Știința a realizat progrese enorme și realizări în genetică de la începutul secolului XXI. Oamenii de știință au secvențiat și cartografiat întregul genom al mai mult de 2800 de organisme / specii, inclusiv umane, iar numărul este continuat. [1]

Macroevoluția teoriei evoluției ne spune că oamenii, precum și alte forme de viață multicelulare, au evoluat din organisme unicelulare primitive care se încadrează în regatul procariotelor sau chiar mai primitive. [2] Procariotele sunt organisme unicelulare care nu au nucleu adevărat, deoarece genomul lor nu este conținut într-o membrană și nici distinct de restul celulei. Ele sunt cele mai timpurii și primitive forme de viață găsite pe pământ. [3] Există o șansă ca această evoluție să fi avut loc de la o simplă celulă la o ființă umană în timpul epocii universului?

Genomul uman [4] conține aproximativ 3 miliarde de perechi de baze nucleotide chimice (A, C, T și G). [5] Aproximativ 34 de milioane de baze nucleotide ale genomului uman codifică pentru producerea de proteine ​​care sunt vitale pentru toate procesele vii. [6] Aceste 34 de milioane de nucleotide sunt numite gene. Proteinele sunt formate din aminoacizi. Fiecare aminoacid este codificat de către un codon și fiecare codon este compus din 3 nucleotide.

Vă puteți gândi la nucleotide ca la alfabetele cu 4 litere, și la codone ca pe cuvinte cu lungimea de 3 litere.

Secvența acestor nucleotide în cadrul genelor este ceea ce definește caracteristicile și funcțiile unui organism viu și natura lui; va fi o bacterie, o plantă, o muscă, un pește sau un om. Secvența acestei codări în genele umane, precum și în alte organisme, este atât de sofisticată, precisă și bine organizată încât este comparabilă cu secvența alfabetelor dintr-un poem al lui Shakespeare, un roman, o teză, un program de calculator sau un enciclopedie de 2 milioane de cuvinte (sau 2 volume).

Conform macroevoluției, această secvență precisă, de codificare, a luat naștere prin mutații aleatorii [7] și selecție naturală.

Mutații maxime posibile în timpul epocii Universului

Vom încerca să aflăm aici numărul maxim de mutații care pot apărea în timpul vârstei universului pe baza unor presupuneri care favorizează evoluția.

Numărul maxim de mutații pe care le poate suferi un genom uman în timpul evoluției sale de la o singură celulă la un om este de 3 miliarde de mutații pe generație, deoarece aceasta este cea mai mare dimensiune la care a ajuns genomul mamiferelor. Aceasta este o presupunere extremă în favoarea evoluției. În realitate, rata mutațiilor variază aproximativ între 0,003 și 350 mutații pe genom pe generație. [8]

Cel mai scurt timp de generare raportat până în prezent este generarea de Pseudomonas natriegens, o bacterie marină cu un timp de generare de 9,8 minute. [9] Cu toate acestea, mergând din nou la maxim în favoarea evoluției, putem presupune că obținem o generație nouă în fiecare secundă. Astfel, în perioada de vârstă a universului, [10] care este de aproximativ 15 miliarde de ani, [11] numărul maxim de generații la care se poate ajunge este:

Vârsta universului în ani × Zile pe an × Secunde pe zi

15 miliarde × 365 × 86400,

ceea ce este egal cu mai puțin de 1018 generații (1 cu 18 zerouri după acesta).

Ultima informație necesară pentru a calcula numărul maxim de mutații este populația acestor organisme unicelulare. Pentru aceasta vom presupune un număr foarte mare care nu lasă loc pentru mai mult; numărul de atomi din universul observabil, care este aproximativ 1082. [12]

Astfel, pe baza rezultatelor anterioare și a presupunerilor generoase, numărul maxim de mutații care pot apărea în întregul univers și în timpul vârstei sale este:

Mutații pe generație × Generații în timpul vârstei universului × Populație

3 miliarde × 1018 × 1082,

ceea ce este egal cu mai puțin de 10110 mutații (1 cu 110 zerouri după acesta).

Numărul de mutații aleatorii necesare pentru evoluția la un om

Genele genomului uman constau în aproximativ 34 de milioane de nucleotide. [13]

Cel mai mare genom din organisme unicelulare simple, procariote, este de aproximativ 13 milioane de nucleotide. [14]

Astfel, există o diferență de cel puțin 21 de milioane de nucleotide între organismele procariote și oameni. Și pentru ca o singură celulă să evolueze la un om, procesul evolutiv trebuie să mute - care poate include inserția - cel puțin 21 de milioane de nucleotide cu baza nucleotidă corectă și în secvența corectă.

În gene, fiecare aminoacid - blocul de construcție de proteine ​​care sunt vitale pentru toate procesele vii - este codificat de 3 nucleotide, care se numește codon. 21 de milioane de nucleotide înseamnă 7 milioane de codoni.

Mutațiile aleatorii au unul dintre cele trei efecte: Neutral, Deleterious (dăunător) sau benefic. Doar mutațiile benefice pot contribui la procesul evolutiv.

În organismele vii, există 20 de aminoacizi diferiți și un cod de oprire, [15] astfel, totalul este 21. [16] Orice mutație va duce la unul dintre acești 20 de aminoacizi sau la codul oprit [17].

Prin urmare, fiecare mutație care se încadrează în gene, regiunea codificatoare a genomului, [18] are șansa de aproximativ 1/21 de a nu modifica aminoacidul (adică codificarea pentru același aminoacid) și de a fi astfel o mutație neutră și sansa de aproximativ 20/21 de a modifica aminoacidul. [19] 70% din aceste mutații 20/21 sunt mutații dăunătoare (dăunătoare) [20]. Cu toate acestea, de dragul evoluției, vom presupune că toate mutațiile care modifică aminoacizii sunt mutații benefice. Astfel, fiecare mutație are șansa de aproximativ 20/21 să fie benefică. [21]

Prin urmare, probabilitatea ca 7 milioane de codoni să mute aleatoriu cu mutații benefice este:

Șansa mutației de a fi benefic pentru puterea numărului de codoni

20/21 la puterea de 7 milioane,

ceea ce echivalează cu 1 la mai mult de 10100.000 (1 cu 100.000 de zerouri după aceasta). [22]

Selecția naturală ar putea îmbunătăți șansele de mutații în scenariul nostru? Niciodată, întrucât selecția naturală face practic este de a susține linii cu mutații benefice sau neutre și de a elimina liniile cu mutații dăunătoare. Selecția naturală nu împiedică mutarea benefică din nou. Mai mult, în scenariul nostru, am presupus deja că toate mutațiile sunt fie neutre, fie benefice și au exclus exclusiv mutațiile dăunătoare. Astfel, selecția naturală nu poate merge mai bine în acest scenariu.

Concluzie

Prin urmare, avem nevoie de mai mult de 10100.000 (1 cu 100.000 zerouri după el) mutații aleatorii pentru a se produce un organism simplu, unicelular, să evolueze la un om, în timp ce putem obține doar mai puțin de 10110 (1 cu 110 zerouri după el) mutații în timpul epocii universului, chiar și atunci când întregul univers este o etapă pentru acest proces evolutiv.

Toate aceste calcule s-au bazat pe genele umane - care constituie mai puțin de 2% din genom - fără a lua în considerare regiunea de gunoi care consumă aproximativ 98% din genomul uman, ceea ce s-a dovedit a nu mai fi junk. Consorțiul de proiect ENCODE a fost capabil să atribuie funcții biochimice pentru 80% din genomul uman și a constatat că aproximativ 20% din acesta reglementează genele. Rezultatele proiectului ENCODE de cinci ani au fost publicate în 2012 în revistele Nature, Science, Genome Biology și Genome Research. [23] 442 de cercetători ai consorțiului ENCODE, aflați în 32 de institutii din întreaga lume, au folosit 300 de ani de calculator și cinci ani în laborator pentru a obține rezultatele lor.

Speranța că acest studiu ar fi benefic în aruncarea unor informații despre acest subiect crucial.