evolutie

Het oppervlak van de planeet Solaris uit de gelijknamige SF-roman van Stanislaw Lem bestaat uit een enkele levende oceaan. De aarde drie miljard jaar geleden had hier veel van weg.

‘Leven begon als organisme zo groot als de aarde’

13 reacties / Ideeën, Wereld, Wetenschap / Door / 7 november 2021

Volgens steeds meer biologen leefde er drie miljard jaar geleden een onsterfelijk superorganisme dat de oceanen van de aarde vulde: de voorouder van alle leven op aarde. Tot het superorganisme in drieën splitste.

Levende oceanen
De meest geliefde science fiction film onder wetenschappers ooit is Solaris, gebaseerd op een roman van SF-schrijver Stanislav Lem over een mysterieuze planeet waarvan de oceaan één enkele levende oceaan vormt. Lem blijkt over opmerkelijke profetische gaven te hebben beschikt. De aarde had drie miljard jaar geleden veel weg van een superorganisme.

luca oceaanplaneet aarde
Het oppervlak van de planeet Solaris uit de gelijknamige SF-roman van Stanislaw Lem bestaat uit een enkele levende oceaan. De aarde drie miljard jaar geleden had hier veel van weg. Luciano Mendez (Wikimedia COmmons), CC-BY-SA 4.0

DNA-computer produceerde levenvatbare cel
Alle leven op aarde bestaat uit cellen (virussen kunnen zich zonder cel niet vermenigvuldigen). Al deze cellen hebben bepaalde gemeenschappelijke kenmerken, waardoor biologen vermoeden dat LUCA, voluit Last Universal Common Ancestor, zoals de laatste gemeenschappelijke voorouder heet onder evolutiebiologen, deze kenmerken ook had. Dit organisme, zo lijkt het, was niet één enkele cel maar bestond uit een levende oceaan. Een levende oersoep zo groot als een planeet, die zich uiteindelijk in de drie oerkoninkrijken van het leven splitste: bacteriën, archaeae en cellen met een celkern (waaronder die van mensen). De laatste onderzoeksresultaten versterken het beeld dat drie miljard jaar geleden cellen lukraak erfelijk materiaal uitwisselden om te overleven. Cellen concurreerden niet maar wisselden voortdurend DNA uit om zo aan nuttige onderdelen te komen. Hierdoor ontstond een wereldomvattend mega-organisme, een gigantische DNA- of RNA-computer met maar één opdracht: produceer een succesvolle, levensvatbare cel.

De Grote Splitsing van 2,9 miljard jaar geleden
2,9 miljard jaar geleden splitste LUCA in drieën: de al genoemde bacteriën, de bacterieachtige archaeae en eukaryoten: cellen met een celkern. Er bestaat nauwelijks fossiel bewijsmateriaal uit deze tijd en drie miljard jaar is zo lang dat door mutaties van genen uit die tijd niet meer veel is overgebleven. Gelukkig is er een andere methode. De functie van eiwitten hangt sterk af van hun structuur. Eiwitten hebben, denkt Gustavo Caetano-Anollés van de  University of Illinois at Urbana-Champaign, daarom een vorm die nauwelijks verandert. Dus hoewel de volgorde van aminozuren nu totaal anders is dan toen, hadden de eiwitten van LUCA ongeveer dezelfde vorm als ze in bacteriën, archaeae en eukaryoten hebben. En kunnen we daaruit afleiden wat LUCA ongeveer kon. Al kan er natuurlijk iets als parallelle evolutie hebben plaatsgevonden in alle drie groepen tegelijk. Ongeveer vijf tot elf procent van de structuren die hij in een database van 420 organismen vond, waren universeel, m.a.w. horen waarschijnlijk in LUCA thuis[1].

LUCA kon geen DNA maken en lezen
Caetano-Annolés ontdekte iets zeer vreemds. LUCA beschikte over veel enzymen, waaronder enzymen om energie uit voedingsstoffen te halen en om eiwitten te maken. Ook kon LUCA zowel koolstofverbindingen als nitraten als energiebron gebruiken. Ook had LUCA een bepaald type organel, een acidocalcisoom (dat komt namelijk in alle drie groepen van het leven voor, in een iets verschillende vorm). Echter, één ding ontbrak. Enzymen om DNA-moleculen te bouwen en te lezen. Klaarblijkelijk werkte LUCA niet met DNA, maar met iets heel anders. Hierbij komt nog een andere ontdekking. Onderzoeker Armen Mulkidjanian van de universiteit van Osnabrück in Duitsland ontdekte dat LUCA waarschijnlijk alleen ‘lekkende’ isopreenachtige membranen kon bouwen.

‘LUCA had RNA in plaats van DNA’
LUCA was waarschijnlijk een progenoot: een organisme zonder duidelijk genoom. Stukjes RNA zweefden in de cel en werden lukraak vertaald in eiwitten – dat laatste niet al te nauwkeurig. Pas lang na de splitsing ontstonden er biochemische systemen om het vertalen van genen in eiwitten foutloos te maken. Caetano-Anollés veronderstelt dat de eerste cellen hun genen en eiwitten moeten hebben gedeeld om te kunnen overleven. Nuttige genen explodeerden in aantal en verspreidden zich over de hele aardbol.

Wereldwijd genetisch internet
Een cel die zich afsloot voor dit biochemisch-genetische ‘internet’ was gedoemd uit te sterven, omdat de cel teveel fouten maakte. De lekkende membranen van LUCA vergemakkelijkten dit delingsproces. Ook nu nog zijn er gevallen bekend van totaal verschillende organismen die stukken DNA delen. Pas toen cellen geheel zelfvoorzienend werden, was het uitwisselsysteem niet meer nodig. Dit gebeurde rond de tijd dat de eerste sporen zuurstof in de atmosfeer ontstonden, 2,9 miljard jaar geleden.

Wat was de rol van virussen?
Dit roept een gedachte in me op. Ook nu nog zijn er (zeldzame) gevallen bekend van genen die van de ene soort naar de andere overspringen, van een grassoort naar een niet-verwante andere grassoort bijvoorbeeld. Hiervoor is een virus verantwoordelijk. Mogelijk waren er ook in die tijd al een vorm van virussen, die mee-evolueerden met LUCA. Zouden deze virussen zich hebben ontwikkeld uit het mechanisme waarmee LUCA genen uitwisselde?

Bronnen
1. Gustavo Caetano-Anollés en Kyung Mo Kim., The proteomic complexity and rise of the primordial ancestor of diversified life, BioMedCentral (2011)
2. New Scientist

Deltarobots kunnen zeer snel werken. Ze lijken in niets op de lopende bandwerkers die ze vervangen.

‘Laat robots ontstaan door evolutie’

2 reacties / Techniek, Wetenschap / Door / 15 november 2011

Gedurende tientallen jaren probeerden robotontwerpers robots zoveel mogelijk op mensen te laten lijken. Niet erg handig, want voor de meeste karweitjes is de menselijke lichaamsvorm helemaal niet handig. Wordt het niet tijd dat we meer naar Darwin gaan luisteren in plaats van onszelf?

Deltarobots kunnen zeer snel werken. Ze lijken in niets op de lopende bandwerkers die ze vervangen.
Deltarobots kunnen zeer snel werken. Ze lijken in niets op de lopende bandwerkers die ze vervangen.

Kunstmens legt het af tegen robotinsekten
Een kunstmens bouwen. Dit is al tientallen jaren de grote droom van robotbouwers. Spectaculaire robots als Asimo van Honda belichamen dit streven. Het praktische nut van dit soort kunstmensen is echter beperkt. Dom, zegt een succesvolle groep rebelse robotbouwers. We kunnen beter ‘domme’ robotinsekten  bouwen. Hun opmerkelijke successen zetten steeds meer mensen aan het denken. Hun basis-ontwerpfilosofie is dat de intelligentie uit hun lichaamsvorm volgt. In plaats van ingewikkelde foutcorrectiesoftware, zorgt eenvoudige mechanische feedback er bijvoorbeeld voor dat de robotinsecten niet omvallen als ze lopen. Biologen denken ook dat bijvoorbeeld eencelligen op deze manier functioneren. Bij octopussen gebeurt een groot deel van het denkwerk in hun tentakels.

Darwin schept nieuwe generatie robots
Deze robots hebben weinig weg van mensen, maar ze zijn veel beter in allerlei taken dan humanoïde robots. De volgende generatie robots zal dan ook op evolutionaire wijze ontworpen worden. Niet als schepsels in ons evenbeeld, maar als mechanische spinnen of misschien wel absurde mechanische contrapties die geen evenknie in de aardse biosfeer kennen. In feite is dat ook logisch. Wij mensen hebben veel last van RSI en andere klachten omdat we werk moeten doen waar onze lichamen helemaal niet geschikt voor zijn.

Als we willen dat een robot dit werk overneemt, zou die robot wel eens een heel andere vorm kunnen krijgen dan we zelf hebben om het werk optimaal te kunnen doen.

De blaadjes van Mimosa pudica, 'kruidje roer me niet', klappen ineen als ze aangeraakt worden.

Planten kunnen voelen en bewegen

1 reactie / Wetenschap / Door / 3 november 2011

Planten zijn veel gevoeliger wezens dan vaak wordt gedacht. Onder andere zijn ze zeer gevoelig voor aanrakingen en andere mechanische invloeden. Nu is duidelijk waarom.

Bewegende planten
Kruidje roer-me niet, mimosa pudica, klapt de bladeren in als de plant aangeraakt wordt. De Venus vliegenval vangt op deze manier vliegende insekten. Wijnranken krullen zich om geschikte ondersteuningen heen om de plant mee te laten klimmen. Planten reageren op zwaartekracht. Pas nu begint duidelijk te worden wat het mechanisme hierachter is. Planten blijken veel ingewikkelder in elkaar te zitten dan tot nu toe gedacht.

De blaadjes van Mimosa pudica, 'kruidje roer me niet', klappen ineen als ze aangeraakt worden.
De blaadjes van Mimosa pudica, 'kruidje roer me niet', klappen ineen als ze aangeraakt worden.

Mechanosensitieve kanalen
In de tachtiger jaren is ontdekt dat bacteriële cellen mechanosensitieve kanalen hebben, kleine poriën in het celmembraan die zich openen als de cel opzwelt met vocht en het membraan uitrekt. Geladen ionen en andere moleculen, gevolgd door water, verlaten de cel, de cel trekt samen, het membraan ontspant en de poriën sluiten. Genen coderen voor zeven van dergelijke kanalen in E. coli en tien in de plant Arabidopsis thaliana, de zandraket, die wegens zijn korte levensduur en korte tijd van zaad tot bloeien (enkele weken) in labs wordt gebruikt als testorganisme. Het plantenequivalent van de labrat, dus. Elisabeth Haswell, promovenda aan de Washington Universiteit van St. Louis, denkt dat er nog veel meer kanalen op liggen te wachten om ontdekt te worden en dat ze een groot aantal verschillende functies kunnen vervullen. Zo zorgen ze er voor dat bladgroenkorrels kunnen delen. Ontbreekt een bepaald type kanaaltjes, dan worden bladgroenkorrels monsterachtig groot. Net als bij bepaalde bacteriën overigens.

Primitief zenuwstelsel in planten?

Haswell en haar collega’s denken dat ze maar het topje van de ijsberg te pakken hebben. Ze ontdekten dat sommige kanaaltjes niet alleen door het celmembraan, maar door de hele cel lopen. Klaarblijkelijk geven ze bepaalde boodschappen door. Een zeer primitief zenuwstelsel van de plant? Dit is wat Haswell en haar collega’s vermoeden. Mogelijk is dit de manier waarop osmotische bewegingen, zoals het dichtklappen van de blaadjes van Mimosa pudica en de Venus vliegenval, worden getriggerd.  Ook moeten er nog andere, onopgehelderde functies zijn. Haswell houdt een slag om de arm maar vermoedt dat deze kanaaltjes er wel eens mee te maken kunnen hebben.

Bronnen
1. Plants feel the force, persbericht Washington universiteit van St. Louis (2011)
2. E. Haswell et al., Mechanosensitive Channels: What Can They Do and How Do They Do It?, Structure (2011)

Zebravisjes en muskietenvisjes kunnen grote sprongen maken op land.

Video: Missing link vis op het droge ontdekt

Laat een reactie achter / Wetenschap / Door / 27 oktober 2011

Tiktaalik was vermoedelijk de eerste vis die aan land kroop en zich tot amfibie ontwikkelde. Tiktaaliks kunstje om voortaan op het droge te leven, blijkt minder moeilijk te zijn geweest dan gedacht. Ook nu nog kunnen vissen over het land reizen door hun gedrag aan te passen. Zie  video.

Dit was letterlijk een eye opener voor veel evolutiebiologen. Slechts met een kleine gedragsaanpassing kunnen vissen over het land springen. Ze gebruiken een reflex waarmee ze anders aan een roofdier voorkomen, om zich af te zetten en een sprong te maken. het verschil is dat de eerste fase, waarmee ze zich schrap zetten en hun spieren spannen, nuveellanger en intensiever is en de tweede fase, waarmee de spierspanning vrijkomt en de vis zich lanceert, explosief snel.

Zebravisjes en muskietenvisjes kunnen grote sprongen maken op land.
Zebravisjes en muskietenvisjes kunnen grote sprongen maken op land.

Ook nu nog zijn er meerdere vissoorten die zich op het land een beetje kunnen redden. De slijkspringers bijvoorbeeld brengen een groot deel van hun leven op het land door. Palingen kunnen over met dauw bedekt grasland van de ene sloot naar de andere kruipen en Australische longvissen kunnen maandenlange droogtes overleven door zich in de modder in te graven.

En weer is een geliefd argument tegen de evolutietheorie gesneuveld.

Bronnen
Alice C. Gibb et al., Fish Out of Water: Terrestrial Jumping by Fully Aquatic Fishes, Journal of Experimental Zoology (2011) – gratis geheel toegankelijk

De mens 2.0 komt er aan deze eeuw.

Juan Enriquez: nieuwe supermenselijke soort op komst

11 reacties / Maatschappij, Mensheid, Wetenschap / Door / 26 oktober 2011

Ontstaat er een nieuwe menselijke soort, Homo fabricandus? Schrijver en investeerder Juan Enriquez gelooft van wel. Nu we het DNA kunnen herschrijven, kunnen we ook ons eigen erfelijk materiaal verbeteren.Volgens hem staat er een revolutie voor de deur die de industriële en digitale revolutie zal doen verbleken.

De mens 2.0 komt er aan deze eeuw.
De mens 2.0 komt er aan deze eeuw.

Elke van onze naar schatting 100 biljoen cellen bevat een kopie van ons DNA, de erfelijke code waarin alle eiwitten die ons lichaam rijk is, wordt beschreven. Uiteraard is dit nog maar het topje van de ijsberg: het wordt steeds duidelijker dat epigenetica, het ingewikkelde systeem waarmee ons lichaam bepaalt welke genen aan- en uitgeschakeld zijn, zeer belangrijk is. Maar toch. In principe kunnen de eiwitten in ons lichaam worden herontworpen. Zo zou je het antivries-eiwit van bepaalde pooldieren in kunnen bouwen in ons bloed of, het vermogen tot een winterslaap of, interessanter, er voor kunnen zorgen dat wij mensen onze eigen vitamine C aan kunnen maken (zoals vrijwel alle andere zoogdieren kunnen).

Enriquez, die sprak op de door het M.I.T. georganiseerde EmTech conferentie in oktober 2011, zegt dat ons vermogen de levenscode te herschrijven de wereld zoals we die kennen totaal op zijn kop zal zetten. Omdat we nu zowel onze omgeving als onszelf kunnen ontwerpen, kunnen we de beperkingen van de darwiniaanse evolutie ontstijgen. Het resultaat volgens hem: een compleet nieuwe soort. Zullen we deze eeuw voor het eerst sinds het uitsterven van de Neanderthaler onze planeet delen met een nieuwe menselijke soort? Enriquez heeft aan dit idee zijn nieuwste boek gewijd, Homo Evolutis: A Short Tour of Our New Species.

Technology Review interviewde Enriquez. Dit interview geven we hier vertaald weer

TR: Waarom denk je dat er een nieuwe menselijke soort zal ontstaan?

Juan Enriquez: De nieuwe menselijke soort zal de evolutie van virussen, planten, dieren en zichzelf ontwerpen. Als we dat doen, worden Darwins regels voor evolutie sterk verstoord en in sommige gevallen zelfs gebroken. Als we directe en bewuste controle over onze evolutie nemen, zullen we leven in een wereld die we geheel naar onze wensen aan kunnen passen.

Als je nu de elektriciteit in de Verenigde Staten uit zou schakelen, zouden miljoenen mensen snel sterven, omdat ze geen astmamedicijnen, ademtoestellen, insuline of andere geneeskundige (hulp) middelen zouden kunnen gebruiken waarmee we voorkomen dat mensen sterven. Uiteindelijk komen we toe aan een punt waarbij de evolutie wordt gestuurd door wat we ontwerpen (de techniek om ons heen – GR). Dit is een grote verandering. Cosmetische chirurgie zal een slap aftreksel lijken, vergeleken met wat komen gaat.

Hoe gaat deze revolutie de wereld vormgeven?

98% van alle data die nu wordt doorgeseind, is gesteld in een taal die dertig jaar geleden vrijwel niemand beheerste (vermoedelijk doelt hij op de SGML-afgeleide HTML en XML – GR). We leven nu in een vergelijkbare periode. Deze revolutie zal nog veel ingrijpender zijn omdat het hier om software gaat die zijn eigen hardware schrijft. Mensen denken dat deze technologie (genetische manipulatie – GR) alleen de farmacie of biotechnologie zal veranderen, maar het is veel ingrijpender dan dat. De revolutie zet de complete chemische industrie op zijn kop. Veertig procent van de inkomsten van (chemiegigant) Dupont komt van de levenswetenschappen. Deze ontwikkeling zal alles veranderen; landen, de verdeling van wie arm is en wie rijk. Het zal aanleiding zijn om nieuwe ethiek te ontwikkelen.

Nieuwe ethiek?

Zelfs basale kwesties als seks zullen veranderd worden. Er was ooit maar één manier om babies te krijen. Nu zijn er tenminste zeventien verschillende methodes bekend. We hebben seks losgekoppeld van de tijd. je kan een baby krijgen negen maanden na de bevruchting, of je kan sperma, een eicel of een embryo voor tien of honderd jaar invriezen. Je kan een compleet dier klonen van één van zijn cellen.  Je kan zaad- en eicellen beginnen te wijzigen. Als je al deze ontwikkelingen samen in praktijk brengt, heb je de manier waarop we ons voortplanten en de regels voor voortplanting fundamenteel veranderd.

Wat is nodig om een nieuwe soort te scheppen?

We beginnen nu in te zien dat (de komst van een nieuwe soort – GR) een opeenhoping van kleine veranderingen is. Kort geleden zijn wetenschappers er in geslaagd het genoom van neanderthalers met dat van de moderne mens te vergelijken. Er bleek slechts 0,004 procent verschil te zijn. De meeste van de wijzigingen hadden betrekking op genen die invloed hebben op sperma, zaadballen, reukzin en de huid. Alleen al het aanpassen van de microben die in symbiose met ons lichaam leven kan een nieuwe soort scheppen. Als je DNA sequencing uitvoert van bacteriën die op ons lichaam leven, kom je tot fascinerende ontdekkingen. Wij allen zijn symbionten: in het menselijk lichaam zijn er ongeveer duizend maal zoveel bacteriën als lichaamscellen. Mogelijk kunnen we zelfs niets verteren of voortleven zonder de bacteriën in onze ingewanden.  Sommige mensen beschikken over eencelligen die beter zijn in calorieën absorberen. Suikerzieken hebben een iets zoetere huid, waardoor de bacteriële flora verandert en het moeilijker voor ze is om wonden te genezen.

Een bezwaar tegen het verbeteren van mensen is dat alleen sommigen toegang zullen hebben, waardoor er een nog grotere economische tweedeling zal ontstaan. Denk je dat dat klopt?

Tijdens de Industriële Revolutie was er een leven lang voor nodig om genoeg industrie op te bouwen om de welvaart van een land te verdubbelen (onzin – kostte ongeveer een generatie – GR). In de kenniseconomie kan je met twintig man snel een miljardenbedrijf opbouwen. Dit impliceert dat de welvaart in een land heel snel kan groeien.In het Korea van 1975 hadden mensen eenvijfde van de welvaart van Mexicanen toendertijd, Op dit moment is dit vijf maal zoveel. Zelfs de armste plaatsen kunnen snel rijkdom genereren. Je ziet dit in Bangalore en China. Aan de andere kant is er ook weinig tijd voor nodig om irrelevant te worden.

Wetenschappers staan op het punt van tienduizend menselijke genomen de sequentie te bepalen. Je wijst er op dat dit op behoorlijke genetische variatie in onze soort kan wijzen en dus enige ethische zorgvuldigheid verstandig is. Waarom?

De kwestie [van genetische variatie] is een echt oncomfortabele kwestie, die we om goede redenen hebben vermeden sinds de jaren dertig en veertig. Veel van het onderzoek achter de eugenetica-beweging kwam van Amerikaanse eliteuniversiteiten. Deze kennis werd op rampzalige wijze misbruikt. Maar je ontkomt er niet aan de vraag te stellen, dat als er fundamentele verschillen zijn binnen soorten als honden, paarden en vogels [i.e. dierenrassen], is het dan waar dat er geen significante verschillen zijn tussen mensen?  We krijgen op heel korte termijn antwoord op deze vraag. Als we dat doen, moeten we een ethisch en moreel kader klaar hebben liggen om over dit soort vragen na te denken, die een veel verder strekkende betekenis hebben dan het domein van de wetenschap alleen.

Lees ook:
De opvolger van de mens
Bionische mens krijgt bovenmenselijke eiegnschappen
Bio-hackers: aan je DNA knutselen in de garagebox
Menssoort voor buitenaardse werelden

Oorspronkelijke artikel:
EmTech: Get ready for a new human species (MIT Technology Review)

Xenacoelomorfen

Xenacoelomorfen: gedegenereerde verre verwant mens

10 reacties / Wetenschap / Door / 7 september 2021

Twee groepen simpele zeewormen zijn verwant aan complexe soorten zoals gewervelden (zoals de mens) en zeesterren, aldus nieuw onderzoek. Hiervoor werd gedacht dat deze Xenacoelomorfen een evolutionaire link vormden tussen simpele dieren als kwallen en de rest van het dierenrijk.

xenacoelomorfen
Neochildia fusca is een voorbeeld van de xenacoelomorfen, primitieve wormen die dicht bij de gewervelden staan.

Erg ingewikkeld zitten Xenoturbella en Acoelomorpha niet in elkaar. Zo ontbreekt een zenuwstelsel of ingewand. Als gevolg daarvan vormden ze een bron voor veel discussie onder zoölogen. Acoelomorfen werden in de negentiger jaren geclassificeerd als  een missing link tussen simpele dieren zoals sponzen en kwallen en de rest van het dierenrijk, zoals de mens, de octopus en insekten. Dit blijkt een misvatting te zijn. Beide groepen stammen af van dezelfde voorouder waarvan ook ingewikkelder dieren afstammden. Dit betekent dat de wormen als het ware zijn gedegenereerd.

Wat zijn xenacoelomorfen?

Xenoturbella-wormen werden verzameld van de bodem van een Zweedse fjord waar het dier leeft van schelpdieren. De acoelomorfen zijn veelzijdiger – er is zelfs een soort, Meara stichopi, die in de keel van een zeekomkommer leeft.  Genetici vergeleken honderden genen van zowel Xenoturbella als Acoelomorpha met soortgelijke genen in een groot aantal diersoorten om zo hun evolutionaire verwantschap te bestuderen.

Het resultaat: er blijkt een compleet nieuw, tot nu toe onbekend, fylum te bestaan. Een fylum is een zeer grote groep: zo vormen alle gewervelden, van vis tot olifant, één fylum. Dit fylum staat op dezelfde hoogte als de andere fyla deuterostoma (dieren met twee lichaamsopeningen): gewervelden, stekelhuidigen (o.a. de zeester) en hemichordaten (zoals de eikelworm, een type worm dat zich in de zeebodem ingraaft) en vormt hiermee het vierde fylum: de xenacoelomorfen. De andere drie fyla bestaan uit behoorlijk complexe soorten. Deze wormen zijn dus als het ware gedegenereerd. Evolutie gaat dus niet altijd vooruit. Misschien een goede les voor de mens.

Xenacoelomorfen gedegenereerd

Deze nietige wormen stelden al ruim een decennium biologen voor een pittige uitdaging, dus er is onder hun collega’s blijdschap dat deze puzzel nu is opgelost. Wel zijn evolutionair biologen er niet blij mee dat ze nu hun gevierde missing link tussen de holtedieren en de tweemondigen kwijt zijn. Ze kunnen dus weer doorgaan met zoeken.

Evolutie gaat niet altijd vooruit

Degeneratie komt wel vaker voor. Zo stamt Wolffia arrhiza, het kleinste bloeiende plantje dat alleen bestaat uit een drijvend bolletje, af van een veel complexere plant met wortels, takken en bladeren. Ook bij parasieten komt degeneratie veel voor, variërend van Mycoplasma, een bacteriële parasiet die het kleinst bekende genoom van alle bacteriën heeft, tot diverse ingewandswormen die vaak veel eenvoudiger zijn dan vrijlevende soorten. De xenacoelomorfen zijn hierin dus niet uniek.

Bronnen

Simple Marine Worms Distantly Related to Humans, Science Daily (2011)
Hervé Philippe, Henner Brinkmann, Richard R. Copley, Leonid L. Moroz, Hiroaki Nakano, Albert J. Poustka, Andreas Wallberg, Kevin J. Peterson, Maximilian J. Telford. Acoelomorph flatworms are deuterostomes related to Xenoturbella. Nature, 2011

Parantropus boisei leefde van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.

‘Menselijke evolutie in stroomversnelling door wisselvallig klimaat’

4 reacties / Maatschappij, Wetenschap / Door / 28 september 2011

Vanaf het aanbreken van het Pleistoceen werd de aarde geteisterd door een reeks van zware ijstijden en korte interglacialen. Opmerkelijk genoeg komen deze redelijk nauwkeurig overeen met groeispurts in de intellectuele vermogens van de mens. Is er een verband?

Parantropus boisei leefde van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.
Parantropus boisei leefde in de Ethiopische savanne van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.

Matt Grove van de School of Archaeology, Classics and Egyptology reconstreerde hoe de voorouders van de mens reageerden op de klimaatfluctuaties van de afgelopen vijf miljoen jaar. Hierbij maakte hij gebruik van genetische modelleringstechnieken. Toen de resultaten hiervan  werden vergeleken met de tijdlijn van de evolutie van de mens, ontdekte Dr Grove dat belangrijke gebeurtenissen in de menselijke evolutie overeenkwamen met periodes waarin de temperaturen wild op en neer gingen.

Grove stelt, dat de studie bevestigt dat een belangrijke soortvormingsperiode bij mensen, waarin er tijdelijk meer soorten naast elkaar bestaan  (adaptieve radiatie) samenviel met een lange periode van klimatologische  variatie. Vanaf 2,7 miljoen jaar geleden begon het klimaat op aarde wild te schommelen: de bekende ijstijden.  Zeer interessant is dat vlak na die tijd een groot aantal mensachtige soorten ontstond, waarvan de meeste 1,5 miljoen jaar geleden alweer verdwenen waren. De oudste stenen werktuigen dateren van 2,6 miljoen jaar geleden en hielpen waarschijnlijk verschillende soorten mensachtigen de periode van heftige klimaatschommelingen te overleven.

Onze directe voorouder Homo erectus was veel slimmer en veelzijdiger. Zijn leefgebied strekte zich niet voor niets uit vanaf Indonesië tot Afrika.
Onze directe voorouder Homo erectus was veel slimmer en veelzijdiger. Zijn leefgebied strekte zich niet voor niets uit vanaf Indonesië tot Afrika.

“1,5 miljoen jaar geleden was er nog maar één menselijke voorouder over – Homo erectus. De sleutel voor het overleven van Homo erectus is zijn flexibiliteit. De soort kon zich in zeer uiteenlopende omgevingen handhaven en was geografisch gezien de meest verspreide soort van alle. Andere soorten die zich hadden aangepast aan een bepaalde specifieke omgeving, verdwenen toen door klimaatsveranderingen hun leefgebied verdween. Homo erectus hield het overal uit, kon allerlei klimatologische en natuurrampen overleven en had dus de beste papieren om te overleven.”

In het onderzoek van Grove is voor het eerst zogeheten ‘variability selection’  gemodelleerd, een evolutionair proces dat voor is gesteld door paleantropoloog Rick Potts vlak voor de eeuwwisseling.  Variability selection veronderstelt dat bij snelle klimaatsveranderingen, evolutie reageert op alle woongebieden van een soort gezamenlijk in plaats van alleen een individueel woongebied. Het onderzoek van Grove suggereert dat het ontstaan van de eerste mensachtige die complexere gereedschappen gebruikte, Homo erectus, het product kan zijn van precies dat proces. Als er een levendig genetisch verkeer was tussen de populaties van Homo erectus in Eurazië en Afrika, zullen vooral die genen die in een grote hoeveelheid verschillende omgevingen het individu bevoordelen, immers de meeste overlevingskans bieden. Dit geldt onder meer voor genen die intelligentie vergroten. Intelligentie vergroot het vermogen van een individu om zich aan te passen en een nieuwe omgeving “door te krijgen”. Zou de toenemende variatie in het klimaat onze eigen soort, Homo sapiens, nu ook dwingen nog slimmer te worden?

Bronnen:
1. Matt Grove. Change and variability in Plio-Pleistocene climates: modelling the hominin response. Journal of Archaeological Science, 2011
2. Matt Grove. Speciation, diversity, and Mode 1 technologies: The impact of variability selection. Journal of Human Evolution, 2011

Er zijn octopussen die slimmer zijn dan de meeste zoogdieren. En een centraal zenuwstelsel evolueerde meerdere keren achter elkaar. Is intelligentie niet zo uitzonderlijk als we tot nu toe dachten?

Intelligentie onvermijdelijk

2 reacties / Wetenschap / Door / 19 september 2011

Tot vier keer toe heeft zich onafhankelijk van elkaar een zenuwstelsel in een weekdier ontwikkeld, ontdekten onderzoekers. Is intelligentie veel ‘gewoner’ dan we tot nu toe dachten?

De wijze, wijze mens (homo sapiens sapiens) is volgens zichzelf de slimste levensvorm op de planeet. Weliswaar hebben grote walvisachtigen en olifanten veel zwaardere hersenen dan wij en geven ze af en toe blijk van geestelijke vermogens die we doorgaans alleen aan onze soort toekennen, maar we zien onszelf graag als de kroon op de schepping, het eindproduct van bijna vier miljard jaar moeizame evolutie.
Dat beeld blijkt echter niet te kloppen.

Er zijn octopussen die slimmer zijn dan de meeste zoogdieren. En een centraal zenuwstelsel evolueerde meerdere keren achter elkaar. Is intelligentie niet zo uitzonderlijk als we tot nu toe dachten?
Er zijn octopussen die slimmer zijn dan de meeste zoogdieren. En een centraal zenuwstelsel evolueerde meerdere keren achter elkaar. Is intelligentie niet zo uitzonderlijk als we tot nu toe dachten?

Er zijn twee grote diergroepen op aarde die zich tot grote, complexe schepsels kunnen ontwikkelen. Aan de ene kant is dat onze groep, de gewervelden of, als we wat ruimhartiger zijn, de chordata (chordadieren). Aan de andere kant zijn dat de molluscae, de weekdieren, die radicaal van onze groep verschillen. Opmerkelijk genoeg zijn de slimste weekdieren, octopussen, ongeveer zo slim als een primaat (een aapachtige). Onafhankelijk van elkaar heeft zich dus in twee verschillende groepen intelligentie ontwikkeld. Onderzoekers hebben nu ontdekt, dat bij weekdieren zich maar liefst vier keer, onafhankelijk van elkaar, een centraal zenuwstelsel heeft ontwikkeld.

Tot voor kort dachten onderzoekers dat koppotigen zoals octopussen afstamden van slakken. Slakken hebben namelijk een bundel zenuwcellen die in sommige soorten verknoopt is tot een soort primitief brein. Octopussen werden door onderzoekers gezien als de natuurlijke doorgeëvolueerde soort, waarbij het primitieve brein is uitgegroeid tot een indrukwekkende hoeveelheid zenuwcellen en het dier in staat is tot probleemoplossing en gereedschappen te gebruiken. Een mooie theorie, die, zo blijkt uit DNA-analyse, niet klopt. De vier takken weekdieren waarbinnen een centraal zenuwstelsel voorkomt, lijken dit volkomen los van elkaar te hebben ontwikkeld.  Slakken blijken meer verwant aan niet bijster intelligente schepsels als oesters en mossels, terwijl koppotigen al veel eerder afgesplitst zijn.

De vier groepen met een onafhankelijk geëvolueerd centraal zenuwstelsel zijn de octopus de zoetwaterslakkenfamilie Helisoma, Tritonia (een geslacht van felgekleurde zeeslakken) en Dolabrifera, een wat minder opvallend geslacht zeeslakken.

De gevolgen zijn opwindender dan de levensloop van de gemiddelde mossel of slak. Klaarblijkelijk heeft intelligentie zich meerdere keren los van elkaar ontwikkeld. Sterker nog: klaarblijkelijk betekent een bepaalde biologische complexiteit dat de kans dat een soort zich tot intelligente soort ontwikkelt, groot is. Misschien bestaat er een evolutionaire wapenwedloop waarbij een ingewikkeld ecosysteem betekent dat een dier voldoende slim moet zijn om te kunnen overleven. Inderdaad is ontdekt dat na de val van het communisme in Oost-Europa, toen er grote en snelle veranderingen optraden in de woongebieden van mensen en dieren werden blootgesteld aan veel ingewikkelder prikkels, vooral de intelligentste vogelsoorten zich uit hebben gebreid ten koste van de ‘dommere’ soorten[2].

Lees ook: Kunnen intelligente octopussen een beschaving vormen?

Bronnen
1. Kevin M. Cokot et al., Phylogenomics reveals deep molluscan relationships, Nature Letters (2011)
2. Reif, J., Böhning-Gaese, K., Flade, M., Schwarz, J., Schwager, M. Population trends of birds across the iron curtain: Brain matters. Biological Conservation, 2011

Het onaanzienlijke, met uitsterven bedreigde bloeiende plantje Paris japonica heeft bijna het grootste genoom ter wereld.

Groot genoom vertraagt evolutie

8 reacties / Wetenschap / Door / 17 september 2011

Ben je jaloers op de amoebe, het plantje Paris japonica en de pad, wegens hun veel grotere hoeveelheid DNA dan die van de mens? Niet doen. Evolutionair gezien is een groot genoom namelijk niet altijd een voordeel. Integendeel, zo blijkt…

Het onaanzienlijke, met uitsterven bedreigde bloeiende plantje Paris japonica heeft bijna het grootste genoom ter wereld.
Het onaanzienlijke, met uitsterven bedreigde bloeiende plantje Paris japonica heeft bijna het grootste genoom ter wereld.

Levende fossielen hebben enorm genoom
We kennen op aarde de nodige organismen waarvan de evolutie lijkt stil te staan, de zogeheten levende fossielen. Zo is er de coelacanth, een kwastvinnige diepzeevis waarvan werd gedacht dat deze groep tientallen miljoenen jaren geleden al uit was gestorven. Een ander klassiek voorbeeld is de brughagedis, die zo afwijkt van de andere reptielen dat het dier zijn eigen familie en orde heeft. Of neem de longvis, een met amfibieën (en dus ons) verwante vissoort die in de woestijn in leven kan blijven door lucht te ademen met zijn zwemblaas. Bij ons heet de zwemblaas overigens “long”.  Het is een groepje genetici opgevallen dat deze levende fossielen een in verhouding heel groot genoom hebben. Zo heeft de Ethiopische gemarmerde longvis een genoom van 132,8 miljard genetische ‘letters’ of baseparen, meer dan veertig keer de omvang van dat van de mens: 3,2 miljard. De zeer giftige kogelvis heeft dan weer het kleinste genoom, 0,4 miljard baseparen. Reden voor genetisch onderzoekers om het verband tussen evolutiesnelheid en grootte van het genoom te onderzoeken.

Groot genoom betekent minder soorten en minder evolutie
Hoewel er in een groot genoom meer mutaties optreden, wat ook logisch is – er is domweg meer DNA waarin een mutatie kan voorkomen – zijn er toch minder soorten aanwezig in soortenfamilies waarin een groot genoom de regel is. Klaarblijkelijk hindert een groot genoom de soortvorming. De onderzoekers hebben ook uitgezocht waarom. De genetische variatie tussen de (weinige) soorten die zich in families met een groot genoom vormden, bleek veel kleiner dan die in soorten met een klein genoom. Ze denken daarom dat zich langzaam soorten afsplitsen omdat er nauwelijks genetische verandering optreedt in een groot genoom. Klaarblijkelijk worden de mutaties meer gerepareerd dan in soorten met een klein genoom.

Bron
Bianca Sclavi en John Herrick, Slow evolution of vertebrates with large genomes, arxiv.org (2011)