自21世紀初以來，科學在遺傳學領域已取得了巨大的進步和成就。科學家已經對包括人類在內的2800多種生物/物種的整個基因組進行了測序和作圖，並且這一數字還在不斷增加。[1]

進化理論的宏觀進化告訴我們，人類以及其他多細胞生命形式，都從原核生物或更原始的原始單細胞生物演化而來。[2] 原核生物是沒有真正細胞核的單細胞生物，因為它們的基因組不包含在膜內，也不與細胞的其餘部分區分開。它們是地球上最早，最原始的生命形式。[3] 在宇宙時代，這種進化是否有可能從一個簡單的單細胞發展成為人類？

人類基因組[4]包含約30億個化學核苷酸鹼基對（A，C，T和G）。[5] 人類基因組中約有3400萬核苷酸鹼基編碼蛋白質的生產，這些蛋白質對所有生命過程都是至關重要的。[6] 這3400萬個核苷酸稱為基因。蛋白質由氨基酸製成。每個氨基酸由一個密碼子編碼，每個密碼子由3個核苷酸組成。

您可以將核苷酸視為4個字母的字母集合，將密碼子視為3個字母長度的單詞。

這些核苷酸在基因中的序列決定了生物體的特性和功能及其性質。它是細菌，植物，蒼蠅，魚還是人。人類基因以及其他生物中這種編碼的序列是如此復雜，精確且組織良好，以至於與莎士比亞的詩歌，小說，論文，計算機程序或200萬個單詞（或2卷）的百科全書。

根據宏觀進化，這種精確的序列，即編碼，是通過隨機突變[7]和自然選擇而形成的。

在宇宙時代，可能發生的最大變異

我們將根據有利於進化的假設，在此處嘗試找出在宇宙時代可能發生的最大變異數目。

人類基因組從單細胞進化到人類的過程中，其最大突變數為每代30億個突變，因為這是哺乳動物基因組已達到的最大大小。這是支持進化的極端假設。實際上，每代每個基因組的突變率大約在0.003至350個突變之間。[8]

迄今為止報導的最短的產生時間是海洋假單胞菌（Pseudomonas natriegens）的產生，這是一種海洋細菌，產生時間為9.8分鐘。[9] 然而，我們再次全力以赴地支持進化，我們可以假設我們每秒都在獲得新一代。因此，在大約150億年的宇宙時代[10] [11]中，可以達到的最大世代數為：

以年為單位的宇宙年齡×每年的天數×每秒的秒數

150億×365×86400

，等於少於1018代（其中1個帶有18個零）。

計算最大可能突變數所需的最後一條信息是這些單細胞生物的種群。為此，我們將假設一個很大的數目，沒有更多的餘地。可觀察的宇宙中的原子數約為1082。[12]

因此，根據先前的結果和慷慨的假設，整個宇宙及其年齡中可能發生的最大突變數為：

每代的變異數×宇宙時代的世代數×

30億人口×1018×1082

，等於少於10110個變異（其中1個具有110個零）。

進化為人類所需的隨機突變數

人類基因組的基因由大約3400萬個核苷酸組成。[13]

在簡單的單細胞生物中，最大的基因組是原核生物，大約有1300萬個核苷酸。[14]

因此，原核生物與人類之間至少有2100萬個核苷酸的差異。為了使單個細胞進化為人類，進化過程需要突變（可能包括插入），至少要有2100萬個具有正確核苷酸鹼基和正確序列的核苷酸。

在基因中，每個氨基酸（對所有生命過程都至關重要的蛋白質的組成部分）由3個核苷酸（稱為密碼子）編碼。2100萬個核苷酸表示700萬個密碼子。

隨機突變具有以下三種影響之一：中性，有害（有害）或有益。只有有益的突變才能促進進化過程。

在生物體中，有20種不同的氨基酸和一個終止密碼，[15]因此總數為21。[16]任何突變都會導致這20個氨基酸之一或終止密碼。[17]

因此，每個落入基因，基因組編碼區[18]內的突變都有大約1/21的機會不改變氨基酸（即編碼相同的氨基酸），因此是中性突變；大約有20/21的機會改變氨基酸。[19] 這些20/21突變中有70％是有害（有害）突變。[20] 然而，為了進化，我們將假定所有改變氨基酸的突變都是有益的突變。因此，每個突變都有大約20/21的機會是有益的。[21]

因此，700萬個密碼子通過有益突變隨機突變的概率為：

有益於將

20/21 密碼子數量的冪提高到700萬的冪的

突變機率，這等於1到10100,000（其中1個帶有100,000個零）。[22]

自然選擇會增加我們場景中發生突變的機會嗎？永遠不要，因為自然選擇的基本作用是維持具有有益或中性突變的血統，並消除具有有害突變的血統。自然選擇不能防止有益突變再次發生突變。此外，在我們的場景中，我們已經假設所有突變都是中性或有益的，並且排除了有害突變。因此，在這種情況下自然選擇不能做得更好。

結論

因此，我們需要超過10100,000個隨機突變（其中1個帶有100,000個零），以便一個簡單的單細胞生物可以進化為人類，而我們只能得到少於10110個（1個帶有110個零）。之後），即使整個宇宙都是這個進化過程的一個階段，在整個宇宙時代都會發生突變。

所有這些計算都是基於人類基因（僅占基因組的2％），而不考慮消耗掉約98％的人類基因組的垃圾區域，事實證明該區域不再是垃圾。ENCODE項目聯盟能夠為80％的人類基因組分配生化功能，並發現約有20％的基因調節基因。為期5年的ENCODE項目的結果已於2012年發表在《自然》，《科學》，《基因組生物學》和《基因組研究》雜誌上。[23] ENCODE協會的442名研究人員位於全球32個研究機構中，使用300年的計算機時間和5年的實驗室時間來獲得結果。

希望這項研究對闡明這一關鍵主題有益。