1967ねん、アメリカの ふたりの けんきゅうしゃが、ちの なかの たんぱくしつを くらべました。そして、ヒトと アフリカの サルの なかまが わかれたのは、やく500万ねんまえだと けいさんしました［2］。

この けいさんは、「ヒトと オナガザルの なかまが 3000万ねんまえに わかれた」と かりに きめた ときの ものです［2］。

そのころ、かせきを しらべる 人の おおくは、1500万ねんより まえだと かんがえて いました［3］。ふたりの こたえは、あまり よろこばれなかったと つたえられて います。

たんぱくしつを くらべるだけで、どうして ねんだいが いえるのでしょう。

1967年、アメリカの研究者サーリッチとウィルソンは、血清アルブミンというたんぱく質で、免疫反応の強さの違いを比べました。そして「ヒトとオナガザルの仲間が3000万年前に分かれたとするなら、ヒトとアフリカの類人猿が分かれたのは約500万年前になる」と計算しました［2］。500万年前という数字は、仮定をおいたうえでの計算です。

当時の古生物学者の多くは、ヒトの系統がアフリカの類人猿と分かれたのは1500万年以上前と考えていたそうです［3］。化石の専門家から見れば、500万年前は近すぎる。二人の結論は古生物学者にあまり歓迎されなかったと、カリフォルニア大学の追悼文は伝えています［3］。

骨の化石を並べる人たちと、たんぱく質の違いの数を数える人たちで、答えが3倍ほどずれました。では、違いの数がなぜ年代の手がかりになるのでしょうか。

サーリッチとウィルソンは1967年12月の『サイエンス』誌の論文で、血清アルブミンの免疫反応の強さの違いを距離の目安に使った。ヒトとオナガザル類の分岐を3000万年前と置けば、ヒトとアフリカの類人猿の分岐は約500万年前になる、という比例計算である［2］。つまり500万年前は単独の測定値ではなく、3000万年前という基準を置いたときに導かれる値だ。

この結論は、当時の古生物学者には不人気だった。カリフォルニア大学の追悼文によれば、多くの古生物学者は1500万年以上前と考えていた。二人は、アルブミンとトランスフェリンの違いのパターンが、一定の進化速度を前提にしないと説明しにくいことも示したとされる［3］。

基準の3000万年前が正しければ500万年前、1500万年以上なら比例して別の値になる。化石の専門家とたんぱく質の計算が食いちがった背景には、この「基準をどこに置くか」の問題が見える。そもそも、分子の違いが時間に比例するという発想は、どこから来たのか。

1965ねん、ズッカーカンドルと ポーリングと いう 2人が、「ぶんしの しんかの とけいが あるかも しれない」と かきました［1］。

ヒトも サルも、むかしは ひとつの なかまでした。わかれてからは、それぞれ べつべつに、たんぱくしつや DNAの ならびが すこしずつ かわります。ちがいが おおければ、わかれてから ながい じかんが たって いると かんがえます［4］。

おなじ ほんを、べつべつの へやで うつしつづける ところを おもいうかべて ください。うつしまちがいが、すこしずつ たまります。ただし ほんとうは、うつしまちがいが ふえる はやさは、いつも おなじとは かぎりません。

1965年、ズッカーカンドルとポーリングは、グロビンというたんぱく質の鎖どうしの違いの数を、生きものの進化の関係を調べる手がかりにできると論文に書きました。そして「分子の進化の時計があるかもしれない」と述べました［1］。

考え方はこうです。ひとつの祖先から2つの種が分かれると、それぞれが別々に変わっていきます。たんぱく質のアミノ酸の並びやDNAの塩基の並びの違いが多ければ、分かれてからの時間が長いと読めます［4］。背景には、分子の変化が進化のなかで比較的一定の速さで積み重なって見えるという観察と、それを説明する中立説の考え方があります［4］。

同じ本を別々の部屋で書き写し続けると、写し間違いが少しずつたまっていきます。分子時計も、この「たまった違い」を数えるイメージです。ただし、「一定」は、機能に大きく関わらない部分でほぼ一定に見えるという観察で、どこでも例外なく成り立つ決まりではありません。

違いの数が分かれば、年代も分かるのでしょうか。ここには、もうひとつ足りないものがあります。

ズッカーカンドルとポーリングは1965年の論文で、グロビンの鎖どうしの違いの数が進化の関係の指標になるとし、「分子進化の時計があるかもしれない」と記した［1］。着想自体は、同じ時期の別の論文にも見られる。

辞典の説明では、分子時計はDNAの塩基配列やたんぱく質のアミノ酸配列が進化に伴って変異する点に着目し、共通の祖先をもつ生物が分岐した年代を推定する考え方だ。背景には、分子の変化が比較的一定の速さで積み重なって見えるという観察と、それを説明する中立説（木村資生が1968年に提唱）がある［4］。生存に有利でも不利でもない変異は、自然選択を受けずにたまっていく。そのたまり方が時間に比例するなら、違いの数が時間の物差しになる、という理屈だ。

ここで注意が要る。「速度が一定」は、機能にあまり関わらない部分でほぼ一定に見える、という観察だ。すべての分子、すべての系統で成り立つ法則とは限らない。しかも、物差しの目盛りが年や月でなければ、違いの数が分かっても、何年前かは言えない。

めもりの ない ものさしでは、どちらが ながいかは わかります。でも、なんセンチかは わかりません。

ぶんしの ちがいも おなじです。わかるのは、「こちらの ほうが さきに わかれた」と いう、くらべた ときの はなしだけです［5］。

「なんねんまえか」を いうには、かせきの ねんだいを つかって、めもりを あわせます［5］。かせきは、のこって いる ものが すくなくて、ねんだいの みつもりにも かぎりが あります［6］。めもりに つかう かせき しだいで、こたえが かわって きます。

目盛りのない定規では、どちらが長いかは分かっても、何センチかは言えません。分子の違いも同じで、教えてくれるのは「どちらが先に分かれたか」という相対的な時間の情報だけです［5］。

年に直すには、系統樹のどこかの枝分かれに、化石から分かる年代の制約をあてはめます。これが較正（目盛り合わせ）です［5］。化石は貴重な手がかりですが、記録はまばらで、化石から見積もる年代にも信頼性の限界があると、古代ミトコンドリアゲノムの研究は述べています［6］。

つまり、年代の答えは「分子の違いの数」と「化石の目盛り」の両方に支えられています。目盛りの置き方が変われば、答えも動きます。では、目盛りが決まったあと、針はずっと同じ速さで進んでくれるのでしょうか。

分子の違いだけでは、分岐のあいだにどれだけ時間が流れたかという相対的な情報しか得られない。絶対的な年代に直すには、系統樹の節点に化石による年代の制約を当て、時計を較正する必要がある［5］。

ここで問題になるのが化石の記録の不完全さだ。古代ミトコンドリアゲノムを使ってヒトの進化の年代を見直した研究は、化石記録がまばらなため、化石による年代の見積もりの信頼性に限界があると述べている［6］。基準にした化石の年代が動けば、そこから計算した他の分岐の年代も連動して動く。

分子時計の結果は、したがって分子と化石を組み合わせた推定であり、分子だけで決まるものではない。さらに、較正のあとに待っているのは、針の進む速さが系統ごとに同じかという問いだ。

どうぶつの なかまごとに、はりの はやさは ちょっと ずつ ちがう ことが わかって きました。

サルの なかまを くらべた けんきゅうでは、ヒトと るいじんえんの そせんから、あたらしい せかいの サルに つながる みちは、るいじんえんに つながる みちより、いちばん おおきい ところで 64%も はやく ちがいが ふえて いました［7］。

るいじんえんの なかまの なかでも、チンパンジーは ヒトより 2%、ゴリラは 7%ほど はやい、という ほうこくも あります［7］。

そこで、えだごとに はやさを かえても よい「ゆるい とけい」を つかう けんきゅうも あります。むかしの いきものの ミトコンドリアの データでは、はやさが いつも おなじ とけいより、よく あいました［6］。

霊長類のゲノムを比べた研究では、塩基の置き換わる速さは系統ごとに違っていました。ヒトと類人猿の祖先から新世界ザルにつながる系統は、類人猿につながる系統より、置換の速さが最大で64%高かったと報告されています［7］。

類人猿の中でも、チンパンジーは約2%、ゴリラは約7%、ヒトより速いという数字も出されています［7］。わずかな差に見えますが、数百万年の積み重ねでは年代に響きます。

そこで、枝ごとに速さが変わってよい「緩い時計」を使う方法があります。古代のミトコンドリアゲノムを使った研究では、緩い時計のほうが、速さ一定の時計よりデータによく合いました［6］。これはこのデータでの結果で、緩い時計がいつでも正しいという意味ではありません。

針の速さが系統ごとに違うなら、「ヒトの針」の速さそのものも、慎重に決める必要があります。そして、その決め方で結果は大きく動きます。

霊長類ゲノムの比較では、置換速度が系統ごとに異なることが示された。ヒト・類人猿の祖先から新世界ザルに至る系統は、類人猿に至る系統よりも置換速度が最大64%高い。類人猿の内部でも、チンパンジーは約2%、ゴリラは約7%、ヒトより速いと報告されている［7］。64%は最大値であり、すべての系統間の差ではない。

速度が一定でないなら、一定の時計を前提にした計算は偏る。そこで、枝ごとに速度が変わることを許す「緩い時計」のモデルが使われる。古代ミトコンドリアゲノムのデータでは、緩い時計のほうが、速度一定の時計よりデータによく適合した［6］。ただし、これは当該データでの比較結果であり、緩い時計が常に優れるとは言えない。

ここまでで、時計の2つの弱点が見えた。目盛りになる化石の年代の不確かさと、針の速度の変動だ。では、ヒトの変異の速度そのものは、どれくらいの精度で分かっているのか。

ヒトの へんいの はやさは、きめかたに よって、やく 2ばい ちがう ことが ありました［8］。

はやい ほうを つかうと、ヒトと チンパンジーの あつまりが わかれたのは やく380万ねんまえに なります。でも、これは かせきに くらべると あたらしすぎます。まんなかの はやさを つかうと、やく680万ねんまえです［8］。

べつの けんきゅうでは、はりの よく うごく ぶぶんだけを えらんで、やく1210万ねんまえと いう みつもりも でました［7］。

とけいが こわれて いるのでは ありません。はりの はやさを どう きめるかを、けんきゅうしゃが いまも しらべて いる ところです。

ヒトの変異の速さは、親子の家系から求める値と、遠い昔の分岐から逆算する値で、約2倍違います。親と子の家系を調べると、1世代・1塩基あたり約1億分の1〜1.2（1〜1.2×10のマイナス8乗）。何百万年も前の分岐から逆算すると、約2〜2.5×10のマイナス8乗で、約2倍の差があります［8］。

速いほうの率（1年あたり1.0×10のマイナス9乗）を使うと、ヒトとチンパンジーの集団が分かれたのは約380万年前になり、化石に照らすと新しすぎます。中間の率（0.55×10のマイナス9乗）なら、約680万年前（前後60万年）です［8］。世代の長さは平均29年と仮定した計算です。なお、これは「集団が分かれた時期」の推定です。遺伝子ごとの分かれ目はそれより古くなりうるので、次の研究の約1210万年前と同じ物差しで並べてよいとは限りません。

ここで検算してみます。1.0÷0.55は約1.8倍、680÷380も約1.8倍。針の速さが約1.8倍ちがうと、年代はほぼ逆に約1.8倍ちがう計算で、「速さ×年代」はおよそ同じ値になります。つまり、この計算では、ほかの条件をそろえると、年代は針の速さの置き方で変わります。

別の研究は、時計らしく振る舞う種類の置き換わり（CpG部位の転位）に着目して、ヒトとチンパンジーの分岐を約1210万年前、ヒトとゴリラを約1510万年前と推定しました［7］。こうして、研究ごとに約380万年前から約1210万年前まで幅が生まれています。どれが正解かは、いまも研究が続いています。

ヒトの変異率は、親子の家系から求める値と、遠い昔の分岐から逆算する値で食いちがう。家系の解析では1世代・1塩基あたり約1〜1.2×10のマイナス8乗とされる。一方、長期の分岐から求めた値は2〜2.5×10のマイナス8乗で、約2倍の差がある［8］。世代間隔は平均29年と仮定されている。10のマイナス8乗は1億分の1にあたる。1年あたり（10のマイナス9乗）と1世代あたり（10のマイナス8乗）を混ぜないよう注意が要る。

この差が年代を動かす。速い率（1年あたり1.0×10のマイナス9乗）を使うと、ヒトとチンパンジーの集団分岐は約380万年前になるが、化石に照らすと新しすぎる。中間の率（0.55×10のマイナス9乗）では約680万年前（±60万年）になる［8］。ただしこれは集団分岐の時期であり、遺伝的な分岐はそれより古くなりうる。後の約1210万年前の推定と同列に並べるときは、この推定対象の違いにも注意が要る。検算すると、1.0÷0.55≒1.8、680÷380≒1.8で、針の速さと年代がほぼ逆比例している。速さ×年代の値は、どちらも3.7〜3.8に近い。つまり、数える「違い」の量は同じでも、1年あたりの針の進み方の置き方で、年代が約1.8倍変わる。

一方、霊長類の置換速度の変動を調べた研究は、CpG部位の転位が他の種類より時計らしく振る舞うとして、ヒトとチンパンジーの分岐を約1210万年前、ヒトとゴリラを約1510万年前と推定した［7］。この値は一つの研究の推定にすぎない。

見積もりの幅は、約380万〜1210万年前と3倍あまりにわたる。ただし、これは1つの方法の精度が悪いという意味ではない。使う速度の種類（1年あたり／1世代あたり）、世代間隔の仮定、較正に使う化石、系統ごとの速度変動の扱いが、研究ごとに違うためだ。分子時計は、答えが一つに決まる時計ではなく、何を仮定したかを一緒に読む時計である。

きょう できること

かみと えんぴつを よういして、みじかい ぶんを 1つ かきます。それを ほんにんが、ゆっくり ていねいに、かみに うつします。つぎに、その かみだけを みて、また うつします。これを 5かい つづけます。

べつの ひに、おなじ ぶんを、こんどは いそいで 5かい うつします。どちらも さいしょの ぶんと ちがう もじが なんこ あるか かぞえて、くらべましょう。かずが すくなくても、ゼロでも かまいません。はやさを きそう ものでは ありません。

こうしきの じょうほう

コトバンクの「ぶんしどけい」の ところで、よみやすい せつめいが よめます。

今日できること

鉛筆と紙で、短い文を1つ書きます。ゆっくり丁寧に、その紙だけを見ながら写す。できた紙だけを見て、また写す。これを5回くり返します。

別の日に、同じ文を今度は急いで5回写します。ゆっくり写したときと急いだときで、最初の文と違う文字がいくつあるかを数え、写すたびに違いがどう増えるかを書きとめます。ゼロでも構いません。速さを競うものではなく、同じ人が同じ文を写しても、速さで違いのたまり方が変わるかを見る遊びです。写し間違いは、変異の例えです。

公式情報

コトバンクの「分子時計」の項目で、日本語の解説が読めます。

自分で確かめるなら

短い文を、ゆっくり丁寧に、5回写し続けてみる。前の紙だけを見て写す。別の日に同じ文を急いで5回写し、最初の文との違いの数を、ゆっくり写した場合と回ごとに比べる。違いは0かもしれない。速さを競うのが目的ではなく、同じ人が同じ文を写しても、速さで違いのたまり方が変わるかを見るためだ。分子時計の「針の速さ」に当たるのが、この写し間違いの出やすさだと考えるとよい。ただし、実際の分子の変異は写し間違いだけでは説明できない。

公式情報

日本語では、コトバンクの「分子時計」で、辞典の定義が読める［4］。

資料を読むなら（英語・任意）

さらに詳しく知りたい人向けの補足として、1967年のサーリッチとウィルソンの論文は PubMed Central で公開されている［2］。ヒトの変異率と分岐年代の関係は Lipson らの2015年の論文［8］、霊長類の置換速度の違いは Moorjani らの2016年の論文［7］が詳しい。いずれも英語で、数字や仮定の置き方まで書かれている。