Vetenskapen har uppnått enorma framsteg och framsteg inom genetik sedan början av 2000-talet. Forskare har sekvenserat och kartlagt hela genomen på mer än 2800 organismer / arter inklusive människor, och räkningen är på. [1]

Makroutveckling av evolutionsteorin berättar att människor, såväl som andra flercelliga former av liv, har utvecklats från primitiva encelliga organismer som faller under riket av prokaryoter eller ännu mer primitiva. [2] Prokaryoter är encelliga organismer som inte har någon riktig kärna eftersom deras genom inte finns i ett membran eller inte skiljer sig från resten av cellen. Det är de tidigaste och mest primitiva livsformerna som finns på jorden. [3] Finns det en chans för att denna utveckling har skett från en enkel cell till en människa under universumets ålder?

Det mänskliga genomet [4] innehåller cirka 3 miljarder kemiska nukleotidbaspar (A, C, T och G). [5] Cirka 34 miljoner nukleotidbaser i det mänskliga genomet kodar för produktion av proteiner som är avgörande för alla levande processer. [6] Dessa 34 miljoner nukleotider kallas gener. Proteiner är tillverkade av aminosyror. Varje aminosyra kodas för av ett kodon, och varje kodon består av 3 nukleotider.

Du kan tänka på nukleotider som alfabet med 4 bokstavspool och kodoner som ord med 3 bokstavslängd.

Sekvensen för dessa nukleotider inom gener är det som definierar egenskaperna och funktionerna hos en levande organisme och dess natur; kommer det att vara en bakterie, en växt, en fluga, en fisk eller en människa. Sekvensen för denna kodning i mänskliga gener, liksom andra organismer, är så sofistikerad, exakt och välorganiserad att den är jämförbar med sekvensen av alfabet i en Shakespeares dikt, en roman, en avhandling, ett datorprogram eller en uppslagsverk av 2 miljoner ord (eller 2 volymer).

Enligt makroutveckling har denna exakta sekvens, kodning, blivit till följd av slumpmässiga mutationer [7] och naturligt urval.

Maximala möjliga mutationer under universumets ålder

Vi försöker här ta reda på det maximala antalet mutationer som kan uppstå under universumets ålder baserat på antaganden som gynnar evolutionen.

Det maximala antalet mutationer som ett mänskligt genom kan genomgå under dess utvecklingsförlopp från en enda cell till en människa är 3 miljarder mutationer per generation, eftersom det är den största storleken som däggdjursgenomet har nått. Detta är ett extremt antagande till förmån för evolutionen. I verkligheten varierar mutationsgraden ungefär mellan 0,003 och 350 mutationer per genom per generation. [8]

Den kortaste generationstiden som hittills rapporterats är genereringen av Pseudomonas natriegens, en marinbakterie med en genereringstid på 9,8 minuter. [9] Ändå, genom att gå till det yttersta för utvecklingen, kan vi anta att vi får en ny generation varannan sekund. Under universums ålder, [10], som är cirka 15 miljarder år, [11] så är det maximala antalet generationer som kan nås:

Universumålder i år × Dagar per år × Sekunder per dag

15 miljarder × 365 × 86400

vilket motsvarar mindre än 1018 generationer (1 med 18 nollor efter det).

Den sista informationen som behövs för att beräkna det maximala antalet möjliga mutationer är populationen av dessa encelliga organismer. För det antar vi ett mycket stort antal som inte lämnar plats för mer; antalet atomer i det observerbara universum som är cirka 1082. [12]

Baserat på tidigare resultat och generösa antaganden är således det maximala antalet mutationer som kan uppstå i hela universumet och under dess ålder:

Mutationer per generation × Generationer under universumåldern × Befolkning

3 miljarder × 1018 × 1082

vilket motsvarar mindre än 10110 mutationer (1 med 110 nollor efter det).

Antal slumpmässiga mutationer som krävs för utvecklingen till en människa

Generna från det mänskliga genomet består av cirka 34 miljoner nukleotider. [13]

Det största genomet i enkla, cellcelliga organismer, prokaryoter, är cirka 13 miljoner nukleotider. [14]

Således finns det en skillnad på minst 21 miljoner nukleotider mellan prokaryote organismer och människor. Och för att en enda cell ska utvecklas till en människa måste den evolutionära processen muteras - som kan inkludera infogning - minst 21 miljoner nukleotider med rätt nukleotidbas och i rätt sekvens.

I gener kodas varje aminosyra - byggstenen av proteiner som är avgörande för alla levande processer - av 3 nukleotider, som kallas ett kodon. 21 miljoner nukleotider betyder 7 miljoner kodoner.

Slumpmässiga mutationer har en av tre effekter: Neutral, skadlig (skadlig) eller gynnsam. Endast gynnsamma mutationer kan bidra till den evolutionära processen.

I levande organismer finns det 20 olika aminosyror och en stoppkod, [15], därmed är summan 21. [16] Varje mutation kommer att leda till en av dessa 20 aminosyror eller stoppkoden. [17]

Därför har varje mutation som faller in i generna, det kodande området i genomet, [18] en chans på ungefär 1/21 att inte förändra aminosyran (dvs. kodande för samma aminosyra) och därmed vara en neutral mutation, och en risk för ungefär 20/21 förändring av aminosyran. [19] 70% av dessa 20/21 mutationer är skadliga (skadliga) mutationer. [20] Ändå kommer vi för evolutionsskull att anta att alla mutationer som förändrar aminosyror är fördelaktiga mutationer. Således har varje mutation en chans att ungefär 20/21 är fördelaktigt. [21]

Därför är sannolikheten för 7 miljoner kodoner att mutera slumpmässigt med gynnsamma mutationer:

Möjlighet för mutation för att vara fördelaktig för kraften hos Antal kodoner

20/21 till kraften på 7 miljoner

vilket är lika med 1 till mer än 10100.000 (1 med 100.000 nollor efter det). [22]

Kan naturligt urval ha ökat chanserna för mutationer i vårt scenario? Aldrig, eftersom det naturliga urvalet i princip gör är att upprätthålla linjer med gynnsamma eller neutrala mutationer och eliminera linjer med skadliga mutationer. Naturligt urval förhindrar inte nyttiga mutationer från att muteras igen. Dessutom har vi i vårt scenario redan antagit att alla mutationer antingen är neutrala eller fördelaktiga och har uteslutit skadliga mutationer. Således kan naturligt urval inte göra det bättre i detta scenario.

Slutsats

Därför behöver vi mer än 10100 000 (1 med 100 000 nollor efter det) slumpmutationer för att inträffa så att en enkel encelliga organismer kan utvecklas till en människa, medan vi bara kan få mindre än 10110 (1 med 110 nollor) efter det) mutationer under universums ålder, även när hela universum är ett steg för denna evolutionära process.

Alla dessa beräkningar baserades på mänskliga gener - som utgör mindre än 2% av genomet - utan att ta hänsyn till skräpregionen som konsumerar cirka 98% av det mänskliga genomet, vilket visade sig inte vara skräp längre. ENCODE-projektkonsortiet kunde tilldela biokemiska funktioner för 80% av det mänskliga genomet och fann att cirka 20% av det reglerar generna. Resultaten från det femåriga ENCODE-projektet publicerades 2012 i tidskrifterna Natur, vetenskap, genombiologi och genomforskning. [23] ENCODE-konsortiets 442 forskare, belägna i 32 institut runt om i världen, använde 300 års datortid och fem år i labbet för att få sina resultat.

Jag hoppades att den här studien var fördelaktig för att belysa detta avgörande ämne.