DNA inneholder historien om vår forfedre-hvordan vi er relatert til de kjente ansiktene på familiegjenforeninger, så vel som flere gamle saker: hvordan Vi er relatert til våre nærmeste ikke-menneskelige slektninger, sjimpanser; hvordan Homo sapiens parret Seg Med Neandertalere; og hvordan folk migrert ut Av Afrika, tilpasset seg nye miljøer og livsstil underveis. OG VÅRT DNA har også ledetråder om tidspunktet for disse viktige hendelsene i menneskelig evolusjon.Når forskere sier at det moderne mennesket oppsto I Afrika for rundt 200 000 år siden og begynte sin globale spredning for rundt 60 000 år siden, hvordan kommer de opp med disse datoene? Tradisjonelt forskere bygget tidslinjer av menneskelig forhistorie basert på fossiler og gjenstander, som kan være direkte datert med metoder som radiokarbon dating Og Kalium-argon dating. Disse metodene krever imidlertid at gamle gjenstander har visse elementer eller bevaringsforhold, og det er ikke alltid tilfelle. Videre har ikke relevante fossiler eller gjenstander blitt oppdaget for alle milepæler i menneskelig evolusjon.Analysere DNA fra dagens og gamle genomer gir en komplementær tilnærming for dating evolusjonære hendelser. Fordi visse genetiske endringer skjer med jevn hastighet per generasjon, gir de et estimat av tiden som er gått. Disse endringene påløper som flått på en stoppeklokke, gir en » molekylær klokke.»Ved å sammenligne DNA-sekvenser kan genetikere ikke bare rekonstruere relasjoner mellom forskjellige populasjoner eller arter, men også utlede evolusjonær historie over dype tidsskalaer.Molekylære klokker blir stadig mer sofistikerte, takket være forbedret DNA-sekvensering, analytiske verktøy og en bedre forståelse av de biologiske prosessene bak genetiske endringer. Ved å bruke disse metodene til den stadig voksende databasen AV DNA FRA ulike populasjoner (både dagens og gamle), bidrar genetikere til å bygge en mer raffinert tidslinje av menneskelig evolusjon.

HVORDAN DNA akkumulerer endringer

Molekylære klokker er basert på to viktige biologiske prosesser som er kilden til all arvelig variasjon: mutasjon og rekombinasjon.

Mutasjoner er endringer i bokstavene I DNA ‘ s genetiske kode – for eksempel blir et nukleotid Guanin (G) Et Tymin (T). Disse endringene vil bli arvet av fremtidige generasjoner hvis de forekommer i egg, sæd eller deres cellulære forløpere (kimlinjen). De fleste skyldes feil NÅR DNA kopierer seg selv under celledeling, selv om andre typer mutasjoner oppstår spontant eller fra eksponering for farer som stråling og kjemikalier.I et enkelt menneskelig genom er det omtrent 70 nukleotidendringer per generasjon-minuscule i et genom som består av seks milliarder bokstaver. Men samlet sett, over mange generasjoner, fører disse endringene til betydelig evolusjonær variasjon.Forskere kan bruke mutasjoner til å estimere tidspunktet for grener i vårt evolusjonære tre. FØRST sammenligner DE DNA-sekvensene til to individer eller arter, teller de nøytrale forskjellene som ikke endrer ens sjanser til overlevelse og reproduksjon. Da, å vite frekvensen av disse endringene, kan de beregne tiden som trengs for å samle så mange forskjeller. Dette forteller dem hvor lenge det er siden individene delte forfedre.Sammenligning AV DNA mellom deg og din søsken vil vise relativt få mutasjonsforskjeller fordi du deler forfedre-mor og pappa-bare en generasjon siden. Men det er millioner av forskjeller mellom mennesker og sjimpanser; vår siste felles stamfar levde over seks millioner år siden.

Rekombinasjon, også kjent som kryssing, ER DEN andre HOVEDVEIEN DNA akkumulerer endringer over tid. Det fører til shuffling av de to kopiene av genomet (en fra hver forelder), som er buntet i kromosomer. Under rekombinasjon retter de tilsvarende (homologe) kromosomene opp og utveksler segmenter, slik at genomet du overfører til barna dine, er en mosaikk av foreldrenes DNA.

hos mennesker forekommer omtrent 36 rekombinasjonshendelser per generasjon, en eller to per kromosom. Som dette skjer hver generasjon, segmenter arvet fra en bestemt person bli brutt inn i mindre og mindre biter. Basert på størrelsen på disse biter og hyppigheten av crossovers, genetikere kan anslå hvor lenge siden at enkelte var din stamfar.

Bygge tidslinjer basert på endringer

Genetiske endringer fra mutasjon og rekombinasjon gir to forskjellige klokker, hver egnet for dating forskjellige evolusjonære hendelser og tidsskalaer.fordi mutasjoner akkumuleres så sakte, fungerer denne klokken bedre for svært gamle hendelser, som evolusjonære splittelser mellom arter. Rekombinasjonsklokken, derimot, flått med en hastighet som passer for datoer i løpet av de siste 100.000 årene. Disse» nylige » hendelsene (i evolusjonær tid) inkluderer genflyt mellom forskjellige menneskelige populasjoner, fremveksten av gunstige tilpasninger eller fremveksten av genetiske sykdommer.neandertalerne illustrerer hvordan mutasjons-og rekombinasjonsklokkene kan brukes sammen for å hjelpe oss med å løse kompliserte forfedre. Genetikere anslår at Det er 1,5-2 millioner mutasjonsforskjeller Mellom Neandertalere og moderne mennesker. Bruk av mutasjonsklokken til denne tellingen antyder at gruppene opprinnelig ble delt mellom 750.000 og 550.000 år siden.

på den tiden separerte en befolkning – de felles forfedrene til begge menneskelige grupper – geografisk og genetisk. Noen individer i gruppen migrert Til Eurasia og over tid utviklet Seg Til Neanderthals. De som bodde I Afrika ble anatomisk moderne mennesker.

men deres interaksjoner var ikke over: Moderne mennesker spredte seg til Eurasia og parret Seg Med Neandertalerne. Ved å bruke rekombinasjonsklokken Til Neanderthal DNA beholdt i dagens mennesker, anslår forskerne at gruppene blandet seg mellom 54.000 og 40.000 år siden. Når forskere analyserte En Homo sapiens fossil, kjent Som Oase 1, som levde rundt 40.000 år siden, fant de store regioner Av Neanderthal forfedre innebygd I Oase genomet, noe som tyder på At Oase hadde En Neanderthal forfader bare fire til seks generasjoner siden. Med Andre ord var Oases tippoldeforeldre En Neandertaler.

utfordringene med ustabile klokker

Molekylære klokker er en bærebjelke i evolusjonære beregninger, ikke bare for mennesker, men for alle former for levende organismer. Men det er noen kompliserende faktorer.hovedutfordringen stammer fra det faktum at mutasjon og rekombinasjonsrater ikke har vært konstant over menneskelig evolusjon. Satsene selv utvikler seg, slik at de varierer over tid og kan variere mellom arter og til og med på tvers av menneskelige populasjoner, om enn ganske sakte. Det er som å prøve å måle tid med en klokke som tikker med forskjellige hastigheter under forskjellige forhold.Ett problem er relatert Til et gen Som kalles Prdm9, som bestemmer plasseringen av DISSE DNA-krysshendelsene. Variasjon i dette genet hos mennesker, sjimpanser og mus har vist seg å endre rekombinasjon hotspots – korte regioner med høye rekombinasjonsrater. På grunn Av utviklingen Av Prdm9 og hotspots, varierer rekombinasjonsraten mellom mennesker og sjimpanser, og muligens også Mellom Afrikanere og Europeere. Dette innebærer at over ulike tidsskalaer og på tvers av populasjoner, rekombinasjon klokke flått på litt forskjellige priser som hotspots utvikle seg.

et annet problem er at mutasjonsraten varierer etter kjønn og alder. Etter hvert som fedre blir eldre, overfører de et par ekstra mutasjoner til sine avkom per år. Sperm av eldre fedre har gjennomgått flere runder av celledeling, så flere muligheter for mutasjoner. Mødre, derimot, overfører færre mutasjoner (ca. 0,25 per år) da en kvinnes egg for det meste dannes samtidig, før hennes egen fødsel. Mutasjonsrater avhenger også av faktorer som utbrudd av pubertet, alder ved reproduksjon og hastighet av sædproduksjon. Disse livshistorie trekk varierer på tvers av levende primater og sannsynligvis også skilte mellom utdødde arter av menneskelige forfedre.

Følgelig, i løpet av menneskelig evolusjon, synes gjennomsnittlig mutasjonsrate å ha bremset betydelig. Gjennomsnittlig rente over millioner av år siden splittelsen av mennesker og sjimpanser har blitt estimert som om lag 1×10-mutasjoner per sted per år – eller omtrent seks endrede DNA-bokstaver per år. Denne frekvensen bestemmes ved å dele antall nukleotidforskjeller mellom mennesker og andre aper ved datoen for deres evolusjonære splittelser, som utledes fra fossiler. Det er som å beregne kjørehastigheten ved å dele avstanden som er reist med tiden som er gått. Men når genetikere direkte måler nukleotidforskjeller mellom levende foreldre og barn( ved hjelp av menneskelige stamtavler), er mutasjonsraten halvparten av det andre estimatet: omtrent 0, 5×10⁻ou per sted per år, eller bare om lag tre mutasjoner per år. for divergensen Mellom Neandertalere og moderne mennesker, gir den langsommere frekvensen et estimat mellom 765.000-550.000 år siden. Den raskere frekvensen vil imidlertid foreslå halvparten av den alderen, eller 380.000-275.000 år siden: en stor forskjell.For å løse spørsmålet om hvilke priser som skal brukes når og på hvem, har forskere utviklet nye molekylære klokkemetoder, som adresserer utfordringene ved utvikling av mutasjon og rekombinasjonshastigheter.

Nye tilnærminger for bedre dating

en tilnærming er å fokusere på mutasjoner som oppstår i jevn hastighet uavhengig av kjønn, alder og art. Dette kan være tilfelle for en spesiell type mutasjon som genetikere kaller CpG overganger der C nucelotidene spontant blir T. Fordi CpG overganger stort sett ikke skyldes DNA kopiering feil under celledeling, deres priser bør være i hovedsak uavhengig av livshistorie variabler – og antagelig mer ensartet over tid. Med Fokus på CpG-overganger estimerte genetikere nylig splittelsen mellom mennesker og sjimpanser å ha skjedd mellom 9, 3 og 6, 5 millioner år siden, noe som stemmer overens med alderen forventet fra fossiler. Mens i sammenligninger på tvers av arter, synes disse mutasjonene å skje mer som urverk enn andre typer, de er fortsatt ikke helt stabile.En annen tilnærming er å utvikle modeller som justerer molekylære klokkefrekvenser basert på kjønn og andre livshistorieegenskaper. Ved hjelp av denne metoden, forskerne beregnet en sjimpanse-menneskelig divergens i samsvar Med cpg estimat og fossile datoer. Ulempen her er at når det gjelder forfedre, kan vi ikke være sikre på livshistorieegenskaper, som alder i puberteten eller generasjonslengde, noe som fører til en viss usikkerhet i estimatene.

den mest direkte løsningen kommer fra analyser av gammelt DNA gjenvunnet fra fossiler. Fordi de fossile prøvene er uavhengig datert av geologiske metoder, genetikere kan bruke dem til å kalibrere molekylære klokker for en gitt tidsperiode eller befolkning.denne strategien løste nylig debatten om tidspunktet for vår divergens med Neandertalerne. I 2016 hentet genetikere gammelt DNA fra 430.000 år gamle fossiler Som Var neanderthal forfedre, etter at deres avstamning splittet Fra Homo sapiens. Å vite hvor disse fossilene hører hjemme i det evolusjonære treet, kan genetikere bekrefte at for denne perioden med menneskelig evolusjon, gir den langsommere molekylære klokkefrekvensen på 0, 5×10-whos nøyaktige datoer. Det setter Neanderthal-moderne mennesket splittet mellom 765.000 til 550.000 år siden.som genetikere sorterer ut intricacies av molekylære klokker og sekvenser flere genomer, er vi klar til å lære mer enn noensinne om menneskelig evolusjon, direkte fra VÅRT DNA.