Die Wissenschaft hat seit der Wende zum 21. Jahrhundert enorme Fortschritte und Erfolge in der Genetik erzielt. Wissenschaftler haben das gesamte Genom von mehr als 2800 Organismen / Arten einschließlich des Menschen sequenziert und kartiert, und die Zählung läuft. [1]
Die Makroevolution der Evolutionstheorie sagt uns, dass sich der Mensch sowie andere vielzellige Lebensformen aus primitiven einzelligen Organismen entwickelt haben, die unter das Königreich der Prokaryoten oder noch primitiver fallen. [2] Prokaryoten sind einzellige Organismen, die keinen echten Kern haben, da ihr Genom weder in einer Membran enthalten ist noch sich vom Rest der Zelle unterscheidet. Sie sind die frühesten und primitivsten Lebensformen auf der Erde. [3] Gibt es eine Chance, dass diese Entwicklung im Zeitalter des Universums von einer einfachen Einzelzelle zu einem Menschen stattgefunden hat?
Das menschliche Genom [4] enthält ungefähr 3 Milliarden chemische Nukleotidbasenpaare (A, C, T und G). [5] Ungefähr 34 Millionen Nukleotidbasen des menschlichen Genoms kodieren für die Produktion von Proteinen, die für alle lebenden Prozesse lebenswichtig sind. [6] Diese 34 Millionen Nukleotide werden Gene genannt. Proteine bestehen aus Aminosäuren. Jede Aminosäure wird von einem Codon codiert, und jedes Codon besteht aus 3 Nukleotiden.
Sie können sich Nukleotide als Alphabete mit 4 Buchstaben und Codons als Wörter mit 3 Buchstaben vorstellen.
Die Sequenz dieser Nukleotide innerhalb von Genen definiert die Eigenschaften und Funktionen eines lebenden Organismus und seine Natur; Wird es ein Bakterium, eine Pflanze, eine Fliege, ein Fisch oder ein Mensch sein? Die Abfolge dieser Kodierung in menschlichen Genen sowie in anderen Organismen ist so ausgefeilt, präzise und gut organisiert, dass sie mit der Abfolge von Alphabeten in einem Shakespeare-Gedicht, einem Roman, einer These, einem Computerprogramm oder einem vergleichbar ist Enzyklopädie von 2 Millionen Wörtern (oder 2 Bänden).
Laut Makroevolution ist diese genaue Sequenz, die Kodierung, durch zufällige Mutationen [7] und natürliche Selektion entstanden.
Maximal mögliche Mutationen während des Zeitalters des Universums
Wir werden hier versuchen, die maximale Anzahl von Mutationen herauszufinden, die während des Zeitalters des Universums auftreten können, basierend auf Annahmen, die die Evolution begünstigen.
Die maximale Anzahl von Mutationen, die ein menschliches Genom im Verlauf seiner Evolution von einer einzelnen Zelle zu einem Menschen durchlaufen kann, beträgt 3 Milliarden Mutationen pro Generation, da dies die größte Größe ist, die das Genom von Säugetieren erreicht hat. Dies ist eine extreme Annahme zugunsten der Evolution. In Wirklichkeit liegt die Mutationsrate ungefähr zwischen 0,003 und 350 Mutationen pro Genom und Generation. [8]
Die kürzeste bisher gemeldete Generationszeit ist die Erzeugung von Pseudomonas natriegens, einem Meeresbakterium mit einer Generationszeit von 9,8 Minuten. [9] Trotzdem können wir davon ausgehen, dass wir jede Sekunde eine neue Generation bekommen, wenn wir noch einmal das Äußerste zugunsten der Evolution tun. Während des Zeitalters des Universums [10], das ungefähr 15 Milliarden Jahre beträgt [11], ist die maximale Anzahl von Generationen, die erreicht werden können:
Universum Alter in Jahren × Tage pro Jahr × Sekunden pro Tag
15 Milliarden × 365 × 86400
, was weniger als 1018 Generationen entspricht (1 mit 18 Nullen danach).
Die letzte Information, die zur Berechnung der maximalen Anzahl möglicher Mutationen benötigt wird, ist die Population dieser einzelligen Organismen. Dafür nehmen wir eine sehr große Zahl an, die keinen Platz mehr für mehr lässt; die Anzahl der Atome im beobachtbaren Universum beträgt ungefähr 1082. [12]
Basierend auf früheren Ergebnissen und großzügigen Annahmen beträgt die maximale Anzahl von Mutationen, die im gesamten Universum und während seines Alters auftreten können:
Mutationen pro Generation × Generationen während des Universumsalters × Bevölkerung
3 Milliarden × 1018 × 1082
, was weniger als 10110 Mutationen entspricht (1 mit 110 Nullen danach).
Anzahl der zufälligen Mutationen, die für die Evolution zum Menschen erforderlich sind
Die Gene des menschlichen Genoms bestehen aus ungefähr 34 Millionen Nukleotiden. [13]
Das größte Genom in einfachen einzelligen Organismen, Prokaryoten, sind etwa 13 Millionen Nukleotide. [14]
Somit gibt es einen Unterschied von mindestens 21 Millionen Nukleotiden zwischen Prokaryotenorganismen und Menschen. Und damit sich eine einzelne Zelle zu einem Menschen entwickelt, muss der Evolutionsprozess mindestens 21 Millionen Nukleotide mit der richtigen Nukleotidbase und in der richtigen Reihenfolge mutieren - was auch die Insertion umfassen kann.
In Genen wird jede Aminosäure - der Baustein von Proteinen, die für alle lebenden Prozesse lebenswichtig sind - von 3 Nukleotiden codiert, die als Codon bezeichnet werden. 21 Millionen Nukleotide bedeuten 7 Millionen Codons.
Zufällige Mutationen haben einen von drei Effekten: Neutral, Schädlich (schädlich) oder nützlich. Nur vorteilhafte Mutationen können zum Evolutionsprozess beitragen.
In lebenden Organismen gibt es 20 verschiedene Aminosäuren und einen Stoppcode, [15] also insgesamt 21. [16] Jede Mutation führt zu einer dieser 20 Aminosäuren oder dem Stoppcode. [17]
Daher hat jede Mutation, die in Gene, die kodierende Region des Genoms, fällt [18], eine Chance von ungefähr 1/21, die Aminosäure nicht zu verändern (dh für dieselbe Aminosäure zu kodieren) und somit eine neutrale Mutation zu sein, und a Chance von ungefähr 20/21, die Aminosäure zu verändern. [19] 70% dieser 20/21 Mutationen sind schädliche (schädliche) Mutationen. [20] Aus Gründen der Evolution nehmen wir jedoch an, dass alle Mutationen, die Aminosäuren verändern, vorteilhafte Mutationen sind. Somit hat jede Mutation eine Chance von ungefähr 20/21, vorteilhaft zu sein. [21]
Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass 7 Millionen Codons zufällig mit vorteilhaften Mutationen mutieren, wie folgt:
Wahrscheinlichkeit einer Mutation, die sich positiv auf die Potenz der Anzahl der Codons
20/21 auf die Potenz von 7 Millionen
auswirkt, was 1 bis mehr als 10100.000 entspricht (1 mit 100.000 Nullen danach). [22]
Könnte natürliche Selektion die Wahrscheinlichkeit von Mutationen in unserem Szenario erhöht haben? Niemals, denn natürliche Selektion besteht im Wesentlichen darin, Linien mit vorteilhaften oder neutralen Mutationen aufrechtzuerhalten und Linien mit schädlichen Mutationen zu eliminieren. Die natürliche Selektion verhindert nicht, dass vorteilhafte Mutationen erneut mutiert werden. Darüber hinaus haben wir in unserem Szenario bereits angenommen, dass alle Mutationen entweder neutral oder vorteilhaft sind, und schädliche Mutationen ausgeschlossen. Daher kann die natürliche Selektion in diesem Szenario nicht besser sein.
Schlussfolgerung
Daher benötigen wir mehr als 10100.000 (1 mit 100.000 Nullen danach) zufällige Mutationen, damit sich aus einfachen, einzelligen Organismen ein Mensch entwickeln kann, während wir nur weniger als 10110 (1 mit 110 Nullen) erhalten können danach) Mutationen im Zeitalter des Universums, auch wenn das gesamte Universum eine Bühne für diesen Evolutionsprozess ist.
Alle diese Berechnungen basierten auf menschlichen Genen - die weniger als 2% des Genoms ausmachen - ohne Berücksichtigung der Junk-Region, die ungefähr 98% des menschlichen Genoms verbraucht, was sich als kein Junk mehr herausstellte. Das ENCODE-Projektkonsortium konnte 80% des menschlichen Genoms biochemische Funktionen zuweisen und stellte fest, dass etwa 20% davon die Gene regulieren. Die Ergebnisse des fünfjährigen ENCODE-Projekts wurden 2012 in den Fachzeitschriften Nature, Science, Genome Biology und Genome Research veröffentlicht. [23] Die 442 Forscher des ENCODE-Konsortiums, die in 32 Instituten auf der ganzen Welt ansässig sind, verwendeten 300 Jahre Computerzeit und fünf Jahre im Labor, um ihre Ergebnisse zu erhalten.
Die Hoffnung, dass diese Studie hilfreich war, um Licht in dieses entscheidende Thema zu bringen.
