相対速度テスト

相対速度検定は、2つのイングループ（ある程度近縁の種）とアウトグループまたは「参照種」の間の遺伝子比較検定であり、種間の突然変異と進化の速度を比較する。^[1]各イングループの種は、アウトグループと独立して比較され、最も近い共通祖先からの正確な分岐時期を知らなくても、2つの種がどれだけ近縁であるかが判定される。^[2]共通の祖先以来、ある系統で別の系統と比較してより多くの変化が生じた場合、アウトグループの種は、より速く進化する系統の種と、より遅く進化する系統の種とよりも大きく異なる。これは、定義上、より速く進化する系統は、より遅く進化する系統よりも、共通祖先以来、より多くの差異を蓄積しているためである。この方法は、平均データ（つまり、分子のグループ）または個々の分子に適用できる。個々の分子では、異なる系統間で変化率が異なっていても、ほぼ一定の変化率の証拠を示す可能性がある。相対速度テストは、特定の分子と特定の種のセットに対する分子時計の直接的な内部テストであり、分子時計を想定する必要がない (そして想定すべきではない) ことを示しています。分子時計は、データ自体から直接評価できます。このロジックは、距離測定を定義できるあらゆる種類のデータ (たとえば、形態学的特徴など) にも適用できることに注意してください。

この方法が最初に使用されたのは、特定の分子について、異なる系統で分子変化の速度が異なるという証拠があるかどうかを評価するためでした。速度が大幅に異なるという証拠がなければ、これは分子時計の直接的な証拠となり、相対的な分岐点に基づいて系統樹を構築できるようになります (系統樹の分岐点の絶対的な日付については、最もよく証明された化石証拠によるさらなる較正が必要になります)。サリッチとウィルソンは、この方法を使用して、ヒト ( Homo sapiens ) とチンパンジー ( Pan troglodytes ) の系統の両方で、共通の祖先以来ほぼ同じ量の変化がアルブミンに発生したことを示しました。これは、ヒトとチンパンジーのアルブミンはどちらも、たとえばサルのアルブミンとは等しく異なることを示すことによって行われました。彼らは、他の霊長類種でも同じパターン (つまり、外群比較から等距離) を発見し、これにより霊長類の相対的な系統樹(進化的分岐順序の仮説) を作成できるようになりました。十分に証明された化石証拠（例えば、KT境界以前には現代的特徴を持つ霊長類は存在しない）と較正すると、彼らは人間とチンパンジーの分岐がわずか500万年前に起こったと主張するに至った（これは古生物学者が以前に想定していたよりもはるかに新しい時期である）。^[3]

相対速度検定の他の 2 つの重要な用途は、世代時間と代謝プロセスが突然変異率に影響するかどうか、また影響する場合はどのように影響するかを判断することです。まずは世代時間です。Sarich と Wilson は初めて相対速度検定を使用して、霊長類内のアルブミンの系統突然変異率に世代効果の証拠がないことを実証しました。^[4]彼らは 4 種の肉食動物を外群として使用し、（世代時間がはるかに長い）人間がサンプル内の他の霊長類（たとえば、世代時間がはるかに短いアカゲザル、クモザル、およびさまざまな原猿）と比較して、分子変化が有意に少ない（または多い）わけではないことを示しました。しかし、ブタ、ウシ、ヤギ、イヌ、ウサギを外群参照として、マウスまたはラットと人間の間で 11 個の遺伝子を比較した有名な実験では、げっ歯類の方が突然変異率が速いことが示唆されました。この理論は、相対速度テスト（げっ歯類の突然変異率は人間よりもはるかに高いことを示した）によるコーディング領域と非翻訳領域のテストを通じて裏付けられ、パラログ遺伝子の比較によって裏付けられました。パラログ遺伝子は遺伝子複製によって相同であり種分化によってではないため、比較は分岐の時期とは無関係です。^[2]

このテストのもう 1 つの用途は、代謝プロセスの影響を判断することです。鳥類の分子進化速度は哺乳類などの他の動物に比べてはるかに遅いと以前は考えられていましたが、これは化石記録に頼った、鳥類間のわずかな遺伝的差異のみに基づくものでした。これは後に相対速度テストで確認されましたが、これは鳥類の代謝速度と体温が低いためだという理論でした。ミンデルの論文では、ミトコンドリア進化に基づく鳥類のテスト分類群では、これらと分子進化の間に直接的な相関関係は見られなかったが、鳥類全体としては変異率が低いと説明されています。この研究分野にはまだ多くの仮説が検証されていますが、相対速度テストは化石記録の偏りを克服するために重要であることが証明されています。^[5]

これらは相対速度検定の具体的な例ですが、系統発生の目的で種を比較するためにも使用できます。たとえば、イーストールは 4 種の真獣類哺乳類の 4 つの遺伝子におけるヌクレオチド置換率を比較したいと考えました。彼は相対速度検定を使用してこれを実行し、このデータを使用して、節約法や最大尤度法などのさまざまな方法を使用して系統発生を構築することができました。 ^[6]彼は別の実験で同じアプローチを採用し、人間と他の霊長類を比較しましたが、進化速度に有意な差は見つかりませんでした。^[7]

相対速度検定には、実験者にとって非常に貴重な多くの長所があることは、一般的に認められている。例えば、この検定では、2つの種間の分岐の日付は必要ない。^[2]また、一般化された検定は、サンプリング バイアス^{[8]と化石記録のバイアスを最小限に抑える。しかし、相対速度検定は、}分子時計の検定として使用される場合に、速度恒常性と比較して大きな違いを検出するなど、いくつかの分野で非常に不十分である。^{[9] Robinson は、この検定ではサイズが重要であると主張している。検定される配列が 1,000}ヌクレオチド未満の場合、相対速度検定では有意な変異を拾うのに問題が生じる可能性がある。これは、変異が検定の予測誤差の範囲内であり、比較するヌクレオチドが非常に少ないため、絶対的に確実な方法がないためである可能性がある。^{[8] [9]} そのため、相対速度検定はそれ自体強力であるが、通常、結論の唯一の根拠ではない。結論が正確であり、誤った結果に基づいていないことを確認するために、枝の長さや 2 クラスター テストなどの他のテストと組み合わせて使用​​される傾向があります。