de Rörsch-discussie: Prof. A. Rörsch schreef een ingezonden brief in BIOnieuws; was opponent tijdens een forumdiscussie; correspondeerde uitgebreid; zond een 'laatste commentaar' in naar BIOnieuws. Dit is het relaas. Alleen de ter zake doende elementen zijn gebruikt.

al eerder verscheen een ingezonden brief van prof. Rörsch in BIOnieuws 25-02-98     1. de inleiding van prof. A. Rörsch tijdens de forum-discussie van Ichthus te Rotterdam 25-02-98   2. de kritiek van prof. A. Rörsch tijdens de forum-discussie van Ichthus te Rotterdam 04-03-98   3. een brief met aanvullend commentaar van Rörsch op het boek Degeneratie 05-03-98   4. een eerste kort weerwoord van Peter Scheele 11-03-98   5. antwoord van Rörsch inclusief uitgebreide berekeningen voor enzym-evolutie 19-03-98   6. uitgebreid weerwoord van Peter Scheele op tegenwerpingen van prof. Rörsch Bijlage: de Geslachtsbepalende Systemen 29-03-98   7. antwoord van Rörsch op weerwoord van Scheele 21-04-98   8. begeleidend briefje van prof. Rörsch over concept artikel BIOnieuws 29-04-98   9. openstaand commentaar van Peter Scheele op artikel BIOnieuws en overige zaken 09-05-98   10. artikel in BIOnieuws: het 'bedrog' van de creationisten

de start van de belangrijkste gespreks-onderwerpen: Entropie Enzym-evolutie Cytochroom c Alleen degeneratie Ontstaan uit bestaan Wetenschap & Religie De Afrekening Een in de tekst betekent dat daarmee doorgeklikt kan worden naar de eerstvolgende bijdrage in een volgend artikel.

INHOUD
Prof. Rörsch, geïnspireerd door de discussie, is aan het rekenen gegaan met computermodellen,
die hij bijgevoegd heeft en becommentarieerd.

De Afrekening
Enzym-evolutie
Wetenschap & Religie

 

Leiden, 11 maart 1998

Waarde Scheele,

Hartelijk dank voor je brief van 5 maart, die ik met waardering heb gelezen. Vanwaar die waardering, zal ik later toelichten. [Ik stel, als oudere, voor dat we tutoyeren. Veel minder enthousiast ben ik over gebruik van voornamen. Maar ik heb er ook geen probleem mee, als je stijl in deze van de mijne afwijkt]
De twee bijdragen aan de discussieavond mogen op internet. Het is: wat ik heb gezegd, of wat ik zou hebben willen zeggen.

 

De afrekening
Ik moet bekennen dat ik pas nu in je boek, de bijlage 'Quick Tour' heb ontdekt, waarin je kort en overzichtelijk je argumenten presenteert. Die argumenten wil ik stuk voor stuk van commentaar voorzien. Met het voornemen dit te publiceren. Maar niet voordat ik je dan andermaal de gelegenheid heb gegeven om daarop te reageren.
Conclusies op kritiek  Quick Tour

Dat commentaar laat nog twee weken op zich wachten. Ik ben momenteel nog even druk bezig met berekeningen over veronderstelde snelheid van enzym-evolutie (van histon tot cytochroom C), waarop ik een groot deel van mijn commentaar wil stoelen.
Daarom ga ik nu ook nog niet in op het commentaar in je brief. Daar kom ik later nog wel op terug.
Maar nu eerst de reden voor mijn waardering.
Ik verwijt je (in principe) dat je misleidt; experimentele resultaten verkeerd interpreteert. Dat moet ik dus aantonen. Maar de interpretaties die je brengt, stemmen wel degelijk tot nadenken. Critische vragen over een theorie, moeten altijd gesteld mogen worden. De vragen, dan wel interpretaties, die je hebt opgeworpen hebben mij tot nader onderzoek van het één en ander gewogen.
Maar een serieus probleem in onze discussie is dat we heel verschillende uitgangspunten hebben, waarbij ik je verwijt dat je

1. chaostheorie negeert, daardoor je de thermodynamische grondslag, mijns inziens, verkeerd interpreteert,
2. de veronderstelde fylogenie van eiwitten niet werkelijk hebt bekeken,
3. het verschil tussen micro- en macro-evolutie overdrijft.

Ad a. Ik vond in mijn boekenkast een goed populair boek hierover. "Energie en entropie; de tweede hoofdwet van de thermodynamica" van P.W. Atkins, Wetenschappelijke bibliotheek van Natuur en Techniek, 1988. Hierin wordt ook uitvoerig ingegaan op het verschijnen van complexe orde (uit chaos, H8), met computormodellen voor evolutie in de levende wereld.

Ad b. In de-laatste Natuur en Techniek (3/1998) wordt de publicatie in de Wetenschappelijke bibliotheek aangekondigd van een boek 'Evolutiepatronen'. Ik heb het nog niet gezien. Volgens de aankondiging wordt vooral op de veronderstelde moleculaire fylogenie ingegaan.

Ad c. Vanuit moleculair standpunt vormt de hele levende wereld éen groot continium. Indeling in soorten is mensenwerk geweest (Begonnen met Linnaeus). Berust op overdrijving van triviale eigenschappen, zoals: niet met elkaar kunnen kruisen. De moderne biologie gebruikt een heel ander criterium, maar, zulks moet ook worden gezegd, met als basis de veronderstelde fylogenie.

Of je dat wel of niet aanvaardt, doet niet zo heel veel ter zake. Van belang is vooral in het achterhoofd te houden: indeling in soorten is mensenwerk, gebaseerd op een door mensen gemaakte selectie van waargenomen verschillen tussen organismen.

Het mopje van de olifant met rode sokken ontgaat mij.

Enzym-evolutie
Goeie vraag: kunnen we op grond van sequentie-vergelijking discrimineren tussen afstammingsmodel en parallel scheppingsmodel?
Het antwoord is ja, mits meerdere enzymen in aanmerking worden genomen.
Ik heb er een computermodel voor gemaakt om dat aan te tonen en het resultaat zal ik je binnenkort toesturen.

Vast in het kort het volgende.
In een enzym kan ca. 50 % van AA's (aminozuren) door een verwant vervangen worden.
Mijn model bestaat uit vijf enzymen die in 16 organismen voorkomen.
Bij parallele evolutie, dat wil zeggen er bestaat tussen de 16 geen fylogenetische verwantschap, als die 16 organismen gelijktijdig zijn geschapen, jouw oerorganismen, met vijf enzymen, waarin de AAvolgorde voor elk enzym verschilt, maar voor een specifiek enzym deze gelijk is aan die in alle 16 oer organismen, dan zal in de loop van de tijd, ad random vervanging plaats vinden.

Vergelijken we na verloop van tijd voor elk enzym in een organisme, met het overeenkomstige in alle andere 15, dan zullen er verschillen zijn opgetreden. Maar de verdeling van de verschillen is random.
Veronderstel je desalniettemin een fylogenetische verwantschap, dan zou je voor elk enzym afzonderlijk toch een stamboom kunnen opstellen. Maar voor elk van de enzymen zal de stamboom verschillend zijn en niet kloppen met de hypothetische paleontogische stamboom.
Nemen we wel een fylogenetische relatie aan, dan beginnen we in de oertijd met één organisme met 5 verschillende enzymen. In een bepaald enzym vinden dan vervangingen plaats, zeg in de eerste stap 5.

Ontstaan er dan twee species, b.v. genummerd 1 en 9, die gescheiden verder ontwikkelen, dan beginnen die met het zelfde enzym, maar in elk species, vinden andere vervangen plaats. Na een tijdsinterval verschillen de enzymen, zeg 10 AA's. Dan treed opnieuw een splitsing op: er ontstaan uit 1: vervolg 1 en 5; uit 9, vervolg 9 en 13.
vervolg 1 en 5 verschillen niet (maar wel met de oorspronkelijke 1, zeg weer 10. Vervolg 9 en 13 verschillen niet (maar wel met de oospronkelijke 9, zeg 10 andderen. 1 en 5 verschillen met 9 en 13 ca. 20 aminzoren Maar 1 en 5 alsmede ook 9 en 13 gaan verder vervangen, zeg elk weer 10.
De verschillen tussen 1 en 5 zijn tenminste 10, tussen 9 en 13 tenminste 10, maar het verschil tussen 1&5 en 8&13 is tenminste 20.

Het proces zet zich voort.
1 geeft vervolg 1 + 3: 5 geeft vervolg 5 en 7 9 geeft vervolg 9 +11: 13 geeft vervolg 13 + 15 De nieuw gevormde paren verschillen aanvankelijk niet, maar na enige tijd wel. Paren 1+3, 5+7 9+11 en 13+15 onderling zeg 10 maar paar 1+3 met paar 5+7 minstens 20
en paar 9+11 met paar 13+15 ook minstens 20 echter de paren 1+3 + 5+7 met de paren 9+11 + 13 + 15 minstens 30.

Het proces zet zicht voort:
1 geeft vervolg 1 en 2: 3 geeft vervolg 3 en 4 5 geeft vervolg 5 en 6: 7 geeft vervolg 7 en 8 9 geeft vervolg 9 en 10:11 geeft vervolg 11 en 12 13 geeft vervolg 13 en 14: 15 geeft vervolg 15 en 16 Elk verandert daarna weer een aantal.

Het verschil tussen de laatst gevormde paren zal steeds het kleinst zijn, b.v. 10
De viertallen die eerder een gezamelijke vooronder hadden, vertonen een groter verschil, b.v. 20
De 8tallen die eerder een gezamelijke voorouder hadden, vertonen een nog groter verschil, b.v. 40.
De verschillenverdeling is nu, in tegenstelling tot bij paralelle evolutie, niet random meer.
Op grond van die verschillen kan men dus een hypothetische stamboom opstellen.

Voor de eerste enzymen, waarvoor die stambomen werden opgesteld, bleken deze aardig met elkaar te kloppen, èn met de paleontologische afstamming. Maar niet helemaal. Oorzaak: in de paleontologische afstamming zaten fouten.

Verschillen tussen de stambomen voor enzymen worden veroorzaakt door verschil in vervangingssnelheid die mogelijk is, en deze heeft. een directe relatie tot de specifieke tolerantie voor vervanging die elk eiwit vertoont. Histon heeft een buitengewoon geringe tolerantie, verandert weinig, cytochroom C een middelmatige tolerantie. (zie pagina uit de enzym-atlas). Vergelijkt men de stambomen van enige honderden enzymen, dan komen die grosso modo toch heel goed met elkaar overeen, èn met de paleontologische stamboom.

We kunnen met enzymen echter veel verder teruggaan in de stamboom. Met cytochroom C tot en met bacterien. De onzekerheden worden dan echter wel groter, omdat de vervangingssnelheid, die direct samenhangt met de generatietijd (verg. E.coli = 20 min; muis=6 maanden; mens =15 jaar.) dan verandert. We weten niets van de generatietijd van oerorganismen. Voor de voorouder van E.coli was die misschien ook wel 10tallen jaren.
De afstamming als zodanig, staat daarmede echter niet ter discussie, (omdat de onderlinge verschillen significant blijven), doch wel de tijdschaal waarop de speciatieknooppunten moeten worden gelegd.

Hierop is de hypothese van éen enkel oer-organisme gebaseerd. Over een week stuur ik je hierover een beter gestructureerd verhaal, dat deel zal uitmaken van mijn afscheidscollege. Op voorhand stuur ik je vast wat tabellen, de resultaten van de modelberekeningen die ik heb gemaakt.

…<De tabellen en uitleg erbij zijn verder achterwege gelaten. De conclusies staan hier wel. PMS)>

Tabel V geeft de matrix als er een fylogenetische relatie bestaat tussen de 16 organismen. Er was dan voor elk enzym in een oerorganisme een oerstructuur die in de loop van de tijd volgens de afstammingslijnen zijn veranderd.
Tabel V laat een duidelijk patroon zie, en wel voor elk van de enzymen het zelfde.
Nauw verwante organismen verschillen weinig, ver verwante veel. De tabellen-VII en VIII geven het eindresultaat. Hierin is voor elk enzym in elk organisme bepaald, waarmee het het minste verschilt en in welk ander organisme dan dat eiwit met het kleinste verschil voorkomt.
Parallele evolutie (Tabel VII) toont een volstrekt random verdeling.
Bij de veronderstelde fylogenetische relatie, blijkt duidelijk dat 1 het nauwst met 2, 3 met 4, 5 met 6 etc is verwant. (Er zijn twee kleine uitschieters). Computermodel

Dit is dus precies het patroon dat we in de enzym-atlas aantreffen, voor honderden enzymen, hetgeen eenduidig op een fylogenetische relatie tussen alle organismen wijst. Honderden enzymen?

Ik heb de laatste drie weken op de computer miljoenen enzymen laten evolueren. (Door jouw betogen gestimuleerd!). En kom daarbij tot een aantal verrassende conclusies. De snelheid waarmee een z.g.n primordial (oer-) enzym wordt gevormd, is verrassend groot. Maar evolutie naar een ideaal enzym dat optimal functioneert, verloopt zeer traag, en gaat met heel veel degeneratie gepaard.

Per 100 vervangingen is 80-90 'disadvantagel (dodelijk, degeneratief) 10-20 procent 'neutral' (verantwoordelijk voor de vervangingen die we in eiwitten waarnemen), slechts van 0.1 tot 1% van de vervangingen mag verwacht worden dat ze 'advantage' zijn. Vandaar mijn stelling: Je observatie over de sterke tendens naar degeneratie is juist, maar volstrekt niet in tegenspraak met evolutieprincipes.

 

Wetenschap & religie
Gezien het grote aantal 'doden' dat met evolutie gepaard gaat, heb ik als titel voor mijn afscheidscollege bedacht: 'The gods need to have their numbers' (boek van H Lampo), m.a.w. er moet veel geofferd worden om iets gunstig(ers) te bereiken. Daarin leg ik iets van mijn appreciatie voor metafysische benaderingen. Maar ik kan onmogelijk in een goedertierende god geloven. De Griekse en Maya goden met al hun onhebbelijkheden spreken mij meer aan.
Wetenschap & religie

Met andere vragen, kun je niet beter eens bij mij langs komen in Leiden?

Vriendelijke groeten,

 

A. Rörsch

 

---

ATLAS OF PROTEIN SEQUENCE AND STRUCTURE 1976

Table 4
Rates of Mutation Acceptance

Protein	PAMs per 100 Million Years
Amyioid A	48
Lmmunoglobulin kappa chain C region	39
Kappa casein	34
Immunoglobulin lambda chain C region	30
Immunoglobulin gamma chain C region	30
Lutropin beta chain	29
Pancreatic ribonuciease	28
Lactalbumin	27
Somatotropin	25
Pancreatic secretory trypsin inhibitor	21
Lutropin alpha chain	21
Serum albumin	19
Panereatic hormone	17
Prolactin	1.5
Hemoglobin alpha chain	14
Hemoglobin beta chain	14
Myoglobin	11
Animal lysozyme	10
Lipopotropin beta	10
Gastrin	10
Neurophysin	8.5
Myeiin basic protein	7.3
Parathyrin	7.2
Thyrotropin beta chain	6.8
Melanotropin beta	6.7
Basic protease inhibitor	6.4
Parvalbumin	5.4
Trypsinogen	5.1
Cytochrome b5	3.9
lnsulin (most mammalian orders)	3.5
Plastocyanin	3.4
Triosephosphate isomerase	2.8
Corticotropin	2.4
Glyceraldehyde 3-P04 dehydrogenase	2.2
Cytochrome c	2.1
Plant ferredoxin	1.8
Collagen (excluding nonrepetitive ends)	1.7
Glucagon	1.2
Glutamate dehydrogenase	0.90
Histone H2A	0.50
Histone H3	0.12
Histone H4	0.09

---

Commentaar:

De waardes (het aantal toegestane wijzigingen per 100 miljoen jaar) in de Atlas zijn gevonden door aminozuursequenties te vergelijken tussen niet-verwante soorten. Met andere woorden, daarbij wordt ervan uit gegaan dat die wijzigingen mogelijk zijn en plaatsgevonden hebben. Dat wil in het geheel nog niet zeggen dat dat daadwerkelijk kan.