Nieuws

2 dec 16 dwdd university Robbert Dijkgraaf zeer boeiend college: terugzien!
21 nov 16: Persbericht: KNAW: genome editing vraagt om publiek debat en heldere regelgeving
18 nov 16: Volkswagen schrapt 30.000 banen door dieselschandaal en transitie naar elektrische auto
16 nov 16: 100.000e elektrische auto rijdt op de Nederlandse weg (AD)
10 nov 16: Is Erik Verlinde de nieuwe Einstein? Sterrenkundige Margot Brouwers resultaten wijzen er op dat Verlindes theorie klopt!
8 nov 16: Nederlander Erik Verlinde komt met baanbrekende theorie over zwaartekracht
8 nov 16: Chimpansees winden draderige algen als spaghetti om een stokje nrc


*) zie hier. [ Archief Actualiteiten ]

24 maart 2012

Kanttekeningen bij nrc artikel 'Snorkelen in Darwins vijver'

Snorkelen in 
Darwins vijver

In nrc weekend van vandaag 24 maart staat een aardig overzichtsartikel over het ontstaan van het leven: 'Snorkelen in Darwins vijver' (Lucas Brouwers). Om het kort te houden begin ik direct met kritiek: het artikel is enigszins 'misleidend' of tendentieus, in ieder geval incompleet, omdat het de Koonin-threshold (zie vorige blog) negeert. Je zou verwachten dat het gebalanceerd zou zijn, omdat er onderzoekers met tegengestelde opvattingen geinterviewed zijn.

Het duidelijkst blijkt dit uit het tekstkadertje bij de paginagrote illustratie:
"Een RNA molecuul slaagt erin zichzelf te vermeerderen. De RNA-ketens verspreiden zich als een virus door de rots..."
Maar volgens Koonin zijn er minimaal 13 RNA polymeren met een gezamelijke lengte van 1800 bases nodig om de RNA-wereld op gang te brengen. En de kans dat die ontstaan is vrijwel gelijk nul in ons universum. Nul is niet niks! Voor deze onoverbrugbare kloof neemt Koonin zijn toevlucht tot zo iets speculatiefs als multiversum!  Het nrc artikel stapt daar stilzwijgend fluitend overheen!

Een hint naar de Koonin-threshold is: "Ze dromen van een RNA molecuul dat zijn eigen vermeerdering katalyseerde."

Een zeer interessante opmerking, gezien mijn blog serie over DNA:
"Toch probeerden biochemici hun oersoepen zo te bereiden dat er RNA in ontstond. Ze faalden. Net als DNA bestaat RNA uit nucleotiden. Maar breng beide componenten, de ribose en base, in oplossing bij elkaar en er zal een akelige stilte vallen. De twee moleculen vormen géén nucleotide."
In het kader van de vanzelfsprekendheid van de Watson-Crick dubbele helix gezien de bestanddelen (zie eerdere blogs en discussie) en de wetten van chemische binding en vrije energie zou je ook verwachten dat uit een mengsel van de bestanddelen van DNA (suiker, base, fosfaat) automatisch DNA zou ontstaan. Dat wordt door het citaat kort en krachtig weerlegd.

Afgezien van deze kritiekpunten (en nog wat mogelijke kanttekeningen) is het artikel zeer de moeite waard.

18 opmerkingen:

harry p zei

gert,
Mijn eerste reactie was toen ik het verhaal las: kennelijk is die Koonin drempel niet zo belangrijk (als Gert zegt!), of ze kennen Koonin niet, maar Lane heeft vorig jaar nog samen met hem gepubliceerd, in BioEssays 33: 810-7; 2011. Vreemd.

gert korthof zei

niet zo belangrijk??? 13 RNA polymeren met een gezamelijke lengte van 1800 bases??? grapje he, meneer harry?
Pas op: je moet de oplossing van Koonin NIET verwarren met het onderliggende probleem: de Koonin drempel: die blijft bestaan! die staat los van de oplossing, zoals ik al schreef.
Vergeet niet dat het een artikel van Lucas Brouwers is en niet van Nick Lane. (Ik zag dat ik al een link had naar een blog van Lucas Brouwers...)
En mogelijk is Koonin eerlijker in het erkennen van problemen dan menig ander die meer naar verworvenheden kijken dan naar problemen.
... dat soort dingen...

Harry pinxteren zei

inderdaad grapje gert. je begint me te kennen!

ik begrijp overigens niet wat je bedoelt met je opmerking dat je de oplossing van Koonin NIET moet verwarren met het onderliggende probleem. Doe ik dat dan? En staan de de meeste problemen niet los van de oplossing, ook al noem je ze drempel?!

Enfin, natuurlijk kan ik me weinig voorstellen bij dat 'replication-duplication system' van 13 RNA polymeren met een gezamenlijke lengte van 1800 basen, en vooral niet bij de term minimaal, behalve dan wat daar in natuurlijke taal onder wordt verstaan: 1799 basen is kennelijk submininmaal, net als 12 polymeren, al zou ik niet weten waarom of hoe. Chemisch instabiel? Of net te weinig informatie voor die replicatie-duplicatiemachine, ongeveer zoals een enkel ontbrekend bitje in machinecode oid, maar waarom dan?)

Dat de kans dat je ze bij mekaar dobbelt ('spontaneous formation' p 435) verrekte klein is, is me wel duidelijk. Zoiets kun je met gevoel voor understatement inderdaad een drempel noemen!

Er zijn overigens legio van dit soort drempels. Bijvoorbeeld, onze synapsen zijn dynamisch. Edelman (en Tononi, 2000,38) berekenden dat daarom het aantal mogelijke neurale circuits dat we tot onze beschikking hebben ongeveer gelijk is aan een '10 followed bij at least a million zeros' Waaraan ze tussen haakjes toevoegen ‘There are at least 10 folowed by 79 zero’s, give or take a few, particles in the known universe’. We hoeven helemaal geen multiverse te postuleren, we hebben er zelf al een in ons hoofd!

Snap je nou waarom ik de vraag van Koonin (p 250)- waar jij alsmaar niet op in wil gaan ondanks het feit dat ik niet moe word er op te blijven wijzen (zie je vorige blog bijv)- waarom ik die vraag de hamvraag noem? '10 followed bij at least a million zeros', dat was pas een drempel!
Toch hebben we hem weten te passeren.

"it's thresholds' en niet 'turtles', en het is 'all the way up 'niet 'all the way down' ;-)

(je kent die turtle anecdote neem ik aan)

gert korthof zei

Harry, ik realiseer me nu dat de Koonin threshold wel eens een RNA-world versie zou kunnen zijn van de beroemde Eigen error threshold! NB: het leuke is dat error threshold beschreven wordt in termen van replicatienauwkeurigheid en error correctie enzymen: iets wat we de afgelopen blogs uitvoerig hebben besproken! samenvatting: omdat je error correctie enzymen nodig hebt om voldoende betrouwbare replicatie te bereiken, heb je dus extra informatie nodig om in DNA op te slaan, dus wordt je DNA langer, dus heb je nauwkeuriger replicatie nodig, dus .. etc. Leuk he?
De Koonin threshold en de Eigen paradox gaan allebei over de Origin of Life, dat is niet te vergelijken met mogelijk aantal neurale circuits. op de rest komt ik terug.

gert korthof zei

want je hebt uberhaupt alleen neuronen zoveel miljard jaar ná de Origin of Life! OK?

vergelijk de Koonin threshold met: een spiksplinter nieuwe auto met een lege accu. Normaal laadt de accu op tijdens het rijden (als het een benzinemotor is!), maar om te rijden moet je starten en daar heb je de accu voor nodig. Vicieuze cirkel dus: om de accu op te laden moet je rijden, om te kunnen rijden heb je een geladen accu nodig. Dat soort dilemmas dus.

gert korthof zei

aub niet boos worden, maar wat bedoel met Koonin (p 250)? spreekt Koonin zichzelf ergens tegen? welke hamvraag?

harry pinxteren zei

gert, ik weet dat de eerste neuronen pas zo'n 600 miljoen jaar geleden ontstonden (sterk staaltje van purifying selection overigens)

maar met neuronen heb je volgens mij een zelfde soort dilemma. Eerst was er alleen chemotaxis. Om (extra) informatie uit de omgeving te kunnen halen ('bits') heb je neuronen nodig. Maar zonder neuronen – je accu- heb je die informatie dus niet, dan heb je niks aan die 'bits', kortom, kun je niet rijden.

Er zijn, las ik ergens, aanwijzingen dat de 'infrastructuur' voor de 'electrificatie' al evolueerde voordat er neuronen evolueerden, moet ik nakijken. En voor overdracht van electrische signalen is uiteraard chemie nodig (neuromodulatoren en -transmitters tussen synapsen en ionen langs dendrieten en axonen). Maar neemt dat de vicieuze cirkel weg? Verklaart dat zeg maar de ‘Edelman-drempel'(die overigens ook nog gigantisch veel energie vreet)?

Vergeet niet dat de analogie met name opgaat wat betrouwbaarheid en robustheid bereft, error correctie: zoveel bits uit de omgeving filteren, daar heb je betrouwbaar werkende neuronen voor nodig. Wat heet: de wereld barst van de ruis! Hoeveel complexer is die informatieverwerking wel niet vergeleken met chemotaxis: dat is (toch niet meer dan) alleen wat chemische gradienten? (Er is op het net een demo van een oliebolletje of zoiets dat als een soort pacman door een doolhoof van een of andere oplossing gaat en zo de uitgang vindt).

als bioloog en biochemicus, als DNA expert, zie jij vooral drempels 'beneden'. Ik zie ze als psycholoog vooral 'boven'. Maar ze zijn volgens mij van dezelfde orde: of het nu over neurale circuits gaat of over Hamlet (zoals eerder), over de Koonin drempel dan wel de Eigen error drempel. We hebben het ook over dezelfde theorie! Trouwens, als natuurlijke selectie het antwoord was, hadden we ueberhaupt geen proleem. ;-)

Het alternatief: Order for free misschien?

Ok, mooie dagsluiting: Om te beginnen kregen we de zwaartekracht voor niks. En de zon dus ook. Laat je niks wijsmaken, zeker niet door economen. Er bestaan wel degelijk free lunches, niet alleen op een schitterende dag als vandaag. Dus, leve de biofuels, weg met die accu’s!
(een variatie op pagina 250 ;-))

gert korthof zei

Harry, ik ben onvoldoende ingelezen in het ontstaan van neuronen en hersenen in de evolutie. Deze onderwerpen ontbreken vrijwel geheel in de standaard evolutie handboeken. Er zijn wel boeken op dat gebied maar ik heb ze niet (gelezen). Maar het onderwerp is zeker belangrijk en ik zal er hopelijk op terug komen in de toekomst.

de koonin-threshold is niet te vergelijken met welke andere threshold in de biologie omdat Kt gaat over het ontstaan van het leven. Wordt die drempel niet genomen dan ontstaan er geen leven en is het meest complexe wat op deze mooie planeet ontstaat: complexe anorganische koolstof chemie en that's it.
vergeet niet dat de (menselijke) hersenen gewoon ontstaan uit instructies in het DNA (daarom verschillen menselijke hersenen van die van chimp, etc) gedurende de embryonale ontwikkeling. gewoon bij iedere baby weer opnieuw. Dat kunstje wordt bij het ontstaan van ieder mens opnieuw herhaald. Het is dus niet een unieke gebeurtenis uit het verleden en is daarom goed te bestuderen. in ieder geval bij proefdieren.

harry pinxteren zei

gert, ik snap dat Kt gaat over de overgang van chemie naar leven. En het onderscheid abiotisch - biotisch is natuurlijk fundamenteel. Maar die andere drempels zijn ook fundamenteel en vergelijkbaar, want het zijn a) net zulke combinatorische explosies en b) ze zijn net zo moeilijk te behappen voor de theorie. Wij zijn een totaal andere levensvorm dan bacterien, of wil je beweren dat wat wij hier doen niet veel meer is dan wat opgeschaalde chemotaxis? Anders gezegd - om dat vreselijk woord maar eens te gebruiken- we hebben het in al deze gevallen over emergenties. Leven is net zo'n emergentie als bewustzijn, of als kennis. Het begint uiteraard met die eerste emergentie, maar dat er ooit hersens zijn ontstaan, en kennis, dat waren ook unieke, eenmalige gebeurtenissen - zover we nu weten. En nog steeds vinden er overgangen plaats tussen het abiotische en het biotische: bijvoorbeeld als je dit leest (of, bijvoorbeeld tussen atomen en logica zoals Haldane een keer fraai opmerkte).

Kortom: evolutie is de theorie van emergenties. (Koonin p 250!;-)). Dat we daarin van mening verschillen, wil niet zeggen dat ik appels met peren vergelijk.

Ik probeer dat Multiverse verhaal weer eens te begrijpen, want in de multiverse bestaan combinatorische problemen dus niet! David Deutsch geeft in zijn laatste boek o.a. het voorbeeld van Dawkins en die horloges die stoppen tijdens die TV show. Je kunt simpel uitrekenen dat dat er genoeg zijn om de naieve kijker te laten geloven dat er iets paranormaals is gebeurd. Het multiverse werkt ongeveer ook zo. Net als die kijkers we zien gewoon een hoop dingen niet, lijkt het dus magie, terwijl het resultaat volledig gedetermineerd is.

In het verhaal van Deutsch is fungibiliteit een sleutelwoord- net als geld, of het saldo op je bankrekening fungibel is. Maar ook dat is maar een analogie. En ik kan die nog steeds niet echt volgen. Quantum mechanica, weet je wel. Ik doe mijn best. Maar je weet nu in welke richting je het kunt zoeken.

Er zijn steeds meer zeer serieuze wetenschappers die de multiverse helemaal niet zo vreemd vinden. Vergeet bovendien niet dat het idee uiteindelijk ook te toetsen is. Voor Deutsch is een quantum computer van 64 qubits de ultieme toets, want 2^64 toestanden, aardig wat meer dan de deeltjes hier op aarde. Vandaar. Als ze in Delft een beetje opschieten met dat Majoranadeeltje, moet dat snel te doen zijn!

In ieder geval, wees gerust, Kooning gooit zijn naam niet echt te grabbel. Echt niet.

Marleen zei

Ik heb het artikel van Lucas Brouwers jammer genoeg niet gelezen.

Er zijn nu onderzoeken die de RNA-wereld in twijfel trekken. De biotische wereld zou van start gegaan zijn met een wereld van nucleoproteinen.
De site die verantwoordelijk is voor de synthese van eiwitten (PTC) evolueerde later dan de eiwitten die deel uitmaken van de small subunit die samengesteld is uit eiwit en RNA. Er waren dus al eiwitten voordat het ribosoom ze kon maken.

http://www.plosone.org/article/info:doi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0032776

gert korthof zei

Marleen, Het artikel van Lucas Brouwers: er staat vrijwel niets nieuws in als je een beetje op de hoogte bent van de Origin of Life materie.
Dank voor de link. Het artikel is waanzinnig lang en ingewikkeld. Het plaatje (Figure 7) van de evolutie van het ribosoom is heel aardig (nooit eerder gezien). In het hele artikel wordt Koonin en de Koonin threshold niet genoemd! Ik heb het hele artikel niet gelezen, maar ik vraag me af of ze bij eerste fase van de evolutie van het ribosoom in fig 7 de Koonin complexity threshold in feite al zijn gepasseerd.... en dat dus gewoon als gegeven aannemen...

harry pinxteren zei

gert misschien eerst even dit lezen!

http://guava.physics.uiuc.edu/~nigel/REPRINTS/2011/Goldenfeld-Woese%20Life%20is%20Physics%202011.pdf

of kende je het al?

"Is the study of biology merely an exercise in reverse-engineering a rich set of extremely complicated chemical reactions, or are deeper principles at work to bring molecules to life? The purpose of this review is to discuss these questions.....

gert korthof zei

Harry, die kende ik niet. Hoe kom jij daar nou weer aan? Heb conclusie gelezen. Ik weet het niet of dit iets gaat opleveren. Is iets waar je eens rustig de tijd voor moet nemen (een uur?) maar dat interfereert weer met andere leesplannen...

Marleen zei

@Gert, De onderzoekers uit het artikel hierboven gaan inderdaad voorbij aan de treshold, maar hebben wel een wat concretere benadering van het probleem waar Koonin mee zit. Ik ben bezig me te verdiepen in Koonin via zijn publicaties op het web, o.a. dankzij Harry.
Zijn benadering via multiversums of MWO (many worlds in one)over het bereiken van complexe systemen lijkt mij inderdaad een wanhopige poging om langs die treshold te komen. Het is een zeer abstracte benadering van het probleem. Enkele onderzoekers (bijv. Ernesto DiMauro) toonden aan dat polymeren zich spontaan in water kunnen vormen. Waarom ligt die treshold dan zo ontzettend hoog ?

http://www.jbc.org/content/284/48/33206.short

gert korthof zei

Marleen, interessant artikel (kende ik nog niet). Hun doel is:
"A key step missing in the reconstruction of the origin of living systems is an abiotically plausible synthesis of RNA."
en ze besluiten met:
"The versatility of the set of nonenzymatic polymerization reactions leading to longer sequences (Fig. 9) is possibly the most relevant property of these self-polymerizing systems. "

Let op: 'self-polymerizing' is niet hetzelfde als self-replication. Hoe belangrijk en nieuw het resultaat van de onderzoekers ook is (en hun experimentele condities zijn elegant en simpel te noemen), 'self-polymerizing' is niet hetzelfde als self-replication. Bij self-replication wordt de sequence gecopieerd zodat je een copy krijgt van het origineel, etc. Daardoor krijg je amplificatie van een bepaalde sequence. En dat is cruciaal, want self-replicerende sequences zijn de cruciale stap naar leven.
Maar waar de auteurs zich niet mee bezig gehouden hebben (ze kunnen niet alles!):
At miniumum spontaneous formation of of the folowing is required: two rRNAs with a toal size of at least 1000 nucleotides, plus 10x30 (...) nucleotides, plus replicase van plm 500 = 1800 nucleotides totaal.
(Koonin, p. 435).
Als de onderzoekers dit kunnen produceren hebben ze zondermeer de Nobelprijs verdiend.

gert korthof zei

Marleen "Ik ben bezig me te verdiepen in Koonin via zijn publicaties op het web"
als je zijn boek niet hebt kun je beginnen met een 'preview' (volgens Koonin):
http://nar.oxfordjournals.org/content/37/4/1011.full
hier wordt o.a. niet ingegaan op de origin of life.

En hoofdstuk 1 is gratis hier te lezen:
http://www.ftpress.com/articles/article.aspx?p=1731108

verder zijn er letterlijk honderden artikelen van zijn hand.
Ik vind het boek van Koonin van enorme betekenis en heb er ontzettend veel van geleerd: ontzettend data-rich, en weinig tot geen gefilosofeer! de papieren versie is duur, de ebook versie is iets minder duur!

harry pinxteren zei

al gelezen?
Gene-Wei Li, Eugene Oh, and Jonathan S. Weissman The anti-Shine-Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria Nature on March 28. Nature (2012) doi:10.1038/nature10965 http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10965.html
ofwel
New Layer of Genetic Information Discovered

gert korthof zei

harry, bedankt! kende ik nog niet! De Kozak consensus sequence is a sequence on mRNA that is bound by the ribosome when initiating protein translation en is het equivalent van de prokayotische Shine-Dalgarno sequence. heeft dus allemaal te maken met de regulatie van translatie (eiwit productie)!. (wiki)

het verhaal sugggereert dat protein sequences niet vrij zijn om te evolueren naar een optimale protein functie maar worden beperkt door zaken als Kozak consensus sequence en de Shine-Dalgarno sequence. Is genoteerd.