Η ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΜΑΚΡΟΕΛΛΟΓΗΣ

Η επιστήμη έχει σημειώσει τεράστια πρόοδο και επιτεύγματα στη γενετική από τα τέλη του 21ου αιώνα. Οι επιστήμονες έχουν προσδιορίσει την αλληλουχία και χαρτογράφησαν ολόκληρα τα γονιδιώματα περισσότερων από 2800 οργανισμών / ειδών, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, και η μέτρηση συνεχίζεται. [1]

Η μακροεξέλιξη της θεωρίας της εξέλιξης μας λέει ότι οι άνθρωποι, καθώς και άλλες πολυκυτταρικές μορφές ζωής, έχουν εξελιχθεί από πρωτόγονους μονοκύτταρους οργανισμούς που εμπίπτουν στο βασίλειο των προκαρυωτικών ή ακόμη πιο πρωτόγονοι. [2] Οι προκαρυώτες είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που δεν έχουν αληθινό πυρήνα καθώς το γονιδίωμά τους δεν περιέχεται σε μεμβράνη ούτε διαφέρει από το υπόλοιπο κύτταρο. Είναι οι πρώτες και πρωτόγονες μορφές ζωής που βρίσκονται στη γη. [3] Υπάρχει πιθανότητα αυτή η εξέλιξη να έχει πραγματοποιηθεί από ένα απλό κύτταρο σε έναν άνθρωπο κατά την εποχή του σύμπαντος;

Το ανθρώπινο γονιδίωμα [4] περιέχει περίπου 3 δισεκατομμύρια ζεύγη χημικών νουκλεοτιδίων (A, C, T και G). [5] Περίπου 34 εκατομμύρια νουκλεοτιδικές βάσεις του ανθρώπινου γονιδιώματος κωδικοποιούν την παραγωγή πρωτεϊνών που είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις ζωντανές διαδικασίες. [6] Αυτά τα 34 εκατομμύρια νουκλεοτίδια ονομάζονται γονίδια. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα. Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από ένα κωδικόνιο και κάθε κωδικόνιο αποτελείται από 3 νουκλεοτίδια.

Μπορείτε να θεωρήσετε τα νουκλεοτίδια ως αλφάβητα με συγκέντρωση 4 γραμμάτων και τα κωδικόνια ως λέξεις μήκους 3 γραμμάτων.

Η αλληλουχία αυτών των νουκλεοτιδίων μέσα στα γονίδια είναι αυτό που καθορίζει τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες ενός ζώντος οργανισμού και της φύσης του. θα είναι ένα βακτήριο, ένα φυτό, μια μύγα, ένα ψάρι ή ένας άνθρωπος. Η ακολουθία αυτής της κωδικοποίησης σε ανθρώπινα γονίδια, καθώς και σε άλλους οργανισμούς, είναι τόσο εξελιγμένη, ακριβής και καλά οργανωμένη ώστε να είναι συγκρίσιμη με την ακολουθία των αλφαβήτων σε ένα ποίημα του Σαίξπηρ, ένα μυθιστόρημα, μια διατριβή, ένα πρόγραμμα υπολογιστή ή ένα εγκυκλοπαίδεια 2 εκατομμυρίων λέξεων (ή 2 τόμων).

Σύμφωνα με τη μακροεξέλιξη, αυτή η ακριβής αλληλουχία, κωδικοποίηση, δημιουργήθηκε με τυχαίες μεταλλάξεις [7] και φυσική επιλογή.

Μέγιστες πιθανές μεταλλάξεις κατά την εποχή του σύμπαντος

Θα προσπαθήσουμε να μάθουμε εδώ τον μέγιστο αριθμό μεταλλάξεων που μπορούν να συμβούν κατά την εποχή του σύμπαντος με βάση υποθέσεις που ευνοούν την εξέλιξη.

Ο μέγιστος αριθμός μεταλλάξεων που μπορεί να υποστεί ένα ανθρώπινο γονιδίωμα κατά τη διάρκεια της εξέλιξής του από ένα μόνο κύτταρο σε έναν άνθρωπο είναι 3 δισεκατομμύρια μεταλλάξεις ανά γενιά, καθώς αυτό είναι το μεγαλύτερο μέγεθος που έχει φτάσει το γονιδίωμα των θηλαστικών. Αυτή είναι μια ακραία υπόθεση υπέρ της εξέλιξης. Στην πραγματικότητα, ο ρυθμός μετάλλαξης κυμαίνεται περίπου μεταξύ 0,003 και 350 μεταλλάξεων ανά γονιδίωμα ανά γενιά. [8]

Ο συντομότερος χρόνος παραγωγής που έχει αναφερθεί μέχρι σήμερα είναι η παραγωγή Pseudomonas natriegens, ένα θαλάσσιο βακτήριο με χρόνο παραγωγής 9,8 λεπτά. [9] Ωστόσο, για άλλη μια φορά υπέρ της εξέλιξης, μπορούμε να υποθέσουμε ότι παίρνουμε μια νέα γενιά κάθε δευτερόλεπτο. Έτσι, κατά την εποχή του σύμπαντος, [10] που είναι περίπου 15 δισεκατομμύρια χρόνια, [11] ο μέγιστος αριθμός γενεών που μπορεί να επιτευχθεί είναι:

Η ηλικία του σύμπαντος σε έτη × Ημέρες ανά έτος × Δευτερόλεπτα ανά ημέρα

15 δισεκατομμύρια × 365 × 86400

που ισούται με λιγότερες από 1018 γενιές (1 με 18 μηδενικά μετά από αυτό).

Το τελευταίο κομμάτι πληροφοριών που απαιτείται για τον υπολογισμό του μέγιστου αριθμού πιθανών μεταλλάξεων είναι ο πληθυσμός αυτών των μονοκύτταρων οργανισμών. Για αυτό θα υποθέσουμε έναν πολύ μεγάλο αριθμό που δεν αφήνει χώρο για περισσότερα. ο αριθμός των ατόμων στο παρατηρήσιμο σύμπαν που είναι περίπου 1082. [12]

Έτσι, με βάση προηγούμενα αποτελέσματα και γενναιόδωρες υποθέσεις, ο μέγιστος αριθμός μεταλλάξεων που μπορεί να εμφανιστούν σε ολόκληρο το σύμπαν και κατά την ηλικία του είναι:

Μεταλλάξεις ανά γενιά × Γενιές κατά την ηλικία του σύμπαντος × Πληθυσμός

3 δισεκατομμύρια × 1018 × 1082

που αντιστοιχεί σε λιγότερες από 10110 μεταλλάξεις (1 με 110 μηδενικά μετά από αυτό).

Αριθμός τυχαίων μεταλλάξεων που απαιτούνται για την εξέλιξη σε έναν άνθρωπο

Τα γονίδια του ανθρώπινου γονιδιώματος αποτελούνται από περίπου 34 εκατομμύρια νουκλεοτίδια. [13]

Το μεγαλύτερο γονιδίωμα σε απλούς, μονοκύτταρους οργανισμούς, προκαρυώτες, είναι περίπου 13 εκατομμύρια νουκλεοτίδια. [14]

Έτσι, υπάρχει μια διαφορά τουλάχιστον 21 εκατομμυρίων νουκλεοτιδίων μεταξύ προκαρυωτικών οργανισμών και ανθρώπων. Και για να εξελιχθεί ένα μόνο κύτταρο σε άνθρωπο, η εξελικτική διαδικασία πρέπει να μεταλλαχθεί –που μπορεί να περιλαμβάνει εισαγωγή– τουλάχιστον 21 εκατομμύρια νουκλεοτίδια με τη σωστή βάση νουκλεοτιδίων και στη σωστή σειρά.

Στα γονίδια, κάθε αμινοξύ - το δομικό στοιχείο των πρωτεϊνών που είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις ζωντανές διαδικασίες - κωδικοποιείται από 3 νουκλεοτίδια, τα οποία ονομάζονται κωδικόνιο. 21 εκατομμύρια νουκλεοτίδια σημαίνει 7 εκατομμύρια κωδικόνια.

Οι τυχαίες μεταλλάξεις έχουν ένα από τα τρία αποτελέσματα: Ουδέτερα, επιβλαβή (επιβλαβή) ή ευεργετικά. Μόνο ευεργετικές μεταλλάξεις μπορούν να συμβάλουν στην εξελικτική διαδικασία.

Στους ζωντανούς οργανισμούς, υπάρχουν 20 διαφορετικά αμινοξέα και ένας κωδικός διακοπής, [15], έτσι το σύνολο είναι 21. [16] Οποιαδήποτε μετάλλαξη θα οδηγήσει σε ένα από αυτά τα 20 αμινοξέα ή τον κωδικό διακοπής. [17]

Επομένως, κάθε μετάλλαξη που εμπίπτει στα γονίδια, η κωδικοποιητική περιοχή του γονιδιώματος, [18] έχει την πιθανότητα περίπου 1/21 να μην αλλάξει το αμινοξύ (δηλ. Κωδικοποίηση για το ίδιο αμινοξύ) και ως εκ τούτου να είναι ουδέτερη μετάλλαξη, και πιθανότητα περίπου 20/21 αλλαγής του αμινοξέος. [19] Το 70% αυτών των μεταλλάξεων 20/21 είναι επιβλαβείς (επιβλαβείς) μεταλλάξεις. [20] Ωστόσο, για χάρη της εξέλιξης, θα υποθέσουμε ότι όλες οι μεταλλάξεις που αλλάζουν τα αμινοξέα είναι ευεργετικές μεταλλάξεις. Έτσι, κάθε μετάλλαξη έχει την πιθανότητα να είναι περίπου 20/21 ωφέλιμη. [21]

Επομένως, η πιθανότητα 7 εκατομμυρίων κωδικονίων να μεταλλάσσονται τυχαία με ευεργετικές μεταλλάξεις είναι:

Πιθανότητα μετάλλαξης να είναι ωφέλιμη για τη δύναμη του αριθμού των κωδικονίων

20/21 με τη δύναμη των 7 εκατομμυρίων

που ισούται με 1 έως περισσότερα από 10100.000 (1 με 100.000 μηδενικά μετά από αυτό). [22]

Θα μπορούσε η φυσική επιλογή να έχει αυξήσει τις πιθανότητες μεταλλάξεων στο σενάριό μας; Ποτέ, αφού αυτό που βασικά κάνει η φυσική επιλογή είναι να διατηρήσει τις γενεαλογίες με ευεργετικές ή ουδέτερες μεταλλάξεις και να εξαλείψει τις γενεαλογίες με επιβλαβείς μεταλλάξεις. Η φυσική επιλογή δεν εμποδίζει την επανάληψη των ευεργετικών μεταλλάξεων. Επιπλέον, στο σενάριό μας, έχουμε ήδη υποθέσει ότι όλες οι μεταλλάξεις είναι είτε ουδέτερες είτε ευεργετικές και έχουμε αποκλείσει επιβλαβείς μεταλλάξεις. Έτσι, η φυσική επιλογή δεν μπορεί να κάνει κάτι καλύτερο σε αυτό το σενάριο.

Συμπέρασμα

Επομένως, χρειαζόμαστε περισσότερες από 10.100.000 (1 με 100.000 μηδενικά μετά) τυχαίες μεταλλάξεις για να εμφανιστούν έτσι ώστε ένας απλός, μονοκύτταρος οργανισμός να μπορεί να εξελιχθεί σε έναν άνθρωπο, ενώ μπορούμε να πάρουμε μόνο λιγότερα από 10110 (1 με 110 μηδενικά μετά από αυτό) μεταλλάξεις κατά την εποχή του σύμπαντος, ακόμη και όταν ολόκληρο το σύμπαν είναι ένα στάδιο για αυτήν την εξελικτική διαδικασία.

Όλοι αυτοί οι υπολογισμοί βασίστηκαν σε ανθρώπινα γονίδια - που αποτελούν λιγότερο από το 2% του γονιδιώματος - χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η περιοχή σκουπιδιών που καταναλώνει περίπου το 98% του ανθρώπινου γονιδιώματος, η οποία αποδείχθηκε ότι δεν ήταν πια σκουπίδια. Η ENCODE Project Consortium κατάφερε να εκχωρήσει βιοχημικές λειτουργίες για το 80% του ανθρώπινου γονιδιώματος και διαπίστωσε ότι περίπου το 20% ρυθμίζει τα γονίδια. Τα αποτελέσματα του πενταετούς προγράμματος ENCODE δημοσιεύθηκαν το 2012 στα περιοδικά Nature, Science, Genome Biology and Genome Research. [23] Οι 442 ερευνητές της κοινοπραξίας ENCODE, που βρίσκονται σε 32 ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο, χρησιμοποίησαν 300 χρόνια υπολογιστή και πέντε χρόνια στο εργαστήριο για να πάρουν τα αποτελέσματά τους.

Ελπίζοντας ότι αυτή η μελέτη ήταν ευεργετική για να ρίξουμε λίγο φως σε αυτό το κρίσιμο θέμα.