Introdução

A ciência realizou progressos e realizações enormes na genética desde a virada do século 21.

Os cientistas sequenciaram e mapearam os genomas completos de mais de 2.800 organismos/espécies, inclusive humanos, e a contagem continua.[1]

A macroevolução da evolução da teoria nos conta que os humanos, assim como outras formas de vida multicelulares, evoluíram de organismos unicelulares primitivos do reino dos procariontes ou até mais primitivos.[2]  Os procariontes são organismos unicelulares que não têm núcleo real, já que seu genoma não está contido em uma membrana e nem se distingue do resto da célula. São as primeiras e mais primitivas formas de vida encontradas na terra.[3] Há alguma chance dessa evolução ter ocorrido a partir de uma célula simples e única até chegar a um ser humano durante a idade do universo?

O genoma humano[4] contém aproximadamente 3 bilhões de pares de base (A, C, T e G).[5]  Aproximadamente 34 milhões de pares de base de nucleotídeos do genoma humano codificam a produção de proteínas que são vitais para todos os processos de vida.[6]  Esses 34 milhões de nucleotídeos são chamados de genes. As proteínas são feitas de aminoácidos.  Cada aminoácido é codificado por um códon e cada códon é composto de 3 nucleotídeos.

Você pode pensar nos nucleotídeos como alfabetos formados por conjuntos de 4 letras e códons como palavras de 3 letras.

A sequência desses nucleotídeos dentro dos genes é o que define as características e funções de um organismo vivo e sua natureza, se será uma bactéria, uma planta, uma mosca, um peixe ou um humano. A sequência dessa codificação nos genes humanos e também outros organismos é tão sofisticada, precisa e bem organizada que é comparável à sequência de alfabetos em um poema de Shakespeare, um romance, uma tese, um programa de computador ou uma enciclopédia de 2 milhões de palavras (ou 2 volumes)..

De acordo com a macroevolução, essa sequência precisa e codificação, passou a existir por meio de mutações aleatórias[7] e seleção natural.

Mutações máximas possíveis durante a idade do universo

Tentaremos descobrir aqui o número máximo de mutações que podem ocorrer durante a idade do universo, com base em suposições que favorecem a evolução.

O número máximo de mutações que um genoma humano pode sofrer durante seu curso de evolução de uma única célula a um humano é 3 bilhões de mutações por geração, uma vez que esse é o maior tamanho que o genoma de mamíferos alcançou. Essa é uma suposição extrema a favor da evolução. Na realidade a taxa de mutação varia de entre aproximadamente 0,03 e 350 mutações por genoma por geração.[8]

O tempo de geração mais curto relatado até hoje é a geração de Pseudomonas natriegens, uma bactéria marinha com uma geração de 9,8 minutos.[9] Entretanto, indo mais uma vez ao máximo a favor da evolução, podemos supor que estamos obtendo uma nova geração a cada segundo. Assim, durante a idade do universo,[10] que é de em torno de 15 bilhões de anos^[11], o número máximo de gerações que podem ser alcançadas é:

Idade do universo em anos x dias por ano x segundos por dia

15 bilhões × 365 × 86400

que se iguala a menos que 10¹⁸gerações (1 com 18 zeros).

A última peça de informação necessária para calcular o número máximo de mutações possíveis é a população desses organismos unicelulares. Por isso, assumiremos um número muito grande que não deixa espaço para mais; o número de átomos no universo observável que é em torno de 10⁸².[12]

Assim, com base em resultados prévios e suposições generosas, o número máximo de mutações que podem ocorrer no universo inteiro e durante sua idade é:

Mutações por geração x gerações durante a idade do universo x população

                                     3 bilhões × 10¹⁸ × 10⁸²
                       que é menor que 10¹¹⁰ mutações (1 com 110 zeros).

Número de mutações aleatórias requeridas para a evolução em um humano

Os genes do genoma humano consistem de aproximadamente 34 milhões de nucleotídeos.[13]

O maior genoma em organismos simples e unicelulares, os procariontes, tem em torno de 13 milhões de nucleotídeos.[14]

Assim, há uma diferença de pelo menos 21 milhões de nucleotídeos entre organismos procariontes e humanos. E para uma única célula evoluir em um humano o processo evolucionário precisa mutar - que pode incluir inserção - pelo menos 21 milhões de nucleotídeos com a base correta e na sequência correta.

Em genes, cada aminoácido - o bloco de construção de proteínas que são vitais a todos os processos vivos - é codificado por 3 nucleotídeos, chamado códon. 21 milhões de nucleotídeos significam 7 milhões de códons.

Mutações aleatórias têm um de três efeitos: neutro, deletério (prejudicial) ou benéfico.  Somente mutações benéficas podem contribuir para o processo evolucionário.

Em organismos vivos existem 20 aminoácidos diferentes e um códon de parada,[15] assim, o total é 21.[16] Qualquer mutação levará a um desses 20 aminoácidos ou ao códon de parada.[17]

Portanto, cada mutação ocorrendo dentre de genes, a região de codificação do genoma,[18]  tem uma chance de aproximadamente 1/21 de não alterar o aminoácido (ou seja, codificação para o mesmo aminoácido) e, assim, sendo uma mutação neutra, e uma chance de aproximadamente 20/21 de alterar o aminoácido.[19]  70% dessas mutações 20/21 são deletérias (prejudiciais).[20]

Entretanto, em nome da evolução, suporemos que todas as mutações que estão alterando aminoácidos são mutações benéficas. Assim, cada mutação tem uma chance de aproximadamente 20/21 de ser benéfica.[21]

Portanto, a probabilidade de 7 milhões de códons mutarem aleatoriamente com mutações benéficas é:

Chance de mutação ser benéfica elevada à potência de Número de códons

20/21 elevada à potência de 7 milhões

 que é igual a 1 a mais de 10^100.000 (1 com 100.000 zeros).[22]

A seleção natural pode ter aperfeiçoado as chances de mutações em nosso cenário? Nunca, uma vez que a seleção natural basicamente sustenta linhagens com mutações benéficas ou neutras e elimina linhagens com mutações prejudiciais. A seleção natural não previne mutações benéficas de sofrerem mutações novamente. Além disso, em nosso cenário, já supomos que todas as mutações são neutras ou benéficas e excluímos as mutações prejudiciais. Assim, a seleção natural não pode fazer melhor nesse cenário.

Conclusão

Portanto, precisamos que mais de 10^100.000 (1 com 100.000 zeros) mutações aleatórias ocorram para que organismos simples e unicelulares possam evoluir em um humano, enquanto que podemos obter menos que 10¹¹⁰(1 com 110 zeros) mutações durante a idade do universo, mesmo quando o universo inteiro é um estágio para esse processo evolucionário.

Todos esses cálculos são baseados nos genes humanos - que constituem menos de 2% do genoma - sem levar em consideração a região conhecida como "junk" que consome aproximadamente 98% do genoma humano, que deixa então de ser "junk". O ENCODE Project Consortium conseguiu atribuir funções bioquímicas para 80% do genoma humano e constatou que aproximadamente 20% disso regula os genes. Os resultados do projeto ENCODE de cinco anos foram publicados em 2012 nos jornais Nature, Science, Genome Biology e Genome Research.[23]  Os 442 pesquisadores do consórcio ENCODE, situados em 32 institutos ao redor do mundo, usaram 300 anos de tempo de computador e cinco anos no laboratório para obter seus resultados.

Espero que este estudo seja benéfico no esclarecimento desse tópico crucial.

[Comentários, refutações e críticas sobre esse artigo são bem-vindos. Você pode enviá-los para o autor em comments@i-g.org].