19 april 2011

De creationistische visie op junk DNA

Dit blog gaat over de creationistische visie op junk-DNA in het algemeen, en een volgend blog over introns  in het bijzonder (Junker, Scherer). Introns zijn een speciaal geval van junk-DNA.

Junk-DNA is, ondanks de ongelukkige term, een legitiem en interessant wetenschappelijk onderwerp. We proberen te achterhalen wat de functie is van zo ontzettend veel DNA dat niet codeert voor eiwitten. Het is verleidelijk om te onderzoeken hoe het concept junk-DNA in de literatuur terecht is gekomen en hoe het zo populair is geworden. Maar dat doe ik hier in beperkte mate. Anders loopt het al gauw uit de hand. Ik doe het waar nodig om te laten zien dat de claims van ID niet kloppen. Deze blog gaat voornamenlijk over hoe creationisten het begrip junk-DNA misbruikt hebben.

Volgens Intelligent Designer Jonathan Wells [4] hebben Darwinisten de junk DNA mythe in het leven geroepen. Het is een mythe volgens Wells omdat de  feiten uitwijzen dat 'junk DNA' geen junk is. Het heeft een functie. ID had dit al voorspeld. Wells schrijft er een heel boek over om dat aan te tonen: The Myth of Junk DNA. Hij plaatst deze mythe in het rijtje Darwinistische mythes die hij eerder ontmaskerde. Hij noemt dat mythen omdat het bewust in standgehouden leugens zijn. Het is bepaald geen plezier om Wells te lezen, het is een tenenkrommend en misselijkmakend stuk, maar het moet. Zo nu en dan.

De oorsprong van het concept 'junk DNA'.
Het is bijzonder leerzaam om de originele publicatie van bijna 40 jaar geleden "So much "Junk DNA in our Genome" (1972) [3] van Susumu Ohno te lezen waarin het junk-DNA concept geintroduceerd werd. Ohno kwam in de conclusie van zijn artikel met een fascinerende gedachte: als er zoveel succesvolle genen in ons genoom zitten, moeten er ook veel 'mislukte probeersels' zijn:
"Triumphs as well as failures of nature's past experiments appear to be contained in our genome." [3]
Hij zag junk DNA als het resultaat van miljoenen jaren 'evolutionair experimenteren'. Hij zag 'junk-DNA' dus helemaal niet zo negatief. Junk-DNA is niet meer functioneel, ok, maar was het ooit wel, of heeft nog geen nieuwe functie gekregen. Junk-DNA is potentieel nuttig. Redundant DNA is eigenlijk de enige manier om nieuwe genen te evolueren volgens Ohno. Het kan ontstaan door de duplicatie van een gen (genduplicatie). Immers functionerende genen kunnen niet veel mutaties verdragen. Maar redundant DNA of niet-coderend DNA is vrij om te muteren. Ohno geeft deze prachtige vergelijking, die me doet denken aan die van Dawkins:
"The earth is strewn with fossil remains of extinct species; is it a wonder that our genome too is filled with the remains of extinct genes?" [5]
'junk-DNA' in genetische context
Als we de ontwikkeling van de genetica bekijken wordt ook duidelijk waarom het begrip 'junk-DNA' populair werd.
Mendel verklaarde erfelijkheid door overerving van discrete erfelijke factoren. Die erfelijke factoren werden na 1900 genen van de Mendelse genetica. In 1953 werden die genen DNA. De genetische code werd in de 60-er jaren ontrafeld: DNA codeert voor eiwitten. Dat is de functie van DNA. Al het leven op aarde is op DNA en eiwitten gebaseerd. Deze ontdekkingen behoren tot de absolute hoogtepunten van de biologie. Alles wat daarna ontdekt is zijn verfijningen; weliswaar belangrijke verfijningen. Immers zonder eiwitten (enzymen) is leven niet denkbaar. En eiwitten worden indirect via DNA doorgegeven naar de volgende generatie. In de context van DNA-codeert-voor-eiwitten wordt het begrijpelijk dat men sprak over coderend en niet-coderend DNA. Niet-coderend-DNA was DNA met onbekende functie en werd vooral in populair-wetenschappelijke literatuur met 'junk-DNA' aangeduid. Maar wetenschappers wisten dat junk-DNA stond voor niet-coderend-DNA.
Ook de betekenis van introns moet in die context gezien worden. Introns zijn niet-coderende stukken DNA en worden verwijderd. Exons coderen voor eiwitten. Zodoende werden introns tot junk-DNA gerekend. Logisch zolang je geen bewijs van het tegendeel hebt.
Toen men eenmaal begon te ontdekken dat RNA ook nog andere functies had dan  als boodschappenjongen voor eiwitproductie dienst te doen, en genregulatie en genexpressie ontrafeld begonnen te worden, begon men ook functie's van sommige niet-coderende stukken DNA te ontdekken. Vraag: als je al het coderend DNA en het regulerend DNA optelt, komt je dan op 100% van al het DNA? Ik dacht het niet. Daarover later meer.

'Junk-DNA' in de context van genoom groottes
Er zijn nog andere feiten waarom het idee van 'junk-DNA'  zich opdringt aan de waarnemer: genoom groottes van verschillende organisms. Sommige organismes hebben gewoon teveel DNA! De mens heeft een genoom van 3.42 miljard nucleotides,  de longvis Protopterus aethiopicus: 130 miljard nucleotides! De longvis heeft dus 38x zoveel DNA als de mens! Maar de recordhouder is de plant Paris Japonica (Japanse eenbes) die een genoom heeft van 149 miljard baseparen, dat is 43x zoveel als de mens [13]. De tegenstelling tussen complexiteit van het organisme en de genoomgrootte staat bekend als C-value paradox. Grappig is dat creationisten wel eens de c-value paradox tegen Darwinisme hebben gebruikt. Evolutiebioloog T. Ryan Gregory heeft de 'onion test' bedacht voor iedereen die meent dat al het niet-coderend DNA een functie heeft:
"Can I explain why an onion needs about five times more non-coding DNA for this function than a human?" [6].
ID-ers denken niet echt na over de vraag of al dat extra DNA echt nuttig is. Maar ja, wetenschappelijk onderzoek is ook niet hun primaire doel.

'Junk-DNA' in de context van bekende processen
Het idee van junk-DNA kon makkelijk geaccepteerd worden door genetici omdat die op de hoogte waren van veel processen waarbij DNA ongecontroleerd en op autonome wijze zich kon vermenigvuldigen en verspreiden binnen het genoom van het organisme, net zo als een virus of een parasiet. Bijvoorbeeld: transposons (Transposable Elements), retroposons, viraal DNA, repetatief DNA (Alu), Lateral DNA transfer (LTR), pseudogenen, genduplicatie, genoomduplicatie (polyploidie).
Al deze processen veroorzaken grote, vaak ingrijpende mutaties. Het zijn bepaald geen puntmutaties! Vraagje: hoe kun je een ontworpen en dus gefixeerd genoom rijmen met al deze dynamiek en parasitaire elementen? Het originele ontwerp wordt vernietigd.

Darwinisten ten onrechte beschuldigd

Volgens Wells [4] hebben Darwinisten de junk-mythe verzonnen en in stand gehouden. Als bewijs wordt bijvoorbeeld Francis Collins (2006) The Language of God opgevoerd. Helaas heeft Wells Collins slecht en selectief gelezen. Collins zelf is veel voorzichtiger. Hij zegt dat sommige wetenschappers het 'junk DNA' noemen, maar Collins zelf vind dit nogal arrogant gezien onze onwetendheid:
"some even referred to these as "junk DNA", though a certain amount of hubris was required for anyone to call any part of the genome "junk", given our level of ignorance." [2]. 
Dus: Collins kritiseerde het woord 'junk'!  Verder wordt Richard Dawkins The Selfish Gene uit 1976 (!) geciteerd. Waarom is Dawkins fout volgens Wells? Omdat in de jaren 80 (!) en in 2003 (!) ontdekt is dat niet-coderend DNA wel functioneel kan zijn [1]. Dawkins had dit met terugwerkende kracht moeten weten?

Laten we een paar zgn 'Darwinistische' publicaties onder de loop nemen. Precies 10 jaar geleden publiceerde Nature het boek The Human Genome waarin gesteld werd:
"Less than 2 percent of the human genome is made up of protein-coding sequences. The remainder has been labeled as 'junk DNA'. The function of these vast tracks of non-coding sequence is still largely obscure, but they do seem to contain instructions that help to control what proteins are expressed where, and when" [8]
Ook hier zien we dat junk niet echt dogmatisch wordt gehanteerd. Wanneer de data dat rechtvaardigen worden functies erkend.
Eerlijkheidshalve noem ik ook dat volgens Makalowski [9] de term junk-DNA het onderzoek naar de functie vertraagd heeft. Is dat echt zo? Alsof (top)wetenschappers zo onkritisch zouden zijn en zich uitsluitend door een tendentieus woord laten leiden bij hun onderzoek.

Bijvoorbeeld de bekende evolutiebioloog Sean Carroll noemde junk-DNA 'Dark Matter of the Genome' naar analogie met dark matter in het universum:
"Most dark matter contains no instructions and is just space-filling "junk" accumulated over the course of evolution. In humans, only about 2 to 3 percent of our dark matter contains genetic switches that control how genes are used." [10]
Ondanks zijn opvatting dat het meest niet-coderende DNA junk is, accepteert hij dat een klein percentage regulerende functies heeft omdat zijn gegevens dat uitwijzen. Voor wetenschappers is het niet de vraag of er junk-DNA bestaat, maar hoeveel DNA junk is.

ID geeft geen theorie.
Het hele probleem van junk DNA is dat creationisten vergeten dat er mutaties bestaan [7]. Die mutaties treden continue op. Mutaties zijn ongericht, doelloos. Ze wijzigen en vernielen het Ontwerp! Ons genoom zit vol met mutaties. Als het genoom geschapen is dan is iedere wijziging door een blind mechanistisch proces hoe dan ook een wijziging van een perfect geschapen genoom. Creationisten hebben geen theorie, alleen losse opmerkingen naar aanleidingen van fouten van Darwinisten of nog onverklaarde verschijnselen.
Designed? Hoezo? Wat is er designed? Functioneel? is alles functioneel? Is iedere base in het DNA functioneel? Laat zien! Als het menselijk genoom uit slechts 1,5% coderende genen bestaat, is 98,5% dan regulerend DNA? Geldt het ook voor organismes die méér DNA hebben dan de mens (salamander, amoebe?) Toon aan! Niet, hoe zo niet? Als het ontworpen is, is het dan perfect? Of mogen er gebreken aan zitten? Maar dan zijn zowel perfect deelzaken als gebreken compatible met Design? Daar moeten ze een theorie over opstellen. Geef een theorie, in plaats van gelegenheidsargumenten. De achtergrond theorie waar creationisten als Wells van uit gaat is vaag, zo vaag dat dat ze later bij vervelende feiten nog kunnen zeggen dat het precies is wat ze voorspeld hebben.

Nuttig junk DNA
Voor Darwinisten kunnen alle veranderingen in een genoom positief, negatief of neutraal zijn. Het hangt af van de feiten. Wanneer uit onderzoek blijkt dat junk DNA functies heeft, dan wordt dat gepubliceerd en geaccepteerd. Bijvoorbeeld: niet-coderend RNA en niet-coderend DNA. Creationisten citeren dat vervolgens en interpreteren het in hun straatje alsof ze het zelf hebben uitgevonden. Wells citeert triomfantelijk dat 75-80% van het menselijk genoom afgelezen wordt. Zeer interessant, maar geen bewijs dat het wat nuttigs doet. "About 80 percent of the nucleotide bases in the human genome may be transcribed, but transcription does not necessarily imply function" (wiki). En hoe zit het met de rest? Waarom wordt er niet 100% van het genoom afgelezen?

Het zijn dezelfde mainstream wetenschappers die ook de functies van DNA ontdekken, waar Wells e.a. zich vervolgens weer op baseren om Darwinisten aan te vallen. IDers zijn commentators aan de zijlijn. Zo rapporteert Answers in Genesis (11) dat sommig junk DNA nuttig is voor zenuwcellen (met dank aan Rene Fransen).  Van één intron hebben ze een mogelijk functie ontdekt, dus: alle introns hebben een functie. Dus er bestaat geen junk DNA! Het is misleidend om hier en daar wat te citeren over nuttige functies van junk DNA en dan te suggereren dat het voor alle DNA geldt, en te suggereren, maar vooral niet expliciet aan de orde stellen, dat het Design bewijst. Let op: de mens heeft plm 160.000 introns! Wie denkt dat ID-ers nu de functie gaan aantonen van al die 160.000 introns heeft het mis.

Conclusie:
Letterlijk genomen is de term junk-DNA fout, of op zijn minst voorbarig. Maar als je gewoon goed leest wat wetenschappers schrijven, dan zie je dat de meeste wetenschappers de term junk-DNA als synoniem met niet-coderend DNA gebruiken. Ze hebben géén dogmatische houding en passen hun mening aan nieuwe feiten aan. Ze creëren helemaal geen 'Darwinistische mythe'. Die mythe zit tussen de oren van de ID-ers. De koppeling met Darwinisme is geforceerd. ID-ers voegen géén wetenschappelijke resultaten toe. In tegendeel: zij introduceren doel-denken in de biologie (de bedoeling van 'junk-DNA') en zoals Gerdien de Jong [12] terecht opmerkte: "evolutie heeft geen aanwijsbaar doel, en heeft dat ook niet nodig. ‘Doel’ is daarbij een volledig overbodige uitdrukking die niets toevoegt aan de waarneming. – doeldenken is metafysische interpretatie, geen biologie".

(donderdag: Conclusie enigszins herschreven naar aanleiding van blog René Fransen)


Noten
  1. "Since the 1980s, however, and especially after completion of the Human Genome Project in 2003, biologists have discovered many functions for non-protein-coding DNA" (Wells, noot 4)
  2. "Furthermore, there were long stretches of DNA in between that didn't seem to be doing very much; some even referred to these as "junk DNA", though a certain amount of hubris was required for anyone to call any part of the genome "junk", given our level of ignorance." (Collins, p. 111).
  3. Susumu Ohno (1972) "So much "Junk DNA in our Genome" (hier). Iemand heeft het gescand. Iemand heeft op youtube een leerzame bespreking gezet van Ohno's 1972 publicatie. Volgens een andere bron over Susumu Ohno: "He developed the idea based on knowledge about a mechanism by which non-coding DNA accumulates: the duplication and inactivation of genes."
  4. Jonathan Wells on his book, The Myth of Junk DNA – yes, it is a Darwinist myth and he nails it as such verscheen op 28 maart op het Uncommon Descent blog.
  5. Dawkins citaat in mijn blog 'Het geniale inzicht van Richard Dawkins' (15 dec 2009). Dit vind ik nog steeds een fantastische en diepgravende metafoor.
  6. T. Ryan Gregory The onion test April 25th, 2007
  7. "A study has unearthed nearly 2 million instances of additional and missing stretches of DNA from the genomes of 79 people. The analysis of archived genome sequences revealed insertions and deletions (indels) ranging from 1 to 10,000 base pairs in length. Almost two-thirds have not been reported before. ... More than 2,000 of the indels (...) were in the coding regions of known genes": Ryan E. Mills (2011) 'Natural genetic variation caused by small insertions and deletions in the human genome', Genome Research, 1 April 2011
  8. Carina Dennis en Richard Gallagher (eds) (2001) The Human Genome, Nature - Palgrave. p.20.
  9. Wojciech Makalowski "What is "junk" DNA, and what is it worth?". Scientific American 296 (5): 104. (May 2007) Dit is overgenomen door wikipedia: "The term "junk DNA" repelled mainstream researchers from studying noncoding genetic material for many years".
  10. Sean B. Carroll (2005) Endless Forms Most Beautiful, hardback p. 112. Hoofdstuk 5 is getiteld: 'The Dark Matter of the Genome: Operating Instructions for the Toolkit'.
  11. Some 'Junk' DNA Is Important Guide For Nerve-cell Channel Production, Answers in Genesis (ScienceDaily Feb. 11, 2008)
  12. dit comment is van Gerdien de Jong en Rob van der Vlugt zegt hier ongeveer hetzelfde maar dan op een bijna poetische manier die aan Lucretius doet denken. 
  13. Elizabeth Pennisi (2010) Biggest Genome Ever, Science 7 October 2010

10 opmerkingen:

Gerdien de Jong zei

Er is ook wel eens geopperd dat de hoeveelheid DNA per cel van belang zou kunnen zijn voor de delingssnelheid van de cel. Als langzamer delen grotere cellen zou betekenen, zou dat een algemene invloed op een beest kunnen hebben - bv op groeisnelheid ten opzichte van differentiatiesnelheid van cellen in weefsels, wat weer invloed zou kunnen hebben hoe groot een volwassen beest zou worden. Zulke ideeen vliegen wel eens rond, maar ik weet geen systematische studie van het idee. Spacer DNA als aantal repeats van 2 basen tussen genen zou op die manier van belang kunnen zijn..

gert korthof zei

Het artikel van Elizabeth Pennisi (noot 13) schrijft ze:
"The researchers warn however that big genomes tend to be a liability: plants with lots of DNA have more trouble tolerating pollution and extreme climatic extinctions—and they grow more slowly than plants with less DNA, because it takes so long to replicate their genome."
Dat komt overeen met wat jij zegt.

Nadenkend over jouw opmerkingen over 'doeldenken': wat is de beste strategie tegen ID: (1) aantonen dat dat veel DNA selectief neutral of negatief is, kanker etc overoorzaakt, of: (2) principieel doeldenken afwijzen en niet discussieren over mutaties die ziekte veroorzaken?
Volgens mij is de term spacer DNA niet zo gangbaar.

Gerdien de Jong zei

Strategie 1 zou niet werken, omdat 'selectief neutraal' zo moeilijk aan te tonen is, of omdat alleen heet coderende DNA belangrijk gevonden wordt. Strategie 2 werkt ook niet tegen ID, gewoon omdat dan ontkent kan worden dat ID doeldenken introduceert.
Tegen ID zou misschien kennis wat evolutiebiologie werkelijk zegt werken - als ID'ers daar moeite in willen steken.
Juleon Schins was maandag in Utrecht nog als verdediger ID. Dan blijkt toch weer dat hij voor evolutie volledig op Dawkins vaart.

gert korthof zei

wat evolutiebiologie werkelijk zegt: "The vast majority of mutations reduce fitness slightly or are neutral with respect to fitness"(Freeman and Herron, p.152) Dit is dus zeker niet strijdig met de strategie (1): wijzen op schadelijkheid mutaties.
Ontkennen van doeldenken? Junker & Scherer introduceren 'design' in hun boek!

Gerdien de Jong zei

'Design' kom ik regelmatig tegen in wetenschappelijke artikelen: het betekent dat bouw en functie op elkaar afgestemd zijn. Dat is op zichzelf geen doeldenken. 'Design' wordt verklaard door selectie.

gert korthof zei

Rene schreef op zijn blog "Hij gaat vooral in op de geschiedenis van de term." Ik heb het historische beperkt tot de oorspronkelijke publicatie van Ohno om aan te geven dat als IDers gewoon lezen wat er staat, er geen reden voor alarm is. Dat geldt evenzeer voor de recente literatuur. Darwinisten creeëren geen mythe, ID-ers creeëren de mythe! De mythe zit tussen hun oren!

Anoniem zei

Francis Collins gebruikt wel degelijk junk-DNA (in de Nederlandse vertaling rotzooi-DNA) als bewijs voor evolutie. Je hoeft alleen maar achter in het register van z'n boek “De taal van God” te kijken om te zien waar hij refereert aan junk-DNA.
Op pagina 99 (Ned.vert.) formuleert hij 't inderdaad nog voorzichtig: “hoewel er gezien ons niveau van onwetendheid wel wat hoogmoed voor nodig was om een deel van het genoom als 'rotzooi' te betitelen”. Op pag.120 is hij al minder voorzichtig en noteert hij: “En het kan heel goed zijn dat een klein deel ervan (van het junk-DNA) belangrijke regulerende taken vervult”. Hij weet dus al bij voorbaat dat het overgrote deel domweg junk-DNA is.
Op pagina 150 laat hij alle schroom varen en geeft hij de jonge-aarde-creationisten (waarom alleen die?) er van langs, die moeten vooral niet denken dat het zich steeds herhalend junk-DNA onderdeel is van Gods plan.

Karl Giberson van dezelfde BioLogos-club komt met dezelfde boodschap:
http://darwins-god.blogspot.com/2011/04/karl-giberson-broken-genes-prove.html

Naar verluidt is Francis Collins in z'n laatste boek van mening veranderd inzake junk-DNA.
http://www.uncommondescent.com/junk-dna/francis-collins-junk-dna-god-and-whatever/

gert korthof zei

Anonymous said April (23, 2011 9:13)
Wil je aub je naam invullen?
Op deze manier kun je je naam invullen:
Select Profile... en kies:
Name/URL
vul in:
Name: ...
URL (mag willekeurig adres zijn als je geen eigen website hebt)
type je commentaar in
Word verification: type de letters over
(als het slecht te lezen is druk je op Post comment button en dan krijg je een nieuwe kans).

Bedankt voor de citaten van FC.
"Op pag.120 is ...”. Hij weet dus al bij voorbaat dat het overgrote deel domweg junk-DNA is"
Dit is niet juist, Hij weet niets bij voorbaat, daar is hij een veel te goed wetenschapper voor. Je moet direct na jouw citaat doorlezen! Dan zie je wat zijn argument is.

Belangrijk:
wetenschap bestaat niet uit het bekvechten over woorden zoals Wells + O'Leary doen.
Concurrenrende hypotheses worden beslist door data, en het doen van experimenten. Antwoord de 'onion test' van T. Ryan Gregory!
Doe onderzoek naar de functie van 160.000 introns van de mens! en vertel wat hun functies zijn!

peter borger zei

"Design wordt verklaard door selectie", zegt miss Darwin. Leg eens uit, miss Darwin, hoe redundante genen in 3D genetische netwerken tot stand komen middels selectie? Er is geen associatie tussen redundantie en genduplicaties en ze muteren ook niet sneller dan essentiele genen. Darwinisme is verder niks dan een achterhaalde 19e filosofie die tot de atheisten-religie verwerd. En natuurlijk voor meelopers, die denken dat het science is.

Marleen zei

@Peter, je hebt blijkbaar weer een argumentje gevonden. Tot voor kort sprak je nog van de paradox van de redundante genen. Deze zouden niet lang kunnen bestaan omdat ze door mutatie wegvallen. Hoe kunnen we dan toch nog zoveel redundante genen tegenkomen; zo luidt de paradox. Dit interesseert je nu blijkbaar niet meer, maar je zou tenminste kunnen erkennen dat je fout zat nu je overal rondgaat om te schrijven dat redundante genen niet sneller muteren dan essentiele genen.