A ciência realizou enormes avanços e conquistas na genética desde a virada do século 21. Os cientistas sequenciaram e mapearam os genomas inteiros de mais de 2.800 organismos / espécies, incluindo humanos, e a contagem continua. [1]

A teoria da macroevolução da evolução nos diz que os humanos, assim como outras formas multicelulares de vida, evoluíram de organismos unicelulares primitivos que se enquadram no reino dos procariontes ou até mais primitivos. [2] Os procariotos são organismos unicelulares que não possuem núcleo verdadeiro, pois seu genoma não está contido em uma membrana nem é distinto do resto da célula. Eles são as formas de vida mais antigas e primitivas encontradas na Terra. [3] Há alguma chance de essa evolução ter ocorrido de uma célula simples e única a um ser humano durante a idade do universo?

O genoma humano [4] contém aproximadamente 3 bilhões de pares de bases de nucleotídeos químicos (A, C, T e G). [5] Aproximadamente 34 milhões de bases de nucleotídeos do genoma humano codificam para a produção de proteínas que são vitais para todos os processos vivos. [6] Esses 34 milhões de nucleotídeos são chamados de genes. As proteínas são feitas de aminoácidos. Cada aminoácido é codificado por um códon, e cada códon é composto por 3 nucleotídeos.

Você pode pensar nos nucleotídeos como alfabetos de conjunto de 4 letras e códons como palavras com comprimento de 3 letras.

A sequência desses nucleotídeos dentro dos genes é o que define as características e funções de um organismo vivo e sua natureza; será uma bactéria, uma planta, uma mosca, um peixe ou um ser humano. A sequência dessa codificação em genes humanos, bem como em outros organismos, é tão sofisticada, precisa e bem organizada que é comparável à sequência de alfabetos de um poema de Shakespeare, um romance, uma tese, um programa de computador ou um enciclopédia de 2 milhões de palavras (ou 2 volumes).

De acordo com a macroevolução, esta seqüência precisa, a codificação, surgiu por mutações aleatórias [7] e seleção natural.

Máximo de mutações possíveis durante a idade do universo

Tentaremos descobrir aqui o número máximo de mutações que podem ocorrer durante a idade do universo com base em suposições que favorecem a evolução.

O número máximo de mutações que um genoma humano pode sofrer durante seu curso de evolução de uma única célula para um humano é de 3 bilhões de mutações por geração, já que esse é o maior tamanho que o genoma de mamíferos atingiu. Esta é uma suposição extrema a favor da evolução. Na realidade, a taxa de mutação varia aproximadamente entre 0,003 e 350 mutações por genoma por geração. [8]

O menor tempo de geração relatado até o momento é a geração de Pseudomonas natriegens, uma bactéria marinha com um tempo de geração de 9,8 minutos. [9] No entanto, indo mais uma vez ao máximo a favor da evolução, podemos supor que estamos obtendo uma nova geração a cada segundo. Assim, durante a idade do universo, [10] que é cerca de 15 bilhões de anos, [11] o número máximo de gerações que pode ser alcançado é:

Idade do universo em anos × Dias por ano × Segundos por dia

15 bilhões × 365 × 86400, o

que equivale a menos de 1018 gerações (1 com 18 zeros depois).

A última informação necessária para calcular o número máximo de mutações possíveis é a população desses organismos unicelulares. Para isso, assumiremos um número muito grande que não deixa lugar para mais; o número de átomos no universo observável que é cerca de 1082. [12]

Assim, com base em resultados anteriores e suposições generosas, o número máximo de mutações que podem ocorrer em todo o universo e durante sua idade é:

Mutações por geração × Gerações durante a idade do universo × População

3 bilhões × 1018 × 1082

que é igual a menos de 10110 mutações (1 com 110 zeros depois).

Número de mutações aleatórias necessárias para a evolução para um ser humano

Os genes do genoma humano consistem em aproximadamente 34 milhões de nucleotídeos. [13]

O maior genoma em organismos simples e unicelulares, procariotos, tem cerca de 13 milhões de nucleotídeos. [14]

Assim, há uma diferença de pelo menos 21 milhões de nucleotídeos entre organismos procariotos e humanos. E para uma única célula evoluir para um ser humano, o processo evolutivo precisa sofrer uma mutação - o que pode incluir a inserção - em pelo menos 21 milhões de nucleotídeos com a base de nucleotídeos correta e na sequência correta.

Nos genes, cada aminoácido - o bloco de construção das proteínas vitais para todos os processos vivos - é codificado por 3 nucleotídeos, que são chamados de códon. 21 milhões de nucleotídeos significam 7 milhões de códons.

Mutações aleatórias têm um de três efeitos: neutro, deletério (prejudicial) ou benéfico. Apenas mutações benéficas podem contribuir para o processo evolutivo.

Em organismos vivos, existem 20 aminoácidos diferentes e um código de parada, [15] portanto, o total é 21. [16] Qualquer mutação levará a um desses 20 aminoácidos ou ao código de parada. [17]

Portanto, cada mutação que cai dentro dos genes, a região codificadora do genoma, [18] tem uma chance de aproximadamente 1/21 de não alterar o aminoácido (ou seja, codificar para o mesmo aminoácido) e, portanto, ser uma mutação neutra, e um chance de aproximadamente 20/21 de alterar o aminoácido. [19] 70% dessas mutações 20/21 são mutações deletérias (prejudiciais). [20] No entanto, para o bem da evolução, assumiremos que todas as mutações que alteram os aminoácidos são mutações benéficas. Portanto, cada mutação tem uma chance de aproximadamente 20/21 de ser benéfica. [21]

Portanto, a probabilidade de 7 milhões de códons sofrer mutação aleatória com mutações benéficas é:

Chance de mutação por ser benéfico à potência de Número de códons

20/21 à potência de 7 milhões

que é igual a 1 a mais de 10100.000 (1 com 100.000 zeros depois). [22]

A seleção natural poderia ter aumentado as chances de mutações em nosso cenário? Nunca, pois o que a seleção natural basicamente faz é sustentar linhagens com mutações benéficas ou neutras e eliminar linhagens com mutações prejudiciais. A seleção natural não impede que mutações benéficas sofram mutação novamente. Além disso, em nosso cenário, já assumimos que todas as mutações são neutras ou benéficas e excluímos as mutações prejudiciais. Portanto, a seleção natural não pode fazer melhor neste cenário.

Conclusão

Portanto, precisamos de mais de 10100.000 (1 com 100.000 zeros depois) mutações aleatórias para que um organismo unicelular simples possa evoluir para um humano, enquanto só podemos obter menos de 10110 (1 com 110 zeros depois) mutações durante a idade do universo, mesmo quando o universo inteiro é um palco para esse processo evolutivo.

Todos esses cálculos foram baseados em genes humanos - que constituem menos de 2% do genoma - sem levar em consideração a região do lixo que consome aproximadamente 98% do genoma humano, que acabou não sendo mais lixo. O Consórcio do Projeto ENCODE conseguiu atribuir funções bioquímicas a 80% do genoma humano e descobriu que aproximadamente 20% dele regula os genes. Os resultados do projeto ENCODE de cinco anos foram publicados em 2012 nas revistas Nature, Science, Genome Biology e Genome Research. [23] Os 442 pesquisadores do consórcio ENCODE, localizados em 32 institutos ao redor do mundo, usaram 300 anos de tempo de computador e cinco anos de laboratório para obter seus resultados.

Esperando que este estudo tenha sido benéfico para lançar alguma luz sobre este tópico crucial.