Nauka je postigla ogroman napredak i dostignuća u genetici od početka 21. veka. Naučnici su sekvencionirali i preslikali čitave genome više od 2800 organizama / vrsta, uključujući čovjeka, i broj je izvršen. [1]
Makroevolucija teorije evolucije govori nam da su se ljudi, kao i drugi višećelijski oblici života, razvili iz primitivnih jednoćelijskih organizama koji spadaju u kraljevstvo prokariota ili još primitivnije. [2] Prokarioti su jednoćelijski organizmi koji nemaju istinsko jezgro, jer njihov genom nije sadržan u membrani niti je različit od ostatka ćelije. Oni su najraniji i najprimitivniji oblici života koji se nalaze na zemlji. [3] Da li postoji mogućnost da se ta evolucija dogodila od jednostavne, jednostruke ćelije do ljudskog bića tokom doba svemira?
Ljudski genom [4] sadrži približno 3 milijarde parova baza hemijskih nukleotida (A, C, T i G). [5] Otprilike 34 miliona nukleotidnih baza ljudskog genoma kodiraju proizvodnju proteina koji su vitalni za sve žive procese. [6] Ova 34 miliona nukleotida nazivaju se genima. Proteini su napravljeni od aminokiselina. Svaka aminokiselina je kodirana kodonom, a svaki kodon sastoji se od 3 nukleotida.
Nukleotide možete misliti kao abecede od 4 slova, a kodone kao riječi dužine 3 slova.
Slijed ovih nukleotida unutar gena je onaj koji definira karakteristike i funkcije živog organizma i njegovu prirodu; da li će to biti bakterija, biljka, muva, riba ili čovjek. Slijed ovog kodiranja u ljudskim genima, kao i u ostalim organizmima, toliko je sofisticiran, precizan i dobro organiziran da je uporediv sa redoslijedom abeceda u Shakespeareovoj pjesmi, romanu, tezi, računarskom programu ili enciklopedija od 2 miliona riječi (ili 2 sveska).
Prema makroevoluciji, ta precizna sekvencija, kodiranje, nastala je slučajnim mutacijama [7] i prirodnom selekcijom.
Maksimalne moguće mutacije za vrijeme svemira
Ovdje ćemo pokušati pronaći maksimalan broj mutacija koje se mogu dogoditi u doba svemira na temelju pretpostavki koje favoriziraju evoluciju.
Maksimalan broj mutacija koje ljudski genom može proći tokom evolucije iz jedne stanice u čovjeka je 3 milijarde mutacija po generaciji, jer je to najveća veličina koju je genom sisavaca postigao. Ovo je ekstremna pretpostavka u korist evolucije. U stvarnosti, stopa mutacije kreće se oko 0,003 do 350 mutacija po genomu po generaciji. [8]
Najkraće generirano vrijeme prijavljeno do danas je generacija Pseudomonas natriegens, morske bakterije sa generacijskim vremenom od 9,8 minuta. [9] Ipak, idejući još jednom u prilog evoluciji, možemo pretpostaviti da svake sekunde dobivamo novu generaciju. Dakle, u doba svemira, [10] što iznosi oko 15 milijardi godina, [11] najveći broj generacija do kojih se može doći je:
Univerzalna dob u godinama × Dani u godini × Sekundi dnevno
15 milijardi × 365 × 86400
što je manje od 1018 generacija (1 sa 18 nula nakon toga).
Posljednji podatak potreban za izračunavanje maksimalnog broja mogućih mutacija je populacija ovih jednoćelijskih organizama. Za to ćemo pretpostaviti vrlo veliki broj koji ne ostavlja mjesta više; broj atoma u posmatranom svemiru je oko 1082. [12]
Dakle, na osnovu prethodnih rezultata i velikodušnih pretpostavki, maksimalni broj mutacija koje se mogu pojaviti u cijelom svemiru i za vrijeme njegove dobi je:
Mutacije po generaciji × Generacije za vrijeme svemira × Populacija
3 milijarde × 1018 × 1082
što je manje od 10110 mutacija (1 sa 110 nula nakon toga).
Broj slučajnih mutacija potrebnih za evoluciju u čovjeka
Geni ljudskog genoma sastoje se od otprilike 34 milijuna nukleotida. [13]
Najveći genom u jednostavnim jednoćelijskim organizmima, prokariotima, je oko 13 miliona nukleotida. [14]
Dakle, postoji razlika od najmanje 21 milion nukleotida između organizama prokariota i čovjeka. A da bi jedna ćelija evoluirala u čoveka, evolutivni proces mora mutirati - što može uključivati umetanje - najmanje 21 milion nukleotida sa ispravnom bazom nukleotida i pravilnim redosledom.
U genima se svaka aminokiselina - građevni blok proteina koji su vitalni za sve žive procese - kodira sa 3 nukleotida, što se naziva kodon. 21 milion nukleotida znači 7 miliona kodona.
Nasumične mutacije imaju jedan od tri učinka: Neutralni, Štetni (štetni) ili korisni. Samo korisne mutacije mogu doprinijeti evolucijskom procesu.
U živim organizmima ima 20 različitih aminokiselina i zaustavni kod, [15] tako da ih je ukupno 21. [16] Svaka mutacija će dovesti do jedne od tih 20 aminokiselina ili stop koda. [17]
Stoga svaka mutacija koja pada unutar gena, kodirajućeg područja genoma, [18] ima šansu otprilike 1/21 da ne promijeni aminokiselinu (tj. Kodira za istu aminokiselinu) i tako bude neutralna mutacija, a mogućnost oko 20/21 da promijeni aminokiselinu. [19] 70% ovih 20/21 mutacija su štetne (štetne) mutacije. [20] Ipak, radi evolucije pretpostavit ćemo da su sve mutacije koje mijenjaju aminokiseline korisne mutacije. Dakle, svaka mutacija ima priliku otprilike 20/21 da bude korisna. [21]
Stoga vjerojatnost da 7 milijuna kodona nasumično mutira s korisnim mutacijama je:
Mogućnost mutacije ako bude korisna za moć Broja kodona
20/21 do snage 7 miliona
što je jednako 1 do više od 10100.000 (1 sa 100.000 nula nakon toga). [22]
Mogu li prirodne selekcije povećati šanse za mutacije u našem scenariju? Nikada, jer ono što u osnovi čini prirodna selekcija je održavanje vrsta s korisnim ili neutralnim mutacijama i uklanjanje loza sa štetnim mutacijama. Prirodni odabir ne sprječava da se korisne mutacije ponovo mutiraju. Štaviše, u našem scenariju već smo pretpostavili da su sve mutacije ili neutralne ili korisne i isključili smo štetne mutacije. Stoga, prirodna selekcija u ovom scenariju ne može biti bolja.
Zaključak
Stoga nam je potrebno više od 10100 000 (1 sa 100 000 nula nakon njega) nasumičnih mutacija da bismo se dogodili da jednostavni jednostanični organizmi evoluiraju u čovjeka, dok mi možemo dobiti samo manje od 10110 (1 sa 110 nula nakon nje) mutacije u doba svemira, čak i kad je čitav univerzum faza ovog evolucijskog procesa.
Sva ta izračunavanja bila su bazirana na ljudskim genima - koji čine manje od 2% genoma - ne uzimajući u obzir smeće koje konzumira oko 98% ljudskog genoma, za koje se ispostavilo da više nije smeće. Projektni konzorcij ENCODE bio je u mogućnosti dodijeliti biohemijske funkcije za 80% ljudskog genoma i ustanovio je da oko 20% njega regulira gene. Rezultati petogodišnjeg projekta ENCODE objavljeni su 2012. u časopisima Nature, Science, Biology and Genome Research. [23] 442 istraživača konzorcijuma ENCODE, smješten u 32 instituta širom svijeta, koristili su 300 godina računarskog vremena i pet godina u laboratoriji da bi dobili svoje rezultate.
Nadajući se da je ova studija korisna za osvjetljavanje ove ključne teme.
