Zeitabhängigkeit molekularer Geschwindigkeitsabschätzungen und systematische Überschätzung jüngster Divergenzzeiten

Studien zu molekularen evolutionären Raten haben eine breite Palette von Geschwindigkeitsabschätzungen für verschiedene Gene und Taxa ergeben. Jüngste Studien, die auf populationsbezogenen und Stammbaumdaten basieren, haben bemerkenswert hohe Schätzungen der Mutationsrate hervorgebracht, die stark im Widerspruch zu den in phylogenetischen (artenbezogenen) Studien abgeleiteten Substitutionsraten stehen. Mit Hilfe einer bayesianischen Analyse eines entspanneten Uhrmodells schätzten wir die Raten für drei Gruppen mitochondrialer Daten: avian kodierende Gene, primatenkodierende Gene und primaten D-Loop-Sequenzen. In allen drei Fällen fanden wir einen messbaren Übergang zwischen der hohen, kurzfristigen (< 1-2 Myr) Mutationsrate und der niedrigen, langfristigen Substitutionsrate. Die Beziehung zwischen dem Alter der Kalibrierung und der Änderungsrate lässt sich durch eine vertikal verschobene exponentielle Abfallkurve beschreiben, die zur Korrektur molekularer Datumsabschätzungen verwendet werden kann. Die phylogenetischen Substitutionsraten in Mitochondrien liegen bei ungefähr 0,5% pro Million Jahren für avian kodierende Sequenzen und 1,5% pro Million Jahren für primatenkodierende und D-Loop-Sequenzen. Weitere Analysen zeigten, dass die purifizierende Selektion die überzeugendste Erklärung für die beobachtete Beziehung zwischen der geschätzten Rate und der Tiefe der Kalibrierung bietet. Wir schließen die Möglichkeit aus, dass es sich um ein irreführendes Ergebnis handelt, das aus Sequenzfehlern resultiert, und finden es unwahrscheinlich, dass der scheinbare Rückgang der Raten im Laufe der Zeit auf mutationaler Sättigung basiert. Mit Hilfe einer aus den D-Loop-Daten geschätzten Ratenkurve wurden mehrere Daten für letzte gemeinsame Vorfahren berechnet: moderne Menschen und Neandertaler (354 ka; 222-705 ka), Neandertaler (108 ka; 70-156 ka) und moderne Menschen (76 ka; 47-110 ka). Wenn die Ratenkurve für eine bestimmte taxonomische Gruppe genau geschätzt werden kann, kann sie ein nützliches Werkzeug zur Korrektur der Divergenzdatumsabschätzungen sein, indem der Ratenverfall berücksichtigt wird. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es ungültig ist, molekulare Änderungsraten über verschiedene evolutionäre Zeiträume hinweg zu extrapolieren, was wichtige Konsequenzen für Studien zu Populationen, Domestikation, Erhaltungsgenetik und menschlicher Evolution hat.