Evolutie - De Uitgebreide Synthese

In de blog: Over de ethiek van de seculiere samenleving reacties: 1 pdf print

Hoe komt het toch dat de hele wereld in rep en roer staat voor elke bijna-ontdekking in de deeltjesfysica, terwijl de doorsnee-leek amper iets lijkt te (willen) weten over een halve eeuw vorderingen in de biologie? Hoe is het mogelijk dat Dennett nog in 1995 zijn Darwin's Dangerous Idea kon aanvatten met de triomfantelijke uitroep dat de Modern Synthesis gedurende de voorbije halve eeuw enkel hoefde gladgestreken?

Er zijn verschillende oorzaken.

Vooreerst zou het koren op de molen van creationisten zijn, als zou uitlekken dat de evolutietheorie, als een echte kritische wetenschap, voortgedreven wordt door methodische twijfel. Maar als die twijfel, de grote troef van alle redelijkheid, wordt opgeofferd, valt wetenschap stil en wint dogmatisme. Want wat de wetenschap ook zegt over hoe de natuur in elkaar zit, wie wil kan haar altijd nog wel aan een schepper toeschrijven. De wetenschap kan transcendente claims weerleggen, maar ze kan niet beletten dat er daarna weer andere claims worden opgevoerd, want God kan en mag immers alles. Dat zulks elke eeuw wat zinlozer wordt, toont alleen maar aan dat ernstige wetenschap vooruitgang brengt, niet dat er een echt debat gevoerd en gewonnen werd. De tegenstelling tussen wetenschap en religie is veel fundamenteler dan het verschil tussen twee theorieën. Bijgeloof is stelselmatig teruggedrongen door wetenschappelijke ontdekkingen, die dikwijls door religie bestreden werden, maar nooit bedisseld. Een "debat" of zelfs "dialoog" kunnen alleen als beide partijen een foute voorstelling hebben van beider standpunten.

Liever foute wetenschap, menen sommigen, dan ruimte te laten voor religie; Liever een sombere, kleurloze, gewelddadige wereld, dan - god verhoede - een paradijselijke natuur die haast op een Hof Van Eden lijkt. Ik zeg hiermee niet dat de natuur alleen paradijselijk is. Voor een materialist als ikzelf is de natuur alles inbegrepen. En natuurlijk hebben de creationisten ongelijk.

Hierbij past de oude populaire traditie dat er naast de materiele "lagere" natuur een "hogere" geestelijke wereld is. Veel moderne mensen verliezen hun geloof, zonder goed te beseffen dat de wereld zélf daarna even compleet blijft als tevoren. Sociale regels, moraal en hulpvaardigheid bestaan evengoed als die niet van goden of godsdiensten blijken te komen.

Een andere oorzaak is sociaal-conservatief. Een slag van luidruchtige denkers tracht met alle geweld aan te tonen dat de levende natuur tot weinig anders bekwaam is dan dulheid, bloed en knuisten. Om hun verbrande-aarde taktiek toe te passen keren sommigen zich tegen echte wetenschap, en gaan Onwrikbare Waarheden prediken. Maar er bestaat intellectueel bedrog van nog erger soort dan het bewust neerhalen van de natuurlijke wereld. Het afgekraakte beeld van de levende natuur wordt aangewend om de menselijkheid zelf de kop in te drukken. Ondanks alle ontdekkingen blijven conservatieven beweren dat we slechts tot huichelachtig egoisme herleidbare illusies zijn. Zo zijn we voor Dennett niet langer... een oorzaak of auteur, maar slechts een van de plaatsen in de natuurlijke wereld waar natuurlijke selectie plaatsvindt.

Verdorie, weer een Groot Filosoof die ontdekt heeft dat "alles slechts hetzelfde" is! Zou de toevallige plaats "Dennett", auteur van onzin en oorzaak van mijn ergernis, echt geen verschil zien tussen een schimmel, een leeuw of een mens? Zijn zulke beweringen alleen maar branie en drama, of moet de boekenverkoop in God's disneyworld nu en dan wat opgeschud worden?

Niet alleen bewustzijn en vrijheid, ook democratie, pacifisme en moderniteit worden als illusies gebrandmerkt. De natuur is van laag allooi, en mensen zijn bijgevolg veroordeeld tot natuurlijke laagheid. Wederzijdse hulp is iets voor domoren, en verzuchtingen voor een rechtvaardiger wereld zijn in wezen een complot om een stalinistisch bewind in te voeren: wie protesteert wordt meteen op één rij gezet met de grote massamoordenaars van de twintigste eeuw. Berusting door het plebs is het streven geweest van alle grote religies en imperiums, en is vandaag nog altijd het streven van conservatief Amerika, met kwaadaardige uitzaaiingen in achtergebleven gebieden. Terwijl grote delen van de mensheid geteisterd worden door honger, armoede en oorlog, wordt door dit slag luidruchtige denkers de oude boodschap van monniken herhaald, dat de verstotenen moeten berusten of dat anders de hel dreigt. Bij dat alles lijken ze te geloven dat ultra-kapitalistische denkbeelden politiek neutraal zijn, terwijl wie het waagt verontwaardiging te uiten wordt beschuldigd van achterbakse politiek in de slechtste betekenis.

Het verschijnen van Evolution, The Extended Synthesis kan het begin van het einde van deze verwarring zijn. Voor de eerste keer wordt volledig en helder aangegeven met welke fundamentele vraagstukken biologen al tientallen jaren bezig zijn, wat ze vermoeden en wat ze verwachten. De biologie treedt opnieuw in het publieke voetlicht als een volwaardige wetenschap die de fascinerende wereld van de levende natuur bestudeert.

De zogenaamde Moderne Synthese van de evolutietheorie die zo geliefd is bij conservatieven, is zowat 70 jaar oud. Samengevat komt ze, in haar huidige vorm, erop neer dat (1) erfelijke kenmerken ("genen") door toeval varieren, en dat (2) soorten ontstaan door selectie van toevallige veranderingen in de frekwentie van deze kenmerken, waarbij (3) uiterlijke kenmerken slechts langzaam veranderen. Deze stellingen worden in dit boek nader onderzocht. De nieuwe inzichten concentreren zich rond de snelheid van genetische verandering, rond de werking van natuurlijke selectie, en rond overerving buiten de genen. Ik vat hieronder enkele representatieve hoofdstukken samen. Volledigheid is onmogelijk. Als blijkt dat in ons eigen taalgebiedje ook deze nieuwe ideeën niet gepubliceerd worden, kom ik zelf terug op de Extended Synthesis.

Variatie en selectie

In dit eerste deel van het boek bespreekt David Sloan Wilson multilevel selectie. Darwin's selectietheorie gaat over de kans op voortplanting van individuele organismen. Een hert dat harder kan lopen dan soortgenoten, een plant die beter droogte weerstaat dan andere planten, dragen "lokale" voordelen, maw. het effect ervan is enkel in de direkte omgeving voelbaar.

Maar er zijn ook organismen die nakomelingen van vreemden grootbrengen, de wacht houden voor de anderen, of zuinig zijn met schaarse middelen om de hele groep te kunnen helpen. Zulke kenmerken zijn niet "lokaal" maar "voor het goed van de groep". Ze zijn algemeen bij mensen. Darwin, in Descent Of Man, twijfelde er niet aan dat stammen waar meer zulk altruisme voorkomt, andere stammen zullen overwinnen door natuurlijke selectie. Groepen van individuen die elkaar helpen zullen in het voordeel zijn, ook al zijn deze eigenschappen "lokaal" nadeling voor altruistische individuen (zie ook mijn post over Kropotkin en wederzijdse hulp in de natuur.)

Natuurlijke selectie kan plaatsvinden op verschillende niveaus (dit noemt men multilevel selectie.) De weerstand tegen multilevel selectie en tegen groepsselectie in het bijzonder, werd ingezet in 1966 door George C. Williams. Hij verordende in Adaptation and Natural Selection dat... spreken van het "goed voor de groep" is gewoon fout. Er bestaat in feite geen groepsselectie. Zijn wiskundig onderbouwde standpunt werd spoedig algemeen aanvaard. Er volgde een periode (waarin Dawkin's The selfish Gene verscheen) waarin het bijna verplicht was om in elke publikatie te belijden dat men groepsselectie afwees - terwijl steeds meer theoretische en empirische bewijzen voor groepsselectie opdaagden.

Een van de belangrijkste argumenten voor groepsselectie, maar slechts laat als zodanig herkend, was de opkomende Speltheorie (Game Theory.) Hierbij wordt het sukses onderzocht van personen die afhangen van de keuzes van anderen (voor voorbeelden zie mijn eerdere post over billijkheid, egoisme en de vrije markt.) Hoe dan ook, de claim dat selectie op het laagste niveau (het gen) het altijd wint van de hogere niveaus, is afdoende weerlegd, en alleen over het hoe en waar wordt nog getwist.

De verhouding tussen de verschillende selectieniveaus is trouwens niet statisch, schrijft David S. Wilson: ze is zelf aan evolutie onderhevig. Als selectie tussen groepen overheerst, wordt de groep een functionele eenheid die zelf als een organisme beschouwd kan worden. Dit scenario werd voorgesteld door celbioloog Lynn Margulis om te verklaren hoe complexe cellen met een kern en organellen ontstonden uit het samenklitten van eenvoudige cellen zonder kern, trilharen etc... Deze theorie vond algemeen ingang, maar slechts weinig biologen begrepen dat het hier om een complex voorbeeld van multilevel selectie ging.

Later werd de theorie van Margulis uitgebreid tot andere grote transities in de geschiedenis van het leven, tot het ontstaan van het leven zelf, het ontstaan van meercelligen, van sociale insecten, van menselijke samenlevingen etc.... In al deze gevallen, zegt Wilson, wordt de selectie binnen groepen teruggedrongen in het voordeel van groepsselectie. Zo'n grote transities hebben enkele belangrijke kenmerken: ze zijn zeldzaam; het ontstane superorganisme is onmiddellijk dominant en suksesvol; de overgang is nooit volledig, want op de lagere niveaus, onder de oppervlakte, blijven conflicten heersen die teruggedrongen werden, maar niet uitgeroeid zijn.

Het concept van de grote transities is een van de belangrijkste ontwikkelingen in de evolutiebiologie en een grote stap voorbij de Modern Synthesis. Tot Margulis met haar gewaagde symbiogenese-theorie kwam werd deze stap door niemand voorzien.

Genomica en evolutie

Toenemende informatie over de materiele basis van erfelijkheid, zegt Gregory A. Wray, leidde tot een omwenteling in de evolutiebiologie, even ingrijpend als toendertijd de Modern Synthesis zelf. De impact van deze omwenteling is gespreid over tientallen jaren. Het resultaat is een biologische wetenschap - de genomica - die de exponentieel groeiende databanken met erfelijke gegevens bestudeert. Gedetailleerde gegevens over het genoom van nauwverwante soorten brengen evolutiemechanismen aan het licht die in het verborgene werkten, diep in het organisme begraven. Ze zijn een ware goudmijn voor evolutiebiologen.

Michael Purugganan stipt enkele gebieden aan waar de genomica vruchten afwerpt. Sinds 1990 wordt het genoom steeds meer gezien als een levendige structuur waarin delen van genetische elementen zich verplaatsen binnen het genoom en tussen soorten. Zijdelingse gen-transfers bijvoorbeeld zijn algemeen tussen de genomen van celkernen en organellen [waarvan we sinds Margulis weten dat ze oorspronkelijk verschillende organismen waren, elk met hun eigen genoom.] Vandaag weten we dat ook transfers tussen organismen algemeen voorkomen en een centraal mechanisme vormen in de biologie van bacteriën. Het genoom blijkt een evolutionair mosaiek, opgebouwd uit samengehaakte brokken uit verschillende soorten. Genomen zijn kneedbare strukturen in een koloniseerbaar ecosysteem, die snel kunnen evolueren.

Het menselijke genoom bestaat voor 40% uit "(ver)springende genen" (transposons, transposable elements, jumping genes) die mogelijk afkomstig zijn van virussen die zch "ingeburgerd" hebben. De invloed van deze genen is een van de grote raadsels waar biologen voor staan. Dat ze een grote rol hebben gespeeld in de evolutie is heel waarschijnlijk, en zou verklaren waarom ze nog steeds actief zijn. Hoewel de grote meerderheid van gensprongen schadelijk is en terug weggeselecteerd wordt, spelen (ver)springende genen een grote rol in de evolutie. Zo werd in 2006 het transposon ontdekt dat tussen 58 en 40 miljoen jaar geleden tot de opkomst van onze voorouders, de primaten, leidde.

Tenslotte heeft de genomica de studie van genoom-netwerken of epistasie (epistasis) in de startblokken gezet. In toenemende mate wordt men zich ervan bewust dat genen deel uitmaken van complexe zelfregelende circuits die, afhankelijk van de omstandigheden (waaronder de plaats en de omgeving van de cel waarin het gen zich bevindt) verschillende complexe processen kan starten of stopzetten. De som van deze processen (en niet een gen op zich) brengt het fenotype (het zichtbare organisme) voort (zie ook mijn post over Denis Noble.)

Erfelijkheid en replicatie

Eva Jablonka en Marion J. Lamb behandelen erfelijkheid buiten de genen (epigenetisch.) Ze openen dit deel met een beknopt en helder overzicht van de stand de evolutiebiologie vandaag.

(Voor een leesbare versie van de tabel zie http://home.scarlet.be/rh/blog/20120103 - Evolutie - De Uitgebreide Synthese.htm)

Jablonka en Lamb leggen zich in hun onderzoek toe op cell memory en cell heredity. De cel bewaart informatie die overgeërfd wordt en die niet in de genen zit. Waarom bijvoorbeeld van twee cellen, met identieke genen, het de ene keer tot hersencel brengt, en de andere keer een levercel wordt, is een belangrijk onderwerp van onderzoek, ook bijvoorbeeld voor de bestrijding van kanker. Maar mechanismen van epigenetische overerving zijn alle mechanismes die zich niet in het DNA bevinden, en ze varieren van processen in de cel (buiten de kern) die bij celdeling overgerfd worden, tot overerving langs de moedermelk, een niche, oudergedrag etc... Hier komt ook lamarckaanse overerving om de hoek kijken.

Epigenetische mechanismen hebben mogelijk een belangrijke rol gespeeld bij de grote transities, vanaf de eerste uitwisseling tussen bacteriën die tot symbiogenese van de eerste eukaryotische cellen leidde, tot aan het sociaal leren bij mensen.

Evolutionaire ontwikkelingsbiologie

In het deel gewijd aan evo-devo stellen Marc W. Kirschner en John C. Gerhart hun theorie van gefaciliëerde variatie voor. Deze theorie zegt dat er erfelijke mechanismen bestaan die de variatie tussen soorten "een handje helpen", maar zelf wel behouden blijven. Deze mechanismen zijn natuurlijk zelf geselecteerd in de loop van de evolutie. Het bestaan van variatiegerichte mechanismen werd reeds lang vermoed (om. door Wright en Dawkins), maar eerst met de huidige stand van kennis hoort het maken van een zinnige hypothese tot de mogelijkheden. Tot die tijd werd gelijkvormigheid gewoonlijk toegeschreven aan gelijke druk van de omgeving.

Organismen hebben zowel gemeenschappelijke als onderscheidende kenmerken. Alle ons bekende leven gebruikt dezelfde DNA-codering, hoe gevarieerd het verder ook is; alle planten en dieren zijn opgebouwd uit gelijkaardige cellen, hoezeer ze onderling ook verschillen; in het dierenrijk zien we slechts een dertigtal basisontwerpen (gewervelden, insecten etc...) voor één miljoen gekende soorten. Het verrassende gevolg is dat wij mensen de helft van onze genen gemeen hebben met fruitvliegen. Het is verbluffend dat sommige processen miljarden jaren onveranderd zijn gebleven, terwijl net zij miljoenen verschillende vormen, organismen en soorten voortbrengen. De vraag blijft hoe makkelijk deze nieuwe vormen ontstaan, en hoeveel vastligt in de processen en de molecules die behouden worden - in de gereedschapskist van de evolutie.

De kernprocessen (core processes) van evolutie, zeggen Kirschner en Gerhart, zijn ontstaan in grote golven. Zo zou DNA drie miljard jaar geleden de eerste primitieve cellen (prokaryoten) gevormd hebben. Hieruit ontstonden 2,5 miljard jaar geleden de eerste cellen met kern, cytoskelet, organellen etc... (dit zijn de eukaryoten.) Deze eukaryoten vormden één miljard jaar geleden meercellige organismen, en een klein half miljard jaar geleden de eerste vertegenwoordigers van het dertigtal gekende dierenstammen, met elk een eigen, onwrikbaar basisbouwplan. Dat deze processen miljarden jaren ongewijzigd werden doorgegeven, terwijl de dieren- en plantenwereld de meest uiteenlopende invullingen voortbracht, moet iedereen ervan overtuigen dat er bij variatie faciliërende kernprocessen aan het werk zijn.

Kernprocessen kneden het organisme, met veel beperkingen maar ook veel verschillende mogelijkheden om natuurlijke selectie te overleven. Chemische signalen versterken, verzwakken of verschuiven het lezen van het DNA. Dit is het gevolg van complexe informatiestromen, zowel binnen in de cel, als tussen cellen onderling, als in meercellige (gecompartimenteerde) organismen en in de (overige) omgeving. Deze processen zorgen ervoor dat onze ledematen ontstaan; veranderen armen in vleugels met een kleine bijsturing; zorgen ervoor dat de spijsvertering van een baby anders reageert dan die van volwassenen; zorgen ervoor dat we onze benen kunnen bewegen, dat ons hart slaat, etc...etc...

Veel van deze processen verlopen autonoom: in de foetus wordt het skelet gesculpteerd uit een hompje cellen, terwijl zenuwen en bloedvaten hun weg om hen heen zoeken, aan een duizelingwekkend ontwikkelingstempo, als klimplanten die in hun zoektocht naar het licht enkel beperkt zijn door de beschikbare ruimte. Op ongeveer dezelfde manier krijgen onze hersen hun ruwe vorm, aangevuld met processen die miljarden verbindingen tussen de twijgen zoeken.

Er is veel discussie geweest over de vraag of naast eigenschappen ook processen kunnen evolueren, of anders gesteld of natuurlijke selectie organismes voortbrengt die voorbereid zijn voor verschillende toekomstige milieus. Ook hier ligt het antwoord in eenvoudige waarneming: de sneeuwhaas heeft net dezelfde genen in de winter, als haar vacht wit is, als in de zomer met een bruine vacht. Dieren en planten die zich, zonder enige wijziging in het genoom, aanpassen aan seizoenen zijn algemeen bekend. Maar ook beweging is een overgeerfd proces dat toelaat in toekomstige onbekende omgevingen te overleven, die veel sneller en chaotischer kunnen veranderen dan seizoenen. Het denken tenslotte is een oorspronkelijk onderdeel van dit bewegingsmechanisme.

Zie ook http://www.sigervanbrabant.be/blog/


Reacties (1)

   

Ik heb het boek van Jablonka en Lamb gelezen - hun epigenetica is absoluut een eye opener en zeker helder genoeg voor filosofen. Bedankt voor deze tekst, een goede referentie.

Alleen geregistreerde gebuikers mogen comments plaatsen

Aanmelden of Registreer plaats een reactie