Het belangrijkste genetisch verschil tussen chimpansee en mens is HAR1, HAR2, FOXP2, AMY1, ASPM en LCT

Scientific American
Special Collector's edition, Winter 2013
What Makes Us Human?

 

Het belangrijkste genetische verschil tussen chimpansee en mens zijn de genen HAR1, HAR2, FOXP2, AMY1, ASPM en LCT. Dit is de conclusie van Katherine Pollard na een vergelijking van het totale DNA van mens en chimpansee. 

Nadat de complete genomen van beide soorten bepaald waren, liet ze een supercomputer zoeken naar stukken gemeenschappelijk DNA dat een snelle evolutie had doorgemaakt sinds mens en chimpansee plm 6 miljoen jaar geleden uit elkaar gingen. Er kwam een lijst tevoorschijn van stukken DNA waarin HAR1  (Human Accelerated Region 1) bovenaan stond. Het heeft de meeste mutaties verzameld van al het DNA dat mens en chimpansee onderscheid. Het verschilt maar liefst 18 bases met dat van de chimpansee. Verder is het nauwelijks verandert in de gewervelde dieren. Dit stuk DNA komt ook voor in muis, rat, en kip. Het is actief in de ontwikkeling van de hersenen en daarmee is dit stukje van maar 118 basen een bijzonder interessant stukje DNA. Het codeert niet voor een eiwit. Het heeft vermoedelijk een regulerende functie: het stuurt andere genen aan. Mogelijk hebben die 18 bases iets te maken met het grote verschil in hersenvolume tussen mens en chimpansee. Of met een kwalitatief verschil. Hoe het precies werkt moet nog uitgezocht worden.

In het artikel behandelt Katherine Pollard nog 5 andere stukken DNA in de top-50 van de sterkst ge-evolueerde stukken DNA. Die ga ik niet bespreken in dit blog (zie het artikel in de Scientic American). Waar het me nu om gaat, heel algemeen gezegd, is dat er géén wezenlijke verschillen tussen mens en chimpansee zijn naast die verschillen in DNA. Er is geen extra mysterieuze eigenschap die de mens biologisch gezien uniek maakt.

Om de zaak in perspectief te zetten: het genoom van de menselijke man en vrouw verschilt bijna 60 miljoen bases (hier). Dat is de lengte van het Y-chromosoom (mannen: 46XY. vrouwen: 46XX). Alle orthodoxe geloofsgemeenschappen vinden dat verschil kennelijk voldoende om de vrouw fundamentele mensenrechten te ontzeggen die mannen wel genieten.

Mensen met het syndroom van Down (trisomi 21) hebben 47 chromosomen in plaats van de standaard 46 chromosomen in al hun lichaamscellen. Ze hebben daardoor 48 miljoen baseparen per cel extra (hier). Dat heeft een herkenbaar effect op uiterlijk en intelligentie. Wij vinden die grote wijziging in het aantal chromosomen niet groot genoeg om die individuen mensenrechten te ontzeggen.

Chimpansees hebben 48 chromosomen (hier). Ze zijn allemaal te herleiden tot de 46 van de mens. De belangrijkste verschillen met de mens zitten dus in een 50 tal stukken DNA (zie hierboven). Chimpansees worden in bepaalde delen van Afrika geschoten en gegeten. In de rest van de wereld worden ze 'gebruikt' voor wetenschappelijk onderzoek, worden ze in circussen en dierentuinen gehouden. En in Amerika als huisdier gehouden. Mensen mag je niet eten, niet in dierentuinen of circussen houden en je mag er niet hetzelfde wetenschappelijk onderzoek mee doen dat bij chimpansees wel mag. Als je een mens doodschiet heet het moord en is strafbaar. Schiet je een chimpansee dood, dan heet dat doodschieten en geen moord.

De uiterste consequentie is dit: vervang je alle chimpansee chromosomen in een pas bevruchte chimpansee eicel door menselijke chromosomen (bij in vitro fertilisatie), dan baart een chimpansee vrouwtje een mens. Maar die zou geen mensenrechten krijgen omdat het een kind is van een chimpansee? En omgekeerd: als een mensenvrouw een chimpansee baart, dan zou dat kind automatisch mensenrechten krijgen omdat het uit een mensenvrouw is geboren?

Hoeveel van de HAR1, HAR2, FOXP2, AMY1, ASPM en LCT genen moet een mens verliezen om géén mens meer te zijn? (dus: om mensenrechten te verliezen). Omgekeerd: hoeveel van die 6 genen moet een chimpansee hebben om van mensenrechten te mogen genieten? Wie wil er nu geen mensenrechten genieten? Wie wil er chimpansee zijn?

De manier van denken die ik hier zeer kort uiteen heb gezet, ondergraaft de traditionele visie op mens-dier verschillen. Alle verschillen mens - chimpansee zitten in DNA plus opvoeding. Zonder 10 - 20 jaar opvoeding zou een mens geen mens zijn. En die opvoeding zou niet mogelijk zijn zonder de accumulatie van culturele, technische en wetenschappelijke uitvindingen gedurende de laatste paar duizend jaar. Dat alles maakt de mens tot mens. Maar, het is allemaal met DNA mutaties begonnen.

Het punt is: een individu wordt met een bepaalde hoeveelheid en soort DNA geboren. Daar kun je niets aan doen! Het is geen eigen verdienste, of eigen schuld, om een bepaald soort DNA te bezitten. Zodra dit besef begint door te dringen, wordt het dan niet eens tijd om principieel anders tegen mens-dier verschillen, mensenrechten en dierenrechten aan te kijken?

In mijn vorige blog schreef ik over wereldbeeld veranderende waarnemingen. Ook de waarnemingen van Pollard over de verschillen mens-chimpansee zijn wereldbeeld veranderend.

Bronnen

• Katherine Pollard: 'What makes us different?' artikel opgenomen in: Special Collector's edition 'What Makes Us Human', Scientific American Vol 22 number 1 Winter 2013 p 31-35. (subtitel: 'How evolution, culture and serendipity shape who we are and who we will become'). Deze edition is (nog) niet op de website van Scientific American te vinden. Ik trof de papieren editie aan in de tijdschriftenwinkel. Het is een verzameling van 16 artikelen die eerder in de SA zijn verschenen. Het Pollard artikel is niet geupdate voor zover ik kan zien.
• Het artikel is 7 December 2012 online verschenen op de nature.com website. (Scientific American is eigendom van Nature)
• Het Pollard artikel is oorspronkelijk verschenen als What makes us human? in Scientific American May 2009. 

 

Vorige blogs

Een andere kijk op het verschil mens-chimpansee is mijn vorige blog: Typisch menselijke eigenschappen als hersenomvang en monogamie veroorzaakt door DNA verlies 10 maart 2011. Hierin wordt besproken dat wij stukken DNA verloren hebben ten opzichte van (bijv) de chimpansee en daardoor zelfs typisch menselijke eigenschappen hebben gekregen. Lijkt strijdig met dit blog, maar beide kunnen waar zijn.

Wereldbeeld veranderende waarneming: roofdier wordt knuffelbeer

Dit lijkt mij een mooi begin van het blogjaar 2013. Een wonderlijk verhaal dat je nooit zou geloven als het niet zo uitgebreid gedocumenteerd was. Een ijsbeer aan de rand van Hudson Bay die een aan de ketting liggende sledehond niet ziet als een makkelijke, weerloze prooi, maar in plaats daarvan als een speelkameraadje:

polar bear and husky playing

Ik zag de film van dit tafereel op de BBC. Een geïnterviewde deskundige meende dat de ijsbeer op de eerste foto een agressieve houding heeft. Dat zou goed kunnen omdat de ijsberen op dat moment een hongerperiode achter de rug hadden en het zeehonden jachtseizoen nog moet beginnen. Een hongerige beer dus. Toch heb ik mijn twijfels over die interpretatie van foto 1, gezien wat er op volgt. Hoe dan ook: die ene sledehond gedraagt zich niet angstig of agressief zoals je zou verwachten. Hij heeft alle reden om bang te zijn: je kunt geen kant op als je vastzit aan een ketting! Maar wat er zich vervolgens afspeelt overtreft alle verwachtingen. Ze gaan spelen. Ze begrijpen elkaar over soortgrenzen heen. Soms is het spel wat ruw. Meestal is de beer actief en de hond enigszins passief. Bij foto 3 is de hond duidelijk actief en in 6 is de beer passief. 

Dit zijn in feite wereldbeeld-veranderende waarnemingen! Het vooroordeel dat een roofdier altijd een agressief, bloeddorstig dier is, is voorgoed onderuit gehaald. Ook roofdieren hebben behoefte aan spel, niet-agressief fysiek contact of misschien mag je het wel een vorm van genegenheid noemen. Spel, vriendelijkheid en soortgrenzen overstijgende empathie zijn dus niet voorbehouden aan de meest geciviliseerde en gedomesticeerde wezens (de mens).

Het kan een rol gespeeld hebben dat de sledehond een gedomesticeerd dier is, die generaties lang gefokt is en daardoor veel van zijn agressie of angst (tegen de mens) verloren heeft. De sledehonden zullen geen aanval van een ijsbeer hebben meegemaakt en dus geen slechte herinneringen hebben aan ijsberen. Het hoofdmenu van een ijsbeer zijn zeehonden en geen honden.

Nog een andere verklaring die geopperd is, dat de beer gedurende de winter lange tijd in isolatie heeft geleefd en behoefte heeft aan sociaal contact ('play deficit'). Maar dan nog moet de beer zijn agressie en hongergevoel onderdrukken.De speelse houding van die ene hond zal geholpen hebben.

De documentaire vertelt niet of het een mannetje of vrouwtje ijsbeer is. Ik gok op een vrouwtje omdat die ook dit soort spelgedrag met hun jongen vertonen. IJsberen zijn sowieso speels en nieuwsgierig zoals ook bleek uit de documentaire van David Attenborough waarbij ijsberen gefilmd werden met robotcameras. 

Ik vind dit soort waarnemingen vele malen interessanter dan oeverloos gefilosofeer over het bestaan van God, Ziel, of je afvragen of het bewustzijn onstoffelijk kan zijn. Al was het alleen maar omdat het negatieve vooroordelen over dieren wegneemt. En het uitnodigt tot enige zelfreflectie.

Hier is het youtube fragment: polar bears and dogs playing (2:18 min) First Science.

Hier staat een goed achtergrond verhaal over spel bij dieren en mensen:
Fun and Play Are Key to Survival for Bears, Dogs, Humans, Birds and Maybe Even Ants
met belangrijke observaties over wat er gebeurt als een kind niet kan spelen of leert spelen in zijn jeugd.

Hier staat de originele foto serie  (about.com) en de beelden zag ik voor het eerst in de bijzonder interessante BBC serie Nature's weirdest events.

Polar Bear and Huskies at Play - Analysis verhaal.

Why Didn't the Wild Polar Bear eat the Husky? (over het belang van spel bij de mens).

Konrad Lorenz (etholoog en Nobelprijs winnaar): 'On Aggression' (1966), (Over agressie bij mens en dier ) heeft baanbrekend onderzoek gedaan naar het nut van agressie en mechanismen die agressie onderdrukken. Hij schrijft niet over spel bij dieren (ik kan het niet vinden) in dit boek, maar het is duidelijk dat bij ruwe spelletjes (Rough and Tumble Play) agressie onderdrukt moet worden, anders wordt het dodelijk.

Johan Huizinga: Homo Ludens (de spelende mens). Spel zou karakteristiek zijn voor de mens, maar is natuurlijk karakteristiek voor alle zoogdieren. Spel bij de mens: met spoelgoed, computerspelletjes? of met elkaar? (stoeien, fysiek contact). Let eens op hoe weinig (speels) fysiek contact volwassenen hebben in onze moderne samenleving. Het blijft beperkt tot een hand geven, een schouderklopje, soms een omhelzing, maar altijd geritualiseerd en in zeer specifieke omstandigheden met beperkt aantal mensen (begroeting, feliciteren, sport, verliefden, sex, carnaval, film). Dat is het dan. Fysiek contact is een taboe. Hond of kat op schoot is een substituut?

Zelfreflectie: arrogante zelfverheerlijking in heilige teksten die mensen superieur achten boven dieren zoals in mijn blog: Is dieronvriendelijkheid intrinsiek aan het monotheïsme verbonden? (over Jonathan Sacks) of Christelijk Amerika is niet in staat einde te maken aan schietpartijen. En Darwin is een sadist omdat hij van schieten hield (schietend Amerika dat in 'de God van Liefde' gelooft. Wapens in plaats van een partijtje vechten met de blote vuist?)

New origin of life model fatally requires a nonrandom protein

'The Origin of Membrane Bioenergetics' is a new origin of life model by Nick Lane and William Martin published 21 December [1] in the journal Cell. It is hard to understand for biologists without substantial chemical knowledge. Adding to the complexity of membrane energetics, the article mixes discussion of phylogenetic problems and origin of life problems. For a popular account of the model see ScienceDaily. However, there is one aspect that can be understood by biologists: without protein-coding genes no proteins can be specified. 

The article specifies a number of stages from abiotic chemicals via protocells to free-living cells. Together they form a theory for the origin of life (OOL). The model is an 'energy-first information-later' model. In the first phase there are no proteins and dna. In the last stage proteins and dna are present (dna-protein world). It means that the base sequence of dna specifies the amino acid sequence of proteins. This is also known as the genetic code. The dna-protein world implies dna replication, transcription, translation, ribosomes. In other words, it requires a great number of highly complex proteins.

The authors know that complex enzymes and proteins can not be present in the first stages of the origin of life because life cannot start with the dna-protein world. They claim that in an early stage amino acids, bases, sugars, and lipids can be produced. Although this suggests more, they do not claim that proteins or dna are present in this early stage.
However, a crucial aspect of their model is the presence, at an early stage, of special proteins in membranes ('sodium-proton antiporter'). Without the presence of such a protein the model simply does not work. Now my criticism is:

At any stage before the dna-protein world, the presence of a non-random protein, no matter how simple, is forbidden.

Lane and Martin seem to violate this rule most clearly in this statement:

"Finally, the origins of Na+ pumping required no mechanistically groundbreaking genetic innovations, just a protein, an antiporter that transduced a geochemical gradient (H+) into a biochemical one (Na+)."

If that antiporter protein consists of a few hundred amino acids than its presence before the dna-protein world is forbidden. At other places in their article they suggest that this protein is simple:

"Thus, a simple Na+/H+ antiporter in protocells within vent pores would produce Na+ gradients."

However, even a simple protein is forbidden because it assumes the dna-protein world. There is no small dna-protein world producing small proteins. It's all or nothing. If there exists a dna-protein world, it can produce proteins of any length.

I think they could make the error because they focus on energy problems: 

"But if energy conserved by proteins is needed to make proteins, where did the energy come from that gave rise to the first proteins?" 

Analogously, I would ask: "if information is needed to make proteins, where did the information come from that gave rise to the first proteins?". It is true that energy is required to produce proteins, but information is also required. From a chemical point of view, proteins with random amino acids could be produced [3]. If so, of what use are those proteins? Useful proteins have a specific sequence of amino acids. As far as I know, the specification can only come from DNA or RNA [5]. Furthermore, a large number of identical copies of a specified protein can only be produced in the dna-protein world.

The authors state "At a later protocellular stage, membrane lipids and proteins became genetically encoded". But this implies that a specific functional protein that is not encoded by DNA or RNA exists and later 'became genetically encoded'. Encoding a protein that already exists is impossible because the central dogma of molecular genetics forbids the flow of information from proteins to DNA or RNA [4]. So, if the model depends on the existence of specific non-random proteins before the emergence of the dna-protein world, the model fails.

Similarily Ed Young [2] makes the same error in his Nature news article with the revealing subtitle 'The origin of ion-pumping proteins could explain how life began in, and escaped from, undersea thermal vents.'. Indeed he writes:

"Lane and Martin think that proto-cells escaped this dilemma because they evolved a sodium-proton antiporter — a simple protein that uses the influx of protons to pump sodium ions out of the cell"

The presence of proteins is forbidden in the early stages of every origin of life scenario. Furthermore, Young writes: 'evolved'. Evolving is not possible in a pre-RNA-world or pre-DNA-protein world.
The error is hidden because the article does not strictly separate the different stages and the possibilities and limitations of each stage separately. I am not saying that the ideas in the article are of no value. The publication is important in other respects. But the OOL scenario present in Cell seems fatally flawed by the premature presence of proteins.

Notes

1. Nick Lane and William Martin (2012) The Origin of Membrane Bioenergetics, Cell 151, December 21, 2012 (free access)
2. Ed Yong (2012) How life emerged from deep-sea rocks, Nature, 20 December 2012 (free access)
3. According to Pier Luigi Luisi (2006) The emergence of Life: "In fact, we simply do not know how to make long polypeptides by prebiotic means." (p. 64) [added: 28 Dec 2012]
4. There are no exceptions or violations of the central dogma of molecular genetics known today: information never flows back from proteins to RNA or DNA. Furthermore, proteins do not self-replicate. (added: 28 Dec 2012). The only alternative would be the evolution of the protein from scratch in the DNA-protein world [added 2-1-13]
5. Recently, a sequence-specific nonribosomal peptide synthesis by an artificial molecular machine is reported in Science 11 Jan 2013: "we report on the design, synthesis, and operation of a rotaxane-based small-molecule machine in which a functionalized macrocycle operates on a thread containing building blocks in a predetermined order to achieve sequence-specific peptide synthesis". So, this is peptide synthesis not based on DNA, nor RNA, nor a ribosome. (Rotaxane is a (very) primitive analog of the ribosome.) This is an interesting mechanism, despite the loss of the sequence information on the strand as it is translated into the product. This system is not heritable information because the information is destructed in the process. Another disadvantage is that peptides are too small to function as an antiporter. [added: 12 Jan 2013]

 

Acknowledgments: I thank Marleen Roelofs for pointing me to both articles.

---

Update 25 Dec 2012
(12:17)
I rewrote the following section and included it in the text:

The authors state "At a later protocellular stage, membrane lipids and proteins became genetically encoded". But this implies there is a specific functional protein that is not encoded by DNA or RNA and 'later became genetically encoded'. Encoding a protein that already exists is impossible because the central dogma of molecular genetics forbids the flow of information from proteins to DNA or RNA.

Update 27 Dec 2012
(11:58)
This blog does not attack the natural Origin Of Life! I am merely trying to help the natural selection of fitter Origin-Of-Life theories by elimination of less fitter theories.
31 dec: minor editorial improvement of the intro.

Update 12 Jan 2013
Note 5 added.