Najnowszy wspólny przodek - Most recent common ancestor

W biologii i genealogią The ostatni wspólny przodek ( MRCA) , ostatni wspólny przodek ( LCA ) lub concestor zestawu organizmów jest najnowsza jednostka z którym wszystkie organizmy zestawie są opuszczone . Termin ten jest również używany w odniesieniu do pochodzenia grup genów ( haplotypów ), a nie organizmów.

MRCA zbioru osobników można czasem określić odwołując się do ustalonego rodowodu . Jednak ogólnie nie jest możliwe określenie dokładnego MRCA dużej grupy osób, ale często można podać szacunkowy czas, w którym żył MRCA. Taki czas do ostatnich oszacowań wspólnego przodka ( TMRCA ) można podać na podstawie wyników testów DNA i ustalonych wskaźników mutacji, zgodnie z praktyką genealogii genetycznej , lub poprzez odniesienie do niegenetycznego, matematycznego modelu lub symulacji komputerowej.

W organizmów wykorzystujących rozmnażanie płciowe The matrilinear MRCA i patrilinear MRCA są MRCAs danej populacji rozważa tylko matrylinearnym oraz z linii męskiej zejście odpowiednio. MRCA populacji z definicji nie może być starsza niż jej matrilinearna lub patrylinearna MRCA. W przypadku Homo sapiens , matrilinearne i patryliniowe MRCA są również znane odpowiednio jako „ Ewa mitochondrialna ” (mt-MRCA) i „ Y-chromosomalny Adam ” (Y-MRCA).

Wiek ludzkiego MRCA jest nieznany. Nie jest większy niż wiek Y-MRCA lub mt-MRCA, szacowany na około 200 000 lat.

W przeciwieństwie do rodowodów poszczególnych ludzi lub udomowionych rodów, gdzie znane jest historyczne pochodzenie, we wnioskowaniu relacji między gatunkami lub wyższymi grupami taksonów ( systematyka lub filogenetyka ) przodków nie można bezpośrednio zaobserwować ani rozpoznać. Są to wnioski oparte na wzorcach powiązań między taksonami wywnioskowanymi w analizie filogenetycznej istniejących organizmów i/lub skamieniałości .

Ostatni uniwersalny wspólny przodek (LUCA) to ostatni wspólny przodek wszystkich obecnego życia na Ziemi szacuje się mieszkali niektórzy 3,5 do 3,8 miliarda lat temu (w paleoarchaik ).

MRCA różnych gatunków

Drzewo ewolucyjne ukazujące rozbieżność współczesnych gatunków od ostatniego uniwersalnego przodka w centrum. Trzy domeny są kolorowe, z bakteriami na niebiesko, archeonami na zielono, a eukariota na czerwono.

Projekt pełnego opisu relacji filogenetycznych między wszystkimi gatunkami biologicznymi nazywany jest „ drzewem życia ”. Wiąże się to z wnioskowaniem o wiekach rozbieżności dla wszystkich hipotetycznych kladów ; na przykład szacuje się , że MRCA wszystkich drapieżników (tj. MRCA „ kotów i psów ”) oddzieliło się około 42 milionów lat temu ( Miacidae ).

Koncepcja ostatniego wspólnego przodka z punktu widzenia ewolucji człowieka jest opisana na popularnym publiczności na przodka Tale przez Richarda Dawkinsa (2004). Wymienia Dawkins „concestors” z rodu ludzkiego w porządku rosnącym wiekiem, w tym hominin (człowiek- szympans ), hominine (człowiek- goryl ), hominid (człowiek- orangutan ), hominoid (człowiek- gibon ), i tak dalej w 40 etapach w sumie aż do ostatniego uniwersalnego przodka (człowiek – bakteria ).

MRCA populacji zidentyfikowanej przez pojedynczy marker genetyczny

Możliwe jest również rozważenie pochodzenia poszczególnych genów (lub grup genów, haplotypów ) zamiast organizmu jako całości. Teoria koalescencji opisuje stochastyczny model tego, jak pochodzenie takich markerów genetycznych odwzorowuje się w historii populacji.

W przeciwieństwie do organizmów, gen jest przekazywany z pokolenia organizmów na następne pokolenie albo jako doskonałe repliki samego siebie, albo jako lekko zmutowane geny potomne . Podczas gdy organizmy mają grafy przodków i grafy potomstwa poprzez rozmnażanie płciowe , gen ma pojedynczy łańcuch przodków i drzewo potomków. Organizm wytworzony w wyniku krzyżowego zapłodnienia płciowego ( alogamia ) ma co najmniej dwóch przodków (swoich bezpośrednich rodziców), ale gen zawsze ma jednego przodka na pokolenie.

Patrilinearny i matrylinearny MRCA

Poprzez losowe dryfowanie lub selekcję, rodowód prześledzi z powrotem do jednej osoby. W tym przykładzie przez 5 pokoleń, kolory reprezentują wymarłe linie matrilinearne, a czarny to linia matrylinearna pochodząca od mt-MRCA.

DNA mitochondrialne (mtDNA) jest prawie odporne na mieszanie płciowe, w przeciwieństwie do DNA jądrowego, którego chromosomy są przetasowane i rekombinowane w dziedziczeniu mendlowskim . Dlatego mitochondrialne DNA można wykorzystać do śledzenia dziedziczenia matrylinearnego i znalezienia mitochondrialnej ewy (znanej również jako ewa afrykańska ), najnowszego wspólnego przodka wszystkich ludzi poprzez mitochondrialną ścieżkę DNA.

Podobnie chromosom Y jest obecny jako chromosom jednej płci u osobnika męskiego i jest przekazywany potomkom płci męskiej bez rekombinacji. Można go wykorzystać do śledzenia dziedziczenia patrylinearnego i znalezienia chromosomu Y Adama , najnowszego wspólnego przodka wszystkich ludzi poprzez szlak Y-DNA.

Mitochondrialna Ewa i Y-chromosomalny Adam zostały ustalone przez naukowców za pomocą genealogicznych testów DNA . Szacuje się, że mitochondrialna Ewa żyła około 200 000 lat temu. W artykule opublikowanym w marcu 2013 r. ustalono, że z 95% pewnością i pod warunkiem, że dane z badania nie zawierają błędów systematycznych , Adam z chromosomem Y żył między 237 000 a 581 000 lat temu.

MRCA ludzi żyjących dzisiaj musiałoby zatem żyć bardziej niedawno niż którykolwiek z nich.

Bardziej skomplikowane jest wnioskowanie o pochodzeniu człowieka na podstawie chromosomów autosomalnych . Chociaż chromosom autosomalny zawiera geny, które są przekazywane z rodziców na dzieci poprzez niezależny wybór tylko od jednego z dwojga rodziców, rekombinacja genetyczna ( skrzyżowanie chromosomów ) łączy geny z chromatyd innych niż siostrzane od obojga rodziców podczas mejozy , zmieniając w ten sposób skład genetyczny chromosom.

Czas do oszacowania MRCA

Szacuje się, że różne typy MRCA żyły w różnych okresach w przeszłości. Te oszacowania czasu do MRCA ( TMRCA ) są również obliczane w różny sposób w zależności od rodzaju MRCA, który jest brany pod uwagę. Patrilinearne i matrylinearne MRCA (Mitochondrialna Ewa i Y-chromosomalny Adam) są śledzone przez markery pojedynczych genów, dlatego ich TMRCA są obliczane na podstawie wyników testów DNA i ustalonych wskaźników mutacji, tak jak jest to praktykowane w genealogii genetycznej. Czasu do genealogicznego MRCA (najnowszego wspólnego przodka z dowolnej linii pochodzenia) wszystkich żyjących ludzi nie można prześledzić genetycznie, ponieważ DNA ogromnej większości przodków jest całkowicie utracone po kilkuset latach. Jest zatem obliczany na podstawie niegenetycznych, matematycznych modeli i symulacji komputerowych.

Ponieważ mitochondrialna Ewa i Y-chromosomalny Adam są śledzone przez pojedyncze geny poprzez pojedynczą linię rodzicielską przodków, czas do powstania tych genetycznych MRCA będzie z konieczności dłuższy niż w przypadku genealogicznego MRCA. Dzieje się tak, ponieważ pojedyncze geny łączą się wolniej niż śledzenie konwencjonalnej genealogii człowieka za pośrednictwem obojga rodziców. Ta ostatnia uwzględnia tylko pojedynczych ludzi, nie biorąc pod uwagę, czy jakikolwiek gen z obliczonego MRCA rzeczywiście przetrwa u każdej osoby w obecnej populacji.

TMRCA przez markery genetyczne

Mitochondrialnego DNA można użyć do prześledzenia pochodzenia zbioru populacji. W tym przypadku populacje są definiowane przez akumulację mutacji na mtDNA i tworzone są specjalne drzewa dla mutacji i kolejności ich występowania w każdej populacji. Drzewo powstaje poprzez testowanie dużej liczby osobników na całym świecie pod kątem obecności lub braku określonego zestawu mutacji. Po wykonaniu tej czynności można określić, ile mutacji oddziela jedną populację od drugiej. Liczba mutacji, wraz z szacowanym tempem mutacji mtDNA w badanych regionach, pozwala naukowcom określić przybliżony czas do MRCA ( TMRCA ), który wskazuje na czas, jaki upłynął od ostatniego zbioru mutacji lub przynależności populacji do tej samej haplogrupy .

W przypadku Y-chromosomalnego DNA do TMRCA dochodzi się w inny sposób. Haplogrupy Y-DNA są definiowane przez polimorfizm pojedynczego nukleotydu w różnych regionach Y-DNA. Czas do MRCA w obrębie haplogrupy jest określony przez akumulację mutacji w sekwencjach STR chromosomu Y tylko tej haplogrupy. Analiza sieci Y-DNA haplotypów Y-STR pokazująca klaster inny niż gwiazda wskazuje na zmienność Y-STR spowodowaną wieloma założycielami. Analiza dająca gromadę gwiazd może być traktowana jako reprezentująca populację pochodzącą od jednego przodka. W tym przypadku zmienność sekwencji Y-STR , zwaną także zmiennością mikrosatelitarną , można uznać za miarę czasu, jaki upłynął od założenia tej populacji przez przodka. W potomkami Czyngis-chana lub jednego z jego przodków reprezentuje słynną gromadę gwiazd, które można datować do czasów Czyngis-Chana.

Obliczenia TMRCA są uważane za krytyczne dowody przy próbie określenia dat migracji różnych populacji, gdy rozprzestrzeniają się one po całym świecie. Na przykład, jeśli uważa się, że mutacja wystąpiła 30 000 lat temu, to mutację tę należy znaleźć we wszystkich populacjach, które rozdzieliły się po tej dacie. Jeśli dowody archeologiczne wskazują na rozprzestrzenianie się kulturowe i powstawanie populacji izolowanych regionalnie, to musi to znaleźć odzwierciedlenie w izolacji kolejnych mutacji genetycznych w tym regionie. Jeżeli rozbieżność genetyczna i rozbieżność regionalna pokrywają się, można stwierdzić, że obserwowana rozbieżność jest spowodowana migracją, o czym świadczą dane archeologiczne. Jeśli jednak data rozbieżności genetycznej przypada w innym czasie niż zapis archeologiczny, naukowcy będą musieli przyjrzeć się alternatywnym dowodom archeologicznym, aby wyjaśnić rozbieżność genetyczną. Zagadnienie to najlepiej ilustruje debata wokół dyfuzji demii a dyfuzji kulturowej podczas europejskiego neolitu .

TMRCA wszystkich żyjących ludzi

Wiek MRCA wszystkich żyjących ludzi jest nieznany. Jest z konieczności młodsza niż wiek matrilinearnego lub patryliniowego MRCA, z których oba mają szacowany wiek od około 100 000 do 200 000 lat temu.

Matematycy Josepha T. Changa, Douglasa Rohde i Steve'a Olsona przeprowadzili matematyczne, ale niegenealogiczne badania, że ​​MRCA żył niezwykle niedawno, prawdopodobnie nawet 300 p.n.e. Model ten uwzględniał fakt, że ludzie tak naprawdę nie kojarzą się w sposób przypadkowy, ale zwłaszcza w przeszłości, ludzie prawie zawsze kojarzyli się z ludźmi mieszkającymi w pobliżu, a zwykle z ludźmi, którzy mieszkali we własnym mieście lub wiosce. Szczególnie rzadkie byłoby kojarzenie się z kimś, kto mieszka w innym kraju. Jednak Chang i in. odkryli, że rzadka osoba, która łączy się z osobą daleko, z czasem połączy drzewo genealogiczne na całym świecie i że żadna populacja nie jest naprawdę całkowicie odizolowana.

MRCA wszystkich ludzi prawie na pewno mieszkały w Azji Wschodniej, co dałoby im kluczowy dostęp do skrajnie odizolowanych populacji w Australii i obu Amerykach. Możliwe lokalizacje MRCA obejmują takie miejsca, jak Półwyspy Czukocki i Kamczatka, które są blisko Alaski, miejsca takie jak Indonezja i Malezja, które są blisko Australii lub miejsca takie jak Tajwan lub Japonia, które są bardziej pośrednie w stosunku do Australii i obu Ameryk. Europejska kolonizacja Ameryk i Australii została uznana przez Chang za zbyt niedawną, aby miała znaczący wpływ na wiek MRCA. W rzeczywistości, gdyby Amerykanie i Australia nigdy nie zostały odkryte przez Europejczyków, MRCA byłaby w przeszłości tylko o 2,3% dalej niż jest.

Należy pamiętać, że wiek MRCA populacji nie odpowiadają efekt wąskiego gardła , a co dopiero „pierwsza para”. Odzwierciedla to raczej obecność pojedynczego osobnika z dużym sukcesem reprodukcyjnym w przeszłości, którego wkład genetyczny stał się z czasem wszechobecny w całej populacji. Błędne jest również założenie, że MRCA przekazał wszystkie, a nawet jakiekolwiek informacje genetyczne każdej żyjącej osobie. Poprzez rozmnażanie płciowe przodek przekazuje połowę swoich genów każdemu potomkowi w następnym pokoleniu; po ponad 32 pokoleniach wkład pojedynczego przodka byłby rzędu ^2-32 , liczba proporcjonalna do mniej niż jednej pary zasad w ludzkim genomie .

Identyczny punkt przodków

MRCA jest najnowszym wspólnym przodkiem, wspólnym dla wszystkich osobników w rozważanej populacji. Ten MRCA może równie dobrze mieć współczesnych, którzy są również przodkami niektórych, ale nie wszystkich, istniejącej populacji. Punkt identycznych przodków jest punktem w przeszłości bardziej odległym niż MRCA, w którym nie ma już organizmów, które byłyby przodkami niektórych, ale nie wszystkich współczesnych populacji. Z powodu upadku rodowodowego , współczesne osobniki mogą nadal wykazywać skupienie, ze względu na bardzo różny wkład każdej z populacji przodków.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura

• Hartwell, Leland (2004). Genetyka: Od genów do genomów (2nd ed.). Maidenhead: McGraw-Hill. Numer ISBN 978-0-07-291930-1.
• Walsh B (czerwiec 2001). „Szacowanie czasu do ostatniego wspólnego przodka chromosomu Y lub mitochondrialnego DNA pary osobników” (PDF) . Genetyka . 158 (2): 897-912. doi : 10.1093/genetyka/158.2.897 . PMC  1461668 . PMID  11404350 .