Tiede on saavuttanut valtavan edistyksen ja saavuttaneet genetiikan 21. vuosisadan vaihdosta lähtien. Tutkijat ovat sekvensoineet ja kartoittaneet yli 2800 organismin / lajin kokonaiset genomit, mukaan lukien ihminen, ja niiden lukumäärä on edelleen. [1]

Evoluutioteorian makrokehitys kertoo meille, että ihmiset, samoin kuin muut monisoluiset elämänmuodot, ovat kehittyneet primitiivisistä yksisoluisista organismeista, jotka kuuluvat prokaryoottien valtakunnan alaan tai vieläkin primitiivisempiin. [2] Prokaryootit ovat yksisoluisia organismeja, joilla ei ole todellista ydintä, koska niiden genomi ei sisällä kalvoa eikä erotu muusta solusta. Ne ovat varhaisimpia ja alkeellisimpia elämän muotoja, joita löytyy maan päältä. [3] Onko mahdollista, että tämä evoluutio on tapahtunut yksinkertaisesta yksisolusta ihmiseen maailmankaikkeuden iällä?

Ihmisen genomi [4] sisältää noin 3 miljardia kemiallista nukleotidiemäsparia (A, C, T ja G). [5] Noin 34 miljoonaa ihmisen perimän nukleotidiemästä koodaa proteiineja, jotka ovat elintärkeitä kaikille eläville prosesseille. [6] Näitä 34 miljoonaa nukleotidiä kutsutaan geeneiksi. Proteiinit ovat aminohappoja. Jokaista aminohappoa koodaa kodoni, ja jokainen kodoni koostuu 3 nukleotidistä.

Voit ajatella nukleotideja 4 kirjaimen poolin aakkosina ja kodoneja kolmen kirjaimen pituisina sanoina.

Näiden nukleotidien sekvenssi geeneissä määrittelee elävän organismin ominaisuudet ja toiminnot sekä sen luonteen; onko se bakteeri, kasvi, perho, kala tai ihminen. Tämän koodauksen sekvenssi ihmisen geeneissä, kuten myös muissa organismeissa, on niin hienostunut, tarkka ja hyvin organisoitu, että se on verrattavissa Shakespearen runon, romaanin, tutkielman, tietokoneohjelman tai aakkosten aakkosjärjestykseen. tietosanakirja 2 miljoonaa sanaa (tai 2 osaa).

Makrokehityksen mukaan tämä tarkka koodaava sekvenssi on syntynyt sattumanvaraisilla mutaatioilla [7] ja luonnollisella valinnalla.

Suurimmat mahdolliset mutaatiot maailmankauden aikana.

Yritämme tässä selvittää mutaatioiden enimmäismäärän, joka voi tapahtua maailmankaikkeuden aikana, evoluutiota suosivien oletusten perusteella.

Mutaatioiden enimmäismäärä, jonka ihmisen perimä voi suorittaa evoluutiovaiheessaan yhdestä solusta ihmiseen, on 3 miljardia mutaatiota sukupolvea kohti, koska se on suurin nisäkkäiden genomin koko. Tämä on äärimmäinen oletus evoluution hyväksi. Todellisuudessa mutaatioaste vaihtelee suunnilleen välillä 0,003 - 350 mutaatiota per genomi per sukupolvi. [8]

Tähän päivään mennessä ilmoitettu lyhyin sukupolvien aika on Pseudomonas natriegens, merbakteereiden sukupolvi, jonka sukupolven aika on 9,8 minuuttia. [9] Siitä huolimatta, menemään jälleen kerran evoluution parhaaksi, voidaan olettaa, että saamme uuden sukupolven sekunnissa. Niinpä maailmankaikkeuden iällä, [10] joka on noin 15 miljardia vuotta, [11] saavutetaan suurin sukupolvien lukumäärä:

Universumin ikä vuosina × Päiviä vuodessa × Sekuntia päivässä

15 miljardia × 365 × 86400,

mikä on vähemmän kuin 1018 sukupolvea (1 18 nollan jälkeen).

Viimeinen mahdollisten mutaatioiden enimmäismäärän laskemiseen tarvittava tieto on näiden yksisoluisten organismien populaatio. Sitä varten oletamme erittäin suuren määrän, joka ei jätä tilaa enempää; havaittavissa olevan maailmankaikkeuden atomien lukumäärä on noin 1082. [12]

Siksi, aikaisempien tulosten ja antelias oletusten perusteella, mutaatioiden, joita voi esiintyä koko maailmankaikkeudessa ja sen iän aikana, enimmäismäärä on:

Mutaatiot per sukupolvi × Sukupolvet maailmankauden aikana × Väestö

3 miljardia × 1018 × 1082,

mikä on vähemmän kuin 10110 mutaatiota (1, kun sen jälkeen on 110 nollaa).

Ihmiseksi evoluution edellyttämien satunnaisten mutaatioiden lukumäärä

Ihmisen perimän geenit koostuvat noin 34 miljoonasta nukleotidistä. [13]

Suurin genomi yksinkertaisissa yksisoluisissa organismeissa, prokaryooteissa, on noin 13 miljoonaa nukleotidia. [14]

Siten prokaryootti-organismien ja ihmisten välillä on vähintään 21 miljoonan nukleotidin ero. Ja jotta yhdestä solusta voi kehittyä ihminen, evoluutioprosessin on mutatoitava - joka voi sisältää insertion - vähintään 21 miljoonaa nukleotidia oikealla nukleotidiemäksellä ja oikeassa sekvenssissä.

Geeneissä jokainen aminohappo - kaikkien elävien prosessien kannalta välttämättömien proteiinien rakennuspalikka - koodaa 3 nukleotidia, jota kutsutaan kodoniksi. 21 miljoonaa nukleotidia tarkoittaa 7 miljoonaa kodonia.

Satunnaismutaatioilla on yksi kolmesta vaikutuksesta: neutraali, vahingollinen (haitallinen) tai hyödyllinen. Vain hyödylliset mutaatiot voivat vaikuttaa evoluutioprosessiin.

Elävissä organismeissa on 20 erilaista aminohappoa ja lopetuskoodi, [15] siis yhteensä 21. [16] Mikä tahansa mutaatio johtaa johonkin näistä 20 aminohaposta tai lopetuskoodista. [17]

Siksi jokaisella geenien sisällä, genomin koodaavalla alueella, [18] tapahtuvalla mutaatiolla on mahdollisuus noin 1/21 muuttaa aminohappoa (ts. Koodata samaa aminohappoa) ja siten olla neutraali mutaatio, ja noin 20/21 mahdollisuus muuttaa aminohappoa. [19] 70% näistä 20/21 -mutaatioista on haitallisia (haitallisia) mutaatioita. [20] Siitä huolimatta evoluution vuoksi oletamme, että kaikki mutaatiot, jotka muuttavat aminohappoja, ovat hyödyllisiä mutaatioita. Siten jokaisella mutaatiolla on mahdollisuus noin 20/21 olla hyödyllisiä. [21]

Siksi 7 miljoonan kodonin todennäköisyys mutatoitua satunnaisesti hyödyllisillä mutaatioilla on:

Mutaation mahdollisuus siitä, että se hyödyttää kodonien lukumäärän

20/21 voimaa 7 miljoonaan,

mikä vastaa 1 - yli 10100 000 (1 on 100 000 nollaa sen jälkeen). [22]

Voisiko luonnollinen valinta parantaa mutaatioiden mahdollisuuksia skenaarioissamme? Koskaan, koska se, mitä luonnollinen valinta tapahtuu, on ylläpitää suvulinjoja hyödyllisillä tai neutraaleilla mutaatioilla ja poistaa rivejä haitallisilla mutaatioilla. Luonnollinen valinta ei estä hyödyllisten mutaatioiden uudelleen mutaatiota. Lisäksi olemme jo skenaariossa olettaneet, että kaikki mutaatiot ovat joko neutraaleja tai hyödyllisiä, ja olemme sulkeneet pois haitalliset mutaatiot. Siksi luonnollinen valinta ei voi tehdä paremmin tässä tilanteessa.

Johtopäätös

Siksi tarvitsemme yli 10100 000 (1 100 000 nolla sen jälkeen) satunnaisia ​​mutaatioita, jotta yksinkertainen yksisoluinen organismi voi kehittyä ihmiseksi, kun taas voimme saada vain alle 10110 (1 110 nolla) sen jälkeen) mutaatiot maailmankaikkeuden aikana, vaikka koko maailmankaikkeus olisi tämän evoluutioprosessin vaihe.

Kaikki nämä laskelmat perustuivat ihmisen geeneihin - jotka muodostavat vähemmän kuin 2% genomista - ottamatta huomioon roskapistettä, joka kuluttaa noin 98% ihmisen genomista, mikä osoittautui, ettei enää ole roskaa. ENCODE-projektikonsortio pystyi osoittamaan biokemialliset toiminnot 80%: lle ihmisen genomista ja havaitsi, että noin 20% siitä säätelee geenejä. Viiden vuoden ENCODE-hankkeen tulokset julkaistiin vuonna 2012 lehdissä Luonto, Tiede, Genomibiologia ja Genomitutkimus. [23] ENCODE-konsortion 442 tutkijaa, jotka sijaitsevat 32 instituutissa ympäri maailmaa, käyttivät 300 vuotta tietokoneaikaa ja viisi vuotta laboratoriossa saadakseen tulokset.

Tämän tutkimuksen toivoessa oli hyödyllistä valaista tätä tärkeätä aihetta.