Vitenskapen har oppnådd enorme fremskritt og prestasjoner innen genetikk siden begynnelsen av det 21. århundre. Forskere har sekvensert og kartlagt hele genomene til mer enn 2800 organismer / arter inkludert mennesker, og tellingen er på. [1]
Makroevolusjon av evolusjonsteori forteller oss at mennesker, så vel som andre flercellulære livsformer, har utviklet seg fra primitive encellede organismer som faller inn under riket av prokaryoter eller enda mer primitive. [2] Prokaryoter er encellede organismer som ikke har noen ekte kjerne, da deres genom ikke er inneholdt i en membran og heller ikke skiller seg fra resten av cellen. De er de tidligste og mest primitive livsformene som finnes på jorden. [3] Er det en sjanse for at denne utviklingen har funnet sted fra en enkel, enkeltcelle til et menneske i løpet av universets alder?
Det humane genomet [4] inneholder omtrent 3 milliarder kjemiske nukleotidbasepar (A, C, T og G). [5] Omtrent 34 millioner nukleotidbaser i det menneskelige genom koder for produksjon av proteiner som er viktige for alle levende prosesser. [6] Disse 34 millioner nukleotidene kalles gener. Proteiner er laget av aminosyrer. Hver aminosyre er kodet for av et kodon, og hvert kodon er sammensatt av 3 nukleotider.
Du kan tenke på nukleotider som alfabeter med 4 bokstaver, og kodoner som ord med 3 bokstavers lengde.
Sekvensen av disse nukleotidene i gener er det som definerer egenskapene og funksjonene til en levende organisme og dens natur; vil det være en bakterie, en plante, en flue, en fisk eller et menneske. Sekvensen av denne kodingen i menneskelige gener, så vel som andre organismer, er så sofistikert, presis og godt organisert at den kan sammenlignes med sekvensen av alfabeter i et Shakespeares dikt, en roman, en avhandling, et dataprogram eller en leksikon med 2 millioner ord (eller 2 bind).
I følge makroevolusjon har denne nøyaktige sekvensen, koding, blitt til ved tilfeldige mutasjoner [7] og naturlig seleksjon.
Maksimale mulige mutasjoner i løpet av universets alder
Vi vil prøve å finne ut her det maksimale antall mutasjoner som kan oppstå i løpet av universets alder basert på antagelser som favoriserer evolusjonen.
Det maksimale antallet mutasjoner et menneskelig genom kan gjennomgå i løpet av utviklingen, fra en enkelt celle til et menneske, er 3 milliarder mutasjoner per generasjon, siden det er den største størrelsen som genomet til pattedyr har nådd. Dette er en ekstrem antagelse til fordel for evolusjonen. I virkeligheten varierer mutasjonsraten omtrent mellom 0,003 og 350 mutasjoner per genom per generasjon. [8]
Den korteste generasjonstiden rapportert til dags dato er generasjonen av Pseudomonas natriegens, en marin bakterie med en generasjonstid på 9,8 minutter. [9] Likevel, ved å gå til det ytterste til fordel for evolusjonen, kan vi anta at vi får en ny generasjon hvert eneste sekund. I løpet av universets alder, [10] som er omtrent 15 milliarder år, [11], er det maksimale antall generasjoner som kan nås:
Universalder i år × Dager per år × Sekunder per dag
15 milliarder × 365 × 86400
som tilsvarer mindre enn 1018 generasjoner (1 med 18 nuller etter det).
Den siste informasjonen som trengs for å beregne maksimalt antall mulige mutasjoner, er bestanden av disse encellede organismer. For det vil vi anta et veldig stort antall som ikke etterlater noe sted for mer; antall atomer i det observerbare universet som er omtrent 1082. [12]
Basert på tidligere resultater og generøse antakelser er det maksimale antall mutasjoner som kan forekomme i hele universet og i løpet av dens alder:
Mutasjoner per generasjon × Generasjoner under universumalderen × Befolkning
3 milliarder × 1018 × 1082
som tilsvarer mindre enn 10110 mutasjoner (1 med 110 nuller etter det).
Antall tilfeldige mutasjoner som er nødvendige for evolusjonen til et menneske
Generene til humant genom består av omtrent 34 millioner nukleotider. [13]
Det største genomet i enkle encellede organismer, prokaryoter, er omtrent 13 millioner nukleotider. [14]
Dermed er det en forskjell på minst 21 millioner nukleotider mellom prokaryote organismer og mennesker. Og for at en enkelt celle skal utvikle seg til et menneske, trenger den evolusjonsprosessen å mutere - som kan inkludere innsetting - minst 21 millioner nukleotider med riktig nukleotidbase og i riktig sekvens.
I gener kodes hver aminosyre - byggesteinen til proteiner som er livsviktig for alle levende prosesser - av 3 nukleotider, som kalles et kodon. 21 millioner nukleotider betyr 7 millioner kodoner.
Tilfeldige mutasjoner har en av tre effekter: Nøytral, skadelig (skadelig) eller gunstig. Bare gunstige mutasjoner kan bidra til den evolusjonsprosessen.
I levende organismer er det 20 forskjellige aminosyrer og en stoppkode, [15] og dermed er summen 21. [16] Enhver mutasjon vil føre til en av disse 20 aminosyrene eller stoppkoden. [17]
Derfor har hver mutasjon som faller i gener, det kodende området til genomet, [18] en sjanse for omtrent 1/21 for ikke å endre aminosyren (dvs. som koder for den samme aminosyren) og dermed være en nøytral mutasjon, og en sjanse for omtrent 20/21 for å endre aminosyren. [19] 70% av disse 20/21 mutasjonene er skadelige (skadelige) mutasjoner. [20] Likevel, for evolusjonens skyld, vil vi anta at alle mutasjoner som endrer aminosyrer er gunstige mutasjoner. Dermed har hver mutasjon en sjanse for omtrent 20/21 til å være gunstig. [21]
Derfor er sannsynligheten for 7 millioner kodoner å mutere tilfeldig med gunstige mutasjoner:
Mulighet for mutasjon for å være fordelaktig for kraften til antall kodoner
20/21 til kraften på 7 millioner
som tilsvarer 1 til mer enn 10100.000 (1 med 100.000 nuller etter det). [22]
Kan naturlig utvalg ha forbedret sjansene for mutasjoner i scenariet vårt? Aldri, siden det naturlige utvalget i utgangspunktet gjør er å opprettholde avstamninger med gunstige eller nøytrale mutasjoner og eliminere avstamninger med skadelige mutasjoner. Naturlig seleksjon forhindrer ikke at gunstige mutasjoner blir mutert igjen. I vårt scenario har vi dessuten allerede antatt at alle mutasjoner er enten nøytrale eller gunstige, og har utelukket skadelige mutasjoner. Dermed kan ikke naturlig utvalg gjøre det bedre i dette scenariet.
Konklusjon
Derfor trenger vi mer enn 10100 000 (1 med 100 000 nuller etter det) tilfeldige mutasjoner for å oppstå, slik at en enkel encellede organismer kan utvikle seg til et menneske, mens vi bare kan få mindre enn 10110 (1 med 110 nuller etter det) mutasjoner i løpet av universets alder, selv når hele universet er et stadium for denne evolusjonsprosessen.
Alle disse beregningene var basert på humane gener - som utgjør mindre enn 2% av genomet - uten å ta hensyn til søppelområdet som forbruker omtrent 98% av det humane genomet, som viste seg å ikke være søppel lenger. ENCODE-prosjektkonsortiet var i stand til å tilordne biokjemiske funksjoner for 80% av det humane genomet og fant ut at omtrent 20% av det regulerer genene. Resultatene fra det femårige ENCODE-prosjektet ble publisert i 2012 i tidsskriftene Nature, Science, Genome Biology and Genome Research. [23] ENCODE-konsortiets 442 forskere, som ligger i 32 institutter rundt om i verden, brukte 300 års datatid og fem år på laboratoriet for å få resultatene.
Håper denne studien var gunstig for å belyse dette viktige temaet.
