Здесь мы постараемся выявить максимальное число трансформаций, которое может произойти в течение жизни Вселенной на основе предположений в пользу эволюции.
Максимальное число трансформаций человеческого генома, которое может пройти в течение эволюции от одной клетки к человеку, составляет 3 миллиарда трансформаций на одно поколение, поскольку это максимальный размер генома млекопитающих. Это предельное предположение в пользу эволюции. В действительности показатель трансформации варьируется приблизительно между 0.003 и 350 трансформаций на один геном за поколение.[8]
Наиболее короткая продолжительность поколения, зафиксированная на данный момент, это поколение Pseudomonas natriegens, морская бактерия с продолжительностью генерации в 9.8 минут.[9]
Тем не менее, возвращаясь к пределу эволюции, мы можем предположить, что каждую секунду зарождается новое поколение. Таким образом, в течение жизни Вселенной, которая составляет примерно 15 миллиардов лет[10], максимальное число поколений, которые могут зародиться, равняется:
Возраст Вселенной в годах × Число дней в году × Число секунд в день
15 миллиардов × 365 × 86400
что равняется примерно 1018 поколений (единица с 18 нулями).
Последний блок информации, необходимой для расчета максимального числа возможных трансформаций – популяция этих одноклеточных организмов. Для этого мы возьмем в расчет самое большое число, которое не оставит места другим, - число атомов в наблюдаемой Вселенной, которое равняется примерно 1082.[11]
Таким образом, на основе предыдущих результатов и щедрых предположений, максимальное число трансформаций, которые могут возникнуть во всей Вселенной в течение ее жизни, равняется:
Число трансформаций на одно поколение × Число поколений в течение жизни Вселенной × Популяция
3 миллиарда × 1018 × 1082
что чуть менее чем 10110 трансформаций (единица с 110 нулями).
Число случайных трансформаций, требуемое для эволюции в человека
Гены человеческого генома состоят из приблизительно 34 миллионов нуклеотидов.[12]
Крупнейший геном простых одноклеточных организмов, прокариотов, содержит около 13 миллионов нуклеотидов.[13]
Таким образом, между прокариотами и людьми есть разница в минимум 21 миллион нуклеотидов. Для клетки, чтобы эволюционировать в человека, в рамках эволюционного процесса должны трансформироваться (процесс может содержать включение) минимум 21 миллион нуклеотидов с корректной нуклеотидной базой и в правильной последовательности.
В генах каждая аминокислота (а это строительный материал для протеинов, который чрезвычайно важен для всех жизненных процессов) закодирован тремя нуклеотидами, что называется кодоном. 21 миллион нуклеотидов означает 7 миллионов кодонов.
Случайные трансформации имеют один из трех эффектов: нейтральный, вредный (пагубный) или положительный. Только положительные трансформации могут способствовать процессу эволюции.
В живых организмах существует 20 различных аминокислот и код остановки[14], то есть, в сумме 21[15]. Любое видоизменение приведет либо к стоп коду, либо к одной из 20 аминокислот. [16]
Таким образом, каждое видоизменение, происходящее внутри гена, кодирующей области генома[17] с вероятностью 1/21 может не изменить аминокислоту (то есть, кодировка с идентичной аминокислотой) и таким образом это будет нейтральной трансформацией, также есть шанс 20/21, что трансформация изменит аминокислоту.[18] 70% этих трансформаций с вероятностью 20/21 производят пагубный эффект.[19] Однако, из соображений эволюции мы предположим, что все трансформации, изменяющие аминокислоты, производят положительный эффект. Таким образом, каждая трансформация с вероятностью 20/21 может быть благоприятной.[20]
Следовательно, вероятность того, что 7 миллионов кодонов трансформируются случайным образом, равна:
Вероятность благоприятной трансформации к числу кодонов
20/21 на 7 миллионов,
что равно 1 к 10100,000 (единица с 100 000 нулей).[21]
Мог ли естественный отбор повысить шансы трансформаций в нашем случае? Никогда, так как то, что в основном происходит ввиду естественного отбора – это поддержание клеточных линий с благоприятными или нейтральными трансформациями и снижение числа линий с пагубными трансформациями. Естественный отбор не может сделать так, чтобы положительные видоизменения не произошли снова. Более того, в нашем сценарии мы предположили, что все трансформации либо нейтральны, либо благоприятны, и мы исключили пагубные трансформации. Таким образом, естественный отбор при нашем сценарии не может улучшить ситуацию.
Заключение
Таким образом, нам необходимо, чтобы возникло более чем 10100,000 (единица с 100 000 нулей) случайных трансформаций, чтобы простые одноклеточные организмы могли эволюционировать в человека, в то время как в течение жизни Вселенной мы можем получить только меньше, чем 10110 (единица с 110 нулями) трансформаций, даже когда Вселенная является стадией эволюционного процесса.
Все эти вычисления были основаны на человеческих генах, которые составляют меньше 2% генома – без учета «мусорных регионов», потребляющих приблизительно 98% человеческого генома, которые в конце концов оказались не «мусорными». Проектный консорциум «ENCODE» смог присвоить биохимические функции 80 процентам человеческого генома и обнаружил, что почти 20 процентов генома регулируют гены. Результаты пятилетнего проекта ENCODE были опубликованы в журналах «Природа», «Наука», «Биология генома» и «Исследования генома».[22] 442 исследователя, входящие в состав консорциума ENCODE, находящиеся в 32 учреждениях по всему миру, потратили 300 лет компьютерного времени и пять лет в лаборатории, чтобы получить эти результаты.
Мы надеемся, что это исследование смогло пролить свет на эту актуальную тему.
[Ваши комментарии, критику и замечания к этой статье можете направить её автору по этому адресу: comments@i-g.org].
