的分子钟进化的

一个引人注目的分子进化的特征是同源分子之间的差异可以很容易地量化和表达，例如，的比例核苷酸年代或氨基酸S已经改变了。因此，进化变化的速率可以更精确地确定DNA或蛋白质S比表型形式和功能的特征。对分子进化速率的研究引出了大分子可以作为进化时钟的命题。

在20世纪60年代，人们首次观察到任意两个给定的同源蛋白质之间氨基酸数量的差异物种似乎几乎与他们从共同祖先分化的时间成正比。如果蛋白质的进化速度基因在进化谱系中大致相同，导致不同的物种，蛋白质和DNA序列将提供进化的分子钟。这些序列不仅可以用来重建一个系统发育的分支事件序列，还可以用来重建各种事件发生的时间。

例如，考虑数字描述20个生物的系统发育。如果编码细胞色素c的基因中核苷酸的替换随着时间的推移以恒定的速率发生，人们可以通过简单地检查沿着该分支的核苷酸替换的数量来确定沿着系统发育的任何分支所经过的时间。人们只需要这样做校准时钟通过引用外部源，如化石记录，这将提供实际的地质时期在至少一个特定的谱系中消失。

当然，分子进化钟并不像手表或其他精确测量时间的钟表那样是一个节拍钟，而是一个随机钟放射性衰变．在随机时钟中，一定数量的变化的概率是恒定的(例如，通过衰变，镭226原子的给定数量预计将在1620年里减少一半)变异发生在实际变化量中。在相当长的一段时间内，随机时钟是相当精确的。分子进化时钟的巨大潜力在于每个基因或蛋白质都是一个独立的时钟。每个时钟都以不同的速度“滴答”——进化的速度特征但成千上万的基因或蛋白质中的每一个都为相同的进化事件提供了独立的衡量标准。

进化论者发现，在DNA和蛋白质进化过程中观察到的变异量比随机时钟的预期要大——换句话说，这个时钟是不稳定的。然而，不同谱系的进化速度差异并不太大。因此，从原则上讲，有可能尽可能精确地为系统发育事件计时，但必须检查的基因或蛋白质(大约是随机常数所需要的2到4倍)。几种蛋白质的平均速率加在一起就成了一个相当精确的时钟，特别是当研究许多物种时，进化事件涉及很长的时间周期(大约5000万年或更长)。

这一结论在图中得到了说明，图中绘制了累积根据化石记录确定的17种哺乳动物(16对)的分化日期，7种蛋白质的核苷酸变化数量。总的核苷酸取代率是相当一致的。一些灵长类动物物种(图中三角形点表示的对)的进化速度似乎比其他物种的平均速度要慢。这异常发生的原因是，任何两个物种的分化越近，观察到的变化就越有可能偏离平均进化速度。随着时间的增加，任何谱系中快速和缓慢进化的时期都可能相互抵消。

然而，进化论者已经发现，分子时间的估计在系统上往往比基于其他方法的估计要古老，而且确实比实际的日期要古老。这是一个结果分子估计的统计特性，它是非对称分布的。由于偶然性，两个物种之间的分子差异数量可能比预期的要大或小。但高估误差是无界的，而低估误差是有界的，因为它们不可能小于零。因此，一个典型分布(看到正态分布)对两个物种分化时年龄的估计，是从许多不同的基因中收集来的，偏离了正常的钟形，大量较年轻的年龄估计聚集在一端，而较年长的年龄估计则拖向另一端。因此，估计时间的平均值总是会高估真实的日期。分子进化速度越慢，使用的序列越短，时间越远，高估偏差就越大。

的中立的理论分子进化

20世纪60年代末，有人提出，在分子水平上，大多数进化变化都是选择性的“中性”，这意味着它们是由于某种原因造成的遗传漂变而不是自然选择．核苷酸和氨基酸的取代出现在a人口通过突变．如果替代等位基因s(可供选择的DNA序列)具有相同的适应性——如果它们能够同样地执行它们的功能——基因频率在一代又一代之间的变化只会通过遗传漂变发生。等位基因的替换率将是随机常数，也就是说，对于一个给定的基因或蛋白质，它们将以恒定的概率发生。这个恒定的速率就是中性等位基因的突变率。

根据中性理论，任何基因上所有可能突变体的很大比例轨迹对其携带者有害。这些突变体被自然选择淘汰了，正如标准的进化理论所假设的那样。中性理论也认为形态、行为和生态特征在自然选择的控制下进化。该理论的独特之处在于，在每个基因位点上都有几个有利的突变体，它们彼此等价适应，这样它们就不会受到自然选择的影响。这些突变体在一个或另一个物种中的频率增加或减少纯粹是一个偶然的问题，是随时间随机遗传漂变的结果。

中性等位基因是指那些适合度差异很小的基因，它们的频率变化是由随机漂移而不是自然选择造成的。这个定义正式表述为4N_e年代< 1，其中N_e人口的有效规模和年代是衡量等位基因之间适应度差异的选择系数。

假设k是替换中性等位基因在进化过程中单位时间的数量。时间单位可以是年或代。在随机交配的种群中N二倍体个体,k= 2Nux,在那里u中性突变率是配子每单位时间(用与…相同的单位测量的时间)k),x是中性突变体最终固定的概率。这个方程的推导很简单:有2个Nu每个时间单位的突变体，每个都有一个概率x变得固定。在一个人口中N二倍体个体有2个N每个位点上的基因，如果它们都是中性的，概率是相同的，x= 1 / (2N)，即变得固定。如果这个值x代入上式(k= 2Nux)，结果为k＝u．根据这一理论，中性等位基因的替代率就是中性等位基因通过突变产生的比率，与群体中的个体数量或任何其他因素无关。

如果分子进化的中性理论是严格正确的，它将为研究分子进化提供理论基础假设分子进化时钟，因为中性突变率将在进化时间和不同的谱系中保持恒定。因此，物种之间氨基酸或核苷酸差异的数量仅仅反映了它们拥有最后一个共同祖先以来所经过的时间。

进化论者争论中性理论是否有效。对分子钟假说的检验表明，分子进化速率的变化比中性理论所预期的要大得多。其他测试已经揭示了基因数量上的巨大差异多态性在一个给定物种的种群中发现的数量和理论预测的数量。但该理论的捍卫者认为，这些差异可能是存在的同化通过对理论进行一些修改，比如假设等位基因并非严格意义上的中性，但它们在选择值上的差异相当小。无论如何，中性理论为测量分子进化提供了一个“零假设”或出发点。