Dit jaar is het 140 jaar geleden dat Charles Darwin overleed. En 163 jaar geleden dat zijn boek The Origin of Species werd gepubliceerd. Darwin is de meest invloedrijke bioloog uit de geschiedenis. Maar zijn erfenis is over pieken en door dalen gegaan. Zijn ideeën zijn in een aantal golven toegejuicht en aangevallen. Denkt de moderne biologie nog net zo over evolutie als hij?
Darwin en natuurlijke selectie
Over deze vraag schreef Ron Amundson een interessant artikel in Endeavour. Hier geven we voornamelijk een samenvatting van dit stuk. De auteur begint met de waarneming dat de reputatie van Charles Darwin sterk is veranderd sinds zijn dood in 1882. De kern van Darwins ideeën, dat organismen op deze wereld afstammen van gemeenschappelijke voorouders, is in wetenschappelijke kring niet veel in twijfel getrokken. Maar hoe gebeurde dit precies? Hierover hebben in de wetenschappelijke wereld veel verschillende ideeën de ronde gedaan. Darwin zelf was van mening dat natuurlijke selectie (zie verklarende woordenlijst onder dit artikel) verreweg de belangrijkste oorzaak was van evolutionaire ontwikkeling. Maar de wetten van Mendel werden pas herontdekt in het begin van de 20e eeuw, en daardoor was het mechanisme erg onduidelijk. Maar weten we nu wél hoe natuurlijke selectie werkt?
Bij een conferentie ter ere van de 100e geboortedag van Darwin, in 1909, was men heel enthousiast over zijn ideeën. Darwin had het idee van erfelijkheid ondersteund, waarbij specifieke trekken in de loop van de evolutie geleidelijk zouden veranderen. Maar hij kon alleen maar speculeren over het mechanisme van dat proces. Dit was een belangrijke reden van het verminderen van zijn reputatie na het eeuwfeest. Maar in 1942 publiceerde Julian Huxley zijn boek Evolution: The Modern Synthesis, waarin hij Darwin zowel verdedigde als aanviel. Tegen die tijd was genetische demografie belangrijk geworden. In dat kader accepteerde Huxley vier mechanismen van evolutie: natuurlijke selectie, geleidelijke verandering, mutatie en migratie. Darwin had alleen de natuurlijke selectie erkend, de andere waren later ontdekt. Huxley staat aan de basis van wat later de Modern Synthesis ging heten.
Darwin: zijn erfenis verandert
Intussen veranderde de betekenis van het woord erfelijkheid. Voor Darwin betekende het begrip zowel het doorgeven van eigenschappen door genen, als de ontwikkeling van deze eigenschappen in het individu. Maar biologen begonnen te ontdekken dat dit ontwikkelingsproces kon leiden tot verschillende resultaten, hoewel ze nog niet wisten waarom en waardoor.
Maar toen ging de slinger weer de andere kant op, en men bekeek opnieuw de natuurlijke selectie als de belangrijkste drijvende kracht van de evolutie. Onder invloed van Ernst Mayr, die genetische demografie zag als essentieel voor de evolutie. Namelijk: de verspreiding van nieuwe eigenschappen in een populatie; het tegendeel van typologie, waarbij soorten werden beschouwd als min of meer onveranderlijk.
Evo devo
In de tweede helft van de 20e eeuw werd ontwikkelingsbiologie (oorspronkelijk embryologie genoemd) steeds belangrijker. Deze tak van wetenschap bestudeert de manier waarop erfelijke trekken zich tijdens de groei ontwikkelen, onder invloed van omgevingsfactoren, vooral in het embryo. Hoewel verdedigers van de Modern Synthesis onder meer aanvoerden dat de individuele ontwikkeling niets zegt over de evolutie. Omgevingsinvloeden zouden alleen de eigenschappen van dit éne individu bepalen; en daardoor zijn genetische eigenschappen ongemoeid laten – die dan worden doorgegeven aan de volgende generatie. Het debat hierover speelde hoog op in de laatste 20 jaar van de 20e eeuw.
Vanaf 2000 zien we dan de opkomst van de evolutionaire ontwikkelingsbiologie, kortweg evo devo. Naarmate wij meer te weten kwamen over genetische ontwikkeling, vooral door beter begrip van moleculaire processen, werd evo devo belangrijker. Onderzoekers ontdekten het bestaan van gelijkaardige genen – genen die voorkomen bij vele zeer verschillende levende wezens. Veel zulke gelijkaardige genen lijken zelfs zo ongeveer onmisbaar te zijn voor het leven als zodanig. Het Pax6 gen is bepalend voor de vroegste ontwikkeling van het oog, zowel bij zoogdieren als bij fruitvliegjes. Andere genen, die in alle dieren voorkomen, bepalen de drie lichaamsassen (van hoofd tot anus, voor en achter, links en rechts). Zelfs eencelligen en meercelligen hebben een aantal genen gemeen; hoewel hun functie in het lichaam verschillend kan zijn. Alsof de natuur belangrijke ontdekkingen maar één keer doet – en dan de betreffende kennis doorgeeft aan alle nakomelingen.
Epigenetica
Er ontstond een nieuwe tak van wetenschap: de epigenetica. Daarvan bleek het belang toen het Human Genome Project er niet in slaagde, ziekten bij de mens te herleiden tot de volgorde van DNA baseparen. In plaats daarvan moesten onderzoekers erkennen dat gen-expressie op verschillende manieren kan plaats vinden. Dit is ook van belang voor de evolutie. Want de vraag die ertoe doet, is niet langer: welke genen zijn er? Maar: wat bepaalt hoe de genen tot expressie komen in uiteenlopende cellen en weefsels? De epigenetica is daarvoor bepalend; een terrein dat niet wordt bepaald door genetische eigenschappen.
De epigenetica wordt nog steeds belangrijker. We erkennen nu bijvoorbeeld dat epigenetische veranderingen erfelijk kunnen worden, en dus kunnen worden doorgegeven. Er zijn slechts ongeveer 13.000 genen; maar levende wezens verschillen ongelooflijk veel van elkaar. Er worden voortdurend homologe genen ontdekt; zelfs al kunnen deze sterk verschillende expressies hebben. ‘Ontwikkeling wordt nu gezien als een kwestie van epigenetische controle over genen, niet als simpelweg de aanwezigheid van DNA-segmenten die eiwitvolgordes bepalen.’ De auteur vindt erfelijkheid een proces, niet een van tevoren vaststaand gegeven: het gaat erom hoe we groeien, hoe we ons ontwikkelen, hoe we verouderen. En hij besluit met: Darwin dacht er net zo over!
Verklarende woordenlijst
Epigenetica. Het onderzoek naar erfelijke eigenschappen die niet worden bepaald door veranderingen in het DNA
Geleidelijke ontwikkeling. Het verschijnsel dat een gen op verschillende manieren tot expressie kan komen
Genetische demografie. Het onderzoek naar verschillen tussen en binnen populaties; over verschijnselen als aanpassing, soortvorming en bevolkingssamenstelling
Migratie. De introductie van nieuwe genen in een populatie, het tegendeel van isolatie
Mutatie. Verandering van de erfelijke eigenschappen van een organisme
Natuurlijke selectie. Het proces waardoor, in een bepaalde omgeving, verschillen in de genetische opbouw van individuen leiden tot verschillende kansen op overleving en voortplanting
Ontwikkelingsgenetica. Het bestuderen van de manier waarop organismen groeien en zich ontwikkelen, afhankelijk van hun genetische eigenschappen.
Interessant? Lees dan ook:
Is het leven maakbaar? Van evolutie naar revolutie
Uitwisseling van genetisch materiaal, een nieuw mechanisme
Wie zijn wij? Het microbioom opnieuw bekeken