Geslachtsbepalende systemen WEL herleidbaar!

Zowat verscholen in een van de laatste hoofdstukken van Peter Scheeles boek over Degeneratie wordt een van de (naar zijn mening) krachtigste argumenten tegen de evolutietheorie en vˇˇr de 'degeneratietheorie' gepresenteerd: de geslachtsbepalende systemen. Volgens Peter bezitten de verschillende typen organismen allerlei systemen om het geslacht bepalen die zˇ afwijkend zijn van elkaar dat het een onoverkomelijk obstakel vormt voor evolutie door natuurlijke selectie. Sterker nog: Peter maakt er een heel punt van dat dit lastige onderwerp door 'de evolutionisten' gemijd zou worden, omdat het hun werelbeeld omver zou gooien.

Het is eigenaardig dat Peter zich tot zulke verregaande uitspraken laat verleiden, aangezien hij zich in zijn studies heeft beperkt tot leerboeken van de biologie, populair-wetenschappelijke boeken en websites, en zijn eigen alledaagse observaties. De echte wetenschappelijke literatuur laat hij nagenoeg ongemoeid. Als Peter nou de moeite had genomen verder te kijken dan zijn neus lang is dan zou hij ontdekt hebben dat er wel degelijk onderzoek naar dit vraagstuk gedaan wordt en er hierbij bovendien bevredigende resultaten worden geboekt. Het onderstaande is een, mag ik hopen, toegankelijke uiteenzetting van een wetenschappelijk artikel over dit onderwerp.

De evolutie van de menselijke geslachtschromosomen

Bij de eukaryoten (dat zijn alle levende wezens met een celkern, waaronder ÚÚncelligen, planten en dieren) is het genetisch materiaal georganiseerd in chromosomen, die meestal in paren voorkomen. Zo heeft de mens er 23 paar van in zijn lichaamscellen, in totaal dus 46. Op beide 'partners' van een paar komen op exact dezelfde locaties (varianten van) dezelfde genen voor. Van de chromosomen wordt er telkens de helft van de paren doorgegeven aan de geslachtscellen die dan na bevruchting weer met elkaar combineren tot ÚÚn paar om het embryo te vormen.

Tijdens celdeling zorgt een proces genaamd recombinatie ervoor dat varianten van dezelfde genen (allelen genaamd) tussen de twee chromosomen van een paar worden uitgewisseld. Hierdoor kunnen de chromosomen van een paar nooit teveel van elkaar gaan verschillen door opeenvolgende veranderingen in de genen, doordat alles steeds weer door elkaar gehusseld wordt. Bij recombinatie gaan de corresponderende DNA-sequenties langs elkaar liggen (elkaar 'herkennen'), raken vervolgens in elkaar verstrikt breken af en komen dan elk aan de tegenoverliggende streng weer vast te zitten.

Bij ondermeer de mens is er echter ÚÚn uniek paar waar dit weer anders is en er wel twee radikaal verschillende chromosomenvarianten bestaan: de sex-chromosomen. Er zijn twee varianten, aangeduidt met 'X' en 'Y'. Als een embryo twee dezelfde heeft, X en X, wordt het een meisje, en als het twee verschillende zijn, X en Y, wordt het een jongetje.

In feite is het Y-chromosoom een sterk gedegenereerde en ingekorte variant van zijn X-zusje. Als je ervan uit gaat dat de sexchromosomen zijn ontstaan uit wat oorspronkelijk een paar gewone chromosomen was, moet je aannemen dat de recombinatie tussen deze twee chromosomen op een gegeven moment is stopgezet. Anders zouden door het voortdurende gehussel door recombinatie nooit verschillende chromosomen kunnen zijn ontstaan. Pas na het stopzetten van de recombinatie zouden de voorlopers van respectievelijk het X en het Y chromosoom zich verder van elkaar vandaan kunnen ontwikkelen.

Er is ÚÚn mechanisme waarvan bekend is dat het recombinatie kan onderdrukken en dat is de zogenaamde 'chromosomale inversie' (omkering). Bij chromosomale inversie wordt er een stuk van het chromosoom 180 graden omgedraaid met als gevolg dat:

1. de genen op het omgedraaide deel onleesbaar raken, omdat de sequentie is omgekeerd, en:
2. recombinatie van dat deel van het chromosoom niet meer mogelijk is, omdat de corresponderende delen van het DNA elkaar om die reden niet meer kunnen herkennen.

Bij experimenten heeft men zelfs ontdekt dat fruitvliegjes het vˇˇrkomen van deze inversies blijkbaar kunnen reguleren: Als ze in een omgeving leven die uniform is, dan komen die inversies minder vaak voor dan wanneer die omgeving gevarieerd is.

Onderdrukking van recombinatie bindt specifieke combinaties van genenvarianten aan elkaar vast. Deze 'vastgevroren' combinaties worden dan in stand gehouden, zodat er steeds bepaalde vaste varianten van het organisme geboren worden ('specialisten'), in plaats van mengelmoesjes ('generalisten') (Bron: Genetics). Het is eigenlijk ook logisch: In een variabele omgeving heeft een organisme meer aan verschillende specialisten en in een uniforme omgeving meer aan een leger van generalisten.

Het blijkt nu dat chromosomale inversie precies het mechanisme is waardoor de sexchromosomen zijn ontstaan. De genetici Bruce Lahn en David Page hebben door onderlinge vergelijking van homologe genen op zowel het X- als het Y- chromosoom ontdekt dat maar liefst vier episoden van chromosomale inversie de moderne sexchromosomen van met name de mens hebben opgeleverd (Bron: Science 1999). Doordat chromosomale inversie een gen onleesbaar maakt, wordt het onttrokken aan natuurlijke selectie. Het gen sterft en wordt zogezegd een 'fossiel gen'. Hierop treedt ook gelijk het verval van het gen in, waarbij willekeurige puntmutaties het gen verder en verder aantasten en zodien veranderen.

De mate van het verval van de Y-genen ten opzichte van hun 'levende' homologen op het X-chromosoom valt in vier duidelijk definiŰerbare groepen. Deze groepen vormen vier strata of 'aardlagen' op het chromosoom, waaraan de stapsgewijze ontwikkeling naar de sexchromosomen valt af te lezen. Door de menselijke sexchromosomen te vergelijken met die van andere dieren is tevens te zien welke diergroepen op welk moment van deze ontwikkeling zijn afgehaakt. Er kan zelfs een ruwe schatting worden gemaakt van het tijdstip van deze inversies en afsplitsingen, doordat de mate van verval van de genen gecorreleerd is met de hoeveelheid tijd die is verstreken. In de loop der tijd is het ge´nverteerde deel van het Y-chromosoom steeds een stukje korter geworden. Ook dit is afgespiegeld in de verschillende afgesplitste diergroepen.

De eerste inversie moet hebben plaatsgevonden nadat de lijnen die elk naar zoogdieren en vogels zouden leiden waren uiteengegaan. De corresponderende chromosomen hebben bij vogels namelijk geen ge´nverteerde delen. De sexchromosomen van vogels worden dan ook geacht zich uit een ander chromosomenpaar te hebben ontwikkeld. Ze worden aangegeven met Z en W om de niet-homologie met X en Y te benadrukken.

De tweede inversie moet hebben plaatsgevonden nadat de voorlopers van de huidige eierleggende zoogdieren, zoals het vogelbekdier, waren afgesplitst. Bij de eierleggende zoogdieren is namelijk alleen het eerste en oudste gedeelte van het Y-chromosoom ge´nverteerd, terwijl de rest ongemoeid is gelaten.

Hierna werden de sexchromosomen aan het ene uiteinde uitgebreid met (delen van) een ander chromosoom waarop de derde inversie volgde. Deze moet hebben plaatsgevonden nadat de buideldieren waren afgesplitst. De Y-chromosomen van buideldieren bezitten namelijk zowel het eerste als het tweede ge´nverteerde deel, maar niet de derde of latere inversies.

Tenslotte moet de vierde en laatste inversie pas hebben plaatsgevonden op de primatenlijn, nadat de halfapen zich hadden afgesplitst. De inversie van een vierde fragment is namelijk alleen bekend bij hogere primaten, dus apen, mensapen en... mensen.

Klik voor een vergroting:

Peter heeft er heel hard op zitten hameren dat het onmogelijk is alleen al een theoretisch model op te stellen voor de ontwikkeling van het Z-W systeem bij vogels en het X-Y systeem bij zoogdieren uit ÚÚn voorouder. Niet alleen hebben deze onderzoekers aangetoond dat de geslachtssystemen van in elk geval landgewervelden wÚl degelijk herleidbaar zijn, ze hebben ze voor een deel ook nog eens daadwerkelijk kunnen herleiden! Oorspronkelijk waren er geen specifieke sexchromosomen en het geslacht werd bepaald door verschillende factoren op verschillende chromosomen. Op de zoogdierenlijn ontstonden uit ÚÚn paar door inversie de X-Y geslachtschromosomen en op de vogellijn door inversie de Z-W geslachtschromosomen uit een ander paar. De gemeenschappelijke afstamming van deze verschillende geslachtsbepalende systemen werd door Peter al onmogelijk geacht, maar toch is het blijkbaar gewoon mogelijk. Wat houdt ons dan nog tegen aan te nemen dat alle andere geslachtssystemen eveneens te herleiden zullen zijn?

Er is nog een extraatje in dit verhaal, voor diegenen die het over het hoofd gezien hebben. Het vormt namelijk een fraai voorbeeld van empirische ondersteuning voor de gemeenschappelijke afstamming van vogels en mensen en alles wat daar tussenin zit. Het is belangrijk om te onthouden dat een ge´nverteerd deel van een chromosoom geen functie heeft. Het is gewoon een stuk DNA dat omgedraaid is en daarmee onzin is geworden. Vandaar ook dat het Y-chromosoom zonder problemen danig ingekort kon raken. Bij creationisten die zulke overeenkomsten door gemeenschappelijke functie willen verklaren, hangen er een aantal lastige vragen boven het hoofd:

• Waarom delen mensen en hogere primaten (apen en mensapen) met elkaar hetzelfde (vierde) ge´nverteerde stukje chromosoom en niet met andere dieren?
• Waarom delen alle placentale zoogdieren met elkaar hetzelfde (derde) ge´nverteerde stukje chromosoom en niet met andere dieren?
• Waarom delen alle levendbarende zoogdieren met elkaar hetzelfde (tweede) ge´nverteerde stukje chromosoom en niet met andere dieren?
• Waarom delen ALLE zoogdieren met elkaar hetzelfde (eerste) ge´nverteerde stukje chromosoom en niet met andere dieren?

Het is natuurlijk geen verklaring te beweren dat het zo is, omdat 'de Schepper het zo gewild heeft', omdat je dan moet verklaren waarom 'de Schepper het zo gewild heeft'. Een verklaring op basis van gemeenschappelijke functie snijdt ook geen hout, want ge´nverteerd DNA heeft geen functie; het is gewoon gedegenereerd materiaal. Waar blijven al die hard-core creationisten die beweren dat er voor evolutie geen emprisch bewijsmateriaal bestaat? Door geslachtssystemen te bespreken heeft Peter een doos van Pandora geopend met verdere overeenkomsten die alleen zinnig door gemeenschappelijke afstamming verklaard kunnen worden. Ik heb in elk geval nog geen tegenargumenten gehoord...

Of, om even op de Peter-Scheele-toer te gaan:

Creationisten: Euh... nietes!

Bronnen:

Four evolutionary strata on the Human X chromosome Bruce T. Lahn & David C. Page, Science: 29 October 1999, vol. 286, pp. 964-967

Genetics - Goodenough (3rd edition) Saunders College Publishing, New York