Auteur(s): P.J. Zwart, H. Faber Titel: Reactie op: adaptatie en evolutie Jaargang: 19 Jaartal: 2001 Nummer: 5 Oorspronkelijke paginanummers:

Transcriptie

1 Auteur(s): P.J. Zwart, H. Faber Titel: Reactie op: adaptatie en evolutie Jaargang: 19 Jaartal: 2001 Nummer: 5 Oorspronkelijke paginanummers: Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 REACTIE OP: ADAPTATIE EN EVOLUTIE H. Faber, Versus, 19 e jaargang 2001, no. 3, pp HET MECHANISME VAN DE EVOLUTIE Dr. P.J. Zwart I Dr. P.J. Zwart, Natuurwetenschapper en Filosoof, Vorden n nr. 3 van jaargang 2001 van dit tijdschrift heeft Herre Faber twee theorieën over de evolutie tegenover elkaar gesteld, die van Darwin en die van Lamarck. Zijn keuze viel uitgesproken op eerstgenoemde theorie. Op zijn bewijsvoering valt echter wel het een en ander aan te merken. Allereerst wil ik opmerken dat de oorspronkelijke theorieën in de loop der tijd vrij aanzienlijk gewijzigd zijn, zodanig dat men tegenwoordig meestal over neodarwinisme en neolamarckisme spreekt. Om maar iets te noemen: Darwin was zelf een aanhanger van Lamarck en heeft zelfs een theorie opgesteld hoe verworven eigenschappen erfelijk zouden kunnen worden! Het oorspronkelijke darwinisme onderscheidde zich alleen maar van het lamarckisme door het leerstuk van de natuurlijke selectie. Maar dit vormt inmiddels ook een essentieel onderdeel van het neolamarckisme.. Het enige verschil tussen de twee theorieën is dus slechts dat het neodarwinisme volhoudt dat alle veranderingen in het DNA, de drager van de erfelijke eigenschappen, volkomen willekeurig en toevallig zijn, terwijl het neolamarckisme meent dat dergelijke mutaties ook veroorzaakt kunnen worden door inwerkingen van buitenaf. Het heeft dan niet het oog op radioactieve straling of chemische substanties, waarvan algemeen bekend is dat zij mutaties kunnen veroorzaken, maar op meer subtiele invloeden vanuit de omgeving, zoals problemen of bedreigingen waarvoor een organisme zich gesteld ziet. Als bijvoorbeeld vroeger een ijstijd op komst was zullen de organismen een manier gevonden moeten hebben om zich tegen de naderende kou te beschermen, op straffe van uitsterving. Dat zal dikwijls gebeurd zijn door het ontwikkelen van een dikkere vacht. Volgens het neodarwinisme zou dit helemaal een gevolg geweest zijn van toevallige mutaties, maar als we bedenken dat het aantal mogelijke mutaties welhaast oneindig groot is, is het toch wel heel onwaarschijnlijk dat deze reactie zo vaak en zo prompt heeft plaatsgevonden. Het voornaamste argument dat al meer dan een eeuw lang tegen het neolamarckisme wordt aangevoerd, nu ook weer door Faber (p. l37), is dat er geen overdracht van informatie mogelijk is van lichaamscellen naar kiemcellen (de cellen die de zaad- en eicellen produceren). Dit zogenaamde centrale dogma van de genetica, dat werd opgesteld door Weismann in 1885, is echter pertinent onjuist omdat de kiemcellen wel degelijk met de rest van het lichaam in verbinding staan, namelijk via de bloedbaan. Het is dus in principe mogelijk dat langs deze weg moleculen RNA (een product van het DNA) de kiemcellen kunnen bereiken om daar een verandering in het DNA te bewerkstelligen. Deze moleculen zijn inmiddels experimenteel aangetoond in het bloed en staan bekend als boodschapper RNA of geheugen RNA. Wat Weismann bestreed was een heel primitieve vorm van het lamarckisme, zoals wel blijkt uit zijn pogingen om experimenteel aan te tonen dat Lamarck het bij het verkeerde eind had. Daartoe hakte hij namelijk de staarten van een groot aantal opvolgende generaties muizen af om te zien of er ten slotte een staartloze muis zou ontstaan. Onnodig te zeggen dat dit niet gebeurde. Weismann had natuurlijk een experiment moeten bedenken waarin het bezit van een staart voor een muis een handicap was. Een tweede argument van Faber (p ), afkomstig van Dawkins, is dat de ontwikkeling van een organisme epigenetisch, verloopt, d.w.z. volgens een recept, en niet aan de hand van een blauwdruk. Dit argument is echter niet relevant omdat de ontwikkeling van het embryo niets te maken heeft met veranderingen in het DNA van de kiemcellen. Want de vraag waar het om gaat is: kan de genetische

3 code uitsluitend veranderen door toevallige mutaties of kan dit ook plaatsvinden door bepaalde inwerkingen van binnen of buiten het organisme, bijvoorbeeld op grond van verworven informatie? Een zwaarwegend argument tegen het neodarwinisme, dat Faber vrij summier behandelt (p. 141) is dat de ontwikkeling van een complex orgaan als een oog ondenkbaar is zonder de aanname van een zeer groot aantal op elkaar afgestemde mutaties. Immers, wil een bepaalde verandering een verbetering zijn en dus geselecteerd worden, dan moet een groot aantal andere onderdelen min of meer gelijktijdig veranderen (lichtgevoelige cellen, zenuwen, lens, spieren en noem maar op). Bovendien moeten ook in de hersenen allerlei aanpassingen plaatsvinden om de nieuwe signalen te kunnen verwerken. Het is m.i. uitgesloten dat dit alles een product zou kunnen zijn van het blinde toeval. Faber beroept zich op het Baldwin-effect (p ), maar dat is in een geval als dit verwaarloosbaar klein. Bovendien: hoe groot is de kans dat er tijdig bij toeval een aantal passende mutaties optreedt waardoor de secundaire adaptaties erfelijk worden? Gezien het feit dat het aantal mogelijke mutaties onvoorstelbaar groot is mag ook deze kans minimaal genoemd worden. Dit brengt ons op het punt van de tijdschaal. Organismen kunnen zich soms in verbazend korte tijd aanpassen aan veranderende omstandigheden. Neem bijvoorbeeld het resistent worden van bacteriën tegen antibiotica, hetgeen regelmatig binnen een klein aantal jaren plaatsvindt. Het is praktisch onmogelijk dat dit zo vaak en zo snel zou kunnen gebeuren door toevallige mutaties. Het is veel waarschijnlijker dat het resistent worden van de bacterie een reactie is op het verschijnen van het antibioticum in zijn leefomgeving en dat deze reactie een verandering in het DNA inhoudt. Bij hogere organismen zou zo=n verandering via de bloedbaan door moleculen boodschapper RNA kunnen worden doorgegeven aan andere cellen, bijvoorbeeld kiemcellen. Iets dergelijks geldt eveneens voor het ontstaan en verdwijnen van instincten. Dit gebeurt ook vaak in een tijdspanne die veel te kort is om toegeschreven te kunnen worden aan toevallige mutaties. Zo heeft men waargenomen dat ooievaars die in de winter werden bijgevoederd binnen enkele decades hun instinct om naar het Zuiden te trekken hadden verloren. En dit voorbeeld zou met vele andere aangevuld kunnen worden. Een laatste reden waarom het neolamarckisme de voorkeur verdient boven het neodarwinisme is dat het veel beter past in de algemene filosofie van het leven. Voor wie ogen heeft om te zien is het namelijk duidelijk dat het leven een samengesteld proces is waarvan de richting tegengesteld is aan die van de processen in de dode natuur. De levensprocessen verlopen in de richting van steeds grotere complexiteit en diversiteit (dit is met name goed te zien aan de evolutie), maar de processen in de dode natuur verlopen altijd in de richting van toenemende wanorde en nivellering (deze uitspraak staat bekend als de tweede hoofdwet van de thermodynamica). Er zijn dus twee tegengestelde richtingen in de natuur, hetgeen overeenstemt met de oude wijsheid dat het leven in voortdurende strijd gewikkeld is met de dood. Als echter de evolutie een zekere richting vertoont kan het niet anders of ook de mutaties waarop zij berust moeten een bepaalde gerichtheid hebben. Zij zijn dus niet volkomen willekeurig en toevallig, maar sommige mutaties zijn waarschijnlijker dan andere. En dit is precies de essentie van het neolamarckisme. Het is hier niet de plaats om dit uitvoeriger uiteen te zetten. Voor wie geïnteresseerd is in dit onderwerp moge ik verwijzen naar mijn boek De zin van het leven (Van Gorcum 2000) en naar de door Faber vermelde boeken van mijn hand. Repliek van de auteur Herre Faber Eén van de doelstellingen van Versus is het op gang brengen van discussie rond onderwerpen die de fysiotherapie aangaan of, in dit geval, raken aan de fysiotherapie. De reactie van dr. Zwart op het artikel Adaptatie en Evolutie draagt daar duidelijk aan bij. Mijn hartelijke dank daarvoor. De overeenkomst tussen het neolamarckisme en het neodarwinisme is dat beide theorieën ervan uitgaan dat natuurlijke selectie bepaalt of veranderingen in het DNA op lange termijn behouden blijven.

4 De strijd tussen beide theorieën gaat, zoals Zwart al aangaf, om de vraag of veranderingen in het DNA op korte termijn willekeurig of doelgericht zijn. Volgens het neolamarckisme zijn deze veranderingen doelgericht. Dat wil zeggen dat uitwendige factoren die van belang zijn voor de overleving van een organisme zoals koude, licht, geluid en aanvallen van jagers op prooidieren ervoor zorgen dat het DNA de goede kant op verandert om deze factoren het hoofd te bieden of te exploiteren. De overdracht van de externe informatie op het DNA zou met behulp van het boodschapper RNA geschieden. Volgens Zwart moet dit wel zo zijn omdat, volgens hem, organismen zich anders niet snel genoeg kunnen aanpassen. Om te beginnen met het laatste: het is inderdaad zo dat organismen er regelmatig niet in slagen hun nakomelingen te voorzien van genetische informatie die de kans op overleving vergroot. Van alle soorten die op deze aardbol hebben rondgewandeld is verreweg het grootste deel uitgestorven. In die gevallen hebben de betreffende soorten zich inderdaad niet snel genoeg aangepast. Overigens kan evolutie op basis van willekeurige mutaties en natuurlijke selectie behoorlijk snel gaan, zoals blijkt uit tal van computersimulaties. Onderzoek naar fossielen heeft bij mijn weten nooit aangetoond dat evolutie zo snel heeft plaats gevonden dat het neodarwinisme onmogelijk blijkt. Dit in ogenschouw nemende zie ik geen probleem met de snelheid waarmee evolutie kan optreden volgens het neodarwinisme. Het aantal jaren waarover evolutionaire veranderingen zich voordoen en het aantal organismen zijn zo groot dat wij ons daar niet echt een voorstelling van kunnen maken. Dat is nu precies het probleem van het creationisme (de leer dat een hogere macht het leven heeft geschapen) en het neolamarckisme. Omdat mensen een tijdschaal van meer dan 30 jaar en groepen organismen van meer dan 50 duizend (een vol voetbalstadion) niet werkelijk kunnen bevatten, kunnen zij zich ook niet voorstellen dat evolutie plaatsvindt middels willekeurige, niet doelgerichte veranderingen. Resistentie tegen antibiotica bij bacteriën kan onstaan bij de gratie van hun enorme hoeveelheden en zeer snelle generatiewisselingen, waardoor het aantal individuen gigantisch is. De mogelijkheid dat een toevallige verandering, die resistentie veroorzaakt, optreedt bij dergelijke aantallen is zeer reëel. Daarnaast kan het zo zijn dat er geen sprake is van een toevallig verandering, maar ook van een reeds aanwezige toevallige variatie. De antibiotica roeit alle niet resistente bacteriën uit. Vervolgens groeit de bacteriekolonie weer snel met de toevallig resistente bacteriën als voorouder. Dergelijke schommelingen worden bijvoorbeeld waargenomen bij mensen die met medicijnen tegen het HIVvirus worden behandeld en zijn in overeenstemming met het neodarwinisme. Als mutaties gericht plaats vinden, zoals het neolamarckisme voorspelt, zullen dergelijke schommelingen niet of veel minder optreden. Zwart stelt dat het oog in al zijn complexiteit zich alleen maar ontwikkeld kan hebben als alle veranderingen min of meer gelijktijdig zijn opgetreden. Immers, een oog waarvan de lens niet helemaal goed is afgesteld op het netvlies is waardeloos. Aangezien de kans op het gelijktijdig optreden van de benodigde veranderingen door toevallige veranderingen astronomisch klein is, zou het neodarwinisme hebben afgedaan. Hetzelfde voorbeeld is in het verleden al door dominee Paley gegeven, maar door Richard Dawkins vakkundig ontzenuwd (1). Zoals hij terecht opmerkt is het pertinent onjuist dat een half werkend oog waardeloos is. Een half werkend oog is beter dan een kwart werkend oog en een kwart werkend oog is beter dan een oog dat maar voor 10 procent werkt! Het is niet waar dat je met een verkeerd afgestelde lens net zo weinig overlevingskans hebt als zonder oog. Daarom is het ook niet waar dat alle evolutionaire veranderingen om tot een goed werkend oog te komen gelijktijdig moeten optreden. Wat betreft het voorbeeld van de ooievaars lijkt het waarschijnlijker dat het uitstellen van de trek naar het Zuiden een adaptatie is en niet veroorzaakt wordt door een verandering in het DNA. Zodra het bij voederen wordt gestopt, zullen de ooievaars hoogstwaarschijnlijk binnen enkele jaren hun aangeleerde gedrag weer aanpassen en in de winter naar het Zuiden trekken. Een mogelijke manier om het neolamarckisme te toetsen is het volgende experiment. Het DNA in de kiemcellen van jonge organismen wordt in kaart gebracht (tegenwoordig is dit technisch mogelijk). Vervolgens worden ze blootgesteld aan extreme omstandigheden. Op latere leeftijd wordt het DNA weer in kaart gebracht. Indien het neolamarckisme waar is, zouden de oudere organismen allemaal eenzelfde tendens moeten laten zien in de veranderingen van het DNA. Ik verwacht niet dat dit gebeurt.

5 Het tweede punt betreft het mechanisme waarmee informatie over externe omstandigheden kan worden overgebracht op het DNA van de kiemcellen. In de moderne biologie gaat men ervan uit dat dit niet mogelijk is. Zwart geeft aan dat het boodschapper RNA wel in staat moet worden geacht om deze taak via de bloedbaan te vervullen. Aangezien niet is bewezen dat het boodschapper RNA dit kan en doet, stelt Zwart dat het in principe mogelijk is. Hier belanden we bij een veel voorkomend probleem in discussies als deze. Als een acupuncturist beweert dat meridianen bestaan, zal de wetenschapper zeggen dat deze nog nooit zijn aangetoond. De acupuncturist reageert dan over het algemeen in de trend van: Maar er is ook niet aangetoond dat ze niet bestaan. Een patstelling is het gevolg... Binnen het wetenschappelijk onderzoek hanteert men daarom het principe van de omgekeerde bewijslast: onschuldig tot het tegendeel is bewezen. In ons voorbeeld kan dit worden vertaald als: boodschapper RNA kan geen externe informatie overbrengen naar de kiemcellen tot het tegendeel is bewezen. In dit geval is het zelfs veel aannemelijker ervan uit te gaan dat boodschapper RNA inderdaad niet in staat kan worden geacht het DNA in de kiemcellen te veranderen. Zoals Zwart terecht stelt is het boodschapper RNA een product van het DNA in de celkern. Als bijvoorbeeld eiwitten als actine en myosine in een spiercel moeten worden aangemaakt, geeft de celkern een deel van zijn DNA bloot. Daar wordt een kopie van gemaakt. Deze kopie wordt boodschapper RNA genoemd. Het boodschapper RNA dient als mal om de actine- en myosine-eiwitten te maken. Het DNA in de celkern bepaalt dus hoe het boodschapper RNA eruit ziet en niet andersom. Een ander, in mijn ogen belangrijker, argument tegen het idee van boodschapper RNA als veroorzaker van doelgerichte veranderingen in het DNA van de kiemcellen is het volgende. Een externe factor zoals koude door een ijstijd kan er natuurlijk voor zorgen dat de chemische toestand van cellen verandert: ze produceren bijvoorbeeld meer van een bepaald molecuul X. Alhoewel dit dus niet is bewezen, zou dit molecuul in principe het boodschapper RNA in die cel kunnen veranderen, dat vervolgens via de bloedbaan in de kiemcellen terecht komt en daar het DNA in de celkern verandert. Maar waarom zou deze verandering ervoor zorgen dat het boodschapper RNA en daarmee het DNA in de kiemcellen zodanig verandert dat dit zorgt voor een dikkere vacht? Het is evengoed mogelijk dat het omgekeerde gebeurt. Waarom zou de productie van molecuul X coderen voor een specifieke doelgerichte verandering in het RNA/DNA? Daarvoor is een reeds bestaand coderingssysteem nodig. De vraag is natuurlijk waar dit coderingssysteem dan vandaan komt. Hoe is dit geëvolueerd? Dit is enigszins vergelijkbaar met de homunculus. Dit is een denkbeeldig mannetje in ons hoofd dat betrokken is bij de sturing van onze bewegingen. Als we de arm willen buigen, bedenkt de homunculus dat daarvoor een aantal spieren in bepaalde verhoudingen moeten aanspannen. Vervolgens bedient hij een aantal schuifregelaars waarmee de spieren worden bediend. De vraag is nu natuurlijk: wie bedient de homunculus? We raken verstrikt in een eindeloze herhaling van verklaringen. Hetzelfde geldt voor doelgerichte veranderingen in het DNA. Het coderingssysteem moet volgens het neolamarckisme ook zijn geëvolueerd middels doelgerichte veranderingen waar ook weer een coderingssysteem voor nodig is, enzovoorts. De enige manier om hieruit te komen, is te stellen dat doelgerichte veranderingen in het DNA of zelfs in materie in het algemeen fundamentele eigenschappen zijn van de natuur. Naar mijn idee is dat hetzelfde als het poneren van een hogere scheppende macht. Wat betreft het Baldwin effect het volgende. Ik zie niet in waarom de secundaire mutaties tijdig moeten optreden. Zolang de combinatie van de primaire mutatie en de secundaire adaptaties een voordeel biedt, kan er rustig gewacht worden op de secundaire mutaties. Deze hoeven niet snel op te treden. De computersimulatie in het artikel illustreert duidelijk dat dit een enorm voordeel oplevert. Dode natuur kenmerkt zich door een Astreven@ naar wanorde, dit in tegenstelling tot de levende natuur. Dat is waar. Maar waarom dus mutaties doelgericht moeten zijn, ontgaat mij. Het proces van natuurlijke selectie samen met willekeurige variatie blijkt in talloze computersimulaties uitermate ordelijke dingen op te leveren. Evolutie behoeft dus geen extra verklaring naast het neodarwinisme in de vorm van doelgerichte mutaties. Het poneren van een extra natuurwet, welke tegengesteld zou werken aan de tweede hoofdwet gaat mij te ver en past niet in mijn filosofie van het leven. Het onderzoek naar moleculaire mechanismen op een fundamenteel niveau gaat voort net als onderzoek naar de wisselwerking tussen organismen en hun omgeving. Met name computersimulaties van ecologische modellen en het toetsen hiervan in de werkelijkheid is een krachtige onderzoekslijn. Het is te verwachten dat een synthese van deze vakgebieden in de toekomst meer bewijzen voor het

6 neodarwinisme zal opleveren. LITERATUUR 1. Dawkins, R. The blind watchmaker. Penguin Books, London, 1991.