Evolutie

Evolutie = de verandering der soorten, berustend op gecombineerde invloeden van erfelijke variatie, selectie en isolatie van genotypen. (Latijn, évolvêre 3C = eruitrollen, ontwikkelen)

Zie als bijzonderheid

'Brieven aan Darwin'

en de

Minispecial:

Darwin voorbij.

Breken met de wetten van de genetica

Supervulkaan:

Bijna-uitsterven mens zeer precies berekend

Van onze verslaggeverij - Volkskrant 30 okt 2012 p. 27.

Nauwkeuriger dan ooit hebben onderzoekers bepaald wanneer de ergste vulkaanuitbarsting van de afgelopen twee miljoen jaar heeft plaats gehad:

tussen 73.600 en 74.200 jaar geleden.

Bij de ramp barstte op Noord-Sumatra de Toba uit. Tot in het Midden-Oosten viel as, de temperatuur kelderde wereldwijd en de mens stierf bijna uit. Uit ons DNA blijkt dat we afstammen van een zeer klein groepje mensen dat rond die tijd leefde.

In Maleisië vonden wetenschappers kristallen veldspaat in de aslagen: aan de hand van argon-atomen daarin bleek het mogelijk de ramp tot op 600 jaar nauwkeurig te berekenen.

(Zie ook hier beneden: FFWD-evolutie)

Mens dichter bij speelse bonobo

Van onze verslaggever Ben van Raaij - Volkskrant 15 juni 2012 p. 13W

AMSTERDAM De mens staat genetisch net zo dicht bij de bonobo als bij de chimpansee - zijn twee evolutionair gezien naaste levende familieleden. Tot nu toe werd gedacht dat mens en chimpansee veel nauwer verwant waren.

Dit blijkt uit een analyse van het genoom van de bonobo. Het dna van de Afrikaanse mensaap is in kaart gebracht door genetici van het Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. Ze publiceren hun resultaat deze week in Nature.

De bonobo is na chimpansee, gorilla en orang-oetan de laatste mensaap waarvan het genoom is ontcijferd. Basis van de analyse, die licht kan werpen op de evolutie van de mens, is het dna van een vrouwelijke bonobo in de dierentuin van Leipzig.

De analyse wijst uit dat de mens genetisch niet meer dan 1,3 procent verschilt van zowel bonobo als chimpansee. De beide mensapen verschillen onderling 1,4 procent. Circa 3 procent van het menselijk genoom komt méér overeen met de genomen van bonobo of chimpansee dan die van de apen met elkaar. Meer dan verwacht, zegt hoofdauteur Kay Prüfer.

De laatste gemeenschappelijke voorouder van bonobo, chimpansee en mens leefde 4,5 miljoen jaar geleden, blijkt uit berekeningen; die van bonobo en chimpansee ruim 1 miljoen jaar geleden. Opmerkeliik genoeg heeft na die splitsing geen vermenging meer plaatsgevonden tussen de mensapen. Dit bevestigt de theorie dat ze 2 milioen jaar geleden gescheiden zijn geraakt door het ontstaan van de Congo, de rivier die beide soorten nog steeds scheidt.

Hoewel bonobo en chimpansee genetisch veel gelijkenis vertonen, verschillen ze sterk in gedrag. Zo zijn chimpansees agressief en gewelddadig, bonobo's zachtaardig, speels en gericht op seksueel plezier. In die aspecten lijken ze meer op de mens.

Nader onderzoek kan wellicht ooit verhelderen wat de genetische en evolutionaire achtergrond is van zulke verschillen in gedrag, zegt Prüfer. 'Het maakt voor ons mensbeeld veel uit of het vreedzame karakter van de bonobo en de agressieve aard van de chimpansee nieuwe eigenschappen zijn of dat ze al aanwezig waren in de laatste gemeenschappelijke vooroudervan bonobo, chimp en mens.'

Frans de Waal, primatenkenner aan de Emory University in Atlanta, noemt vanuit de VS het feit dat bonobo en chimpansee genetisch op gelijke afstand staan van de mens een belangrijke conclusie. Wat hem betreft kan het idee dat de bonobo geen rol speelt in het debat over de afstamming van de mens nu van tafel.

'Dat geldt ook voor het verhaal dat de gewelddadigheid van mens en chimpansee teruggaat tot onze laatste gemeenschappelijke voorouder. Als die voorouder bonoboachtige trekken had, moet dat verhaal worden herschreven', aldus De Waal.

Evolutie FFWD.

We evolueren steeds sneller.

Snellere hersenen, betere darmen, sterker sperma. Als u dacht dat de mens niet meer evolueert, schrik niet. Een groeiende groep genetici beschikt over aanwijzingen dat de evolutie van de mens juist steeds sneller gaat, in plaats van trager.

Een populaire toelichting aan het eind van dit artikel

Al decennialang is iedereen -van gewone mensen tot de meest vooraanstaande biologen- het er wel over eens: de menselijke evolutie is klaar. Sinds de moderne mens Homo sapiens 50.000 jaar geleden ontstond 'is de natuurlijke selectie bijna irrelevant geworden' voor ons, zo verkondigde de invloedrijke Harvard-paleontoloog Stephen Jay Gould. "Er zijn geen biologische veranderingen meer geweest. Alles wat we cultuur en beschaving noemen, hebben we opgebouwd met hetzelfde lichaam en hetzelfde brein."

Deze opvatting is zo ingeburgerd geraakt dat het haast een doctrine is geworden. Hij sluit dan ook prima aan bij de dominante westerse gedachte, die ons al duizenden jaren lang inpepert dat de mens de kroon van de schepping is. Beweren dat mensen een evolutionaire gedaanteverwisseling hebben ondergaan sinds het Stenen Tijdperk, is dan ook niets meer of minder dan heiligschennis. Toch is dat precies wat steeds meer genetisch-onderzoekers hardop beweren, al is het in het weinig opwindende vakjargon van de vaktijdschriften. Ze vinden een overvloed aan recente evolutionaire aanpassingen in onze genen. En, schokkender nog, die aanpassingen lijken zich steeds sneller op te stapelen, als een lawine. Volgens hun gegevens is de menselijke evolutie de afgelopen 10.000 jaar niet langzamer, maar juist ongeveer honderdmaal sneller gegaan dan in welke andere periode in de biologische geschiedenis van de mens ook. "We zijn niet de zelfde soort als de mensheid van zelfs duizend of tweeduizend jaar geleden," zegt antropoloog Henry Harpending van de universiteit van Utah, een van de opstandelingen en medeauteur van een belangrijk vakartikel over recente menselijke evolutie.

En dat is niet het enige. De nieuwe genetische aanpassingen -zo'n tweeduizend bij elkaar- gaan veel verder dan oppervlakkige zaken als oog- en huidskleur, zo leert het onderzoek. De mutaties zitten in genen die gaan over het brein, het spijsverteringssysteem, de levensduur, immuniteit tegen ziektekiemen, spermaproductie en botten - of zeg maar gewoon: haast alle onderdelen van ons systeem. Veel van de nieuwe aanpassingen zijn uniek per continent, met tegendraadse implicaties. "Het is waarschijnlijk dat menselijke rassen van elkaar weg aan het evolueren zijn", zegt Harpending. "We lijken steeds minder op elkaar, in plaats van dat we opgaan in één gemengde mensheid."

Een groep genetici onder leiding van Jonathan Pritchard van de universiteit van Chicago komt tot soortgelijke conclusies. Pritchard ontdekte liefst 700 genen die de sporen dragen van recente evolutie, die plaatsvond in de afgelopen 10.000 jaar. De sporen zijn onder meer te vinden op genen die de haargroei regelen, genen die de spijsvertering afstellen en een gen dat mede bepaalt hoe het lichaam vet opslaat. Nog interessanter werd het beeld toen Pritchard Afrikanen, Oost-Aziaten en Europeanen vergeleek: de evoluerende genen hadden maar 20 procent overlap tussen de bevolkingsgroepen. Anders gezegd, 80 procent was geëvolueerd nádat de bevolkingsgroepen van elkaar waren gescheiden. Het politiek correcte beeld van een mensheid die steeds meer één wordt, werd opeens ongemakkelijk verstoord: op genetisch niveau waren de drie etnische groepen juist razendsnel van elkaar verwijderd aan het raken.

Krimpen

Botten liegen niet. Fysisch-antropoloog John Hawks van de universiteit van Wisconsin houdt dan ook van bewijs dat hij in zijn handen kan houden. En daarin ziet hij ook sporen van recente menselijke evolutie. "Je hoeft geen expert te zijn om te zien dat onze tanden de afgelopen 35.000 jaar kleiner zijn worden, dat onze schedelafmeting is gekrompen en dat we kleiner van stuk zijn geworden."

Die algehele trends zijn gelijk in verschillende delen van de wereld, maar andere veranderingen -vooral die van de laatste tienduizend jaar- beperken zich tot bepaalde etnische groepen. "Deze variaties zijn bij forensisch-antropologen zeer bekend", zegt Hawks. Hij noemt een paar van de meest herkenbare: bij Europea- nen wijkt het jukbeen wat naar achteren, zijn de oogkassen gevormd als een vliegeniersbrilletje en is de neusbrug hoog. Aziaten hebben jukbeenderen die meer naar voren staan, zeer ronde wenkbrauwen en een heel lage neusbrug. Aboriginals hebben dikkere schedels en gemiddeld de grootste tanden van alle volkeren ter wereld. "Ik snap werkelijk niet hoe toonaangevende biologen naar de fossielen kunnen kijken en vervolgens concluderen dat de menselijke evolutie de afgelopen 50.000 jaar tot stilstand is gekomen", zegt Hawks.

De fysisch-antropoloog mag zijn theorie van versnelde menselijke evolutie dan vooral baseren op wat hij met eigen ogen kan zien, zijn radicale visie is ook beïnvloed door nieuwe gegevens uit de genetica. Dankzij de geneticarevolutie van de afgelopen jaren, zijn wetenschappers gaandeweg steeds meer genen op het spoor gekomen die de evolutionaire 'fitheid' beïnvloeden. Deze varianten, die zich de afgelopen pakweg tienduizend jaar een voor een over de mensheid hebben verspreid, blijken mensen te hebben geholpen infectieziekten te bestrijden, ijskoude temperaturen te overleven of anderszins om te gaan met plaatselijke omstandigheden. En ze zijn opgedoken in verrassend hoog tempo.

Ook dat is eigenlijk niet verrassend. Wetenschappers vinden al tientallen jaren aanwijzingen dat plaatselijke mensenpopulaties lichamen hebben die zijn aangepast aan de lokale omstandigheden. In de jaren negentig bijvoorbeeld lieten artsen Tibetanen uit zeer hooggelegen berggebieden op een hometrainer fietsen. Daaruit bleek dat de bergbewoners met dezelfde hoeveelheid zuurstof 17 procent meer spierarbeid leveren dan een 'gewoon' mens. Vervolgonderzoek bracht aan het licht dat er onder de Tibetanen een genetische mutatie rondgaat die het zuurstofgehalte in het bloed met 10 procent verhoogt. Geen overbodige luxe, als je bedenkt dat de buitenlucht hoog in de Himalaya 35 tot 40 procent minder zuurstof bevat.

"We lijken steeds minder op elkaar, in plaats van dat we opgaan in één gemengde mensheid."

Het genetische en fossiele bewijs overtuigde Hawks ervan dat het heersende 'statische' beeld van de recente menselijke evolutie niet alleen fout was, maar in werkelijkheid zelfs wel eens precies omgekeerd zou kunnen zitten. Hij besprak zijn ideeën met Harpending, zijn voormalige begeleider aan de universiteit van Utah, en met Gregory Cochran, fysicus van huis uit en universitair hoofddocent in de antropologie aan dezelfde universiteit. Ze waren het allebei eens met Hawks' interpretatie. Maar, zo vroegen ze zich af, waaróm zou de evolutie steeds sneller gaan? Wat was de motor?

Het kwartje viel toen Hawks en Cochran op een dag de zaak met elkaar bespraken over de telefoon. "Op exact hetzelfde moment realiseerden we ons allebei: natuurlijk, er zijn tegenwoordig veel meer mensen op de planeet", herinnert Hawks zich. "In een grote populatie hoef je niet zo lang te wachten op die ene zeldzame mutatie die de hersenfunctie opkrikt of iets anders wenselijks doet."

Expansie

De drie wetenschappers begonnen de demografische gegevens te bestuderen. Tienduizend jaar geleden waren er minder dan 10 miljoen mensen op aarde. Dat aantal was gestegen tot 200 miljoen in de dagen van het Romeinse Rijk. Sinds ongeveer het jaar 1500 is de populatie exponentieel gestegen, tot de huidige 6,7 miljard. Aangezien mutaties de grondstof zijn waarop de natuurlijke selectie inwerkt, mag je redelijkerwijs verwachten dat de evolutie sneller gaat naar mate onze aantallen toenemen. Hoe meer zielen, des te meer kans op die ene mutatie die je net nodig hebt. "Wat we voorstellen, zal dierfokkers bekend in de oren klinken", merkt Cochran op. "Darwin zelf benadrukte het belang van het in stand houden van een grote kudde, als je gunstige trekjes wilt selecteren."

Hawks, Cochran en Harpending hadden geen beter moment kunnen bedenken om hun theorie te lanceren. Decennialang schoten de theorieën over menselijke evolutie als paddenstoelen uit de grond zonder veel hard bewijs. Maar nu waren er voor het eerst genoeg genetische gegevens beschikbaar om hun ideeën te toetsen. Een van die gegevensbanken, de internationale haplotype-kaart ofwel de 'HapMap', inventariseert de DNA-verschillen tussen (tot dusver) zo'n driehonderd mensen van Japanse, Chinese, Nigeriaanse en Noord-Europese afkomst.

Bovendien kende Harpending twee genetici (Robert Moyzis van de universiteit van Californië in Irvine en Eric Wang van het genbedrijf Veracyte) die gespecialiseerd zijn in het ontwikkelen van nieuwe rekenmethoden om aan de hand van DNA-gegevensbanken de evolutionaire snelheid in te schatten.

"Geen mens had 10.000 jaar geleden blauwe ogen."

De genetici waren geïntrigeerd toen Harpending contact met ze opnam en zijn visie voorlegde. Op basis van hun eigen, nog niet gepubliceerde, gegevens begonnen ook zij te vermoeden dat het tempo van de menselijke evolutie aan het versnellen is. Alleen vermoedden zij een heel ander mechanisme. "Wij richtten ons op culturele veranderingen als drijvende kracht van de evolutie", legt Moyzis uit.

Zoals hij het ziet, gebeurde er 50.000 jaar geleden iets zeer uitzonderlijks. Voor het eerst waren mensen zo ver met hun technologie -denk aan kleding, jachttechnieken en onderdak- dat ze vanuit Afrika konden uitwaaieren over de wereldbol, waar ze belandden in niches zo divers als de poolcirkel, de regenwouden van de Amazone, de bergen van de Himalaya en de woestijnen van Australië. Daarover is iedereen het in grote lijnen wel eens - maar daarna begint de onenigheid. Volgens de gangbare opvatting schermden de vernieuwingen in kleding en techniek onze voorouders af van de natuurlijke selectie. We werden door de technologie voorgoed bevrijd uit de Darwiniaanse tredmolen. Maar Moyzis en Wang zien dat precies andersom. In hun zeer uiteenlopende leefgebieden, zo redeneren ze, kwamen onze voorvaderen waarschijnlijk zeer verschillende selectiekrachten tegen, terwijl ze zich aanpasten aan nieuwe voeding, ziekten, klimaten en terreinen - denk maar aan de zuurstofrijke Tibetanen. Terwijl we slimmer en innovatiever werden, nam de druk om te veranderen steeds verder toe, omdat we ons lichaam blootstelden aan steeds weer nieuwe omstandigheden en leefgebieden.

Aan de rol van de bevolkingsomvang -hoe meer mensen, des te meer mutaties- hadden Moyzis en Wang dan nog niet eens gedacht. Maar al snel drong tot ze door dat die een prima aanvulling vormde op hun eigen theorie, omdat er door technologische innovaties meer mensen blijven leven. "We vonden het geweldig om onze ideeën te combineren en samen te werken met Harpendings groep", zegt Moyzis.

Om natuurlijke selectie te bestuderen, besloot het team op zoek te gaan naar zogeheten puntmutaties in het DNA, ofwel minieme wijzigingen van één 'letter' in het menselijk genoom. Als tenminste 20 procent van een bevolkingsgroep drager is van zo'n genetische verandering, zo namen de wetenschappers aan, dan duidt dat erop dat de mutatie blijkbaar een of ander overlevingsvoordeel geeft -anders zou de mutatie nooit zo wijdverbreid zijn. De 'handtekening van natuurlijke selectie', noemt Moyzis zo'n mutatie.

De onderzoekers gingen op zoek in de haplotype-gegevensbanken. Daar ontdekten ze dat liefst 7 procent van de menselijke genen voldoet aan het profiel van een recente aanpassing - waarbij 'recent' wil zeggen: korter dan 40.000 jaar geleden. Zoals voorspeld bleek het tempo waarin dergelijke aanpassingen optreden een haast exponentiële sprong te maken op het moment dat de menselijke bevolking explodeerde. Ter controle voerden de wetenschappers een computersimulatie uit om te zien wat er was gebeurd als mensen voortdurend in hetzelfde tempo waren geëvolueerd sinds het moment dat we zes miljoen jaar geleden afsplitsten van de chimpansees. Dat gaf een onzinnig resultaat: het verschil tussen de twee soorten zou dan 160 maal groter zijn dan het feitelijk is.
Voor Moyzis en de anderen was dat de definitieve bevestiging dat de mensheid pas recent het gaspedaal heeft ingetrapt.

Verspreiding van de moderne mens vanuit Afrika over de wereld, zoals die valt af te lezen van genetische 'merkers' op het Y-chromosoom (bij mannen) en het mitochondriaal DNA (bij vrouwen).
De codes zijn aanduidingen van de afzonderlijke mutaties.
De kaart toont hoe de mens zich eerst verspreidde richting Azië en daarna naar Europa.

Vitamine

Al deze vindingen komen prachtig overeen met de notie dat culturele maar ook demografische verschuivingen onze transformatie aandreven. Onze uittocht uit Afrika effende bijvoorbeeld de weg voor een van de meest duidelijke rassenkenmerken: huidskleur.

Zoals wetenschappers algemeen erkennen zijn blanke huidstinten een late genetische aanpassing aan weinig zonlicht. Mensen met een donkere huid hebben op noordelijke breedtegraden problemen om vitamine D aan te maken omdat ultraviolet licht in hun huid moet doordringen, en dat maakt ze bevattelijker voor ernstige botdeformaties. Het gevolg is dat Europeanen en Aziaten de afgelopen 20.000 jaar een lichtere huid kregen, dankzij twee dozijn verschillende genetische mutaties die ervoor zorgden dat de productie van het huidpigment melanine afnam.

Ook blauwe ogen zijn waarschijnlijk zo'n late aanpassing. Bij veel gewervelden codeert het gen voor blauwe ogen ook voor een lichtere huidkleur en zodoende lijken blauwe ogen gewoon een bijproduct van een lichtere huid. Duidelijk is in elk geval dat iéts blauwe ogen in sommige milieus evolutionair voordelig heeft gemaakt. "Geen mens had 10.000 jaar geleden blauwe ogen", zegt Hawks. Een studie van de universiteit van Kopenhagen leverde vorig jaar aanvullend bewijs. Nadere analyse van het 'blauwe ogen'- gen OCA2 bij verschillende bevolkingsgroepen wees toen uit dat de mutatie die ons blauwe ogen gaf zes- tot tienduizend jaar geleden voor het eerst moet zijn opgedoken aan de noordwestkust van de Zwarte Zee, in de huidige Oekraïne (Human Genetics, februari 2008). Wat begon als een toevallige mutatie bij één persoon met opvallende lichte ogen, heeft zich inmiddels zo sterk verspreid, dat in landen als Zweden en Noorwegen inmiddels 95 procent van de inwoners blauwe ogen heeft.

Na de trek naar het noorden vormde de overgang naar een boerenbestaan de volgende belangrijke aanjager van evolutie. Mensen begonnen vee te houden. Daarmee werd het bijvoorbeeld een evolutionair voordeel om je leven lang voedzame melk te kunnen drinken van het vee, in plaats van alleen als zuigeling uit moeders borst. Een mutatie die ongeveer achtduizend jaar geleden opdook in wat nu de Oeral is, stelde volwassenen voor het eerst in staat om lactose te verteren, de belangrijkste suiker in melk. En de mutatie verspreidde zich snel: vandaag is het gen voor lactose-afbraak aanwezig bij 80 procent van de Europeanen, maar opmerkelijk genoeg bij slechts 20 procent van de Aziaten en de Afrikanen.

Een andere evolutionaire druk ontstond toen de groeiende menselijke populatie vervolgens begon samen te drommen in de eerste steden. Daar, in overvolle, vieze wijken, konden ziektekiemen zich verspreiden als een veenbrand. Opeens waren er epidemieën van pokken, cholera, tyfus en malaria. Die ziekten waren praktisch onbekend bij jager-verzamelaars, en zo begon een evolutionaire wapenwedloop tussen mens en ziektekiem.

"Het duidelijkste voorbeeld is malaria", zegt Hawks. "De ziekte is ongeveer: 35.000 jaar oud, en de dodelijkste vorm daarvan slechts 5000 jaar. Toch hebben de inwoners van sub-Sahara-Afrika en andere streken waar de ziekte endemisch is al 25 genen ontwikkeld die beschermen tegen malaria. Er ontstond zelfs een compleet nieuwe bloedgroep, de Duffy-bloedgroep." Nog recenter ontstond resistentie tegen het aidsvirus hiv, dankzij een genetische mutatie die inmiddels voorkomt in 10 procent van alle Europeanen. Wetenschappers vermoeden dat de mutatie oorspronkelijk is ontstaan als bescherming tegen de pokken.

Zo mogelijk nog opmerkelijker zijn de aanwijzingen dat ook menselijk sperma in hoog tempo evolueert, opgejut door de race om als eerste de eicel te bereiken. "Het kan wel eens zo zijn dat steden zorgen voor meer sekspartners, waardoor er meer competitie is tussen mannen", zegt Hawks. Vast staat in elk geval dat 'sperma vandaag iets heel anders is dan sperma van 5000 jaar geleden', zoals Hawks het uitdrukt. In alle etnische groepen die hij en zijn team bestudeerden kwamen er nieuwe mutaties aan het licht die de spermaproductie reguleren. De genen waarom het gaat, gaan over zulke zaken als aantal spermacellen, beweegbaarheid en levensduur.

En dan zijn er de genen die ons helpen om langer te blijven leven, meldt Hawks. Zoals studies onder stammenvolkeren laten zien, hebben kinderen die mede worden opgevoed door hun opa en oma meer kans om te overleven. Zodoende is er een mechanisme dat het behoud van genen voor een lang leven begunstigt.

Nu de genen nog. Om dat verder te staven, doet Moyzis momenteel genetisch onderzoek onder Europese mannen en vrouwen die de negentig zijn gepasseerd. Nu al heeft hij een aantal vroege vormen van kanker, hartziekte en alzheimer weten te herleiden tot oudere menselijke genpatronen. "Het idee is dat mensen met modemere varianten beter bestand zijn tegen deze ouderdomsziekten. Bij 90-plussers zouden dergelijke mutaties dus oververtegenwoordigd moeten zijn", zegt Moyzis.

Racisme

Maar het meest prikkelende onderdeel van het snelle-evolutieonderzoek is het bewijs dat ook het brein onderhevig is aan snelle evolutie. Sommige genen die recent zijn geselecteerd, stellen Moyzis en zijn collega's, beïnvloeden de ontwikkeling en functie van het brein. Andere snel veranderende genen -ruwweg honderd stuks- hebben te maken met de aanmaak van neurotransmitters, waaronder de stemmingsregelaar serotonine, de stof glutamine (betrokken bij opwinding en actie) en dopamine (een stof die de concentratie reguleert). Naar schatting veertig van deze neurotransmittergenen zijn de afgelopen 50.000 jaar gewijzigd, en de meerderheid is zelfs pas ergens in de afgelopen 10.000 jaar ontstaan.

Het bewijs komt ook uit andere hoek. Neem het gen genaamd MCPH1, een gen dat betrokken is bij de hersenontwikkeling. In 2006 ontdekte een team genetici onder leiding van Bruce Lahn van de universiteit van Chicago dat één variant van het gen -de zogeheten D-variant- pas ergens tussen 60.000 en 17.000 jaar geleden is ontstaan. Hoewel volstrekt onduidelijk is wat dragers van de D-variant nu eigenlijk anders maakt, is inmiddels 70 procent van de wereldbevolking drager van de variant (Science, 22 december 2006). Pikant hieraan is dat Afrikanen de nieuwe genvariant in de regel niet hebben, wat suggereert dat de aanpassing pas is ontstaan nadat onze voorvaderen Afrika verlieten. Het leverde Lahn -het laat zich raden- prompt beschuldigingen van racisme op.

Toch is dat niet alles. Zo'n zesduizend jaar geleden ontstond er opeens een variant van een ander hersen-ontwikkelingsgen, een gen genaamd ASPM, met eveneens onduidelijke werking. Inmiddels heeft het zich verspreid over een kwart van de wereldbevolking - en vooral in Europa en het Midden-Oosten, wat suggereert dat het daar is ontstaan. Dit gebeurde overigens uitgerekend rond de tijd dat men het schrift en de landbouw uitvond (Science, september 2005). Ook Pritchard vond onder zijn 700 evoluerende genen diverse hersengenen, zoals vreemd genoeg een gen dat de aanleg voor alzheimer vergroot en een gen dat te maken heeft met de stof gamma-amino-boterzuur (GABA), een stof die hersencellen gebruiken om hun activiteit te remmen.

De hamvraag blijft: wat hebben deze veranderingen precies te betekenen? Daarover kunnen Moyzis, Wang en de andere onderzoekers alleen nog maar gissen. Ze vermoeden dat de natuurlijke selectie waarschijnlijk bepaalde vaardigheden en talenten begunstigde waarmee mensen zich beter konden aanpassen in de steeds complexere sociale omstandigheden van de eerste menselijke nederzettingen.

Dat zou een verklaring kunnen zijn voor bijvoorbeeld de recente veranderingen aan genen die te maken hebben met agressieregulering en zelfbeheersing, redeneert Moyzis. "Als je dieren domesticeert, zie je ook genetische veranderingen in die systemen", zegt hij.

De opkomst van nederzettingen zorgde ook voor de opkomst van (ruil)handel in landbouwoverschotten en de opdeling van arbeid in verschillende, meer gespecialiseerde functies. Dat kan ook bepaalde specifieke vaardigheden hebben bevorderd, denken de onderzoekers. "Rekenvaardigheid is zeer belangrijk als het gaat om landbouw en ruilhandel", zegt Wang. "En je geheugen moet beter zijn. Je moet onthouden van wie je wat tegoed hebt."

Een voorbeeld van hoe dergelijke 'onnatuurlijke selectie' op het brein in de praktijk kan zijn gegaan, ziet Wang in China. Bijna tweeduizend jaar lang -te beginnen in 141 n. Chr.- onderhield de Chinese overheid een streng selectiesysteem bij de werving van belastinginners en andere ambtenaren. "De beste kandidaten kregen een goede baan en vaak meerdere vrouwen, terwijl de minder geschikte kandidaten achterbleven in de rijstvelden. Zo zie je hoe bepaalde intellectuele vermogens op een gegeven moment direct gekoppeld kunnen raken aan een succesvolle voortplanting" ,zegt Moyzis.

"Sperma van nu is iets heel anders dan sperma van 5000 jaar geleden"

Harpending en Cochran opperden al eerder een soortgelijke verklaring voor het curieuze feit dat Noord-Europese Asjkenazische joden sterk zijn oververtegenwoordigd onder schaakgrootmeesters, Nobelprijswinnaars en mensen die hoger dan 140 punten scoren op een IQ-test. In een geruchtmakend artikel (Journal of Biosocial Science, 17 juni 2005) verklaarden de wetenschappers die intellectuele bijzonderheid uit een religieus en cultureel milieu waarin joden in Noord-Europa zo'n duizend jaar lang niet mochten werken als boeren. Het gevolg was dat de joden banen namen als geldleners en financiële beheerders -een extra omstandigheid was dat christenen geen geld mochten uitlenen tegen rente en joden wél.

Maar om winst te maken, zegt Harpending, 'moesten ze wel goed zijn in het omgaan met eigendommen en marktrisico's, en dat allemaal onder de voortdurende dreiging van vervolging." Kortom een ideaal milieu voor de selectie van 'intellectuele' genen - hoewel het verband tussen rijkdom en intelligentie omstreden is.

Sterker bewijs dat natuurlijke selectie ons brein in recente tijden heeft helpen vormgeven komt van studies van DRD4, een variatie in een receptor die in verband wordt gebracht met ADHD. Kinderen met ADHD hebben tweemaal zoveel kans om de mutatie te dragen dan kinderen zonder de diagnose. Een mutatie in het gen dat voor DRD4 codeert, heeft tot gevolg dat de receptor in het brein minder goed dopamine bindt, wat wellicht verklaart waarom Ritalin vaak helpt bij ADHD - Ritalin vergroot namelijk de hoeveelheid dopamine in de tussenruimtes tussen hersencellen.

Dat is allemaal tamelijk obscuur medisch gerommel - totdat genetische studies uitwezen dat de DRD4-mutatie pas 50.000 jaar geleden is ontstaan, net terwijl mensen zich vanuit Afrika verspreidden. Ook bleek dat hoe verder een populatie van Afrika is verwijderd, des te groter het aantal mensen is dat de genvariant draagt -een effect dat de mutatie ook wel de bijnaam 'migratiegen' heeft opgeleverd.
In Europa heeft inmiddels 20 procent van de bevolking het gen in zijn systeem. Kinderen met de mutatie zijn gemiddeld wat rustelozer dan andere jongeren, durven meer risico's te nemen en vertonen meer experimenteergedrag. Dit zijn allemaal eigenschappen die de dragers van het gen wellicht hebben geholpen met het verkennen van nieuwe grenzen.

In de context van een modern klaslokaal is het moeilijker te begrijpen waarom kinderen die slecht geconcentreerd en snel afgeleid zijn een overlevingsvoordeel zouden hebben. Maar gedrag dat vandaag een nadeel lijkt, kan in de prehistorie een voordeel zijn geweest. Als je in een omgeving woont vol onbekende roofdieren, 'lijkt een trekje waarbij je meerdere richtingen tegelijk in de gaten houdt me best nuttig', zegt Wang.

Kruitvat

Ondanks al deze aanwijzingen dat de menselijke evolutie is doorgegaan en zelfs in stroomversnelling is geraakt, zijn veel evolutiebiologen zeer sceptisch. Sommige experts waarschuwen dat de evolutionaire genetica nog in de kinderschoenen staat. Het blijft de vraag hoe betrouwbaar de resultaten van het onderzoek eigenlijk zijn.
Onderzoekers zijn meer overtuigd als ze weten waar het gen in kwestie voor dient, of als er een duidelijk verband is met de menselijke verspreiding over de aardbol. Vandaar dat er consensus is over de recente evolutie van genen die de huidkleur lichter maken, weerstand opleveren tegen ziekte of genen die te maken hebben met de verwerking van nieuwe soorten voedsel, zoals het 'melk-afbraakgen'.

"Gespeculeer over de evolutie van hersenfuncties bij verschillend bevolkingsgroepen is een potentieel kruitvat.

De schoen wringt vooral bij genen die verschillende temperamenten en cognitieve vaardigheden zouden veroorzaken. "Laten we eerlijk zijn", zegt Francis Collins, die tot voor kort aan het hoofd stond van het Amerikaanse Human Genome Research Institute. "Gespeculeer over de evolutie van hersenfuncties bij verschillende bevolkingsgroepen is een potentieel kruitvat, met een buitengewoon onplezierige geschiedenis van discriminatie en demagogen die zogenaamd biologische argumenten gebruikten om groepen die ze niet mochten apart te zetten."

Maar Harpending, Cochran en Moyzis begrijpen niet waarom hun theorie daarom ongeloofwaardig zou zijn. "Ik zou het graag eens omdraaien", zegt Moyzis. "Het is veel ongeloofwaardiger dat de evolutie opeens zomaar zou zijn gestopt toen we eenmaal cultuur kregen." Cochran is het daarmee eens. "Mensen mogen best veranderen, maar alleen onder hun nek", sneert hij. "Veel mensen denken dat het brein immuun moet zijn tegen natuurlijke selectie. En als dat niet zo is, willen ze het eenvoudigweg niet horen."

13.000 Jaar oude grottekeningen van onder meer bisons en berggeiten in Niaux, Zuid-Frankrijk. Sinds de tekeningen werden gemaakt -door de vroegste moderne mensen in Europa- zijn er zo'n 52.000 generaties verstreken. In theorie genoeg voor evolutie.

En inderdaad. Zoals de beroemde linguist en schrijver Steven Pinker eerder dit ,jaar opmerkte: "Mensen, mijzelf inbegrepen, geloven liefst dat de biologische evolutie is opgehouden tussen 50.000 en 100.000 jaar geleden, vóórdat de rassen uitwaaierden, zodat alle etnische en raciale groepen ongeveer gelijk zijn." Wang ziet dat anders. "Wat we ook vinden, het zal natuurlijk nooit een rechtvaardiging zijn om af te stappen van de kernwaarde dat alle individuen dezelfde rechten en kansen verdienen, ongeacht hun etnische achtergrond."

En natuurlijk leven we inmiddels in een grote smeltkroeswereld waar alle soorten etnische groepen steeds vrijer hun genen met elkaar vermengen. "Dat is de ultieme ironie", zegt Moyzis. "Tegen de tijd dat we eindelijk uit dit rassendebat zijn, zullen we zo'n mengelmoes van genen zijn dat het helemaal niet meer uitmaakt." .

*********************************

Ontdek je innerlijke evolutie

Het herleiden van de evolutie aan de hand van genen en DNA-'letters' is een subtiele maar leuke oefening in logica en rekenkunde. Een redelijke analogie is die met achternamen.
Die bestaan net als genen ook uit letters, worden ook van generatie op generatie doorgegeven en kennen ook 'mutaties' - dat wil zeggen, verschillende schrijfwijzen, zoals Janse, Jansen en Janssen.
Met die gegevens in het achterhoofd, kan het spel beginnen.

Waarneming In een land komt de schrijfwijze 'Janse' opvallend vaak voor.
Verklaring Blijkbaar heeft de familie Janse veel nageslacht gekregen. De schrijfwijze 'Janse' is zodoende evolutionair succesvol ten opzichte van de andere schrijfwijzen.
In werkelijkheid Bepaalde genetische varianten komen bij opmerkelijk veel mensen voor. Zo'n gen levert de drager ervan blijkbaar een of ander reproductief voordeel op.

Waarneming In een dorp komt alléén de schrijfwijze 'Janssen' voor.
Verklaring Blijkbaar woont de familie Janssen nog niet zo heel veel generaties in het dorp. Anders waren er ook andere schrijfwijzen geweest.
In werkelijkheid 'Nieuwe' en recente mutaties zijn in de regel herkenbaar aan het feit dat hun 'schrijfwijze' in de hele populatie hetzelfde is.
Als bovendien heel veel mensen drager zijn van het gen, is dat een teken van snelle verspreiding.

Waarneming In dorp A komt de schrijfwijze 'Jansen' voor, in dorp B de schrijfwijze 'Janssen' en in dorp C de schrijfwijze 'Janssens'.
Verklaring Er zijn twee veranderingen ('mutaties') in de schrijfwijze nodig om van 'Jansen' naar 'Janssens' te komen. Dat duidt erop dat de familie is uitgewaaierd van dorp A via dorp B naar dorp C.
In werkelijkheid Dit is een zeer belangrijk principe waarmee genetici aan de hand van de huidige genetische situatie kunnen 'berekenen' hoe de mens zich verspreidde over de wereldbol. Doorgaans gebeurt dit overigens aan de hand van onschuldige mutaties, die geen directe functie hebben.
Genetici kennen intussen zo'n 25 'haplogroepen' (volksstammen met een bepaalde genetische 'schrijfwijze'), die ze aanduiden met technische afkortingen als L1 en M91.
Analyse van de haplogroepen wijst uit dat de oervarianten -de meest oorspronkelijke schrijfwijzen- uit Afrika komen.

Waarneming Er zijn van álle achternamen maar weinig schrijfwijzen in een dorp.
Verklaring Blijkbaar is het dorp vrij nieuw.
In werkelijkheid Dit is de situatie die genetici waarnemen in de mens: mensen verschillen onderling veel minder dan de meeste andere dieren. Dat is een aanwijzing dat alle nu levende mensen afstammen van slechts een heel klein groepje mensen, een stuk of tienduizend. Ook in sommige subpopulaties (bekende voorbeelden zijn de inwoners van Quebec en de populatie van Micronesië) zien genetici een opvallend gebrek aan genetische verscheidenheid. Dat duidt doorgaans op een 'nieuwe' loot aan de menselijke boom, een effect waarvoor genetici het woord grondleggerseffect (founder effect) hanteren.

Nieuw DNA-bewijs:
hond is toch 15.000 jaar geleden ontstaan in China

Er is belangrijk bewijs gevonden voor de theorie dat de hond rond 15.000 jaar geleden een huisdier van de mens is geworden, in het zuiden van China.

Uit genetisch onderzoek naar de afstamming van ruim 1500 honden uit Afrika, Azië en Europa blijkt dat de genetische diversiteit het grootst is in Zuid-China en dat verder weg van deze plek de diversiteit gestaag afneemt (Molecular Biology and Evolution, online 1 september).

Dit is binnen de genetica het belangrijkste argument om de herkomst van een soort te bepalen. Hoe langer een soort op een bepaalde plaats heeft geleefd, hoe groter de onderlinge genetische variatie van de daar nog levende dieren is.
Nakomelingen van dieren van de soort die naar elders migreerden kennen minder variatie, omdat altijd een selectie (founder effect) vertrekt en omdat ze minder tijd hebben gehad om -bij iedere nieuwe generatie- genetische variatie te laten ontstaan.

Uit nadere berekeningen aan het mitochondriaal honden-DNA blijkt dat de huidige hondenpopulatie waarschijnlijk afstamt van een paar honderd wolvinnen (minimaal 51) die in China leefden tussen 16.300 en 5.400 jaar geleden. Op grond van fossiele bewijzen is dan een oorsprong rond 15.000 jaar terug het meest waarschijnlijk.

Er is de laatste jaren wetenschappelijke onenigheid over het moment en plaats van de domesticatie van de hond - onmiskenbaar het oudste huisdier van de mens. Uit eerdere beperkte genanalyses rolden domesticatietijden van 15.000 tot 100.000 jaar geleden.
In de prehistorische grot Chauvet zijn hondenpootafdrukken gevonden, samen met kindervoetsporen - waarschijnlijk 30.000 jaar oud. En vorigjaar bleek uit analyse van prehistorische honden- en wolvenschedels dat een schedel uit België van 31.000 jaar oud onmiskenbare kenmerken heeft van een 'huishond': een relatief korte en brede bek.

Maar de auteurs van het nieuwe onderzoek schrijven dat het heel moeilijk is om fossiele honden van fossiele wolven te onderscheiden. De kracht van het huidige onderzoek is dan ook dat mitochondriaal DNA van een zeer groot aantal honden is onderzocht waardoor: een betrouwbaar beeld ontstaat van de 'interne' afstamming van de honden.

De onderzoekers vermoeden dat de honden gedomesticeerd werden in een tijd dat jagers/verzamelaars al langere tijd op één plek bleven wonen, voorafgaand aan het begin van de landbouw in China, ca 12.000 jaar geleden. Het oudste algemeen erkende hondenskelet is 11.000 jaar oud (een hondengraf uit Israël). Ook de genetische analyse wijst uit dat honden zich vrij snel na de domesticatie verspreid hebben over Eurazië.
Hendrik Spiering

Toch geen menging na splitsing tussen mens en chimpansee

Het is een stuk minder waarschijnlijk dat er na de evolutionairesplltsing tussen mens en chimpansee, (zo'n 6 miljoen jaar geleden), nog een miljoen jaar lang regelmatig mengvormen van de oer-chimps en de proto-mensen ontstonden en dat wij vooral van die hybrides zouden afstammen (Trends in Ecology and Evolution, online 5 augustus).

Dit speelt zich allemaal af aan het begin van de menselijke evolutie. Het huidige mensengeslacht Homo ontstond pas rond 2 miljoen jaar geleden uit toen nog altijd chimpanseeachtige voorlopers.

De hybride afstamming was de conclusie van een groep Harvard-genetici, drie jaar geleden. Zij konden anders niet verklaren dat genen op het X-chromosoom van chimpansee en mens onderling veel nauwer verwant leken dan die op de andere, niet geslachtschromosomen.

Maar nu hebben andere genetici van Harvard en uit Atlanta deze verschijnselen verklaard uit een snellere mutatiesnelheid bij vooral chimpanseemannen.

Het oude idee (Nature, 29 juni 2006) leek de beste verklaring voor die afwijkende, grotere verwantschap op het X-chromosoom, omdat juist grote genetische verschillen op het X-chromosoom hybridisering al snel onmogelijk maakt. Hier zou het dus andersom zijn: terwijl de andere genen allang uiteenliepen tussen oerchimps en oermensen, bleef het X-chromosoom van de oermens en de oerchimpansee nauw verwant door de regelmatige onderlinge menging, die om de een of andere reden bleef bestaan (niemand weet overigens waarom).

De nieuwe verklaring is dat de mutatiesnelheid bij mannen hoger is dan bij vrouwen (doordat spermacellen vaker delen dan eicellen die bij de geboorte allemaal al klaar liggen). Dat verschil in mutatiesnelheid leidt tot een schijnbare 'mutatievertraging' op het X-chromosoom doordat dat chromosoom tweederde van de evolutionaire tijd 'in' vrouwen zit, en maar eenderde 'in' mannen.

Bij de andere chromosomen is die verblijfstijd gelijk, met uitzondering van het Y-chromosoom dat alleen bij mannen voorkomt, en die muteert dus het snelst.
Die verschillen blijken dus groot genoeg om de eerder gevonden verschillen in X-chromosoomvariatie bij chimpansee en mens te verklaren zonder een complexe menselijke afstamming van mengvormen te veronderstellen.
Hendrik Spiering

Wat maakt ons mens?

De vergelijking tusssen het menselijk genoom en dat van de chimpansee brengt de zeldzame verschillen in ons DNA aan het licht.

Door: Katharine Pollard (2009) in Scientific American (Ned. editie.), jul/aug. p. 14-19.

Katherine S. Pollard werkt als biostatisticus aan de Universiteit van Californië in San Francisco. Nadat ze aan de Universiteit van Californië in Berkeley was gepromoveerd en postdoctoraal onderzoek had gedaan, kreeg ze in 2003 een aanstelling als onderzoekster op het gebied van de comparatieve (vergelijkende) genomica aan de Universiteit van Californië in Santa Cruz, waar ze meewerkte aan het ontcijferen van het genoom van de chimpansee. Toen dat gelukt was, gebruikte ze de resultaten om uit te vinden welke delen van het genoom van de mens het snelst zijn geëvolueerd. In 2008 heeft de Sloan Foundation haar een onderzoeksbeurs toegekend voor computeronderzoek op het gebied van de moleculaire evolutiebiologie, en sindsdien houdt ze zich bezig met onderzoek naar de evolutie van de microben in het menselijk lichaam.
Samengevat

Zes jaar geleden kreeg ik (Katharine Pollard) de kans mee te werken met het internationale onderzoeksteam dat bezig was de volgorde van de DNA-basen (de 'letters') in het genoom van de chimpansee te ontcijferen, en ik maakte dankbaar gebruik van de gelegenheid. De uitkomst dwong me tot nederigheid: onze DNA-blauwdruk komt voor bijna 99 procent overeen met die van de chimpansees.
Dat wil zeggen dat van de drie miljard letters die samen het menselijk genoom vormen, er slechts 15 miljoen zijn veranderd in de ruwweg zes miljoen jaar sinds de mens en de chimpansee zich afsplitsten van hun gemeenschappelijke voorouder.

DAT ENE PROCENT DAT ONS ANDERS MAAKT

 

Mensen verschillen in een aantal belangrijke opzichten van chimpansees, ondanks het feit dat we bijna 99 procent van ons DNA gemeen hebben. Uit recent onderzoek begint naar voren te komen welke delen van het genoom ons tot een bijzondere soort maken.

Volgens de evolutietheorie heeft de overgrote meerderheid van die veranderingen weinig tot geen effect gehad op onze biologische opmaak. Maar ergens tussen die 15 miljoen basen moeten toch de verschillen liggen die ons tot mensen maken, en ik was vastbesloten ze te vinden.

Onze DNA-blauwdruk komt voor bijna 99 procent overeen met die van de chimpansee.


Bingo!
Hoewel enkele miljoenen basen maar een heel klein percentage uitmaken van het totale menselijke genoom, is het een enorm groot gebied om te doorzoeken. Om het zoeken wat gemakkelijker te maken, schreef ik een computerprogramma dat snel kon nagaan welke DNA-fragmenten in het menselijk genoom het meest waren veranderd sinds mens en chimpansee zich hadden afgesplitst van hun gemeenschappelijke voorouder.
Doordat de meeste toevallige genetische mutaties voordelig noch nadelig zijn voor een organisme, stapelen ze zich op in een gelijkmatig tempo, en zodoende kunnen we aan de opeenhoping van mutaties aflezen hoeveel tijd er is verstreken sinds twee soorten zich afsplitsten. Omdat het tempo van de mutaties zo constant is, spreekt men vaak van het tikken van de 'moleculaire klok'. Als de verandering daarentegen sneller is verlopen in een bepaald deel van het genoom, duidt dat op positieve selectie. Dat wil zeggen dat mutaties die een organisme helpen te overleven en zich voort te planten, meer kans maken te worden doorgegeven aan volgende generaties. Met andere woorden: de delen van de genetische code die het sterkst zijn veranderd sinds het uiteengaan van mens en chimpansee, zijn waarschijnlijk de sequenties die ons tot mensen hebben gemaakt.

In november 2004, nadat ik maandenlang bezig was geweest de bugs (foutjes) uit mijn programma te halen, had ik eindelijk een keurig gerangschikte lijst van de sequenties die het snelst waren geëvolueerd. Terwijl mijn mentor David Haussler over mijn schouder meekeek, bekeek ik de sequentie bovenaan de lijst, een streng van 118 basen die bekend is geworden onder de naam human accelerated region 1 (HAR1).
De Universiteit van Californië beschikt over een zogeheten genoom-browser, een programma waarmee het menselijk genoom op een beeldscherm zichtbaar kan worden gemaakt en aangevuld met informatie uit publieke databases.
Toen ik met dit hulpmiddel inzoomde op HAR1, verschenen op het scherm de HAR1-sequenties van een mens, een chimpansee, een muis, een rat en een kip - alle gewervelde dieren waarvan tot dan nu toe het genoom was ontcijferd.
Ook wist de genoom-browser mij te vertellen dat bij eerdere grootschalige onderzoeken was ontdekt dat HAR1 actief was in twee monsters van menselijk hersenweefsel.
"Bingo!" riepen we in koor, toen we zagen dat HAR1 deel zou kunnen uitmaken van een onbekend gen dat actief is in de hersenen.

We waren met onze neus in de boter gevallen.
Het is bekend dat de menselijke hersenen in tal van opzichten verschillen van die van de chimpansee. Maar wat we nog niet goed begrijpen, is welke evolutionaire mechanismen en mechanismen die verschillen veroorzaken tijdens de ontwikkeling van het embryo. Dat is het grootste mysterie van de biologie van de mens, en HAR1 zou dat raadsel misschien kunnen ophelderen.

Het daaropvolgende jaar deden we ons best om zoveel mogelijk te weten te komen over de evolutionaire geschiedenis van HAR1. Daarvoor vergeleken we dit gebied van het genoom in verschillende diersoorten. Het bleek dat, tot het moment dat de mens op het toneel verscheen, HAR1 uiterst traag was geëvolueerd. Bij kippen en chimpansees -die zich ongeveer 300 miljoen jaar geleden hebben afgesplitst van een gemeenschappelijke voorouder- verschillen slechts 2 van de 118 basen, terwijl er maar liefst 18 verschillen zijn tussen de mens en de chimpansee - die pas veel recenter uit elkaar zijn gegaan.
Het feit dat HAR1 honderden miljoenen jaren lang als het ware bevroren was in de tijd, duidt erop dat het een zeer belangrijke functie heeft. En dat het vervolgens bij de mensachtigen heel abrupt ging muteren, doet vermoeden dat die functie bij onze soort aanzienlijk veranderde.

Zoek de verschillen

Om erachter te komen welke delen van het genoom ons tot mensen maken, schreef de auteur een computerprogramma dat op zoek moest gaan naar de DNA-sequenties, die het ingrijpendst veranderd zijn sinds de tijd dat mens en chimpansee zich afsplitsten van hun gemeenschappelijke voorouder. Nummer één op de lijst was een flintertje genetische code van 118 'letters' (basen), dat de naam human accelerated region 1 (HAR1) kreeg. Dit gebiedje is gedurende het grootste deel van de evolutie maar heel weinig veranderd: het verschil tussen kip en de chimpansee bedraagt niet meer dan 2 letters. Maar tussen het HAR1 van de mens en dat van de chimpansee is het verschil maar liefst 18 letters, wat erop wijst dat HAR1 bij de mens waarschijnlijk een belangrijke nieuwe functie heeft gekregen.

Een heel belangrijke aanwijzing voor de functie van HAR1 dook op in 2005, toen mijn collega Pierre Vanderhaeghen van de Vrije Universiteit Brussel aan de slag ging met exemplaren van HAR1. Hij gebruikte die DNA-sequenties om een fluorescerende marker te maken die oplichtte wanneer HAR1 werd geactiveerd in een levende cel - dus wanneer het werd gekopieerd van DNA naar RNA.
Als een gen in een cel wordt 'aangezet', maakt de cel normaliter eerst een kopie in de vorm van boodschapper-RNA en gebruikt dat als een mal om een eiwit te maken waar behoefte aan is. Dankzij het fluorescerende label was nu te zien dat HAR1 actief is in een type zenuwcel die een cruciale rol speelt bij het bepalen van de vorm en de structuur van de cortex of hersenschors, de geplooide buitenste laag van de hersenen. Als er in deze neuronen iets misgaat, kan dat resulteren in een ernstige, vaak dodelijke erfelijke ziekte met de naam lissencefalie (letterlijk vertaald: 'gladde hersenen'), waarbij de hersenschors niet zijn karakteristieke plooien vertoont en het oppervlak van de hersenen veel kleiner is dan normaal. Defecten in deze neuronen spelen ook een rol bij het ontstaan van schizofrenie op volwassen leeftijd.

Vormgevers van het brein: Veranderingen in bepaalde basensequenties van het genoom kunnen dramatische gevolgen hebben voor vorm en omvang van het brein. Een mutatie van het ASPM-gen, bijvoorbeeld, leidt tot een aanzienlijk kleinere hersenomvang (midden) vergeleken met normale hersenen (links). Dat doet vermoeden dat dit gen een cruciale rol heeft gespeeld bij de evolutie van de menselijke hersenen, die in verhouding tot de rest van het lichaam enorm groot zijn. Als de neuronen waarin HAR1 actief is tijdens de ontwikkeling van het embryo, niet goed functioneren, kan dat leiden tot een ernstige afwijking: de hersenschors ontwikkelt niet zijn karakteristieke plooien (rechts).
Vermoedelijk is HAR1 van essentieel belang voor de vorming van een gezonde hersenschors.

Om een bijdrage te kunnen leveren aan de vorming van een gezonde hersenschors, moet HAR1 dus op het juiste moment en op de juiste plaats actief worden. Maar hoe dit stukje van de genetische code nu precies de ontwikkeling van de hersenschors beïnvloedt, is een raadsel dat mijn collega's en ik nog lang niet hebben doorgrond. En we zijn er werkelijk heel benieuwd naar, want doordat er in HAR1 in relatief korte tijd maar liefst 18 basen zijn gemuteerd, kan dat ons brein aanzienlijk hebben veranderd.

Afgezien van zijn opmerkelijke evolutionaire geschiedenis is HAR1 ook nog in een ander opzicht een heel speciaal stukje genetische code: het codeert niet voor een eiwit.
Decennialang hebben moleculair biologen hun onderzoek vrijwel uitsluitend gericht op genen die instructies bevatten voor eiwitten, de basale bouwstenen van lichaamscellen. Maar dankzij het Human Genome Project weten we nu dat de genen die voor eiwitten coderen niet meer dan 1,5 procent van ons DNA uitmaken.
De overige 98,5 procent -die soms wat laatdunkend worden aangeduid als junk-DNA ('rommel-DNA')- bevat regulerende sequenties die andere genen vertellen wanneer ze 'aan' en 'uit' moeten schakelen. Daarnaast bevat het genen die coderen voor RNA dat niet wordt vertaald in een eiwit, en verder nog een heleboel DNA met functies waar wetenschappers nog maar heel weinig van begrijpen.

Op basis van bepaalde patronen die we in HAR1 aantroffen, voorspelden we dat het codeert voor RNA -een ingeving die Sofie Salama, Haller Igel en Manuel Ares van de Universiteit van Californië in 2006 experimenteel wisten te bevestigen.
Het blijkt dat het HAR1 van de mens op twee genen ligt die elkaar overlappen. De sequentie die de beide genen gemeen hebben, leidt tot een volkomen nieuw type RNA-structuur. Tot dan toe waren er zes klassen van RNA-genen bekend, die samen meer dan duizend verschillende families bevatten.
Elk van die families onderscheidt zich door de structuur en de functie van het RNA dat in de cel is geëncodeerd. En voor zover we weten is HAR1 ook het eerste voorbeeld van een voor RNA coderende sequentie die positieve selectie heeft ondergaan.

Het lijkt misschien vreemd dat niemand eerder op het idee is gekomen deze verbazingwekkende 118 basen in het menselijk genoom eens nader onder de loep te nemen. Maar tot voor kort ontbrak het aan de technologie die nodig is om complete genomen te vergelijken, zodat de onderzoekers gewoon niet konden weten dat HAR1 meer was dan het zoveelste stukje junk-DNA.


Sprekende neanderthalers?
Het vergelijken van complete genomen van andere diersoorten heeft nog een ander cruciaal inzicht opgeleverd dat nieuw licht kan werpen op de vraag hoe het mogelijk is dat mensen en chimpansees zo verschillend zijn. De afgelopen jaren is van duizenden soorten (vooral microben) de basenvolgorde van het DNA bepaald. Daarbij is gebleken dat het soms meer uitmaakt waar in het DNA er veranderingen optreden dan hoeveel basen er zijn vervangen. Met andere woorden: je hoeft niet eens zoveel aan een genoom te veranderen om een nieuwe soort te maken. Om de gemeenschappelijke voorouder van mens en chimpansee te laten evolueren tot een mens, is het niet nodig om de moleculaire klok als geheel sneller te laten tikken. De truc is juist om snelle veranderingen te laten optreden op die plaatsen waar ze een groot verschil maken.

Het is duidelijk dat HAR1 zo'n plaats is. Dat geldt trouwens ook voor het FOXP2-gen, dat een van de andere snel muterende sequenties bevat die ik heb ontdekt, en waarvan bekend is dat het een rol speelt bij de spraak. In 2001 bleek dat mensen met een mutatie in dit gen niet in staat waren bepaalde subtiele, razendsnelle bewegingen van de gelaatsspieren te maken die nodig zijn voor de normale menselijke spraak, hoewel ze over het cognitieve vermogen beschikten om taal te verwerken.

De normale FOXP2-sequentie van de mens vertoont diverse verschillen met die van de chimpansee: de vervanging van twee basen heeft ertoe geleid dat er een iets ander eiwit wordt geproduceerd.
Een groot aantal andere substituties van basen beinvloedt hoe, waar en wanneer dat eiwit in het menselijk lichaam wordt gebruikt.

Een recente ontdekking heeft ons een idee gegeven wanneer de variant van FOXP2 die spraak mogelijk maakt voor het eerst is opgedoken. In 2007 constateerden onderzoekers van het Max Planck-instituut voor evolutionaire antropologie dat een neanderthalerfossiel beschikte over de moderne menselijke variant van het gen. Deze uitgestorven soort was dus misschien in staat op dezelfde manier spraakklanken te articuleren als wij. Op grond van de huidige schattingen van het tijdstip waarop de mens en de neanderthaler zich van elkaar afsplitsten, is de nieuwe vorm van het FOXP2-gen minstens een half miljoen jaar geleden moeten zijn ontstaan. De meeste factoren die de menselijke taal onderscheiden van de vormen van communicatie met behulp van klanken bij andere diersoorten, zijn echter geen kwestie van fysieke mogelijkheden, maar van cognitieve vaardigheden - en die zijn vaak gerelateerd aan de omvang van de hersenen.
Primaten hebben over het algemeen een grote herseninhoud in verhouding tot de rest van het lichaam. Maar de herseninhoud van de mens is meer dan verdrievoudigd sinds mens en chimpansee zich afsplitsten van hun gemeenschappelijke voorouder - een enorme groeispurt die de genetische wetenschap nog lang niet volledig heeft opgehelderd.

Een van de best bestudeerde voorbeelden van een gen dat in verband wordt gebracht met de omvang van het brein van mensen en andere dieren is ASPM. Genetische studies bij mensen met een ziekte die bekend staat als microcefalie, waarbij de hersenen soms wel zeventig procent kleiner zijn dan normaal, hebben aan het licht gebracht dat ASPM en drie andere genen een rol spelen bij het reguleren van de hersenomvang. En onlangs is aangetoond dat ASPM in de loop van de evolutie van de primaten verscheidene perioden van sterke veranderingen heeft doorgemaakt, een patroon dat duidt op positieve selectie.
Minstens een van die perioden heeft zich voorgedaan bij de menselijke soort, nadat die zich al van de chimpansees had afgesplitst, en heeft dus mogelijk een rol gespeeld bij de evolutie van onze grote hersenomvang.

Andere delen van het genoom hebben de metamorfose van het menselijk brein misschien langs een meer indirecte weg beïnvloed. De zoekopdracht waarmee we HAR1 op het spoor kwamen, heeft nog 201 andere human accelerated regions opgeleverd, waarvan de meeste niet coderen voor eiwitten of zelfs maar voor RNA. Het zijn dus geen coderende, maar regulerende sequenties, die de nabijgelegen genen vertellen wanneer ze zichzelf aan en uit moeten zetten. Een heel intrigerende vaststelling is dat meer dan de helft van de genen die in de buurt van HAR's op het genoom liggen, betrokken zijn bij de ontwikkeling en het functioneren van de hersenen. Net als bij FOXP2 reguleren de producten van veel van deze genen op hun beurt weer andere genen. Dus ook al maken de HAR's slechts een heel klein deel uit van het genoom, toch is het mogelijk dat veranderingen in deze sequenties het menselijk brein ingrijpend veranderd hebben.


Het brein is niet alles
Hoewel een groot deel van het genetisch onderzoek gericht is op het ophelderen van de evolutie van ons gesofisticeerde brein, hebben sommige onderzoekers ook geprobeerd te achterhalen hoe andere unieke aspecten van het menselijk lichaam tot stand zijn gekomen. Een mooi voorbeeld is HAR2, een sequentie die genen reguleert en de tweede plaats bezet op mijn lijst van sterkst veranderde sequenties.
In 2008 hebben onderzoekers aangetoond dat specifieke verschillen in de basen van de menselijke variant van HAR2 deze DNA-sequentie in staat stellen de activiteit van genen in de pols en duim te reguleren tijdens de ontwikkeling van het embryo, iets wat de oude variant van andere primaten niet kan. Deze ontdekking is intrigerend omdat ze de morfologische aanpassingen van de menselijke hand zou kunnen verklaren, die ons in staat hebben gesteld de vingervlugheid te ontwikkelen die nodig is om complexe gereedschappen te maken en te gebruiken.

Afgezien van zulke uiterlijke veranderingen, ondergingen onze voorouders ook veranderingen op het gebied van het gedrag en de fysiologie, waardoor ze beter in staat waren zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden of te migreren naar nieuwe habitats. De ontdekking van manieren om vuur te maken en de agrarische revolutie hebben er bijvoorbeeld voor gezorgd dat meer voedingsmiddelen met een hoog zetmeelgehalte binnen het bereik van de mens en zijn voorlopers kwamen. Maar culturele veranderingen alleen waren niet voldoende om gebruik te kunnen maken van deze calorierijke lekkernijen. Onze voorouders moesten zich ook genetisch aan het nieuwe dieet aanpassen.

Een van die aanpassingen is heel bekend: het betreft veranderingen in het gen AMY1, dat codeert voor speeksel-amylase, een enzym dat een rol speelt bij de vertering van zetmeel. Het zoogdiergenoom bevat tal van exemplaren van dit gen, en het aantal varieert van soort tot soort - en zelfs van mens tot mens.
Maar over het geheel genomen hebben mensen, vergeleken met andere primaten, een bijzonder groot aantal exemplaren van AMY1.
In 2007 hebben genetici van de Universiteit van Arizona aangetoond dat mensen die meer exemplaren van AMY1 bij zich dragen, meer amylase in hun speeksel hebben en dus meer zetmeel kunnen verteren. De evolutie van AMY1 blijkt dus zowel betrekking te hebben op het aantal exemplaren van het gen als op de specifieke veranderingen in zijn DNA-sequentie.

Een ander beroemd voorbeeld van aanpassingen aan een veranderd dieet heeft betrekking op het gen LCT, dat codeert voor lactase, een enzym dat zoogdieren in staat stelt het koolhydraat lactose of melksuiker te verteren. Bij de meeste zoogdiersoorten kunnen alleen jonge dieren, die nog gezoogd worden lactose verwerken. Maar ongeveer negenduizend jaar geleden -uit evolutionair oogpunt dus heel recent- deden zich in het genoom van de mens mutaties voor die ertoe leidden dat er varianten van het LCT-gen ontstonden die ook volwassenen in staat stelden lactose te verteren.
Dit gemodificeerde LCT evolueerde op verschillende manieren in Europese en Afrikaanse populaties, zodat de dragers de melk van hun gedomesticeerde dieren konden drinken. Volwassen afstammelingen van deze herders uit het verre verleden zijn ook vandaag nog beter bestand tegen lactose in hun dieet dan volwassenen uit andere delen van de wereld. Aziaten en Latijns-Amerikanen kunnen vaak geen lactose verdragen doordat ze de oude variant van het gen hebben.

LCT is niet het enige gen waarvan we weten dat het op dit moment bezig is te evolueren bij de mens. Het project om het complete genoom van de chimpansee in kaart te brengen heeft nog vijftien andere genen aan het licht gebracht die zich geleidelijk verwijderen van een variant die volstrekt normaal was in onze voorouders, de mensapen.
De oude variant functioneert ook uitstekend bij andere zoogdieren, maar kan in die vorm bij moderne mensen leiden tot ziekten als Alzheimer en kanker. Het onderzoek naar de precieze functie van de genen in kwestie kan helpen om patiënten te identificeren die een hoger risico hebben of een opmaat vormen tot de ontwikkeling van nieuwe behandelmethoden.

Elk voordeel hep z'n nadeel
Het bestrijden van ziekten geeft ons de kans om onze genen door te geven aan volgende generaties, en is een constante factor in de evolutie van de mens en alle andere soorten. Nergens is deze strijd beter zichtbaar dan in het immuunsysteem. Als wetenschappers in ons genoom op zoek gaan naar aanwijzingen voor positieve selectie, hebben de beste kandidaten vaak iets te maken met de afweer.
Het is ook niet zo vreemd dat de evolutie voortdurend aan die genen zit te knutselen. Toen er nog geen antibiotica en vaccins bestonden, was het meest waarschijnlijke struikelblok dat individuen kon verhinderen hun genen door te geven, een levensbedreigende infectie in hun vruchtbare jaren.
De evolutie van het immuunsysteem wordt nog extra versneld doordat de ziekteverwekkers zich voortdurend aanpassen aan onze verdedigingssystemen, zodat er een ware wapenwedloop ontstaat tussen microben en hun gastheren.

Sporen van deze strijd zijn nog terug te vinden in ons DNA. Dat geldt met name voor retrovirussen, zoals HIV, die overleven en zich voortplanten door hun genetisch materiaal in ons genoom te injecteren.
Het DNA van de mens is bezaaid met exemplaren van deze korte retrovirus-genomen, waarvan een groot deel afkomstig is van virussen die miljoenen jaren geleden ziekten veroorzaakten en nu misschien helemaal niet meer actief zijn.
In de loop van de tijd hopen zich in de retrovirus-sequenties toevallige mutaties op, zoals dat ook bij alle andere sequenties gebeurt. Door te onderzoeken hoe sterk de exemplaren van elkaar verschillen, kunnen de onderzoekers vaststellen wanneer in de evolutionaire geschiedenis het retrovirus in kwestie voor het eerst infecties veroorzaakte. Ook hebben deze infecties in het verre verleden zichtbare littekens nagelaten in de genen van het immuunsysteem van de gastheer, die zich voortdurend aanpassen om de constant evoluerende retrovirussen te kunnen bestrijden.

Het virus PtERV1 is zo'n fossiel uit oude tijden. Bij de moderne mens verhindert een eiwit met de naam TRIM5α dat PtERV1 en verwante retrovirussen zich vermenigvuldigen. Er zijn genetische aanwijzingen die doen vermoeden dat PtERV1 ongeveer 4 miljoen jaar geleden epidemieën veroorzaakte onder de chimpansees, gorilla's en mensachtigen die toen in Afrika leefden. Om te achterhalen hoe de verschillende primaten destijds op PtERV1 reageerden, hebben onderzoekers van het Fred Hutchinson-instituut de oorspronkelijke PtERV1-sequentie gereconstrueerd en dit oude retrovirus als het ware weer tot leven gewekt.
Vervolgens voerden ze experimenten uit om te zien hoe goed de varianten van het TRIM5α-gen bij de mens en mensapen in staat waren de activiteit van het tot leven gewekte PtERV1-virus te beteugelen.
Ze ontdekten dat één enkele verandering in het menselijke TRIM5α-gen al voldoende was om onze voorouders in staat te stellen een infectie met PtERV1 efficiënter te bestrijden dan de andere primaten.
Andere primaten vertonen hun eigen specifieke veranderingen in het TRIM5α-gen, die vermoedelijk overblijfselen zijn van gevechten met retrovirussen die hun voorouders hebben gewonnen.

Maar dat een organisme één type retrovirus weet te verslaan, garandeert geen blijvend succes tegen andere types. Hoewel veranderingen in het menselijke TRIM5α-gen ons vermoedelijk hebben geholpen PtERV1-infecties te overleven, maken diezelfde veranderingen het nu moeilijker ons te verweren tegen HIV. Deze ontdekking stelt de onderzoekers in staat beter te begrijpen waarom een infectie met HIV bij de mens tot AIDS leidt, maar bij andere primaten niet. Kennelijk doet de evolutie soms een stap vooruit en twee achteruit.
En soms kunnen we ons niet aan de indruk onttrekken dat dat ook geldt voor het wetenschappelijk onderzoek. We hebben nu een groot aantal basensequenties ontdekt die intrigerende kandidaten zijn voor het verklaren van eigenschappen die de mens onderscheiden van de andere primaten.
Maar in de meeste gevallen begrijpen we nog maar heel weinig van hun functie. Onze kennis vertoont vooral nog grote hiaten als het gaat om gebiedjes als HAR1 en HAR2, die niet coderen voor eiwitten.

Deze snel evoluerende sequenties geven ons wel aanwijzingen voor de richting die het onderzoek moet inslaan. Het verhaal over wat ons nu eigenlijk tot mensen heeft gemaakt, zal zich vermoedelijk niet zozeer concentreren op veranderingen in de eiwitten, maar veeleer op de vraag hoe de evolutie die bouwstenen op nieuwe manieren heeft gerangschikt door diverse genen op een ander tijdstip en op andere plaatsen in het lichaam aan en uit te zetten.
In duizenden laboratoria worden momenteel experimenten uitgevoerd en staan computers te snorren om te achterhalen wat er gebeurt in die 98,5 procent van ons genoom dat niet codeert voor eiwitten.
Wat de uitkomst ook mag zijn, het begint er steeds meer op te lijken dat die basensequenties een betere naam verdienen dan junk-DNA.

Evolutie van heilige verontwaardiging.

Het lijkt een hopeloze opgave in het Darwinjaar nog met iets nieuws te komen over Darwin en zijn evolutietheorie. Toch is dat de Darwin-biografen Adrian Desmond en James Moore gelukt. In hun laatste boek werpen zij een verrassend licht op Darwins motieven. Hij werd gedreven door een diepe afschuw van de slavernij.
Door Ben van Raaij

De makke van een herdenkingsjaar is dat nog voor het feest halverwege is, de vermoeidheid toeslaat. Het Darwinjaar is daarop geen uitzondering. Het aantal nieuwe boeken over Charles Darwin en zijn evolutietheorie -het ontstaan en de ontwikkeling van soorten door natuurlijke selectie- is amper meer te tellen. Wie zich dan nog wil onderscheiden, moet met iets heel goeds komen.

Adrian Desmond en James Moore is dat gelukt. In Darwin's Sacred Cause zijn zij erin geslaagd de diepere mo- tieven van Darwin bloot te leggen en daarmee, anders dan in de meeste gelegenheidswerkjes gebeurt, een nieuwe interpretatie te leveren van man en werk. Desmond en Moore zijn ook niet de eersten de besten. Stephen Jay Gould noemde hun Darwin (1991) de beste Darwinbiografie allertijden.

Het Britse duo probeert in zijn nieuwe boek een verklaring te vinden voor 'het raadsel Darwin'. Hij was een welgestelde gentleman en liefhebbende huisvader die grote waarde hechtte aan maatschappelijke conventies. Hoe kwam het dat zo'n brave burger uitgroeide tot een wetenschappelijk radicaal die zijn gezondheid en reputatie in de waagschaal stelde om aan te tonen dat de mens afstamt van een aap? Vanwaar die obsessie met menselijke afkomst?

Volgens Desmond en Moore kan het raadsel alleen begrepen worden vanuit Darwins verborgen drijfveren. Die liggen, stellen ze, in zijn diepe afschuw van de slavernij. Afschaffing van dat verwerpelijke instituut is 'Darwin's Sacred Cause', de morele motivatie die volgens hen méér nog dan zijn wetenschappelijke nieuwsgierigheid zijn werk verklaart. Desmond en Moore laten het zien in een doorwrocht relaas dat Darwins ontwikkeling volgt tot 1871, het verschijningsjaar van The Descent of Man.

Zijn afkeer van de slavernij had Darwin niet van vreemden. Hij wordt in 1809 geboren in een milieu van verlichte humanitariërs die al dertig jaar strijden tegen het kwaad. Grootvader Josiah Wedgwood, porseleintycoon en bevriend met antislavernijprofeten als Thomas Clarkson en William Wilberforce, produceert en masse het populaire symbool van de beweging, een medaille met een geketende slaaf en de tekst 'Am I not a Man and a Brother?' Ook Darwins vele zussen en nichten, onder wie zijn latere vrouw Emma, roeren zich fel: zo boycotten zij de West-Indische slavensuiker.

Kern van het christelijk abolitionisme (afschaffing van de slavernij) is een hartstochtelijk geloof in menselijke broederschap. De hele mensheid stamt af van Adam en Eva, zwart en blank zijn broeders en dus is slavernij verwerpelijk. Darwin zal dit broederschapsidee levenslang koesteren en in lijn met zijn andere grootvader Erasmus Darwin, verlichtingsdenker en evolutionist, uitbreiden tot de hele natuur: alle soorten zijn verwant want delen verre voorouders.

Darwins aversie tegen de slavernij wordt versterkt tijdens zijn studietijd.ln Edinburgh is de universiteit in de ban van de modieuze frenologie, het opmeten van schedels van hogere en lagere rassen, maar Darwin sluit vriendschap met een vrijgelaten slaaf uit Guyana, die hem vogels leert opzetten. Later staat hij in Cambridge in contact met christelijke humanitariërs die ijveren voor afschaffing van de slavernij in het Britse Rijk. Dat lukt in 1833, maar de slavenhandel blijft.

De kreten van een gemartelde slaaf blijven hem lang bij

Tijdens zijn wereldreis met HMS Beagle (1831-36) doet Darwin directe ervaring op met de gruwelen van de slavernij. Hij ziet de slavenschepen, bezoekt Braziliaanse slavenmarkten en hoort een slaaf gemarteld worden -de kreten blijven hem levenslang bij. Als hij in Vuurland zijn eerste 'wilden' ziet, vraagt hij zich af hoe het kan dat het ene ras in het stenen tijdperk leeft en het andere de wereld beheerst. Het antwoord, besluit hij, moet liggen in de evolutie.


Terug in Engeland zet Darwin zich aan de vraag hoe zijn idee van common descent, gemeenschappelijke afstamming van mensenrassen van dezelfde voorouder, te rijmen valt met de evidente verschillen tussen die rassen. Hij vindt het antwoord -evolutie door natuurlijke en seksuele selectie- in de studie van planten en dieren, vooral sierduiven, maar blijft er twintig jaar mee rondlopen, bang als hij is voor afwijzende reacties. En als hij dan publiceert, in zijn grote werk On the Origin of Species (1859), haalt hij alle verwijzingen naar de evolutie van de mens eruit. Al beseft iedereen dat het boek dáárover gaat.

Darwins felste opponenten zijn de apologeten (verdedigers van de leer en de moraal van het christendom) van het kolonialisme en de slavernij. Zoals de zoöloog Luis Agassiz, die zo van zwarten walgt dat hij zelfs geen voorvader met ze wil delen. Tegenover Darwins 'unitarisme'-zwart en blank delen dezelfde voorouder- stellen zij het 'pluralisme': zwart en blank zijn aparte soorten met eigen afstammingslijnen. Uiteraard is de zwarte, met zijn 'kinderlijk brein', dom en lui en alleen geschikt als slaaf. Deze racistische antropologie ('Niggerology') domineert vanaf de jaren 1840 steeds sterker het debat.

Darwin is over de zestig als hij eindelijk 'uit de kast komt' met zijn geloof in gemeenschappelijke afstamming. Aanleiding is zijn woede over een bloedig neergeslagen opstand van ex-slaven in Jamaïca en een foute grap die zoon William erover maakt. Darwin besluit de mens op te nemen in het boek over domesticatie en seksuele selectie waaraan hij werkt. Het hoofdstuk groeit uit tot een apart boek: The Descent of Man (1871).

In dit werk spreekt Darwin eindelijk expliciet over de evolutie van de mens en legt hij zijn kaarten op tafel: alle mensen delen dezelfde voorouder, een harige 'aap-mens'. Darwin is daarmee terug bij het begin: alle mensen zijn broeders. Zwart of blank, onder de huid zijn ze gelijk. Modern dna-onderzoek heeft natuurlijk bevestigd hoe juist dat standpunt is.

Darwin's Sacred Cause is een prachtboek. Het laat op basis van een grote hoeveelheid bronnen, waaronder ongepubliceerde brieven, overtuigend zien wat de ideologische context was van Darwins werk en welke morele drijfveer eraan ten grondslag lag. Hoe afschuw van de slavernij uitmondde in de evolutietheorie. Desmond en Moore overdrijven hier en daar, en hameren het er wel in, maar als u dit jaar één Darwinboek wilt lezen, lees dan dit.
De Nederlandse editie verschijnt najaar 2009 bij Nieuw Amsterdam.

Adrian Desmond en James Moore:
Darwin's Sacred Cause -Race, Slavery and the Quest for Human Origins.
Allen Lane; 485 pagina's; € 29,99.   ISBN 978 1 846 14035 8.

De primaten parade

Door het hype-fossiel Ida is de primatenstamboom ineens wereldnieuws.
Maar primatologen twijfelen en ruziën nog altijd over onze herkomst.

Een kleine optocht is het clichébeeld voor de menselijke evolutie. Voorop loopt fier de mens. Een zwaargebouwde Neanderthaler volgt. Daarachter lopen, meer en meer gebogen, primitiever mensachtigen met lage voorhoofden en zware wenkbrauwbogen. Een chimp sluit de rij.

De in 2002 overleden evolutiebioloog Stephen Jay Gould maakte zich boos over deze plaatjes. "Het leven is geen reekS met een voorspelbare progressie", schreef hij in Wonderful Life (1989). "Het is een overvloedig vertakte struik, een struik die voortdurend wordt teruggesnoeid door de onverbiddelijke zeis van het uitsterven."

Een rommelige parade.

Nog altijd banen primatologen en antropologen zich een weg door de wirwar van afstammingslijnen die zij vermoeden tussen de eerste primaten, nauwelijks herkenbare bomenklimmertjes, en de moderne mens. Soms lukt dat wonderwel.
"De stamboom die we van de primatenevolutie kunnen opstellen aan de hand van DNA-vergelijkingen stemt in grote lijnen overeen met de fossielen", zegt antropoloog Todd Disotell (New York University). En paleontoloog Fred Spoor (Universiry College London) vertelt: "Wetenschappers praten graag over verschillen van mening. Er wordt wel eens vergeten dat we het over veel zaken eens zijn. Bijvoorbeeld over de grote lijn in de menselijke evolutie van Australopithecus via Homo erectus naar de mens."

De vroegste primaat TeilhardinaIda (Darwinius), een halfaapje dat 47 miljoen jaar geleden leefde.
Toch is er veel controverse. Bel deze dagen een antropoloog of primatoloog en het lukt nauwelijks om hen de mond te snoeren over Ida (Darwinius), het 47 miljoen jaar oude halfaapje dat vorige maand in New York is gepresenteerd. "Dat fossiel vertelt ons niks nieuws", moppert Elwyn Simons, ontdekker van beroemde primatenfossielen. "Ida kán niet aan hogere primaten verwant zijn", zegt hij, aan de telefoon vanuit zijn woning nabij Duke University. "Als de ontdekkers van Ida onze standaardwerken over primaten goed gelezen hadden, dan waren ze ook tot die conclusie gekomen."
Ook paleontoloog Spoor (University College London) heeft zich geërgerd: De claim dat Ida aan de basis staat van een directe lijn naar de mens noemt hij "belachelijk". De belangrijkste recente inzichten in onze stamboom komen niet van nieuwe fossielen, maar uit de toename van onze kennis van de kleine 300 levende primaten van nu. Moleculair biologen bepalen verwantschappen uit de mate waarin het DNA van deze dieren op elkaar lijkt. Uit verschillen in DNA valt zelfs vast te stellen hoe lang de gemeenschappelijke voorouder van dieren heeft geleefd: het DNA functioneert als moleculaire klok.

DNA-vergelijkingen tonen aan dat de gorilla's na de chimpansees onze nauwste levende verwanten zijn. Daarna volgen de orang-oetans, de gibbons, de andere apen van de Oude Wereld (bavianen, mandrils, meerkatten), de apen uit Zuid-Amerika, de Nieuwe Wereld (zijdeaapjes, spinapen) en tenslotte de spookdiertjes en lemuren. Deze genetische stamboom verbindt aan de belangrijkste vertakkingen een tijdstip. Als de fossielen en de genetica wijzen op een totaal verschillende ouderdom, dan is dat voer voor controverse.



1. Boomklimmertjes met een doorsneebrein

Het is niet zomakkelijk om een onmiskenbaar kenmerk van primaten te definiëren. Dat stelt zoöloog Colin Tudge in The Link, het boek dat hij schreef in opdracht van de ontdekkers van het fossiele halfaapje Ida. In het dierenrijk vormen de primaten een eigen orde binnen de zoogdieren, net als bijvoorbeeld de walvissen en de vleermuizen.

Vliegende kat.Het vingerdier, een van de minst aan ons verwante primaten.
Primaten zien kleuren, schrijft Tudge, maar veel vogels en veel reptielen kunnen dat ook. De naar voren gerichte ogen van primaten, handig om afstand te schatten, zijn evenmin uniek. Een lange lijst roofdieren ziet driedimensionaal.

De meeste primaten hebben nagels en een duim waarmee het makkelijk grijpen is, maar het penseelaapje heeft klauwen en slingerapen hebben nauwelijks een duim meer over. En ook eekhoorns hebben aan hun voorpoten iets wat lijkt op zo'n beweeglijke grijpduim. Primaten hebben twee tepels op de borst, maar dat hebben olifanten ook en onze bungelende penis met vrijhangend scrotum delen we met bijvoorbeeld varkens. De relatief grote herseninhoud van primaten lijkt hun belangrijkste kenmerk, maar levende halfapen hebben geen speciaal grote hersenen.

Zo'n divers palet van kenmerken bemoeilijkt het zoeken naar de vroegste primaat. Tot de oudste fossielen behoren Teilhardina en Cantius, bomenklimmertjes van het formaat rat of kleiner die 55 miljoen jaar geleden leefden. De Amerikaanse paleontoloog Elwyn Simons publiceerde als eerste over Cantius. Simons, misschien wel 's wereld belangrijkste expert op dit gebied, meent dat het nauwelijks mogelijk is om aan de hand van deze fossielen een uitspraak te doen over het uiterlijk van 's werelds vroegste primaten: "Het is allemaal speculatie", zegt hij aan de telefoon. "Met Cantius heb ik een naam gegeven aan wat stukjes kaak. U mag me vertellen hoe dat dier er in zijn totaliteit heeft uitgezien."

Aan Cantius verwante fossielen geven enig houvast: Simons: "Cantius behoort tot de Adapidae, een groep dieren die met hun lange achterpoten en korte voorpoten waarschijnlijk leken op lemuren. "Probleem is dat er 55 miljoen jaar geleden al heel verschillende primaten bestonden. Het skelet van Cantius' tijdgenoot Teilhardina ziet er anders uit en is waarschijnlijk meer verwant aan moderne spookdiertjes, al zegt dat volgens Simons niet per se iets over zijn uiterlijk: "Als je kijkt naar de vroegste walvissen kun je daaruit immers ook niet aflezen hoe moderne walvissen eruit zien."

Er zijn nog vroegere primaten bekend, zoals de 65 miljoen jaar oude Altiatlasius, een beestje dat eind jaren negentig in in Marokko (hoge Atlas?) is gevonden, maar Simons is opnieuw sceptisch. "Van dat beest hebben we alleen maar tanden", zegt hij. "Ik geloof dat alleen Franse wetenschappers het aandurven om een fossiel een naam te geven op basis van een handjevol tanden."

Rond zestig miljoen jaar oud zijn fossielen van beestjes met korte pootjes en een lange staart die misschien nog het meest lijken op uitgerekte eekhoorns. De hersenen van deze Plesiadapiformes waren niet al te groot, ze hadden geen nagels maar klauwen en ogen aan de zijkant van hun kop.

Toch zien veel wetenschappers een link met de echte primaten. Deze dieren waren aangepast aan het leven in bomen en hun skeletten lijken op die van toepaja's: eekhoornachtige diertjes die genetisch nauw aan primaten verwant zijn.

Eric Sargis, specialist in vroege primaten aan Yale University ziet in een fossiel uit Wyoming de primitiefste primaat waarvan het skelet redelijk goed bewaard is gebleven (Proceedings of the National Academy of Sciences, 23 januari 2007). "Dit fossiel, Dryomomys lijkt sterk op de skeletten van de vederstaarttoepaja", zo verklaart Sargis in een toelichting per e-mail. Maar Simons noemt ook Sargis' conclusies speculatief.

Genetisch lijken niet de toepaja's maar de vliegende katten de naaste verwanten van primaten te zijn (Science, 2 november 2007). Deze bizarre diertjes, verpakt in enorme huidflappen, maken fantastische zweefsprongen. Zweefden de eerste primaten?
Sargis wil er niet aan: "Fossielen geven geen enkele aanleiding om dat te denken."

Ook op de datering van het ontstaan van de primaten volgens de theorie van Sargis lijkt wel wat af te dingen. Vergelijkingen van DNA wijzen erop dat de eerste oer-primaat ouder is dan de fossielen uit Wyoming.

De Duitse paleontoloog Olaf Bininda-Emonds (universiteit van Oldenburg) publiceerde 2,5 jaar geleden een moleculaire klokstudie die het ontstaan van de eerste primaten dateert op zo'n 90 miljoen jaar geleden.

Todd Disotell van New York University kijkt er anders tegenaan. In onderzoek dat hij begin dit jaar presenteerde op het jaarlijkse congres voor fysisch antropologen in Chicago, concludeert Disotell dat de allereerste primaten circa 70 miljoen jaar geleden geleefd hebben.

Disotell vergeleek DNA uit mitochondriën, energiefabriekjes in de cellen die hun eigen DNA hebben. Hij analyseerde ruim 35 primaten. Sargis is content met Disotells resultaat: "Genetisch onderzoek dat het ontstaan van primaten schat op 70 miljoen jaar geleden is niet onredelijk gezien het feit dat de oudste Plesiadapiformes 65 miljoen jaar geleden zijn ontstaan."


2. Grote beesten zonder staart

Hij heeft een plat gezicht, bruinrode vacht en een gelig baardje. De reconstructie van Lluc, een vroege mensaap waarvan Spaanse wetenschappers schedeldelen opgroeven nabij Barcelona, is een zonderlinge mix van mens en orang-oetan. Het platte menselijke gezicht misleidt: Anoiapithecus is met zijn 12 miljoen jaar veel te oud voor echte menselijk eigenschappen. Het gezicht is, zo schreef paleontoloog Salvador Moyà-Solà vorige week, een voorbeeld van analogie in de evolutie: organismen gaan op elkaar lijken, doordat ze leefden onder vergelijkbare omstandigheden (Proceedings of the National Academy of Sciences, Early online edition, 1 juni 2009). Denk aan de torpedovorm waarmee dolfijnen, maar ook de niet nauw verwante tonijnen, snel door het water gaan.

Lluc mag geen echte mensachtige zijn, Moyà-Solà plaatst hem in de familie van de Hominidae {mensapen en mensen). De paleontoloog van het Catalaans Instituut voor Paleontologie in Barcelona vond al eerder fossiele mensapen in Europa (Dryopithecus, Pierolapithecus). De Europese ontdekkingen zijn een steun in de rug voor wetenschappers die betogen dat de mensapen en mogelijk gibbons niet in Afrika, maar in Eurazië zijn ontstaan.

AnoiapithecusPierolapithecus
Mogelijke voorouders van de oudste mensapen, die leefden in Eurazië.
De theorie wordt ook verdedigd door de Amerikaanse antropoloog Todd Disotell. In een studie uit 1998 stelt hij dat een evolutionair intermezzo in Azië, tussen 17 en 10 miljoen jaar geleden, de beste verklaring is voor de mondiale verdeling van mensaapfossielen. (Current Biology, november 1998). In Het Verhaal van onze Voorouders spreekt ook de Britse bioloog Richard Dawkins zijn voorkeur uit voor dit scenario.

Mensapen kunnen goed op vier poten lopen, maar ook van tak tot tak slingeren. Daarbij helpt hun flexibele schoudergewricht en een -in vergelijking met gewone apen- stevige borstkas. Proconsul, een staartloze aap die circa 20 miljoen jaar geleden in Kenia leefde, voldoet aan het profiel, al kon hij waarschijnlijk nog niet écht door de bomen zwaaien. "De meeste mensen zien in Proconsul een vroege mensaap", zegt de Nederlandse paleontoloog Fred Spoor.

Niemand bestrijd de sleutelrol van het Afrikaanse continent in het ontstaan van deze primitieve mensapen. Maar na het uitsterven van Proconsul, circa 17 miljoen jaar geleden, wordt het ingewikkeld. Er zijn tassen vol fossielen uit Azië, Europa en Afrika. Paleontologen spreken van een Gouden Tijd voor de mensapen, tegenwoordig gereduceerd tot een handjevol soorten. Maar al die fossielen van vroege mensapen passen niet in één sjabloon. "Er zijn geen onomstreden fossielen uit Afrika die passen tussen Proconsul en de mensapen van nu", zegt Disotell.

Volgens Disotell en zijn medestanders beweegt de hoofdlijn van de primatenevolutie zich vanaf 17 miljoen jaar geleden vanuit Afrika naar Azië. In China, Vietnam en India zijn tanden en kaakdelen ontdekt van Gigantopithecus, een reuzenaap die met zijn drie meter ver zou uittorenen boven de gorilla. Ook uit Azië komen fossielen van Sivapithecus. De ontdekkers hebben deze Aziatische fossielen aangeprezen als voorouders van de mens, maar tegenwoordig denken paleontologen dat ze beter passen in de voorouderlijke lijn van de orang-oetan.

Toch leefden volgens de theorie ook de voorouders van deze oer-oetans in Azië. Uit deze Aziatische apen ontstonden de Afrikaanse mensapen en de mens. De Spaanse fossielen van Moyà-Solà getuigen van deze Euraziatische oorsprong.


3. Vreemde apen op twee benen

Fossielen van mensen, ons geslacht Homo, zijn er in overvloed. Maar er is nog nooit een directe voorouder ontdekt van de Afrikaanse mensapen - bonobo's, chimpansees en gorilla's. De ontdekking van een fossiele mensaap in Kenia was vier jaar geleden groot nieuws (Nature, september 2005). "Maar die tanden zijn een half miljoen jaar oud", zegt de Nederlandse paleontoloog Fred Spoor. "Ze verschillen niet noemenswaardig van moderne chimpansees." Het gebrek aan fossielen van onze naaste verwanten is volgens Spoor een van de grootste problemen in de menselijke evolutie.

Rechtopstaande bonobo's in de dierentuin van San Diego.Het skelet van Lucy.
Een lange lijst fossielen getuigt van die menselijke evolutie, van na de splitsing tussen mens en chimpansee, volgens DNA-vergelijkingen zo'n zes miljoen jaar geleden. Onze voorouders liepen op twee benen en hadden kleinere hoektanden dan de mensapen.

Beroemdst onder de menselijke voorouders is Lucy, een 3,2 miljoen jaar oude vrouw met een aapachtig gezicht, in lengte kwam ze iets boven onze navel. Haar brein was relatief niet veel groter dan dat van een chimp of gorilla.

De meeste paleontologen zijn het er wel over eens dat ons geslacht Homo ontstond vanuit een gemeenschappelijke voorouder die tussen 2 en 3 miljoen jaar geleden in Afrika leefde.
Ook de Neanderthaler (Homo neanderthalensis) en de aapmens van Java die de Nederlander Eugène Dubois eind negentiende eeuw ontdekte (Pithecanthropus) behoren tot dit geslacht (Homo erectus).

Vanaf 4,5 miljoen jaar geleden zijn veel mensachtigen bekend, maar net als bij de vroege primaten, apen en mensapen is er een wirwar van afgeknotte takken met een enkele doorlopende lijn. Spoor: "Je kunt niet altijd mooie lijntjes trekken, waarbij de ene soort netjes voorafgaat aan de andere. Toch zijn we het wel eens over de grote lijnen. Van Lucy, een Australopithecus, naar de eerste vormen van het geslacht Homo en via Homo erectus naar de mens."

Over de verwantschappen mag discussie bestaan, antropologen zijn het erover eens dat onze voorouders vanaf zo'n 6 miljoen jaar geleden op twee benen liepen en zich ook in de bomen aardig redden. Misschien sliepen ze wel gehurkt op een tak.

Voor het gebrek aan recente fossiele mensapen bestaat ook een verklaring. "We gaan ervan uit dat Homo en zijn verwanten op de Afrikaanse savannen rond rivieren en meren leefden", zegt Spoor. "De mensapen daarentegen leefden in het oerwoud en daar blijven fossielen nauwelijks bewaard."

Toch neemt niet iedereen hiermee genoegen.Richard Dawkins heeft sympathie voor een wild alternatief ('Het verhaal van onze voorouders', Nieuw Amsterdam, 2007).

De tweebenige Lucy en haar verwanten zouden niet de voorouders zijn van de mens, maar van chimpansees en gorilla's. In de loop van de evolutie zouden ze van tweebenigheid weer naar een leven op vier poten zijn teruggekeerd. Gekkigheid? Dawkins denkt van niet.

Aan het begin van dit millennium zijn fossielen beschreven die misschien een beeld geven van een gedeelde voorouder van mens en chimp: de zes miljoen jaar oude Orrorin uit Kenia en de iets oudere Sahelanthropus uit Tsjaad. De Franse ontdekkers van beide fossielen denken dat deze aapmensen rechtop liepen.

Dat blijkt uit de vorm van het dijbeen (Orrorin) en een relatief ver naar voren geplaatste verbinding tussen ruggemerg en schedel (Sahelanthropus). Bij viervoeters als de chimp ligt die verbinding verder naar achteren.

Spoor wijst erop dat van mensapen weinig materiaal bewaard is gebleven. Toch noemt hij de hypothese dat Sahelanthropus en Orrorin rechtop hebben gelopen "niet onredelijk".

Als deze aapmensen op twee benen liepen, dan moet ook de mogelijkheid dat de voorouders van de chimpansees op twee benen liepen serieus worden genomen. Dawkins wijst erop dat ook chimpansees, orang-oetans en gibbons op twee poten kunnen lopen, bijvoorbeeld als ze op de uitkijk staan of door het water moeten waden.

Spoor is niet enthousiast. "Het is heel gezond om hierover na te denken", zegt hij. "Maar het is gewoon niet het meest aannemelijke. Het op twee benen lopen gaat gepaard met ingrijpende veranderingen in het skelet. Zoiets draai je niet zo maar terug."

Evolutieleerfoutje (= lesfoutje)
Volkskrant, 7 feb. 2009, p.K.3.

Daar gaan we weer. De meeste Britten, zo wees een peiling uit, geloven niet dat de evolutie de complexiteit van het leven kan verklaren. Er is een ontwerper aan te pas gekomen, meent 51 procent.

Er is geen enkele reden om aan te nemen dat dat bij ons anders ligt. Toen het blad Science er een paar jaar geleden naar keek, bleek dat driekwart van de Nederlanders in meer of mindere mate twijfelt aan de evolutietheorie. Driekwart!

Normaal volgt op dit punt een tirade van de columnist over hoe dom dat is, maar ik houd mij in. Het is namelijk vooral vreemd. Zo diep religieus zijn we hier niet. We hebben geeneens een bible belt -dat stippellijntje met Blokkers en Hema's bezaaide boerendorpen tussen Zeeland en Drenthe kun je moeilijk vergelijken met Amerikaanse staten waar men bevangen door geloofsdrift over de grond rollebolt.
We wonen in een land waar de wannabe antichrist Richard Dawkins de bestsellerlijsten aanvoert en het een rel wordt als de EO een paar seconden wegsnijdt uit een natuurdocumentaire.

Welnee, biologen hebben het ongeloof over zichzelf afgeroepen. Door de evolutie te veel te presenteren als een hermetische 'leer', een soort dictatuur van het toeval. Evolutie is een kwestie van toevallig verspringende genen en hier en daar een schitterend ongeluk, en als je daaraan twijfelt, ben je een voormoderne heikneuter die het niet begrijpt.

Mis. Ja, bij evolutie komt veel toeval kijken, maar daarna is er de natuurlijke selectie. Een zeer gericht en specifiek proces, waarbij de minst aangepaste individuen worden weggewied. Om nog maar te zwijgen van het spel van de partnerkeuze, de 'seksuele selectie'.

Die verklaart veel van de schoonheid en het complexe gedrag in de natuur. Maar helaas hebben biologen die kant van Darwins verhaal lang genegeerd. Kom, we gaan het toch niet over seks hebben?

Zo heeft de biologie haar eigen ongeloof gecreëerd. Die Britten hebben gelijk: toeval alleen kan de natuur niet verklaren. Maar daar zit nou net het misverstand.

Evolutie gaat helemaal niet over toeval, maar eerder over het omgekeerde:

het bedwingen van het noodlot.

Hadden biologen dát nou maar wat vaker gezegd.

Reageren?
m.keulemans@volkskrant.nl

Schildpadfossielen.
NRC Wetenschap, 29 nov. 2008, p.3.

 

 

Deze tekening van uitgestorven schildpadden is gebaseerd op drie schildpadfossielen die in 2007 zijn ontdekt in de Chinese provincie Guizhou. Het zijn de oudste schildpadfossielen die ooit zijn gevonden.
Chinese en Amerikaanse paleontologen berichtten afgelopen donderdag in Nature over de 220 miljoen jaar oude fossielen van Odontochelys semistestacea.
Bijzonder is dat deze dieren tanden hebben in plaats van de voor schildpadden kenmerkende hoornachtige bek die iets weg heeft van een vogelsnavel.

Volgens de auteurs is met de vondst van deze schildpad ook de controverse over het ontstaan van het schildpadschild opgehelderd. Het schild ontstond als een uitgroeisel van ribben en ruggengraat. Die visie staat lijnrecht tegenover de theorie dat het schildpaddenschild is ontstaan uit samengegroeide huidschubben, waarover deze krant op 9 oktober berichtte.
Dat het schildpadschild ontstaan is uit ribben, is volgens de Nature-auteurs aannemelijk omdat het fossiel al wel een buikschild (plastron) heeft, maar nog geen rugschild (carapax). Het moderne schildpaddenschild bestaat uit een buik- en rugschild, verbonden door een benen brug. (MvN)

Dankzij de zwemblaas kon de vissenfamilie zich uitbreiden.
NRC, 19 mrt 2005, p.47. Sander Voormolen.

De gigantische variatie aan vissoorten die de aarde rijk is, hebben we vooral te danken aan de evolutie van de gasgevulde zwemblaas, die vissen hun drijfvermogen geeft. Dat concluderen Britse en Duitse biologen uit een evolutionaire stamboom die het ontstaan van dit orgaan in kaart brengt. Dankzij de zwemblaas konden vissen dieper water koloniseren, wat een grote soortvorming in gang zette (Science, 18 mrt 2005).

Veel beenvissen hebben tegenwoordig een zuurstofgevulde zwemblaas. De druk daarin kunnen zij regelen met een speciaal orgaan (het zogeheten rete mirabilis, het 'wonderlijke netwerk'). De rete mirabilis bestaat uit een fijnmazig stelsel van adertjes en slagadertjes, waaruit zuurstof kan vrijkomen. De zuurstof komt op die plaats vrij door het bloed lokaal zuurder te maken met melkzuur en koolstodioxide. Bij een lage pH hebben de zuurstofdragende hemoglobine-eiwitten in het bloed een sterk verminderde capaciteit en staan zij zuurstofgas af. Zo kan de zwemblaas naar believen gevuld of geleegd worden. Sommige vissen beschikken ook nog over een tweede rete mirabilis, namelijk in het oog. Net als in de zwemblaas maakt dit zuurstof vrij, nuttig voor cellen in het netvlies, aangezien zuurstofaanvoerende haarvaten hier ontbreken.

De onderzoekers ontdekten dat beide retia mirabilia apart zijn ontstaan in de evolutie. Die in het oog het eerst, ongeveer 250 miljoen geleden. Vervolgens is in vier verschillende groepen beenvissen het rete mirabile van de zwemblaas apart geëvolueerd, 130 tot 140 miljoen jaar geleden. Overigens hebben sommige soorte van hun zwemblaas later weer verloren.

Het onderzoek laat duidelijk zien dat het ontwikkelen van een rete mirabilis van de zwemblaas heeft geleid tot een geweldige uitzwerming van soorten. De onderzoekers vergeleken het aantal soorten in groepen die wel zo'n zwemblaassysteem hadden geëvolueerd met zustergroepen die dat niet hadden. De cijfers spreken voor zich: binnen de aalachtigen zijn er 771 soorten paling- en stekelaalachtigen tegen acht soorten tarponachtigen. Dat beeld wordt bevestigt door 198 soorten tapirvissen tegen acht soorten mesvissen.

Der Ring des Lebens schließt sich.
Michael Groß in Spektrum der Wissenschaft, jan. 2005, p. 20-22.

Samenvatting:
De stamboom van de Bacteria, Archeae en Eukaryota blijkt een ringvormige te zijn. De Eukaryoten zijn door fusie van de Bacteria en Archeae (óf Archebacteriën) ontstaan. Bovendien heeft een horizontale gentransfer plaatsgevonden. Horizontale gentransfer komt nog steeds voor en is dé oorzaak voor de steeds verder voortschrijdende antibiotica-resistentie.

Door horizontale genoverdracht is het niet mogelijk een stamboom op basis van genmutatie op te stellen. Men kijkt daarbij naar slechts één gen dat in de loop der tijd is veranderd. Des te meer mutaties in het gen tussen twee organismen, des te langer geleden hadden zij een gemeenschappelijke voorouder.
Bekijk je een ander gen, bijv. één dat horizontaal is overgedragen, dan vind je uiteraard ook een heel andere stamboom.

De onderzoekers Rivera en Lake hebben nu het gehele genoom van 10 representatieve organismen uit elk der drie primaire rijken met behulp van een nieuwe statistische techniek met elkaar vergeleken. Deze techniek - conditioned reconstruction 'afhankelijke of voorwaardelijke reconstructie' – beoordeelt de graad van verwantschap tussen twee soorten organismen op basis van hun gemeenschappelijke genen, zowel binnen als in de drie rijken. Daarbij maakt het niet uit of de soorten zijn ontstaan door normale overerving, door horizontale transfer óf door complete fusie van genoemen.

Bij deze techniek dient één genoom als referentie, het genoom dat als voorwaarde dient, het zgn. conditioning genome. Dit genoom komt in de te bouwen stamboom niet voor. Hierdoor heeft men ook een eenvoudige controle-mogelijkheid door deze techniek op bestaande stambomen te testen.
Rivera en Lake hebben dit uitgeprobeerd aan een serie Prokaryoten waarvan de verwantschap eigenlijk al vaststaat.

Toen Rivera en Lake zich op het nieuwe terrein toelegden en een aantal leden van de drie basisrijken in hun reconstructie betrokken, leverde dat aanvankelijk een reeks klassieke stambomen op. Kanttekening daarbij is dat geen van die stambomen terugging op een gemeenschappelijke wortel. Een diepergaande beschouwing bracht een opmerkelijk feit aan het licht: "De vijf kandidaten met de hoogste betrouwbaarheidsgraad waren niet werkelijk verschillend, maar waren slechts cyclische permutaties van één en hetzelfde basispatroon.
Deze vijf zijn met één enkele, ringvormige (stamboom)structuur uit te beelden (Nature, 9.9.2004 p.152). Deze ringvormige structuur was alleen te bereiken als men de Eukaryoten erbij betrok. Berekeningen zonder de Eukaryoten leidden steeds tot lineaire stambomen. Kortom: Eukaryoten sluiten de cirkel.

Vergelijking van afzonderlijke genen leidde tot gebruikelijke stambomen zoals links boven. Nam men een ander gen dan leidde dat vaak tot een andere stamboom. Eén van de oorzaken was dat bij bacteriën genen uitgewisseld kunnen worden tussen leden van een van elkaar verschillende soort. De stamboom rechts tracht dit weer te geven. Een nieuwe analysetechniek (onderste stamboom) laat zien dat de Eukaryoten zijn ontstaan door een fusie tussen Bacteriën en Archebacteriën.

Dit resultaat leidt onze evolutie via de drie oerrijken tot een verbluffend eenvoudige oplossing: "Onze vroegste eukaryotische voorouders zijn ontstaan door genoomfusie van een gewone bacterie met een archebacterie".

Het lukte Rivera en Lake deze Eencelligen nog nader te preciseren. Het waren blijkbaar een Gamma-Protobacterie (ook E. coli behoort hiertoe) en een Eocyt (een extreem thermofyle Archeae-bacterie).

Slavernij op bacterieniveau.

Het resultaat is in overeenstemming met eerdere constateringen, nl. dat in eukaryoten de genen voor

Dit feit hadden Rivera en Lake al in 1998 ontdekt en onlangs is dit in Düsseldorf m.b.v. een omvangrijke genoom-analyse nog eens bevestigd (Mol. Biol & Evol. 9/2004, p. 1643)

Reeds zeer lang bestaat de endosymbiontenhypothese. Onze cellen zouden een bacterie dermate onfatsoenlijk hebben ingelijfd dat zelfs de genen ervan voor het overgrote deel in de celkern zijn opgenomen.

Route: (Endo)bacterie ® vanwege energiestofwisseling ® mitochondrium.

Of de genoomversmelting echt door endosymbiose tot stand is gekomen, daarover kunnen Rivera en Lake geen uitsluitsel geven; het is echter wel heel waarschijnlijk.

Maar wie is nu onze verst verwijderde gemeenschappelijke voorouder, genaamd "Luca", een afkorting voor de last universal cellular ancestor? Dat zal een moeilijke kwestie worden, maar theoretisch niet onmogelijk. Je kunt dan het onderzoek niet meer doen op basis van mutaties in verwantschapslijnen omdat je aan het uiteinde van de lijn staat. De ontwikkeling van het leven zal op een andere manier onderzocht moeten worden. De geschiedenis van Luca tot op heden staat in onze genen, ofschoon we het teruglezen van deze geschiedenis nog wat beter onder de knie moeten krijgen.

Voorloper van mensapen en mens gevonden, 13 miljoen jaar oud.
Sander Voormolen in de NRC van 20 nov. 2004, p. 7.

Een nieuwe soort aap, Pierolapithecus catalaunicus, gevonden in Spanje, stond mogelijk dichtbij de gemeenschappelijke voorouder van alle mensapen, inclusief de mens. Volgens de Spaanse paleontologen uit Barcelona die het fossiel opgroeven, betreft het een overgangsvorm tussen apen en mensapen van 13 miljoen jaar oud (Science,19 nov).

Het fossiel is redelijk compleet en daardoor uniek, want van veel andere prehistorische apen zijn vaak slechts enkel botten teruggevonden. Tussen de meer dan tachtig teruggevonden botjes en botfragmenten bevindt zich ook de voorkant van de schedel inclusief twee hoektanden en een voortand. Het gaat om een volwassen mannetje van naar schatting 30 kilogram. De Latijnse naam die de onderzoekers aan het dier gaven verwijst naar de vindplaats, een dorpje nabij Barcelona, Els Hostalets de Pierola in de Spaanse provincie Catalonië.

De lichaamsbouw van Pierolapithecus vormt een mengelmoes van apen- en mensapenkenmerken; De mensapen - de groep waartoe behalve de mens ook de orang-oetan, de chimpansee, de bonobo en de gorilla behoren - splitsten zich waarschijnlijk 11 tot 16 miljoen jaar geleden af van andere apen. Volgens de Spaanse paleontologen komt het door hen gevonden fossiel van Pierolapithecus dicht in de buurt van de gemeenschappelijke voorouder van alle mensapen.

De vorm van de ribbenkast, de schouderbladen op de rug en de stijve onderrug maken aannemelijk dat de houding van het dier rechtop moet zijn geweest, net als bij mensapen, die soms op twee en soms op vier poten lopen. Anderzijds heeft Pierolapithecus relatief kleine handen met korte vingers, wat een typisch apenkenmerk is. Het dier leefde waarschijnlijk in de bomen en at fruit en bladeren.

Het is niet zeker of de Spanjaarden de 'missing link' hebben gevonden tussen apen en mensapen. De conclusie die zij trekken kan even zo goed in het nadeel van de uniciteit van de vondst worden uitgelegd. Misschien vormde Pierolapithecus wel een aparte en doodlopende evolutionaire lijn die weliswaar parallel liep aan de evolutie van mensapen, maar niet aan de wieg ervan stond. Bij gebrek aan voldoende overgangsfossielen is het onmogelijk hierover uitsluitsel te geven.

In een commentaar in Science lopen de meningen van collega-paleontologen dan ook zeer uiteen. De interpretatie van David Begun van de University of Toronto, Canada, gaat zelfs nog verder dan die van de Spanjaarden. Volgens hem staat Pierolapithecus dichter bij de Afrikaanse mensapen dan bij de orang-oetan en daarmee dus ook dichter bij de mens. Maar zijn collega Davis Pilbeam van Harvard University sluit niet uit dat Pierolapithecus primitiever is dan de Spanjaarden denken en dat het gewoon gaat om parallelle evolutie in een apensoort.

Nieuwe mensensoort ontdekt op eiland Flores.

Door onze redactie wetenschap.

ROTTERDAM, 28 OKT 2004. Op het Indonesische eiland Flores is een onbekende mensensoort gevonden. Het gaat om een schedel en skeletdelen van een dwergvorm van Homo erectus (een voorloper van de huidige mens). De resten zijn van 16.000 jaar geleden, evolutionair gezien heel recent.

Dit melden Australische en Indonesische onderzoekers vandaag in het tijdschrift Nature. De onderzoekers hebben inmiddels resten van zeven exemplaren van de soort gevonden op Flores. De jongste is 'slechts' 13.000 jaar oud, de oudste 95.000 jaar. Deze zogeheten Homo floresiensis was ongeveer een meter hoog en had slechts een herseninhoud van 380 cc, vergelijkbaar met die van een chimpansee.

Homo erectus, die ongeveer net zo lang was als de moderne mens, had een herseninhoud van 800 tot 1100 cc. Daaruit blijkt dat de nu ontdekte Flores-mens geen pygmeeachtige Homo erectus was. De pygmeeën uit de oerwouden van Centraal Afrika, ook niet veel langer dan een meter, hebben een 'normaal' hoofd, met evenveel herseninhoud als 'gewone' mensen.

Mogelijk is de Flores-mens uitgestorven tijdens een grote vulkaanuitbarsting 12.000 jaar geleden. Maar er bestaan op Flores oude verhalen over 'kleine mensen' die daarna nog op het eiland zouden hebben geleefd - legendes die nu een nieuwe lading krijgen. Ook bestaan er rapportages over een 'onbekende kleine mensapensoort' op Sumatra.

Tot nu toe ging men ervan uit dat sinds het uitsterven van de Neanderthalers zo'n 25.000 jaar geleden, de huidige mensensoort Homo sapiens het enige nog levende lid van het geslacht Homo was. Nu blijkt dat deze 'eenzaamheid' nog veel korter heeft geduurd. Met zijn kleine hersenen was deze 'collega-mens' waarschijnlijk niet bijster slim, maar volgens de Australische onderzoeksleider "waren ze toch tot verrassende dingen in staat".

Evolutie Artikel over 'Intelligent Design' leidt tot rel in VS

God via de achterdeur

Door Ben van Raaij. Volkskrant 18 sep 2004 p. 1W.

Christelijke denkers in de VS poneren Intelligent Design als alternatief voor de evolutietheorie. Nu hebben ze ook een artikel in het respectable tijdschrift geplaatst gekregen. Tot woede van de neodarwinisten.

Afgelopen maand verscheen een opmerkelijk artikel in de Proceedings of the Biological Society of Washington, een genootschap gelieerd aan het National Museum of Natural History en het Smithsonian Institute in Washington DC. Op het oog een kritisch overzicht van kwesties in de neodarwinistische evolutietheorie. Maar ook aanleiding tot een wetenschappelijke rel.

In het stuk stelt wetenschapsfilosoof dr. Stephen Meyer dat de klassieke evolutietheorie de Cambrische Explosie niet kan verklaren. Tijdens deze explosie, 550 miljoen jaar geleden, ontstond in korte tijd een groot aantal nieuwe levensvormen. Dit fenomeen, bekend van de Burgess Shale-fossielen, zou zo'n toename aan biologische complexe specifieke informatie - zoals nieuwe genen en eiwitten - hebben gevergd, dat ontstaan ervan via variatie en natuurlijke selectie, zeker in de gegeven tijdsspanne,'zeer onwaarschijnlijk' is.

Dit, concludeert Meyer, toont aan dat de oorsprong van de genetische informatie die voor het ontstaan van nieuwe levensvormen nodig is, beter kan worden verklaard door een 'daad van intelligent ontwerp' dan door de vigerende materialistische evolutietheorie.

Hiermee was volgens insiders het eerste peer-reviewed artikel over Intelligent Design een feit. ID is sinds begin jaren negentig de jongste loot aan de boom van het anti-darwinisme. Anders dan de christelijke creationisten, die Genesis letterlijk nemen, beroepen ID'ers zich niet op de bijbel, erkennen ze dat de aarde ouder is dan zesduizend jaar, verwerpen ze de zondvloed-geologie, en onderschrijven ze dat er een zekere evolutie in de natuur bestaat.

Maar verder moeten ze van darwinisme niets hebben. Het schiet in hun ogen tekort in het verklaren van het ontstaan van het leven, van nieuwe soorten, van de menselijke geest. Bepaalde aspecten van levende'systemen, zoals de biochemie van de cel of het samenspel van de genen, vertonen zo'n onherleidbare complexiteit, aldus Michael Behe (met Darwin's Black Box in 1995 een grondlegger van ID), dat ze niet uit een blind proces van toevallige mutatie en natuurlijke selectie kunnen ontstaan.

Bij biochemische machines als bloedstolling of het immuunsysteem, bij organen als het oog of een vleugel, laat staan bij soortvorming, komt zoveel kijken aan genen, eiwitten en morfologie dat ze niet stapsgewijs tot stand kunnen komen. Haal één element weg, en het werkt niet meer. En biedt dus ook geen evolutionair voordeel, zo heet het.

Daarom kunnen zulke fenomenen volgens de aanhangers van ID alleen worden verklaard door een intelligente oorzaak. Juist dát we niet weten hoe die dingen ontstaan, toont aan dat ze door een werkelijk ontwerp (en dus een ontwerper) worden gestuurd in plaats van door een proces zonder zin of doel. En de ID hoopt dat empirisch aan te tonen via moleculaire biologie, informatiekunde en kansberekening; ook wapens van de klassieke evolutiebiologie.

Dit alles maakt ID met name voor sommige wetenschappers in de VS aantrekkelijk. Die zijn vaak gelovig, net als de meeste Amerikanen. Zij voelen zich ongemakkelijk bij het darwinisme van felle atheisten als Richard Dawkins, maar ook bij het simplistische creationisme. Dat maakte ze gevoelig voor een alternatief dat zowel God als de afstamming van de mens denkt te redden.

Vanuit de officiële wetenschap ontmoet ID felle afwijzing. Volgens critici is het creationisme in schaapskleren, God binnenhalen door de achterdeur. Ook voorzitter Eugenie Scott van het National Center for Science Education (NCSE), dat lobbyt voor onderwijs in evolutie op openbare scholen, doet ID in een reactie op Meyers artikel af als 'een ontwikkelde vorm van creationisme, voortgekomen uit juridische beslissingen in de jaren tachtig om het creationisme buiten de scholen te houden'.

Meyers artikel werd de afgelopen weken door de ID'ers gevierd als een doorbraak. Een aanvechtbare, bleek al snel. Society-leden alarmeerden het NCSE.'Ondermaatse wetenschap', foeterde voorzitter Scott. En NCSE-medewerkers kritiseerden Meyers artikel op de darwinistische weblog The Panda's Thumb als 'een retorisch bouwwerk' van'weggelaten feiten, selectieve citaten, slechte analogieën en tendentieuze interpretaties'. Een rel was geboren.

 

Het bestuur van het genootschap distantieerde zich op 7 september met een officiële verklaring van het artikel. Het was een breuk met de 124-jarige taxonomische traditie van de Proceedings, was gepubliceerd zonder dat het bestuur ervan wist en werd alsnog unaniem 'ongeschikt' bevonden voor publicatie. Voorzitter Roy McDiarmid sprak van 'een ernstige beoordelingsfout' van de dienstdoend redacteur.

Het bestuur ging zelfs nog een stap verder: niet alleen zouden de redactionele richtlijnen worden aangescherpt, ook beloofde de Society, onder verwijzing naar een resolutie van de American Association for the Advancement of Science (AAAS) uit 2002 die ID veroordeelde als een nieuwe vorm van creationisme, dat het thema ID niet meer in de kolommen wordt toegelaten.

Het Meyer-kamp sloeg terug. Ze verketterden het besluit van de Society als een flagrante breidel van de intellectuele wijheid. 'Ze proberen het debat te verhinderen nog voor het begonnen is.' Het etiket creationisme zou dienen om Meyers verhaal te discrediteren en de vraagstukken die het oproept te negeren. 'Het darwinisme is zo dogmatisch geworden dat het zelfs geen discussie over andere standpunten meer accepteert', zo laat Meyers woordvoerder per e-mail vanuit Seattle optekenen.

Editor Richard Stemberg laakte in The Scientist de 'denkpolitie' die iedereen die het waagt vraagtekens te zetten bij de evolutietheorie, uitmaakt voor creationist. Meyer, in hetzelfde blad: 'De publieke reacties op het artikel kenmerken zich vooral door hysterie, schelden en persoonlijke aanvallen'.

De ophef op zich is vreemd, zegt wetenschapshistoricus prof. dr. Ronald Numbers van de Universiteit van Wisconsin, kenner van antidarwinisme. 'Meyers artikel is geen belangrijk werk. Het is een historisch-filosofische darwinisme-kritiek, geen oorspronkelijk biologisch onderzoek dat aantoont dat een ontwerper echt iets heeft gedaan. Dat zou pas echt opzienbarend zijn'.

De consternatie draait dan ook om iets anders. 'ID heeft twee claims.
Hun zwakke claim is dat ze bewijs zien van het bovennatuurlijke in de natuur, een echo van de oude natuurfilosofie.
Hun andere claim is veel sterker en revolutionair: ID is wetenschap. Ze vinden dat de wetenschap tweehonderd jaar geleden een funeste wending heeft genomen door God geheel buiten te sluiten. Ze willen daarom de spelregels zo veranderen dat het bovennatuurlijke weer kan worden geïncorporeerd.'

Het gevaar is, zegt Numbers, dat ze kunnen bewijzen dat ID wetenschap is. 'Dan zou het wettelijk moeten worden onderwezen op school. En of iets geloof is of wetenschap bepaalt hier niet de wetenschap, maar de rechter. Daarom zijn de tegenstanders zo ontzet. Tot nu toe konden ze zeggen: ID is niet peer-reviewed en dus geen wetenschap.
Maar als het Hooggerechtshof in een proefproces anders zou oordelen, zou dat het hele Amerikaanse onderwijsstelsel op zijn kop kunnen zetten.'

Dat dit gevaar niet denkbeeldig is, blijkt uit diverse pogingen in meerdere staten, recent nog in Georgia, om creationistische en ID-theorieën in de curricula van openbare middelbare scholen te krijgen. Mede om dat te voorkomen kwam de machtige AAAS in 2002 tot zijn publieke veroordeling van ID.

Dat Meyer en Sternberg inderdaad zoiets beogen, blijkt uit hun doopceel. Zo is Sternberg niet alleen taxonoom aan het National Center for Biotechnology Information in Bethesda, Maryland, maar ook betrokken bij de Barominology Study Group, die 'scheppingsbiologie' ziet als iets dat niet via evolutie maar 'onmiddellijk' verloopt.

Meyer is behalve bij een streng-christelijke universiteit in Palm Beach, Florida, werkzaam bij Discovery Institute in Seattle, Washington, een in 1990 opgerichte private denktank die zich sterk maakt voor bestrijding van het materialisme in de moderne maatschappij.

Discovery, dat zich officieel distantieert van christelijk creationisme, geldt als hoofdkwartier van ID. Als directeur van Discovery's Center for Science and Culture ijvert Meyer, net als Michael Behe, expliciet voor bestrijding van het 'wetenschappelijk materialisme'. Onder meer door scholen te stimuleren 'open en eerlijk' te zijn over de zwakke punten van de evolutietheorie.

Blijkens een in 1999 gehackt geheim witboek wil Discovery via een getrapte strategie, De Wig, ID op de wetenschappelijke agenda krijgen. Door het materialisme te treffen in zijn achilleshiel, het darwinisme, hoopt men de 'destructieve culturele erfenis van het materialisme' te vervangen door een 'wetenschap in -overeenstemming met christelijke en theistische waarden'.

 

Zit er intussen nog iets in die hele theorie? Prof. dr Ronald Meester, wiskundige aan de Vrije Universiteit, een van de weinige Nederlandse critici van een puur darwinistische benadering, maar ook kritisch over het creationisme, ziet wel waarde in sommige claims van Intelligent Design. 'Ik denk dat Meyer gelijk heeft dat mutatie en selectie niet alles in de evolutie verklaren. Hoe meer we weten, hoe meer hobbels we tegenkomen. Misschien moeten we ons afvragen of we zulke vragen wel met wetenschap kunnen oplossen. Dat op alle vragen een wetenschappelijk antwoord bestaat, is ook een geloof.'

Prof. dr. Hans Metz, theoretisch bioloog aan de Universiteit Leiden, ziet dat anders: 'Een deel van de argumenten van mensen als Meyer zijn goed, ze leggen bloot waar meer research nodig is. Het is wel handig om zulke opponenten te hebben. Inderdaad slagen evolutiebiologen er nog niet in elementen aaneen te passen, maar dat is geen reden aan te nemen dat het niet kàn. Dat is een logische fout. Gebrek aan bewijs is geen bewijs van gebrek.'

Numbers kiest een analogie. 'Midden 19de eeuw leken veel problemen in de biologie onoplosbaar. Inmidels zijn de meeste daarvan opgelost. Ook nu zijn er nog veel kwesties die werk vereisen. Maar om te zeggen: ze zijn onherleidbaar ingewikkeld, laten we er maar mee ophouden, dat lijkt me de wetenschappelijke handdoek in de ring gooien.'

In de evolutie kan alles

De theorie van Intelligent Design meent dat goede oplossingen voor complexe problemen in de evolutie zo schaars zijn dat ze niet via toevallige variatie en natuurlijke selectie kunnen ontstaan. Ten onrechte, zegt de Leidse theoretisch bioloog prof. dr. Hans Metz.

'Stel je een genoom voor met maar twee basenparen en maar twee soorten basen, 0 en 1, zegt hij. Je kunt de collectie van alle mogelijke genomen nu weergeven als de hoekpunten van een vierkant, een hoekpunt met 0 op de x-as en 0 op de y-as (0,0), een met 0 op de x- en 1 op de y-as (0,1), een met 1 op de x- en 0 op de y-as (1,0) en een met 1 op de x- en 1 op de y-as (1,1). Elk hoekpunt heeft nu twee via een enkele mutatiestap bereikbare buren.'

Neem nu een binair genoom met drie basenparen, vervolgt Metz. Die collectie genomen kunnen we weergeven als de hoekpunten van een driedimensionale kubus (0,0,0), (1,0,0), (0,1,0), (1,1,0), (0,0,1), (1,0,1), (0,1,1), (1,1,1). Elk hoekpunt heeft nu drie directe buren.

Meer dan drie basenparen kunnen we ons niet meer voorstellen, maar de wiskunde gaat gewoon verder. 'Bij duizend basenparen kom je uit op de hoekpunten van een duizend-dimensionale hyperkubus, en heeft elk hoekpunt duizend buren. En bij een huis-tuin-en-keukengen komen al driehonderd tot drieduizend basenparen kijken.'

De evolutie vindt echter plaats op niveau van hele genomen. Metz: 'Lukt de ene oplossing niet, dan misschien de andere, en de eerste die lukt, wint. Achteraf zien we echter alleen de geslaagde oplossingen. Dat betekent dat je per heel genoom dus naar de buren moet kijken. Dat levert miljarden mogelijkheden op.

Het feit dat goede oplossingen schaars zijn, zegt kortom niet veel. Als je per goed genoom gemiddeld tien goede buren hebt, valt er heel wat evolutionair te wandelen.'

Bovendien, zegt Metz, is 'goed' een relatief begrip. 'Evolutionaire fitness verschuift steeds door de veranderende omstandigheden. Bijna elke beste oplossing is dat maar tijdelijk, omdat de rest van de wereld inmiddels weer verder is geëvolueerd. Daar moet je rekening mee houden als je achteraf wilt zeggen dat het onmogelijk is om van A naar B te komen.'

Marijke Domis (2000). Gestuurde evolutie. Archimedes 01-2000 nr. 3, p. 9-12.

GESTUURDE EVOLUTIE?

Soorten evolueren onder andere doordat er mutaties optreden. Een soort varieert in erfelijke eigenschappen en kan daardoor verandering in natuurlijke omstandigheden overleven. Tot nu toe heerste de overtuiging dat mutaties volstrekt willekeurig plaatsvinden, maar er zijn aanwijzingen dat sommige soorten organismen het tempo waarin mutaties plaatsvinden kunnen regelen.

NATUURLIJKE SELECTIE

Een soort moet om te kunnen overleven een grote variatie in erfelijke eigenschappen hebben. Dat is nodig omdat het milieu een selectiedruk uitoefent op de soort. Die selectiedruk kan veranderen. Als karpers in een vijver zwemmen waar ook een snoek voorkomt, zullen de snelste overleven, maar in een jaar met weinig voedsel en weinig snoek zullen juist de langzaamste overleven omdat ze minder energie verbruiken. Deze variatie in erfelijke eigen-schappen ontstaat door mutaties, veranderingen in het DNA.

Veranderingen in het DNA kunnen leiden tot ontregeling van de celprocessen. Om deze ontregeling tegen te gaan beschikken organismen over 'DNA-reparateurs'. Deze reparateurs herstellen het DNA zo veel mogelijk (fig.1).

Maar variatie is noodzaak, omdat zoals gezegd, de omstandigheden kunnen veranderen en een eigenschap die in een bepaald milieu ongunstig was in een ander milieu voordeel kan opleveren. Het zou ideaal zijn als het DNA van een organisme van tevoren kon voelen wanneer en in welke genen mutaties gunstig zijn en de kans op overleven vergroten. Tot voor kort werd dat onmogelijk geacht.

Het erfelijk materiaal kan de omgeving niet 'waarnemen'. Als je vele generaties bij muizen de staarten afsnijdt, ontstaan er toch geen staartloze muizen. Die krijg je eerder door muizen met lange staarten systema-tisch te doden, voordat ze zich voortplanten. Zo verwijder je 'lange staart genen' door selectie uit de populatie.

BEHOEFTE AAN VARIATIE

Recente ontwikkelingen geven aan dat genen waarschijnlijk, toch kunnen 'waarnemen'. Genetisch materiaal kan als de nood aan de man komt muta-ties bespoedigen en in een bepaalde richting sturen. Het tempo waarin de mutaties plaats-vinden hangt op mysterieuze wijze samen met de behoefte aan variatie op dat moment. Dit was al eerder beweerd door Barbara McClintock, die in 1983 voor haar werk in de genetica de Nobel-prijs ontving. Zij beweerde dat het genetisch materiaal een zeer gevoelig 'orgaan' was, dat in tijden van stress kan verbeteren en herstructureren. Dus geen 'blinde' genen die ongeacht wat er buiten het organisme gebeurt alle kanten uit muteren. Een tijd later bleek dat Barbara McClintock gelijk had: genen van een gewone darmbacterie, Escherichia coli, bleken in staat in te spelen op hun omgeving. Colibacteriën werden op een onverteerbare voedingsbodem gekweekt en op een voedingsbodem met de benodigde voedingsstoffen in opneembare vorm. Bij de bacteriën op de onverteerbare voedingsbodem traden veel meer mutaties op waardoor het voedsel alsnog verteerd kon worden dan bij de bacteriën op de goede voedingsbodem. Het leek wel of de genen informatie over de voeding doorkregen. Lang werd dit idee van de 'aangepaste' of 'gerichte' mutaties verketterd. Maar nu zijn de geleerden het er wel over eens dat dit soort mutaties inderdaad mogelijk is.

UITGEHONGERDE BACTERIËN

In een kern worden stukjes genetisch materiaal voortdurend vervangen door kopieën. Dit gebeurt dankzij de DNA-reparateurs redelijk nauwkeurig, maar als een bacterie hongert worden er veel meer fouten gemaakt. De reparateurs kunnen het werk niet meer aan en de hongerende bacteriekolonie verandert in een verzameling mutanten. En tussen deze mutanten is er altijd wel eentje die het onverteerbare voedsel aan kan en zich snel kan vermeerderen. Ook kan het zijn dat niet het kopieerproces uit de bocht vliegt, maar dat de reparateurs het laten afweten. In beide gevallen maken de bacteriën een genetische sprong om in leven te blijven. Een bacterie in doodsnood vertoont grootschalige mutaties die anders zelden of nooit plaatsvinden. De honger maakt de kans op ingrijpende mutaties een stuk groter. Hoe dat komt is nog volstrekt onduidelijk.

PERMANENTE MUTATIES IN BEPAALDE GENEN

Als er permanente mutaties in bepaalde genen optreden gaat de evolutie ook sneller. Bij bepaalde slakkensoorten heeft iedere soort zijn eigen gif. Dat vergif is een mengsel van tientallen eiwitten, die allemaal delen zijn van een supereiwit. Het recept voor dat supereiwit ligt in het DNA van de slak.
Het afweersysteem van hun prooidieren verandert voort-durend zodat het vergif niet meer werkzaam is. De slakken zijn voortdurend in gevecht met het afweersysteem van hun prooidieren en moeten daarom de samenstelling van het gif steeds veranderen. Dus moet het gen van het super-eiwit supersnel en voortdu-rend muteren. Die mutatiesnelheid is ongelijk over het gen verdeeld. Sommige van die stukken eiwit verschillen nauwelijks van soort tot soort, terwijl andere juist heel sterk verschillen.
Hier is sprake van een superslimme evolutiestrategie: sommige eiwitten zijn gericht op fundamentele, dus zeer stabiele, processen in de stofwisseling en hoeven niet snel te veranderen. Andere moeten het snel evoluerende afweer-systeem van de prooi lamleggen en moeten snel variëren om giftig te blijven voor de prooi.

Figuur 2. Transposons worden wel vergeleken met virussen vanwege de wijze waarop ze zich ergens in een chromosoom nestelen. De stukjes, waarmee ze zich vasthechten (LTR) lijken wat basevolgorde betreft sterk op de uiteinden van de virussen.

NUTTELOOS DNA?

Er is veel 'nutteloos' DNA: lange zichzelf herhalende stukken, die nergens voor coderen. Als het DNA wordt afgelezen moeten deze stukken worden overgeslagen. Bij dat overslaan worden foutjes gemaakt. Er worden stukken overgeslagen die wel gelezen moeten worden of er worden door het over-slaan stukken twee keer gelezen. 'Nutteloos' DNA vergroot de kans op mutaties. Het is dus niet echt 'nutteloos'.
Er is nog een andere vorm van 'nutteloos' DNA: de transposons. Dit zijn parasieten die zich door middel van een uitgekiende kop en staart in het genetisch materiaal kunnen nestelen. Speciale reparateurs, de transposases, herkennen die kop en staart en knippen de transposons los, maar die nestelen zich dan weer ergens anders.

EXTRA VARIATIE

De transposons zorgen voor extra variatie. Transposons kunnen zich op een gegeven moment permanent in de chromosomen vestigen. Vooral als het DNA per ongeluk breekt en er losse eindjes ontstaan kunnen ze zich gemakkelijk en voorgoed hechten. Vaak hebben ze dan iets waardevols bij zich. Ze bevatten soms complete genen. Die genen zijn waarschijnlijk ooit op drift geraakt, doordat transposases de kop van het ene transposon en de staart van een ander transposon voor het begin en eind van een transpo-son aanzagen. Ze knipten de beide transposons maar ook de genen ertussenin los. Zulke zwervende genen kunnen elders in het genetisch materiaal het functioneren van andere genen beïnvloeden of evo-lueren tot volstrekt nieuwe genen.

Misschien heeft de mens ook zijn bestaan te danken aan zo'n genverhuizing. Er is een lang stuk DNA dat bij apen en mensen voorkomt maar niet bij andere zoogdieren. Dit stuk DNA zit bij apen op een heel andere plaats dan bij de mens. Het lijkt erop dat het tussen transposons ingeklemd heeft gezeten. De functie van dit stuk DNA is nog onduidelijk.

Zwarte Eva wankelt. Marcel aan de Brugh in NRC 8-1-00 p.45. k.1-5.

Drie Britse biologen hebben een bom gelegd onder de 'out-of-Africa' theorie, volgens welke de mens evolueerde in Afrika en zich van daaruit verspreidde over de rest van de wereld. De publicitaire doorbraak van deze Out-of Africa-theorie kwam met het omslagverhaal van Newsweek op 11 jan. 1988 over de Zwarte Eva. Inmiddels wankelen de vooronderstellingen van het mtDNA-onderzoek waar deze theorie mede op is gebaseerd.

Veel ideeën over het patroon en het tempo van de evolutie van de mens zijn gebaseerd op onder zoek aan het mitochondriaal DNA (mtDNA). "Deze aannames zullen nu moeten worden herzien", schrijven de Britten in Science (24 december 1999).

Het onderzoek van de Britten zaait twijfel over een van de belangrijkste veronderstellingen bij het onderzoek aan mtDNA: dat het genetisch materiaal van de mitochondriën alleen via de moeder overerft (daarom wordt de theorie ook wel de Black Eve, ofwel de Zwarte-Eva-theorie genoemd).
Volgens deze aanname treedt er geen vermenging op met mtDNA van de vader, iets wat met het erfelijk materiaal in de celkern wel gebeurt. Bij de productie van gameten krijg je herverdeling van de vaderlijke en moederlijke chromatiden met daarnaast nog recombinaties door crossing over. Het mtDNA zou niet onderhevig zijn aan deze genetische shuffle.

Veranderingen in het mtDNA zijn tot nu toe toegeschreven aan spontane mutaties, die zich met de regelmaat van de klok voordoen. Dat maakte het mtDNA juist zo interessant. Door het optreden van die regelmatige mutaties zou het namelijk letterlijk als'moleculaire klok' kunnen dienen. Hoe ouder een bevolkingsgroep, hoe meer mutaties, en dus hoe groter de variatie in het mtDNA.

Door het mtDNA van verschillende bevolkingsgroepen naast elkaar te leggen is na te gaan welke mutaties algemeen voorkomen (dus oud zijn), en welke slechts in een bepaalde groep worden aangetroffen (dus betrekkelijk kort geleden zijn opgetreden). Op basis van die klok berekende een groep Europese onderzoekers onlangs nog dat de eerste mensen ongeveer 50.000 jaar geleden uit Afrika naar Oost-Azië emigreerden (Nature Genetics, dec. 1999), zich daar snel verspreidden en zo'n 40.000 jaar geleden Europa, Oceanië en Nieuw-Guinea bereikten.

De Britse biologen komen nu tot de conclusie dat er wél recombinatie optreedt in de mitochondriën. "Het verbaast me niet echt", zegt prof. dr. W.W. de Jong, verbonden aan de vakgroep Biochemie van de Katholieke Universiteit Nijmegen. "Dit is al eerder gesuggereerd. Mitochondriën zijn bijzondere dingen. Dat is ook de reden waarom ze voor dit stamboomwerk zijn uitgekozen. Maar hun bruikbaarheid staat al jaren ter discussie."

De drie Britten baseren hun conclusie op onderzoek aan 45 stukjes mtDNA van 167 Indianen, 86 Finnen en Zweden, 153 Siberiërs en 147 willekeurige individuen van over de hele wereld. Een soortgelijk onderzoek voerden ze uit onder 16 chimpansees. Voor al die stukken mtDNA bekeken ze de zogeheten linkage disequilibrium, een term uit de genetica die aanduidt dat bepaalde haplotypen vaker voorkomen dan op grond van de genfrequenties der afzonderlijke allelen mag worden verwacht. Twee dicht bij elkaar gelegen genen erven immers makkelijker samen over dan twee genen die een eind uit elkaar liggen. Er treedt minder vaak crossing over op tussen dicht bij elkaar gelegen genen dan bij die genen die ver van elkaar verwijderd liggen op het chromosoom. Dat geldt dan ook voor een haplotype, een combinatie van nauw gekoppelde allelen op een chromosoom, die meestal in zijn geheel overerven.

De frequentie waarmee twee van zulke gekoppelde genen samen in een populatie worden aangetroffen, is groter dan je op basis van hun individuele frequentie van overerving zou mogen verwachten. Zouden zich alleen spontane mutaties voordoen in het mtDNA, dan zouden gekoppelde genen door de tijd gekoppeld moeten blijven. Een af en toe optredende mutatie heeft namelijk amper invloed op de onderlinge afstand van twee genen. Maar de Britten zagen dat deze linkage disequilibrium van sommige onderzochte stukken DNA duidelijk afnam. Dat wil zeggen dat de stukken DNA verder van elkaar verwijderd raken. En dat kan volgens hen alleen gebeuren via een ingrijpend shuffle-mechanisme als recombinatie. Bij dat proces kan er tussen twee gekoppelde genen bijvoorbeeld ineens een nieuw stuk DNA geplaatst worden. Daarbij neemt hun onderlinge afstand toe, hun gezamenlijke overerving ontkoppelt.

En wat recombineert er dan precies? Welke stukken DNA kunnen in het mtDNA van de moeder terecht komen? De Britten opperen twee mogelijkheden:
1. Via de zaadcel komt toch af en toe een mitochondrion of deel daarvan mee;
2. zogenaamde mtDNA-pseudogenen uit de celkern (gedupliceerde genen die ooit vanuit een mitochondrion naar de celkern zijn verhuisd, daar niet actief waren, en op een gegeven moment terugverhuisden naar een mitochondrion). Dit laatste, het 'lekken' van paternaal mtDNA naar maternaal mtDNA is in muizen al aangetoond, schrijven de Britten. En dat er een genenverkeer bestaat tussen mitochondriën en celkern is ook bekend. Als de Britten gelijk blijken te hebben, zal de bruikbaarheid van het mtDNA ter discussie komen te staan.
Of dat gevolgen heeft voor de ideeën over de evolutie van de mens, weet De Jong niet. "Een paar dagen geleden kreeg ik nog een stukje onder ogen waarin voor de zoveelste keer werd beweerd dat de wieg van de mens niet in Afrika, maar in Azië."

Eva's dochters. Rik Nijland in de Volkskrant van 13 mei 2000, p. 5W. k.6-7.

Via het mtDNA (= mitochondriaal DNA) dat 'vrijwel' alleen via de eicellen kan worden doorgegeven, dat via een eigen klokfrequentie muteert, is het mogelijk een oermoeder voor de Europeanen te bepalen. Sykes, de oprichter van Oxford Ancestors, beweert dat er maar 7 zijn. Zij hebben de fake-namen Helena, Jasmine, Katrine, Tara, Ursula, Velda en Xenia gekregen.
De echte oermoeder is vooreerst nog de Zwarte Eva geweest, die zo'n 200.000 jaar geleden in Afrika leefde. Het nageslacht van deze 7 'oerdochters' blijkt over heel Europa verspreid te zijn, dus niet gekoppeld aan bepaalde volkeren.
Wil je weten tot welke oermoeder je behoort? Neem contact op met Oxford Ancestors. Voor ca. f. 400,- krijg je een pakketje toegestuurd waarmee wangslijmvlies verzameld moet worden en daarna teruggestuurd.

Voorlopers van de mens gingen al veel eerder van Afrika naar Israël.

WASHINGTON(AP) - Geologen hebben vastgesteld dat Homo erectus, een voorloper van de mens, al 780.000 jaar geleden in Israël leefde. Tot nu toe werd aangenomen dat de mensachtigen pas 250.000 jaar later met hun stenen werktuigen uit Afrika naar het Midden-Oosten waren gemigreerd.

De ontdekking, waarvan in het tijdschrift Science verslag wordt gedaan, betreft de vindplaats Gesher Benot Ya'aqov. Deze dorre plaats in Noord-Israël was vroeger het middelpunt van een zoetwatermeer, omgeven door bomen en drukbezocht door wild. In verschillende rotslagen bij de vindplaats zijn fossielen gevonden van olifanten, antilopen, herten en andere dieren die de voorlopers van de mens tot voedsel dienden.
Van de Homo erectus zelf zijn geen resten gevonden, maar wel van zijn werktuigen. Deze vormen zo'n grote gelijkenis met voorwerpen die bij oudere resten van de Homo erectus in Tanzania zijn gevonden, dat de conclusie zich opdringt dat de Homo erectus uit Afrika moet zijn uitgezwermd.
De geologen hebben bij onderzoek van de middelste rotslaag in Gesher Benot Ya'aqov ontdekt dat dit gesteente een afwijkend magnetisch veld bezit. Het is bekend dat het aards magnetisch veld zich eens in de zoveel tijd omkeert. De oorzaak daarvan is niet duidelijk. De laatste keer dat dat gebeurde was 780.000 jaar geleden. Omdat er zowel in de onderste als bovenste rotsformaties fossielen zijn gevonden concluderen de onderzoekers dat de Homo erectus in ieder geval 780.000 jaar geleden al op de plaats gevestigd moet zijn geweest.

Rinze Benedictus (2000). Mensheid was wellicht ooit polygaam. Bionieuws 25 nov. 2000. p.53, k.1-3.

59.000 jaar geleden leefde de mannelijke voorouder van de mens in Afrika. Mitochondriaal DNA plaatst onze genetische Eva echter zo'n 150.000 jaar in het verleden. Polygamie in de oertijd zou wel eens de oorzaak van dat verschil kunnen zijn.

Uit genetische analyse van de Y-chromosomen van 1062 mannen van over de hele wereld concludeert een internationaal team van onderzoekers dat 59.000 jaar geleden in Oost-Afrika de meest recente voorouder van alle huidige mannen leefde. De bewoners van het huidige Soedan en Ethiopië staan genetisch het dichtst bij deze voorouders.

De vinding lijkt op het eerste gezicht misschien niet verenigbaar met eerder onderzoek dat op basis van verschillen in mitochondriaal DNA de vooronder van de mens 150.000 jaar geleden positioneert. Maar prof.dr Rolf Hoekstra, geneticus aan Wageningen UR, vindt het verschil 'niet verrassend.'
'Kennelijk namen er in de evolutionaire geschiedenis van de mens meer vrouwen dan mannen deel aan de voortplanting', verklaart Hoekstra. Daardoor is in de huidige menselijke populatie de genetische variatie in alle Y-chromosomen (de mannelijke lijn), veel kleiner dan alle variatie in het mitochondriale DNA (dat van moeder op dochter overerft). Als je vanuit die huidige variaties in DNA-volgorde met behulp van een gelijke mutatienelheid per jaar, terugrekent naar een gemeenschappelijk voorouder, dan kom je voor mannen op een meer recente vooronder dan voor vrouwen.

Het verschil in datering tussen de theoretische oerman en oervrouw, zegt dus iets over de samenleving van toen. Hoekstra: 'Het onderzoek suggereert dat de vroege mensen wellicht een klein beetje leefden in een structuur zoals je dat nu bijvoorbeeld ziet bij zeeleeuwen en sommige hertensoorten. Een paar mannetjes hebben daar het exclusieve recht op, paring met bijna alle vrouwtjes.'

Hoekstra vervolgt: 'Ik vind dit soort onderzoek wel aardig. Het is namelijk interessant om te zien dat je op basis van de huidige genetische variatie in onze soort, conclusies kunt trekken over hoe onze sociale structuur er tienduizenden jaren geleden uitzag en dat je kunt zeggen wanneer we waar vandaan kwamen.'

Zelfs waar vandaan, want het in Nature genetics van november gepubliceerde onderzoek bevestigt de Out of Africa theorie. De anatomisch moderne mens zou volgens deze theorie in Oost-Afrika geëvolueerd zijn en zich pas recent - zo'n 44.000 jaar geleden - verspreid hebben over de wereld. Een alternatieve hypothese wil dat primitievere mensen al eerder de wereld buiten Afrika bevolkten. Pas in een tweede expansie-golf zou de moderne mens de oudere bewoners hebben vervangen.

Het stamboomonderzoek brengt ook in beeld hoe de mens zich in de tijd heeft verspreid. Vanuit Afrika trokken onze voorouders naar het Midden-Oosten. Via Europa bevolkten de oermensen vervolgens Azië en uiteindelijk de Amerika's. Het genetische onderzoek is daarmee in overeenstemming met archeologische bewijzen.

VOOROUDER VAN ALLE DIEREN IS EENCELLIGE MET ZWEEPSTAART

Alle dieren stammen afvan de zogeheten choanoflagellaten, microscopisch kleine eencelligen met een karakteristieke kraag en een zweepstaart (flagel). Dat hebben Nicole King en Sean Caroll van het Howard Hughes Medical Institute in Madison, Wisconsin nu met moleculaire bewijzen gestaafd (Proceedings of the National Academy of Sciences, 18 dec.). King en Caroll ontdekten de code voor het eiwit receptortyrosinekinase MBRTK1 in Monosiga brevicollis, een moderne choanoflagellaat. Onderzoekers namen voorheen aan dat dit eiwit uniek was voor meercellige die- ren. Al langer vermoedden onderzoekers op grond van uiterlijke overeenkomsten dat choanofla- gellaten aan de wieg hebben gestaan van het meercellige dierlijk leven. In sponzen (primitieve dieren) zijn nog steeds zogeheten kraagcellen (choanocyten) te vinden die sterk lijken op de eencellige choanoflagellaten. Net als choanoflagellaten bezitten de kraagcellen van sponzen een flagel omgeven door een kraag van microvilli. De zwiepende flagel veroorzaakt een kleine waterstroom waarbij in het water zwevende voedseldeeltjes in de kraag blijven hangen. Deze kunnen vervolgens door de cel worden opgenomen.

King en Caroll vergeleken eerst de genen van de eencellige met vier dierlijke genen die coderen voor onmisbare eiwitten in de dierlijke cel. Het gaat hierbij om eiwitten die deel uitmaken van het celskelet; elongatiefactor 2, alfa-tubuline, bèta-tubuline en actine. De vier genen die wel vaker gebruikt worden voor verwantschapsstudies, lieten meer overeenkomst zien dan de onderzoekers vooraf hadden durven hopen. Daarmee waren King en Caroll ervan overtuigd dat zij op het juiste spoor zaten.

Vergelijkingen tussen de complete genomen van de worm en het fruitvliegje met dat van bakkergist hebben eerder een verzameling genen opgeleverd die potentieel uniek zijn voor dierlijk leven. Min of meerop goed geluk zochten de onderzoekers hierin verder. Tussen honderden gewone genvolgordes in het DNA van M. brevicollis troffen zij plotseling de code voor receptor tyrosinekinase MBRTK 1, een celcommunicatie-eiwit dat nooit eerder in organismen buiten het dierenrijk was gevonden. Daarmee zijn choanoflagellaten volgens de Amerikaanse onderzoekers van alle primitieve levensvormen het nauwst verwant aan dieren.

Hun eencellige gemeenschappelijke voorouder moet ten minste 600 miljoen jaar geleden hebben geleefd, het moment waarop de meercelligheid ontstond. Die overstap van eencellig naar meercellig leven vereiste een ingrijpende genetische verandering in tal van genen die betrokken zijn bij het aan elkaar plakken van cellen en de onderlinge communicatie tussen cellen. De ontdekking van het gen voor het receptortyrosinekinase in een eencellige bewijst dat in ieder geval één zo'n aanpassing al heeft plaatsgevonden voordat het meercellige leven zich ontwikkelde.
SANDER VOORMOLEN.

M.v.g. G. Nevenzel.

Overzicht van onderwerpen.