Natapos ng agham ang napakalaking pag-unlad at mga nakamit sa genetika mula pa sa pagliko ng 21stcentury. Ang mga siyentipiko ay may sunud-sunod at na-mapa sa buong genom na higit sa 2800 na organismo / species kabilang ang tao, at ang bilang ay nakasalalay. [1]

Ang Macroebolusyon ng teorya ng ebolusyon ay nagsasabi sa amin na ang mga tao, pati na rin ang iba pang mga multicellular form ng buhay, ay lumaki mula sa primitive na single-celled na mga organismo na nahuhulog sa ilalim ng kaharian ng prokaryotes o kahit na mas primitive. [2] Ang mga prokaryote ay mga organismo na single-celled na walang tunay na nucleus dahil ang kanilang genome ay hindi nakapaloob sa isang lamad o naiiba mula sa natitirang bahagi ng cell. Ang mga ito ang pinakaunang at pinaka primitive na mga anyo ng buhay na matatagpuan sa mundo. May posibilidad ba na maganap ang evolution na ito mula sa isang simple, solong cell sa isang tao sa panahon ng edad?

Ang genome ng tao [4] ay naglalaman ng humigit-kumulang na 3 bilyong mga pares ng base ng nucleotide base (A, C, T, at G). [5] Humigit-kumulang 34 milyong mga base ng nucleotide ng encod ng genome ng tao para sa paggawa ng mga protina na mahalaga sa lahat ng mga proseso ng pamumuhay. [6] Ang 34 milyong mga nucleotide na ito ay tinatawag na mga gen. Ang mga protina ay gawa sa mga amino acid. Ang bawat amino acid ay naka-encode para sa pamamagitan ng isang codon, at ang bawat codon ay binubuo ng 3 nucleotides.

Maaari mong isipin ang mga nucleotides bilang mga titik ng 4 na titik ng pool, at ang mga codon bilang mga salita ng 3 letra ang haba.

Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa loob ng mga gene ay kung ano ang tumutukoy sa mga katangian at pag-andar ng isang buhay na organismo at kalikasan nito; ito ba ay isang bakterya, isang halaman, isang langaw, isang isda, o isang tao. Ang pagkakasunud-sunod ng coding na ito sa mga gene ng tao, pati na rin ang iba pang mga organismo, ay napaka sopistikado, tumpak, at maayos na naayos na ito ay maihahambing sa pagkakasunud-sunod ng mga titik sa tula ng isang Shakespeare, isang nobela, isang tesis, isang programa sa computer, o isang encyclopedia ng 2 milyong mga salita (o 2 volume).

Ayon sa macroevolution, ang tumpak na pagkakasunud-sunod na ito, coding, ay naganap sa pamamagitan ng mga random na mutasyon [7] at natural na pagpili.

Pinakamataas na Posibleng Mga Mutasyon Sa Panahon ng Uniberso

Susubukan nating malaman dito ang pinakamataas na bilang ng mga mutasyon na maaaring mangyari sa panahon ng uniberso batay sa mga pagpapalagay na pabor sa ebolusyon.

Ang pinakamataas na bilang ng mga mutasyon na maaaring dumaan sa genome ng isang tao sa panahon ng paglaki nito mula sa isang solong cell hanggang sa isang tao ay 3 bilyong mutasyon bawat henerasyon dahil iyon ang pinakamalaking sukat na naabot ng genome ng mga mammal. Ito ay isang matinding pagpapalagay na pabor sa ebolusyon. Sa katotohanan, ang rate ng mutation ay humigit-kumulang sa pagitan ng 0.003 at 350 mutations bawat genome bawat henerasyon. [8]

Ang pinakamaikling pinakabagong panahon ng henerasyon na naiulat hanggang sa kasalukuyan ay ang henerasyon ng Pseudomonas natriegens, isang marine bacterium na may oras ng henerasyon na 9.8 minuto. [9] Gayunpaman, ang pagpunta muli sa sukdulang pabor sa ebolusyon, maaari nating isipin na nakakakuha tayo ng bagong henerasyon bawat segundo. Kaya, sa panahon ng uniberso, [10] na halos 15 bilyong taon, [11] ang maximum na bilang ng mga henerasyon na maabot ay:

Edad ng edad sa mga taon × Mga Araw bawat taon × Mga Segundo bawat araw

15 bilyon × 365 × 86400

na katumbas ng 1018 henerasyon (1 na may 18 na mga zero pagkatapos nito).

Ang huling piraso ng impormasyon na kinakailangan upang makalkula ang maximum na bilang ng mga posibleng mutations ay ang populasyon ng mga organismong single-celled na ito. Para sa mga ito ay ipapalagay namin ang isang napakalaking bilang na nag-iiwan ng walang lugar para sa higit pa; ang bilang ng mga atomo sa napapansin na uniberso na mga 1082. [12]

Kaya, batay sa mga nakaraang resulta at mapagbigay na pagpapalagay, ang maximum na bilang ng mga mutasyon na maaaring mangyari sa buong uniberso at sa panahon ng edad nito ay:

Mga mutasyon bawat henerasyon × Mga Katangian sa panahon ng unibersidad × Populasyon

3 bilyon × 1018 × 1082

na katumbas ng mas mababa sa 10110 mutations (1 na may 110 na mga zero pagkatapos nito).

Bilang ng Random Mutations na Kinakailangan para sa Ebolusyon sa isang Tao

Ang mga gene ng genome ng tao ay binubuo ng humigit-kumulang 34 milyong mga nucleotides. [13]

Ang pinakamalaking genome sa simple, single-celled na mga organismo, prokaryotes, ay halos 13 milyong mga nucleotides. [14]

Kaya, may pagkakaiba-iba ng hindi bababa sa 21 milyong mga nucleotide sa pagitan ng mga prokaryote na organismo at mga tao. At para sa isang solong cell na umusbong sa isang tao, ang proseso ng ebolusyon ay kailangang i-mutate - kung saan ay maaaring magsama ng pagpasok - hindi bababa sa 21 milyong mga nucleotide na may wastong base ng nucleotide at sa tamang pagkakasunud-sunod.

Sa mga gene, ang bawat amino acid - ang block ng gusali ng mga protina na mahalaga sa lahat ng mga proseso ng pamumuhay - ay binubuo ng 3 mga nucleotide, na tinatawag na isang codon. Ang 21 milyong mga nucleotide ay nangangahulugang 7 milyong mga codon.

Ang mga random na mutation ay may isa sa tatlong mga epekto: Neutral, Deleterious (nakapipinsala), o kapaki-pakinabang. Ang mga kapaki-pakinabang na mutasyon lamang ang maaaring mag-ambag sa proseso ng ebolusyon.

Sa mga buhay na organismo, mayroong 20 iba't ibang mga amino acid at isang stop code, [15] sa gayon, ang kabuuan ay 21. [16] Anumang pagbago ay hahantong sa isa sa mga 20 amino acid o ang stop code. [17]

Samakatuwid, ang bawat mutation na bumabagsak sa loob ng mga gene, ang rehiyon ng coding ng genome, [18] ay may isang pagkakataon na humigit-kumulang 1/21 ng hindi pagpapalit ng amino acid (ie coding para sa parehong amino acid) at sa gayon ay isang neutral na mutation, at isang posibilidad ng humigit-kumulang na 20/21 ng pagbabago ng amino acid. [19] 70% ng mga ito sa 20/21 mutations ay hindi kanais-nais (nakakapinsala) na mga mutasyon. [20] Gayunpaman, alang-alang sa ebolusyon, ipapalagay natin na ang lahat ng mga mutasyon na nagbabago ng mga amino acid ay kapaki-pakinabang na mutasyon. Kaya, ang bawat mutation ay may isang pagkakataon na humigit-kumulang 20/21 na maging kapaki-pakinabang. [21]

Samakatuwid, ang posibilidad para sa 7 milyong mga codon na mutate nang random na may kapaki-pakinabang na mutasyon ay:

Pagkakataon ng mutation para sa pagiging kapaki-pakinabang sa kapangyarihan ng Bilang ng mga codon

20/21 sa kapangyarihan ng 7 milyon

na katumbas ng 1 hanggang sa higit sa 10100,000 (1 na may 100,000 zeros pagkatapos nito). [22]

Maaari bang pinahusay ng natural na pagpili ang mga pagkakataong mutations sa ating senaryo? Huwag kailanman, dahil kung ano ang likas na pagpili ng talaga ay upang mapanatili ang mga linya na may kapaki-pakinabang o neutral na mga mutasyon at alisin ang mga linya ng mga mapanganib na mutasyon. Hindi pinipigilan ng natural na pagpili ang mga kapaki-pakinabang na mutasyon mula sa muling pag-mutate. Bukod dito, sa aming sitwasyon, ipinagpalagay na ang lahat ng mga mutasyon ay neutral o kapaki-pakinabang, at pinasiyahan ang mga nakakapinsalang mutasyon. Kaya, ang natural na pagpipilian ay hindi maaaring magawa ng mas mahusay sa sitwasyong ito.

Konklusyon

Samakatuwid, kailangan namin ng higit sa 10100,000 (1 na may 100,000 zeros pagkatapos nito) ang mga random na mutation na mangyari upang ang isang simple, solong-celled na mga organismo ay maaaring umusbong sa isang tao, habang maaari lamang tayong makakuha ng mas mababa sa 10110 (1 na may 110 na zero pagkatapos nito) mutations sa panahon ng edad ng sansinukob, kahit na ang buong uniberso ay isang yugto para sa prosesong ito ng ebolusyon.

Ang lahat ng mga kalkulasyon na ito ay batay sa mga gene ng tao - na ito ay bumubuo ng mas mababa sa 2% ng genome - nang hindi isinasaalang-alang ang junk rehiyon na gumugol ng halos 98% ng genome ng tao, na hindi na maging basura pa. Ang ENCODE Project Consortium ay nagawang magtalaga ng mga pag-andar ng biochemical para sa 80% ng genome ng tao at natagpuan na humigit-kumulang 20% ​​nito ang nagreregula sa mga gene. Ang mga resulta ng limang taon na proyektong ENCODE ay nai-publish noong 2012 sa mga journal na Nature, Science, Genome Biology at Genome Research. [23] Ang 442 mananaliksik ng ENCODE consortium, na matatagpuan sa 32 instituto sa buong mundo, ay gumagamit ng 300 taon ng oras ng computer at limang taon sa lab upang makuha ang kanilang mga resulta.

Ang pag-asang sa pag-aaral na ito ay kapaki-pakinabang sa pag-iwas ng kaunting kaalaman sa napakahalagang paksa na ito.