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分子鐘的意思、分子鐘的詳細解釋

關鍵字:

分子鐘的解釋

一種精密計時儀器。利用分子能級躍遷吸收或發射一定頻率電磁波的特性制成。可用來校正石英鐘及作為頻率标準。

詞語分解

專業解析

分子鐘(fēn zǐ zhōng)是現代漢語中的專業術語,指利用分子能級躍遷頻率作為時間測量基準的高精度計時裝置。其核心含義包含以下三層:

一、詞典釋義

據《現代漢語詞典》釋義,分子鐘指“基于分子内部能級躍遷的穩定性,通過電磁波輻射頻率測定時間的精密儀器”。其核心特征為:

二、構詞解析

  1. 分子(fēn zǐ)

    指物質保持化學性質的最小單元,此處特指具有穩定能級結構的微觀粒子(如氨分子NH₃、氫分子H₂)。

  2. 鐘(zhōng)

    泛指計時儀器,強調其周期性運動的規律性,與“原子鐘”構成術語層級關系。

三、科學原理補充

分子鐘通過激光或微波激發分子能級躍遷(如氨分子的反轉躍遷),利用公式:

$$ Delta E = h u $$

($Delta E$為能級差,$h$為普朗克常數,$ u$為輻射頻率)

将頻率$ u$轉化為時間标準,實現$10^{-15}$量級的計時精度(相當于3000萬年誤差1秒)。

權威參考:

網絡擴展解釋

分子鐘(Molecular Clock)是生物學中用于估算物種進化時間的一種理論模型。其核心假設是:DNA、蛋白質等生物大分子的突變速率在進化過程中相對恒定,因此可以通過分子差異量推算物種分化的時間。

基本原理

  1. 分子演化速率
    分子鐘認為,基因或蛋白質序列的突變積累速率近似恒定。例如,若某基因平均每百萬年發生1%的差異,兩個物種若存在5%的差異,則可能分化于約500萬年前。

  2. 中性理論支持
    該理論基于“中性演化假說”,即大部分分子變異是中性突變(不影響生存)的隨機固定,因此突變速率受時間主導,而非自然選擇。

  3. 校準與化石結合
    分子鐘需通過化石記錄或其他已知分化事件校準。例如,若化石顯示某類群在1億年前分化,其基因差異量可作為基準速率。

應用領域

局限性

示例公式

若突變速率為每年每堿基位點( lambda ),分化時間( t )可通過差異比例( d )計算:
$$ t = frac{d}{2lambda} $$
(公式假設差異在兩條進化路徑中累積,故除以2)

分子鐘為理解生物進化提供了時間維度,但需結合多學科證據綜合驗證。

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