Muokataan sivua Eliömaailma rappeutuu (kirja)

'''Eliömaailma rappeutuu – geneettinen entropia ja perimän salaisuus''' on eläkkeellä olevan Cornellin yliopiston genetiikan professorin '''John Sanford'''in kirjoittama kirja, jossa hän käsittelee evoluutioteorian perusmekanismeja, mutaatiota ja luonnonvalintaa ja niiden kykyjä selittää luonnon nykyinen monimuotoisuus.

== Johdanto ==

Kunkin eliön geeniperimä sisältää kaiken eliön elämäänsä tarvitseman informaation dna-koodissa. Dna koostuu pienistä nukleotideista kutsutuista molekyyleistä, joita kuvataan kirjaimilla A, C, T, ja G. Ihmisellä tämän koodi käsittää kaksi kolmen miljardin mittaista sarjaa. Tämän suoraviivaisen informaation lisäksi geeniperimässä on monia tietokoneohjelmalle tyypillisiä silmukoita ja haaroja. Jotkin genomin geenit säätelevät geenejä, jotka edelleen säätelevät muita geenejä. Dna onkin siis moniulotteinen ja itsesäätelevä monimutkainen kokonaisuus, jonka rinnalle ei riitä mikään ihmisen tuottama teknologia vertailukohdaksi. Kaiken lisäksi tämä informaatio on pakattu äärimmäisen pieneen tilaan solun tumaan.

Olennaisin kysymys DNA:oon liittyen on, mistä sen informaatio on tullut ja miten se pysyy olemassa. Evoluutioteorian mukaan selitys on mutaatio ja luonnonvalinta. Mutaation ja luonnonvalinnan toimintaa voidaan kuvata pienen leikkivaunun valmistusprosessilla, jossa ensimmäisen leikkivaunun valmistusohje kopioidaan sokeasti kirjain kerrallaan seuraavan vaunun valmistamiseksi. Vähitellen vaunujen valmistusohjeisiin tulee pieniä kopioijan tekemiä virheitä ja koska kukin valmistusohje kopioidaan aina edeltävästä seuraavan vaunun rakentamiseksi, virheet kerääntyvät. Valmistusohjeet hajoavat ja samalla hajoavat niiden perusteella tehtävät vaunut. 

Valmistusohjeiden hajoamista estämään tulee kuitenkin luonnonvalintaa kuvaava laadunvalvontatuomari, joka valitsee suhteelliselta toimintakyvyltään parhaat vaunut seuraavalle kopiointikierrokselle. Huonojen vaunujen valmistusohjeita ei siis kopioidakaan. Joskus harvoin valmistusohjeeseen voi tulla myös muutos, joka on hyödyllinen. Välillä kopioija voi kopioida jonkin kappaleen, lauseen tai sivun kahteen kertaan, jolloin ohjeen koko voi kasvaa. Harmittomat ylimääräiset kopiot pääsevät tuomarin siivilästä läpi ja niihin saattaa kirjoitusvirheiden kautta kertyä uusien vaununosien informaatiota. 

Näin meillä on mekanismi sille, kuinka pienestä leikkivaunusta voi ajan mittaan kehittyä avaruusalus. Avaruusaluskin on kuitenkin riittämätön kuvaamaan ihmisen monimutkaisuutta, joten analogia ei mene riittävän pitkälle. Olennaista on huomata, ettei tässä prosessissa älykkyyttä ole missään. Laadunvalvontatuomarilla ei ole tietoa tulevasta, sillä se kuvaa vain sitä, että jotkin yksilöt lisääntyvät enemmän kuin toiset.

== Luku 2: Ovatko sattumanvaraiset mutaatiot hyviä? ==

Mutaatiot saavat aikaan suuria tragedioita, sillä esimerkiksi syövät ovat mutaatioiden seurausta. Valtioiden terveyspolitiikat keskittyvätkin mutaatioiden minimoimiseen. Evoluutioteorian mukaan mutaatiot ovat kuitenkin hyviä, sillä ne luovat geneettistä muuntelua. 

Muuntelua on kuitenkin kahdenlaista: suunniteltua ja satunnaista. Suunniteltu muuntelu on esimerkiksi autojen lisävarusteet: niiden avulla voidaan saada aikaan muuntelua autossa. Monien eliöiden perimässä on nykyään ihmisen suunnittelemaa geneettistä vaihtelua. Satunnainen muuntelu on taas autossa ruostetta, hajonneita osia ja kiveniskemiä. 

Satunnainen muuntelu, eli genomissa mutaatiot, ovat lähes aina vahingollista. Tämä näkyy hyödyllisten mutaatioiden äärimmäisenä harvinaisuutena, vaikka tutkijat ovatkin erittäin tarkkana näiden muutosten havaitsemiseksi. Merkittävimpiin esimerkkeihin kuuluvat antibiooteille vastustuskykyiset bakteeritkaan eivät ole kehittyneet, sillä tämän vastustuskyvyn aikaansaavat kromosomistomutaatiot vioittavat solun toimintoja, ja nämä bakteerit häviävät saman tien kilpailussa antibiooteista talttuville bakteereille, kun antibiootti poistetaan ympäristöstä.

Sanford ottaa esimerkiksi kuvitteellisen lentokoneen kokoamisohjeen osan:

{{lainaus|Vaihe <u>6</u>. Kun edellinen vaihe on valmis, toista vaihe <u>3</u>, kunnes <u>B</u>-osa on <u>10</u>,004 mm paksu. Sitten odota vähintään <u>3h</u>, ennen kuin seuraavaan vaiheeseen voidaan siirtyä.}}

Tähän ohjeen osaan voidaan tuottaa yksittäisiä lyöntivirheitä niin, että niillä on kolmenlaisia vaikutuksia. Ensimmäisenä muutos voisi olla täysin merkityksetön, mutta tässä tapauksessa sellaisesta ei ole antaa esimerkkiä. Toiseksi lyöntivirheellä voisi olla hyvin vähäinen vaikutus, niissä kohdissa, joita ei ole alleviivattu. Kolmanneksi muutokset voivat olla merkittäviä – mitä ne olisivat alleviivatuissa kohdissa. Esimerkistä ei selviä, millainen muutos voisi kehittää kokoamisohjetta: mahdollisesti B-osan paksuus voisi muuttua muutamalla millimetrin tuhannesosalla. Tällainen muutos ei kuitenkaan luo uutta informaatiota, vaan vain säätää olemassa olevaa järjestelmää. Lisäksi haitallisia muutoksia olisi tällaista hienoisesti parantavaa muutosta kohdin moninkertaisesti enemmän. 

Sama toimii eliöden genomeissa. Ihmisellä perimässä on kolme miljardia muutoskohtaa, mutta suurimmassa osassa näistä kohdista muutokset ovat vaikutukseltaan lähes neutraaleja. Tästä vallitsee populaatiogeneetikkojen parissa yksimielisyys kolmesta syystä:
 
# Missä tahansa tekstissä suurin osa pienistä muutoksista saa aikaan vain hyvin mitättömän vaikutuksen kokonaisuuden kannalta.
# Ihmisen geeniperimä käsittää 3 miljardia kirjainta: yhden muutos on vain yksi kolmasmiljardisosan muutos koko genomista
# Tämä on myös havaittu tutkimuksissa, joissa on tehty jokin tietty geenimuutos ja tarkkailtu sen vaikutuksia <ref>Sanford, s. 25</ref>.

Täysin neutraaleja ne eivät kuitenkaan ole, sillä ENCODE-projektissa<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = The ENCODE Project Consortium | Otsikko =  An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome | Julkaisu = Nature | Ajankohta = 2012 | Numero = 489 | Sivut = 57-74 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> havaittiin, että perimä on 80%:sti toiminnallista. On olemassa teoreettisia perusteita sen puolesta, että loputkin perimästä olisi toiminnallista. Esimerkiksi olemassaolollaan yksittäinen dna-koodin kirjain vie tilaa ja kuluttaa energiaa solunjakautumisessa sen lisäksi, että se vaikuttaa DNAn toimintaan ja rakenteeseen. Eyre-Walker ja Keightley<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Eyre-Walker, A. ja Keightley, P.D.  | Otsikko = The distribution of fitness effects of new mutations | Julkaisu = Nat Rev Genet | Ajankohta = 2007 | Numero = 8 | Sivut = 610-618 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> ovat myös todenneet, että kaikilla mutaatioilla täytyy olla vaikutusta.

Mutaatioiden jakautuvat siis tappavista hyödyllisiin. Naivi näkemys on, että mutaatioiden vaikutus on jakautunut normaalijakautuneesti niin, että neutraalin raja on jakauman keskellä. Tällaisen jakauman oletti esimerkiksi '''R. A. Fisher''', luodessaan perustavaa luonnonvalinnan teoriaansa. Se on kuitenkin ilmiselvästi väärä, sillä hyödylliset muutokset ovat niin harvinaisia, että ne jätetään tällaisista kaavioista monesti pois. Yksi esimerkki tällaisesta on Kimuran<ref name="kimura79">{{Lehtiviite | Tekijä = Kimura M. | Otsikko = Model of effective neutral mutations in which selective constraint is incorporated | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 1979 | Numero = 76 | Sivut = 3440-3444 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> kaaviosta muokattu<ref>https://luominen.fi/css_images/kimuras_distribution_question.png</ref>, jossa negatiivisten mutaatioiden jakauma lähenee asymptoottisesti kasvaen vaikutuksen nollalinjaa kohti, ja hyödyllisiä ei ole ollenkaan. 

<!-- <ref name="kimura79" /> -->
Kimuran kaaviossa on myös lähes neutraalien mutaatioiden alue, jossa tapahtuvia mutaatiota valinta ei näe. Ne eivät kuitenkaan ole vaikutukseltaan neutraaleja. Kimura johtaa tämän alueen koon populaation koosta, joka on vain minimiraja. Muller<ref name="muller64">{{Lehtiviite | Tekijä = Muller H.J. | Otsikko =  The relation of recombination to mutational advance | Julkaisu = Mutation research | Ajankohta = 1964 | Numero = 1 | Sivut = 2-9 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> on esimerkiksi todennut, että genetiikasta riippumattomat tekijät vaikuttavat siihen, kuinka suuri osa mutaatioista päätyy valinnan ulottumattomiin.

Sanford on todennut, että genetiikan alan kirjallisuudessa arviot hyödyllisten mutaatioiden suhteesta vahingollisiin vaihtelevat välillä 1:1000 – 1:1000 000, niin, että parhaimmat arviot ovat lähempänä 1:1000 000:aa.<ref>Sanford, s. 30</ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Gerrish P.J ja R. Lenski | Otsikko = The fate of competing benefical mutations in an asexual population | Julkaisu = Genetica | Ajankohta = 1998 | Numero = 102/103 | Sivut = 127-144 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>. Todellisesta suhteesta ei edes voida tehdä tarkkoja laskelmia sen pienuuden takia.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Bataillon T. | Otsikko =Estimaton of spontaneous genome-wide mutation rate parameters: whither benefical mutations? | Julkaisu = Heredity | Ajankohta = 2000 | Numero = 84 | Sivut =497-501 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Elena S.F. ym. | Otsikko = Distribution of fitness effects caused by random insertion mutations in bacteria | Julkaisu = Genetica | Ajankohta = 1998 | Numero = 102/103 | Sivut = 349-358 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>. Niitä kuitenkin on, mutta ne menevät kaikki Kimuran valinnan ulottumattomissa olevalle alueelle, eikä valinta näe niitä. Joillain äärimmäisen harvoilla hyödyllisillä mutaatioilla on niin merkittävä vaikutus, että valinta näkee ne, ne on kaaviossa merkitty nuolilla. Kaaviosta näkyy selvästi, että informaatiota tuhoavat mutaatiot jyräävät selvästi hyödyllisten yli. 

Hyödylliset mutaatiot ovat kuitenkin evoluutioteorian ytimessä, joten viime vuosisadalla käytettiin huomattavia resursseja saamaan mutaatioilla aikaan hyödyllisiä muunnoksia. Kyse on siis mutaatiojalostuksesta, jota alettin harjoittaa sen jälkeen, kun havaittiin tietynlaisen säteilyn ja tiettyjen kemikaalien aiheuttavan mutaatioita. Evoluutioteorian perusteella runsas mutaatioiden määrä ja tehokas valinta kiihdyttäisi kehitystä merkittävästi. 

Tämän jälkeen erityisesti kasveja altistettiin säteilylle ja kemikaaleille mutaatioiden aikaansaamiseksi ja sen jälkeen näistä pyrittiin seulomaan mahdollisesti syntyneet paremmat muodot. Valtavia määriä viljelykasveja käsiteltiin näin, ja aikaan saatiin lisääntymiskyvyttömiä, kitukasvuisia, sairaita tai muuten epämuodostuneita kasveja. Sato ei parantunut käytännössä lainkaan, vaikka tohtoritason tiedemiehet olivat ohjaamassa evoluutioprosessia. 

Näin kävi, koska mutaatiot eivät tuottaneet hyödyllisiä muutoksia. Pari poikkeusta tällä kuitenkin saavutettiin: vähäfytaattinen maissi ja joitain koristekasveja. Vähäfytaattisella maissilla mutaatiot hajottivat fytaattia valmistavat solujärjestelmät, eikä maissi näin tuottanut enää fytaattia. Tästä oli etua, kun maissia käytetään karjan rehuna, mutta kyse on informaation tuhoutumisesta, ei uuden informaation synnystä. Koristekasvit tarkoittavat monia epämuodostuneita, täplikkäitä tai muuten värivirheellisiä, lisääntymiskyvyttömiä kasveja, joiden epämuodostumia pidettiin kauniina. 

Miten evoluutioprosessi eli mutaatio ja valinta voisi toimia ilman älykästä ohjausta, jos se ei toimi edes ohjattuna? Epäonnistuneiden mutaatiojalostuskokeiden jälkeen samat tutkijat siirtyivät perinteiseen jalostukseen, jossa käytetään kasvien luontaista muuntelupotentiaalia. Tällä perinteisellä jalostuksella he saivat merkittäviä saavutuksia aikaan. Kuva on järkevä vain, jos perimän muuntelupotentiaali on käytännössä kokonaan suunniteltua, eikä mutaatioiden aikaansaamaa<ref>Sanford, s. 32</ref> – vastaavalla tavalla kuin autoon voi tuottaa suunniteltua vaihtelua lisävarustein ja suunnittelematonta vaihtelua kiveniskemien, ruostumisen ja hajonneiden osien kautta.<ref>Sanford, s. 33</ref>

Bergman<ref>{{Lehtiviite | Tekijä =Bergman J. | Otsikko = Research on the deterioration of the genome and Darwinism: why mutations result in degeneration of the genome | Julkaisu = | Ajankohta = 22.-23.4.2004 | Numero = | Sivut = | Selite = Intelligent design Conference, Biola University | Viitattu = }}</ref> haki Biological Abstracts and Medlinestä tutkimuksia mutaatio-hakusanalla. Näitä löytyi yli 400 000, mutta vain 186 näistä käsitti sanan benefical – hyödyllinen. Näissäkin kaikissa oli kyse informaatiota tuhonneista muutoksista, jotka olivat hyödyllisiä. Joissain tutkimuksissa on havaittu suuria määriä hyödyllisiä mutaatioita, mutta näissä on kyse tasaisissa laboratorio-olosuhteissa hyödyttömien genomin osien tuhoutumisesta. Monien mikrobien perimästä jopa puolet koostuu geeneistä, joita tarvitaan vain tietynlaisessa elinympäristössä, joita ei laboratoriossa tarvita.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä =Montañez, G., Marks R., Fernandez J. ja Sanford J. | Otsikko = Multiple overlapping genetic codes profoundly reduce the probability of beneficial mutation | Julkaisu = Marks II R.J. ym. (toim.) Biological Information – New Perspectives | Ajankohta = 2013 | Numero = | Sivut = 139-167 | www = https://www.worldscientific.com/doi/pdf/10.1142/9789814508728_0006 | Viitattu = 3.7.2020}} </ref> 

Laboratorio-olosuhteiden vaikutus näkyy (Barrick et al., 2009; Lenski, 2011) Lenskin tutkimusryhmän tuloksista.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Barrick, J.E. ym. | Otsikko = Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli | Julkaisu = Nature | Ajankohta = 2009 | Numero = 461 | Sivut = 1243-1247 }}</ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Lenski, R.E. | Otsikko = Evolution in Action: a 50,000-generation salute to Charles Darwin | Julkaisu = Microbe | Ajankohta = 2011 | Numero = 6(1) | Sivut = 30-33 }} </ref> E. Coli -bakteerit sopeutuivat keinotekoiseen ympäristöön ja kasvoivat siinä hieman nopeammin. Tämä etu tuli kuitenkin siitä, että geenit tuhoutuivat. Bataillonin ja Baileyn<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Bataillon, T. ja Bailey, S.F. | Otsikko = Effects of new mutations on fitness: insights from models and data | Julkaisu = Ann. N.Y. Acad. Sci. | Ajankohta = 2014 | Numero = | Sivut = 1-17 | www = https://nyaspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nyas.12460 | Viitattu = 3.7.2020 }} </ref> tutkimus myös tukee mainittua mutaatioiden vaikutuksen totuudenmukaista jakaumaa. 

== Luku 3: Miten monta mutaatiota on liian monta? ==

Jos vahingollisia mutaatioita kertyy yksi ihmistä kohden sukupolvessa, pitkän aikavälin rappeutuminen on varmaa.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Muller, H.J. | Otsikko = Our load of mutations | Julkaisu = Amer. J. Human Genetics | Ajankohta = 1950 | Numero = 2 | Sivut = 111-176 }} </ref> Näin siksi, että valinnan on poistettava mutaatiot sitä mukaa kun niitä tulee, eikä valinnallisen karsimiseen ole käyttää kuin osa populaatiosta. Genetiikan kirjallisuudessa kerrottujen arvioiden mukaan kukin ihminen saa syntyessään keskimäärin 75-175 uutta mutaatiota perimäänsä<ref name="lynch2010">{{Lehtiviite | Tekijä = Lynch, M. | Otsikko = Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 2010 | Numero = 107 (3) | Sivut = 961-968 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Nachman, M.W. ja Crowell, S.L. | Otsikko = Estimate of the mutation rate per nucleotide in humans | Julkaisu = Genetics | Ajankohta = 2000 | Numero =156 | Sivut = 297-304 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref name="kondrashov2002">{{Lehtiviite | Tekijä = Kondrashov, A.S. | Otsikko = Direct Estimate of human per nucleotide mutation rates at 20 loci causing Mendelian diseases | Julkaisu =  Human Mutation | Ajankohta = 2002 | Numero = 21 | Sivut = 12-27 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Campbell, C.D. ja Eichler. E.E.  | Otsikko = Properties and rates of germline mutations in humans | Julkaisu = Trends in Genetics | Ajankohta = 2013 | Numero = 29 | Sivut = 575-584 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Xue, Y. ym. | Otsikko = Human Y chromosome base-substitution mutation rate measured by direct sequencing in a deep-rooting pedigree | Julkaisu = Current Biology | Ajankohta = 2009 | Numero = 19 | Sivut = 1453-1457 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> , mutta tähän on laskettu vain genomiin tulevat pistemutaatiot.<ref>Sanford, s. 36</ref>

<!-- <ref name="kondrashov2002" />
<ref name="lynch2010" /> -->

Pistemutaatioiden lisäksi mutaatioita tulee mitokondrioihin, joihin niitä on arvoitu tulevan 2,5 kappaletta nukleotidiasemaa kohti miljoonassa vuodessa<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Parsons, T.J. ym. | Otsikko = A high observed substitution rate in the human mitochondrial DNA control region | Julkaisu = Nature Genetics | Ajankohta = 1997 | Numero =15 | Sivut = 363-368 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>. Koska mitokondrion perimä on 16 500 nukleotidia pitkä, ja jos oletetaan 25 vuoden sukupolvi, tämä tarkoittaa yhtä mutaatiota mitokondrion perimässä ihmistä kohden.  

Tämän lisäksi mutaatioita tulee mikrosateliitti-dna-osiin, joissa ne voivat aiheuttaa vakavia geneettisiä sairauksia.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Sutherland, G.R. ja R.I. Richards | Otsikko = Simple tandem repeats and human disease | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 1995 | Numero = 92 | Sivut = 3636-3641 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> Näitä mutaatioita tapahtuu keskimäärin yksi yhtä tyypillisissä mutaatiovauhtia laskevissa tutkimuksissa huomioon otettua pistemutaatiota kohden.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Ellegren, H. | Otsikko = Microsatellite mutations in the germline: implications for evolutionary inference | Julkaisu = TIG | Ajankohta = 2000 | Numero = 16 | Sivut = 551-558 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>

Aiempien lisäksi tapahtuu myös suurempia kromosomistomutaatioita, kuten deleetioita ja insertioita. Kondrashovin<ref name="kondrashov2002" /> mukaan näitä tapahtuu neljä kutakin sataa pistemutaatiota kohden. Ne voivat kuitenkin vaikuttaa yhdestä miljoonaan nukleotidia, ja ne voivat poistaa nukleotideja kokonaan. Näin ollen muuttuvien nukleotidien määrä sukupolvessa ihmistä kohden on selvästi suurempi, kuin 204 – ja vieläkin on olemassa inversio- ja translokaatiomutaatioita, sekä konversioita, jotka voivat edelleen kaksinkertaistaa esitetyt luvut. Todelliseksi nukleotidimuutosten määräksi voidaankin perustellusti olettaa yli 1000 ihmistä kohden.<ref>Sanford, s. 42-43</ref>

Oletetaan kuitenkin käytännön vuoksi ja evoluutioteorian eduksi, että mutaatioita tapahtuu 100 ihmistä kohden sukupolvessa. Tällainen muutoksen määrä on erittäin pieni osa koko perimää, mutta kun lasketaan nykyään maapallolla elävät noin seitsemän miljardia ihmistä, ja jokaiselle näistä tulleet 100 uutta muutosta perimässä, on muutosten yhteenlaskettu määrä 700 miljardia. Kolmen miljardin kirjaimen perimässä tämä tarkoittaa, että jokainen mahdollinen nukleotidipaikka on keskimäärin mutatoitunut yli 200 kertaa. Kaikki mahdolliset pistemutaatiot ovat tapahtuneet jo nykyään elävien ihmisten parissa. Näiden mutaatioiden vaikutuksia ei kuitenkaan nähdä vielä, mutta ne tulevat tulevien sukupolvien aikana ilmi. 

Kun mutaatioita kertyy paljon, se johtaa lopulta mutaatiosulamiseksi<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Bernardes, A.T. | Otsikko = Mutation load and the extinction of large populations | Julkaisu = Physica ACTA | Ajankohta = 1996 | Numero = 230 | Sivut = 156-173 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> kutsuttuun ilmiöön, jossa populaation hedelmällisyys laskee, ja samalla valinnan vaikutusmahdollisuudet edelleen vähenevät. Valinta vaatii ylimääräistä populaatiota, josta voi karsia. Lopulta edessä on sukupuutto. Se uhkaa jo monia nykyisin uhanalaisia lajeja, ja samoin ihmistä vähän pidemmällä aikajänteellä. 

== Luku 4: luonnonvalinta ==

Vaikka ihmisten eliniät kasvavatkin yhteiskunnassa, mutaatiot rappeuttavat perimää nopeasti. Tästä vallitsee geneetikkojen parissa yksimielisyys, sillä mutaatioita kasautuu nopeasti ja valinta on heikkoa.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Crow, J.F. | Otsikko =  The high spontaneous mutation rate: is it a health risk? | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 1997 | Numero = 94 | Sivut = 8380-8386 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>{{,}}<ref name="lynch2010" />

Monien ihmisten mielestä luonnonvalinta on kuitenkin taikasauva. Sen ajatellaan voivan tehdä mitä tahansa. Sanford muistelee myös itsellään olleen naivin yliarvioiva käsitys luonnonvalinnan toiminnasta genomin tasolla, jota on tutkinut vain osa populaatiogeneetikoista. He ovat huomattavan älykkäitä, mutta selvästi evoluutioteoriaan sitoutuneita. Heidän matemaattiset mallinsa ovat monimutkaisia, eivätkä biologit yleensä ymmärrä niitä. Tällaiset mallit kuitenkin perustuvat tiettyihin olettamuksiin, aksioomiin, joiden pätevyys ratkaisee laskelmien toimivuuden. 

Evoluutioteorian perustavinta ongelmaa Sanford kutsuu prinsessa ja nukleotidi -paradoksiksi tunnetun lastensadun mukaan, jossa prinsessan kuninkaallisuus havaittiin siitä, ettei hän pystynyt nukkumaan, kun kolmentoista patjan alle oli pantu herne. Tämä kuvaa yksilön ilmiasun, eli fenotyypin ja yksilön geeniperimän eli genotyypin välistä eroa. Mutaatiot tapahtuvat genotyypissä molekyylitasolla, ja valinnan pitäisi pystyä valitsemaan näitä miljardeja muutoksia. Ainoa, mihin valinta kohdistuu, on kuitenkin eliön lisääntymistodennäköisyys. Luonnonvalinta ei koskaan näe yksittäisiä dna-koodin kirjaimia. 

Tilanne onkin samankaltainen, kuin prinsessan, joka yrittäisi lukea mittavia sokeankirjoituksella kirjoitettuja kirjoja lukuisten patjojen läpi. Kaikkien mutaatioiden vaikutus ei toki ole sokeankirjoituspisteen kokoinen, vaan välillä se on merkittävämpi, kuten keilapallon kokoinen – tämä on kuitenkin äärimmäisen harvinaista, ja luonnonvalinnan toiminta tällaisia niin sanottuja keilapallomutaatioita vastaan on ilmeistä. Valtaisa enemmistö mutaatioista vaikuttaa kuitenkin kuin sokeankirjoituksen kirjain.

Nukleotidien ja yksilön välinen maailma ovat hyvin erilaiset. Osa tästä erilaisuudesta tulee koosta. Jos nukleotidista tehdään herneen kokoinen, tulee ihmisestä karkeasti otettuna 16 000 kilometriä pitkä. Yksittäinen nukleotidi ei myöskään suoraan vaikuta kuin tietyn geenin käännökseen, ja sitä kautta mRNA:n tuotantoon. Se vaikuttaa taas tietyn entsyymin määrään, joka vaikuttaa taas tiettyyn aineenvaihduntaväylään. Tämä voi edelleen vaikuttaa jonkin solun osaan, ja solun toiminta kudoksen toimintaan. Tämä voi edelleen vaikuttaa eliöön ja siihen todennäköisyyteen, miten tämä mutaatio siirtyy seuraavalle sukupolvelle. 

Jokainen toiminnallisuuden taso heikentää mutaation vaikutusta kertaluokkia. Yksilön tasolla tapahtuvan valinnan ja genomissa tapahtuvien muutosten eroa voidaan kuvata uudenlaisella tavalla kehittää yliopiston biokemian oppikirjoja. Siinä jokaiseen kirjaan luodaan kaikenlaisia kirjoitusvirheitä, jotka vastaavat esimerkiksi pistemutaatioita, deleetioita ja insertioita. Tämän jälkeen parhaimmin menestyneiden opiskelijoiden kirjat kopioidaan seuraaville opiskelijoille, ja edelleen niihin tuotetaan vastaavia virheitä.

Tämä menetelmä ei kuitenkaan tuota parempia oppikirjoja, sillä virheiden merkitys menestyksen kannalta on hyvin pieni kaiken muun rinnalla, mitä opiskelijoiden menestykseen vaikuttaa (motivaatio, luokkahuoneet, opettajat, rakkauselämä jne.) Parhaat tulokset eivät synny vähävirheisimmän oppikirjan, vaan monien muiden syiden seurauksena. Nämä muut tekijät ovat kohinaa, joka estää kirjoitusvirheiden tehokkaan valinnan. 

Jos tämän järjestelmän annetaan toimia pidempään, oppikirjat vioittuvat entisestään ja ennen pitkää oppimistulokset laskevat. Tekstin virheiden ja opiskelijoiden menestyksen välinen yhteys on suurelta osin olematon, eikä siksi oppikirjojen vioittumista voida estää. Tämä kuvaa hyvin evoluutioteorian toimintaperiaatetta – vielä sillä lisäyksellä, että tällainen mekanismi tuotti biokemian oppikirjan alunperinkin.

Prinsessa ja nukleotidi -paradoksia pahentaa edelleen homeostaasi-ilmiö, joka tarkoittaa sitä, että eliöt sopeutuvat erilaisiin ympäristöihin, esimerkiksi tasalämpöiset eläimet kylmään ilmastoon. Homeostaasi vaatii hyvin monimutkaista tunnistimien ja säätimien järjestelmää jokaisessa solussa, ja sen seurauksena yksittäisten mutaatioiden vaikutus edelleen vähenee. Tähän vertautuu se, että prinsessan patjat olisivat itseoikaisevia – vaikka patjojen alle pantaisiin tennispallo, ne oikaisisivat itsensä niin, ettei sitä pystyisi havaitsemaan. 

Kun Mendelin periaatteet jälleen löydettiin 50 vuotta Mendelin jälkeen, havaittiin eliöissä olevan lukuisia toistaan erillisiä geneettisiä yksiköitä, ja että valinta on ongelmissa, jos näiden yksiköiden määrä kasvaa kovin suureksi. Tämä on prinsenssa ja nukleotidi -paradoksi, vaikka sillä nimellä ei tätä luonnollisesti kutsuttukaan. 

Niinpä tutkijat keksivät määritellä populaatiot geenipooleiksi, jossa geenit ovat kuin varastossa ja valinta valitsee niistä parhaita yksitellen. Tämä suoranaisesti pelasti koko evoluutioteorian, mutta on täysin virheellinen: populaatiot ovat erittäin kaukana geenien varastosta.<ref>Sanford, s. 50</ref> 

Jotta populaation määrittely geenipooliksi onnistuisi, on tutkijoiden täytynyt olettaa useita virheellisiä olettamuksia tosiksi: 

# Oletettiin, että kukin nukleotidi valitaan ja peritään yksittäin, eli että genomissa ei ole yhteenliittymiä, joissa useampia nukleotideja perittäisiin kokonaisuuksina. Tällaisia yhteenliittymiä kuitenkin on olemassa.
# Nukleotidien välillä ei ole vuorovaikutusta (epistasia). Tätä on havaittu olevan.
# Populaatioiden koot oletettiin äärettömiksi. Ne eivät kuitenkaan ole sitä ilmiselvästi koskaan.
# Valinnalle oletettiin rajattomasti aikaa. Aikaa on kuitenkin rajallisesti.
# Oletettiin, että rajattomasti ominaisuuksia voidaan valita yhtä aikaa. (Sanford osoittaa tämän virheelliseksi myöhemmin kirjassa. Todellisuudessa vain kourallista ominaisuuksia voidaan valita tehokkaasti yhtä aikaa.)

Nämä olettamukset eivät vastaa biologista todellisuutta, jossa todelliset eliöt elävät. Näillä tutkijoilla oli kuitenkin Sanfordin mukaan valtava ”älyllisen auktoriteetin sädekehä”, jonka varjolla nämä olettamukset hyväksyttiin. Olivathan biologitkin evoluutioteoriaan uskovia, joten heistä oli vain hienoa, että saavat olla samaa mieltä populaatiogenetiikan gurujen kanssa, vaikka eivät pitäneetkään kuvausta populaatioista geenipooleina täysin järkevänä. Sanford itsekin muistelee hyväksyneensä tämän selityksen: hänhän tiesi evoluution olevan totta, joten ei ollut niin tärkeää, vaikka hän ei pitänytkään itseään riittävän fiksuna ymmärtämään populaatioita geenipooleina.<ref>Sanford, s. 50-51</ref>

Todellisuudessa populaatiot eivät ole geenipooleja, vaan geenit ovat sitoutuneet yksilöihin. Genomissa on myös isoja yhteen liittyneitä ryhmiä, joissa on 10 000:sta miljoonaan nukleotidia. Nämä ryhmät eivät hajoa koskaan, vaan niitä käsitellään aina yhtenä kokonaisuutena. Prinsessa ja nukleotidi -paradoksi on siis edelleen ratkaisematta. Se osoittaa yksinään evoluutioteorian virheelliseksi, mutta on vasta ongelmien alkusoittoa. Sanford antaa kuitenkin loppukirjansa ajan teoreetikkojen pitää olettamuksensa populaatioista geenipooleina ja nukleotidien tasolla toimivasta valinnasta. 

Perustavimmat valintaongelmat

# Valinnan hinta
# Näkymättömien mutaatioiden havaitseminen
# Järjestelmällinen lisääntymiskykyisten karsinta.

=== 1. Valinnan hinta ===

Valinnalla on hintansa<ref name="haldane1957">{{Lehtiviite | Tekijä = Haldane, J.B.S. | Otsikko = The cost of natural selection. | Julkaisu = J. Genetics | Ajankohta = 1957 | Numero = 55 | Sivut = 511-524 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref name="kimurajaohta71">{{Lehtiviite | Tekijä = Kimura, M. ja Ohta, T. | Otsikko = Theoretical Aspects of Population Genetics | Julkaisu = Princeton University Press, Princeton, NJ | Ajankohta = 1971 | Numero = | Sivut = ss. 26-31, s. 53 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref name="kimura1983">{{Kirjaviite | Tekijä = Kimura, M. | Nimeke = Neutral Theory of Molecular Evolution | Julkaisija = Cambridge Univ. Press | Vuosi = 1983 | Kappale = | Sivu = s. 26, ss. 30-31 | Selite = | Tunniste = }} </ref>{{,}}<ref>{{Kirjaviite | Tekijä = ReMine, W. | Nimeke = The Biotic Message: Evolution versus Message Theory | Julkaisija = St. Paul Science, St. Paul, MN | Vuosi = 1993 | Kappale = | Sivu = | Selite = | Tunniste = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = ReMine, W. | Otsikko = Cost of Selection Theory | Julkaisu = Technical Journal | Ajankohta = 2005 | Numero = 19 | Sivut = 113-125 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>. Se voi kohdistua vain ylimääräiseen populaatioon. Esimerkiksi ihmisellä populaation koon ylläpitämiseksi kahden vanhemman on tuotettava yli kaksi jälkeläistä, sillä osa ihmisistä ei lisäänny genetiikasta riippumattomista syistä. Vasta tämän ylittävästä populaatiosta voidaan estää yksilöitä lisääntymästä valinnallisista syistä. Haldanen<ref name="haldane1957" /> mukaan vain 10% ihmispopulaatiosta voidaan valinnallisesti karsia. Suuremmasta karsimisesta seuraisi nopeasti sukupuutto.

Joillakin lajeilla genetiikasta riippumattomista syistä lisääntyminen epäonnistuu puolella yksilöistä. Näillä lajeilla tarvitaan neljä jälkeläistä kahta yksilöä kohti ainoastaan populaation koon säilyttämiseksi. Lisäksi monet geneettiset ominaisuudet eivät periydy. Jotkin geenit toimivat hyvin tietynlaisena yhdistelmänä, mutta muuten niistä on hienoista haittaa. Tämä on totta heteroosissa ja epistasiassa. Valinta tällaisia muutoksia vastaan menee hukkaan, koska ominaisuudet eivät periydy. Ennen todellista valintaa täytyy maksaa nämä kaikki muut lisääntymishinnat, ja tämänkin jälkeen on varaa karsia vain sen verran, ettei populaation koko laske. 

Yleinen biologinen toiminnallisuus, eli kelpoisuus on hyvin heikosti periytyvä ominaisuus. Kimuran mukaan periytyvyys on 0,004 (jos periytyvyys on 0, ominaisuus ei periydy ollenkaan, jos 1, ominaisuus periytyy täysin). Ympäristötekijät määräävätkin kelpoisuuden lähes täysin, ja näin ollen ylivoimainen enemmistö kaikkien muiden lisääntymisen estäneiden tekijöiden jälkeenkin tapahtuvasta valinnasta menee hukkaan. Ylimääräisestä populaatiosta voidaan valita tehokkaasti vain erittäin pieni osa. Jatkossa kuitenkin oletetaan, että koko ylimääräinen populaatio on täysin käytettävissä tehokkaaseen valintaan. 

Valinnan hinnan jättäminen huomiotta on Sanfordin mukaan teoreetikkojen suurimpia virheitä. He olettavat, että voivat käyttää valintaa kuinka paljon tahansa, mikä muistuttaa esimerkiksi lännenelokuvien seriffiä, joka pystyy ampumaan kuudesti laukeavallaan moninkertaisesti useamman kerran. Teoreetikoilla ei kuitenkaan ole lännenelokuvien käsikirjoittajien tapaan taiteilijan vapautta, vaan heidän on kirjanpitäjän tavoin pidettävä kirjaa käytetystä valinnasta ja sen hinnoista, jotta ne voidaan maksaa.

=== 2. Näkymättömät mutaatiot ===

Useat tutkijat ovat havainneet<ref name="kimura1968">{{Lehtiviite | Tekijä = Kimura, M. | Otsikko = Evolutionary rate at the molecular level | Julkaisu = Nature | Ajankohta = 1968 | Numero = 217 | Sivut = 624-626 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Ohta, T. | Otsikko = Slightly deleterious mutant substitutions in evolution | Julkaisu = Nature | Ajankohta = 1973 | Numero = 246 | Sivut = 96-98 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Ohta, T. | Otsikko = Mutational pressure as the main cause of molecular evolution and polymorphism | Julkaisu = Nature | Ajankohta = 1974 | Numero = 252 | Sivut = 351-354 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Ohta, T. | Otsikko = The nearly neutral theory of molecular evolution | Julkaisu = Ann Rev Ecol Syst | Ajankohta = 1992 | Numero = 23 | Sivut = 263-286 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Ohta, T. | Otsikko = Near-neutrality in evolution of genes and gene regulation | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 2002 | Numero = 99 | Sivut = 16134-16137 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref>{{,}}<ref name="kondrashov1995">{{Lehtiviite | Tekijä = Kondrashov, A.S. | Otsikko = Contamination of the genome by very slightly deleterious mutations: why have we not died 100 times over? | Julkaisu = J. Theor. Biol. | Ajankohta = 1995 | Numero = 175 | Sivut = 583-594 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>, että suuri osa mutaatioista on näkymättömiä. Ne eivät saa aikaan sellaista vaikutusta, että ne voitaisiin tunnistaa. Tällaisia on suurin osa pistemutaatioista. Tämä tekee myös valinnasta mielivaltaista, sillä se on kuin yrittäisi valita kirjakaupassa tietosanakirjasarjan, josta tietää, että kussakin tietosanakirjasarjasetissä on omat 10 000 kirjoitusvirhettä. Millä tavoin voisi valita vähävirheisimmän tietosanakirjasarjan?

=== 3. Lisääntymiskykyisten lisääntymisen järjestelmällinen estäminen ===

Yksikään yhteiskunta maailmassa ei pyri hallitsemaan tarkoin ihmisten lisääntymistä. Natsisaksan kokeilun seuraukset olivat katastrofaaliset, eivätkä nykyiset syntyvyyden säännöstelyohjelmatkaan ole olleet tehokkaita mutaatioiden poistamiseksi. Ihmisten lisääntyminen on enimmäkseen satunnaista, ja tähän tekee poikkeuksen vain tapaukset, joissa mutaatio tai useampi aiheuttaa selvän geneettisen vian. 

Ihmispopulaatiosta emme siis voi valita yhtäkään pistemutaatiota. Vaikka näin voitaisiin tehdä, eli mutaatiot voitaisiin havaita ja mutantteja estää lisääntymästä, seuraa nopeasti valinnan hinnan tuottama raja, jota enempää ei voida valita. Tästä tulee erityisen merkittävä ongelma silloin, kun valitaan useita mutaatioita vastaan yhtäaikaisesti. Valinta ei olekaan siis alkuunkaan helppoa. 

Luonnonvalintaa koskee samat ongelmat kuin keinotekoistakin valintaa. Se ei näe näkymättömiä muutoksia, eikä pysty valitsemaan useita mutaatioita vastaan yhtä aikaa valinnan hinnan takia. Keinotekoinen valinta on itse asiassa tehokkaampaa, koska siinä epäkelvot eliöt hävitetään, kun taas luonnonvalinnassa ainoastaan epäkelvon lisääntymistodennäköisyys laskee. 

Valinta kuitenkin toimii. Se on todellinen luonnossa havaittava ilmiö, jolla on kuitenkin yhtä todelliset rajansa. Sanford pystyi menestyksekkäästi valinnan avulla jalostamaan kasveja ja luonnonvalinta on poistanut ihmispopulaatiostakin kaikkein pahimmat mutaatiot. Luonnonvalinnan toimivuuden sanford tiivistää lauseeseen:

{{lainaus|”Valinta voi joskus toimia geenitasolla, mutta epäonnistuu järjestelmällisesti genomin tasolla.”<ref>Sanford, s. 57</ref>}}

== Luku 5 Genomitason valinnan ongelmat ==

Geneetikkojen käytäntönä on Sanfordin mukaan ollut yleistää yhden mutaation valintaa koskevat päätelmät koskemaan kaikkia mutaatioita periaatteella, se mikä toimii yhdellä, toimii kaikilla. Tämä on kuitenkin kuin väittäisi, että jos jollakulla on varaa ostaa yksi auto, hänellä on varaa ostaa miten monta autoa tahansa. 

=== 1. Valinnan hinta ===
Ihmisen geeniperimä käsittää kahtena kopiona kolme miljardia dna-koodin kirjainta. Jokainen on tuonut tähän perimään sata uutta muutosta, mutta perinyt myös kaikki aiemmat muutokset. Tämä tarkoittaa, että jokainen ihminen on mutantti. Kaikkien mutaatioiden valinta samalla tarkoittaisi välitöntä sukupuuttoa. Jo oman sukupolvemme aikana, ihmiskuntaan on tullut 700 miljardia uutta mutaatiota (7 miljadia ihmistä x 100 mutaatiota). 

Ihmisistä voidaan kuitenkin estää lisääntymästä vain alle kolmasosaa, jolloin tämä julma toimenpide poistaisi ihmispopulaatiosta reilut 233 miljardia mutaatiota. Tämänkin jälkeen jäisi jäljelle yli 467 miljardia mutaatiota. Vaikka oletettaisiin, että kaksi kolmasosaa mutaatioista on täysin neutraaleja, jäljellä on silti yli 155 miljardia mutaatiota. Vaikka karsimisen määrä kaksinkertaistettaisiin, eli kahta kolmasosaa ihmisistä estettäisiin lisääntymästä, jäljellä olisi edelleen yli 77 miljardia mutaatiota. Näin voimakkaaseen valintaan meillä ei kuitenkaan ole varaa.

=== 2) Huomaamattomat ja merkitykseltään vähäiset mutaatiot ===

Tappavat tai lähes tappavat mutaatiot eivät ole populaation näkökulmasta valinnan ongelma, sillä ne ovat harvinaisia ja ne karsiutuvat itsestään. Erityisesti lyhyellä aikavälillä populaation kannalta ongelmallisimpia ovat merkitykseltään vähäiset mutaatiot<ref name="kimurajaohta71" /><sup>s.53</sup>, jotka pitää karsia tai populaatio rappeutuu nopeasti. Vaikka ne saataisiinkin karsittua, jäljellä on edelleen lähes neutraalit mutaatiot. Näin ollen genomit väistämättä rappeutuvat. 

==== 2a) lähes neutraalit mutaatiot ====

Suurin osa mutaatioista on vaikutukseltaan lähes neutraaleja ja niiden vaikutus jää kaikenlaisen biologisen kohinan jalkoihin.<ref name="kimura1968" />{{,}}<ref name="kimura1983" />{{,}}<ref name="kimurajaohta71" /> Näillä mutaatioilla on kuitenkin vaikutusta, sillä ne tuhoavat näissä nukleotidipaikoissa olevaa informaatiota. Ne vastaavat autossa ruostumista, joka tapahtuu atomi kerrallaan. Vaikka hajonneita osia autosta voikin korjata, kaikkialla tapahtuvaa ruostumista ei pysty pysäyttämään. Sama pätee myös ihmisen ikääntymiseen, vaikka elimiä voidaan vaihtaa, vanhenemista aiheuttavia mutaatioita soluissa ei voida pysäyttää. Tämä ongelma on saanut yhden tunnetun populaatiogeneetikon kirjoittamaan tutkimuksen otsikolla "''Why have we not died 100 times over?''"<ref name="kondrashov1995" />. 

Homogeenisessa ympäristössä elävässä bakteeripopulaatiossa valinta on tehokasta ja jokainen solu on itsenäisesti valinnan kohde. Niiden genomit ovat pieniä ja geenien väliset vuorovaikutukset suhteellisen vähäisiä. Ne lisääntyvät nopeasti ja mutaatioita tulee vain vähän kuhunkin genomiin. Huomaamattomia mutaatioita on tällaisessa populaatiossa vähän. Ihmispopulaatiossa ja muilla nisäkkäillä tällaista etua ei kuitenkaan ole, sillä genomit ovat isoja, geenien välillä on paljon vuorovaikutusta, ja lisääntymiskohinaa on paljon. Näin ollen meillä on valinnan ulottumattomissa olevia nukleotideja paljon enemmän kuin mikrobeilla. 

==== 2b) Merkitykseltään vähäiset mutaatiot ====

Heti lähes neutraaleja mutaatioita suurempivaikutukselliset mutaatiot ovat merkitykseltään vähäisiä mutaatioita. Niillä on havaittavissa oleva vaikutus, vaikka se onkin pieni. Jalostajilla on vaikeuksia nähdä näitä, mutta luonnonvalinta usein ”huomaa” ne, jos populaatiolla on riittävästi kokoa ja aikaa on riittävästi käytettävissä. Tällä on kuitenkin rajoituksensa, sillä näiden mutaatioiden vaikutus on pieni ja muiden tekijöiden vaikutus voi olla suurta. On kuin yrittäisi nähdä myrskyävästä merestä sinne heitetyn kiven aiheuttamat aallot. 

Merkitykseltään vähäisten mutaatioiden vaikutuksen yli ajaa mm.

*Populaation suuri satunnainen kuolleisuus
*Tappavat ja lähes tappavat mutaatiot
*Suurin osa mutaatioista on peittyviä
*Geenien välinen vuorovaikutus (epistasia)
*Pienissä populaatioissa seksuaalisen rekombinaation satunnaisuus

Nämä tekijät aiheuttavat geneettistä ajautumista. Vaikka luonnonvalinta pystyykin poistamaan useita tällaisia merkitykseltään vähäisiä mutaatioita, tulee näistä mutaatioista kohinaa toisilleen, kun niiden määrä kasvaa. Valinnan teho tippuu nollaan hyvin nopeasti, kun valittavana olevien mutaatioiden määrä kasvaa. Kimura<ref name="kimura1983" /> viittaa tähän valintainterferenssiksi kutsuttuun ilmiöön, ja esittää (s. 30), että vain 138 nukleotidipaikkaa on yhtä aikaa valittavissa, vaikka populaatiosta voitaisiin poistaa 50% joka sukupolvessa ja yhtä ominaisuutta vastaan valitaan heikosti (s = 0,01).

Useampien satojen mutaatioiden yhtäaikainen valintayritys pysäyttää valinnan vauhdin täysin ja näin varsin rajoitettuunkin määrään mutaatiota vaikuttamiseen menee satoja tuhansia sukupolvia. Tämä rajoitus tekee genominlaajuisen valinnan mahdottomaksi. 

==== Lisääntymisen estäminen ====

Mutantteja ei voida järjestelmällisesti estää lisääntymästä logistisista syistä, mikä tuottaa ongelman valinnan kannalta.<ref name="haldane1957" />{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Lynch, M., Conery J., ja Burger R. | Otsikko = Mutation accumulation and the extinction of small populations  | Julkaisu = Am. Nat. | Ajankohta = 1995 | Numero = 146 | Sivut = 489-518 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>{{,}}<ref name="kondrashov1995" /> Toivottu ominaisuus on tyypillisesti yksilössä, jossa on myös jokin ei-toivottu ominaisuus, eikä näitä ominaisuuksia voida erottaa toisistaan. Koska mutaatioista suurin osa on haitallisia, päätyy näitä väkisin enemmän seuraavalle sukupolvelle, kun valitaan jonkin hyödyllisen puolesta.

Jos otetaan samasta populaatiosta kaksi yksilöä, joilla kummallakin on omat 10 000 mutaatiota perimässään. Näin ollen kahden yksilön välillä on 20 000 eroa, ja kummallakin on 10 000 hyvää ja saman verran huonoja nukleotidipaikkoja toiseen yksilöön nähden. Keskiarvoinen ero on pieni ja kelpoisuuden kannalta sen ratkaisevat harvat merkittävät mutaatiot, joihin valinta kohdistuu samalla kun enemmistö mutaatioista jää valinnan ulottumattomiin. Näin ei voida estää mutaatioiden kertymistä, vaikka lisääntymisen suhteen voitaisiinkin ylläpitää täydellistä kontrollia. 

==== Fyysinen kytkentä ====

Koko genomi koostuu suurista yhteenlinkittyneistä ryhmistä<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Tishkoff, S.A. ja Verrelli, B.C.  | Otsikko = Patterns of human genetic diversity: implications for human evolutionary history and disease. | Julkaisu = Annual Review of Genomics and Human Genetics | Ajankohta = 2003 | Numero = 4 | Sivut = 293-340 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>. Jokainen tällainen blokki sisältää vahingollisia muutoksia, vaikka se sisältäisi jonkun merkittävän hyödyllisenkin mutaation. Ryhmän kokonaisvaikutus kelpoisuuteen on siis vahingollinen, vieläpä, kun kuhunkin tällaiseen ryhmään ehtii kertyä tuhansia vahingollisia mutaatioita ennen ensimmäistäkään hyödyllistä. 

Vuonna 2006 julkaistun tutkimuksen<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Loewe, L. | Otsikko = Quantifying the genome decay paradox due to Muller’s ratchet in human mitochondrial DNA | Julkaisu = Genetic Research | Ajankohta = 2006 | Numero = 87 | Sivut = 133-159 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> mukaan ihmisen olisi pitänyt kuolla sukupuuttoon evolutiivisella aikajanalla. Tutkimuksessa käsiteltiin kuitenkin vain mitokondrion dna:ta, ja se on vain yksi ihmisen 100 000 – 200 000:sta yhdistyneestä ryhmästä. Näin ollen tutkimus aliarvioi yhteenliittymien ongelman jopa 200&nbsp;000-kertaisesti.

== Luku 6: Kohina ==

Jos haluaa vastaanottaa signaalin, se täytyy erottaa kohinasta tai muista häiriöistä, eli signaalin ja kohinan välisen suhteen pitää olla riittävän suuri. Genetiikassa signaalin ja kohinan välistä suhdetta kuvataan periytyvyydellä. Jos ominaisuuden periytyvyys on suuri, se on valinnan ulottuvilla, mutta jos periytyvyys on pieni, suurin osa ominaisuuteen vaikuttavista tekijöistä on ympäristötekijöitä. Moniin ominaisuuksiin, kuten pituuteen, vaikuttavat sekä perintötekijät, että ympäristötekijät. Toisaalta esimerkiksi veriryhmä periytyy täysin geenien perusteella (periytyvyys 1), ja tatuoinnit eivät periydy ollenkaan (periytyvyys 0). 

Merila ja Shelton<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Merila J. ja B.C. Shelton | Otsikko = Lifetime reproductive success and heritability in nature | Julkaisu = The American Naturalist | Ajankohta = 2000 | Numero = 155 | Sivut = 301-310 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> ja Kruuk ym.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Kruuk, L.E.B. ym. | Otsikko = Heritability of fitness in a wild mammal population | Julkaisu = PNAS | Ajankohta = 2000 | Numero = 97 | Sivut = 698–703 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> ovat osoittaneet, että luonnollisissa populaatiossa kelpoisuuden periytyvyys on tyypillisesti periytymättömien ympäristötekijöiden tuottaman kohinan takia liian pientä mitattavaksi. Aiemmin oletettiin, että tämä lähes olematon periytyvyys johtuu niin voimakkaasta valinnasta, että geneettistä monimuotoisuutta ei jäänyt jäljelle. Nykyään kuitenkin tiedämme mutaationopeuksien olevan suuria, jolloin geneettistä vaihtelua näissä populaatioissa kyllä on.

Kelpoisuuden vähäinen periytyvyys tarkoittaa, että suurin osa kelpoisuuteen vaikuttavista tekijöistä on periytymättömiä ympäristötekijöitä, jolloin huonojen yksilöiden poistaminen vaikuttaa vain hyvin vähän huonojen geenien poistamiseen. Esimerkiksi puun siemenistä osa putoaa hedelmälliseen maaperään, mutta suurin osa siemenistä tippuu kuitenkin jollain tavalla sopimattomaan, esimerkiksi liian märkään tai kuivaan, maaperään. Lähes kaikki tällaisesta kelpoisimman valinnasta onkin onnekkaimman valintaa, jolla ei ole yhteyttä geneettisesti parhaan valintaan. 

Usein on arvioitu, että noin puolet kaikista fenotyypin muutoksista perustuu ympäristötekijöihin. Esimerkiksi kahdesta kasvista pellolla paremmin kasvavan kasvin kasvuolosuhteet ovat paremmat. Noin neljännes kaikista fenotyypin muutoksista taas perustuu genotyypin ja ympäristötekijöiden yhteisvaikutukseen. Esimerkiksi jos peltoa kastellaan, voi toiselle kasville lisävesi olla hyväksi, toiselle huonoksi, genomista riippuen. Nämä muuntelun tyypit vähentävät signaalin ja kohinan välistä suhdetta ja häiritsevät valintaa.

Kolmas signaalin ja kohinan välistä suhdetta heikentävä tekijä on periytymätön geneettinen muuntelu, kuten epigeneettiset, epistaattiset, vallitsevuus- ja syklisen valinnan vaikutukset. Näiden lisäksi on sitten niin sanottu lisäävä geneettinen vaihtelu, joka tarkoittaa sitä, että jokin ominaisuuden tai nukleotidin muutos on selvästi vaihtoehtoaan parempi. Kimuran<ref name="kimura1983" /><sup>s. 30-31</sup> mukaan tällainen muuntelu käsittää noin 0,4% kelpoisuuteen vaikuttavasta muuntelusta. Jos Kimura on tässä oikeassa, se tarkoittaa, että 99,6% fenotyypin kelpoisuuteen vaikuttavasta valinnasta menee täysin hukkaan. 

Jos vielä populaatio lisääntyy hitaasti, kuten ihmiset, todella tehokkaaseen valintaan voidaan käyttää vain hyvin pientä osaa populaatiosta. Jos esimerkiksi 16,7% populaatiosta voidaan valinnallisesti poistaa ja 0,04% valinnasta todella vaikuttaa, on toimivan valinnan ulottuvissa vain 0,07% populaatiosta – eli alle yksi tuhannesta. 

Jos tarkastellaan yksittäisen nukleotidimuutoksen periytyvyyttä, havaitaan, että sen kelpoisuutta parantava arvo (signaali) on häviävän pieni samalla, kuin kaiken periytymättömän muuntelun ja kaikkien muiden nukleotidipaikkojen yhteisvaikutus (kohina) on tähtitieteellinen. Tästä syystä suurin osa mutaatioista on valinnan ulottumattomissa.

Aiempien lisäksi kohinaa tuottaa todennäköisyysvalinta. Siinä missä jalostajat pisteyttävät jalostettavat eliönsä erilaisten parametrien, kuten elinvoiman ja tuottoisuuden mukaan ja sitten määrittelevät rajan, jota heikommat karsitaan täysin ja jota paremmat saavat lisääntyä. Luonnossa näin ei kuitenkaan tapahdu, sillä muutokset saavat aikaan vain eroja lisääntymistodennäköisyyteen ja sattumalta huonommatkin yksilöt saavat lisääntyä. 

Luonnossa valinta onkin satunnaista onnekkaimman valintaa, ja siitä puuttuu lähes täysin fenotyypin mukainen järjestelmällinen valinta. Esimerkiksi sammakon lisääntyessä munista ison osan syövät kalat, sammakonpoikasista linnut, vene liiskaa osan ja monet tippuvat vesiputouksesta. Täysikasvuisista sammakoista osa kaivautuu rantatörmään, joka ruoppausoperaation yhteydessä poistetaan. Lisääntymisen epäonnistumisesta jopa puolet johtuu vastaavista fenotyypistä riippumattomista tekijöistä. 

Kolmas kohinaa tuottava tekijää kutsutaan sukusolujen otannaksi. Se tarkoittaa sitä, että kaikki tarjolla olevat sukusolut eivät hedelmöity, vaan vain jotkin niistä. Tämä johtaa siihen, että ominaisuuksien periytyminen vaihtelee kuten kolikonheiton tulokset. Jos kolikkoa heitetään monia kertoja, tulokseksi saadaan hyvin tarkasti puolet kruunia ja puolet klaavoja, mutta jos kolikkoa heitetään vain muutama kerta, suhde on hyvin usein jotain ihan muuta. Tästä seuraa geneettinen ajautuminen, joka pienissä populaatioissa on hyvin merkittävä, mutta isommissa selvästi pienempi. Tällaisen kohinan voi siis saada pois kuvittelemalla mahdollisimman suuren populaation ja toisaalta kohinan voi lisätä äärimmilleen olettamalla pienen populaation. 

Isotkaan populaatiot eivät kuitenkaan ole vapaita kohinan vaikutuksista, sillä fenotyyppiin ja lisääntymismenestykseen vaikuttava kohina vaikuttaa niihinkin. Hyvin suurissa populaatioissa kohina myös vahvistuu alapopulaatioiden oman sukusolujen otannan ja monien erilaisten ympäristöolosuhteiden takia. Siinä missä jalostajat ovat voineet käyttää tilastollisia menetelmiä ja karsivaa valintaa valitakseen rajattuja määriä ominaisuuksia, ei luonnonvalinnalla ole käytössään mitään niistä. 

Kohinan seurauksena valinnan ulottumattomissa olevien mutaatioiden määrä lisääntyy merkittävästi, valintakynnysongelma, jossa usean yhtäaikaisen ominaisuuden valinta johtaa valinnan pysähtymiseen, pahenee ja yhä suurempi osa valinnasta menee hukkaan. 

Punainen vaunu -analogiassa kohina tarkoittaisi työntekijöiden virheitä, jolloin laadunvalvoja haaskaisi voimavaransa virheisiin, jotka eivät edes seuraa kokoamisohjekirjan virheistä. Prinsessan tapauksessa patjoissa olisi lukuisia herneen kokoisia möykkyjä, ja oppikirja-analogiassa oppikirjat vaihdettaisiin kesken lukukautta. Herneen kokoiset möykyt patjoissa tekisivät patjojen alla olevien muutosten havaitsemisesta paljon vaikeampaa ja oppikirjojen vaihtaminen vähentäisi edelleen olemattoman pientä korrelaatiota oppikirjojen kirjoitusvirheiden ja oppimistulosten välillä. 

== Luku 7: Keinotekoiset pelastusmekanismit ==

Koska tutkimuksissa on havaittu, että mutaatioita kertyy perimään paljon, on tämä mutaatioiden kertymisnopeusongelma täytynyt ratkaista joillain tavalla. Yksi selitystapa on ollut roska-dna, mutta koska tuoreemmat tutkimukset ovat paljastaneet, että roska-dna:ta ei olekaan – ainakaan yhtään niin paljoa, kuin on väitetty – on keksitty kaksi mekanismia mutaatioiden kertymisongelman ratkaisemiseksi: mutaatioiden määrään perustuva mekanismi ja synergistisen epistasian mekanismi. 

Mutaatioiden määrään perustuvan mekanismin mukaan joillain yksilöillä on sattumalta enemmän mutaatioita kuin toisilla, ja kohdistamalla valinta näihin yksilöihin, päästään eroon suuremmasta määrästä mutaatioita pienemmällä valinnan hinnalla. 

Mekanismin ongelmana on kuitenkin se, että mutaatioiden määrää olennaisempaa on mutaatioiden vaikutus: mitä pahempia mutaatioita, sen huonompi. Yhden merkittävän mutaation vaikutus voi olla suurempi kuin tuhannen vähemmän vaikuttavan mutaation. Lisäksi esimerkiksi eri ihmisten mutaatioiden määrien väliset erot ovat vähäisiä keskiarvon molemmin puolin ja johtuvat geneettisestä ajautumisesta, joten yksilöiden välillä ei ole merkittäviä eroja. 

Mutaatioiden määrään perustuvan mekanismin simulaatiokokeissa<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Brewer, W., J. Baumgardner ja J. Sanford | Otsikko = Using Numerical Simulation to Test the “Mutation-Count” Hypothesis | Julkaisu = Marks II R.J. ym. (toim.) Biological Information – New Perspectives | Ajankohta = 2013 | Numero = | Sivut = 298-311 | www = www.worldscientific.com/doi/pdf/10.1142/9789814508728_0012 | Viitattu = 4.7.2020}}</ref> on todettu, että mekanismi toimii vain, jos valinta on tiukan karsivaa, ja kaikkien mutaatioiden vaikutus on sama. Tällaiset olosuhteet ovat kuitenkin erittäin keinotekoiset, ja todellisuudessa vallitsevissa olosuhteissa, joissa vaikuttaa todennäköisyysvalinta ja mutaatioiden vaikutukset ovat erilaisia, populaatiot rappeutuvat sukupuuttoon asti. 

Synergistinen epistasia tarkoittaa sitä, että muiden vahingollisten mutaatioiden vaikutus vahvistaa toisten vahingollisten mutaatioiden vaikutusta. Näin kun mutaatioita kertyy enemmän, niiden vaikutus on huomattavampi ja näin ne tulevat ”valinnan näkyviin”. Todellisuudessa populaatiogeneetikot ovat kuitenkin yksimielisiä siitä, että tällainen on harvinaista, ja yleensä mutaatioiden yhteisvaikutus on joko lisäävä tai moninkertaistava. 

Jos synergististä epistasia olisi yleisempi, se tarkoittaisi, että eliöt rappeutuvat nopeammin kuin muuten, kuten on osoitettu simulaatiokokeilla.<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Baumgardner J., W. Brewer ja J. Sanford | Otsikko = Can Synergistic Epistasis Halt Mutation Accumulation? Results from Numerical Simulation | Julkaisu = Marks II R.J. ym. (toim.) Biological Information – New Perspectives | Ajankohta = 2013 | Numero = | Sivut = 312-337 | www = www.worldscientific.com/doi/pdf/10.1142/9789814508728_0013 | Viitattu = 4.7.2020}}</ref> Yleisesti on myös tiedossa, että geenit vaikuttavat toisinsa (epistasia) ja tämä haittaa merkittävästi valintaa. Molemmat mekanismit toimivat siis vain erittäin keinotekoisissa olosuhteissa, eivätkä todellisessa maailmassa pysty estämään mutaatioiden kertymistä. 

== Luku 8: Rodunjalostus ja kloonaus? ==

Rodunjalostus ei voi pelastaa genomia, sillä valinnalla voidaan valita vain hyvin rajattua määrää ominaisuuksia, samalla, kun lähes neutraalit mutaatiot kertyvät edelleen perimään. Lisäksi paremmuus ja huonommuus ovat hyvin heikosti periytyviä ominaisuuksia, joten niiden valinta kohdistuisi lähes kokonaan genetiikasta riippumattomiin tekijöihin. Lisäksi ihmisen lisääntymisen säännöstely olisi niin poliittisesti kuin sosiaalisestikin mahdotonta. 

Kloonaaminenkaan ei pelasta genomia, sillä Müllerin säppipyörä<ref name="muller64" />{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Felsenstein, J. | Otsikko = The evolutionary advantage of recombination | Julkaisu = Genetics | Ajankohta = 1974 | Numero = 78 | Sivut = 737-756 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref> pyörii vain yhteen suuntaan. Jokainen kloonattu yksilö on aiempaa mutatoituneempi, eikä tätä mutaatioiden kertymistä estämään ole mitään mekanismia. Sikäli, kun kloonattuja kasveja vielä on elossa, se johtuu siitä, ettei vielä ole kulunut riittävästi aikaa niiden päätymiseksi sukupuuttoon. 

Eläimillä kloonaamisella ei saavuteta kasvien tavoin edes lyhyen aikavälin hyötyjä, sillä kloonit ovat vanhentuneet jo ennenaikaisesti. Kehon soluihin tulee paljon enemmän mutaatioita kuin sukusoluihin, jotka jakautuvat mahdollisimman vähän. Näin ollen kloonia varten otettu solu on jo vanhentunut selvästi etukäteen ja klooni on alkuperäistä yksilöä rappeutuneempi. Kloonaamalla nähtäisiinkin vähän siitä, mihin ihmiskunta on menossa: suunta on alaspäin, ei ylöspäin. 

== Luku 9: Voiko luonnonvalinta luoda? ==

Jos jätetään kaikki vahingolliset mutaatiot huomiotta, voisiko siinä tapauksessa mutaatioiden ja luonnonvalinnan kautta syntyä uusi toimiva geeni? Yksi toimiva geeni kuvaa kirjan lukua tai toiminnallista ohjelmaa ja on vähintään 1000 kirjainta pitkä. Tällaisen tuhannen kirjaimen mittaisen geenin synnyssä on kuitenkin ongelmansa.

=== 1. Ensimmäisen halutun mutaation määrittely. ===

Yksittäisellä nukleotidilla ei ole merkitystä yksinään, vaan vain ympäröivien nukleotidien kontekstissa samalla tavalla kuin kirjoitetussa tekstissä yksittäisellä kirjaimella ei ole yksinään merkitystä. Kokoamisohjeanalogiasta näkyy myös, että nykyisessä kontekstissa mahdolliset hyödylliset muutokset ovat hyvin vähäisiä. Uutta geeniä luotaessa kuitenkin tarkoitus on muuttaa koko konteksti, eli samalla kun yksittäisiä nukleotideja pyrittäisiin kehittämään...

== Kirjallisuus ==
*{{Kirjaviite | Tekijä = Sanford, John C. | Nimeke = Eliömaailma rappeutuu – geneettinen entropia ja perimän salaisuus | Julkaisija = Datakirjat | Vuosi = 2015 | Kappale = | Sivu = | Selite = | Tunniste = 978-952-68258-1-6 }} 

== Aiheesta muualla ==
*{{Verkkoviite | Nimeke = Kriitikko ei välitä tosiasioista Genetic Entropy -kirjan arviossaan  | Osoite = https://luominen.fi/kriitikko-ei-valita-tosiasioista-genetic-entropy-kirjan-arviossaan | Viitattu = 4.7.2020 | Selite = | Tekijä =Dr John Sanford | Julkaisija = luominen.fi | Ajankohta =  }}

== Viitteet ==
{{viitteet|sarakkeet}}