Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: selfish gene

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

Dawkins en Gould

Ongeveer twee maanden geleden is er aan de Vrije Universiteit van Amsterdam een proefschrift verdedigd over seksuele reproductie en natuurlijke selectie. Natuurlijke selectie zoals gedefinieerd door Dawkins, Monod en Williams zou nooit tot de evolutie van seksuele reproductie geleid kunnen hebben.

Er is daarna veel kritiek op het proefschrift geweest door verschillend evolutiebiologen. De discussie waar ik hier naar verwijs is gaande op het blog van Gert Korthof. De inmiddels gepromoveerde Joris van Rossum stelt dat de verschillende biologen en met name Richard Dawkins uitgaan van het idee dat natuurlijke selectie op het gen inwerkt. Maar Dawkins stelt juist dat niet het gen maar het fenotype door natuurlijke selectie geselecteerd wordt; het gen is daarentegen de eenheid van selectie. Dawkins geeft in zijn boek ‘The Selfish Gene’ het voorbeeld van roeiers en een boot. De roeiers zijn de genen, ofwel de uniteiten van selectie en de boten zijn het fenotype (de eiwitten, de cellen, de organismen). De beste roeiers winnen de race, maar doen dat niet afzonderlijk. Het is de boot die wint en de roeiers krijgen allemaal een medaille (= worden doorgegeven aan de volgende generatie). Dit voorbeeld wordt door Dawkins nog verder uitgebreid maar heeft voor de discussie verder geen zin. Aangezien het proefschrift uitgaat van een fout gegeven is haar stelling ongefundeerd.

Naar aanleiding van de commentaren en discussies onder dit blogbericht van Gert Korthof is het wellicht interessant om er wat dieper op in te gaan. Er wordt daar bijvoorbeeld beweerd dat bepaalde veel voorkomende sequenties in ons genoom (ALU) geselecteerd zijn (selectie van een sequentie, is dat wel mogelijk ?) omdat ze veel voorkomen. Dit is een cirkelredenering: omdat een bepaalde eigenschap veel voorkomt is hij blijkbaar succesvol en dus geselecteerd. Op zich kan dit wel gezegd worden van alle fenotypen die we in de natuur vinden, maar dan gaat het inderdaad om fenotypen, terwijl veelvuldig voorkomende sequenties in het DNA bij het genotype horen. Eerst moet het bijbehorende fenotype van de succesvolle sequenties gevonden worden om te kunnen stellen dat ze geselecteerd zijn. Op dit punt wordt het belangrijk onderscheid te maken tussen wat er eerst komt: genotype, fenotype of selectie.

Zowel Richard Dawkins als Stephen Jay Gould zijn het er over eens dat het genotype het fenotype voortbrengt en dat dit laatste geselecteerd wordt, waarbij, zoals eerder gezegd, het gen de uniteit van selectie is en het fenotype aan selectie onderhevig is. Een verschil tussen beiden is, zoals Dawkins zelf zegt, dat hijzelf genen als de veroorzakers van evolutie ziet, terwijl Gould het genoom als passief register ziet van wat beter werkte en wat niet. Het lijkt er op dat Gould het genoom ziet als een opslagplaats voor hetgeen na natuurlijke selectie via het fenotype overblijft. Dawkins ziet het genoom of genotype daarentegen als de oorsprong van een fenotype waarop vervolgens selectie ingrijpt. Je kunt stellen dat beiden gelijk hebben en dat er een cirkel bestaat die steeds bij het genoom uitkomt. Dawkins vertrekt van het punt 0 ofwel het genotype (eerste generatie) dat vervolgens tot expressie komt en een fenotype voortbrengt dat eventueel (weg)geselecteerd wordt. Dit nieuwe fenotype is de drager van dit nieuwe genotype (0 +1; tweede generatie) enzovoorts. Het genoom is op deze wijze het passieve register van natuurlijke selectie. Zo wordt het mogelijk evolutie als een wenteltrap te beschouwen. Elke slag komt via het (veranderde) fenotype weer terug bij het (veranderde) genotype (0 + n). De wenteltrap heeft slechts een richting, laten we zeggen omhoog. Deze loopt gelijk aan het verstrijken van de tijd. Evolutie loopt dus van genotype naar fenotype en naar selectie van dit fenotype om en via een volgende slag van de wenteltrap weer naar het genotype.

Een andere discussie is die waar de oorsprong van evolutie gezocht moet worden. Wat is het nulpunt van Dawkins. Dit ligt waarschijnlijk in de zogenaamde RNA-wereld waar natuurlijke selectie plaatsvindt en ingrijpt op het fenotype van de RNA-moleculen. Zoals Schuster* beweert heeft het RNA zowel een genotype als een fenotype waarbij het genotype de sequentie is en het fenotype de structuur. Over wat er precies onder de structuur verstaan moet worden kan natuurlijk gediscussieerd worden.

Uit Wikipedia, Evolutieblog van Gert Korthof, *Schuster (pdf)

Altruïsme in de natuur

Veel organismen geven blijk van een ogenschijnlijk altruïstisch gedrag. Dit heeft Darwin altijd verbaasd; hij kon daar geen verklaring voor vinden vanuit de evolutie-optiek. Met onze huidige kennis van DNA en de overerving van genen, is dit gedrag beter te begrijpen en te verklaren vanuit het ‘egoïstische genoom’ (ofwel vanuit het ‘selfish gene’-idee van Richard Dawkins). Vanuit dit oogpunt kan elk organisme gezien worden als een omhulsel van zijn genen. Het organisme wordt door de genen aangezet tot het zoveel mogelijk doorgeven van diezelfde genen aan zijn nageslacht.

Het zelfzuchtige genoom dat aanzet tot altruïstisch gedrag kan verklaard worden met het concept van inclusieve fitness. Inclusieve fitness is de som van je eigen fitness en die van je verwanten. Hoe meer nakomelingen je krijgt hoe hoger je fitness, maar ook de

volvox

Van internet: specialisatie van cellen

ofwel cooperatie in Volvox

nakomelingen van je broers of zussen verhogen je eigen fitness. Dit kan uitgedrukt worden met de verwantschapsgraad: ieder mens krijgt de helft van het genoom van een van zijn ouders en heeft daardoor een verwantschapsgraad van 0,5 met zijn ouders. Ook met zijn broers en zussen heeft hij een verwantschapsgraad van 0,5. De verwantschapsgraad met de kinderen van je broer of zus is 0,25. Inclusieve fitness betekent dat je fitness hoger ligt als je bijvoorbeeld drie neefjes of nichtjes hebt (0,75) dan als je zelf één kind hebt (0,5). Het is vanuit het perspectief van evolutie dan ook ‘voordeliger’ om je broer of zus te helpen drie kinderen op te laten groeien dan zelf één kind groot te brengen. (Voor een eeneiige tweeling maakt het niet uit wie van de twee er een kind krijgt, want een eeneiige tweeling heeft een verwantschapsgraad van 1.) Hierop baseert zich verwantenselectie: gedrag dat het helpen van verwanten bij het grootbrengen van nakomelingen versterkt, wordt geselecteerd. Dit gedrag is bij verschillende vogelsoorten ontwikkeld.

Een extreme vorm van verwantenselectie kun je vinden bij de Hymenoptera-soorten

bijenkoningin
van internet: bijenkoningin met dar

zoals bijen, mieren en wespen. De bijenkorf bestaat voornamelijk uit niet-reproducerende diploïde werksters en één koningin. De mannetjes komen voort uit onbevruchte eitjes; het zijn dus geheel haploïde organismen die een geslachtcel produceren met hun hele haploïde genoom erin: alle zaadcellen zijn hetzelfde. De verwantschapsgraad van de koningin met haar nakomelingen is net als bij de meeste dieren 0,5. De koningin heeft sperma opgeslagen gedurende haar paringsvlucht en kan wel of niet de eitjes bevruchten, het maakt haar niet uit: ze maakt evenveel bevruchte als onbevruchte eitjes. Toch zijn er veel meer vrouwtjes dan mannetjes in de korf. Dit komt doordat de vrouwtjes met het voeden van de larven beslissen welke eitjes zich ontwikkelen en welke niet. Alle bijen zijn zussen van elkaar, maar omdat ze allemaal hetzelfde genoom van de vader kregen hebben ze een verwantschapsgraad van 0,75. Hun verwantschap met hun broertjes is slechts 0,25. De verwantschap met eventuele nakomelingen zou slechts 0,5 zijn. Ze doen er dan ook alles aan om steeds meer zusjes te krijgen, waarvan er slechts enkele de moeders zullen worden van een nieuwe kolonie.

Nu is er zelfs bij planten altruïsme geconstateerd. Een studie toont aan dat de plant Springzaad (uit de balsemienfamilie) in staat is zijn eigen nakomelingen te herkennen.

springzaad
van internet: Springzaad

De plant werd in het bijzijn van andere planten geteeld die wel of niet voortkwamen uit het eigen zaad. In het bijzijn van ‘verwanten’ werd wel groei van de stengel en takken waargenomen maar nauwelijks groei van het blad. Dit zou kunnen betekenen dat de plant geen schaduw ‘wil’ maken en geen licht ‘wil’ onttrekken aan zijn familieleden. Wanneer de plant met ‘vreemden’ groeit maakt hij juist veel blad aan, waardoor hijzelf beter kan groeien én zijn buren achterstelt door hun geen toegang tot licht te geven. Het is waarschijnlijk dat de herkenning van verwanten zich afspeelt via de wortels. Deze studie concludeert dat planten sociale organismen zijn.

Noot: Inmiddels is de petitie stop de bijensterfte aangeboden aan het ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit.
Uit ScienceDaily

Ook uit ScienceDaily.
Update 01.12.2009: Makaak-oma’s zorgen voor hun kleinkinderen- NRC

Zwervende gedachten

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

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

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

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers liken dit: