De wetenschap heeft sinds het begin van de 21e eeuw enorme vooruitgang en prestaties op het gebied van genetica geboekt. Wetenschappers hebben de volledige genomen van meer dan 2800 organismen / soorten, inclusief de mens, gesequenced en in kaart gebracht, en de telling is begonnen. [1]

De macro-evolutie van de evolutietheorie vertelt ons dat mensen, evenals andere meercellige levensvormen, zijn geëvolueerd uit primitieve eencellige organismen die onder het koninkrijk van prokaryoten vallen of zelfs primitiever. [2] Prokaryoten zijn eencellige organismen die geen echte kern hebben, aangezien hun genoom niet in een membraan zit en ook niet verschilt van de rest van de cel. Het zijn de vroegste en meest primitieve levensvormen die op aarde worden gevonden. [3] Bestaat er een kans dat deze evolutie heeft plaatsgevonden van een eenvoudige, enkele cel naar een mens tijdens de leeftijd van het universum?

Het menselijk genoom [4] bevat ongeveer 3 miljard basenparen van chemische nucleotiden (A, C, T en G). [5] Ongeveer 34 miljoen nucleotidebasen van het menselijk genoom coderen voor de productie van eiwitten die essentieel zijn voor alle levende processen. [6] Deze 34 miljoen nucleotiden worden genen genoemd. Eiwitten zijn gemaakt van aminozuren. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een codon en elk codon is samengesteld uit 3 nucleotiden.

U kunt nucleotiden zien als alfabetten met een pool van 4 letters en codons als woorden met een lengte van 3 letters.

De volgorde van deze nucleotiden in genen bepaalt de kenmerken en functies van een levend organisme en zijn aard; zal het een bacterie zijn, een plant, een vlieg, een vis of een mens. De volgorde van deze codering in menselijke genen, evenals in andere organismen, is zo geavanceerd, nauwkeurig en goed georganiseerd dat het vergelijkbaar is met de volgorde van alfabetten in een gedicht van Shakespeare, een roman, een proefschrift, een computerprogramma of een encyclopedie van 2 miljoen woorden (of 2 delen).

Volgens macro-evolutie is deze precieze volgorde, codering, ontstaan ​​door willekeurige mutaties [7] en natuurlijke selectie.

Maximaal mogelijke mutaties tijdens de leeftijd van het universum

We zullen hier proberen te achterhalen hoeveel mutaties er maximaal kunnen optreden tijdens de leeftijd van het universum, gebaseerd op veronderstellingen die de evolutie bevorderen.

Het maximale aantal mutaties dat een menselijk genoom kan ondergaan tijdens zijn evolutie van een enkele cel naar een mens is 3 miljard mutaties per generatie, aangezien dat de grootste omvang is die het genoom van zoogdieren heeft bereikt. Dit is een extreme aanname ten gunste van evolutie. In werkelijkheid varieert de mutatiesnelheid tussen de 0,003 en 350 mutaties per genoom per generatie. [8]

De kortste generatietijd die tot nu toe is gerapporteerd, is de generatie van Pseudomonas natriegens, een zeebacterie met een generatietijd van 9,8 minuten. [9] Als we echter nogmaals tot het uiterste gaan ten gunste van evolutie, kunnen we aannemen dat we elke seconde een nieuwe generatie krijgen. Dus tijdens de leeftijd van het universum, [10], dat is ongeveer 15 miljard jaar [11], is het maximale aantal generaties dat kan worden bereikt:

Universumleeftijd in jaren × dagen per jaar × seconden per dag

15 miljard × 365 × 86400

wat gelijk is aan minder dan 1018 generaties (1 met 18 nullen erachter).

Het laatste stukje informatie dat nodig is om het maximale aantal mogelijke mutaties te berekenen, is de populatie van deze eencellige organismen. Daarvoor gaan we uit van een zeer groot aantal dat geen plaats meer laat; het aantal atomen in het waarneembare heelal is ongeveer 1082. [12]

Op basis van eerdere resultaten en royale aannames is dus het maximale aantal mutaties dat in het hele universum en tijdens zijn leeftijd kan voorkomen:

Mutaties per generatie × Generaties tijdens universumleeftijd × Bevolking

3 miljard × 1018 × 1082

wat gelijk is aan minder dan 10110 mutaties (1 met 110 nullen erachter).

Aantal willekeurige mutaties vereist voor de evolutie naar een mens

De genen van het menselijk genoom bestaan ​​uit ongeveer 34 miljoen nucleotiden. [13]

Het grootste genoom in eenvoudige eencellige organismen, prokaryoten, is ongeveer 13 miljoen nucleotiden. [14]

Er is dus een verschil van ten minste 21 miljoen nucleotiden tussen prokaryote organismen en mensen. En om een ​​enkele cel te laten evolueren tot een mens, moet het evolutieproces - waaronder mogelijk insertie - ten minste 21 miljoen nucleotiden muteren met de juiste nucleotidebase en in de juiste volgorde.

In genen wordt elk aminozuur - de bouwsteen van eiwitten die van vitaal belang zijn voor alle levende processen - gecodeerd door 3 nucleotiden, een codon genoemd. 21 miljoen nucleotiden betekent 7 miljoen codons.

Willekeurige mutaties hebben een van de drie effecten: neutraal, schadelijk (schadelijk) of gunstig. Alleen gunstige mutaties kunnen bijdragen aan het evolutieproces.

In levende organismen zijn er 20 verschillende aminozuren en een stopcode [15], dus het totaal is 21. [16] Elke mutatie zal leiden tot een van deze 20 aminozuren of de stopcode. [17]

Daarom heeft elke mutatie die in genen, het coderende gebied van het genoom, [18] valt een kans van ongeveer 1/21 om het aminozuur niet te veranderen (dwz coderend voor hetzelfde aminozuur) en dus een neutrale mutatie te zijn, en een kans van ongeveer 20/21 om het aminozuur te veranderen. [19] 70% van deze 20/21 mutaties zijn schadelijke (schadelijke) mutaties. [20] Desalniettemin zullen we omwille van de evolutie aannemen dat alle mutaties die aminozuren veranderen, gunstige mutaties zijn. Elke mutatie heeft dus een kans van ongeveer 20/21 om gunstig te zijn. [21]

Daarom is de kans dat 7 miljoen codons willekeurig muteren met gunstige mutaties:

Kans op mutatie omdat het gunstig is voor de macht van Aantal codons

20/21 tot de macht van 7 miljoen,

wat gelijk is aan 1 tot meer dan 10100.000 (1 met 100.000 nullen erachter). [22]

Had natuurlijke selectie de kans op mutaties in ons scenario kunnen vergroten? Nooit, want wat natuurlijke selectie in wezen doet, is het in stand houden van afstammingslijnen met gunstige of neutrale mutaties en het elimineren van afstammelingen met schadelijke mutaties. Natuurlijke selectie voorkomt niet dat gunstige mutaties opnieuw worden gemuteerd. Bovendien hebben we in ons scenario al aangenomen dat alle mutaties neutraal of gunstig zijn en hebben we schadelijke mutaties uitgesloten. In dit scenario kan natuurlijke selectie het dus niet beter doen.

Conclusie

Daarom hebben we meer dan 10100.000 (1 met 100.000 nullen erachter) willekeurige mutaties nodig zodat een eenvoudig eencellig organisme kan evolueren naar een mens, terwijl we er maar minder dan 10110 kunnen krijgen (1 met 110 nullen). daarna) mutaties tijdens de leeftijd van het universum, zelfs wanneer het hele universum een ​​stadium is voor dit evolutieproces.

Al deze berekeningen waren gebaseerd op menselijke genen - die minder dan 2% van het genoom uitmaken - zonder rekening te houden met het rommelgebied dat ongeveer 98% van het menselijk genoom verbruikt, dat geen rommel meer bleek te zijn. Het ENCODE Project Consortium was in staat om biochemische functies toe te wijzen aan 80% van het menselijk genoom en ontdekte dat ongeveer 20% ervan de genen reguleert. De resultaten van het vijfjarige ENCODE-project werden in 2012 gepubliceerd in de tijdschriften Nature, Science, Genome Biology en Genome Research. [23] De 442 onderzoekers van het ENCODE-consortium, gevestigd in 32 instituten over de hele wereld, gebruikten 300 jaar computertijd en vijf jaar in het laboratorium om tot hun resultaten te komen.

In de hoop dat deze studie nuttig was om enig licht te werpen op dit cruciale onderwerp.