28 February 2013

Het verwerpen van natuurlijke selectie in seksuele soorten heeft absurde consequenties. Contra Joris van Rossum.

In dit blog een topic dat niet aan bod gekomen was in de uitstekende gastbijdrage van Arno Wouters (Van Rossums Rode Haring) van 20 februari [6].

Na een tientallen pagina's durend betoog over de 'replicator' van Dawkins, Monod and Williams  (wat meer op een juridisch betoog lijkt dan op een biologische studie) komt van Rossum uiteindelijk tot de volgende conclusies:

"When we search in scientific literature for validations for the
proposed mechanisms behind the evolutionary process of adapta-
tion, and focus on the most important one, natural selection, we
find these to be surprisingly scarce." (p. 33)
"sexual reproduction cannot be explained as an adaptation, and, therefore, not accounted for by the principle of natural selection" (p. 92)

Fout 1

De hoofdfout van het proefschrift is dat Joris van Rossum natuurlijke selectie in twijfel trekt zonder gedegen literatuur onderzoek gedaan te hebben.
selectie in Darwinvinken
Van Rossum probeert op een amateuristische manier empirische bewijs voor natuurlijke selectie te ondermijnen of relativeren. Dat is één van de meest schokkende vertoningen in het hele proefschrift. Hij heeft helemaal geen grondig literatuuronderzoek gedaan. Hij probeert waarschijnlijk het bestaan van natuurlijke selectie te ondermijnen, omdat hij anders zou moeten erkennen dat natuurlijke selectie optreedt in zich seksueel voortplantende diersoorten zoals de beroemde Darwin vinken (Darwin finches), die grondig onderzocht zijn [4]. Over natuurlijke selectie in een zich seksueel voortplantende diersoort, de vlinder Biston betularia zegt hij:
"However, the evolution of the peppered moth provides only a partial demonstration of natural selection" (p. 34). Concludeert van Rossum nu dat natuurlijke selectie in het algemeen onvoldoende is aangetoond? Hij zegt het niet letterlijk, maar de suggestie is overwhelming. We zullen in het volgende zien wat de gevolgen zijn als men natuurlijke selectie in twijfel trekt, met name –en dat heeft de speciale belangstelling van van Rossum– in seksuele voortplantende soorten.


Fout 2

"During the process of meiosis, when gametes are produced
(...), only half of the genes make it to these individual cells " (p. 119)
Het klopt dat meiose 50% reductie geeft in genetische transmissie per nakomeling, dat zijn de wetten van Mendel, maar hij zegt er niet bij dat de haploide set compleet is in die zin dat er alle plm. 21.000 genen van de mens in zitten. Dat zijn de 22 + XY verschillende chromosomen, de soort specifieke chromosomen. Daarom kunnen we het haploid genoom (n) gelijk stellen aan 100% en het diploïde genoom met 200% (2n). Immers, de chromosomen komen voor in paren: 23 paar = 46 chromosomen (mens). In het algemeen geldt dat het haploide genoom in zijn geheel wordt gerepliceerd en doorgegeven. Daarom is het fout om te zeggen dat de helft van de genen niet wordt doorgegeven, zoals van Rossum doet. Wat wel waar is dat niet beide allelen van een gen worden doorgegeven. Dus: per nakomeling wordt niet de complete variabiliteit van het genoom in heterozygote toestand doorgegeven. Bijvoorbeeld, van de heterozygoot Aa wordt alleen A óf a doorgegeven. Dat zijn de wetten van Mendel. Zelfs voor heterozygote genen gaat het om dezelfde genen die hetzelfde eiwit produceren met mogelijk een iets andere ruimtelijke structuur. Er gaat zeker geen gen verloren!
NB: alleen voor heterozygote genen is het relevant dat 50% per nakomeling wordt doorgegeven. Voor alle homozygote allelen paren (AA of aa) is het niet relevant want daar zijn de allelen identiek [1]. Inteeltlijnen zijn een goed voorbeeld: daar gaat in feite niets 'verloren'.


X en Y chromosoom

De mannelijke geslachtscellen laten op verrassende wijze zien hoe bizar, het '50%-gaat-verloren-argument' van Joris van Rossum eigenlijk is. Omdat de man XY is gaat bij de vorming van mannelijke geslachtscellen in 50% het complete X-chromosoom (!) en in 50% een Y-chromosoom 'verloren'! Het X-chromosoom is zeer groot en bevat zo'n duizend genen, terwijl het Y-chromosoom ontzettend klein is en maar een handvol genen bevat. Aangezien er miljoenen zaadcellen geproduceerd worden gaat er statistisch gezien helemaal niets verloren. Alleen vanuit het standpunt van een nakomeling maakt het verschil: een zoon heeft géén X-chromosoom van zijn vader en een dochter heeft géén Y-chromosoom van haar vader ontvangen! Kunnen biologen door dit 'chromosoom verlies' het fenotype van mannen en vrouwen, zoals de primaire of secundaire geslachtskenmerken, niet meer verklaren? Integendeel! Werkt natuurlijke selectie daardoor niet meer? Natuurlijk niet, alle genen op het X en Y chromosoom staan onverminderd onder invloed van natuurlijke selectie. Fragile-X syndroom (mutatie op X chromosoom) geeft mentale retardatie. Een defect op het Y-chromosoom verhindert de productie van sperma. Het gevolg laat zich raden: onvruchtbaarheid. Dat is natuurlijke selectie. Het defect op het Y-chromosoom plant zich niet voort. Hoe controversieel kan dat nu zijn? Je hoeft daarvoor werkelijk niet de hele wetenschappelijke literatuur te doorzoeken ("When we search in scientific literature for validations...")!

Fout 3

In tegenstelling tot wat van Rossum lijkt te denken, werkt selectie ook op haploid niveau. Bijvoorbeeld: functionaliteit van sperma (dat is haploid, n), zoals zijn bewegelijkheid, zijn vermogen om de eicel te bereiken en te bevruchten, zijn allemaal fitness componenten waarop geselecteerd wordt. Dus natuurlijke selectie werkt op de haploïde zaadcel. Functioneert de zaadcel niet goed, dan treedt er onvruchtbaarheid op, dus natuurlijke selectie. Met andere woorden: de zaadcel bezit adaptaties.

Een ander voorbeeld: in het dierenrijk vinden we bovendien haploid males (bijen, mieren, wespen), dat zijn dus volwassen individuen die haploid zijn en waarbij dus alle adaptatie op een haploid genoom berust. "Most fungi and algae are haploid during the principal stage of their lifecycle" (bron).


Fout 4 

Ook al wordt er bij geslachtelijke voortplanting per nakomeling 'maar' 50% van het dna doorgegeven, er kan wel degelijk natuurlijke selectie optreden in de nakomelingen. Kijk maar. De eerste test van de replicator is het embryo. Het embryo ontstaat door mitoses uit de bevruchte eicel. Het grappige is dat het lichaam dus een kloon is van de bevruchte eicel. Bij de somatische celdelingen wordt steeds het volledige diploide genoom gerepliceerd. Dat betekent dus dat alle DNA in het diploide genoom een replicator vormt. Ten tweede: deze replicator in zijn geheel wordt getest op zijn vermogen om de ontwikkeling van het organisme in goede banen te leiden. Oftewel: het phenotype te produceren. Lukt het niet dan sterft het embryo of de baby wordt geboren met aangeboren of erfelijke afwijkingen en sterft vroegtijdig. Dit is natuurlijke selectie. Het leven van het embryo kan al eindigen vóór de geboorte en dat heet spontane abortus of miskraam [7]. Het wordt vaak veroorzaakt door aneuploidie, bijvoorbeeld trisomie-18 of andere genetische oorzaken. Dit is de eerste en grootste test voor de replicator. 
Maar ook na de geboorte gaat de test (natuurlijke selectie) gewoon door.
ziekte van Duchenne
Ook daar zijn vele voorbeelden te noemen. Bijvoorbeeld, het haploïde genoom kan een dominant lethaal gen dragen en dat veroorzaakt een fitness van nul (embryo sterft) en er wordt dus 100% tegen geselecteerd. Een ander voorbeeld: Duchenne muscular dystrophy (DMD): het dystrophin gen produceert geen normaal dystrophin eiwit, ongeacht de rest van het genoom. Het komt in mannelijke nakomelingen tot uiting. Ze hebben de ziekte. De levensverwachting van Duchenne patiënten is rond de 25 jaar. De evolutionaire fitness is nul (ze hebben geen nakomelingen). Het 'grappige' is dat natuurlijke selectie in de zonen tegen het foute DMD gen berust op het haploide deel (die 50%) dat de moeder heeft doorgegeven. Zonen krijgen het DMD gen altijd van hun moeder [2]. De moeder hoeft dus niet 100% van haar 'replicator' (genoom) door te geven om selectie in de nakomelingen te laten optreden. Belangrijk! Alsof het uitmaakt dat de ouders maar 50% van hun genoom doorgeven! Als je als zoon het DMD gen van je moeder erft, dan ben je patiënt. Theoretische discussies over de 'levels of selection', 'units of selection' veranderen niets aan het feit dat het een dodelijke ziekte is. Geen proefschrift verandert daar iets aan. Goed functionerende spieren in armen, benen, hart, longen zijn een adaptatie. 

DMD is een voorbeeld van X-linked dominant inheritance: "only one copy of the allele is sufficient to cause the disorder". Andere bekende voorbeelden: Rett syndrome en Fragile X syndrome. Andere voorbeelden van erfelijke ziektes bij de mens: PKU, hemofilie, Cystic Fibrosis, ziekte van Pompe, ziekte van Fabry (in 2012 nog in het nieuws), Tay-Sachs, thalassemie, sikkelcelziekte, etc. Deze kinderen sterven jong als ze niet behandeld worden (zeker in het verleden toen er nog geen behandelingen waren). We spreken van letale mutaties. Kinderen krijgen is meestal onmogelijk. We spreken hier van natuurlijke selectie omdat er géén (of minder) nakomelingen zijn in vergelijking met individuen die de mutatie niet hebben. Niemand (behalve Joris van Rossum?) verbaast zich erover dat natuurlijke selectie optreedt in de mens, een zich geslachtelijk voortplantende diersoort.
Samenvattend: in zowel het embryo als de volwassene zorgt natuurlijke selectie voor het intact houden van het functioneel dna en een gezond individu. Gebeurde dat niet dan zouden mutaties zich ophopen [3].


Conclusies

  1. het verwerpen van natuurlijke selectie in seksueel voortplantende dieren leidt tot absurde consequenties.
  2. Er is voldoende bewijs dat natuurlijke selectie in staat is adaptaties te kweken in zich seksueel voortplantende dieren, 
  3. ongeacht of seksuele voortplanting nu evolutionair voordelig is of niet, 
  4. ongeacht die 50% van de 'genen' die 'verloren' zou gaan,
  5. ongeacht wat het Dawkins-Monod-Williams replicator model ook zou zeggen, 
  6. ongeacht hoe seksuele voortplanting 1,2 miljard jaar geleden ontstond [5].
  7. Daardoor wordt het probleem van het ontstaan en handhaving van seksuele voortplanting naar de tweede plaats gedelegeerd. Een interessant biologisch probleem voor specialisten, maar niet iets dat ook maar enige belemmering vormt voor natuurlijke selectie. [ietsje herschreven 1 maart)

Wat is de consequentie als je natuurlijke selectie verwerpt? 

Als seksuele voortplanting 1,2 miljard jaar geleden ontstond, en als 99% van alle soorten zich seksueel voortplant, en als natuurlijke selectie niet zou werken in die soorten, dan zouden al die soorten een verwaarloosbare hoeveelheid schadelijke of letale mutaties opgelopen hebben gedurende 1,2 miljard jaar. Dit is extreem onwaarschijnlijk. Dit gaat tegen de natuurwetten in. Er bestaat een vaste mutatiefrequentie. Mutaties treden spontaan op. Iedere generatie accumuleert mutaties (als selectie ze niet zou verwijderen!). Op den duur wordt het genoom a.h.w. 'gerandomiseerd': het wordt random DNA. Er blijft niets over van de genetische informatie. Er blijven geen intacte genen over. Dat wil zeggen: zonder natuurlijke selectie! Er is geen ander proces dan natuurlijke selectie bekend om het genoom intact te houden. Van Rossum komt niet met een alternatief. Zonder natuurlijke selectie hopen schadelijke mutaties zich op met de regelmaat van de klok, zeker over een miljard jaar. Alle seksuele soorten zouden dan uitgestorven moeten zijn. Van Rossum heeft deze uiterst belangrijke implicatie niet opgemerkt.

Tenslotte: zoals hierboven met voorbeelden aangetoond is, wordt natuurlijke selectie niet op z'n minst gehinderd door het feit dat er 50% van de allelen 'verloren' gaat. Maar van Rossum lijkt dat wel te denken. Alsof die 50% die wél wordt doorgegeven geen (positief of negatief) effect heeft op het fenotype! Ook dat ontgaat van Rossum.
Zélfs als het evolutionaire voordeel van seksuele voortplanting niet zou opwegen tegen de nadelen (zie vorig blog Voor- en nadelen van sex), dan nóg moet evolutie een manier hebben gevonden om schadelijke mutaties te elimineren. En zélfs als seksuele voortplanting niet de meest efficiënte manier is om schadelijke mutaties te verwijderen (Deleterious mutation clearance), het is en blijft een feit dat wij, en de rest van de 99% van de soorten, niet zijn uitgestorven. Volgens mij. Dankzij natuurlijke selectie.


Noten

  1. "We found that in individuals with a recessive disease whose parents were first cousins, on average, 11% of their genomes were homozygous..." (Quantification of Homozygosity in Consanguineous Individuals with Autosomal Recessive Disease
  2. Mannen zijn XY, vrouwen XX. De vader van de Duchenne patient heeft ook een X chromosoom, maar omdat we het over een zoon hebben heeft de zoon noodzakelijkerwijs het Y-chromosoom van zijn vader, en dus het X-chromosoom van zijn moeder. De dochters met tenminste 1 intact DMD gen zijn gezond.
  3. Graur, Dan; Zheng, Yichen; Price, Nicholas; Azevedo,  Ricardo; Zufall, Rebecca; Elhaik, Eran (2013)  On the immortality of television sets: "function" in the human genome according to the evolution-free gospel of ENCODEGenome Biology and Evolution. (Open Access). Dit stuk legt uit dat natuurlijke selectie nodig is om genen intact te houden en dat het menselijk genoom te groot is om 100% (of 80%) functioneel te zijn.
  4. Peter Grant, Rosemary Grant (2008) How and Why Species Multiply. The Radiation of Darwin's Finches. Princeton University Press. (zeer compleet onderzoek!)
  5. Evolution of sexual reproduction (wikipedia)
  6. In dat blog toonde Arno Wouters o.a. aan dat seksuele voortplanting niet een vooronderstelling is van de evolutietheorie.
  7. Miskraam, of 'miscarriage' in het Engels (zie ook: 'stillbirth', 'infant death', 'recurrent abortion', 'habitual abortion', 'pregnancy loss'). Ik heb zelf het boek Coming to Term: Uncovering the Truth About Miscarriage (2005) gelezen, maar toen ik in amazon het trefwoord 'miscarriage' intypte vond ik tot mijn ontsteltenis 1397 boeken met het woord 'miscarriage' in de titel. En dat zijn niet allemaal oudere boeken. In de laatste 3 maanden zijn er 47 boeken verschenen met 'miscarriage' in de titel en de laatste 30 dagen 11 boeken. Er zijn zelfs christelijke boeken voor vrouwen die een miskraam hebben meegemaakt: 'In God's Hands: Overcoming Miscarriage in a Broken World'; 'The Biblical Theology of Miscarriage'.    [toegevoegd: 6 maart]

Addendum


Fout 5

Dit is een fout die de redenering van van Rossum aantast, maar misschien niet geheel weerlegt. Hij gaat er kennelijk vanuit dat 100% van het genoom van organismen functioneel is. Maar het genoom bevat niet-functioneel dna. Die kan gemist worden zonder dat de functie/adaptatie verdwijnt. Zoals bekend is in eukaryoten niet alle dna (de 'replicator'!) functioneel: "current estimates according to which the fraction of the genome that is evolutionarily conserved through purifying selection is under 10%." (bron). Dus: minder dan 10% van het menselijk genoom is functioneel. Dat relativeert die 50% verlies enigszins! Het is dus fout om adaptatie toe te schrijven aan 100% van het genoom. Als maar 10% van de totale replicator functioneel is, dan is het fenotype (adaptatie) dus gebaseerd op maar 10% van de replicator.

Vorige blogs over dit onderwerp


Joris van Rossum promoveert aan de VU op weerlegging van de Darwinistische verklaring van het ontstaan van sexuele voortplanting 4 feb 2013, en blogs op 11 feb, 18 feb, 20 feb, 21 feb, 28 feb.

website Geloof en Wetenschap 18 maart 2013:
De moeder van alle evolutionaire problemen 
Dr. T.B. Jongeling is filosoof. Hij promoveerde aan de Vrije Universiteit op de dissertatie The sceptical biologist: An enquiry into the structure of evolutionary theory (Amsterdam 1991)

Groot overzichtsartikel


Stephanie Meirmans, Patrick G. Meirmans, Lawrence R. Kirkendal (2012) The Costs Of Sex: Facing Real-world Complexities
The Quarterly Review of Biology  Vol. 87, No. 1, March 2012


9 comments:

  1. Beste Gert,

    Je stelt in 'Fout 5' dat 'Zoals bekend is in eukaryoten niet alle dna (de 'replicator'!) functioneel: "current estimates according to which the fraction of the genome that is evolutionarily conserved through purifying selection is under 10%."'

    Met als conclusie dat er minder dan 10% van het menselijk genoom functioneel is.

    Maar hierbij zou je zeker moeten opmerken dat:

    1)Selectie als criterium voor het bepalen van functie is nogal twijfelachtig. Dit omdat selectie vaak niet goed te detecteren is.

    2) Dat selectie op meerdere loci moeilijker is. En dat fenotypische varianten kunnen gevonden worden die geen effect op fitness hebben.

    Wanneer je functie definieert als 'evolutionary restrained' gebruik je toch een wat smalle definitie. Daarnaast geef ik je direct gelijk als je zegt dat DNA niet altijd functioneel is. ;-)

    Je citeert de paper van Graur et al. maar waar het ENCODE consortium naar (extreem) rechts gaat, gaat Don Graur naar links. Graur et al. heeft het over 'functional significance' door het betrekken van evolutionaire principes. ENCODE heeft het over bepaalde biochemische activiteiten als determinant voor functie in de cel.

    Daarnaast: 'Als maar 10% van de totale replicator functioneel is, dan is het fenotype (adaptatie) dus gebaseerd op maar 10% van de replicator.'

    Okay, maar die overige 90% is wel standing variation, waar wel adaptie kan optreden. Dus het heeft wel degelijk een evolutionare betekenis voor adaptie.

    ReplyDelete
  2. Hallo JW, welkom op dit blog (tenminste dat denk ik want ik ken je niet!),
    grappig dat je reageert op het addendum ! en grappig dat je kritiek heb op de kritiek op ENCODE!
    Inderdaad bij het lezen van "On the immortality of television sets... " vond ik ook dat ze wel wat ver doorsloegen naar het andere uiterste. Het is toch uiterst interessant wat er zoal gebeurt met willekeurig DNA: dat is niet mis. Enige belangstelling voor die 90% van ons genome was wel op zijn plaats geweest. Dat ben ik met je eens. Nu zijn ze wel erg gefixeerd op het bestrijden van ENCODE.
    Ik vond ook wel dat snel veranderend dna behalve dat het neutraal kan zijn, ook kan betekenen dat het juist sterk positief geselecteerd wordt.
    Zeker kan er iets nuttigs gedaan worden met die 90% maar zolang dat er niet is, is het toch ballast? Net zoiets als die zandzakken die hete luchtballen met zich meedragen, toch?
    Vond je mijn conclusies OK?

    ReplyDelete
  3. Gaat het debat tussen Gerdien de Jong en Joris van Rossum wel door? Ik lees op de website van het denkcafé Rotterdam dat van Rossum zijn medewerking heeft opgezegd:

    “De Jong kwam recent landelijk in het nieuws vanwege haar kritiek op de promotie van Joris van Rossum, die stelde dat de evolutie de rol van seks niet kan verklaren. De commotie over deze zaak liep zo hoog op dat Van Rossum zijn medewerking aan dit Denkcafé heeft opgezegd. Rest ook nog de vraag aan de Jong wat haar kritiek was...”

    http://arminius.nu/entry/498/onbegrijpelijke-seks

    ReplyDelete
  4. Nand, ik ga het navragen! Bedankt! ik wist het niet.

    ReplyDelete
  5. Joris van Rossum:
    zou jij zelf kunnen toelichten waarom je je teruggetrokken hebt uit het Sciencecafé debat in Rotterdam van 20 maart?
    (bij voorbaat dank!)

    ReplyDelete
  6. @ Gert

    Paul Delfgaauw (van het weblog “van goden en mensen”) licht een tipje van de sluier op in een comment bij het onderwerp “onbegrijpelijke seks in het denkcafé met Joris van Rossum”:

    “Het Denkcafé laat mij weten dat Van Rossum heeft afgezegd omdat hij vindt dat de Jong op unfaire wijze debatteert, met als voorbeeld dat zij een vergelijking trekt met de perikelen rondom zijn promotie met de toestanden op de InHolland-hogeschool.”

    http://godenenmensen.wordpress.com/2013/03/07/onbegrijpelijke-seks-in-het-denkcafe-met-joris-van-rossum/#comments

    Maar het is natuurlijk beter als Joris van Rossum op jouw uitnodiging ingaat en zijn afzegging zelf hier nader toelicht.

    ReplyDelete
  7. Nand, de organisatie van het Denkcafé heeft laten weten dat de avond door gaat met Gerdien de Jong maar zonder Joris van Rossum.

    Ik vond dat het beter was om me hier tot Joris zelf te richten, want er wordt steeds over hem gepraat in plaats van een disussie met hem. Maar aan de andere kant, hij heeft altijd de gelegenheid gehad om hier op het blog te reageren en zichzelf en het proefschrift te verdedigen. Er ligt toch voldoende materiaal om op te reageren zou ik zeggen. En dat heeft hij niet gedaan. Tot nu toe. Dus het is ook begrijpelijk dat we hier noodgedwongen over hem discussieren.

    ReplyDelete
  8. @ Gert

    Het is jammer dat het niet doorgaat. Het zou een interessant debat hebben kunnen opleveren. De kern van de zaak is volgens mij dit.

    Bij de Lachende Theoloog zegt ondergetekende tegen Gerdien de Jong;

    Gerdien, bedankt, zo is het duidelijk. (On)gericht is een biologisch begrip, (on)geleid een theologisch.

    Mogen we nu het volgende zeggen:

    vanuit de (wetenschappelijke), biologische feiten bekeken is de evolutie ongericht, maar niet uitgesloten is (metafysisch gezien) dat er tevens een bepaalde mate van leiding is in dat evolutieproces bv. volgens modellen van de theïstische evolutie ( die niet empirisch toetsbaar zijn en dus tot het domein van het geloof behoren)?

    Antwoord Gerdien:

    @Nand Braam

    Ja: dat kan gezegd worden

    Vervolgvraag van ondergetekende aan Gerdien de Jong:

    En kunnen we dan ook de conclusie trekken dat als je het (wetenschappelijke) biologische principe van de ongerichtheid van de evolutie vermengd met het theologische/metafysisch concept van de geleiding van de evolutie, je grote kans loopt in de valkuil te vallen van onwetenschappelijke Intelligent Design-achtige redeneringen zoals in het geval van Joris van Rossum in zijn proefschrift?

    Hierop heeft Gerdien geen antwoord meer gegeven (misschien om de “twist” met Joris van Rossum niet hoger te doen oplopen), maar ik denk dat haar antwoord op mijn vraag redelijk bevestigend zou zijn, met nuanceringen waarschijnlijk.

    Overigens: ik begrijp niet waarom een wetenschapper die een recentelijk een proefschrift verdedigd heeft op een Universiteit dat proefschrift niet ook zou verdedigen in een denkcafé (bevolkt door serieuze studenten) of op een serieus blog over evolutiebiologie als dat van jou? Een wetenschapper moet tegen een stootje kunnen, zeker als je een proefschrift naar de “buitenwereld” hebt gebracht.

    ReplyDelete
  9. Joris van Rossum komt niet ongekwalificeerd bij Intelligent Design uit, maar eerder bij vitalisme of finalisme. Ook
    De problemen die we aankaarten gaan niet over het eerste of vierde hoofdstuk van het proefschrift, maar over het tweede en derde. Dus over het meer technische deel. Zijn verdere opstelling doet er daarbij niet toe.

    ReplyDelete

Comments to posts >30 days old are being moderated.
Safari causes problems, please use Firefox or Chrome for adding comments.