"Setan Mendel: Sejarah Singkat Gen"
pengantar singkat
Dari organisme seluler hingga manusia, lebih dari 4 miliar tahun, kekuatan macam apa yang mendominasi laju evolusi kehidupan? DNA manusia terdiri dari 6,6 miliar huruf dan sangat rumit. Apakah sudah mencapai puncak kekuatan evolusi? Bisakah pengeditan gen membuat manusia lebih kompleks dan lebih pintar?
Ketika kompleksitas bentuk kehidupan meningkat, kesulitan reproduksi meningkat. Buku ini kembali ke evolusi kehidupan yang mendebarkan, seperti detektif, untuk mengungkap mekanisme halus penanganan kehidupan atas informasi yang salah disalin, dan menjelaskan cara memaksa gen egois untuk bekerja sama dalam tubuh.
tentang Penulis
Mark Ridley (Mark Ridley), bekerja di Departemen Zoologi di Universitas Oxford, saat ini menjadi peneliti di St. Catherine's College di Universitas Cambridge dan Li Nakol, Oriel, dan Sekolah Baru di Universitas Oxford.
Kutipan buku
Kata Pengantar (kutipan)
Ketika alien tiba di Bumi dengan pesawat ruang angkasa, mereka akan bersemangat untuk menemukan: Bumi kita adalah salah satu planet langka yang telah mengembangkan kehidupan yang kompleks. Di setiap planet hidup tempat alien menginjakkan kaki, virus dan bakteri yang mirip dengan yang ada di Bumi telah menjadi hal biasa. Molekul biologis telanjang dan sel tunggal sederhana bahkan lebih akrab bagi alien. Oleh karena itu, mereka akrab dengan ini. Kehidupan sederhana hanya akan dinyatakan sebagai: Komposisi dasar mereka adalah karbon, menggunakan DNA, mereka didukung oleh radiasi elektromagnetik dan sumber daya kimia, dan mereka akan mereplikasi dirinya sendiri. Namun, hanya akan ada sejumlah kecil planet di alam semesta yang menyerupai bumi. Bentuk kehidupan seperti itu seperti manusia dengan otak seperti superkomputer, angsa putih terbang dengan sayap terbuka, dan mawar dengan bunga simetris, kelopak halus, dan wewangian yang menarik. Bentuk kehidupan yang kompleks tersusun atas sel. Perkembangan setiap individu dimulai dari sebuah sel dan lambat laun tumbuh menjadi dewasa dengan bentuk organ, serta dapat berperilaku cerdas.
Dalam perjalanan mengalami kehidupan yang kompleks, alien akan menemukan bahwa berbeda dengan bentuk kehidupan yang sederhana, bentuk kehidupan yang kompleks tersebut begitu mempesona dan menarik. Di alam semesta yang luas, tidak ada tontonan yang seindah pemandangan bentuk kehidupan yang berusaha sebaik mungkin untuk mereproduksi dirinya sendiri.
Pertanyaan pertama yang akan ditanyakan oleh alien adalah berapa banyak kesalahan replikasi yang akan terjadi ketika kehidupan di Bumi mereplikasi molekul genetik. Kemudian mereka memulai laporan yang lebih menarik, seperti "Seluruh proses replikasi menggunakan DNA, ditambah sekitar 50 jenis enzim katalitik. Mereka menyalin 1 miliar karakter, akan ada kesalahan penyalinan, tetapi tampaknya masalahnya tidak besar." Akibatnya, alien dapat menyimpulkan bahwa "organisme besar memiliki 1 miliar atau lebih kode DNA dan setiap individu memiliki sekitar 100 generasi sel. Ngomong-ngomong, mereka juga memahami kegunaan ...". Ada juga beberapa hasil yang kurang jelas tetapi sangat penting: "Tetapi perilaku seksual dari kehidupan ini mengejutkan kita. Mereka hanya memilih pasangan dari separuh lainnya dari jenis yang sama, dan separuh sisanya dikecualikan. Tidak masalah, ini adalah tabu sebelum memilih pasangan. Bagaimanapun, untuk permainan memilih pasangan seperti itu, kita harus menggunakan beberapa nyawa besar sebagai ilustrasi. Mereka dapat mengejar penyanyi dan penari dengan nada yang berbeda, dan makhluk yang mendapatkan kode akan mengikuti Dapatkan kode dengan sepuluh musik dansa pilihan jodoh yang berbeda dapatkan sepersepuluh dari masing-masing 10 musik dansa pilihan jodoh yang berbeda. Kehidupan di Bumi menghilangkan kesulitan yang dihadapi dalam pengkodean sembilan persepuluh pasangan, dan menjumpai mereka dalam proses pemijahan Dibandingkan dengan masalah, itu benar-benar tidak signifikan. "
Bentuk kehidupan yang kompleks adalah mahakarya alam, dan saya ingin mengetahuinya. Orang memiliki sedikit pertanyaan tentang kehidupan yang kompleks. Peninggalan fosil memberi tahu kita bahwa kehidupan mungkin mudah berevolusi, tetapi kehidupan yang kompleks sulit untuk berkembang, atau bahkan tidak ada evolusi sama sekali. Kelahiran kehidupan sederhana dapat terjadi secara instan, tetapi evolusi kehidupan yang kompleks mungkin menghadapi beberapa kesulitan yang tak terhindarkan, dan mungkin membutuhkan beberapa tahap yang lama sebelum dapat berevolusi.
Maksud saya dalam buku ini adalah bahwa kesulitan utama dalam menghasilkan bentuk kehidupan yang kompleks terletak pada penyalinan semua gen secara akurat. Pada saat yang sama, kita membutuhkan lebih banyak DNA daripada kehidupan sederhana untuk menyandikan bentuk kehidupan yang kompleks. Manusia adalah representasi dari DNA kehidupan yang kompleks yang terdiri dari sekitar 6,6 miliar huruf, dan ada sekitar 100.000 kode genetik. Sebaliknya, DNA bakteri terdiri dari 2 sampai 3 juta huruf, dan kode genetiknya hanya 2000 sampai 3000. Seiring bertambahnya panjang DNA, akan ada lebih banyak kesalahan penyalinan, seperti menyalin teks tertulis dengan panjang yang berbeda. Jika juru tulis menyalin slogan, bukan masalah besar untuk menyalin kalimat yang salah, dia hanya perlu membuangnya segera dan menulis yang baru. Namun, jika salinannya adalah "Alkitab", akan lebih sulit untuk tidak membuat kesalahan selama waktu kerja juru tulis sekitar satu setengah tahun.
Jika Anda ingin mengembangkan kehidupan yang kompleks, Anda memerlukan mekanisme yang mirip dengan menyimpan "kesalahan salinan" untuk menangani kesalahan replikasi DNA. Bentuk kehidupan paling awal mungkin memiliki kesalahan penyalinan untuk setiap 100 huruf, tetapi ketika bakteri muncul, rasio ini berkurang menjadi 1 miliar huruf dan terjadi kesalahan. Kemajuan yang luar biasa ini telah memperoleh manfaat dari duplikasi DNA asli (itu adalah molekul tahan kesalahan yang mengesankan) dan mesin molekuler yang mengoreksi dan memperbaiki kesalahan. Tetapi ini mungkin sudah menjadi batasan bagi bakteri untuk meningkatkan akurasi replikasi mereka. Mekanisme replikasi DNA dasar ini telah beroperasi dalam kehidupan sejak saat itu, dan kesalahan replikasi yang dihasilkan oleh manusia serupa dengan yang dilakukan oleh bakteri. Namun, tingkat kesalahan total kami jauh lebih tinggi daripada tingkat kesalahan bakteri karena kami menggunakan lebih banyak kode DNA. Molekul DNA kita 1.000 kali lebih panjang daripada bakteri, dan setiap DNA mulai bereplikasi 100 kali per generasi, sedangkan bakteri hanya bereplikasi sekali per generasi. Peningkatan jumlah replikasi telah meningkatkan tingkat kesalahan total kita 100.000 kali. Bakteri membuat kesalahan hanya sekali setiap 1.000 keturunan, dan setiap keturunan kita menghasilkan 100 kali. Bagaimana manusia bisa bertahan dari begitu banyak kesalahan dalam replikasi DNA? Ini sepertinya sebuah paradoks. Tidak ada jawaban pasti untuk pertanyaan ini, mungkin karena seks. Seks dapat memusatkan kesalahan pada keturunan tertentu, sehingga membuat keturunan lain relatif bebas dari kesalahan. Bentuk kehidupan seksual mungkin lebih kompleks secara evolusioner daripada bentuk kehidupan yang mereplikasi diri.
Selain mengatasi masalah kesalahan penyalinan, gender juga membawa masalah baru. Dalam bentuk kehidupan reproduksi aseksual, setiap gen induk diturunkan ke keturunannya: 100% gen disediakan oleh induk yang direplikasi. Pada manusia, serta semua bentuk kehidupan kompleks yang lahir melalui perilaku seksual, hanya sekitar 50% gen yang diturunkan dari satu orang tua ke keturunannya.
Pengurangan pengiriman gen dari 100% menjadi 50% mungkin merupakan langkah evolusi yang sulit. Ketika peluang pewarisan setiap gen dikurangi menjadi setengah, seleksi alam akan menyukai "gen egois". Dalam arti tertentu, ini dapat ditunjukkan oleh ekspresi terkenal Richard Dakwin: gen ini Dapat mengganggu sistem, dan pada saat yang sama membiarkan kemungkinan pengiriman melebihi 50%. Hanya ketika "gen egois" ini dijinakkan barulah kehidupan kompleks berkembang.
Dua topik besar yang terkait dengan buku ini semuanya terkait dengan kesalahan. Jenis kesalahan pertama adalah kesalahan replikasi pasif saat menyalin kesalahan mutasi DNA. Kategori kedua adalah aktif, yaitu gen egois merugikan individu karena perilaku non-kooperatif dan subversif mereka. Kedua kesalahan ini mengancam keberadaan kehidupan yang kompleks, dan juga terkait dengan solusinya masing-masing. Dalam kehidupan yang kompleks, cara utama untuk mengatasi kesalahan penyalinan adalah reproduksi seksual. Tetapi kehidupan kompleks di bumi menggunakan metode genetik khusus-reproduksi seksual Mendel. 150 tahun yang lalu, Tuan Gregor menggambarkan pola genetik ini di kebun kacang di Biara Saint Thomas di Brunn (sekarang di Republik Ceko). Genetika Mendel diharapkan dapat mencegah kerusakan gen yang egois.
Dalam pengertian evolusioner, gen hanya berevolusi berdasarkan probabilitasnya untuk diturunkan, karena gen yang beruntung (diturunkan) dipilih secara acak (undian). Karakteristik dasar pewarisan Mendel adalah Anda tidak dapat memprediksi apakah gen tertentu akan diwariskan. Jika memungkinkan untuk memprediksi gen mana yang akan bertahan pada keturunannya dan spesies mana yang akan mati, seleksi alam tidak dapat menghasilkan bentuk kehidupan yang kompleks. Gen-gen yang akan mati akan memberontak, dan seluruh sistem akan runtuh. Tuhan dapat memutuskan hukum fisika dan kimia dengan melempar dadu, bukannya melempar dadu dalam tahap reproduksi dan reproduksi diri yang sederhana. Akan tetapi, evolusi kehidupan yang kompleks membutuhkan mekanisme genetik dengan cara deterministik dan acak seperti melempar dadu.
Di beberapa titik antara kemunculan bakteri dan kemunculan manusia (mungkin pada tahap cacing sederhana) Tuhan harus mulai mengadopsi metode acak. Kehidupan mulai menggunakan sistem genetik yang diacak. Mulai saat ini dalam bentuk kehidupan yang kompleks, orang tua harus menggunakan proses Mendel yang diacak untuk mewariskan gen ke keturunannya.
Teori pewarisan Mendel menjelaskan bagaimana gen kehidupan kompleks diwariskan. Ini mengintegrasikan kemungkinan gender, reproduksi dan genetik daripada warisan genetik tertentu. Mendel sendiri adalah seorang biarawan Augustinian. Saya suka memikirkan mekanisme kebetulan sebagai gambar seperti biarawan - iblis Mendel, dia adalah raja gen pada orang tuanya. Dia akan memutuskan apakah gen ini akan diwarisi pada generasi berikutnya. Gen lain mana yang diturunkan ke generasi berikutnya. Mendel dan fisikawan modern James Clerk Maxwell hampir sezaman. "Setan Maxwell" yang terkenal (atau cukup terkenal) (setan Maxwell) dinamai menurut namanya. Pikiran Mendel diterbitkan pada tahun 1866; lima tahun kemudian, Maxwell Demon muncul. Monster Maxwell adalah monster imajiner. Dengan asumsi bahwa wadah dibagi menjadi dua bagian, hanya memungkinkan pergerakan cepat molekul dalam satu arah mengalir, Anda dapat (dengan mudah) membuat satu bagian wadah menjadi panas dan bagian lainnya menjadi dingin.
Setan Maxwell adalah monster anti-acak. Dia menentang pergerakan acak molekul dan menghasilkan keadaan wadah yang lebih teratur, yaitu, ia memiliki setengah panas dan setengah dingin daripada suhu konstan. Sebaliknya, setan Mendel lebih realistis, yaitu setan acak yang menciptakan keadaan teratur (yaitu, kehidupan yang kompleks) dengan melawan daya rusak seleksi alam.
Kehidupan kompleks bergantung pada monster Mendelian, dan kehidupan kompleks mungkin baru mulai berkembang ketika monster Mendel berkumpul 1 miliar atau 2 miliar tahun yang lalu. Setan Maxwell mungkin melanggar hukum fisika, dan sulit untuk menemukan hukum. Setan Mendelian adalah penguat hukum, dan mengarahkan kembali hukum biologis ke arah yang lebih kreatif daripada merusak. Setan Mendel tidak dalam. Mereka yang akrab dengan sistem operasi komputer UNIX dapat melihat kemiripan antara dua monster ini dan "daemon" dalam tugas-tugas komputer. Filsuf moral mungkin memikirkan endemonisme, di mana mereka menilai apakah perilaku meningkatkan kebahagiaan. Kaum klasik mungkin memikirkan Opovia di Uni Eropa, yang berarti kebahagiaan atau keberuntungan. Orang kafir mungkin memikirkan Dewi Keberuntungan. Setan Mendelian adalah pelaksana keadilan genetik, dan kita tidak bisa hidup tanpanya.
Buku ini bertujuan untuk mengeksplorasi beberapa karakteristik kehidupan yang dalam dan universal. Beberapa dari ciri-ciri ini, seperti jenis kelamin, adalah teka-teki eksistensial yang terkenal, dan beberapa masalah lain, seperti meiosis sel germinal, yang menentukan bagaimana gen genetik ditransmisikan, memunculkan teka-teki konstruktivis yang dalam tetapi sedikit diketahui. Meiosis adalah pembelahan sel yang menentukan, yang membuat tingkat kelangsungan hidup setiap gen hanya 50%. Meiosis mengurangi jumlah gen menjadi setengahnya. Jadi mengapa bukan dengan mengurangi jumlah gen tetapi dengan menggandakannya? Mengapa setan hanya berperan dalam dua tahap pengurangan gen? Fakta telah membuktikan bahwa "bom asap tiruan" yang dibuat oleh meiosis adalah tipuan untuk mengacaukan gen egois. Oleh karena itu, kami memahami seks dan proses genetik sebagai atribut fundamental yang mendorong evolusi kehidupan yang kompleks.
Sangat menyenangkan untuk memahami atribut kehidupan yang mendalam dan universal. Hal ini juga menarik kita untuk memprediksi bentuk kehidupan kompleks lainnya yang akan ditemukan di bumi - termasuk kehidupan masa depan di bumi dan kehidupan yang berkembang secara independen di alam semesta. Kita dapat memprediksi bahwa semua bentuk kehidupan yang kompleks akan menggunakan prosedur pengacakan yang mirip dengan reproduksi seksual dan pewarisan Mendel.
Tetapi ciri-ciri lain kehidupan kompleks di Bumi mungkin lebih seperti kecelakaan, seperti jenis kelamin.
Gender adalah ciri universal dari kehidupan yang kompleks, terkait erat dengan seks dan genetika Mendel, tetapi keberadaannya mungkin merupakan kecelakaan. Termasuk sel bentuk kehidupan manusia yang kompleks, akan ada dua set gen independen di dalam sel. Setan Mendelian hanya membuat salah satunya bekerja dengan baik. Alasan mengapa setiap sel memiliki dua set gen adalah karena penggabungan sel yang tidak disengaja sekitar 2 miliar tahun yang lalu. Dua sel sederhana bergabung menjadi satu sel, sehingga kedua set gen tersebut digabungkan menjadi satu sel. Masalah yang dihadapi sel dengan dua set gen sama sulitnya untuk menyatukan manajemennya setelah penggabungan dua perusahaan. Dalam keadaan normal, setelah merger bisnis, salah satu tim manajemen dari kedua perusahaan tersebut akan mengundurkan diri, yang sangat mirip dengan sel reproduksi manusia. Laki-laki mengeluarkan seperangkat gen di dalam sperma, dan betina menyimpannya di dalam telur. Konsekuensi jangka panjang dari mekanisme ini sangat besar. Ukuran sperma telah menyusut karena semua gen yang berpotensi mengganggu telah dihilangkan; namun, sel telur akan selalu tetap besar atau bahkan tumbuh. Sperma yang semakin mengecil, namun jumlahnya jauh lebih besar dari pada telur, inilah yang menjadi basis ekonomi hubungan penawaran dan permintaan di pasar kawin. Oleh karena itu, semua perbedaan pria-wanita modern (dalam perjalanan evolusi) dapat ditelusuri kembali ke penggabungan sel yang tidak disengaja di masa lalu. Jika kehidupan kompleks tidak berkembang melalui fusi sel, makhluk hidup saat ini tidak akan berhubungan seks. Bagi teman alien, jenis kelamin akan menjadi fitur paling membingungkan dalam kehidupan kompleks di Bumi. Jika mereka telah membaca DNA kita dan menemukan peristiwa fusi sel yang tersembunyi di dalam kode, mereka mungkin memahaminya.
Kesalahan penyalinan dan gen egois adalah dua tema utama buku ini. Bab 1 dan 2 menjelaskan paradoks kehidupan kompleks, sejarah kehidupan kompleks di bumi, dan standar jumlah gen kompleks. Bab 3 sampai 4 adalah tentang bagaimana kehidupan berevolusi untuk menghadapi kesalahan replikasi pasif, dan bab 6 sampai 8 adalah tentang bagaimana kehidupan berevolusi untuk menghadapi gen "egois aktif". Saya menggunakan teori dari Bab 3 sampai 8 untuk melihat evolusi manusia di masa kini dan masa lalu (Bab 9) dan kemungkinan masa depan dari kehidupan yang lebih kompleks (Bab 10). Beberapa teknologi reproduksi dan genetik yang muncul, seperti terapi gen dan pelestarian jangka panjang gamet muda, memiliki arti baru dalam proses sejarah besar kehidupan yang kompleks. Mereka mungkin mekanisme pengurangan kesalahan baru pertama sejak bakteri berevolusi 3,5 miliar tahun yang lalu. Saat ini, karena tingkat kesalahan penyalinan yang tinggi, beberapa kehidupan yang rumit telah punah. Jika tingkat kesalahan penyalinan dikurangi, hal itu dapat menyebabkan evolusi bentuk kehidupan yang melebihi kompleksitas manusia dalam kecerdasan atau organisasi sosial. Pendekatan lain adalah dengan memungkinkan evolusi gabungan bentuk kehidupan yang fleksibel Kehidupan di luar kompleksitas manusia akan berisi kode DNA dari beberapa spesies, tetapi setiap generasi hanya akan menggunakan salah satu dari spesies ini. Bentuk kehidupan yang fleksibel mungkin berisi kode DNA ikan, pohon, burung, dan manusia. Seseorang mungkin memiliki kesempatan untuk memilih bentuk pertumbuhan terbaik di awal kehidupan, sambil menutup semua bentuk kode lainnya. Saya akan membahas ide-ide ini di akhir buku.
Gambar itu berasal dari: flickr
- Bagaimana memahami masa lalu, masa kini, dan masa depan India saat bepergian di sepanjang Sungai Gangga?
- Ia bercerita tentang pertumbuhannya selama lebih dari 20 tahun.Bagaimana anaknya yang autis bisa menjadi seniman?