Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Epigenetica wordt sexy

Van de tong (vis; Cynoglossus semilaevis) is de sequentie van het genoom bestudeerd en vastgesteld. De studie concentreerde zich vervolgens op de geslachtschromosomen. Deze zijn relatief recent ontstaan in deze soort vis. De sekse van het dier wordt bepaald door Z en W chromosomen waarbij de vrouwtjes ZW zijn en de mannetjes ZZ, net als bij de vogels. Deze chromosomen bij de tong lijken bijzonder veel op die van de kip. Ze komen voort uit een protochromosoom dat in andere vissen een autosomaal (niet geslachts) chromosoom gebleven is.

Vrouwtje (boven) en mannetje (onder)

Vrouwtje (boven) en mannetje (onder)

De onderzoekers hebben aangetoond dat er ook pseudomannetjes geboren kunnen worden. Dit gebeurt in de natuur wel vaker onder invloed van voornamelijk temperatuur. Deze pseudomannetjes zijn genetisch mannetjes, maar zijn fenotypisch vruchtbare vrouwtjes. In dit geval konden ze vaststellen dat het gen dmrt1 (een transcriptiefactor) reguleert welke sekse het dier zal hebben. Het gen bevindt zich op het Z chromosoom. De promotor van dit gen is normaal in vrouwtjes (ZW) sterk gemethyleerd waardoor het gen niet of nauwelijks tot expressie komt. In mannetjes (ZZ) daarentegen is de promotor nauwelijks gemethyleerd en komt het gen ruim tot expressie. In de pseudomannetjes (ZW) komt het gen ook tot expressie omdat ook hier dmrt1 nauwelijks gemethyleerd is. De ommekeer van sekse gebeurt wanneer de embryo’s geïncubeerd worden bij hogere temperaturen (28°C i.p.v. 22°C). Dit blijkt allemaal mogelijk dankzij de graad van methylatie van de promotor van het gen dmrt1. Het is belangrijk te onderstrepen hoe direct de invloed van de omgeving kan zijn op een zo fundamenteel fenotype bij deze gewerveleden.

Het meest interessante deel is dat de pseudomannetjes nakomelingen voortbrengen die ook een ommekeer van geslacht laten zien bij een lage temperatuur (22°C). Dit zou betekenen dat de methylatie doorgegeven wordt aan de volgende generatie.

Er zijn meerdere voorgaande blogs die epigenetica behandelen waarin de overerving van methylatie bediscussieerd wordt (1, 2). Deze studie is wel een erg overtuigend voorbeeld van hoe epigenetische markering als methylatie doorgegeven kan worden aan de volgende generatie. Het blijft natuurlijk ook mogelijk dat er hormonen in het spel zijn die via de eicel doorgegeven worden aan het nageslacht.

h/t to Mauro Mandrioli

Uit: Nature Genetics; Pikaia

De rol van epigenetica en stress

Experiment #2 toont aan dat stressgevoeligheid niet genetisch maar epigenetisch is. (Jay Smith DISCOVER)

Epigenetica bestudeert de moleculaire veranderingen op (=-epi) het DNA. Het is een onderwerp waar veel discussie over bestaat aangezien deze veranderingen door velen als erfelijk worden beschouwd. Dit zou betekenen dat deze alteraties van het DNA ook doorgegeven worden aan de volgende generatie. In een voorgaand blog werd dit al behandeld naar aanleiding van een artikel in Cell dat aantoonde dat methylatie van het DNA, de belangrijkste factor, zo goed als gewist wordt in de eerste stadia van het embryo. Hoe is het dan mogelijk dat sommige eigenschappen die geen genetische basis hebben toch doorgegeven lijken te worden?

Er verscheen recent een interessant overzicht over epigenetica en stress. Dit artikel in Discover Magazine geeft niet precies aan of het doorgeven van de kenmerken aan de volgende generatie werkelijk plaatsvindt. Er worden veel voorbeelden aangehaald van eigenschappen die lijken samen te hangen met blootstelling van de moeder en zelfs grootmoeder aan honger of alcoholmisbruik. Maar het is daarin niet duidelijk of het de zwangere moeder is die blootgesteld werd aan chemicaliën of traumatische gebeurtenissen of dat ze reeds voor de bevruchting in aanraking kwam met deze factoren.

Het interessantste gedeelte uit dit overzichtsartikel betreft experimenten met muizen, uitgevoerd door Meaney en Szyf. Het bleek al in de jaren 50 dat door mensen geaaide muizen veel meer zorg hadden voor hun jongen. Meaney en Szyf onderzochten dit en het bleek dat hoe meer de muizenmoeder zich bezig hield met verzorging en likken van de kroost, hoe minder stress hormonen er vervolgens aanwezig zijn in de volwassenen van deze eerste generatie.

Er bleken verschillen te zijn op niveau van het DNA, maar niet op de sequentie zelf als wel bovenop het DNA. Deze epigenetische veranderingen kunnen bestaan uit methylatie van Cytosine (één van de 4 nucleotiden van het DNA) maar ook uit methylatie en acetylatie van de histonen. Daarbij onderdukt methylatie de expressie van de genen. Dus hoe sterker een gen gemethyleerd is hoe minder het tot uitdrukking komt.

Werden verzorgende moeders vergeleken met ‘slechte’ moeders dan bleken de genen voor de glucocorticoïd receptor sterker gemethyleerd te zijn in de ‘slechte’ moeders. De receptoren worden in de ‘slechte’ moeders minder afgeschreven en de volgende generatie is nerveuzer. Om aan te tonen dat deze resultaten niet toe te schrijven waren aan de genen zelf, werden de babymuizen verwisseld. De babymuizen van verzorgende moeders kwamen terecht bij de onverschillige moeders en groeiden op als nerveuse volwassen en de babymuizen van de onverschillige moeders groeiden op als rustige muizen bij hun verzorgende adoptieve moeders. Nu kwam het erop op aan te onderzoeken of de methylatie inderdaad verantwoordelijk was voor dit gedrag. Er werd daartoe Trichostatin A geïnjecteerd in de breinen van de muizen. Dit goedje verwijdert methylgroepen en alle dieren gedroegen zich rustig.

Het artikel “Epigenetic programming by maternal behavior,” werd door Meaney and Szyf in Juni 2004 gepubliceerd in het wetenschapsblad Nature Neuroscience.

Let wel, het gaat hier om postnatale erfelijkheid, dus niet om werkelijke erfelijkheid via de geslachtscellen. Het is het gedrag van de moeder dat in de babymuizen epigenetische veranderingen veroorzaakt.

Een aantal studies toonde aan dat zelfmoordplegers een hoge methylatie van bepaalde genen in de hippocampus hebben, een breingebied verantwoordelijk voor geheugen en reactie op stress. Waren de zelfmoordslachtoffers als kinderen misbruikt dan vond men in de hersenen een overmaat aan methylatie.

Afgelopen jaar publiceerde Szyf weer een studie over 14 kinderen in een weeshuis en 14 kinderen van biologische ouders. Er werd (in het bloed) duidelijk meer methylatie gevonden voornamelijk in genen die belangrijk zijn voor communicatie en de ontwikkeling van de hersenen.

Nestler toonde aan dat mannetjesmuizen die blootstonden aan stress als gevolg van gevechten en ‘pesten’ babymuizen verwekten die daarna ook stressgevoelig waren. De vaders kwamen nooit in contact met de kleine muizen. Vooralsnog is voor dit resultaat geen verklaring. Tot nu toe is namelijk aangetoond dat de methylatie in de geslachtscellen uitgewist wordt, ook al zou dit wissen niet perfect zijn en zou een gen eraan kunnen ontsnappen.

Het lijkt erop dat stress bij de moeder een belangrijke factor is in het gedrag van de kroost. Het is al langer bekend dat goede zorg belangrijk is in de opvoeding ook bij de mens. Ziekten als depressie, angst en post-traumatische stress zouden genezen kunnen worden met medicijnen die de graad van methylatie in het brein beïnvloeden. Het zal wel uiterst lastig zijn om niet ook de ‘normale’ methylatie van andere genen aan te tasten.

Uit: DiscoverMagazine.com

Jan-van-Genten en de vissersboten

Het lijkt erop dat watervogels naar vissers kijken en vissers naar watervogels om hun prooi te vinden. Een studie in PLOS zocht met miniatuur video camera’s en GPS uit hoe Kaapse Jan van Genten afgaan op de aanwezigheid van andere predators, waaronder vissersboten. Behalve op vissersboten oriënteren ze zich op watervogels, dolfijnen, walvissen, zeehonden en andere Jan-van-Genten. Het blijkt dat hun gedrag compleet afhangt van dit ecologische netwerk. Het is mooi om te zien dat ook de mens essentieel deel uitmaakt van dit netwerk. Het identificeren en lokaliseren van de vis zelf en het daarop volgende duikgedrag gebeurt pas op het laatste moment wanneer de school of vis in zicht is.

Tot nu toe was het niet duidelijk hoe deze vogels de vissen konden lokaliseren omdat het voornamelijk gaat om kleine vissen als sardines en ansjovis.

Uit: PLOS ONE

Epigenetica en RNA

DNA-Methylation_1

DNA methylatie in planten. De bloem staat op de plaats van een methylgroep in Cytosine

Epigenetica is een vrij nieuwe tak van de genetica en bestudeert veranderingen van het DNA die geen invloed hebben op de sequentie daarvan. Er wordt veel over gediscussieerd om verschillende redenen. Het gaat in de discussies voornamelijk over de mogelijkheid dat de veranderingen erfelijk zouden zijn. Vaak worden er dan studies geciteerd waarin gebleken is dat blootstelling in utero aan chemicaliën of een slechte voeding bijvoorbeeld een (negatief) effect hebben op de volgende generatie. Behalve dat dit uitsluitend een generatie betreft, is er ook geen sprake van ware erfelijkheid want die zou moeten verlopen via de gameten ofwel geslachtscellen.

Naar aanleiding van een discussie met een bioloog kwam er een artikel uit Nature naar voren. In dat artikel wordt netjes ingedeeld wat de moleculaire kandidaten zijn voor epigenetische erfelijkheid. Een belangrijke kandidaat is de methylatie van het DNA. Het DNA bestaat uit vier letters: A, C, T en G die staan voor de nucleotiden Adenine, Cytosine, Tymine en Guanine resp. Methylatie van het DNA is de methylatie ofwel de toevoeging van een methyl-groep aan het residu Cytosine. Methylatie is een essentieel onderdeel van het DNA en bepaalt welk gen en hoeveel van elk gen er afgeschreven wordt. Dit is van fundamenteel belang voor de differentiatie van de verschillende weefsels. Al onze cellen bezitten immers hetzelfde genoom, maar ze zijn allemaal gedifferentieerd in de verschillende cellen zoals in de levercellen, de neuronen of de spiercellen bijvoorbeeld. In al deze cellen staan er verschillende genen ‘aan’ of ‘uit’. Het is recent aangetoond dat deze markering niet overgeërfd wordt. De methylatie wordt door het enzym demethylase verwijderd. Dit kan gebeuren in de geslachtscellen, maar doet zich zeker voor in het eerste stadium van het embryo.

Andere kandidaten zijn verschillende groepen RNA’s. RNA wordt van het DNA afgeschreven, heeft net als DNA een sequentie van nucleotiden A, C, en G, maar in plaats van T bevat het een U (Uracil). Het meest belichte RNA is het mRNA dat codificeert voor de proteïnen. Maar van de totale RNA’s zijn de lncRNA’s (long non-coding RNA’s) het meest voorkomend en vormen vier vijfde van het totale RNA. Ze zijn voor methylatie wellicht van belang omdat ze de methylase (het enzym dat DNA methyleert) sekwestreren. Een gevolg daarvan zou kunnen zijn dat er minder DNA gemethyleerd wordt en er dientengevolge meer DNA tot expressie komt en getranscribeerd wordt in RNA. Ook de small RNA’s spelen een rol in de regulatie van genexpressie. Het is hoe dan ook een kwestie van definieren of je RNA’s ook zou moeten rekenen tot epigenetische markers. Ze zijn overvloedig aanwezig in de eicel waar ze voorzien in alle benodigdheden van deze cel tot aan de tweede celdeling en worden via de moeder geërfd. Het zouden daarom goede kandidaten zijn. Toch wordt RNA soms gerekend tot het fenotype van de cel; het is immers de expressie van het DNA. Bovendien hebben ook eiwitten en steroïde hormonen invloed op de transcriptie van het DNA en worden hoogstwaarschijnlijk doorgegeven via de eicel. Zouden die ook gerekend moeten worden tot epigenetische markering ? Waarom zou je RNA tot epigenetische markering rekenen en eiwitten en hormonen niet ?

Een belangrijke conclusie in de review in Nature is dat epigentische overerfing tot nu bijzonder onduidelijk en zeldzaam is gebleken. Het is van belang dat een embryo dat zich moet differentiëren van een totipotente cel tot een gedifferentieerd en compleet ontwikkeld organisme dit moet kunnen doen vanuit een situatie dat alle markering uitgeschakeld is. Bij planten is recentelijk aangetoond op Arabidopsis dat epigenetische markering doorgegeven wordt tot tenminste de 20ste generatie. Vaak wordt in het nieuws verwezen naar de mogelijkheid dat Lamarck toch gelijk had met de bedoeling een hype te veroorzaken. Mochten de resultaten op Arabidopsis bevestigd worden en wellicht uitgebreid worden naar de wilde planten, dan zou dat wel bijzonder groot nieuws zijn.

Uit: Nature, Cell, The Scientist.

Darwin Day 2014 in Venetië

Darwin Day 2014

Darwin Day 2014; de dia met de genoomgrootte van de ui

Voor deze dag was mooi weer voorspeld en laag water. Het was daardoor een aanlokkelijk vooruitzicht om weer eens naar Venetië te gaan. De lezingen van de Darwin Day werden georganiseerd door de ‘Unione degli Atei e degli Agnostici Razionalisti’ en zouden om kwart over tien beginnen dus dat was rennen richting La Fenice alwaar de Aula Magna van het ‘Ateneo Veneto’ zich tegenover bevindt. De inleiding heb ik gemist, maar begreep later dat de zaal voornamelijk gevuld was met scholieren van de middelbare school.

De volgende overdenkingen betreffen de eerste lezing over het menselijk genoom en het junk DNA. Wat opviel was dat er allereerst gesproken werd over het enorme genoom van de ui. Dit als inleiding naar de geschiedenis van het project ENCODE dat de functionaliteit van het junk DNA onder de loep genomen heeft. De hele lezing was vervolgens gegrond op de bevindingen van ENCODE welk project aangetoond zou hebben dat junk DNA wel degelijk een functie heeft. Ongeveer 80 % van het genoom zou volgens die bevindingen een functie hebben in tegenstelling tot de veronderstelde 1,5 % die gevormd worden door genen, het zogenoemde codificerende deel.

Het project ENCODE bekeek de aanwezigheid van proteïnen op het DNA (transcriptiefactoren), de afgeschreven RNA’s en gemethyleerd DNA. De overvloedige binding van transcriptiefactoren aan het DNA van het zogenaamde junk DNA zou betekenen dat daar transcriptie plaatsvindt. Er werd ook een myriade aan RNA van verschillende lengten gevonden in de cellen. De lezing baseerde zich helemaal op de vondst van deze RNA’s en ging uit van het feit dat deze ook een functie hebben. Zo werd er bijvoorbeeld gesproken over het feit dat lange transcripten (lncRNA’s) de kortere (miRNA’s, siRNA’s, piRNA’s en snoRNA’s) die allemaal een eigen specifieke functie hebben, kan sekwestreren en daarmee een belangrijke regulerende werking kan hebben op de expressie van DNA. Er werd aangegeven hoe belangrijk RNA wel niet is en dat men eigenlijk tegenwoordig niet meer zomaar kan stellen dat onze kenmerken bepaald worden door DNA alleen. De uitdrukking ‘het zit in mijn genen’ zou daarom niet meer gebruikt moeten worden.

Een punt dat niet behandeld werd daarentegen was de binding van transcriptiefactoren. Transcriptiefactoren binden zich aan het DNA daar waar transcriptie gestart moet worden. Als er inderdaad zo’n grote hoeveelheid aan RNA’s afgeschreven wordt dan wordt dit veroorzaakt door deze transcriptiefactoren. Direct na de publicatie van ENCODE waren er bijzonder veel sceptici die niet konden accepteren dat bijna al het junk ineens geen junk meer was. Een argument was dat transcriptiefactoren ook aspecifiek kunnen binden en dat er een soort ruis bestaat omdat deze eiwitten ‘plakkerig’ zijn. Over dit onderwerp verscheen hier een eerder blog. Daarin legt Mike White haarfijn uit dat het er in cellen wellicht heel rommelig aan toe gaat.

De vraag bleef hangen: hoe kan het genoom van de ui zoveel junk bevatten en dat van de mens die zoveel complexer is zoveel minder. Hoe kan het dan toch een functie hebben? Omdat de hele lezing er van uitging dat de bevindingen van ENCODE correct waren heb ik deze vraag niet gesteld. Er waren geen vragen na afloop.

Brownse beweging

myosine actineHet samentrekken van spierweefsel verloopt volgens zich razendsnel opeenvolgende cyclussen van binden en loslaten van myosine en actine. Myosine dat in ruststand ATP (de universele energiemolecule) gebonden heeft, maakt zich vast aan actine, hydroliseert het ATP in ADP en Pi en met de vrijgekomen energie knikt het molecuul zijn hoofd waardoor het myosine-filament schuift ten opzichte van het actine filament. Door dit mechanisme wordt de spier korter. Het gaat hierbij om myosine II (een van de twintig soorten) dat zich in onze spierbundels als filamenten organiseert, waarbij de reactieve koppen het werk verrichten.

In een artikel uit 2010 wordt beschreven hoe myosine II ook als enkel molecuul kan optreden samen met een filament van actine in een in silico experiment. In dit geval, waarin de myosine niet als filament samengebundeld is, beweegt deze losse molecuul (in het model) langs het filament van actine in plaats van een spier te laten samentrekken. Er wordt zo bekeken in hoeverre er gedurende het ‘lopen’ van de myosine een bijdrage wordt geleverd door Brownse beweging. Deze beweging is een random beweging van moleculen in een gas of vloeistof en is makkelijk te zien onder een microscoop. Deze beweging is door Einstein gekwantificeerd met de volgende formule ( x(t + dt) – x(t)) ^2 = 2D.dt. waarin x het punt in de ruimte is van het Brownse deeltje; t de tijd en D de diffusie-coëfficiënt die afhangt van grootheden als viscositeit en temperatuur van het medium.

F4.medium

Schematic view demonstrating how the motion of myosin is associated with ATP hydrolysis. The solid curve, E1, represents the energy landscape found in our study (see Fig. 2), while the dotted curves, E1* and E2, represent putative energy landscapes for the strong actin-binding (nucleotide-free) and the detached (ATP-bound) states, respectively. For convenience, different colors are used for the high-energy (magenta) and low-energy (blue) regions. Arrows constitute a possible sequence of myosin motion coupled with ATP hydrolysis: (a) unidirectional, stepwise Brownian motion as found in our study (see Fig. 1) in the presumed ADP·Pi-bound state, (b) transition into the strong binding state upon products (ADP and Pi) release, (c) dissociation from the actin filament upon new ATP binding, (d) essentially isotropic Brownian motion in the ATP-bound state, (e) reentry to E1 upon ATP hydrolysis (i.e., in the ADP·Pi-bound state).

De studie laat zien hoe de beweging van deze myosine langs het actine-filament stochastisch is, maar wel duidelijk een richting heeft. De auteurs concluderen dat er sprake is van een Brownse ratel die een substantiële bijdrage levert aan het omzetten van energie van de actomyosinemotor.

Ze beschouwen daarbij het energielandschap als een trechter die het actomyosinesysteem permitteren thermale ruis te verzamelen voor de voortbeweging van de myosine.

Eerder verscheen er hier een blogbericht over Brownse beweging in de context van het boek Life’s Ratchet van Peter M. Hoffmann. Dit bericht zet het accent wat meer op het feit dat er naar alle waarschijnlijkheid Brownse beweging te pas komt aan de beweging van motoreiwitten. Dit zou kunnen betekenen dat op de nanoschaal vitaliteit en dynamica van eiwitten aan de Brownse beweging te danken zijn. Dit kan implicaties hebben voor theorien over de bron van energie gedurende de formatie van de eerste macromoleculen.

Uit: PNAS, UniSci.

Ratzinger, Dawkins, Odifreddi, Monod, en meer…

Het is geen vers nieuws meer, maar er is een dialoog op gang gekomen tussen Joseph Ratzinger en Piergiorgio Odifreddi, een Italiaans wiskundige.

FESTIVAL DELLA MENTE

Piergiorgio Odifreddi

De ex-paus heeft een brief geschreven aan Odifreddi. Het is een reactie op een essay van Odifreddi met de titel, “beste Paus, ik schrijf je” (“Caro papa, ti scrivo”) dat weer een kritiek is op de werken van Ratzinger.

De brief van Ratzinger gaat over veel onderwerpen zoals, de historiciteit van Jezus, de verbinding tussen religie en rede en vooral over de waarde van de wetenschap.

Ratzinger zegt dat er heel wat science-fiction in de evolutietheorie te vinden is. Richard Dawkins met zijn “the selfish gene” noemt hij een klassiek voorbeeld van science-fiction. Hij haalt ook een stuk van Jacques Monod (Nobel 1965) aan uit zijn beroemde boek “Toeval en onvermijdelijkheid” en zegt daarvan dat de schrijver dat stuk er ingezet heeft wetende dat het om science-fiction gaat. Het betreft een citaat waarin Monod beschijft hoe de gewervelden tetrapoden ontstonden uit vissen die langzaamaan de vloedlijn, de kust, verkozen. Waar zouden volgens de ex-paus de gewervelde tetrapoden vandaan gekomen zijn ? Had Johannes Paulus II niet al ingezien dat de evolutietheorie op zeer sterke basis staat inmiddels. Daar denkt Ratzinger blijkbaar weer heel anders over.

Het lijkt erop dat Ratzinger opnieuw dezelfde fout maakt als indertijd de kerk tegen Galileo. De kerk was toen, zoals Feyerabend al beweerde, zo strikt wetenschappelijk en aan de wetenschappelijke methode gebonden dat ze de wetenschappelijke ideeën van Galileo niet konden accepteren omdat daar de bewijzen niet sterk genoeg voor waren.

Er is plotseling dus veel kritiek op “The selfish gene” van Richard Dawkins niet alleen van de ex-paus. Onder andere van Laurence (Larry) Moran en van een blogger van the Guardian, Andrew Brown die op zijn buurt weer door Jerry Coyne bekritiseerd wordt. Kortom, een heen en weer van argumenten. Een mooie ode aan Monod daarentegen is het boek van Sean Carroll die vandaag bij Larry Moran op bezoek was.

Het is interessant te zien dat een relatief oud boek als dat van Dawkins nog steeds zoveel stof doet opwaaien. Dawkins lacht in zijn vuistje nu zijn bestseller opnieuw zoveel aandacht krijgt net voor de uitgave van zijn nieuwe autobiografie.

Convergentie op grote tijdschaal

In Nature staat een mooi artikel waarin men de moleculaire basis van convergente evolutie onderzoekt. Convergente evolutie doet zich voor wanneer twee organismen onafhankelijk van elkaar eenzelfde eigenschap ontwikkelen. Onafhankelijk in de zin dat hun voorouders deze eigenschap niet bezaten.

Er zijn talloze voorbeelden van convergente evolutie zoals vleugels bij vogels, vleermuizen en insecten, antivrieseiwitten bij vissen in de noord- en de zuidpool, gestroomlijnde haaien en dolfijnen, en ook het oog is vele keren opnieuw uitgevonden. Zo is het al langer duidelijk dat zowel vleermuizen als dolfijnen onafhankelijk echolocatie ontwikkeld hebben. Dit artikel laat zien dat deze convergentie zich ook voordoet op niveau van de genen. Dat wil zeggen dat een relatief kleine hoeveelheid genen onafhankelijk op dezelfde wijze veranderd was. Het is dus niet alleen het fenotype dat door convergente evolutie dezelfde eigenschappen krijgt, maar ook het genotype dat vrijwel dezelfde veranderingen ondergaat in zeer uiteenlopende organismen. Het gaat daarbij om genen die vooral betrokken zijn bij het gehoor en de structuur van het binnenoor. (Zie ook het bericht in de Volkskrant). Volgens de auteurs van het Nature-artikel is de door hen gevonden moleculaire convergentie het tipje van een ijsberg. En er zal blijken dat vanwege het feit dat sommige genen door convergente evolutie zoveel op elkaar lijken in organismen die fylogenetisch ver van elkaar staan dat deze zelfde classificatie bemoeilijkt zal kan gaan worden. De fylogenetische boom is immers gebaseerd op de gelijkenis en de verschillen tussen genen.

Bats-and-dolphins-have-echolocation-capabilities

Convergentie van echolocatie

 Een ander voorbeeld van convergente evolutie dat gisteren gepubliceerd werd (maar niet de moleculaire basis behandelt) is dat van de staart van mosasaurussen die praktisch dezelfde structuur had als die van de haaien. Haaien bestaan al zo’n 420 miljoen jaar. In de mosasaurus, die 90 – 66 miljoen jaar geleden leefde, en vanaf het land het water veroverde, zie je dezelfde staart terug maar dan omgekeerd. Men leidt daaruit af dat de mesosaurus gezwommen moet hebben als een haai. Vissen (waaronder ook haaien) hebben een van links naar rechts bewegende staart terwijl waterzoogdieren een op en neer bewegende staart hebben. Dit zou te maken hebben met het feit dat (kraak)beenvissen van wormen afstammen die met hun lichaam kronkelden om vooruit te komen. De mosasaurus, een gigantische hagedis, had blijkbaar ook nog steeds een zigzaggende beweging die terug te vinden is in hoe hij zijn staart gebruikt moet hebben. Pas met het veroveren van het water door de zoogdieren verscheen voor het eerst de horizontale staart.

mosasaurs tail

Staart van de mosasaurus

Het volgende filmpje is erg de moeite waard. Er is de mosasaurus te zien in Walking with the Dinosaurs met Nigel Marven. Een prachtig beest, maar voor wat betreft de vorm van zijn staart eigenlijk niet meer geldig. Klik op onderstaande link en het filmpje zal vanzelf op 26 minuten en 15 seconden starten.

[ http://youtu.be/pzYM_-1J85Y?t=26m15s ]

 Uit: Nature, Volkskrant, Nature Communications

Een dubbel proces van Galileo

Feyerabend (1924-1994) was een wetenschapsfilosoof die zich voluit tegen de wetenschap verzette. Hij noemde het een religie. Zoals hij in een lezing vertelt poneerde hij dergelijke stellingen om zijn boek goed te verkopen. Hij schreef Against Method dat zich tegen de wetenschappelijke methode keert. Er verscheen een artikeltje in het Italiaans op een site die “Storie di Scienza” heet. Daarin worden de ideeën van Feyerabend ten aanzien van de veroordeling van Galileo verdedigd.

Ten eerste zou Feyerabend beweren dat Galileo zijn nieuwe theorieën moest bevestigen niet zozeer tegen de kerk en het geloof in, maar tegen de toen gangbare wetenschappelijke opvattingen. De meningen uit die tijd over Galileo werden gevormd door ‘collega-wetenschappers’.

Ten tweede zou Feyerabend beweren dat de observaties van Galileo niet door de kerk verworpen zouden worden als ze werkelijk wetenschappelijke bewijzen waren ook al zouden ze tegen de ‘waarheden’ van de bijbel ingaan. De kerk was namelijk overtuigd van het feit dat de Aarde rond was terwijl er in de bijbel vaak verwezen wordt naar een platte aarde; daar had de kerk geen enkele moeite mee. Was Galileo met krachtige bewijzen gekomen, zo beweert de schrijver hier, dan had de kerk zich daar bij neergelegd.

Het fundamentele bewijs van Galileo werd bepaald door zijn telescoop. Men zou vaak vergeten dat deze telescoop een instrument uit de 16de eeuw was. Feyerabend beweert dat vele wetenschappers van toen er twijfels over hadden en hij citeert Horky, leerling van Kepler, die beweert dat het instrument goed werkte op relatief korte afstanden, maar sommige “fixed stars” zag men dubbel.

Update 3 september: De auteur van het Italiaanse artikel stelt duidelijk hoe volgens Feyerabend de kerk rationeel was door vast te houden aan de wetenschappelijke methode terwijl Galileo deze methode juist omver wierp en zijn eigen gang ging. Feyerabend ziet daarin een voorbeeld van een wetenschapper die zich niet aan de regels houdt en om die reden juist baanbrekende ontdekkingen doet.

Zie ook dit artikel (met dank aan Nand Braam):
http://www.filosofie.nl/nl/nieuws/2746/de-paus-begrijpt-niets-van-feyerabend.html

Een hybride virus

Er is in april van dit jaar in een meer (Boiling Springs Lake) een virus ontdekt dat uit DNA bestaat maar dat een gen bevat dat codeert voor de capside (of eiwitmantel) van een RNA-virus. Dit virus wordt beschouwd als een hybride. Deze vondst laat zien dat de grenzen tussen de verschillende typen virussen relatief makkelijk kunnen vervagen. Hoewel het ontstaan van dit virus in het bijzonder relatief recent is, geeft het wel een concreet voorbeeld van hoe de conversie van “RNA-wereld” naar de “DNA-wereld” mogelijk is geweest.

retrovirus

Een retrovirus

Er bestaan drie grote indelingen van virussen. De DNA-virussen, de RNA-virussen en de retrovirussen. Tot nu toe waren deze groepen duidelijk verschillend. DNA-virussen kunnen enkelstrengs of dubbelstrengs zijn. Na infectie gebruiken deze virussen de DNA-polymerase van de cel om nieuwe kopieën van zichzelf te maken. RNA-virussen doen hetzelfde en maken gebruik van de RNA-polymerase van de cel om zich te vermenigvuldigen. Retrovirussen daarentegen bestaan uit RNA dat wordt ‘teruggezet’ in DNA. Dit gebeurt door middel van de door het virus gecodeerde reverse transcriptase; een enzym dat RNA omzet in DNA. Dit DNA wordt daarna in het DNA van de gastcel gezet en kan daar korter of langer verblijven voordat het weer getranscribeerd wordt in vele RNA-kopieën.

Het gevonden hybride virus (BSL-RDHV) bestaat uit enkelstrengs DNA en bevat een gen dat codeert voor de capside van een RNA-virus. Er wordt verondersteld dat er ooit infectie geweest is van een enkele gastcel met zowel een DNA-virus, een RNA- virus en een retrovirus. Daarbij is een stukje RNA dat voor het capside van dat virus codeerde omgezet in DNA en in het DNA van een DNA-virus terecht gekomen. Het is hoe dan ook genoeg dat er reverse transcriptases aanwezig waren om dit RNA om te zetten in DNA.

De drie virussen, drie domeinen theorie

De drie virussen, drie domeinen theorie. Gestippelde lijnen geven RNA cellijnen aan en vette lijnen geven DNA cellijnen aan. FvA, FvB en FvE zijn de grondlegger virussen voor Archaea, Bacteriën en Eukarya resp.

Dit hybride virus is ook interessant binnen de discussie over de RNA / DNA / proteïne-wereld. Lang voordat deze vondst gedaan werd beschreef Patrick Forterre al een scenario over de passage van een RNA-wereld naar een DNA-wereld (zie een voorgaand blog daarover). De RNA-wereld is een hypothetische wereld waarin de eerste replicators RNA moleculen waren. Deze wereld wordt door vele wetenschappers als een onvermijdelijke stap in de evolutie naar leven gezien. Om te verklaren hoe deze wereld vervolgens gebruik ging maken van DNA heeft Forterre een model geschetst waarin de eerste protocellen die gebruik maakten van RNA, geïnfecteerd werden door DNA-virussen. Op deze manier zou LUCA (Last Universal Common Ancestor) geïnfecteerd geraakt zijn met drie DNA-virussen die de grondleggers vormden voor de drie domeinen van het leven, bacteria, archaea en eucarya.

Voor wie nieuwsgierig is naar wat Eugene Koonin en Patrick Forterre er over te zeggen hebben zie ook de reviews onderaan het artikel in Biology Direct.

Uit: BiologyDirect, NatureNews.

Scientia Salon

Ipsa Scientia Potestas Est

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Teaching Biology

Random Posts on Biological Topics

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

Aad Verbaast

te gek voor woorden eigenlijk

Antoinette Duijsters

Een andere WordPress.com site

Volg

Ontvang elk nieuw bericht direct in je inbox.

%d bloggers like this: