홍라이프 계산기분자시계 분기 시간 계산 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
분자시계란 DNA나 단백질 서열이 거의 일정한 속도로 변화를 쌓는다는 생각입니다. 그렇다면 두 종 사이의 차이 수를 공통 조상에서 갈라진 뒤 흐른 시간으로 읽을 수 있습니다. 이 계산기는 유전적 거리와 치환율로 분기 시간을 백만 년(Myr) 단위로 구합니다. 진화생물학 수업, 계통지리학, 발표된 연대 결과를 빠르게 검산할 때 쓰입니다.
계산 방법
T = d / (2r)
- d = 두 서열 사이 유전적 거리(자리당 치환 수)
- r = 한 계통에서 자리당 백만 년당 치환율
- T = 분기 시간(Myr)
d는 두 가지 모두에서 일어난 변화를 세므로 2를 곱합니다.
원리
두 계통이 갈라진 뒤에는 각자 독립적으로 치환을 쌓습니다. 각 계통이 백만 년마다 자리당 r개씩 쌓으면 T 뒤 두 서열의 차이는 r·T + r·T = 2rT가 됩니다. d = 2rT를 T에 대해 풀면 공식이 나옵니다. 이 생각은 1960년대 주커칸들과 폴링에서 시작되었고, 기무라의 중립설이 그 이유를 설명했습니다. 중립 돌연변이는 집단 크기와 무관하게 돌연변이율과 같은 속도로 고정되기 때문입니다. r은 보통 화석이나 섬 형성처럼 연대가 알려진 사건으로 보정합니다.
예제 풀이
- 입력: d = 0.02 치환/자리, r = 0.001 /자리/Myr
- 두 계통을 합친 속도: 2 × 0.001 = 0.002 /Myr
- T = 0.02 ÷ 0.002 = 10 Myr(1,000만 년)
| 치환 속도 (자리당, 백만 년당) | 분기 시간 (백만 년) |
|---|---|
| 0.00025 | 40 |
| 0.0005 | 20 |
| 0.00075 | 13.33333333 |
| 0.001 | 10 |
| 0.00125 | 8 |
| 0.0015 | 6.666666667 |
| 0.002 | 5 |
결과 해석
결과는 d에 비례하고 r에 반비례하므로 치환율이 가장 큰 오차 원인입니다. 치환율이 50% 높게 잡히면 연대는 3분의 1만큼 젊게 나옵니다. 발표된 값이 계통당인지 쌍 기준인지 꼭 확인하셔야 합니다. 포유류 미토콘드리아 DNA에서 흔히 쓰는 백만 년당 약 2% 분기라는 경험값은 쌍 기준이며, 계통당 r ≈ 0.01에 해당합니다.
흔한 실수
- 쌍 기준 속도를 r에 넣어 연대를 절반으로 계산하는 경우
- 많이 갈라진 서열에 보정 없는 p-거리를 쓰는 경우(같은 자리의 중복 치환이 가려지므로 Jukes-Cantor 같은 보정이 필요합니다)
- 세대 시간이나 대사 속도가 다른 계통에도 같은 치환율을 그대로 적용하는 경우
자주 묻는 질문
자리당 치환 수란 무엇인가요?
정렬된 위치 하나당 평균 변화 수입니다. d = 0.02는 보정 후 100자리당 약 2개 차이를 뜻합니다.
유전자마다 연대가 다르게 나오는 이유는 무엇인가요?
유전자마다 진화 속도와 보정이 다르고, 조상 다형성 때문에 유전자 분기가 종 분기보다 오래될 수 있습니다.
단백질 거리로도 계산할 수 있나요?
네. 같은 단백질과 같은 거리 척도로 정한 치환율을 쓰면 됩니다.
출처: E. Zuckerkandl, L. Pauling, Evolving Genes and Proteins, 1965 · M. Kimura, The Neutral Theory of Molecular Evolution, Cambridge University Press, 1983