Evolutie of Degeneratie in het nieuwe millenium?

Het is alweer een aantal jaar geleden dat het boek van Peter Scheele, “Degeneratie- het einde van de evolutietheorie” uitkwam, op dezelfde datum dat, 138 jaar eerder, Darwins “Origin of Species” het licht zag. Hoewel Scheele in zijn boek heeft gepoogd aan te tonen dat ingrijpende evolutionaire veranderingen onmogelijk zijn, en daarin volgens sommigen is geslaagd, is wetenschappelijke toetsing van het door hem aangedragen alternatief, ‘degeneratie’, merkwaardig genoeg uitgebleven. De wetenschappelijke onderbouwing die voor ‘degeneratie’ aldus ontbreekt, staat in schril contrast met de empirisch stevig gefundeerde evolutietheorie.

Wetenschappelijke kennis en theorievorming

Voor Scheele is het duidelijk dat alléén degeneratie -ofwel evolutie en differentiatie op kleine schaal (micro-evolutie)- mogelijk is en macro-evolutie -die de grenzen tussen verschillende ‘typen’ organismen overschrijdt- niet. In zijn boek wordt in elk geval veel energie besteedt aan het uiteenzetten middels allerhande grafieken, kansberekeningen, en analogieën dat de kans dat door mutaties een nieuw functioneel gen ontstaat eenvoudigweg miniem is. Het probleem met deze redenatie is dat er nog onvoldoende bekend is van moleculaire genetica, en diens verband met evolutie, om tot dergelijke absolute uitspraken te komen. In de natuurwetenschap draait het veelal om theoretische modellen die een verklaring pogen te geven voor waarneembare fenomenen. Sleutel hiertoe is dat theorieën en hypothesen een voorspellende waarde moeten hebben, en als de voorspellingen niet uitkomen, dan moet de hypothese/ theorie worden verworpen.

Volgens de Duitse wetenschapsfilosoof Karl Popper (geb. 1902) kunnen theorieën nooit absoluut bewezen worden, maar alleen verworpen. Hij formuleerde de voorwaarden waaraan elke wetenschappelijke theorie moet voldoen, waaronder met name dat deze een voorspellend karakter moet hebben. In principe moet een theorie een stelsel waarnemingen kunnen verklaren en een kader leveren, waarbinnen deze waarnemingen ingepast kunnen worden. Hoe meer waarnemingen een theorie verklaart, des te sterker deze staat (=empirisch bewijs). Als er teveel waarnemingen de kop op steken die niet op basis van de theorie verwacht zouden worden, moet de theorie vervangen worden door een alternatieve theorie, die een betere verklaring geeft.

Jammer dat de voorspellingen die Scheele in zijn boek doet ofwel eveneens in te passen zijn in een evolutionair kader, of gewoonweg niet na te gaan zijn. Als Scheele dus écht een alternatief wil geven, dan moet hij uitvoerbare voorspellingen doen die niet in de evolutietheorie passen. En hier knijpt het hem nou juist: hoe zelfverzekerd Scheele zich op het moleculaire terrein dan ook begeeft, hij doet niets met het bewijsmateriaal voor de evolutie-theorie. Hoe sterk dit bewijsmateriaal is, zal ik illustreren aan de hand van fossielen. Maar daarvoor moet eerst grondig uitgelegd worden hoe de fossielen ons hierbij kunnen helpen.

Wat de aardlagen ons vertellen over de geschiedenis van het leven

Net zoals archeologische opgravingen ons iets kunnen leren over de menselijke geschiedenis, zo kunnen paleontologische opgravingen ons iets leren over de geschiedenis van het leven op aarde. Fossielen zijn de versteende resten van organismen die kort na hun dood in sediment werden ingesloten vóórdat ze de kans kregen weg te rotten. Omdat elke aardlaag in een bepaalde periode is afgezet, vertellen de fossielen die we daarin vinden wat voor organismen gedurende die bepaalde periode leefden. Echter, omdat fossilisatie hele bijzondere en dus zeldzame omstandigheden vereist, kunnen we helaas niet verwachten alle soorten organismen die ooit geleefd hebben terug te kunnen vinden, en moeten we ons tevreden stellen met een magere en nogal scheve steekproef. Fossielen worden vooral gevormd uit resten van organismen met harde delen, die talrijk waren en in gebieden leefden waar ze een hoge kans op fossilisatie hadden -onder meer in of dicht bij water, waar sediment wordt afgezet. Het is belangrijk om in gedachte te houden dat de fossielen ons geen absoluut compleet beeld kunnen geven van het leven in het verleden, maar dat ze slechts de enkele kleine stukjes zijn van een puzzel die grotendeels vergaan is. De fossielen die we vinden zijn ook niet noodzakelijk de schakels van een rechte ontwikkelingslijn, maar waarschijnlijker enkele voorbeelden van de vele verschillende aftakkingen.

Om er achter te komen wanneer bepaalde fossielen zijn gevormd, met andere woorden wat dus de leeftijd is van de sedimenten waarin zij gevonden worden, moeten we eerst iets begrijpen van hoe deze aardlagen volgens de geologie gevormd worden. Iedereen die wel eens een bezoek aan de bergen heeft gebracht heeft ongetwijfeld kunnen waarnemen hoe bergdalen beetje bij beetje worden uitgesleten door inwerking van de elementen. Bij dit proces van erosie vallen stukken steen uiteen tot kiezels, grind, zand, klei, etc., kortweg: sedimenten, die door rivieren mee benedenstrooms genomen worden. Het is duidelijk dat dezelfde processen van erosie en uitslijting uiteindelijk verantwoordelijk moeten zijn geweest voor de vorming van de vele, diepe bergdalen en dat, gegeven de diepte ervan, hier een behoorlijke tijd overeen moet zijn gegaan. Het is ook algemeen bekend dat ons eigen kleine kikkerlandje voor een groot deel is gevormd door dergelijke sedimenten die door rivieren als de Rijn en de Maas hier neergelegd zijn. Voor velen zal het geen vreemde gedachte zijn dat de processen die we nu kunnen waarnemen, zich altijd al hebben voorgedaan en in feite verantwoordelijk zijn voor de vorming van verschillende sedimentlagen boven op elkaar.

Vreemd genoeg werd deze notie pas in de 18e eeuw geformuleerd door de Schotse geoloog James Hutton (1726-1797) als het ‘actualiteitsprincipe’. Volgens dit principe is het heden de sleutel tot het verleden, want we kunnen aannemen dat dezelfde processen die zich nu plaatsvinden dat altijd en onveranderd hebben gedaan. In geologische termen betekent dit dat de waarneembare geologische processen een cyclus door maken die tot het oneindige doorgaat: erosie van gesteenten, transport en neerlegging van sedimenten, gevolgd door verstening, opheffing, en blootlegging, waarna erosie weer volgt. Het duurde even voordat zijn ideeën algemeen aanvaard werden, maar Hutton zag al één van zijn voorspellingen bevestigd worden door waarnemingen. Voorspeld was namelijk het bestaan van wat Hutton ‘samengestelde massa’s’ noemde, geërodeerde gesteenten die weer met nieuw sediment waren bedekt. Later werden er op verschillende plaatsen in Schotland precies zulke gesteentemassa’s ontdekt. Bij Siccar Point bijvoorbeeld, stuitte men op wat tegenwoordig een ‘hoekdiscordantie’ heet, waarbij jonge sedimentlagen met een bepaalde hoek boven op oudere half weggesleten lagen waren neergelegd (Fig. 1). Dit gaf aan dat de bekende aardlagen niet allemaal in een keer konden zijn neergelegd, maar dat het inderdaad om een voortdurend doorgaand proces gaat.

De leeftijd en volgorde van de aardlagen, de stratigrafie, wordt in de eerste plaats bepaald door de volgorde van beneden naar boven zoals die in het veld wordt aangetroffen, en ook worden fossielen gebruikt. Hiermee komen we dus tot een relatieve datering. Het gebruik van fossielen voor datering geeft overigens geen cirkelredenatie op basis van de evolutietheorie. Alleen bepaalde, algemeen voorkomende fossielen, zogenaamde gidsfossielen, worden gebruikt voor deze relatieve datering en dit wordt gedaan door geologen met weinig interesse in, laat staan kennis van, evolutie. Fossielen worden meestal ook niet op zichzelf gevonden in een afzetting, maar maken deel uit van een complete fauna met, noodzakelijkerwijs, dezelfde leeftijd. Vaak gebeurt het ook, dat bepaalde interessante fossielen pas achteraf worden gevonden als de datering al is geschied. Belangrijker nog: de complete volgorde van de aardlagen was al halverwege de vorige eeuw vastgesteld, ruim vóór de publicatie van Darwins boek. Tegenwoordig is het mogelijk geworden om aan de hand van radioactieve isotopen of chemische samenstelling van de rotsen de absolute leeftijd van aardlagen vast te stellen. Deze absolute leeftijden bevestigen de relatieve dateringen.

Vergelijkende morfologie: homologie, analogie en verwantschap

Als we eenmaal een fossiel hebben gevonden hoe weten we waar deze thuishoort? Er bestaat een methode, genaamd ‘vergelijkende morfologie’, waarmee verwantschappen tussen organismen kunnen worden bepaald. De grond voor deze methode werd gelegd aan het begin van de 18e eeuw door de gevierde Franse wetenschapper Georges Cuvier (1769-1832), die overigens overtuigd creationist was. Met veel succes had Cuvier met zijn methoden avant la lettre alreeds de ware identiteit van een groot aantal raadselachtige fossiele en nog levende organismen ontsluierd. Zo had hij onder meer vastgesteld dat de beroemde Mosasaurus uit Maastricht geen krokodil, nijlpaard, of walvis was, zoals door sommigen werd gesuggereerd, maar in feite nauw verwant was aan de varanen.

De methode is vandaag de dag verder verfijnd en richt zich op specifieke overeenkomsten tussen organismen die aanwijzingen kunnen geven over hun verwantschappen. Sommige overeenkomsten kunnen echter niet alleen door verwantschap verklaard kunnen worden, maar ook door overeenkomstige leefwijze of functie, zogenaamde ‘convergenties’ of 'analogieën'. De truc ligt hem er dan ook vooral in om juist díe overeenkomsten te vinden die níet door overeenkomstige functie verklaard kunnen worden. De verklaring die dan overblijft is die van gemeenschappelijke afstamming (Fig. 2). Vaak zijn het kleine details die de doorslag kunnen geven, zoals de aanwezigheid van een klein botje, of de vorm en plaatsing van de tanden. Het gebeurt vaak dat men op basis van één tand al kan vaststellen om wat voor soort organisme het gaat. Dit is niet eens zo gek als je je bedenkt dat de politie vaak de identiteit van een bepaald slachtoffer kan baseren op slechts het gebit.

(Klik op onderstaande afbeelding om de figuur op volle grootte te zien)

Bewijzen voor de evolutie van walvissen

De groep organismen die ik onder de loep zal nemen zijn de walvisachtigen, een zeer interessante groep zoogdieren vanwege hun verregaande aanpassingen aan een leven in het water. Moderne walvisachtigen lopen uiteen van de speelse dolfijnen tot de reusachtige baleinwalvissen. De laatste jaren worden er steeds meer interessante fossielen gevonden van deze groep, die meer inzicht geven in de ontwikkelingsgeschiedenis van de walvisachtigen. We zullen onze aandacht richten op vier aspecten: voortbeweging, ademhaling, gehoor, en gebit.

Moderne walvissen bewegen zich voort door het op en neer bewegen van de grote staartvin middels buiging van het achterste deel van de wervelkolom. De wervels van moderne walvissen zijn hiervoor gelijkvormig en zeer beweeglijk en het is onmogelijk voor walvisachtigen om zich nog op het land voort te bewegen. Een van de vroegst bekende walvissen, Ambulocetus natans, kon dat echter wèl; het was waarlijk een ‘wandelende walvis’. Ambulocetus had dan ook, in plaats van twee starre voorvinnen, vier korte poten, waarmee hij zich op zeeleeuw-achtige wijze over het vasteland kon bewegen. Hiervoor waren de vier wervels van het heiligbeen nog gefuseerd tot één geheel zoals in andere landzoogdieren. Aan de andere kant hadden de achterpoten de vorm van zwemflippers, met zwemvliezen tussen de wijde tenen, zodat deze walvis zich wel degelijk in het water begaf.

Een wat latere walvis, Rodhocetus, had de bovengenoemde samenfusie van heiligbeenswervels echter niet, maar was wel nog in het bezit van korte achterbenen. Het bekken was dan ook nog vastgehecht aan de achterste heiligbeenswervel, zodat ook deze walvis in staat was zich beperkt over het land te bewegen. In de weer latere Protocetus echter, was deze vasthechting geheel afwezig, waardoor deze walvis, evenals de huidige vormen, het water niet meer kon verlaten. De ruggengraat van Dorudon was op zijn beurt nog meer aangepast aan een zwemmende levenswijze, doch deze walvis had nog steeds kleine achterpootjes en een loszwevend bekken, die echter te klein en te zwak waren om op het land gebruikt te worden. De borstkas van Dorudon was nogal kort, waardoor hij zijn zwemspieren minder efficiënt kon gebruiken dan moderne walvissen. Ondanks het onvermogen op het land te komen hebben ook moderne walvissen nog steeds dunne bekkenrudimenten.

Al leven zij in het water, walvisachtigen halen net als alle zoogdieren adem met behulp van longen. Hiervoor zijn de neusgaten daar geplaatst, waar lucht zo direct mogelijk beschikbaar is: boven op de kop. De neusgaten van de oerwalvissen waren echter halverwege de snuit geplaatst, en zijn met de tijd steeds meer naar de moderne positie verplaatst.

Voor walvissen is het horen onder water voor communicatie van groot belang. Bij tandwalvissen is zelfs het gehoor belangrijk voor aftasting van de omgeving middels echolocatie. Om te voorkomen dat de geluiden die ze zelf produceren de binnenkomende geluiden verstoren, is het been dat het gehoororgaan omsluit, de ‘bulla’, bij walvissen losgekoppeld van de schedel en geïsoleerd door middel van luchtholtes. Bij Pakicetus is de bulla, of het oorbeen, zoals ik het nu even zal noemen, alhoewel typisch walvisachtig, nog steeds op drie plaatsen verankerd aan de schedel. Bij walvissen zijn de binnenoorbotjes (hamer en aambeeld) 180° verdraaid vergeleken met die van andere zoogdieren. Deze verdraaiing is een aanpassing, die te maken heeft met horen onderwater. Wat betreft dit kenmerk is Pakicetus eveneens tussenliggend, aangezien zijn oorbotjes maar half verdraaid zijn.

Het gebit van moderne walvissen varieert van grote aantallen gelijkvormige, spitse tanden, tot helemaal geen. De tanden van de vroegste walvissen zijn opmerkelijk in dat ze een vast aantal hebben en nog zijn ingedeeld in verschillende tandtypen. Zo hebben de vroegste walvissen namelijk snijtanden, hoektanden, voorkiezen, en echte kiezen, net zoals wij, mensen, dat hebben. Latere fossiele walvissen kregen steeds spitsere en meer gelijkvormige tanden. Hoewel moderne baleinwalvissen in het geheel geen tanden hebben zijn er fossiele vormen bekend met tandjes. Archeomysticetus had kleine tanden, en de tanden van Aetiocetus waren nog sterker gedegenereerd. De kiezen van de vroegste walvisachtigen bezaten een uniek patroon. De bovenkiezen hadden drie knobbels, waarvan de binnenste knobbel was afgeplat tot een aambeeld waarop de langgerekte onderkiezen pasten. Een dergelijk patroon is bekend in slechts één andere groep zoogdieren: de uitgestorven mesonychiden. Mesonychiden (zoals Pachyaena; fig. 2C) zagen eruit als beren, hyena ‘s of honden en hadden daarom waarschijnlijk dezelfde leefwijze (ze waren dus convergent met moderne roofdierachtigen). Dat mesonychiden eigenlijk hoefdieren waren wordt aangegeven door zulke overeenkomsten zoals bijvoorbeeld het bezit van kleine hoeven. Vergelijkende morfologie wijst uit dat walvissen dus eigenlijk hoefdieren zijn!

Behalve deze overeenkomsten tussen walvissen en de uitgestorven mesonychiden zijn er nog een reeks andere onafhankelijke gegevens die walvissen duidelijk met hoefdieren, en met name evenhoevigen, samenbrengen. Zo bezitten de achterpoten van Ambulocetus een uniek patroon dat alleen bekend is van evenhoevigen en mesonychiden. De achterpoot heeft vier tenen, waarvan de middelste twee het langst zijn, met een constant aantal teenkootjes. Dit patroon wordt Paraxonie genoemd. Ambulocetus bezit tevens kleine hoefjes. Treffend zijn ook tenslotte de overeenkomsten in de geslachtsorganen tussen walvissen en evenhoevigen, zowel bij mannetjes als bij vrouwtjes.

Als al deze morfologische overeenkomsten al niet overtuigend genoeg waren, dan zijn er ook nog eens moleculaire gegevens die aangeven dat walvissen en evenhoevigen nauw verwant zijn. De moleculaire systematicus John Gatesy gebruikte zeven verschillende genen en vergeleek hun codes tussen een groot aantal verschillende zoogdiergroepen. Het gaat hier om codes in het DNA die in de loop der tijd door neutrale puntmutaties veranderd zijn. Groepen met een gemeenschappelijke afstamming hebben dus overeenkomsten met elkaar in deze codes. Overeenkomsten die overigens niet door convergentie verklaard kunnen worden, omdat de veranderingen niet functioneel zijn. Verbluffend genoeg geeft elk afzonderlijk gen verwantschap tussen walvisachtigen en evenhoevigen aan. Er zijn onderhand al vele andere studies gedaan die zich richtten op andere delen van het genoom of soms de opbouw van specifieke eiwitten. Allemaal met hetzelfde resultaat. Het interessante is, dat deze moleculaire gegevens hetzelfde aangeven wat we op basis van morfologie en de fossielen al wisten, hetgeen merkwaardig zou zijn, indien walvissen en evenhoevigen werkelijk niets met elkaar van doen zouden hebben.

Al deze onafhankelijke lijnen van bewijsmateriaal komen aldus allemaal samen om op hetzelfde onmiskenbare feit te duiden. Als enige kan de evolutietheorie al deze gegevens samenhangend verklaren. Hoe zou dit mogelijk zijn als Scheele daadwerkelijk zou hebben aangetoond dat de bekende mutatiemechanismen geen nieuwe genen kunnen voortbrengen en evolutie eenvoudigweg dus niet mogelijk is?

De onvoorziene mogelijkheden van mutaties

Scheeles visie op het ontoereikende samenspel tussen mutatie en selectie is vorm gegeven in zijn zogenaamde ‘adoptieve eiwit-landschappen’. Deze diagrammen zijn geïnspireerd op de ‘adaptieve landschappen’ en visualiseren onoverbrugbare dalen tussen toppen van functionaliteit van eiwitten. Achter deze afbeeldingen schuilt de aanname dat de meeste vormen die de door het DNA gecodeerde eiwitten kunnen aannemen niet bruikbaar zijn (de dalen) in vergelijking met de vormen die wél werken (de toppen).

Men kent echter een bacteriestam die door een mutatie in staat is geraakt afvalproducten van nylonsynthese af te breken. Dergelijke stoffen zijn nog nooit eerder in de natuur voorgekomen en een dergelijke adaptatie is dus volledig nieuw. De mutatie waar het hier om gaat, een zogenaamde ‘leesraamverschuiving’ (Fig. 3), zou in Scheeles optiek alleen maar onzin moeten opleveren.

Een korte uitleg: Genen zijn trajecten op een DNA-streng die coderen voor specifieke eiwitten. De code van het DNA wordt gevormd door een lange reeks gepaarde moleculen, de zogenaamde 'basen'. Eiwitten bestaan uit aminozuren die worden afgelezen in combinaties van drie basen (tripletten), waarbij elke combinatie één specifiek aminozuur in het eiwit oplevert. Verschuiving van dit 'afleesraam' met één basenpaar, heeft een effect vergelijkbaar met het verplaatsen van spaties in een zin, waarbij woorden in tweeën gespleten worden en de opeenvolgende fragmenten samengevoegd. De woorden zullen dan andere betekenissen aannemen, die al of niet te begrijpen zijn in de veranderde zin. Bijvoorbeeld: “Man aait ruiende kip” wordt dan “Ma naai truien dek ip”. Merk op dat de tweede zin weliswaar gedeeltelijk onbegrijpelijk is, maar toch wel degelijk een andere verstaanbare betekenis heeft gekregen. In de meeste gevallen zou zoiets dergelijks toch voornamelijk onzinwoorden opleveren en dus onbegrijpelijke zinnen.

(Klik op onderstaande afbeelding om de figuur op volle grootte te zien)

Echter, in het geval van deze bacteriestam levert de mutatie wel degelijk een zwak, doch functioneel nieuw gen op. Deze ontdekking ontsluiert de denkfout waar alle voorbeelden, kansberekeningen en diagrammen in Scheele’s boek op gebaseerd zijn. Namelijk de foute aanname dat alle eiwitcodes die teveel afwijken van het origineel nooit tot iets goeds kunnen leiden. Echter, het zojuist aangehaalde voorbeeld geeft aan dat toevallige, schijnbaar onzinnige codes wel degelijk een volledig nieuwe functie kunnen innemen. Het 'eiwitlandschap' lijkt dus gevuld met bergen, heuvels en weggetjes via welke eiwitten kunnen evoluëren!

Hiermee kan Scheele’s boek en al zijn argumenten worden beschouwd als een cirkelredenering: ‘Een eiwit kan niet zijn grenzen voorbij muteren, omdat een eiwit dat gewoon niet kan!’ De feiten vertellen ons echter een heel ander verhaal.