Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Categorie Archieven: evolutie

Mutatiesnelheid, substitutie snelheid en evolutie van virussen

Een belangrijke factor in evolutie is de mutatiesnelheid. Deze wordt bepaald door hoeveel fouten er optreden tijdens de reproductie van een cel of organisme, tijdens de replicatie van zijn DNA. Hoe betrouwbaarder de polymerase die het DNA kopieert, hoe minder fouten er gemaakt worden. De DNA-polymerase wordt daarbij ook gekenmerkt door proofreading. Zodra het enzym ontdekt een fout gemaakt te hebben, keert het om, knipt de fout eruit, vervangt de foute base door de goede en gaat weer verder. Ondanks de eigenschap van proofreading worden er toch nog fouten gemaakt die in het DNA sluipen. Gaat het om eencelligen dan heeft dit mutatie en evolutie tot gevolg. Bij meercelligen is er sprake van mutatie en evolutie wanneer de fouten in de geslachtscellen ingevoerd worden. Zodra de mutatie deel uitmaakt van het fenotype, d.w.z. zodra de mutatie gefixeerd is, kan er door selectiedruk geselecteerd worden op de nieuwe eigenschappen van het gemuteerde organisme en is er sprake van evolutie. Mutaties die gefixeerd worden vormen de substitutie snelheid ofwel de evolutiesnelheid. Substitutie snelheid wordt vaak gebruikt bij het classificeren van virussen en organismen.

In het geval van virussen is de hoge evolutiesnelheid een gevolg van grote populaties, korte generaties en hoge mutatiesnelheid. Zoals hierboven beschreven is mutatie afhankelijk van het aantal fouten dat gemaakt wordt. RNA virussen hebben een hogere mutatiesnelheid dan DNA virussen; ze maken nu eenmaal meer kopieerfouten. Maar, ook in het geval van RNA replicatie bij virussen kan er sprake zijn van proofreading

Het SARS-CoV-2 virus heeft, net als andere coronavirussen, een groot genoom. Het bevat zo’n 30.000 basen waarschijnlijk dankzij proofreading. Het heeft een mutatiesnelheid van 1.12 × 10−3 mutations per site per jaar. Dat zou iets meer zijn dan 2 mutaties per maand in het hele genoom. 

Fig. 1 SARS-CoV-2-mutatiefrequentie in verschillende geografische gebieden. Acht nieuwe terugkerende hotspots-mutaties (namelijk 1397, 2891, 14408, 17746,17857, 18060, 23403 en 28881) en 5 reeds in de literatuur gerapporteerde hotspots (namelijk 3036, 8782, 11083, 28144 en 26143) werden onderverdeeld in 4 geografische gebieden: Azië (n = 71), Oceanië (n = 15), Europa (n = 101), Noord-Amerika (n = 33). De grafiek toont de cumulatieve mutatiefrequentie van alle gegeven mutaties die in elk geografisch gebied aanwezig zijn. Mutatie locaties in virale genen worden in de legende vermeld, evenals de eiwitten (d.w.z. niet-structureel eiwit, nsp) die deze mutaties presenteren. De figuur laat zien dat genomen van Europese en Noord-Amerikaanse patiënten een toename in mutatiefrequentie vertonen in vergelijking met Azië. Europa en Noord-Amerika vertonen een verschillend patroon van mutaties vertonen: mutatie 14408 (rood), 23403 (zwart), 28881 (elektrisch blauw) en 26143 (licht groen) zijn voornamelijk aanwezig in Europa, terwijl 18060 (roze), 17857 (paars) en 17746 (lichtblauw) voornamelijk aanwezig zijn in Noord-Amerika (Pacchetti et al. 2020)

Zoals door Gert Korthof beschreven in zijn post op Evolutie blog (Did the highly transmissible British SARS-CoV-2 variant B.1.1.7 originate in one individual?), kan er in een immuun verzwakte patiënt een nieuwe variant ontstaan. We hebben daar de mogelijkheid bediscussieerd dat een virus, wanneer het vrij spel heeft, kan muteren en diversifiëren zoveel het wil. Een hoge mutatiesnelheid door kopieerfouten is een risico voor een virus want, zoals besproken in voorgaande post op dit blog, bestaat er een trade off: maakt het virus te veel fouten dan kan het vlug muteren en zich snel aanpassen aan nieuwe omstandigheden, maar het riskeert ook door een catastrofe aan fouten virulentie te verliezen of zelfs te verdwijnen en uit te sterven. Over het algemeen zijn mutaties in virussen schadelijk en het gemuteerde virus sterft uit. Dan zijn er de neutrale mutaties en vervolgens slechts enkele die gunstig zijn. Een virus dat een immuun verzwakte patiënt infecteert kan vrij muteren en is daarbij vrijwel onafhankelijk van hoe besmettelijk het moet zijn om over te kunnen springen op een andere gastheer. Het blijft immers in de patiënt. Uiteindelijk zal er een virus vrijkomen dat besmettelijker kan zijn dan het originele virus waarmee de patiënt geïnfecteerd raakte. 

Een interessant gegeven wordt beschreven door het artikel van P. Simmonds et al. 2019.  Endogene virale elementen (EVE’s) in het genoom van zoogdieren, vogels en andere eukaryoten laten zien dat virussen vergelijkbaar zijn met hedendaagse virussoorten die al tientallen miljoenen jaren geleden bestonden. Een voorbeeld: het HBV (virus dat hepatitis B veroorzaakt) werd gevonden in het genoom van mensen die 2500-3000 jaar geleden in Europa en Centraal-Azië leefden. Deze antieke virussen kwamen duidelijk overeen (‘matched’) met de HBV virussen van vandaag  en verschilden slechts voor 1,3 – 3% van de moderne HBV virussen. De substitutie snelheid van de antieke HBV virussen ligt ongeveer 100x lager (8.04 × 10−6 SSY – Substitutions per Site per Year – tot 1.51 × 10−5 SSY in de antieke virussen tegen 7.72 × 10−4 SSY in de huidige virussen).

Dergelijke studies wijzen uit dat virussen van lang geleden een lage substitutie snelheid bezitten, terwijl virussen uit recentere perioden of hedendaagse virussen veel hogere substitutie snelheden vertonen. Wanneer virale evolutie wordt gemeten over korte tijdschalen, worden typisch snelle opeenvolgingen van verandering waargenomen. Echter, over langere tijdschalen, zijn de evolutionaire snelheden van virussen verschillende orden van grootte langzamer en naderen die van hun gastheren. Over de langste tijdschalen (100 miljoen tot 1 miljard jaar) waren substitutie snelheden voor DNA- en RNA-virussen van welke soort ook, bijzonder vergelijkbaar namelijk snelheden van 1–5 × 10−9 SSY; deze waarden komen op hun beurt nauw overeen met de gemiddelde substitutie snelheden van 2,2 × 10−9 SSY bij het genoom van zoogdieren. Er bestaat tot nog toe geen duidelijke verklaring van dit fenomeen. Misschien is de meest algemeen aanvaarde verklaring wel dat snelheidsmetingen op korte termijn processen op populatieniveau vastleggen, inclusief schadelijke transitorische mutaties en gunstige maar transitorische shortsighted aanpassingen voor hun huidige host die dus geen lange termijn kennen. De substitutie-snelheden op lange termijn daarentegen geven beter de werkelijke fixatiesnelheid van mutaties over macro-evolutionaire tijdschalen weer.

Fig. 2 Benaderingen om de evolutie van het RNA-virus te bestuderen. Het Venn-diagram illustreert de twee historische, en grotendeels parallelle, onderzoeksgebieden in virus evolutie – de experimentele en de vergelijkende – die aan het eind van de jaren zeventig ontstonden. Ze overlappen elkaar in het algemeen alleen bij de studie van een beperkt aantal virusoverdracht gebeurtenissen tussen de verschillende hosts, waarbij vaak sprake is van een aanzienlijk knelpunt (bottleneck) in de populatie. Door het gebruik van in vitro of in vivo modelsystemen, richten experimentele studies zich grotendeels op de evolutie op korte termijn, met name die welke plaatsvindt binnen individuele gastheren. Daarentegen behandelen vergelijkende benaderingen interhost, epidemiologische schaal dynamiek die meerdere ronden van interhost transmissie met zich meebrengt en zijn meestal gebaseerd op fylogenetische analyses. De auteurs van het artikel waar deze illustratie uitkomt (Geoghegan et al. 2018) suggereren dat een nieuwe evolutionaire genetica-benadering nodig is om deze kloof te overbruggen.

Deze laatste verklaring doet denken aan de intra-host besmettingen met SARS-CoV-2 van patiënten met een verzwakt immuunsysteem, zoals beschreven door Gert Korthof. Deze besmettingen zouden veel mutaties voortbrengen (veel varianten) die vergelijkbaar zijn met de korte termijn metingen hierboven beschreven. Kijkt men op langere termijn – naar de besmettingen tussen verschillende gastheren – dan is de mutatiesnelheid veel lager. Op de lange termijn worden immers mutaties vastgelegd die het virus een ‘goede’ besmettingsgraad verschaft. Dat laatste is gedurende intra-host reproductie niet nodig, het virus muteert immers in het wilde weg. Inter-host reproductie is daarentegen afhankelijk van een (sterke) besmettingsgraad – de juiste mutaties daarvoor worden geselecteerd door een bottleneck en gefixeerd (zie fig.2).

Referenties

Evolutieblog Gert Korthof: Did the highly transmissible British SARS-CoV-2 variant B.1.1.7 originate in one individual?

Complexities of Viral Mutation Rates; Kayla M. Peck, Adam S. Lauring. Journal of Virology Jun 2018, 92 (14) e01031-17; DOI: 10.1128/JVI.01031-17

Simmonds, P., Aiewsakun, P. & Katzourakis, A. Prisoners of war — host adaptation and its constraints on virus evolution. Nat Rev Microbiol 17, 321–328 (2019). https://doi.org/10.1038/s41579-018-0120-2

Robson, Fran & Khan, Khadija & Le, Thi & Paris, Clément & Demirbag, Sinem & Barfuss, Peter & Rocchi, Palma & Ng, Wai-Lung. (2020). Coronavirus RNA Proofreading: Molecular Basis and Therapeutic Targeting. Molecular Cell. 79. 10.1016/j.molcel.2020.07.027.

Evolutionary Virology at 40; Jemma L. Geoghegan, Edward C. Holmes. GENETICS December 1, 2018 vol. 210 no. 4 1151-1162; https://doi.org/10.1534/genetics.118.301556

Emerging SARS-CoV-2 mutation hot spots include a novel RNA-dependent-RNA polymerase variant. Pachetti et al. J Transl Med (2020) 18:17 https://doi.org/10.1186/s12967-020-02344-6

Trade-off: over virussen en mensen

Een trade-off is gebaseerd op de beschikbaarheid van een bepaalde hoeveelheid energie. Wordt er veel energie gestoken in een parameter van het bestudeerde systeem dan kan er vanzelf niet al teveel overblijven voor een andere parameter. De term wordt veel gebruikt in economie. In een evolutionaire trade-off is er een balans tussen twee tegenstrijdige selectie-drukken. Een voorbeeld van evolutionaire trade-off is de eendagsvlieg, die in zijn volwassen reproductieve vorm geen functionerende darm heeft en maar één dag leeft. Dit komt doordat de energiebron voor onnodige voedingsapparatuur naar organen voor vliegen en voortplanting gegaan zijn. (Een voorbeeld van Richard Dawkins).

In deze blogpost wordt de mogelijke trade-off van virussen met hun host belicht. Een virus is niet meer dan een relatief korte RNA- of DNA-molecuul verpakt in een omhulsel. Laten we daarom eerst eens bekijken wat deze moleculen zijn en waartoe ze in staat zijn.  

De primordiale wereld en de rol van RNA

Sommige wetenschappers veronderstellen dat pre-biologische moleculen chemische reactie-cyclussen ondergingen die zich onafhankelijk konden voltrekken. Er zouden verschillende chemische cyclussen plaatsgevonden kunnen hebben op de vroege Aarde zo rond 3,8 miljard jaar geleden. Als ze dezelfde bouwstenen gebruikt zouden hebben om hun cyclussen te voltrekken, dan moeten ze met elkaar gewedijverd hebben. De meest efficiënte cyclus zou de minder efficiënte cyclussen overvleugeld hebben. Ook bij de eerste zelf-replicerende moleculen was er dus sprake van selectie. Deze chemische evolutie ging vooraf aan de biologische evolutie. 

Er is lang gedacht over welke moleculen de eerste en belangrijkste waren in deze primordiale cyclussen. Waren het DNA, RNA of proteïnen? In levende cellen is het het DNA dat de code voor proteïnen draagt die via het mRNA wordt afgelezen. In de jaren ’80 ontdekte Thomas Cech daarentegen dat RNA een soort moleculair hybride is en inderdaad ook code draagt voor proteïnen maar ook enzymatische activiteit heeft en andere moleculen kan veranderen. Maar wat vooral van belang was voor de theorie van de primordiale wereld, was dat RNA ook een loop kon maken en zijn eigen code kon bewerken zonder hulp van enzymen. De bioloog Gerald Joyce nam het RNA van Cech en liet het los op DNA. Hij kreeg natuurlijk vrijwel geen reactie, maar hij liet het evolueren (nam steeds de fractie RNA moleculen die het efficiëntste waren in het splitsen van DNA) en kreeg uiteindelijk, na twee jaar, RNA moleculen die net zo goed DNA konden splitsen als hun eigen RNA. Het bleek later dat RNA veel reacties kan voltooien en aminozuren kan binden en wordt daarom als de hoofdrolspeler gezien van de primordiale wereld ofwel de “RNA-wereld”. Het RNA kon zowel de rol van DNA als de rol van eiwitten vervullen. Met de daadwerkelijk opkomst van door RNA gecodeerde enzymen kon hetzelfde RNA nog vlugger gekopieerd worden en daarmee zijn efficiëntie verhogen. Ook het dubbelstrengs DNA zou door toevoeging en kleine veranderingen uit het enkelstrengs RNA ontstaan kunnen zijn. Het DNA is veel stabieler en heeft de functie van informatieopslag van onder andere onze genen.

Een virus is een streng RNA of een DNA-molecuul dat door een membraan of envelop omhuld is. Om zich te kunnen reproduceren is een virus totaal afhankelijk van zijn gastheer. Dat kan een bacterie, eencellige of meercellige eukaryoot zijn. Reproductie is een van de kenmerken van ‘leven’. Er zijn nog vele andere kenmerken, die ik hier niet wil noemen, om het eenvoudig te houden. Virussen worden beschouwd als niet-cellulair leven. Ze bezitten immers genen, maar voor hun metabolisme zijn ze geheel afhankelijk van een gastheer. Nadat ze gebruik gemaakt hebben van de replicatie machine van de gastheercel, assembleren ze vanzelf. Deze eigenschap versterkt het vermoeden dat ze als zelf-assemblerende organische moleculen aan de wieg hebben gestaan van het eerste leven.

Trade-off in virussen

Er bestaat de hypothese van een trade-off voor virussen. Daarbij gaat een toename in virulentie ten koste van besmettingskans en andersom. Er ontstaat een balans, een trade-off van twee tegenstrijdige selectiedrukken: één die de pathogeen aanzet om meer te groeien en zodoende de gastheer meer uit te buiten, en één die ervoor zorgt dat de gastheer lang genoeg kan overleven om soortgenoten te besmetten. Wanneer als gevolg van een genetische mutatie een virus virulenter wordt en zijn gastheer zo ziek maakt dat hij overlijdt, dan verdwijnt het virus met de dood van zijn gastheer. Is het virus afhankelijk van een levende gastheer die rondloopt om zoveel mogelijk mensen te besmetten, dan moet het virus niet dodelijk zijn. Het griepvirus maakt de gastheer licht ziek omdat zijn levenscyclus afhangt van het niezen van zijn gastheer op een volgende gastheer. Voor een aantal virus-gastheer systemen is de hypothese aangetoond (waaronder HIV bij mensen en myxomatose in konijnen ). Deze systemen vinden een positieve correlatie tussen virulentie en besmetting.

Fig. 1 Trade-off van een virus
Elke toename van virulentie (groen) zou moeten worden gecompenseerd door een afname in besmettelijkheid (rood) en andersom. Gaat een van deze twee paramaters buiten de range (stippellijn) van optimale fitness (blauw) dan heeft het virus een lage fitness (ook in blauw), wat kan betekenen dat het virus verdwijnt.

Het is daarentegen ook mogelijk dat het virus vooral wedijvert met andere ziekteverwekkers in de gastheer. In dat geval wordt het lastig om de trade-off hypothese te bestuderen.

Op Twitter kwam ik deze grafiek tegen gepost door @AdamJKucharski, mathematicus en epidemiologist

Gevonden op https://twitter.com/AdamJKucharski/status/1348742487846875138?s=20

Adam Kucharski illustreert hier dat wanneer een parameter zoals besmettelijkheid 50% toeneemt dan neemt het aantal doden exponentieel toe. Wanneer uitsluitend de virulentie met 50% toeneemt dan gaat het aantal doden recht evenredig omhoog. Als de besmettelijkheid hoog is, en als de trade-off van toepassing is op dit virus, dan zou de virulentie moeten dalen. Het zou kunnen dat wanneer de besmettelijkheid toeneemt en de virulentie inderdaad vermindert het virus minder doden veroorzaakt. Om te weten of er in het geval van Covid19 een trade-off systeem is tussen SARS-Cov-2 en de mens, moet er bijgehouden worden hoeveel mensen er sterven ten opzichte van het aantal positieven. Gegevens zoals het aantal mensen dat sterft, dat wordt opgenomen in het ziekenhuis of dat in de loop van de tijd positief test op het virus, worden gebruikt om in te schatten hoe gemakkelijk het virus zich verspreidt. Deze gegevens bepalen de R-waarde. Als de R-waarde hoger is dan één, neemt het aantal gevallen exponentieel toe, maar als het R-nummer lager is, zal de ziekte zich uiteindelijk niet meer verspreiden, omdat er niet genoeg nieuwe mensen worden geïnfecteerd om de uitbraak in stand te houden.

Gezien vanuit het virus is de trade-off een prima deal, het reproduceert zich net zo goed en behoudt dus zijn fitness zowel met hoge besmettingskans en lage virulentie als met het omgekeerde. Natuurlijke selectie bepaalt hoe deze waarden liggen. De interactie virus-gastheer is afhankelijk van vele factoren die mij onbekend zijn, maar die zeker te maken hebben met waarden aan de kant van de gastheer zoals bevolkingsdichtheid, immuniteit van de mensen, seizoen, bewegingsvrijheid van de mensen en waarden aan de kant van het virus zoals de besmettelijkheid en virulentie.

Het is te hopen dat er voor SARS-Cov-2 en de mens ook een trade-off bestaat en dat we deze kunnen doorbreken door de besmettelijkheid zodanig te verlagen dat deze een extreem lage fitness oplevert. Dat gebeurt wanneer we immuun oftewel gevaccineerd zullen zijn.

Referenties

Benton, M.L., Abraham, A., LaBella, A.L. et al. The influence of evolutionary history on human health and disease. Nat Rev Genet (2021). https://doi.org/10.1038/s41576-020-00305-9

Geoghegan, J.L., Holmes, E.C. The phylogenomics of evolving virus virulence. Nat Rev Genet 19, 756–769 (2018). https://doi.org/10.1038/s41576-018-0055-5

EVOLUTIONAIRE GENEESKUNDE: FEIT OF FICTIE? door Michiel DE KEYSER. UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar 2014 – 2015

Evolution, The Triumph of an Idea: From Darwin to DNA by Carl Zimmer 2002

Natural selection and disease. Lecture by Richard Dawkins The Pharmaceutical Journal Vol 265 No 7117 p528 October 07, 2000 The Conference

Coronavirus, zijn we schuldig of slachtoffer?

Geschiedenis van Pandemieën

Illustratie van de Geschiedenis van Pandemieën (voorzover bekend), van het internet, bron onbekend

Gedurende deze tijd van social distancing en, zoals het geval is in sommige landen, van een lockdown, kan worden gezegd dat deze periode van isolement voor velen ook een moment van reflectie is over hun leven en over de situatie waarin de wereld zich bevindt. Het is een tijd om je voor te bereiden op een ander leven, waarin je misschien meer bewust bent van je gedrag met betrekking tot het milieu, het klimaat en de verandering ervan en met een groter besef van de waarde van vele privileges die al sinds lang zijn verworven. We voelen ons collectief schuldig omdat we de aarde hebben geëxploiteerd, het milieu hebben vervuild en we voelen het gewicht van een grote verantwoordelijkheid. In feite is er geen ontsnapping mogelijk, we lijken nu definitief verantwoordelijk te zijn voor klimaatverandering. We kunnen zeggen in het Antropoceen aangekomen te zijn, niet alleen vanwege de vervuiling en ons indrukwekkend plastic spoor, maar vooral omdat we, als de wereldwijde temperaturen blijven stijgen, denken dat het onze schuld is en als ze dalen, denken we dat dit te wijten is aan onze klimaatstrategie. De mens voelt zich heden ten dagen 100% verantwoordelijk voor het klimaat.

 

Dit sentiment komt naar voren in het nieuws op televisie, in kranten en in social media. Met de komst van het Covid-19 coronavirus lijkt het erop dat we weer een ander voertuig hebben gevonden voor ons schuldgevoel. De komst van dit virus zou aantonen hoe slecht we tot nu toe hebben geleefd, en hoeveel het de schuld is van overbevolking, van ons slechte beheer van het milieu en de vernietiging van ecosystemen. Op dit punt voel ik me gedwongen om het virus en de mens te verdedigen: min of meer dodelijke virussen hebben altijd bestaan ​​en zijn een constant gezelschap geweest van de mens gedurende zijn migratie over de wereld, zelfs toen de bevolking nog beperkt was en we nog heel weinig impact op de planeet, haar biosfeer en haar bewoners hadden. Het Covid-19 is daarom onschuldig, in feite is het niets meer dan een microscopisch deeltje bestaande uit verschillende macromoleculen dat zelfs niet in staat is buiten zijn gastheer te leven. De mens staat echter, met al zijn technologie en wetenschap, met lege handen voor dit virus, dat ​​onschuldig is. Wij zijn niet slecht of schuldig, we zijn slachtoffers van de wapenwedloop dat het mechanisme van de natuur vormt.

Dezelfde natuur die we zo bewonderen als we de bloei van bloemen in het voorjaar zien, en die we nu nog meer bewonderen, nu we in isolement zijn en de dieren en planten hun ruimte heroveren.

arbitrium

Virussen communiceren met elkaar en met hun nakomelingen door middel van een korte proteïne. De hoeveelheid van dit eiwit bepaalt of de gastheercel lyse ondergaat of dat het virus de cel spaart. Dit eiwit, dat kort geleden ontdekt is, wordt arbitrium genoemd.

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

Wanneer virussen hun gastheer infecteren, gaat dit een veel gevallen gepaard met de kaping door het virus van de replicatie- en translatieprocessen van de gastheercel. Er worden dan opnieuw alle bestanddelen van het virus aangemaakt die zich samenstellen tot nieuwe virussen. Wanneer deze vrijkomen barst de cel open; er vindt lyse plaats en de cel gaat dood. Maar het genetisch materiaal van het virus kan ook deel uit gaan maken van dat van de gastheer. Het plaatst zich in het DNA van de gastheer en blijft slapende. Het virus veroorzaakt dan geen dood van de geïnfecteerde cellen, maar wordt na iedere celdeling doorgegeven aan de dochtercellen. Het virus lift zo mee op het DNA van de gastheercel. Dit is de lysogene cyclus, niet te verwarren dus met de eerder beschreven lyse cyclus.

lytische cyclus en lysogene cyclus

lytische cyclus en lysogene cyclus

Jaren heeft men onderzoek gedaan naar hoe deze keuze gemaakt werd. Men zocht vooral naar intracellulaire signaalwegen en genetische circuits in de gastheercel. Ook de onderzoekers van deze studie zochten naar moleculaire signalen tussen bacteriecellen en ontdekten zo het relatief korte eiwit verantwoordelijk voor de keuze (“arbitrium”) tussen lyse en lysogeen. Zij werkten niet zoals gewoonlijk met het bacteriofaag lambda, het meest bekende bacterievirus, en het bacterie E. Coli, maar met Bacillus subtilis en vier verschillende fagen. Ze infecteerden de bacteriën met de fagen en screenden het medium op zoek naar molecuulsignalen geproduceerd door de bacteriën. In plaats daarvan vonden ze een molecuul dat geproduceerd werd door een van de vier fagen: phi3T. Ze noemden het arbitrium.

Arbitrium wordt vrijgegeven na digestie met enzymen van een proteïne die door de faag gecodeerd is. Het korte eiwit arbitrium verspreidt door het medium en wordt vervolgens door specifieke kanalen in het membraan doorgelaten tot het plasma van een nabijgelegen bacteriecel. Arbitrium inhibeert een faagfactor die op haar beurt een gen activeert dat het lyse-proces stimuleert via een onbekend mechanisme. Het lyse-proces wordt door arbitrium dus verminderd of stilgelegd.

De onderzoekers zagen dat er vergelijkbare arbitrium systemen zijn in wel 100 bestudeerde fagen, waarbij elke faag alleen door zijn eigen geproduceerde arbitrium geregeld werd. De verschillende arbitrium-peptiden verschillen immers in hun samenstelling van aminozuren. Het is dus duidelijk dat een bepaalde faag in eerste instantie zich door lyse snel vermenigvuldigt, maar naarmate de concentratie van arbitrium toeneemt zal de lysogene cyclus de overhand krijgen. Dit overlevingsmechanisme is gebaseerd op het feit dat de faag zich alleen blijvend kan handhaven mits er genoeg gastheercellen overblijven. De lyse doodt de cellen en het tijdig stopzetten daarvan verzekert het virus van overleving omdat zijn gastheer blijft doorleven.

Vooralsnog is dit mechanisme van betekenis in bacteriofagen en bacteriën, maar het is waarschijnlijk dat er ook voor virussen en eukaryoten een dergelijk mechanisme bestaat.

Dit feedbacksysteem waarin elke faag zich vermenigvuldigt door productie van een eigen eiwit waaraan alleen hijzelf en zijn eigen nakomelingen gehoorzamen, geeft aan dat fagen uiterst bepalend zijn voor de biosfeer. Zij hebben hun evolutie onder eigen controle. Daarbij is het interessant te bedenken dat virussen zich samen met de eerste preprokaryoten ontwikkelden, zoals de hypothesen van Patrick Forterre stellen. Kunnen we, nu we weten dat ze communiceren met hun nakomelingen, ook spreken van levende virussen? Zou de kennis over het arbitrium systeem kunnen helpen in de strijd tegen resistente bacteriën?

Ref:

Erez, Zohar; Steinberger-Levy, Ida; Shamir, Maya; Doron, Shany; Stokar-Avihail, Avigail; Peleg, Yoav; Melamed, Sarah; Leavitt, Azita; Savidor, Alon (2017-01-18). “Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21049ISSN 1476-4687.

Davidson, Alan R. (2017-01-18). “Virology: Phages make a group decision”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21118ISSN 1476-4687.

Optimalisatie en selectie van ‘the fittest’

In snelgroeiende organismen als bacteriën en gist, kan er een verschil in ‘fitness’ gemeten worden door het vervangen van codons door een corresponderend synoniem codon. Vrijwel alle codons hebben synoniemen. Een codon, dat bestaat uit een triplet van DNA, codeert voor een aminozuur, de bouwsteen van proteïnen.

amino-acid-table-singlet-code

 

Elk aminozuur wordt gecodificeerd door meerder tripletten omdat de code redundant is. Er zijn namelijk 4^3 mogelijke tripletten of codes, aangezien het DNA uit vier verschillende ‘letters’ bestaat. Dit geeft 64 mogelijke codons terwijl er slechts 20 aminozuren zijn. Gemiddeld heeft elk aminozuur dus ongeveer 3 codons waardoor het gecodeerd wordt. In werkelijkheid worden sommige aminozuren door wel zes codons gecodeerd en sommige door slechts twee. Dit betekent dat een aminozuur als Glycine, dat gecodeerd wordt door vier codons (GGA, GGT, GGC en GGG), vier synoniemen heeft. In principe coderen ze alle vier voor Glycine, maar in de praktijk, althans in de bestudeerde micro-organismen, blijkt er vaak een codon gebruikt te worden. Zodra deze codons in het laboratorium vervangen worden door een synoniem, verlaagt dat de fitness van het organisme.

 

Nu opperen de onderzoekers dat het eerder de snelheid is waarmee de eiwitten gevormd worden die bepalend is voor de fitness. Deze snelheid kan dalen door een indirect mechanisme, waarbij de synoniemen de elongatie van het eiwit vertragen, en de ribosomen daardoor langer op de mRNAs blijven zitten. Er zijn daardoor minder vrije ribosomen beschikbaar en de gehele eiwitproductie wordt vertraagd.

Een andere mogelijkheid zou kunnen zijn dat er meer van een bepaald tRNA is dan van zijn synonieme tRNAs waardoor het eiwit sneller en efficiënter aangemaakt wordt. Een voorbeeld is opnieuw Glycine. Stel dat het GGT het optimale synoniem vormt, dan zou het kunnen zijn dat het tRNA dat Glycine aandraagt met het anticodon CCA het meest overvloedig aanwezig is. Zodra dit codon vervangen wordt door een synoniem, bijvoorbeel GGG, dan wordt de efficiëntie van eiwitproductie plotseling beperkt door een schaars tRNA met anticodon CCC en vertraagt de eiwitproductie. De snelheid van eiwitproductie is rechtevenredig met het selectieve nadeel van de populatie met een synoniem melden de auteurs.

salmonella

Salmonella

Het verschil in fitness voor de vervanging van een codon door een synoniem kan 0,01 procent per generatie bedragen in Salmonella meten de onderzoekers. Dit zou aantonen dat het in de natuur gebruikte codon het optimale codon is. De bestudeerde genen waren tufA en tufB, beide betrokken bij de productie van een elongatiefactor.

Dit soort studies laten zien dat in een cel de codons niet willekeurig zijn, dat er een zogenaamde synonymous codon usage bias bestaat. Deze studie kwantificeert daarbij ook het selectiepotentiaal van de optimalisatie van een codon.

Wat ik niet goed begrijp is waarom er voor deze studie het gen voor elongation factor bestudeerd is, een gen dat tenslotte directe consequenties heeft voor de snelheid van eiwit productie. Waarom is er niet gekozen voor een gen dat een eiwit codificeert dat niet direct betrokken is bij de translatie. In dit geval bestaan er namelijk niet alleen de ‘negatieve’ gevolgen van de synonymous codon usage bias, maar ook de verlaging van de productie van een eiwit door effecten op de productie van de elongation factor dat direct van belang is voor de eiwitproductie.

h/t Rob van der Vlugt

Uit:

Brandis G, Hughes D (2016) The Selective Advantage of Synonymous Codon Usage Bias in Salmonella. PLoS Genet 12(3): e1005926. doi:10.1371/journal.pgen.1005926

ScienceDaily

Een nieuw uiterst zelfzuchtig gen

Zoals Dawkins al schreef in ‘The selfish gene’ kunnen genen als zelfzuchtig beschouwd worden. Die genen die het organisme voordeel bieden zullen overleven. Met de woorden van Dawkins: “We zijn overlevingsmachines – robot vehikels, blind geprogrammeerd om de zelfzuchtige moleculen bekend als genen te bewaren.” (min of meer vrij vertaald uit het voorwoord).

Genome-engineering-a-new-field-of-scientific-studyEnkele weken geleden kwam in een discussie over de veertigste verjaring van de bestseller van Dawkins het zelfzuchtige gen weer ter sprake. Er werd door Laurence Moran op zijn blog Sandwalk opgemerkt dat de genen waar Dawkins het over heeft niet echt zelfzuchtig zouden zijn, want alleen het DNA dat zich binnen hetzelfde genoom repliceert zou pas echt zelfzuchtig genoemd kunnen worden.

Mijn gedachten dwaalden toen af naar een zeer speciaal en uiterst geval van selfish genes, namelijk genen die een ‘meiotic drive’ veroorzaken. In dat proces worden genen die normaal eerlijk over de geslachtscellen verdeeld worden ongelijk verdeeld, waarbij het gen dat dit veroorzaakt meer dan in de helft van de gevallen aanwezig is. Dit gen, dat ook wel een ‘segregation distorter’ genoemd wordt, komt zo onevenredig vaak in het nageslacht voor en kan uiteindelijk gefixeerd worden. Dit proces is onafhankelijk van het voordeel of nadeel dat het gen zelf biedt.

Gedurende meiose worden er haploide cellen gevormd. Elke cel ontvangt één van de twee homologe chromosomen. Dit resulteert bij grote aantallen geslachtscellen in een gelijke verdeling van de homologen. De allelen worden dus gelijk verdeeld zoals ook de wet van Mendel voorschrijft. Er zullen 50% allelen A zijn en 50% allelen a wanneer het organisme heterozygoot is. Gedurende meiotic drive is het gen (allel) A zo zelfzuchtig dat het er voor kan zorgen dat deze balans helemaal verschoven is. Wanneer dit allel een nadeel vormt voor het organisme kan het desondanks toch gefixeerd worden.

Zoals Dawkins in 1976 al illustreerde met het gen t in de muis, kan dit laatste allel, dat letaal is in homozygose (wanneer het organisme twee kopieën van dit allel bezit), zich in de populatie ophopen in heterozygose (wanneer er slechts een kopie van aanwezig is) door meiotic drive. Uiteindelijk zullen er steeds meer exemplaren zijn die homozygoot voor het gen t en ze zullen doodgaan. Een lokale populatie kan op deze manier uitsterven.

Een interessante alinea in ‘The selfish gene’ van Dawkins is de volgende:

“In spite of its deleterious side-effects, if a segregation distorter (het gen t uit het voorbeeld) arises by mutation it will surely tend to spread through the population. Natural selection (which, after all, works at the gene level) favours the segregation distorter, even though its effects at the level of the individual organism are likely to be bad.” (p.236 30th anniversary edition)

Hier kan over gediscussieerd worden, want natuurlijke selectie zou dit nadelige gen moeten doen verdwijnen en dat is wat het uiteindelijk ook doet wanneer deze lokale populatie uitsterft.

Er is nu opnieuw een gen gevonden dat verantwoordelijk is voor meiotic drive, een segregation distorter. De homologe chromosomen worden gedurende meiose van elkaar vandaan getrokken op een onevenwichtige manier en het gen R2d2 kan daardoor in grote getale verspreid raken in de populatie. Het gen veroorzaakt wel een kleinere worp en heeft dus duidelijk een nadeel in fitness. Desondanks verspreidt het zich met het gemak van een ‘selective sweep’ door de populatie. Dit resultaat wordt in de online bladen aangekondigd met titels als ‘Research challenges Darwin’ en de wet van Mendel alsof het een nieuw fenomeen betreft. Als we Dawkins moeten geloven is de selective sweep het gevolg van natuurlijke selectie en wordt Darwin dus niet betwist.

Uit:

Richard Dawkins; The selfish gene, 1976

Didion JP, Morgan AP, Clayshulte AM-F, Mcmullan RC, Yadgary L, Petkov PM, et al. (2015) A Multi-Megabase Copy Number Gain Causes Maternal Transmission Ratio Distortion on Mouse Chromosome 2. PLoS Genet 11(2): e1004850.
doi:10.1371/journal.pgen.1004850

John P Didion, et al. R2d2 drives selfish sweeps in the house mouse
Mol Biol Evol first published online February 15, 2016
doi:10.1093/molbev/msw036

ScienceNews

 

h/t Rob van der Vlugt

LUCA – the big bang of evolution

Een gastbijdrage van Leonardo da Gioiella

 

Een paar dagen geleden botste ik op een conclusie van Douglas L. Theobald, over universal common ancestry (UCA) – een positieve bevinding – neergelegd in Nature, in a letter to the editor. Ik denk dat dat niet zomaar een voorbarige conclusie was, maar een pertinent onjuiste conclusie: een conclusie die niet getrokken mag worden gegeven de premissen die aan de conclusie ten grondslag (zouden) moeten worden gelegd. Ik denk verder, dat dat niet zozeer een misrekening is van Theobald alleen, dan wel een misrekening van de evolutionist community die in haar wetenschappelijke methode de mogelijkheid van deze misrekeningen als het ware heeft ingebakken.

Vooraf moet opgemerkt worden dat Theobald over UCA spreekt, terwijl LUCA ook een staand begrip is: last universal common ancestor. Ik heb goede redenen om aan te nemen dat Theobald hetzelfde fenomeen op het oog heeft. Hij refereert enkele keren aan (het gebruik van) LUCA bij andere auteurs, en geeft dan niet aan dat zijn UCA daarvan zou afwijken. Daarnaast, en bovendien, voor de evolutionist dekt het begrip common ancestor dezelfde redenatie als common ancestry: de evolutionaire gedachte die the existence of universal homologies én in de constructie van het DNA én in de wijze waarop DNA en RNA zich manifesteren bij vermeerdering, als zekerheid van de onzichtbare, en bewijs van de onkenbare evolutie ziet.

De bijdrage van Theobald bestaat uit twee artikelen: a letter in Nature (abstract; 2010). Hierin maakt Theobald gewag van zijn bevindingen.
Een uitgebreider artikel in Biology Direct (2011), n.a.v. kritiek op de wijze waarop hij tot zijn conclusies gekomen is. De kritiek – let wel: niet op de conclusies, maar op de methode – kwam van Koonin & Wolf. Dit tweede artikel is peer reviewed door 3 wetenschappers. Wat daarbij opvalt is dat alle drie de wetenschappers positief zijn over de activiteit van Theobald, maar vraagtekens zetten bij zijn verslag, dan wel een stevige discussie aangaan, met als conclusies: suitable for publication (1ste reviewer), a great contribution to an ongoing discussion (2de reviewer) en the clash of scientific philosophies on display between the ‘old guard’ of Koonin and Wolf (and reviewers) […] and the ‘new guard’ of Theobald.

GSSP site in de Ediacara Hills, waar rudimentaire sporen van leven zijn gevonden - Ediacaran biota (GSSP is een keurmerk voor geologisch belangrijke locaties)

GSSP site in de Ediacara Hills, waar rudimentaire sporen van leven zijn gevonden – Ediacaran biota
(GSSP is een keurmerk voor geologisch belangrijke locaties)

 

De methode van Theobald is als volgt.
Hij bouwt statistisch materiaal op, op basis van de uitkomsten van een computermodel van evolutie, een computermodel dat algemeen geaccepteerd wordt. The probability van de mogelijke stappen vooruit in de ontwikkelingen in de evolutie wordt daarbij een kanswaarde toegekend.
Het aldus verkregen statistische materiaal wordt daarna geïnterpreteerd met de Bayesian benadering van statistics. Die benadering houdt grofweg in dat the probability mede bepaald wordt door de verwachtingen die de onderzoeker mag hebben op basis van logische denkstructuren (Bayes zelf sprak hier van believe).

Waar ik hierboven sprak van de evolutionist community, doelde ik op die scientific philosophies die een rol spelen in het wetenschappelijke proces, en die zich in het hart van de evolutionist community manifesteren: de handboeken bijvoorbeeld. In het handboek dat ik nu hanteer (Barton et alii) volgt, na de hoofdstukken evidence for evolution en the origin of life – dat begint met de vraag: Is it extraordinary to consider that all living creatures on Earth share a common ancestry. – het hoofdstuk the last universal common ancestor and the tree of life. Dat hoofdstuk telt 28 bladzijden. Aan het eind van het hoofdstuk weet je dat er geen bewijs is, en dat er ook andere interpretaties mogelijk zijn. Echter, er worden 23 bladzijden besteed aan de behandeling van de veronderstelde gang van zaken, waarbij de tree of life de bepalende denkvorm is, en in twee bladzijden wordt de mogelijkheid overwogen van gene transfer between species, waarbij niet de tree of life zichtbaar wordt maar een soort van, zeg maar spaghetti structuur.

Merk op dat het grote probleem is het ontbreken van fossielen. Daarvoor heb je botten en ander hard residumateriaal nodig, en dat was er in de beginfase van het leven niet.

Wat zijn nu de werkelijke mogelijkheden.
Op de wereld bevinden zich 2 plekken A en B, waar dezelfde rotzooi is komen te liggen als gevolg van de big bang en de vorming van ons sterrenstelsel. Rotzooi dat de neiging heeft om zich te ontwikkelen tot meer rotzooi, een ontwikkeling die begeleid wordt door wat we nu atmosferische en klimatologische omstandigheden noemen. Gelijkelijke wel te verstaan: er is geen enkele voorkeursreden om aan te nemen dat er zoiets was als een voor- en achterkant van de aarde.
Plek A en B liggen op behoorlijke afstand van elkaar. Dat dat verondersteld mag worden weten we, omdat zowel in Groenland als in Australië sporen van een elementaire vorm van leven gevonden zijn, met een zelfde leeftijd: iets meer dan 3,5 miljard jaar, respectievelijk iets minder dan 3,5 miljard jaar.
Er is geen voorkeursreden om te veronderstellen dat op plek A wel ontwikkeling zou plaats vinden en op plek B niet, of omgekeerd. Ofwel, er zijn in plaats van 10^n (n is groot) mogelijkheden, precies 3 mogelijkheden:
op plek A wel en op plek B niet, op plek B wel en op plek A niet, en op zowel plek A als plek B.
Om plek A én plek B een positive probability te geven was er meer dan plenty time: het leven is zich een half miljard jaar geleden gaan manifesteren zoals wij het nu kennen, en daar was ruim 3 miljard jaar voor beschikbaar.

 

Fjord wanden met sedimentaire lagen, Scoresby Sound, East Greenland. by Frans Lanting.

Fjord wanden met sedimentaire lagen, Scoresby Sound, East Greenland. by Frans Lanting.

 

Als we hier kijken naar probabilities, moeten we goed naar David Deutsch luisteren, denk ik. De natuur kent geen probabilities, dat is een uitvinding van de mens die denkt dat de natuur door de wiskunde is bepaald in plaats van dat onze ontwikkeling van de wiskunde door de verschijnselen in de natuur is vorm gegeven. Iets gebeurt, of iets gebeurt niet, en daar liggen geen statistische methoden aan ten grondslag.
En ook geen randomizer!

Uitgaande van de mogelijkheid dat er op twee plekken precies hetzelfde gebeurt met de daar liggende rotzooi onder gelijke omstandigheden, zijn er nu twee mogelijkheden.
Op plek A ontstaat een andere vorm van leven dan op plek B (1) òf op plek A is de uitkomst van de ontwikkeling (nagenoeg) gelijk aan die van plek B (2). Met “anders” dan wel “gelijk” bedoel ik: beide ontwikkelingen vertonen wel of niet die kenmerken die door de evolutie theorie bepalend worden geacht voor common ancestry.

Eerst de mogelijkheid van niet het zelfde: er ontstaat een biosfeer (plek A) en een biosfeer accent (plek B).
Op enig moment ontmoeten die biosferen elkaar- noodzakelijkerwijs, de loop der dingen. Er is geen clash of civilizations – de biosferen hebben verschillende manifestaties en dus verschillende behoeftes – er is geen reden voor een struggle for life.
Van een dergelijke ontwikkeling zijn geen sporen te vinden.
Het kan gebeurd zijn, het kan niet gebeurd zijn. Het heeft dan ook geen zin om hierover te speculeren – voor zover het gebeurd is kennen we de specificaties niet. Dat levert in deze discussie ook geen probleem, want het speelt in het denken van de evolutionist community in het algemeen, en in het denken van Theobald versus Koonin en Wolf geen enkele rol.

De andere mogelijkheid: er ontstaat een biosfeer A en een biosfeer B die, zoals logisch verwacht mocht worden – gezien dezelfde rotzooi als beginvoorwaarde en dezelfde begeleidende omstandigheden als ontwikkelingsvoorwaarden – in alle verschijningsvormen overeenkomstig zijn.
Op enig moment ontmoeten die biosferen elkaar- noodzakelijkerwijs, de loop der dingen. Er is een clash of civilizations – de biosferen hebben dezelfde manifestaties en dus overeenkomstige behoeftes – er is alle reden voor een struggle for life. Uiteraard heeft die struggle for life zich voorgedaan, en tot resultaat gehad dat er winnaars en verliezers zijn geweest. Uiteraard, want ik moet hier de theorie van de evolutie volgen, waarvoor voldoende aanwijzingen voorhanden zijn.

Mijn stelling is nu deze. Er is geen enkele aanwijzing die ons inzicht verschaft in welke mogelijkheid zich gemanifesteerd heeft in de natuur. Er is geen enkele aanwijzing die ons inzicht verschaft of de overlevenden van een mogelijke clash enkel uit A, of enkel uit B of uit A én uit B afkomstig zijn.
Geen enkele aanwijzing!
En de enige reden dat Theobald of, om diezelfde reden, Koonin en Wolf, tot de conclusies komen waartoe ze komen is omdat ze maar uitgaan van één scenario, en dat scenario in hun modellen stoppen, in plaats van ook zoiets als een plek A én een plek B op te nemen.
Dat betekent dus dat het geen enkele zin heeft om speculaties in die zin te verheffen tot hypotheses: er wordt in de modelmatige benadering geen rekening gehouden met meerdere ontwikkelingspaden en, voor zover iemand dat zou willen, er zijn geen specifieke aanwijzingen op basis waarvan je een model kunt inrichten.

Er is dus geen enkele uitspraak over UCA of LUCA mogelijk (QED).
Wat mij betreft: het kan gegaan zijn zoals de evolutionist community denkt dat het gegaan is, het kan ook heel anders gegaan zijn.

Enkele aanvullende opmerkingen.

Daar zijn de Ediacara organisms – vindplaatsen zowel boven de evenaar op het westelijk halfrond als onder de evenaar op het oostelijk halfrond – [… looking] very different from anything living today, so it is perhaps not surprising that the nature and affinities of these fossils remain controversial. Naar aanleiding waarvan de paleontologist McMenamin suggereert: … that the path toward intelligent life was embarked upon more than once on this planet.

Uiteraard hoefde het samenkomen van die twee biosferen niet te wachten op de uitwerking van territoriumdrift. Door de klimatologische omstandigheden – cyclonen, vulkanische uitbarstingen, inslagen van meteorieten – zal er in die oertijd veel stof zijn opgewaaid, waardoor er eerder contact kan zijn geweest, tijdens de ontwikkeling van die biosferen, dan dat dat heeft moeten wachten op territoria die naar elkaar toegroeiden.

Volledigheidshalve moet een clash tussen biosfeer A en een daarvan essentieel verschillende biosfeer accent  B overwogen worden. Maar dan, mutatis mutandis, wel een clash met winnaars en verliezers. Ook voor dit scenario geldt dat de afwezigheid van ook maar de geringste aanwijzingen tot terughoudendheid en bescheidenheid noopt bij uitspraken daarover.

 

alkaline hydrothermale bron

alkaline hydrothermal vent at Lost City. Atlantic Ocean, Mid-Atlantic Ridge. 2005 July. Credit: IFE, URI-IAO, UW, Lost City Science Party; NOAA/OAR/OER; The Lost City 2005 Expedition.

 

NB’s

In deze post komt panspermia niet ter sprake.
Het is uiteraard ook een mogelijkheid. Maar het zou eigenlijk geen andere vragen oproepen, wanneer Theobald, respectievelijk Koonin en Wolf, hun modellen op panspermia hadden losgelaten.

Er staat hier, als illustratie, ook een plaatje van an ocean environment waar leven zou (kunnen) zijn ontstaan. Een gedachte die gepropageerd is door geochemist Michael Russell, en verder is uitgewerkt door Nick Lane (waarover Marleen geblogged heeft).
Dat plaatje is ook toegevoegd om een probleem te signaleren.
Allereerst weten we niet waar het water vandaan komt, en wanneer het zich als water manifesteerde. Daarnaast weten we niets over de hoeveelheden en de accumulatie daarvan, behalve dan dat de oceanen van betrekkelijk recente datum zijn, zeker in verhouding tot het ontstaan en de ontwikkeling van leven. Even goed denkbaar is dat water ontstaan is als bijproduct van het leven – denk aan metabolisme – waarna het, door de overvloedige aanwezigheid, als accelerator kon optreden.

Eén (onderdeel) van de verklaringen van de tree of life – examples of universal homologies – luidt als volgt: translating RNA into proteins using a three-letter genetic code. Ik denk dat het vooral dit soort taalgebruik is dat evolutiebiologen parten speelt en tot zulke gedachtenspinsels leidt als hierboven besproken. Er wordt uiteraard niks vertaald, en een molecuul die zichzelf wil vermenigvuldigen gaat niet naar de winkel met de mededeling: doet U mij maar een cécégeetje. Wetenschappers die met zulke taal opgevoed worden, raken zo diep in het modelmatige dat ze als vanzelf gaan denken dat je het analoge, continue proces van evolutie in discrete modellen kunt simuleren…. op de voet gevolgd door vooronderstellingen die vervolgens, als selffulfilling backward prophecies, tot prachtige schilderingen van het verleden leiden.

 

Astronomische gevolgen

Binnen een paar weken tijd waren er artikelen te lezen over drie verschillende vrouwen die belangrijke doorbraken teweeg hebben gebracht in de wetenschap. Geen van de drie ontving daar de erkenning voor die ze verdienden. Voor alle drie werd er na enige tijd een Nobel prijs geopperd, maar deze kan niet post-mortum toegekend worden. De drie vrouwen zijn Hilde Proescholdt, Henrietta Leavitt en Rosalind Franklin. Omdat hun geschiedenissen toevallig voorbij kwamen de afgelopen weken, is het waarschijnlijk dat er nog veel meer van dergelijke miskenningen zijn.

Hilde Mangold Proescholdt ontdekte het weefsel dat verantwoordelijk is voor embryonale inductie bij de salamander. Nadat zij van de gastrula de dorsale lip transplanteerde naar een tweede gastrula, observeerde ze dat beide dorsale lippen vormgaven aan een Siamese tweeling die via de buik verbonden waren. Een helft van de Siamese tweeling ofwel een van de twee diertjes was gepigmenteerd omdat de dorsale lip van een gepigmenteerde gastrula vandaan kwam.

 

Wanneer een het embryo van een salamander twee controle centra ontvangt, of "organizers", dan zal het uitgroeien tot een Siamese tweeling verenigd via de buik. Edward DeRobertis

Wanneer een het embryo van een salamander twee controle centra ontvangt, of “organizers”, dan zal het uitgroeien tot een Siamese tweeling verenigd via de buik. Edward DeRobertis

 

Zo ontdekte zij “the organizer”. Gedurende extra twee jaar van onderzoek en vele pogingen, slaagde zij erin het experiment nog vier keer te herhalen. De resultaten konden uiteindelijk in 1924 gepubliceerd worden. Net voor publicatie kwam Proescholdt om gedurende een explosie in haar huis als gevolg van een gaslek (sommigen beweren als gevolg van zelfmoord).

Zij deed haar Ph.D bij de embryoloog Hans Spemann. Hij plaatste zichzelf als eerste auteur, ook al was Proescholdt degene die al het werk verricht had. Spemann had haar dit onderzoek toegewezen en wellicht verteld hoe zij het experiment moest uitvoeren. Dus had hij een zeer belangrijke rol. Maar Proescholdt had volgens de huidige ‘regels’ eigenlijk eerste auteur moeten zijn. Spemann ontving later de Nobel prijs voor dit onderzoek. Pas zo’n 60 jaar later herinnerde men zich Proescholdt en haar werk. In 1990 ondekte men de onderliggende chemische signalen, die, na injectie in de gastrula tegenover de dorsale lip, vorm gaven aan een Siamese tweeling in een kikkervisje.

Tijdens een discussie op het blog van Gert Korthof, kwam Rosalind Franklin ter sprake*. Het blogbericht ging over de ontdekking in 1953 van de structuur van het DNA door Watson en Crick die daar vergeleken werd met het werk van Darwin. Rosalind Franklin speelde daarin een zeer belangrijke rol. Zij maakte een X-ray foto van gekristalliseerd DNA en hield daar een lezing over. Uit de foto kon afgeleid worden dat de fosfaten aan de buitenkant van de helix zaten.

 

Photo 51 X-ray diffraction van DNA

Photo 51 X-ray diffraction van DNA. Wikipedia

 

Watson gaf niet veel aandacht aan wat hij daar hoorde en de gegevens werden hem later opnieuw door Wilkins, een medewerker van Franklin, buiten haar weten om gepresenteerd. Deze foto’s bevestigden de door Watson en Crick veronderstelde driedimensionale structuur van het DNA. Zowel de driedimensionale structuur van Watson en Crick als de foto’s van Franklin werden in hetzelfde nummer van Nature in 1953 gepubliceerd. Rosalind Franklin overleed op 37-jarige leeftijd aan eierstokkanker. Haar bijdrage aan de ontdekking van de structuur van het DNA was essentieel, maar alleen Wilkins, Watson en Crick ontvingen de Nobel prijs.

Henrietta Leavitt **werkte voor weinig geld aan het Harvard College observatory. Om de afstand van sterren te bepalen, is het niet genoeg naar hun helderheid te kijken, want het is niet duidelijk of een minder heldere ster gewoon weinig licht geeft of ver weg staat. Zij werkte als “computer” en vergeleek foto’s van de ruimte die binnen korte tijd van hetzelfde stukje heelal genomen waren. Ze gebruikte daarvoor een “blink comparator” die twee

the distance key van Leavitt

the distance key van Leavitt

beelden snel achtereenvolgens met elkaar afwisselden. Zo kon ze ‘knipperende’ sterren onderscheiden. Ze vroeg zich af of er een relatie bestond tussen de helderheid van een ster en de frequentie waarop deze knipperde (eigenlijk de periode waarmee deze knipperde). Omdat het niet mogelijk is de intrinsieke helderheid van een ster te bepalen, concentreerde zij zich op de sterren uit de Kleine Magelhaense Wolk, die ongeveer dezelfde afstand tot de Aarde hebben. Zij kon inderdaad de relatie ontdekken tussen de helderheid van een ster en haar periode. Zo ontdekte zij de “distance key” die Hubble vervolgens in staat stelde te bepalen dat het universum uitdijt wat hem een Nobel prijs opleverde. Ook zij kreeg weinig erkenning voor haar werk en stierf op 53-jarige leeftijd. Haar werk gaf diepte aan het universum.

De ontdekkingen van deze vrouwen waren doorbraken. Ze werkten vaak onder moeilijke omstandigheden in een omgeving die, hoewel intellectueel hoogstaand, toch bevooroordeeld was ten aanzien van vrouwen. Ze hebben dan ook geen officiële erkenning voor hun werk gekregen. Alles wat ze met hun werk bereikten is, behalve het wetenschappelijke resultaat, een posthuum verworven bekendheid. Ook werden de mannen waarmee ze werkten uiteindelijk eigenlijk in hun hemd gezet. Dit is misschien het topje van een ijsberg van vrouwen in de wetenschap die in belangrijke mate bijgedragen hebben aan doorbraken en waarvan men nooit iets vernomen heeft.

 

De Harvard "computers" van astronoom Pickering, ook wel de harem van Pickering genoemd. Wikipedia

De Harvard “computers” van astronoom Pickering, ook wel de harem van Pickering genoemd waar Leavitt ook deel van uitmaakte. Wikipedia

*Van het verhaal rondom Foto 51  is een toneelstuk geschreven door Anna Ziegler dat “Photograph 51” heet. Het werd in september jl. in Engeland opgevoerd met Nicole Kidman als Rosalind Franklin.

**Over de ontdekking van Henriette Leavitt werd onlangs een toneelstuk opgevoerd met de  naam “Silent Sky”

Uit: Every Day Cosmology (Henrietta Leavitt)

DNA from the beginning (Rosalind Franklin)

Nautilus (Hilde Proescholdt)

der zyklische Werdegang

Een gastbijdrage van Leonardo da Gioiella

 

Ik roep al heel lang dat er een oneindigheid aan tijd is en een oneindigheid aan ruimte, en dat er dus, voor zover er sprake is van een big bang, voor die big bang ruimte en tijd was, hetgeen impliceert dat er ook ontelbare big bangs aan die ene, de onze, vooraf gingen, en dat er ook nog ontelbare zullen volgen. Ik stond daarin, publicitair gezien, min of meer alleen – voor de wetenschap was dat flauwe kul: vòòr de big bang geen tijd en geen ruimte – en voor de volgers van de wetenschappen een goede aanleiding om mijn denken elegante borrelpraat te noemen.
Jullie begrijpen, ik was blij dat er eindelijk signalen uit de wetenschap kwamen waaruit bleek dat het roer om ging. Niet voor mezelf, ik kan tegen een stootje, maar voor de wetenschap die weer eens liet zien dat ze in staat is stukjes van haar fossiele verleden af te werpen. Recent was dat Gerard ’t Hooft tijdens een lezing in Italië, heel voorzichtig. En nu is daar dan een artikel van een erkende wetenschapper in Harper’s, Sean Carroll, What Came Before the Big Bang? die veronderstelt dat er voor t=0 ook tijd was, en dat dat ook meerdere big bangs kan impliceren.

Ik ga het hier over big bangs en harmonica’s hebben, allebei fenomenen die het inkrimpen en uitdijen kunnen verklaren.
In het bedoelde artikel staat een opmerking, over subatomic particles die volgens de regels van de kwantummechanica tot (deel)universa kunnen uitgroeien. Dat betekent een derde mogelijkheid voor het uitdijen, die ik ook zal behandelen.
Maar eerst iets vooraf. In dat artikel wordt ook gesproken met Alexander Vilenkin. Die heeft hier een zelfstandig artikel aan gewijd. Inference van oktober 2015. The Beginning of the Universe En die gaat in op een gedachte die ik ooit eerder heb geopperd: wetenschappers houden niet van oneindig, hetzij tijd, hetzij ruimte, want dat kunnen ze niet meten. Vandaar vooraf mijn kijk op de begrippen tijd, ruimte en oneindigheid.

Er is oneindig veel tijd. Dat wil zeggen: er ligt oneindig veel tijd achter mij, en er ligt oneindig veel tijd voor mij.

De achter mij liggende tijd noem ik meine Vorjenseitszeit. *)
Nox aeterna.
Dat die bestaat mag ik zeker weten, ook al is het voor mij eeuwige nacht, al kan ik er zelf uit eigen ervaring niks over zeggen. Mijn moeder is in die tijd geboren. Mijn geboortedorp is in die tijd ontstaan. Van Oldenbarnevelt hebben ze netjes opgeruimd in die tijd. En er is ene Jezus van Nazareth in die tijd geboren, en zo die niet zelf geboren is, dan is er toch iemand geboren die de praatjes verspreid heeft dat ie geboren is.
Zo kan ik verder terug gaan in de tijd. En er is voor mij geen enkele reden om aan te nemen dat ik moet stoppen bij de eerste eukaryoot. Stel jullie voor: ergens in het universum staat een big bang op het punt zich te manifesteren (local big bangs zijn heel goed mogelijk). De daaropvolgende evolutie leidt tot mensenkinderen wier wetenschappers zeggen: voor de big bang geen tijd. Maar ze hebben er geen weet van dat wij hun big bang hebben gadegeslagen.
Dus, er is altijd wel iets of iemand dat geheugen in zich draagt aan de tijd voorafgaand aan het bestaan van iemand of iets anders: het sine qua non van de archeoloog.

De na mij komende tijd noem ik meine Nachjenseitszeit.
Nox aeterna.
Dat die tijd bestaat mag ik eigenlijk ook zeker weten, ook al zal het voor mij eeuwige nacht zijn. Ik weet dat de man die Jezus verzonnen heeft, heeft mogen denken dat er uit zijn verhaaltje een evangelie zou groeien – zijn bedoeling neem ik aan. Ik durf er vergif op in te nemen dat Van Oldenbarnevelt wist dat mensen na hem zijn geschilderde portret in verwondering gade zouden slaan. En omdat ik zie dat de vermoedens van die mensen waar zijn geworden, heb ik geen enkele reden om aan te nemen dat mijn vermoedens over mijn kleinkinderen – al zijn ze dan ook veel bescheidener van aard – geen bewaarheid zullen worden. Persoonlijk zou ik het als arrogantie beschouwen om te denken dat met mij de tijd afgelopen zal zijn. Hoe de laatste eukaryoot er uit zal zien weet ik niet, maar ook als die er, net als ik, niet meer zal zijn, is daarmee de tijd en het universum niet verdwenen.

BB_acc_SAP_time

Er is een oneindige hoeveelheid aan ruimte.
Er is geen zinnige uitdrukking te geven aan datgene wat zich bevindt rondom een eventueel afgesloten universum. Er is daarbuiten dan niets. En dat niets kan er alleen maar zijn als dat plaats inneemt. Dus als er geen plaats is voor dat niets, dan kan dat niets er niet zijn. Maar als er geen niets is achter de afgesloten ruimte, dan is er dus iets.
Voor mij is er ook maar één universum, vanwege de definitie van dat begrip. Ik vind dat wetenschappers zorgvuldiger om zouden moeten gaan met begrippen en definities. Multi-universa bestaat dus niet.
Het universum dijt ook niet uit. De objecten in de ruimte raken (in onze tijd) verder van elkaar vandaan.

BB_acc_SAP_space

Over het algemeen wordt aangenomen dat er een eindigheid aan materie is. Ik heb geen behoefte om daar iets aan toe te voegen of daarop af te dingen.

Het is Vilenkin die het probleem van wetenschappers met de oneindigheid aanroert. Hij constateert ours is a self-contained universe … a universe without a beginning would make it unnecessary to ask how it began … as is so often the case in physics, an irresistible force is now about to encounter an immovable obstruction. Om die obstruction te vangen, dat onbegrijpelijke, dat onacceptabele, ook: dat onbereikbare, heeft hij er zelf, met Borde en Guth een theorema voor opgesteld. Dit leidt onder meer tot de gedachte, ik citeer hem: This leads immediately to the conclusion that a cyclic universe cannot be past-eternal.
Vrolijk constateert hij dat in discussies over God … met aan de ene kant Dawkins Dennet  Krauss, en aan de andere kant die vermaledijde gelovigen die groot ongeloof vertonen als ze verteld wordt dat de ander gelooft dat geloven geen zin heeft … dat in die discussies door beide partijen zijn theorema als bewijs wordt aangehaald, zowel voor het bestaan, als voor het niet bestaan van God.
Maar, alhoewel er dus een theorema is dat naar hem is vernoemd, dat hem veel/alles vertelt over de mogelijkheid van een past-eternal universe, besluit hij aan het eind met: The answer to the question: “Did the universe have a beginning?” is: “It probably did. We have no viable models of an eternal universe.”
Om dan zijn theorema op de mestvaalt te dumpen met de uitsmijter: What exactly this means … we have no way to begin to address this mystery.

Ik geloof de wetenschap op haar woord dat de objecten in het universum steeds verder van elkaar af komen te staan – het zogenaamde uitdijen.
Of dat betekent dat er ook een inkrimpende beweging moet zijn, weet ik niet – maar de idee van een big bang houdt dat wel voor mogelijk.
Voor mij is het universum dynamisch, zie nova’s en andere fenomenen. Betekent dat dat die dynamiek tot een cyclisch universum leidt? Dat weet ik niet. Als het antwoord nee is heeft het geen zin om er verder over na te denken, ik denk dat ik dan Vilenkin mag parafraseren: a non-cycling universe would make it unnecessary to ask how the dynamics work.
Ik hou het daarom op drie bespreekbare modellen.

a) Opeenvolgende big bangs.
De materie is ingekrompen tot een vervuilde ijsklomp. De materie spat uit elkaar. Wij nemen een uitdijend universum waar. Op enig moment is de boel zover uiteen gedreven dat de expanderende krachten hun greep op de materie kwijt raken, en dat imploderende krachten de overhand krijgen. En na verloop van aeons en aeons zijn we weer terug bij die vervuilde ijsklomp.
Dat betekent dat we oneindig veel big bangs achter ons hebben, en dat er nog oneindig veel big bangs zullen volgen.
Sean Carroll gaat er over fantaseren. Dat lijkt me zinloos. De big bang laat in ieder geval geen sporen na van de tijd voor de big bang. Desalniettemin, evolutionair gesproken mag je je wel afvragen: draagt die ijsklomp geheugen in zich. Voor mij is dat geen vraag, ik ben daarvan overtuigd. Ik betwijfel alleen of we daar als wetenschapper ooit wat mee zullen kunnen.

b) De trekharmonica.
Eigenlijk hetzelfde als onder a), behalve dan dat de catastrofe van de big bang niet plaats vindt. Een zekere kracht maakt dat de objecten uit elkaar drijven. Op enig moment verliest die kracht haar greep op de objecten, en wordt de dynamiek overgenomen door samentrekkende krachten. Totdat de boel te dicht bij elkaar komt en dan gaat het afstoten weer werken.

c) Het artikel in Harper’s bracht mij op een derde mogelijkheid: er ontstaan her en der local big bangs.
De objecten hebben een natuurlijke neiging om uit elkaar te drijven. Er zijn geen tegenkrachten die dat overnemen. Maar, de ruimte die er tussen die objecten ontstaat krijgt het karakter van oneindigheid, en maakt dan plaats voor een subatomic particle die die ruimte opvult met een deeluniversum. De vraag is uiteraard of dat subatomic particle, dat uiteraard zelf zijn tijd bepaalt om uiteen te spatten, moet wachten tot er ruimte genoeg is, maar je kunt je voorstellen dat andere wetten er zorg voor dragen dat zo’n kwantumsprong pas mogelijk wordt als de krachten van naburige objecten hun grip op die ruimte hebben verloren.

Je kunt over deze zaken volgens mij alleen maar in metafysische zin praten. De dynamiek van het universum laat zien dat implosies en explosies met een grote mate van waarschijnlijkheid zullen gebeuren, misschien wel aan de orde van de dag zijn. Maar, het feit dat wij expansie waarnemen geeft geen enkele garantie voor inkrimping. We weten ook dat het universum van wetten aan elkaar hangt. Toch wijst de wetenschapper Vilenkin een cyclische gang van zaken af.
Een niet cyclische gang zou wijzen op mogelijkheid c): een lege ruimte wordt opgevuld met een deeluniversum, ontstaan vanuit een subatomic particle. Maar, dat zou in strijd zijn met de aanname dat er een eindigheid aan materie is. De materie moet in de achter ons liggende eeuwigheid op zijn minst ontelbaar zijn gemaakt vanuit subatomic particles, wat ongeveer hetzelfde is als oneindig.

De combinatie a) en b) is wel een interessante. Marleen schreef in facebook onder mijn signaal: ik hoop dat die harmonicaspeler wel doorgaat met spelen.
Wel, dat is niet zo interessant. Als de accordeonist zijn instrument uit de kast pakt begint voor ons de big bang. Tijdens het spelen zien we de herhaalde fenomenen van uitzetting en inkrimping. En als de muzikant het instrument weer opbergt is dat de big bang van het in elkaar ploffen van het geheel, en begint het grote donkere wachten op de volgende big bang. Uiteraard merken wij er niks van als de accordeonist ophoudt. Dat opbergen van de accordeon is voor ons een kwestie van biljoenen jaren.

Het beeld van die accordeonist maakt voor mij de begrippen oneindig groot en oneindig klein ook geloofwaardige concepten. Er is een accordeonspeler die op die manier ons universum zit te bestieren. Dat is een verschrikkelijk grote man – God wellicht? – die met de aanduiding “reus” niet adequaat omschreven is. Maar wij hebben ook allemaal wel eens Als de klok van Arnemuiden gezongen, als er een trekharmonica in de buurt was. Die trekharmonica was op zich ook weer een universum, bestierd door de bespeler, waar binnenin mensjes wonen, zo klein, dat de benaming “dwerg” geen adequate omschrijving zou zijn.

Eén ding is eigenlijk wel beangstigend … en vooral ontmoedigend.
Carroll laat zijn gedachten de vrije loop en veronderstelt dat het na-big-bangse universum geen mirror image zal zijn van het voor-big-bangse universum. Unavoidable random fluctuations zegt hij dan. Dat ie daar niks over kan zeggen is één ding dat heel erg vast staat. Maar stel je nu eens voor dat die vervuilde sneeuwklomp geheugen heeft, aan alles wat er tussen de vorige big bang en de “stilstaande” situatie nu is gebeurd. Als je dan weet dat de boel zich keurig gedraagt naar wetten, moet je rekening houden met de mogelijkheid dat alles zich herhaalt. Een deterministische visie die jullie vertelt dat ik deze tekst al vele malen heb geschreven, en nog vele malen zal herhalen, en die mij vertelt dat ik die toch iedere keer weer moet intikken.
Eigenlijk zonde van de tijd, hoeveel er daar dan ook van moge zijn. Daar moet nou eens een save-functie voor gemaakt worden.

Ik hou het maar op big bangs, en op schone ijsklompen met onbezoedeld geheugen, zodat ik naast mijn lief onder dat steentje ga liggen wachten tot we weer aan de beurt zijn.

 

BB_acc_SAP_graf

 

*) Ik hecht er aan dat filosofische begrippen in het Duits gaan. Dat geeft ze tenminste de verbinding met de Bildung die de Duitse filosoof kenmerkt, en die tot uitdrukking komt in zulke uiteenlopende figuren als Kant Hegel Nietzsche.

 

Met het oog op navigatie

Sommige dieren kunnen zich oriënteren op het gepolariseerd licht van de zon of de maan. Andere gebruiken daarentegen het magnetisch veld van de Aarde. In het volgende filmpje laat Marcus Byrne zien hoe de mestkever zich oriënteert op de zon en, gedurende de nacht, op gepolariseerd maanlicht.

Later werd aangetoond dat de mestkever in nachten zonder maanlicht zich ook kan oriënteren op de Melkweg. Dit is voornamelijk te danken aan zijn formidabele gezichtsvermogen blijkt uit de verschillende experimenten.

Mestkevers oriënteren zich gedurende nachten zonder maanlicht op de Melkweg

Mestkevers oriënteren zich gedurende nachten zonder maanlicht op de Melkweg

Wordt met behulp van spiegels de straling van de zon veranderd, dan vervolgt het beestje zijn weg in tegenovergestelde richting. Wordt door een scherm de polarisatie van maanlicht verstoord, dan verliest de kever elk richtinggevoel en doolt in het rond. Ook met het gebruik van artificiële koepels met oplichtende melkwegstelsels is de richting van voortbeweging te beïnvloeden. Bij het verliezen van grip op de mestbal en zodra de externe lichtbronnen veranderen ‘danst’ de kever even op zijn mestbal om zijn as te bepalen ten opzichte van de nieuwe input, om daarna in een andere richting door te lopen. Dit sterk ontwikkelde oriëntatievermogen heeft te maken met de noodzaak om zich zo snel mogelijk en dus in rechte lijn met een buitgemaakte mestbal te verwijderen van de plek waar andere mestkevers zich verzameld hebben. Ze stelen immers de mestballen van elkaar.

 

Navigatie op het magnetisch veld rond de Aarde is een heel ander hoofdstuk. Vorige maand is er een onderzoek gepubliceerd door Qin et al. van Peking University waarin aangetoond wordt dat fruitvliegjes in de cellen van hun kopje (hersenen + retina?) naaldvormige staafjes bezitten. Deze staafjes zijn gevormd door een eiwitcomplex met ijzer en zwavel. Dit zou de eigenlijke sensor van het magnetisch veld zijn die in samenwerking met het eiwitcomplex Cry (Cryptochromes) de gevoeligheid ten aanzien van de richting van het magnetisch veld bepaalt.

1

Het biokompas model van magnetoreceptie en navigatie bij dieren. a, Cry/MagR magnetosensor complex op nanoschaal met intrinsieke magnetische polariteit dat werkt als licht afhankelijk biokompas. Lineaire polymerisatie van Fe – S clusters bevattende magnetoreceptors (MagR) leidt tot de vorming van staafvormige biokompas (centrum, geel), omgeven door fotogevoelige cryptochromes (Cry, buitenste laag, blauw). b, Dwarsdoorsnede van a, die aangeeft dat electron transport van de FAD groep in Cry naar het Fe – S cluster in MagR als gevolg van licht stimulatie mogelijk is. c, Het biokompas model van magnetoreceptie. In navigatiesystemen bij dieren, het Cry/MagR magnetosensor complex kan een biologisch kompas vormen dat informatie ontvangt van het magnetisch veld van de Aarde, zoals polariteit (gelijk een conventioneel kompas), intensiteit en inclinatie. De weergave van het oppervlak van de Cry/MagR structuur (blauw en geel) werd in dit onderzoek met EM (elektronenmicroscoop) bevestigd. Het intrinsieke magnetisch moment van de magnetosensor zou een polariteitskompas kunnen vormen voor het ‘waarnemen’ van de richting van het magnetisch veld van de Aarde. De capaciteit om de intensiteit en het spontane bijstellen van de magnetosensor in magnetische velden waar te nemen (zoals links weergegeven), kan de basis vormen voor een intensiteitssensor en inclinatiekompas. De magnetische polen van de Aarde (zwarte pijlen) compenseren de rotatie as (zwarte lijn). De inclinatiehoek (aangegeven met ‘l’) en de intensiteit van het veld zijn weergegeven naar de richting en lengte van de pijlen (rood in het Noordelijk halfrond en blauw in het Zuidelijk halfrond). De magnetosensors MagR en Cry/MagR van twee soorten, de monarch vlinder (Danaus plexxipus, boven rechts) en een duif (Columbia livia, onder rechts), werden in dit onderzoek getest wat het model van een evolutionair geconserveerd biokompass onderstreept. Uit Qin, S. et al. 2015

Dat Cry een belangrijke rol moest spelen was al bekend aangezien fruitvliegjes zonder dit eiwit hun gevoeligheid voor het magnetisch veld verliezen. Maar welke structuur nu precies de sensor vormde wist men tot nu toe niet. Deze nieuwe structuur is MagR genaamd. De volgende figuur laat de structuur van het biokompas (Cry + MagR) zien.

nature-nmat4484-graphic

 

Veel wetenschappers zijn sceptisch ook omdat vergelijkbare moleculen in veel andere dieren voorkomen waaronder ook de mens. De onderzoekers zouden ook niet in vivo aangetoond hebben dat de structuur daadwerkelijk als sensor dient. Een kritiek betrof het feit dat er niet verder gezocht is naar hoe de signalen doorgegeven en uitgewerkt worden in het brein. Dat is een eigenaardige claim want de vondst van deze sensor is, als deze ook door anderen correct bevonden wordt, een belangrijke vondst, waar velen zo snel mogelijk van willen weten. Bovendien dreigde een collega-wetenschapper al met de gegevens ervandoor te gaan. De man is ontslagen.

Interessant aan de uitgebreide studie is dat er in silico gezocht werd in het genoom naar sequenties die een eiwit zouden opleveren met de juiste eigenschappen. Een interessante werkwijze.

Het biokompas eiwitcomplex bevindt zich bij de duif in de retina. Misschien ‘zien’ de vogels het magnetische veld wel in plaats van het ‘waar te nemen’ of te ‘voelen’ (to sense).

 

Uit:

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

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

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Why Evolution Is True

Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.

Evolution blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

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

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: