分子鐘

1962年，祖卡坎德爾(Zuckerkandl)和鮑林(Pauling)在對比了來源於不同生物系統的同一血紅蛋白分子的氨基酸排列順序之後，發現其中的氨基酸隨著時間的推移而以幾乎一定的比例相互量換著，即氨基酸在單位時間以同樣的速度進行置換。後來，許多學者對若干代表性蛋白質的分析，以及近年來又通過直接對比基因的鹼基排列順序，證實了分子進化速度的恆定性大致成立，並由中立說在理論上奠定了基礎。這便是“分子鐘”名稱的由來。

分子鐘的發現邁出了分子進化學發展中最早的一步，特別是提供了在分子水平分析生物系統進化的手段，從這個意義上講具有更重大的意義。費奇(Fitch)和馬戈利來希(Margoriash)通過現存各種動植物和菌類這一廣泛範圍的生物種採集和提取來的細胞色素C的氨基酸排列順序，首次再現了這些生物所表達的進化歷程。利用這種分子對比而繪製的生物系統樹，與以往依據化石繪製的系統樹拓撲性質非常一致。沙里奇(Sarih)和威爾遜(Wilson)用分子鐘研究靈長類進化問題，得出結論，否定了拉瑪古猿是人類直接祖先，表明了人類的出現比原先人們一直相信的年代晚得多。這與古生物學的解釋大相徑庭。因此，長期以來古生物學家與分子進化學家一直爭論激烈，直到最近才終於以大致符合分子鐘研究結果的形式而告一段落。

比起依據化石的傳統方法，利用分子鐘繪製系統樹的方法有如下幾個優點：

第一，只要比較“現存”生物基因或蛋白質的氨基酸排列順序即可繪出系統樹，僅僅在確定分子鐘的走速、量度時間才需要化石資料。

第二，與收集化石相比，工作要簡單得多。特別是最近已能輕而易舉地確定基因的鹼基排列順序，這一優點就更為突出。

第三，客觀而且定量，具有再現性。

但是，另一方面，必須注意到分子進化速度的恆定性並不是在嚴密的意義上成立的，而是在觀察整個漫長的進化過程后平均得出的結論。

就一種蛋白質來講，在整個進化過程中，進化速度大體恆定；但是一旦改變了蛋白質的種類，速度就會由於作用於各種蛋白質的機能性制約，差異程度大不相同。例如，在屬於進化最快一類的纖維蛋白肽與進化非常緩慢的組蛋白之間，速度上就有兩位數的差異。

另一方面，在基因方面的置換和編碼領域發生同義密碼變化的部位(同義部位)進化速度很快，往往超過蛋白質的速度，而且與蛋白質的變化情況成為對照，不同基因之間進化速度相似。

一般情況下，蛋白質進化緩慢，因而適於研究遠緣種間的系統關係，而DNA的分子鐘速度快，適宜分析近緣種間的進化。DNA分子鐘研究速度均一，不因基因而異，所以只要知道平均值就可以適用於任何基因；另外還可以疊合由不同基因獲得的結果。因此，為了繪出正確的生物進化系統樹，還需要在大量數據的基礎上進行考察。由於種種原因，進化速度會有波動，僅由一種數據得出的結果有可能導致局部錯誤的結論。