Sains telah mencapai kemajuan dan pencapaian luar biasa dalam genetika sejak pergantian abad ke-21. Para ilmuwan telah mengurutkan dan memetakan seluruh genom lebih dari 2800 organisme / spesies termasuk manusia, dan jumlahnya terus bertambah. [1]
Teori evolusi makro memberi tahu kita bahwa manusia, serta bentuk kehidupan multisel lainnya, telah berevolusi dari organisme primitif bersel tunggal yang berada di bawah kerajaan prokariota atau bahkan lebih primitif. [2] Prokariota adalah organisme bersel tunggal yang tidak memiliki inti sejati karena genomnya tidak terkandung dalam membran atau berbeda dari bagian sel lainnya. Mereka adalah bentuk kehidupan paling awal dan paling primitif yang ditemukan di bumi. [3] Adakah kemungkinan evolusi ini terjadi dari sel tunggal yang sederhana menjadi manusia selama jaman alam semesta?
Genom manusia [4] mengandung sekitar 3 miliar pasangan basa nukleotida kimiawi (A, C, T, dan G). [5] Kira-kira 34 juta basa nukleotida dari genom manusia dikodekan untuk produksi protein yang penting bagi semua proses kehidupan. [6] 34 juta nukleotida ini disebut gen. Protein terbuat dari asam amino. Setiap asam amino dikodekan oleh kodon, dan setiap kodon terdiri dari 3 nukleotida.
Anda dapat menganggap nukleotida sebagai alfabet dari kumpulan 4 huruf, dan kodon sebagai kata dengan panjang 3 huruf.
Urutan nukleotida dalam gen inilah yang menentukan karakteristik dan fungsi organisme hidup dan sifatnya; apakah itu bakteri, tumbuhan, lalat, ikan, atau manusia. Urutan pengkodean ini dalam gen manusia, serta organisme lain, begitu canggih, tepat, dan terorganisir dengan baik sehingga sebanding dengan urutan huruf dalam puisi Shakespeare, novel, tesis, program komputer, atau ensiklopedia 2 juta kata (atau 2 volume).
Menurut evolusi makro, urutan yang tepat ini, pengkodean, muncul melalui mutasi acak [7] dan seleksi alam.
Mutasi Maksimum yang Mungkin Terjadi Selama Zaman Alam Semesta
Kami akan mencoba mencari tahu di sini jumlah maksimum mutasi yang dapat terjadi selama zaman alam semesta berdasarkan asumsi yang mendukung evolusi.
Jumlah maksimum mutasi yang dapat dialami genom manusia selama proses evolusinya dari satu sel menjadi manusia adalah 3 miliar mutasi per generasi karena itu adalah ukuran terbesar yang pernah dicapai genom mamalia. Ini adalah asumsi ekstrim yang mendukung evolusi. Pada kenyataannya, tingkat mutasi berkisar antara 0,003 dan 350 mutasi per genom per generasi. [8]
Waktu generasi terpendek yang dilaporkan hingga saat ini adalah generasi Pseudomonas natriegens, bakteri laut dengan waktu generasi 9,8 menit. [9] Namun demikian, dengan sekali lagi berpihak pada evolusi, kita dapat berasumsi bahwa kita mendapatkan generasi baru setiap satu detik. Jadi, selama umur alam semesta, [10] yaitu sekitar 15 milyar tahun, [11] jumlah maksimum generasi yang dapat dicapai adalah:
Umur alam semesta dalam tahun × Hari per tahun × Detik per hari
15 miliar × 365 × 86400
yang sama dengan kurang dari 1018 generasi (1 dengan 18 angka nol setelahnya).
Informasi terakhir yang diperlukan untuk menghitung jumlah maksimum kemungkinan mutasi adalah populasi organisme bersel tunggal ini. Untuk itu kita akan mengasumsikan jumlah yang sangat besar yang tidak menyisakan tempat lagi; jumlah atom di alam semesta yang dapat diamati yaitu sekitar 1082. [12]
Jadi, berdasarkan hasil sebelumnya dan asumsi yang murah hati, jumlah maksimum mutasi yang mungkin terjadi di seluruh alam semesta dan selama usianya adalah:
Mutasi per generasi × Generasi selama usia alam semesta × Populasi
3 miliar × 1018 × 1082
yang sama dengan kurang dari 10110 mutasi (1 dengan 110 angka nol setelahnya).
Jumlah Mutasi Acak yang Diperlukan untuk Evolusi Menjadi Manusia
Gen-gen genom manusia terdiri dari kira-kira 34 juta nukleotida. [13]
Genom terbesar dalam organisme sederhana bersel tunggal, prokariota, adalah sekitar 13 juta nukleotida. [14]
Dengan demikian, terdapat perbedaan setidaknya 21 juta nukleotida antara organisme prokariota dan manusia. Dan agar satu sel berevolusi menjadi manusia, proses evolusi perlu bermutasi - yang mungkin termasuk penyisipan - setidaknya 21 juta nukleotida dengan basa nukleotida yang benar dan dalam urutan yang benar.
Dalam gen, setiap asam amino - bahan penyusun protein yang penting bagi semua proses kehidupan - dikodekan oleh 3 nukleotida, yang disebut kodon. 21 juta nukleotida berarti 7 juta kodon.
Mutasi acak memiliki salah satu dari tiga efek: Netral, Merusak (berbahaya), atau menguntungkan. Hanya mutasi menguntungkan yang dapat berkontribusi pada proses evolusi.
Dalam organisme hidup, ada 20 asam amino berbeda dan kode berhenti, [15] jadi, totalnya adalah 21. [16] Setiap mutasi akan mengarah ke salah satu dari 20 asam amino ini atau kode berhenti. [17]
Oleh karena itu, setiap mutasi yang masuk ke dalam gen, daerah pengkode genom, [18] memiliki kemungkinan sekitar 1/21 untuk tidak mengubah asam amino (yaitu pengkodean untuk asam amino yang sama) dan dengan demikian menjadi mutasi netral, dan a kemungkinan sekitar 20/21 untuk mengubah asam amino. [19] 70% dari 20/21 mutasi ini adalah mutasi yang merusak (berbahaya). [20] Meskipun demikian, demi evolusi, kita akan berasumsi bahwa semua mutasi yang mengubah asam amino adalah mutasi yang menguntungkan. Jadi, setiap mutasi memiliki peluang sekitar 20/21 untuk menguntungkan. [21]
Oleh karena itu, kemungkinan 7 juta kodon bermutasi secara acak dengan mutasi yang menguntungkan adalah:
Peluang mutasi karena menguntungkan kekuatan Jumlah kodon
20/21 pangkat 7 juta
yang sama dengan 1 hingga lebih dari 10100.000 (1 dengan 100.000 angka nol setelahnya). [22]
Bisakah seleksi alam meningkatkan kemungkinan mutasi dalam skenario kita? Tidak pernah, karena apa yang pada dasarnya dilakukan oleh seleksi alam adalah mempertahankan garis keturunan dengan mutasi yang menguntungkan atau netral dan untuk menghilangkan garis keturunan dengan mutasi yang merugikan. Seleksi alam tidak mencegah mutasi yang menguntungkan untuk bermutasi lagi. Selain itu, dalam skenario kami, kami telah mengasumsikan bahwa semua mutasi bersifat netral atau menguntungkan, dan telah menyingkirkan mutasi yang merugikan. Dengan demikian, seleksi alam tidak dapat melakukan lebih baik dalam skenario ini.
Kesimpulan
Oleh karena itu, kita membutuhkan lebih dari 10100.000 (1 dengan 100.000 nol setelahnya) mutasi acak untuk terjadi sehingga organisme bersel tunggal yang sederhana dapat berevolusi menjadi manusia, sementara kita hanya dapat memperoleh kurang dari 10110 (1 dengan 110 nol). setelah itu) mutasi selama usia alam semesta, bahkan ketika seluruh alam semesta adalah tahap untuk proses evolusi ini.
Semua kalkulasi ini didasarkan pada gen manusia –yang merupakan kurang dari 2% genom– tanpa memperhitungkan daerah sampah yang mengkonsumsi sekitar 98% genom manusia, yang ternyata bukan sampah lagi. Konsorsium Proyek ENCODE mampu menetapkan fungsi biokimia untuk 80% genom manusia dan menemukan bahwa sekitar 20% darinya mengatur gen. Hasil dari proyek ENCODE lima tahun diterbitkan pada tahun 2012 di jurnal Nature, Science, Genome Biology dan Genome Research. [23] 442 peneliti konsorsium ENCODE, yang terletak di 32 institut di seluruh dunia, menggunakan 300 tahun waktu komputer dan lima tahun di lab untuk mendapatkan hasilnya.
Berharap studi ini bermanfaat dalam menjelaskan topik penting ini.
