Nauka dokonała ogromnego postępu i osiągnięć w dziedzinie genetyki od przełomu XIX i XX wieku. Naukowcy zsekwencjonowali i zmapowali całe genomy ponad 2800 organizmów / gatunków, w tym ludzi, i liczenie trwa. [1]

Makroewolucja teorii ewolucji mówi nam, że ludzie, podobnie jak inne wielokomórkowe formy życia, wyewoluowały z prymitywnych organizmów jednokomórkowych, które należą do królestwa prokariotów lub nawet bardziej prymitywnych. [2] Prokarionty to organizmy jednokomórkowe, które nie mają prawdziwego jądra, ponieważ ich genom nie jest zawarty w błonie ani odrębny od reszty komórki. Są to najwcześniejsze i najbardziej prymitywne formy życia na ziemi. [3] Czy jest szansa, aby ta ewolucja miała miejsce od prostej, pojedynczej komórki do człowieka w erze wszechświata?

Ludzki genom [4] zawiera około 3 miliardy chemicznych par zasad nukleotydów (A, C, T i G). [5] Około 34 milionów zasad nukleotydowych ludzkiego genomu koduje do produkcji białek, które są niezbędne dla wszystkich procesów życiowych. [6] Te 34 miliony nukleotydów to geny. Białka są zbudowane z aminokwasów. Każdy aminokwas jest kodowany przez kodon, a każdy kodon składa się z 3 nukleotydów.

Możesz myśleć o nukleotydach jako o alfabetach składających się z 4 liter, a kodony jako o słowach o długości 3 liter.

Sekwencja tych nukleotydów w genach określa cechy i funkcje żywego organizmu oraz jego naturę; Czy będzie to bakteria, roślina, mucha, ryba czy człowiek. Sekwencja tego kodowania w genach człowieka, a także w innych organizmach, jest tak wyrafinowana, precyzyjna i dobrze zorganizowana, że ​​można ją porównać z sekwencją alfabetów w poemacie Szekspira, powieści, tezie, programie komputerowym lub encyklopedia z 2 milionami słów (lub 2 tomami).

Zgodnie z makroewolucją ta precyzyjna sekwencja kodująca powstała w wyniku losowych mutacji [7] i doboru naturalnego.

Maksymalne możliwe mutacje w epoce wszechświata

Postaramy się tutaj ustalić maksymalną liczbę mutacji, które mogą wystąpić w epoce wszechświata w oparciu o założenia sprzyjające ewolucji.

Maksymalna liczba mutacji, którym ludzki genom może ulec podczas ewolucji od pojedynczej komórki do człowieka, to 3 miliardy mutacji na pokolenie, ponieważ jest to największy rozmiar, jaki osiągnął genom ssaków. Jest to skrajne założenie na korzyść ewolucji. W rzeczywistości wskaźnik mutacji waha się w przybliżeniu od 0,003 do 350 mutacji na genom na pokolenie. [8]

Najkrótszy odnotowany do tej pory czas pokolenia to pokolenie Pseudomonas natriegens, bakterii morskiej z czasem generowania 9,8 minuty. [9] Niemniej jednak, ponownie idąc maksymalnie na korzyść ewolucji, możemy założyć, że co sekundę otrzymujemy nowe pokolenie. Zatem w epoce wszechświata [10], która wynosi około 15 miliardów lat [11], maksymalna liczba pokoleń, które można osiągnąć, wynosi:

Wiek Wszechświata w latach × Dni w roku × Sekund dziennie

15 miliardów × 365 × 86400,

co daje mniej niż 1018 pokoleń (1 z 18 zerami po nim).

Ostatnią informacją potrzebną do obliczenia maksymalnej liczby możliwych mutacji jest populacja tych organizmów jednokomórkowych. W tym celu przyjmiemy bardzo dużą liczbę, która nie pozostawia miejsca na więcej; liczba atomów w obserwowalnym wszechświecie, która wynosi około 1082. [12]

Tak więc, opierając się na poprzednich wynikach i hojnych założeniach, maksymalna liczba mutacji, które mogą wystąpić w całym wszechświecie iw jego wieku to:

Mutacje na pokolenie x Pokolenia w epoce wszechświata x Populacja

3 miliardy x 1018 x 1082,

co odpowiada mniej niż 10110 mutacji (1 ze 110 zerami po nim).

Liczba losowych mutacji wymaganych do ewolucji w człowieka

Geny ludzkiego genomu składają się z około 34 milionów nukleotydów. [13]

Największy genom w prostych organizmach jednokomórkowych, prokariotach, ma około 13 milionów nukleotydów. [14]

Zatem istnieje różnica co najmniej 21 milionów nukleotydów między organizmami prokariotycznymi a ludźmi. Aby pojedyncza komórka ewoluowała w człowieka, proces ewolucyjny musi zmutować - co może obejmować insercję - co najmniej 21 milionów nukleotydów z prawidłową zasadą nukleotydową i we właściwej kolejności.

W genach każdy aminokwas - budulec białek, który jest niezbędny dla wszystkich procesów życiowych - jest kodowany przez 3 nukleotydy, które nazywamy kodonem. 21 milionów nukleotydów oznacza 7 milionów kodonów.

Losowe mutacje mają jeden z trzech skutków: neutralny, szkodliwy (szkodliwy) lub korzystny. Tylko korzystne mutacje mogą przyczynić się do procesu ewolucyjnego.

W organizmach żywych istnieje 20 różnych aminokwasów i kod stop [15], więc w sumie jest to 21. [16] Każda mutacja prowadzi do jednego z tych 20 aminokwasów lub kodu stop. [17]

Dlatego każda mutacja znajdująca się w genach, regionie kodującym genomu [18], ma szansę w przybliżeniu 1/21 nie zmieniać aminokwasu (tj. Kodując ten sam aminokwas), a zatem jest mutacją obojętną, a szansa około 20/21 zmiany aminokwasu. [19] 70% z tych 20/21 mutacji to mutacje szkodliwe (szkodliwe). [20] Niemniej jednak, ze względu na ewolucję, przyjmiemy, że wszystkie mutacje, które zmieniają aminokwasy, są mutacjami korzystnymi. Zatem każda mutacja ma szansę na około 20/21 przyniesienia korzyści. [21]

Dlatego prawdopodobieństwo losowej mutacji 7 milionów kodonów z korzystnymi mutacjami wynosi:

Szansa na mutację korzystną dla potęgi Liczba kodonów

20/21 do potęgi 7 milionów,

co równa się 1 do ponad 10100 000 (1 ze 100 000 zer po nim). [22]

Czy dobór naturalny mógł zwiększyć szanse mutacji w naszym scenariuszu? Nigdy, ponieważ dobór naturalny zasadniczo polega na utrzymywaniu linii rodowych z korzystnymi lub neutralnymi mutacjami i eliminowaniu linii ze szkodliwymi mutacjami. Dobór naturalny nie zapobiega ponownej mutacji korzystnych mutacji. Ponadto w naszym scenariuszu założyliśmy już, że wszystkie mutacje są neutralne lub korzystne, i wykluczyliśmy mutacje szkodliwe. Zatem dobór naturalny nie może działać lepiej w tym scenariuszu.

Wniosek

Dlatego potrzebujemy więcej niż 10100 000 (1 ze 100 000 zer), aby wystąpiły losowe mutacje, aby prosty, jednokomórkowy organizm mógł wyewoluować w człowieka, podczas gdy możemy uzyskać tylko mniej niż 10110 (1 ze 110 zerami po nim) mutacje w epoce wszechświata, nawet gdy cały wszechświat jest etapem tego procesu ewolucyjnego.

Wszystkie te obliczenia oparto na genach człowieka - które stanowią mniej niż 2% genomu - bez uwzględnienia regionu śmieci, który pochłania około 98% ludzkiego genomu, który okazał się już nie być śmieciami. Konsorcjum projektu ENCODE było w stanie przypisać funkcje biochemiczne do 80% ludzkiego genomu i odkryło, że około 20% z nich reguluje geny. Wyniki pięcioletniego projektu ENCODE zostały opublikowane w 2012 roku w czasopismach Nature, Science, Genome Biology and Genome Research. [23] 442 naukowców z konsorcjum ENCODE, zlokalizowanych w 32 instytutach na całym świecie, wykorzystało 300 lat czasu pracy na komputerze i pięć lat w laboratorium, aby uzyskać wyniki.

Mam nadzieję, że to badanie pozwoliło rzucić trochę światła na ten kluczowy temat.