Tính toán di truyền học: Mất quá lâu để Hominini tiến hóa thành người.
Tác giả: Thiện Tâm Nguồn: Trí Thức VN Ngày đăng: 2018-08-08
Học thuyết tiến hóa của Charles Darwin bắt đầu hệ thống hóa từ năm 1838. Hai cuốn sách Nguồn gốc các loài (Origin of Species, 1859) và Tổ tiên của loài người (Descent of Man, 1871) là những giải thích của ông về việc hình thành các loài và sự hình thành của con người dựa trên chọn lọc tự nhiên.


Charles-Darwin (Ảnh: Getty Images)
Thuyết tiến hóa hiện đại ngày nay (còn gọi là thuyết tiến hóa tổng hợp hiện đại) được coi là sự là sự tổng hợp của những lý thuyết và bằng chứng trong nhiều bộ môn khoa học như sinh học, sinh hóa học, cổ sinh vật học, nhân chủng học, di truyền học, khảo cổ học, vật lý học, vũ trụ học…
Các lý thuyết di truyền và sự phát hiện ra bộ gen (genome), DNA (DeoxyriboNucleic Acid) cùng các cơ chế mã hóa và di truyền trong thế giới sinh học được cho là “đã vá một sơ hở nguy hiểm của học thuyết ban đầu của Darwin”, khiến cho thuyết tiến hóa trở nên “ngày càng vững chắc” để giải thích về nguồn gốc các loài và loài người.
Theo thuyết tiến hóa, các nhà nhân chủng học ngày nay xác định rằng, khoảng 5-7 triệu năm trước, loài người (Homo) và loài tinh tinh châu Phi (Chimpanzee) được tách ra từ một tổ tiên chung là Hominini (Tông người). Cho đến nay, loài tinh tinh châu Phi này được coi là bà con gần gũi nhất với con người hiện đại.


Theo thuyết tiến hóa, con người (human) và tinh tinh (chimpanzee) có cùng tổ tiên (hominini), từ 5-7 triệu năm trước (ảnh: schoolbag.info)
Chúng ta hãy dùng kiến thức về di truyền học để thử xác định cần bao lâu để tổ tiên chung của loài người và tinh tinh (Hominini) tiến hóa thành người?
Hiện nay, các mẫu hóa thạch được cho là của Hominini còn vô cùng hạn chế. Và cũng không thể tìm được các thông tin về gen và DNA trong các di vật đã hóa thạch.
Vậy, về lý thuyết không thể tính được thời gian tiến hóa từ Hominini thành người hiện đại theo di truyền học. Tuy nhiên, vì tinh tinh và con người đều cùng một tổ tiên từ xa xưa, và cùng trải qua một khoảng thời gian tiến hóa giống nhau, gần như ở cùng một điều kiện tự nhiên nên ta tạm coi rằng sự khác biệt về di truyền giữa tinh tinh và người là có thể nhỏ hơn so với sự khác biệt giữa người (hoặc tinh tinh) và Hominini. Như vậy thời gian lý thuyết để tinh tinh tiến hóa thành người (nếu được) có thể được coi là ngắn hơn hoặc bằng với thời gian Hominini tiến hóa thành người.
Vậy, để tiến hóa từ tinh tinh thành người phải mất bao lâu?
DNA là phân tử mang thông tin di truyền mã hóa cho hoạt động sinh trưởng, phát triển, chuyển hóa chức năng và sinh sản của các sinh vật. Nó được cho là một chuỗi xoắn kép gồm 2 mạch nucleotide. Các nucleotide được tạo từ 1 trong 4 loại nuclebase. Thông tin di truyền được mã hóa bởi trình tự của bốn nucleobase gắn trên mỗi mạch đơn của DNA. Ở người có tổng số khoảng 3,2 tỷ cặp nucleotide đơn.


Theo thuyết tiến hóa, con người (human) và tinh tinh (chimpanzee) có cùng tổ tiên (hominini), từ 5-7 triệu năm trước (ảnh: schoolbag.info)
Hiệp hội phân tích và giải mã gen tinh tinh (Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium) ra đời nhờ dự án Phân tích bộ gen tinh tinh (Chimpanzee genome project). Đây là dự án hợp tác giữa các đơn vị nghiên cứu trên thế giới, quy tụ hàng chục nhà khoa học nhằm nghiên cứu, phân tích và so sánh sự khác biệt giữa bộ gen của tinh tinh và người. Tháng 1/2005, dựa vào việc phân tích và so sánh 2,4 tỉ cặp nucleobase trong tổng số gần 3,2 tỷ cặp nucleobase của người và tinh tinh, báo cáo của tổ chức này đã xác định có khoảng từ 40 đến 45 triệu vị trí cặp nucleobazơ (40-45 Mb) tương ứng với khoảng 1,23% số cặp nucleotide đơn khác nhau trong chuỗi DNA của tinh tinh và người, đồng thời có khoàng 90 triệu sự kiện chèn/xóa tương ứng với khoảng 3% gen khác biệt giữa tinh tinh và người. [1] Kết quả này cho thấy sự khác nhau giữa bộ gen người và tinh tinh là 4%. [2]
Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất được tỷ lệ đột biến gen trên mỗi thế hệ người và tinh tinh, các báo cáo khoa học đều chỉ ra các kết quả rất khác nhau. [3,4]. Dữ liệu liệu gần đây nhất cho thấy tỉ lệ đột biến cặp nucleotide đơn ở mỗi thế hệ người là từ 1 đến 1,2 x 10-8. [5,6,7,8].
Như vậy, áp dụng tỷ lệ đột 1,2 x 10-8/thế hệ, với 3,2 tỷ cặp nucleotide, mỗi thế hệ người chỉ được phép đột biến 3,2 tỷ x 1,2 x 10-8 = 38 cặp nucleotide/thế hệ.
Với sự khác biệt 1,23% về cặp nucleotide đơn giữa người và tinh tinh, tổng số cặp nucleotide sai biệt xuất hiện qua các thế hệ là: 3,2 tỷ x 1,23% = 39.360.000 cặp nucleotide. Vậy số thế hệ cần xuất hiện đột biến để tinh tinh tiến hóa thành người là: 39.360.000/38 = 1.025.000 thế hệ.
Theo nghiên cứu sinh học, tinh tinh cái sẽ có thể mang bầu ở độ tuổi 13 trở lên, còn tinh tinh đực được coi là trưởng thành vào năm 16 tuổi.[9] Điều này khá giống với đặc điểm sinh lý người. Vậy có thể coi tỷ lệ tuổi trung bình giữa mỗi thế hệ là 16 tuổi. Dẫn đến thời gian để 1.025.000 thế hệ tiến hóa = 1.025.000 x 16 = 16.400.000 năm.
Hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu nào xác định chính xác tỷ lệ đột biến có lợi/có hại/trung tính trên bộ gen người. Một số nhà khoa học cho rằng đa số là đột biến gen là đột biến lặn và có hại, một số ít có lợi và có ý nghĩa đối với quá trình tiến hóa và chọn giống. Vì vậy, ta tạm thời coi rằng đột biến có lợi cho quá trình tiến hóa chiếm 1/3 số lượng đột biến còn lại là đột biến không có hại hoặc không có tác dụng (trong thực tế, tỷ lệ này thấp hơn nhiều so với 1/3). Vậy thời gian thời gian tiến hóa được tính bên trên cần gấp ba, bằng 16.400.000 x 3 = 49.200.000 năm.


Bảng tính thời gian tiến hóa từ tinh tinh thành người dựa trên dữ liệu năm 2005 (ảnh: trithucvn.net)
Như vậy, theo suy luận như thuyết tiến hóa, tối thiểu cần mất 49,2 triệu năm để “tổ tiên chung” (Hominini) của người và tinh có thể tiến hóa thành người. Trong khi đó, các nhà nhân chủng học theo thuyết tiến hóa tin rằng loài người chỉ mất từ 5-7 triệu năm để tiến hóa từ tổ tiên chung với tinh tinh thành con người hiện đại, và loài linh trưởng (primates) đầu tiên mới xuất hiện 40 triệu năm về trước. Rõ ràng, đây là sai lầm của thuyết tiến hóa hiện đại.
Nhưng, liệu chỉ có vậy?
Sự khác biệt về DNA của người và tinh chỉ là 1,23%?
Năm 2015, một báo cáo trên tạp chí Nature đã công bố rằng nghiên cứu bộ gen người trên 2.504 cá thể từ 26 quần thể đã cho thấy sự khác biệt về số cặp nucleotide đơn giữa 2 cá thể người là 20 triệu trong tổng số 3,2 tỷ cặp nucleotide, tương đương 0,6%.[10] Như vậy, sự khác biệt về cặp nucleotide giữa 2 cá thể người chỉ bằng 1/2 so với sự khác biệt về cặp nucleotide giữa người và tinh tinh theo báo cáo của Hiệp hội phân tích và giải mã gen tinh tinh năm 2005 (0,6% so với 1,23%). Mặc dù việc so sánh này là khập khiễng, nó vẫn khiến cho chúng ta hoài nghi về kết quả so sánh gen tinh tinh và người năm 2005. Có lẽ sự khác biệt về nucleotide giữa người và tinh tinh là lớn hơn 1,23%.
Năm 2008, Tiến sỹ Richard Buggs, Phó giáo sư Trường khoa học sinh học và hóa học Queen Mary, Đại học Luân Đôn, Anh Quốc cho rằng việc chỉ so sánh 2,4 tỷ cặp nucleotide đơn giữa người và tinh tinh (chiếm 75% số tổng nucleotide) để đưa ra kết luận về sự khác biệt nucleotide giữa 2 giống loài này là 1,23% là không thỏa đáng. Theo ông, sự khác biệt chắc chắn lớn hơn 1,23%.
Richard Buggs đã có nhiều trao đổi và tranh luận với các tác giả của báo cáo năm 2005 tại diễn đàn The BioLogos Forum về lý do dự án của Hiệp hội phân tích và giải mã gen tinh tinh năm 2005 chỉ so sánh 2,4 tỷ trong tổng số 3,2 tỷ cặp nucleotide giữa người và tinh tinh.
Tại các cuộc thảo luận trên diễn đàn, Steve Schaffner, nhà khoa học tham gia dự án năm 2005 đã đưa ra lý do là: tại thời điểm 2005, mới chỉ có 2,7 tỷ cặp nucleotide của tinh tinh được giải mã (còn khoảng hơn 400 triệu cặp chưa được giải mã). Trong 2,7 tỷ cặp nucleotide của tinh tinh đã được giải mã, có 300 triệu cặp không được sử dụng để so sánh vì một phần lớn trong chúng không được xác lập trình tự tốt để so sánh, một số trong chúng xuất hiện lặp lại nhiều lần trong các thế hệ người và 90 triệu cặp nucleotide không giống một chút nào với các cặp nucleotide của con người. [11]
 
 
 
Nguyên nhân dự án so sánh gen tinh tinh và gen người năm 2005 chỉ so sánh 2,4 tỷ nucleotide trong tổng số gần 3,2 nucleotide của người (ảnh: trích từ The BioLogos Forum)
Không chỉ dừng lại ở việc nghi ngờ, Tiến sỹ Richard Buggs đã trực tiến hành việc so sánh nhiều lần bộ gen của người với các phiên bản gen tinh tinh khác nhau. Richard Buggs phát hiện rằng DNA của người và tinh tinh chỉ giống nhau từ 82,34% đến 84,38%. [11,12]. Dữ liệu nghiên cứu của ông có thể được tải từ các tài liệu 13] đến [16].
So sánh 2 phiên bản gen tinh tinh (panTro4, panTro6) với gen người (hg38) cho thấy sự giống nhau về DNA là 82,34% và 84,38% (ảnh: trích từ The BioLogos Forum) Áp dụng các công thức tính toán thời gian tiến hóa cần thiết như ở trên, trong trường hợp tinh tinh và người có 84,38% DNA giống nhau (tương đương 15,62% DNA khác nhau), khi đó thời gian để tinh tinh (hay Hominini) tiến hóa thành người là 624,8 triệu năm.


Bảng so sánh thời gian tiến hóa từ tinh tinh thành người dựa trên dữ liệu năm 2005 và dữ liệu năm 2018 của Richard Buggs (ảnh: trithucvn.net)
Trong khi đó, theo thuyết tiến hóa hiện đại thì sinh vật đa bào đầu tiên mới chỉ xuất hiện khoảng 600 triệu năm về trước, và sự sống trên cạn mới chỉ bắt đầu vào khoảng 500 triệu năm về trước. Có lẽ nào “tổ tiên chung” của loài người và tinh tinh lại xuất hiện hơn 600 triệu năm về trước?



Thời gian biểu tiến hóa sinh vật đa bào không thể dung chứa con số 600 triệu năm theo tính toán phía trên (ảnh qua universe-review.ca)
Như vậy, rõ ràng, dựa trên di truyền học, không có cơ sở để khẳng định rằng con người được tạo ra từ tiến hóa và chọn lọc tự nhiên.
Thiện Tâm tổng hợp
------------
Tài liệu tham khảo:
[1] The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, “Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome,” Nature 437:69-87, 2005
[2] Ajit Varki1 and Tasha K. Altheide, “Comparing the human and chimpanzee genomes: Searching for needles in a haystack”, Genome Research
[3] Ohashi J, Naka I, Toyoda A, Takasu M, Tokunaga K, Ishida T, Sakaki Y, Hohjoh H. , “Estimation of the species-specific mutation rates at the DRB1 locus in humans and chimpanzee”, NCBI, USA, 2006 Nov.
[4] Cell biology by the number, “WHAT IS THE MUTATION RATE DURING GENOME REPLICATION?”, 2009
[5] BioNumbers, Harvard, “Mutation per base pair per generation (germline mutation)”, 2010 Oct 28
[6] Jared C. Roach, Gustavo Glusman, Arian F. A. Smit, Chad D. Huff, Robert Hubley, Paul T. Shannon, Lee Rowen, “Analysis of Genetic Inheritance in a Family Quartet by Whole-Genome Sequencing”, Science 30 Apr 2010: Vol. 328, Issue 5978, pp. 636-639
[7] Stanford at The Tech, “Evolution May Take Longer Than Previously Believed”, June 15, 2011
[8] Augustine Kong, Michael L. Frigge, Gisli Masson, Soren Besenbacher, Patrick Sulem, Gisli Magnusson, Sigurjon A. Gudjonsson, Asgeir Sigurdsson, Aslaug Jonasdottir,Adalbjorg Jonasdottir, Wendy Wong, Gunnar Sigurdsson, G. Bragi Walters, Stacy Steinberg, Hannes Helgason, Gudmar Thorleifsson, Daniel F. Gudbjartsson, Agnar Helgason, Olafur Th. Magnusson,Unnur Thorsteinsdottir, and Kari Stefansson, “Rate of de novo mutations, father’s age, and disease risk”, Nature. 2012 Aug 23; 488(7412): 471–475.
[9] National Geographic, “Chimpanzee”
[10] A global reference for human genetic variation, Nature. 2015 Oct 1; 526(7571): 68–74.
[11] discourse.biologos.org, Human Chimp Genome Similarity
[12] Richard Buggs, ”How similar are human and chimpanzee genomes?”
[13] Richard Buggs, Dữ liệu so sánh bộ gen tinh tinh panTro3 với gen người hg38
[14] Richard Buggs, Dữ liệu so sánh bộ gen tinh tinh panTro4 với gen người hg38
[15] Richard Buggs, Dữ liệu so sánh bộ gen tinh tinh panTro5 với gen người hg38
[16] Richard Buggs, Dữ liệu so sánh bộ gen tinh tinh panTro6 với gen người hg38