Dit zijn alle artikelen uit de BIOnieuws-discussie:
Bespreking internetsite door Sander Voormolen
Ingezonden brief Peter Scheele
Ingezonden brief dr. ir. Herman van
Eck
Open brief dr. Jan van Daal
Evolutie verdient open discussie, drs.
Fedor Steeman
Reactie op Open brief door Peter Scheele
Darwin Moleculair, prof.dr.ir. Arthur
Rörsch
Verliesmutaties zijn geen degeneratie,
prof. dr. W. Verraes
Het 'bedrog' van de creationisten, prof.
A. Rörsch
Darwin Moleculair
Hoe ontstaan nieuwe eigenschappen? 'Door pathway-engineering!'
| In
Bionieuws 20 (l997) nodigt F. Steeman een moleculair bioloog
uit om te verklaren 'op welke wijze mutaties op moleculair-genetisch
niveau nieuwe eigenschappen kunnen genereren'. Die uitdaging
neemt prof.dr.ir. Arthur Rorsch graag aan. |
Versnelling
kon echter al optreden door de aanwezigheid van anorganische
katalysatoren, bijvoorbeeld Zn, M Co Fe die we nog steeds in
sommige enzymatische katalysatoren terugvinden). Het aantal
mogelijke chemische omzettingen in water is beperkt {niet voor
niets grijpt de organisch chemicus graag snel naar een ander
oplosmiddel). Aldus kunnen we de enzymen zien als het beperkte
aantal basisfuncties (vergelijkbaar met de anorganische elementen
in de anorganische evolutie) waaruit de meer complexe `metabolic
pathways' met hun specifieke eindproducten (verbindingen) worden
gevormd. Het aantal enzymen is groter dan 90, maar niet noodzakelijk
groter dan enige tienduizenden, want door verschillende rangschikking
in pathways kan een schier oneindig aantal verschillende eigenschappen
ontstaan.1.
Alle enzymen zijn al in vroeg stadium
ontstaan
Er is een goede reden om te veronderstellen dat alle enzymen
waarvan levende cellen gebruik maken, (gelijk de 90 elementen
in de anorganische evolutie) al in een vroeg stadium van de
biologische evolutie zijn ontstaan, zeg gedurende de eerste
miljard jaar, voordat de splitsing in de drie koninkrijken
(eubacteria, archaea, eukaryota) plaats vond. Wellicht waren
ze functioneel toen al uit-geëvolueerd tot optimaal werkende
katalysatoren.2.
Die goede reden is: de wijde spreiding van alle enzymatische
functies over alle bestaande soorten. Men kan het haast niet
zo gek bedenken, of een
|
De Darwinistische evolutie-theorie
is sinds de laatste decennia via de wiskunde veralgemeniseerd
tot de complexiteits-theorie (voorheen genoemd chaos-theorie)
die in vele verschillende a-, ß- en y-wetenschappen toepassing
vindt (b.v. de taalkunde en de economie).
Algemene evolutietheorie is van toepassing in het hele traject
van het onstaan van het heelal, de elementen, de sterren, de
planeten, het leven, tot de soort-differentiatie. De fenomenen
variatie en selectie, met als gevolg het ontstaan van complexe
systemen, zijn in alle stadia van essentieel belang. De biologische
evolutie onderscheidt zich van de anorganische door het verschijnsel
van zelfvermenigvuldiging van sommige macromoleculen en van
cellen. Niettemin kunnen uit de waarnemingen in de anorganische
evolutie een aantal principes worden afgeleid die ook voor de
biologie van belang zijn.
Beperkt aantal bouwstenen voor vele
verschiIlende complexiteiten
Een zo'n waarneming is, dat in een vroeg stadium van de anorganische
evolutie reeds alle 90 stabiele elementen zijn gevormd (uit
drie typen kleinere deeltjes: protonen, neutronen en elektronen),
en niet meer. Uit dit beperkte aantal bouwstenen, zijn daarna
(spontaan) miljoenen verschillende verbindingen gevormd. Het
aantal mogelijke verbindingen
|
is oneindig groot. Het
aantal functionele bouwstenen - de elementen - is echter beperkt,
doordat protonen en neutronen vanwege de werking van fundamentele
natuurkrachten slechts een beperkt aantal combinaties kunnen
vormen. Dit principe - uit een beperkt aantal bouwstenen zijn
de vele verschillende en veel grotere complexiteiten opgebouwd
- kunnen we ook in de biologische evolutie herkennen. Wat zijn
de functionele bouwstenen van de levende cel? Dat zijn in de
eerste plaats de enzymen, die de chemische omzettingen bevorderen,
waardoor elke soort zijn specifieke eigenschappen krijgt die
hem van anderen onderscheidt. Een eigenschap van een soort wordt
echter niet uitsluitend door één enzym bepaald, maar door de
rangschikking van vele enzymen in zogenaamde `metabolic pathways'.
Herrangschikking in pathways biedt
oneindig aantal mogelijkheden
Een enzym verricht geen wonder in de zin dat het een nieuwe
chemische omzetting genereert. Het faciliteert slechts een
reeds in water bestaande reactie, door deze te versnellen
(door verlaging van de activeringsenergie). Alle chemische
omzettingen waren dus - voor het ontstaan van de eerste levende
cel - al potentieel mogelijk, zij het dat zij zonder katalysator
zeer langzaam zouden verlopen.
|
| enzymfunctie in een plant of dier
kan ook in een primitieve bacterie worden teruggevonden, (mits
men daar een geschikte ophopingsmethode voor heeft).3.
Deze veronderstelling - er is een beperkt aantal enzymfuncties
en deze zijn in een vroeg stadium al geoptimaliseerd - verklaart
waarom we temporair geen nieuwe enzymfuncties zien ontstaan.4.
De mogelijkheden zijn door de beperking die functioneren in
water oplegt, al eerder uitgeput. Aldus zijn nieuwe eigenschappen
in nieuwe soorten het gevolg van herrangschikking van enzymen
in `pathways'. Dit sluit niet volledig uit dat tijdens de evolutie
van hogere organismen (opnieuw indicenteel) grotendeels dezelfde
enzymfuncties in bepaalde fyla zijn ontwikkeld 5.
(zoals in de sterren nog steeds de zelfde 90 basiselementen,
en niet meer, worden gevormd); dat heet parallelle evolutie.
Biologische evolntie was overwegend
evolutie van nieuwe regulatiepatronen.
Een andere typische eigenschap van het biologische systeem
(die zijn weerga in de anorganische evolutie niet kent), is
dat de chemische reacties heel precies worden geregeld. Die
regulatie vindt plaats door inhibitie en activering van enzymen
(in `pathways'). Enzymen hebben daarvoor naast de `active
site' - waar de omzetting plaats vindt - een tweede `site'
ontwikkeld met een affiniteit voor een andere metabole stof.
Deze stof verandert de conformatie van het enzym, en maakt
deze daardoor minder, respectievelijk meer `geschikt' om de
katalytische functie te vervullen.6.
|
De eerst ontstane levende cel die
tot zelfreplicatie in staat was, zal dat vermogen tot regulatie
al moeten hebben ontwikkeld, zij het in een primitieve vorm.
Mogelijk deed deze eerste cel (die geen concurrentie van anderen
ondervond) wel 100 jaar over een deling. Door variatie en selectie
ontstonden sneller delende dochtercellen die in competitie met
de voorouders gingen in een strijd om het efficient gebruik
van de schaarse voedsel en energiebronnen. Men dient daarbij
te bedenken dat door de onbedwingbare zucht tot zelfreplicatie,
ieder organisme de neiging heeft om met zijn nageslacht de beschikbare
milieugebruiksruimte volledig te bezetten.
Tijdens de vroege evolutie van ééncelligen zullen de belangrijkste
selectiekrachten vooral gewerkt hebben op het verhogen van de
efficientie van de regulering van `pathways'.
De daarop volgende evolutiestappen worden gekenmerkt door herrangschikking
van bestaande enzymen in nieuwe pathways, met nieuwe regulatiepatronen,
met als gevolg dat verschillende `soorten' kunnen worden onderscheiden.
Derhalve is de conclusie dat biologische evolutie ná de splitsing
van de grote koninkrijken-over de laatste 2 miljard jaar overwegend
een evolutie van nieuwe regulatiepatronen is geweest, en niet
het ontstaan van nieuwe enzymfuncties. Deze regulatie-evolutie
bereikte een belangrijke mijlpaal, ca. 600 miljoen jaar geleden,
toen het cascaderegulatieproces werd ontwikkeld, dat we celdifferentiatie
noemen, waardoor de `hogere' meercellige organismen werden gevormd.7. |
Het model-verandering van een eigenschap
door herrangschikking van enzymen in een `pathway' kunnen we
in primitieve vorm nu ook nabootsen in de reageerbuis met behulp
van `genetic engineering'.8.
Het proces heet `pathway engineering', en wordt in de industrie
reeds bij de antibioticaproductie in schimmels toegepast. Kortheidshalve
kan de vraag `Hoe ontstaat een nieuwe eigenschap?' dus worden
beantwoord met: `Door pathway engineering!'.
Triviale evolutie
Vele vervangingen van aminozuren in enzymen (door mutaties)
zijn niet functioneel, omdat de conformatie van de `active
site' er niet door wordt beďnvloed. We kunnen die vervangingen
volgen in hypothetische fylogenetische stambomen, die worden
opgesteld door de aminozuurvolgorde in een algemeen voorkomend
enzym (bijv. cytochroom C) in temporaire organismen met elkaar
te vergelijken. Deze vervanging is mijns inziens ten onrechte
aangeduid als enzym-evolutie, waardoor het misverstand heeft
kunnen rijzen dat zulke (temporair waarneembare) mutaties
een verklaring voor de vorming van nieuwe enzymen zouden kunnen
zijn.9. Deze (niet
functionele) vervangingen zijn een cadeautje van de natuur
aan de hedendaagse onderzoekers om alsnog de species-evolutie
te kunnen vaststellen, omdat de voorgeschiedenis van een soort
er - zonder evolutionaire consequenties - in is vastgelegd.10.
Arthur Rorsch
Moleculaire Genetica RU-Leiden/Hortus Botanicus
|
commentaar:
1. Dat klinkt leuk,
maar is het geenszins. Het is waar dat dezelfde eiwitten op verschillende
plekken gebruikt worden (zoals een baksteen in een schuurtje, een
muurtje en een huis gebruikt kan worden). Dat zegt echter niets
over het ontstaan van die eiwitten, noch over de
wijze waarop het gebruik van dat eiwit gereguleerd is.
In elke andere 'pathway' waarin een enzym functioneert moet
het opnieuw nauwkeurig(!) gereguleerd worden. Op het juiste moment
aan, op het juiste moment uit. Voor die tot in detail afgestemde
regulatie is net zo goed (genetische) informatie nodig. Om een voorbeeld
te noemen: de aanzet tot embryonale ontwikkeling van vingers en
tenen wordt door een en hetzelfde gen veroorzaakt. Een defect in
dit gen veroorzaakt afwijkingen in al die delen. Dus: hetzelfde
gen wordt op verschillende plaatsen gebruikt. En waarom niet? Dit
ingenieuze in elkaar grijpen en efficient gebruiken van elk gen
lijkt wel op object-geörienteerd programmeren, waarbij een eenmaal
gedefinieerd object in verschillende andere subobjecten te gebruiken
is. Bijvoorbeeld: voet.maaklid(groteteen) en hand.maaklid(duim),
waarbij *maaklid* in beide gevallen hetzelfde 'gen' is, met daarbij
specifieke lokale eigenschappen. Dit soort intelligent gebruik van
genen wijst op een intelligente programmeur. Hoe ingenieuzer en
efficiënter de constructies, hoe meer dat duidt op een ontwerp
en programmering van het DNA en de daarbij horende metabolische
paden. En hoe intoleranter ze worden voor kleine wijzigingen. En
hoe meer verklaringskracht er nodig is om ons te doen geloven dat
dit ontstaan is door de combinatie van toeval en blinde(!)
selectie.
2. Pardon! Is dit
het antwoord waar evolutionistisch Nederland op zit te wachten?
Hier is een prof.dr.ir., een evolutionistische moleculair
bioloog, die nu zondermeer stelt dat er niet alleen vandaag de dag
niet, maar gedurende de laatste 2-4 miljard jaar nauwelijks iets
wezenlijks veranderd is aan de eiwitten! Dat is dus een bevestiging
van mijn stelling dat er geen generatie van nieuwe eiwitten of genen
is. Vervolgens verklaard het het ontstaan van die eiwitten
nog steeds niet. Dat ontstaan wordt verondersteld in een
ver verleden plaats gevonden te hebben, in voorouder-bacteriën
(o.i.d.), die op dit moment in ieder geval niet bestaan.
Hiermee wordt de kans om de ontstaansgeschiedenis van de genen (waar
mijn boek over gaat) op een wetenschappelijke manier te
ontdekken nul komma nul. Op dezelfde wijze zoals Eldredge en Gould
gekomen zijn met een theoretische verklaring voor het ontbreken
van de graduele fossiele overgangen, zo komt prof. Rorsch met een
theoretische verklaring voor het ontbreken van de generatie
van nieuwe genen. Men kan geloven in deze verklaringen
- en ze zijn aannemelijk omdat ze het Grote Verhaal van de Evolutie
niet ondermijnen - maar ze zijn niet wetenschappelijk te toetsen.
Zelfs niet als ooit onder de deskundige begeleiding van de mens,
die de omstandigheden optimaal configureerd, in een reageerbuis
eens 'iets' onstaat wat er wel een beetje op lijkt.
3. Overeenkomst wijst
niet gemeenschappelijke afstamming tussen niet-verwante soorten,
maar op overeenkomstige functionaliteit. En that's it. Meer kan
je er niet inleggen.
4. Ja, hij zegt het toch
echt: temporair, dat is tijdelijk of vandaag de dag, zien we géén
nieuwe enzymfuncties ontstaan.
5. Maar het zou af en
toe toch wel eens kunnen, zegt hij er veiligheidshalve bij. Zeg
nooit nooit.
6. En dát is dus de reden
waarom eiwitten met overeenkomstige functies toch verschillen! Ze
zijn in niet-verwante soorten (iets) anders gereguleerd.
7. Met alle respect, maar
het is allemaal speculatie en reconstructie op basis van,
met als uitgangspunt, dat er een evolutionaire ontwikkeling
geweest is. Als je daarvan uitgaat kan je niet anders dan zeggen:
zo en zo moet het wel gegaan zijn. Dat is echter geen enkel argument
voor iemand die niet (meer) accepteert dat het zo gegaan is.
8. Hier wordt een klassieke
fout gemaakt (vergeef me het woord). De mens heeft de neiging bij
elke technologische doorbraak het leven te vergelijken met de ontdekking
die hij gedaan heeft. Zo waren mensen in de tijd van de stoommachines
een soort stoommachines, in de tijd van de computer zijn wij supercomputers
en in de tijd van de genetische manipulatie staan de door intelligente
mensen ontwikkelde technieken model voor evolutionaire veranderingen.
Deze mensen doen echter net zoiets als de Creator® deed:
ze gebruiken de bouwstenen om er een vooropgezet doel mee te bereiken.
Ze scheppen. Blinde natuurlijke selectie kan dit niet tot stand
brengen. Intelligente menselijke selectie wel, omdat die een doel
voor ogen heeft en afgronden van niet-functionaliteit in enkele
stappen kan overbruggen. Dit scheppen lijkt, zoals uitgelegd in
hfst.12, meer op hacken dan op scheppen. Desondanks bewijzen
zij hiermee dus dat intelligentie in staat is functionele biochemische
mechanismes te ontwerpen. Precies datgene wat ik in mijn boek duidelijk
probeer te maken. En nogmaals: natuurlijke selectie heeft dat soort
intelligentie niet.
9. Hij blijft erop hameren
dat mutaties kennelijk geen verklaring voor het ontstaan
van nieuwe eiwitten zijn. En ik blijf de vraag dan stellen: hoe
zijn ze dan wél ontstaan? Wat prof. Rörsch eigenlijk zegt is dit:
de genen zijn ontstaan volgens processen die we vandaag niet meer
waarnemen in organismen die vandaag niet (meer) bestaan.
10. Dit klinkt veel eenvoudiger
dan het in werkelijkheid is. Zelfs voor wat betreft de afstammingsgeschiedenis
van de mens is men het er nog niet over eens hoe die precies te
reconstrueren aan de hand van dit soort data. Op http://www.sciam.com/1998/0198issue/0198scicit3.html
staat een interessant artikel van Scientific American hierover,
waar zelfs de recentelijke 'ontdekking' dat Neanderthalers niet
in de menselijke geslachtslijn voor zouden komen, weer wordt aangevochten.
Een belangrijke opmerking uit dat artikel is dat vaak dit soort
reconstructies op basis van enkele genen gemaakt wordt. Bij vergelijkingen
tussen niet-verwante soorten kunnen verschillende genen en verschillende
methoden verschillende uitslagen geven. De juiste interpretatie
is dan diegene, die misschien op onderdelen wel een herziening in
de afstammingsboom noodzaakt, maar toch niet in strijd is met de
Grote Lijn.
|
