanotut homeoottiset geenit ja että jotkut endogeeniset retrovirukset ovat eliöillä hyvin samanlaisia.
Molekyylien välisiä eroja voidaan yrittää käyttää lajiutumisen ajoitukseen eli molekyylikellona. Molekyylien evoluutio ei ole kuitenkaan tapahtunut vakionopeudella, koska se riippuu ympäristöstä ja koska molekyylit eivät voi muuntua rajattomasti. Molekyylievoluution tutkimus on edennyt kovasti 2000-luvulla, jolloin on tuotu esille muun muassa geenien kahdentumisen merkitys molekyylievoluutioissa. Geenin kahdentuessa kahdeksi identtiseksi kopioksi toinen voi pysyä ennallaan ja toinen mutatoitua. Monien proteiinien geeni toistuu esimerkiksi ihmisen DNA:ssa monta kertaa. Joissain tapauksissa on huomattu, että emäsjärjestykseltään jossain määrin saman tyyppinen proteiini toimittaa eri eliöillä kokonaan erilaisia tehtäviä. Kananmunan valkuaisen ovalbumiini,  ihmisen veriplasman antitrombiini ja ohran siemenen proteiini Z muistuttavat jossain määrin toisiaan, vaikka ne toimivat eri tavoin.

Molekyylievoluution nopeudesta

Molekyylievoluution nopeus vaihtelee paljon sen mukaan mistä se katsotaan. Esimerkiksi ihmisen ja simpanssin DNA:ssa on monia yhteisiä proteiineja. Toiset proteiinit eroavat taas muutaman prosentin tai ei yhtään. Ihmisen ja simpanssin geenistö eroavat 4%, vaikka pitkään ajateltiin muutaman geenin perusteella erojen olevan 1-1,5% luokkaa.
DNA muuttuu 0,7-0,8 % miljoonaa vuotta kohden niillä alueilla, joihin ei kohdistu ollenkaan luonnonvalintaa tai vain heikko luonnonvalinta. Hyvin korkean luonnonvalinnan omaava genomia muistuttava lähetti RNA muuttuu vain prosentin 50 miljoonassa vuodessa, eli kaikki sen emäkset vaihtuisivat teoriassa viidessä miljardissa vuodessa, mikä on hieman korkeampi kuin maapallon ikä.
Eri molekyylien muuntumisvauhti on hyvin erilainen eri proteiineilla, koska eri proteiinit sallivat eri määrän muutoksia. Jos molekyyli kehittyy nopeasti, voidaan ajatella, että siihen kohdistuva luonnonvalinta on heikko. Tämän ajatuksen mukaan voimakas luonnonvalinta sallii vähän muutoksia ja kehitys on hidasta. Fibrinopeptidit kehittyvät hyvin nopeasti, noin vauhdilla 8,3*10⁹ aminohappoa*10⁻⁹/v. Kun hevosen ja ihmisen sytokromi-c eroavat toistaan noin 12%, niin fibrinopeptidit eroavat 86%. Mutta hemoglobiinin beta-ketju on tällä välillä, ero noin 18%.
102-104 aminohapon mittainen.
Histoni H4 hyvin hitaasti, noin yksi aminohappo 10⁻¹³ vuotta kohden. 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. Silti Tetrahymenaa-lkueläimen ja ihmisen histonissa on melko suuri 20 aminohapon ero. Tämä viittaa alkueläinten ja ihmiseen vievän kehityslinjan eroneen toisitaan hyvin kauan aikaa sitten.

Molekyylievoluution tutkimuksesta

Molekyylievoluutiota tutkitaan suoraan muun muassa Richard Lenskin aloittamassa ”E. coli long-term evolution experiment”-tutkimuksessa (LTEE). Kokeessa on 12 bakteerimaljaa, jotka polveutuvat identtisestä kannasta. Koe on tuottanut sitraattia hyödyntävän bakteerikannan hieman alle 34 000 bakteerisukupolvessa. Sitraattia oli osattu hyödyntää tämän viljelmän yksittäisissä "kulttuureissa" aiemminkin, muttei pysyvästi. Neljässä kannassa kahdestatoista DNA:n korjausmekanismi heikkeni, mikä lisäsi niissä tapahtuneiden mutaatioiden määrää. Bakteerit mukautuivat uuteen ympäristöönsä noin 20 000 sukupolvessa. 20 000 sukupolvessa oli satoja miljoonia  mutaatioita, joista ehkä vain 10-20 oli hyödyllisiä, ja loput noin 100 bakteereihin jääneistä mutaatioista olivat neutraaleja.