El artículo / video que has solicitado no existe todavía.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

您所请求的文章/视频尚不存在。

The article/video you have requested doesn't exist yet.

あなたが要求した記事/ビデオはまだ存在していません。

The article/video you have requested doesn't exist yet.

L'articolo / video che hai richiesto non esiste ancora.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

요청한 문서 / 비디오는 아직 존재하지 않습니다.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

המאמר / הסרטון שביקשת אינו קיים עדיין.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

El artículo / video que has solicitado no existe todavía.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

您所请求的文章/视频尚不存在。

The article/video you have requested doesn't exist yet.

L'articolo / video che hai richiesto non esiste ancora.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

요청한 문서 / 비디오는 아직 존재하지 않습니다.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

המאמר / הסרטון שביקשת אינו קיים עדיין.

The article/video you have requested doesn't exist yet.

Вероятность макроэволюции

Оценка:   
Размер шрифта:

Описание: После прорывных открытий и разработок, совершенных в третьем тысячелетии в сфере генетики, мы имеем больше возможностей оценить шансы макроэволюции в рамках эволюционной теории, которая возникла в истории Вселенной.

  • Авторство: Ибрахим Абухарб (© 2016 I. A. Abuharb)
  • Опубликовано 25 Jul 2016
  • Последние изменения 01 Aug 2016
  • Распечатано: 0
  • Показано: 1556 (в сутки: 3)
  • Оценка: 5 из 5
  • Оценено: 1
  • Отправлено почтой: 0
  • Комментариев: 0

Введение

Наука совершила огромный прогресс и развитие в генетике с начала 21 века. Ученые упорядочили и составили схему целых геномов более чем 2800 организмов, включая человека, и счет продолжается.[1]

Макроэволюция в рамках эволюционной теории гласит, что люди, как и иные многоклеточные формы жизни, эволюционировали из примитивных одноклеточных организмов, соответствующих царству прокариотов, или еще более примитивных.[2]  Прокариоты – это одноклеточные организмы, не обладающие ядром, поскольку их геном ни содержится в мембране, ни существует отдельно от остатка клетки. Это самая ранняя и наиболее примитивная форма жизни, обнаруженная на Земле.[3] Есть ли шанс, что человек эволюционировал из простой единственной клетки с течением жизни Вселенной?

Человеческий геном[4]  содержит приблизительно 3 миллиарда нуклеотидных базовых пар (А, Ц, Т и Г).[5]  Примерно 34 миллиона нуклеотидных баз человеческого генома зашифрованы для производства белка, жизненно важного для всех жизненных процессов.[6]  Эти 34 миллиона нуклеотидов называются генами. Белки создаются аминокислотами. Каждая аминокислота состоит из кодонов (триплетов), и каждый триплет состоит из 3 нуклеотидов.

Вы можете считать, что нуклеотид – это алфавит из 4 букв, а кодоны – слова длиной в 3 буквы.

Последовательность этих нуклеотидов в генах определяет характеристики и функции живого организма и их природу – будет ли это бактерия, растение, муха, рыба или человек. Последовательность этой кодировки в человеческих генах, как и в других организмах, настолько сложна, точна и структурирована, что ее можно сравнить с последовательностью букв в поэме Шекспира, с романом, диссертацией, компьютерной программой или энциклопедией из 2 миллионов слов (или двумя томами).

Но согласно макроэволюции, эта точная последовательность, кодировка, появилась в результате случайных трансформаций[7]  и естественного отбора.

Максимально возможные трансформации в ходе жизни Вселенной

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].



Примечания

[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/

[2] http://jmicro.oxfordjournals.org/content/early/2012/09/28/jmicro.dfs062.full
    http://www.bbc.co.uk/nature/history_of_the_earth
    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/
    http://www.sciencemag.org/content/323/5911/198.full?sid=d1229251-19db-4c22-ad69-f77105acb632
    http://www.nature.com/scitable/content/the-origin-of-mitochondria-and-chloroplasts-14747702 
    http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0/endosymbiosis_03

[3] http://www.nature.com/scitable/definition/prokaryote-procariote-18
    http://www.nature.com/scitable/content/the-origin-of-mitochondria-and-chloroplasts-14747702
    http://biology.about.com/od/cellanatomy/ss/prokaryotes.htm

[4] Геном – полноценный набор ДНК и РНК организма, включающий все его гены. Каждый геном содержит всю наследственную информацию, необходимую для построения и сохранения данного организма.

[5] http://www.genome.gov/18016863

[6] http://www.nature.com/nature/journal/v431/n7011/full/nature03001.html

[7] Виды трансформации включают в себя: замену, включение, удаление, сдвиг рамок и иные типы. (http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/IIIC3aTypes.shtml).

[8] http://www.genetics.org/content/148/4/1667.full
    http://www.genetics.org/content/156/1/297.full
   
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2910838/ [Таблица 1]
    http://sandwalk.blogspot.com/2007/07/mutation-rates.html

[9] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC279347/

[10] http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/exhibit/tenyear/age.html

[11] http://www.universetoday.com/36302/atoms-in-the-universe/
     
http://plato.stanford.edu/entries/computability/

[12] http://www.nature.com/nature/journal/v431/n7011/full/nature03001.html

[13] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3236041/

[14] Существует 64 кодона. В среднем, каждая аминокислота и стоп-код могут быть закодированы в одним из трех кодонов [см. ссылку в примечаниях под номером #17].

[15] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21950/ [Рисунки 10-27]
      http://www.nature.com/scitable/definition/genetic-code-13
     
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/organic/gencode.html

[16] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22358/ [Таблица 5.4]
    http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_codon_table
    http://www.nature.com/scitable/topicpage/nucleic-acids-to-amino-acids-dna-specifies-935

[17] Если трансформация происходит вне гена, она, очевидно, производит нейтральный эффект. Примечательно, что у большинства многоклеточных организмов с большим размером генома, чем 100 миллионов нуклеотидов, гены потребляют меньше половины генома (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18384817 и http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~tmf20/PUBLICATIONS/jtb_07.pdf).

[18] Если быть точнее, вероятность изменения аминокислоты где-то между 20/21 и 20,318/21, но не может превышать это значение. Вероятность не совсем равна 20/21, потому что кодон не трансформируется в себя. Верхний предел вероятности может быть вычислен через уравнение: (63-((64/21)-1))/(64-1) = 20.318/21.  Во всех случаях итоговая полученная вероятность одна и та же.

[19] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871816/

[20] Эта вероятность благоприятного исхода в 20/21 может быть применена в редком случае вставки полноценных кодонов или крупномасштабного кодирования. Поскольку все исследования подтвердили, что лишь небольшая часть трансформаций (любого рода) является благоприятной, в то время как большинство нейтральны или пагубны. Это очевидно, поскольку они случайны. Таким образом, очень щедро предполагать, что вероятность благоприятности трансформаций равна 20/21.

(http://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-mutation-441, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1871816/, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1617134/, http://global.britannica.com/EBchecked/topic/399695/mutation, http://www.nature.com/hdy/journal/v84/n4/abs/6887250a.html, http://www.genetics.org/content/148/4/1667.full.pdf, и http://www.sciencemag.org/site/feature/data/pharmacia/1999/Cascalho.xhtml).

[21] Для подсчета больших чисел вам может понадобиться специальный калькулятор, как этот на сайте http://www.ttmath.org/online_calculator.

[22] http://www.nature.com/nature/journal/v489/n7414/full/nature11247.html
      http://www.guardian.co.uk/science/2012/sep/05/genes-genome-junk-dna-encode
     
http://www.sciencemag.org/content/337/6099/1159.summary

Добавить комментарий

Другие статьи той же категории

Другое видео в той же категории

По числу просмотров

DAILY
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
TOTAL
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)

Выбор редакции

Список статей

С Вашего прошлого визита
Этот список в настоящее время пуст.
Упорядочено по дате
(Читать далее...)
(Читать далее...)

Популярные статьи

По оценке пользователей
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
По числу отправленных
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
По числу распечатанных
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
По числу комментариев
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)
(Читать далее...)

Избранное

В секции "Избранное" нет статей.  Вы можете добавить статьи, используя кнопки панели дополнительных настроек.

История просмотров

Список пуст

View Desktop Version