Videnskaben har opnået enorme fremskridt og præstationer inden for genetik siden begyndelsen af ​​det 21. århundrede. Forskere har sekventeret og kortlagt hele genomer fra mere end 2800 organismer / arter inklusive mennesker, og antallet er tændt. [1]

Makroudvikling af evolutionsteori fortæller os, at mennesker såvel som andre flercellede former for liv har udviklet sig fra primitive, encellede organismer, der falder ind under prokaryotes rige eller endnu mere primitive. [2] Prokaryoter er encellede organismer, der ikke har nogen ægte kerne, da deres genom ikke er indeholdt i en membran eller adskiller sig fra resten af ​​cellen. De er de tidligste og mest primitive livsformer, der findes på jorden. [3] Er der en chance for, at denne udvikling har fundet sted fra en enkel enkeltcelle til et menneske i universets alder?

Det humane genom [4] indeholder cirka 3 milliarder kemiske nukleotidbasepar (A, C, T og G). [5] Cirka 34 millioner nukleotidbaser i det humane genom koder for produktion af proteiner, der er vitale for alle levende processer. [6] Disse 34 millioner nukleotider kaldes gener. Proteiner er lavet af aminosyrer. Hver aminosyre kodes for af et kodon, og hvert codon er sammensat af 3 nukleotider.

Du kan tænke på nukleotider som alfabeter med 4 bogstaver, og kodoner som ord på 3 bogstaver.

Sekvensen af ​​disse nukleotider inden for gener er det, der definerer karakteristika og funktioner for en levende organisme og dens natur; vil det være en bakterie, en plante, en flue, en fisk eller et menneske. Sekvensen af ​​denne kodning i humane gener såvel som andre organismer er så sofistikeret, præcis og velorganiseret, at den kan sammenlignes med rækkefølgen af ​​alfabeter i en Shakespeares digt, en roman, en afhandling, et computerprogram eller en encyklopædi med 2 millioner ord (eller 2 bind).

I henhold til makroudvikling er denne nøjagtige sekvens, kodning, blevet til ved tilfældige mutationer [7] og naturlig selektion.

Maksimale mulige mutationer i universets alder

Vi vil her prøve at finde ud af det maksimale antal mutationer, der kan forekomme i universets alder, baseret på antagelser, der favoriserer evolution.

Det maksimale antal mutationer, som et humant genom kan gennemgå i løbet af dens udvikling, fra en enkelt celle til et menneske, er 3 milliarder mutationer pr. Generation, da det er den største størrelse, som pattedyrs genom har nået. Dette er en ekstrem antagelse til fordel for evolution. I virkeligheden varierer mutationshastigheden mellem 0,003 og 350 mutationer pr. Genom pr. Generation. [8]

Den korteste generationstid rapporteret til dato er genereringen af ​​Pseudomonas natriegens, en marin bakterie med en generationstid på 9,8 minutter. [9] Ikke desto mindre, når vi igen går til det yderste til fordel for evolutionen, kan vi antage, at vi får en ny generation hvert sekund. I universets alder, [10], som er ca. 15 milliarder år, [11] er det maksimale antal generationer, der kan nås, således:

Universalder i år × Dage om året × Sekunder per dag

15 milliarder × 365 × 86400,

hvilket svarer til mindre end 1018 generationer (1 med 18 nuller efter det).

Det sidste stykke information, der er nødvendigt for at beregne det maksimale antal mulige mutationer, er populationen af ​​disse encellede organismer. Til det antager vi et meget stort antal, der ikke efterlader plads til mere; antallet af atomer i det observerbare univers, der er omkring 1082. [12]

Baseret på tidligere resultater og generøse antagelser er det maksimale antal mutationer, der kan forekomme i hele universet og i dets alder, således:

Mutationer pr. Generation × Generationer i universets alder × Befolkning

3 milliarder × 1018 × 1082

hvilket svarer til mindre end 10110 mutationer (1 med 110 nuller efter det).

Antal krævede mutationer til udvikling af et menneske

Generene i det humane genom består af cirka 34 millioner nukleotider. [13]

Det største genom i enkle encellede organismer, prokaryoter, er omkring 13 millioner nukleotider. [14]

Der er således en forskel på mindst 21 millioner nukleotider mellem prokaryote organismer og mennesker. Og for at en enkelt celle kan udvikle sig til et menneske, er den evolutionære proces nødt til at mutere - hvilket kan omfatte indsættelse - mindst 21 millioner nukleotider med den rigtige nukleotidbase og i den rigtige sekvens.

I gener kodes hver aminosyre - byggesten til proteiner, der er vitale for alle levende processer - af 3 nukleotider, der kaldes et kodon. 21 millioner nukleotider betyder 7 millioner kodoner.

Tilfældige mutationer har en af ​​tre virkninger: Neutral, skadelig (skadelig) eller gavnlig. Kun gunstige mutationer kan bidrage til den evolutionære proces.

I levende organismer er der 20 forskellige aminosyrer og en stopkode, [15], således er det samlede antal 21. [16] Enhver mutation vil føre til en af ​​disse 20 aminosyrer eller stopkoden. [17]

Derfor har hver mutation, der falder inden i gener, det kodende område i genomet, [18] en chance for ca. 1/21 for ikke at ændre aminosyren (dvs. kodende for den samme aminosyre) og således være en neutral mutation, og en chance for ca. 20/21 for at ændre aminosyren. [19] 70% af disse 20/21 mutationer er skadelige (skadelige) mutationer. [20] Ikke desto mindre antager vi af hensyn til evolutionen, at alle mutationer, der ændrer aminosyrer, er gavnlige mutationer. Hver mutation har således en chance for, at ca. 20/21 er fordelagtige. [21]

Derfor er sandsynligheden for, at 7 millioner kodoner muterer tilfældigt med gavnlige mutationer:

Mulighed for mutation for at være gavnlig for kraften i Antal kodoner

20/21 til kraften på 7 millioner,

hvilket svarer til 1 til mere end 10100.000 (1 med 100.000 nuller efter det). [22]

Kunne naturlig valg have forbedret chancerne for mutationer i vores scenarie? Aldrig, da det, der naturligt vælges naturligt, er at opretholde afstamninger med gavnlige eller neutrale mutationer og eliminere afstamninger med skadelige mutationer. Naturlig selektion forhindrer ikke, at fordelagtige mutationer bliver muteret igen. Desuden har vi i vores scenarie allerede antaget, at alle mutationer enten er neutrale eller gavnlige og har udelukket skadelige mutationer. Naturligt valg kan således ikke gøre det bedre i dette scenarie.

Konklusion

Derfor har vi brug for mere end 10100.000 (1 med 100.000 nuller efter det) tilfældige mutationer for at kunne forekomme, så en enkel, encellede organismer kan udvikle sig til et menneske, mens vi kun kan få mindre end 10110 (1 med 110 nuller efter det) mutationer i universets alder, selv når hele universet er et stadium i denne evolutionære proces.

Alle disse beregninger var baseret på humane gener - der udgør mindre end 2% af genomet - uden at tage hensyn til det uønskede område, der forbruger ca. 98% af det humane genom, hvilket viste sig ikke længere at være uønsket. ENCODE-projektkonsortiet var i stand til at tildele biokemiske funktioner til 80% af det humane genom og fandt, at cirka 20% af det regulerer generne. Resultaterne af det femårige ENCODE-projekt blev offentliggjort i 2012 i tidsskrifterne Natur, Videnskab, genombiologi og genomforskning. [23] ENCODE-konsortiets 442 forskere beliggende i 32 institutter over hele verden brugte 300 års computertid og fem år i laboratoriet for at få deres resultater.

At håbe, at denne undersøgelse var gavnlig ved at kaste lys over dette afgørende emne.