evolutie.blog.com

Blog ter gelegenheid van de 199e geboortedag van
Charles Darwin (12 Feb 1809 - 19 Apr 1882)

In de Nature 7 feb geeft Kevin Padian een overzicht van de 10 belangrijkste elementen van de bijdrage van Charles Darwin aan de hedendaagse wetenschap. Heel nuttig, maar ik vind het véél interessanter om te laten zien hoe met moderne methodes en technieken nieuwe antwoorden gegeven worden op oude vragen. Vragen die ook al in Darwin's tijd bestonden, maar die volledig buiten bereik van de toenmalige technieken lagen. Vragen zoals bijvoorbeeld hoe organismen er miljoenen of zelfs miljarden jaren geleden uitzagen. In moderen termen: hoe zag het DNA en eiwitten van de eerste levensvormen eruit?
In een tot de verbeelding sprekende publicatie in Nature 7 feb (1) komen de auteurs tot de reconstructie van een -voor het leven essentieel- eiwit zoals het geweest moet zijn tijdens de eerste miljoenen jaren na het ontstaan van het leven. Dus: met een tijdmachine 3,5 miljard jaar terug in de tijd! Die reconstructie is niet alleen theoretisch, maar ook letterlijk. Die hypothetische enzymen zijn in het laboratorium gesynthetiseerd. Een soort Jurassic Park maar dan voor eitwitten. Daardoor konden de onderzoekers ook de fysisch-chemische eigenschappen zoals de optimale temperatuur van het eiwit vaststellen. En tot hun grote verrassing bleek dat hoe langer geleden de bacteriën leefden, hoe hoger de temperatuur was waarbij ze optimaal functioneerden. Zo bleek de optimale temperatuur van de oudste bacteriën (3,5 miljard jaar geleden) maar liefst 76°C te zijn! De meer recentere bacteriën (0,5 miljard jaar geleden) hadden optimale temperaturen van 39°C of 46°C. Ze baseren dit op een gereconstrueerde DNA en eiwit stamboom van bacteriën. Zoals je bij een stamboom van mensachtigen ziet dat tijdens de laatste 7 miljoen jaar het hersenvolume toeneemt, zo zie je bij de stamboom van bacteriën dat ze zich aanpasten aan dalende temperaturen. Dat zegt iets over de kracht en het nut van stambomen. Je kunt uit een stamboom de temperatuur afleiden waarbij die organismen geleefd moeten hebben. Alleen: hoe weet je of het echt waar is? Je kunt immers niet echt terug in de tijd? (2).


Behalve (1) het maken van een stamboom en (2) het tot leven wekken van een 'uitgestorven' eiwit in het lab, deden de onderzoekers nog iets: (3) ze zochten op wat geologen hadden gevonden over de temperatuur van de zeeën van miljoenen jaren geleden. Wat bleek? "This temperature trend is strikingly similar to the temperature trend of the ancient ocean inferred from the deposition of oxygen and silicon isotopes". Dus hun conclusies bleken overeen te komen wat geologen onafhankelijk hadden gevonden op basis van geologische en fysische studies van zuurstof en silicium in aardlagen. Dit geeft een prachtige bevestiging van de DNA en eiwit stambomen. Het is waar maar toch moeilijk voor te stellen: de eerste levensvormen leefden in de oceanen met temperaturen van 65°C ! Dat zijn temperaturen van de tegenwoordige hete bronnen ('hot springs'). Langzamerhand koelden de oceanen tot de huidige temperaturen die ze 0,5 miljard jaar geleden bereikten. Een aparte groep bacteriën, de Archaea, heeft nog steeds een voorkeur voor extreme temperaturen (3).

Synthesis

Wat Darwin in 1859 in zijn The Origin of Species deed, was de eerste synthese van al zijn ideeën en feiten over evolutie. In de jaren 30 en 40 van de 20ste eeuw zagen we de toevoeging van de Mendelse genetica aan Darwin's evolutietheorie. Dat werd de 'Evolutionary Synthesis' (4) genoemd, maar was eigenlijk de tweede synthese. De derde synthese is in aantocht: Towards The Third Evolutionary Synthesis (5). Want na de tweede synthese kwam de moleculaire genetica (1953: Watson en Crick ontdekken de structuur van DNA), evo-devo en nog veel meer wat allemaal geintegreerd moet worden in de evolutietheorie. Inmiddels staat al veel in de evolutiehandboeken, maar veel moet nog geintegreerd worden. In bovengenoemd onderzoek zien we nog een hele belangrijke component die geintegreerd moet worden en waartoe de auteurs een belangrijke stap gezet hebben: de geologische evolutie van de aarde. De auteurs drukken het zo mooi uit: "The results also show how ancestral sequence reconstruction can connect the physical and natural sciences." Al eerder had Nick Lane dat op magnifieke wijze gedaan (6). Een nieuwe discipline is astrobiologie die het leven in de cosmologische context zet. Toenemende integratie van verschillende takken van wetenschap is ook het kenmerk van volwassen wetenschap. Onvolwassen wetenschappen of alternatieven voor evolutie (ID,etc) missen deze integratie met natuurkunde, scheikunde, geologie, klimatologie, astronomie. Juist die succesvolle integratie en consolidatie is een passend eerbetoon aan de geoloog en bioloog Charles Darwin.

Noten

1. Eric Gaucher et al (2008) 'Palaeotemperature trend for Precambrian life inferred from resurrected proteins', Nature 7 feb 2008. Tevens verscheen een begeleidend News and Views artikel: Manolo Gouy & Marc Chaussidon (2008) 'Evolutionary biology: Ancient bacteria liked it hot'. Het artikel van Kevin Padian is: 'Darwin's enduring legacy'.
   
2. "The inability (other than by time travel) to know the true relationships of bacterial lineages and their divergence times should not preclude attempts to understand Precambrian life."
3. Zie mijn review van The Third Domain met Carl Woese als ondtdekker van de Archaea.
   
4. Zie mijn review van 'Unifying Biology. The Evolutionary Synthesis and Evolutionary Biology'.
5. En dat is tevens de nieuwe naam van mijn site 'Was Darwin Wrong'. Sinds 13 april 1997 had ik me gericht op de critici van Darwin. Nu heb ik een net iets andere nadruk, nl datgene wat de moeite waard is om opgenomen te worden in de derde synthese.
6. Nick Lane (2002) Oxygen. The molecule that made the World. Als geen ander heeft Nick Lane de relatie van de fysische condities en de evolutie van het leven op aarde gelegd.