21世紀に入って以来、科学は遺伝学において大きな進歩と成果を達成してきました。科学者たちは、ヒトを含む2800を超える生物/種の全ゲノムを配列決定し、マッピングしてきましたが、その数は増えています。[1]

進化理論の大進化は、人間やその他の多細胞生物の形態が、原核生物の王国またはさらに原始的な王国に該当する原始的な単細胞生物から進化したことを示しています[2]。原核生物は、そのゲノムが膜内に含まれておらず、他の細胞と区別されていないため、真の核を持たない単細胞生物です。それらは地球上で見つかった最も初期の、そして最も原始的な生命の形態です。宇宙の時代の間に、この進化が単純な単一の細胞から人間に起こった可能性はありますか？

ヒトゲノム[4]には、約30億の化学ヌクレオチド塩基対（A、C、T、およびG）が含まれています。[5] ヒトゲノムの約3400万ヌクレオチド塩基は、すべての生活過程に不可欠なタンパク質の生産をコードしています。[6] これらの3400万ヌクレオチドは遺伝子と呼ばれています。タンパク質はアミノ酸でできています。各アミノ酸はコドンによってコードされ、各コドンは3つのヌクレオチドで構成されています。

ヌクレオチドは4文字のプールのアルファベット、コドンは3文字の長さの単語と考えることができます。

遺伝子内のこれらのヌクレオチドの配列は、生体とその性質の特性と機能を定義するものです。それは細菌、植物、ハエ、魚、または人間でしょう。人間の遺伝子や他の生物におけるこのコーディングのシーケンスは非常に洗練され、正確で、よく整理されているため、シェイクスピアの詩、小説、論文、コンピュータープログラム、または200万語（または2巻）の百科事典。

マクロ進化論によれば、この正確なシーケンスであるコーディングは、ランダムな突然変異と自然選択によって生まれました[7]。

宇宙の時代に

起こり得る最大の突然変異ここでは、進化を支持する仮定に基づいて、宇宙の時代に起こりうる突然変異の最大数を見つけようとします。

単一の細胞からヒトへの進化の過程でヒトゲノムが受けることができる突然変異の最大数は、哺乳類のゲノムが到達した最大サイズであるため、世代あたり30億突然変異です。これは進化を支持する極端な仮定です。実際には、突然変異率はゲノムあたり世代あたり約0.003から350の範囲です。[8]

現在までに報告された最短の発生時間は、9.8分という発生時間の海洋細菌であるPseudomonas natriegensの発生です。[9] それにもかかわらず、進化を支持してもう一度最大限に行くと、1秒ごとに新しい世代を獲得していると想定できます。したがって、約150億年である宇宙の時代[11]に到達できる世代の最大数は次のとおりです。

宇宙年齢（年）×1日あたりの日数×1日あたりの秒数

150億×365×86400。

これは、1018世代（1の後に18個のゼロがある世代）未満です。

可能な突然変異の最大数を計算するために必要な最後の情報は、これらの単細胞生物の個体数です。そのため、これ以上場所を残さない非常に大きな数を想定します。約1082である観測可能な宇宙の原子の数。[12]

したがって、以前の結果と寛大な仮定に基づくと、全宇宙とその年齢の間に発生する可能性がある突然変異の最大数は次のとおりです。

世代あたりの突然変異×宇宙時代の世代×人口

30億×1018×1082

これは、10110未満の突然変異（1はその後にゼロが110個ある）に相当します。

ヒトへの進化に必要なランダム変異の数

ヒトゲノムの遺伝子は、約3,400万ヌクレオチドで構成されています。

単純な単細胞生物である原核生物の最大のゲノムは、約1300万ヌクレオチドです。[14]

したがって、原核生物と人間の間には少なくとも2100万ヌクレオチドの違いがあります。そして、単一の細胞が人間に進化するためには、進化過程は、正しいヌクレオチド塩基と正しい配列の少なくとも2100万ヌクレオチドを変異させる必要があります。

遺伝子では、各アミノ酸（すべての生活過程に不可欠なタンパク質の構成要素）が3つのヌクレオチドによってコードされており、コドンと呼ばれています。2100万ヌクレオチドは700万コドンを意味します。

ランダム変異には、中立、有害（有害）、または有益の3つの効果があります。有益な突然変異だけが進化の過程に寄与することができます。

生物には20種類のアミノ酸とストップコードがあるため[15]、したがって合計は21です。

したがって、遺伝子、ゲノムのコーディング領域内にある各突然変異[18]は、アミノ酸を変化させない（つまり、同じアミノ酸をコードする）可能性が約1/21あり、したがって中立突然変異である可能性があります。約20/21のアミノ酸変化の可能性。[19] これらの20/21変異の70％は有害な（有害な）変異です。それにもかかわらず、進化のために、アミノ酸を変更しているすべての突然変異が有益な突然変異であると仮定します。したがって、各突然変異は約20/21の有益である可能性があります。

したがって、700万コドンが有益な突然変異でランダムに突然変異する確率は次のとおりです。

コドン数

20/21から700万の

累乗（1から10100,000以上（1の後に100,000のゼロが続く））に有益である突然変異の確率。[22]

自然淘汰は私たちのシナリオで突然変異の可能性を高めたのでしょうか？自然選択が基本的に行うことは、有益なまたは中立の突然変異を持つ系統を維持し、有害な突然変異を持つ系統を排除することなので、決してありません。自然淘汰は、有益な突然変異が再び突然変異するのを妨げません。さらに、私たちのシナリオでは、すべての変異が中立または有益であるとすでに想定しており、有害な変異は除外しています。したがって、このシナリオでは自然選択はそれ以上の効果はありません。

結論

したがって、単純な単細胞生物が人間に進化できるように、ランダムな変異を発生させるには、10,100,000（1の後にゼロが100,000）を超える必要があります。その後）宇宙全体がこの進化過程のステージであるときでさえ、宇宙の時代の突然変異。

これらの計算はすべて、人間のゲノムの約98％を消費するジャンク領域を考慮せずに、ゲノムの2％未満を構成する人間の遺伝子に基づいており、もはやジャンクではないことが判明しました。ENCODEプロジェクトコンソーシアムは、ヒトゲノムの80％に生化学的機能を割り当てることができ、その約20％が遺伝子を調節していることを発見しました。5年間のENCODEプロジェクトの結果は、2012年にNature、Science、Genome Biology、Genome Researchのジャーナルに掲載されました。ENCODEコンソーシアムの世界中の32の研究所に拠点を置く442名の研究者は、300年のコンピューター時間と5年間の研究室を使用して結果を得ました。

この研究がこの重要なトピックにいくつかの光を当てるのに役立つことを願っています。