07 April 2014

Strandbeesten Theo Jansen in Electriciteitsfabriek

De tentoonstelling in de Electriciteitsfabriek duurt tot 3 mei

Theo Jansen bezig met fine tuning van zijn nieuwste strandbeest
en zie hij loopt!

Strandbeesten zijn aangepast voor lopen op het strand met als energiebron de wind. Ze lopen niet op electriciteit of fossiele energie, maar op wind. De windenergie wordt opgevangen door flexibele zeilen en via een ingenieus systeem van gewrichten omgezet in een loopbeweging. De nieuwste evolutionaire adaptatie maakt het mogelijk ook tijdens windstille periodes zich voort te bewegen. Door een vernuftig mechanisme zetten ze de wind om in luchtdruk die wordt opgeslagen in plastic flessen. Door die luchtdruk weer langzaam vrij te laten gaan de poten bewegen. 

Hun skelet bestaat uit ouderwetse lichtgewicht holle plastic electriciteitsbuizen.  Het aantal poten varieert (6-8?). Het strandbeest kan zowel voor- als achteruit lopen, afhankelijk van de windrichting. Ze hebben wel een staart, maar het is niet duidelijk of ze een kop hebben, en waar die zit. De looprichting staat haaks op de lengte-as (wervelkolom) van het strandbeest, in tegenstelling tot de meeste dieren (insecten, reptielen, zoogdieren). Ze lopen dus zijwaarts net als een krab: 


krab loopt zijwaarts
Toevallige (?) overeenkomsten krab en strandbeest: het zijn geleedpotigen: koudbloedige dieren met een uitwendig skelet van chitine of plastic en hun lichaam is gesegmenteerd, hebben scharnierende poten, ze lopen op het strand, ze hebben een gele - oranje kleur en zijn gemaakt van een stevig maar licht soort 'plastic', ze hebben 'linker en rechterpoten' (of moet je zeggen: voor- en achterpoten?), er bestaan verschillende soorten, ze evolueren, ze hebben een primitief zenuwstelsel maar géén electronica, metalen of wielen. Het verschil is dat, hoewel strandbeesten geen wielen hebben, ze wel intern draaiende assen hebben. Hoe de beweging van de poten van strandbeesten precies gecoördineerd worden weet ik niet, maar je kunt wel zien dat naast elkaar liggende poten om en om bewegen. Net als bij een krab(?).

Een fascinerend verschijnsel opzich is dat de strandbeesten zoveel nakomelingen hebben gekregen, getuige de vele klonen en varianten van strandbeesten die op het internet te vinden zijn. De verklaring hiervoor is, denk ik, ten dele, dat de kunstenaar de genetische code van het beest bestaande uit 13 variabelen al jaren geleden op zijn website heeft gepubliceerd:

a = 38, b = 41.5, c = 39.3, d = 40.1, e = 55.8, f = 39.4, g = 36.7, h = 65.7, i = 49, j = 50, k = 61.9, l=7.8, m=15
Deze getallen zijn de uitkomst van evolutionaire algoritmes met als doel de beste (bijvoorbeeld: zonder te hobbelen) loopbeweging te vinden. Een extra leuk detail: de genetische code van de strandbeesten is dus door evolutionaire processen geproduceerd.

De strandbeesten zijn het levenswerk van kunstenaar-uitvinder Theo Jansen. Ze zijn te bewonderen in de voormalige Electriciteitsfabriek, te Den Haag, die voor de gelegenheid is voorzien van fijn strandzand. Op de tentoonstelling mag je een aantal strandbeesten aanraken en je kunt ze zelf laten lopen. Om 8 uur s avonds geeft de kunstenaar een demonstratie voor de aanwezige bezoekers. Dan kun je alles uit de eerste hand horen en vragen stellen. Er waren meer bezoekers dan ik dacht (zaterdag!).


10 april: tekst herschreven

Vorig blog
Theo Jansen: de herontdekking van Darwin? of het leven opnieuw uitvinden?  12 feb 2012

Bronnen

31 March 2014

Had Darwin het fout? Nieuwe studie naar vogelzang zet Darwin's theorie van sexuele selectie op losse schroeven

fairy wrens source
female (above), male (below)

Een artikel met de kernachtige en krachtige titel 'Female song is widespread and ancestral in songbirds' [1] wil niets minder dan een revolutie teweeg brengen in het denken over sexuele selectie. Het artikel toont aan dat bij vogels niet uitsluitend de mannetjes zingen zoals altijd gedacht is. Vrouwtjes luisteren niet alleen, maar zingen ook. 

Sinds Charles Darwin hebben biologen het verschijnsel dat mannetjes zingen geinterpreteerd als een manier om vrouwtjes aan te trekken en concurrende mannetjes te verdrijven. Tegelijk verdedigen mannentjes daarmee hun territorium in het broedseizoen. Dat vrouwtjes de mannetjes kiezen met de mooiste zang verklaarde Darwin als eerste met sexuele selectie. Strikt genomen sluit dit niet uit dat vrouwtjes ook zingen, maar waarom zouden ze eigenlijk? Bovendien werd het niet waargenomen. Behalve enige uitzonderingen. Maar het artikel claimt dat bij 71% van de onderzochte vogelsoorten wereldwijd de vrouwtjes ook zingen. De meerderheid! Het artikel gaat nog verder: zang bij beide geslachten was aanwezig in de voorouders van alle zangvogels en exclusieve mannentjeszang is later ontstaan bij een minderheid. In alle soorten waarbij de vrouwtjes niet zingen moet dit verklaard worden als een secundair kenmerk. Een kenmerk dat verloren is gegaan (verliesmutatie). Dit zet de wereld op zijn kop! Dat uitsluitend de mannetjes zingen is een secundaire eigenschap van zangvogels. Terwijl we niet beter wisten dat zingende mannetjes de regel zijn en zingende vrouwtjes de uitzondering. En dat dat altijd zo geweest was.

Dit is een totaal tegen-intuïtief idee. Iedere vogelliefhebber weet immers dat als hij een merel, roodborst, tjiftjaf of tuinfluiter hoort zingen, dat het een mannetje is. Beweren dat vrouwtjes ook zingen, klinkt net als: mannetjes leggen ook eieren, maar dat heeft iedereen altijd over het hoofd gezien!

De onderzoekers hebben in totaal 323 soorten onderzocht (literatuur onderzoek):


229 soorten zingt het vrouwtje ook 32 families = 71% van de soorten
  94 soorten zingt het vrouwtje niet 19 families = 29%                         
323 soorten totaal                            34 families =100%                        
(In totaal zijn er plm 112 zangvogel families.)

Radikaal

Deze resultaten zijn een omkering van de feiten waarop Darwin zijn theorie baseerde, en daarom moet de hele theorie van sexuele selectie opnieuw bekeken worden:
"Here we propose and test an evolutionary scenario that is radically different from the framework used since Darwin applied his theory of sexual selection to bird song: rather than being rare and atypical, we propose that female song is widespread and ancestral in songbirds."
Dus, de resultaten zijn voor de auteurs aanleiding voor niet zomaar een kleine revisie, maar een totale omkering van de traditionele visie dat vrouwtjeszang een uitzondering of afwijking is. Ze claimen dat zang bij zowel mannetjes als vrouwtjes de regel is, en de afwezigheid van zang bij vrouwtjes de uitzondering is. Dit blijft niet zonder gevolgen voor Darwin's theorie van sexuele selectie:
"a result that challenges the view that sexual dimorphism in song production arises primarily as a result of sexual selection."
Darwin's theorie van sexuele selectie als verklaring voor het bestaan van verschil in zang van mannetjes en vrouwtjes wordt dus sterk in twijfel getrokken.

Wat heeft Darwin gezegd?

fotoreproductie v.d.
1871 editie
De auteurs citeren Darwin's The Origin of Species (1859) waarin Darwin het verschil in verenkleed en zang bij vogels verklaart door voorkeuren van vrouwtjes bij partnerkeuze [2]. Nu is de The Origin of Species het belangrijkste werk van Darwin waarmee hij het meest bekend is geworden, maar Darwin behandeld zijn theorie van sexuele selectie in 'The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex' (1871) waarin hij maar liefst 4 hoofdstukken aan vogels wijdt [3]. De paragraaf 'Vocal and instrumental music' gaat over zang bij vogels. De paragraaf is bijzonder amusant en onthullend en geeft een beeld hoe men in die tijd met vogels omging, zoals het vangen van vinken met een zingende lokvogel en met lijmstokjes [3]. Maar waar het hier om gaat is dat Darwin de opvatting van experts citeert die zeggen dat vrouwtjes het best zingende mannetje kiezen:
"Bechstein, who kept birds during his whole life, asserts, "that the female canary always chooses the best singer, and that in a state of nature the female finch selects that male out of a hundred whose notes please her most". (p 52 part II chapter XIII Princeton paperback editie 1981)
Maar:
"Some authors, however, argue that the song of the male cannot serve to charm the female, because the females of some few species, such as of the canary, robin, lark, and bullfinch, especially when in a state of widowhood, as Bechstein remarks, pour forth fairly melodious strains." (p. 54)

goudvink, eigen opname.
Zie: Goudvink laat zich vrij makkelijk fotograferen

 

Dus Darwin noemt de kanarie, roodborst [6], leeuwerik, en goudvink als voorbeeld van soorten waar de vrouwtjes ook zingen, maar denkt dat het een artefact is dat verklaard kan worden door abnormale, onnatuurlijke omstandigheden (kooivogels!). Hij merkt wel op dat bij ganzen het mannetje niet altijd de meest luidruchtige is. Verder in het hoofdstuk geeft hij echter vele voorbeelden van anatomische verschillen in stembanden en veren en het gedrag (balts) van mannetjes ten opzichte van vrouwtjes. Ook zijn bij vogels de mannetjes meestal feller gekleurd dan vrouwtjes en dat ziet Darwin begrijpelijkerwijs als allemaal wijzend in dezelfde richting, nl. dat mannetjes zingen om vrouwtjes aan te trekken. Met andere woorden: sexuele selectie.

Als Darwin in Australië had gewoond...

Eén van de auteurs van het revolutionaire (mag ik wel zeggen) artikel 'Female song is widespread and ancestral in songbirdsis de Leidse onderzoeker Katharina Riebel. In een telefonische interview dat ik met haar had vertelde zij dat twee van de medeauteurs Australiërs zijn die uit eigen waarneming talloze vogelsoorten kennen waar de vrouwtjes ook zingen. Je kunt zelfs zeggen dat het daar eerder regel dan uitzondering is. Zie foto van de Australische 'Superb Fairywren' hierboven. Bij deze vogel is het wel erg gemakkelijk te constateren dat het vrouwtje zingt omdat het verenkleed zo sterk verschilt van het mannetje. In Europa en Noord-Amerika is de situatie wat betreft zingen het omgekeerde. Je kunt je dus afvragen of Darwin dezelfde theorie had bedacht als hij in Australië had gewoond! 

De oorsprong van zangvogels

De onderzoekers constateren verder dat de oorsprong van zangvogels in Azië en Australië ligt en dat uit stamboom onderzoek blijkt dat de oorspronkelijke zangvogels gekenmerkt werden door zang bij beide geslachten ('is ancestral in songbirds'). De Europese en Noord-Amerikaanse vogelsoorten stammen af van de Australische-Aziatische soorten en hebben door verliesmutaties de vrouwenzang grotendeels verloren. Tenminste, dat is de meest waarschijnlijke verklaring volgens de auteurs.

In het interview dat ik had met Katharina Riebel merkte ze op dat hoewel het artikel spreekt over alternatieven voor sexuele selectie zoals sociale selectie of natuurlijke selectie, Darwin's theorie van sexuele selectie niet de prullenbak in kan. Het gaat hier om het kenmerk zang bij vogelvrouwtjes en dat Darwin's theorie niet noodzakelijk op losse schroeven komt te staan voor andere kenmerken (uitwendige geslachtskenmerken) en voor andere diergroepen (zoogdieren, insecten, reptielen). Ook wil het niet automatisch zeggen dat vrouwtjes in het broedseizoen zingen of dat hun repertoire hetzelfde is. Verschillen kunnen er blijven.


Vragen, vragen, vragen

In feite roept het onderzoek vele nieuwe vragen op: welke selectiedruk tegen zang in vrouwtjes in Europese vogelsoorten zou er geweest kunnen zijn? Is er een relatie met aan- of afwezigheid van vogeltrek? monogamie? territorialiteit? testosterongehalte bij mannetjes? Wat gebeurt er in de hersenen van vrouwtjes waardoor ze hun zangcapaciteiten verliezen? Welke genen zijn er bij betrokken?
Ook moeten we opnieuw het veld in om zo goed mogelijk vast te stellen of er in Europa en Amerika vrouwtjes zingen: in het broedseizoen of ook er buiten? Hebben vrouwtjes een ander reportoire? Wat is de kans dat je in Nederland een zingend vrouwtje aantreft? Het is duidelijk dat vele uren waarneming in het veld nodig zijn als vrouwtjes zelden zingen. Wat kunnen we allemaal verwachten als we goed opletten? En bovendien is het voor mij aanleiding opnieuw te lezen wat Darwin allemaal nog meer geschreven heeft over sexuele selectie bij vogels.




Noten

  1. Karan J. Odom et al (2014) Female song is widespread and ancestral in songbirds, Nature Communications, 4 March 2014 
  2. Charles Darwin (1859): "... female birds, by selecting, during thousands of generations, the most melodious or beautiful males, according to their standard of beauty, might produce a marked effect", The Origin of Species.
  3. Charles Darwin (1871) 'The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex, met name hoofdstuk XIII: Secondary Sexual Characters of Birds. Zoek online op: Darwin Online, Identifier =  F955 en Text = "canary, robin" (bijvoorbeeld) en klik in de resultatenlijst op de link F955 dan kom je op de passage: "... because the females of some few species, such as of the canary, robin, lark, and bullfinch..." . De hele paragraaf geeft een verrassend tijdsbeeld van hoe 'vogelliefhebbers' toen omgingen met vogels in het wild: methodes van vogelvangen met lijmstokjes en de prijzen van verschillende zingende mannetjes. In één passage vertelt Darwin hoe iemand met lijmstokjes in 1 dag een record van 70 vinken heeft gevangen. De test voor de beste zanger is dat hij blijft zingen terwijl je met de kooi rondjes boven je hoofd draait!!!
  4. Misschien werd de observatie dat alleen manntjes zingen beinvloed door culturele factoren als het feit dat de katholieke kerk vrouwen niet mogen zingen in een kerkkoor (bron) en door het Bijbelse gebod ""The women should keep silent in the churches." (1 Corinthians 14:34 English Standard Version). Dus: God had de vrouw bij mensen en vogels verboden te zingen!
  5. Het grappige is dat de wikipedia pagina over Superb Fairywren terloops vermeldt dat een bepaald liedje door het mannetje en vrouwtje gezongen worden. Terloops! Zonder op te merken dat dit typerend is voor veel zangvogels. Het onderzoek is zo nieuw dat het nog niet doorgedrongen is tot wikipedia.
  6. Later vond ik, naar aanleiding van een comment, in: Dick de Vos en Luc de Meersman (2005) Wat Zingt Daar? over de roodborst: "Ook vrouwtjes zingen, vooral in de herfst, wanneer zij een eigen territorium gaan bezetten" (p.121). Prima! Maar, irritant, ze schrijven er niet bij hoe je vrouwtjes roodborst herkent. In de vogelgidsen vind ik dat ook niet. Bijvoorbeeld: Lars Jonsson helpt niet. En Luc Hoogenstein, Ger Meesters Handboek Vogels van Nederland, wordt alleen over 'de roodborst' gesproken, het woord mannetje of vrouwtje komt niet eens in de tekst voor. De Vogelbescherming website vermeldt: "Tegen soortgenoten zijn zowel mannetje als vrouwtje daarentegen heel agressief en verdedigen zomers en 's winter fel hun territorium.", maar niet dat vrouwtjes zingen. Bij herkenning wordt niet eens gesproken over mannetje of vrouwtje! toegevoegd 2 april 2014.

Bronnen


Aussie birds prove Darwin wrong 5 Mar 2014 Dit is een radio interview met de Australische auteur van het artikel. Begin: 12:56 eind: 20 min.

Sciencedaily: Birdsong is not all about sexual selection: Female birds sing much more often than previously thought 5 Mar 2014

Katharina Riebel, Michelle L. Hall and Naomi E. Langmore (2005) Female songbirds still struggling to be heard, TRENDS in Ecology and Evolution Vol.20 No.8 August 2005. (een prachtige, feministisch aandoende titel! Bijna 10 jaar geleden zijn de auteurs begonnen met het verzamelen van gegevens over zang bij vrouwtjes)

Publications - Katharina Riebel

Wybo Algra: 'Elke vogel (m/v) zingt zijn/haar lied', Trouw 5 maart 2014

24 March 2014

We weten niet precies hoeveel genen de mens heeft

Het aantal genen in verschillende organismes, Genome Biology

 

We weten niet hoeveel genen de mens heeft. En ik bedoel daar niet mee dat historisch gezien de schattingen van het aantal genen dat de mens heeft nogal aan de hoge kant zaten (100.000 genen). Dat waren inderdaad schattingen, berekeningen. Toen het menselijke genoom bekend werd, daalde het aantal genen tot ongeveer 30.000 en 25.000 [5]. Maar dát bedoel ik niet.

Wat ik ook niet bedoel is dat we nu weten dat genen opgedeeld zijn in introns en exons en de exons op verschillende manieren gecombineerd kunnen worden tot een eiwit (zgn. alternative splicing) waardoor een gen meerdere eiwitten kan produceren. Ook dat bedoel ik niet.

Wat ik ook niet bedoel is dat er ook zgn 'niet-coderende' genen zijn. Dat zijn genen die niet voor eiwitten coderen, maar voor functioneel RNA. Er zijn nu honderden van dat soort genen gevonden. Maar dat bedoel ik ook niet.

Ik bedoel ook niet de controverse over het zgn. 'junk'-dna. We weten inderdaad nog lang niet alles over de functie van heel veel DNA dat buiten de bekende genen ligt. En er zijn ontzettend veel pseudo-genen. En er is veel DNA waarvan we zeggen dat het zelfs potentieel geen genen kunnen zijn. Maar, dat bedoel ik ook niet.

Ik bedoel: zélfs als we ons beperken tot eiwitproducerende genen, dan nóg weten we niet precies hoeveel dat er zijn. Maar, eiwitproducerende genen zijn toch  makkelijk vast te stellen? Een gen produceert een eiwit of niet. Dat is toch al lang tot op het laatste gen en eiwit vastgesteld? Dat staat toch allemaal in de genomics en proteomics databases? Nee, dat zijn kandidaat genen, of voorspelde genen waarvan een deel nog geverifieerd moet worden. Het aantal gecatalogiseerde genen is uitsluitend gebaseerd op DNA kenmerken zoals start code, en stop code [1]. Dus je weet niet zeker of een gen, een stuk DNA, ook daadwerkelijk een eiwit produceert, ook al ziet het eruit als eiwitproducerend DNA. Het zijn mogelijke genen (putative genes in het Engels). Als je het zeker wilt weten moet je eiwitten rechtstreeks detecteren in cellen en weefsels (eiwitten zijn te herleiden tot eiwitproducerend DNA). En dat heb ik me eigenlijk nooit eerder gerealiseerd. En omdat er vele verschillende celtypes zijn (plm 200 - 400) moeten we in principe alle celtypes testen. In verschillende ontwikkelingsfasen. Een gigantische, zo niet onmogelijke opgave. Bijvoorbeeld: een menselijk orgaan dat de meeste mensen niet hebben: de placenta. Zelfs vrouwen hebben dat orgaan maar tijdelijk in bezit. De placenta produceert eiwitten die een normaal (niet zwanger) mens niet produceert [2].

Het is gecompliceerder dan dat: eiwitten kunnen in lage concentraties voorkomen zodat ze moeilijk detecteerbaar zijn. Of slechts in één of een paar celtypes voorkomen. Of snel afgebroken worden (kortlevend zijn), of alleen op bepaalde tijdstippen geproduceerd worden. Geen wonder dat er tot nu toe maar van 11.838 genen bewezen is dat ze eiwitten produceren. We hebben er ongeveer 20.000, dus dat is ongeveer de helft bewezen! Ander bronnen zeggen dat we 22.500 genen hebben met een onzekerheidsmarge van 2000! 
Zolang je het eiwit niet hebt aangetoond weet je gewoon niet zeker hoeveel eiwitproducerende genen 'de mens' heeft. Zo simpel ligt dat! En: zo moeilijk ligt dat!

Ik schreef 'de mens'. De mens is geen gestandaardiseerd wezen. We komen niet uit een fabriek. Er bestaat genetische variatie. Ook in genen. En dan heb ik het over gezonde mensen. Genen hebben variaties (deleties en inserties) in het gedeelte dat voor eiwitten codeert (exons). Het probleem is: wanneer spreek je over een gen-variant en wanneer is het een nieuw gen? Het kan dus dat sommige mensen genen hebben die andere mensen niet hebben. Tot zover het aantal genen van 'de mens'.

Wat is het belang van dit alles? Ten eerste: het wetenschappelijk belang, o.a. evolutie (daar komt ik vast nog wel eens op terug!), en het medische aspect. Als iemand een erfelijke ziekte heeft wil men graag weten of het stuk DNA dat de patient mist de oorzaak is van de ziekte, of dat het een gen is dat bij gezonde mensen géén eiwit produceert. Met andere woorden: je wilt graag weten hoeveel genen een 'normaal mens' heeft. Nog een ander medisch aspect is dat mensen verschillend kunnen reageren op geneesmiddelen afhankelijk van het bezitten van enzym varianten die op hun beurt berusten op afwijkende genen [4]. En voor religieuze mensen geldt (neem ik aan) dat ze graag exact willen weten welke bona fide genen God de mens gegeven heeft toen Hij de mens schiep. En Intelligent Design aanhangers willen graag weten welke en hoeveel genen 'intelligent designed' zijn [3].


Literatuur



Noten

  1. De definitie van een eiwitproducerend gen: An open reading frame (ORF) is a potentially translatable sequence that consists of a string of in-frame sense codons beginning with a start codon and ending with a stop codon. 
  2. De man heeft ook het gen voor unieke placenta eiwitten (waarschijnlijk), het komt natuurlijk nooit tot expressie.
  3. Intelligent Design: Michael Behe, maar vooral in dit verband William Dembski die meende te kunnen vast stellen of een gen 'intelligent designed' was en wat het informatiegehalte van het menselijke genoom is. Dan moet je in de eerste plaats exact weten hoeveel genen 'de mens' heeft. Zie mijn review.
  4.  Het vakgebied heet: Farmacogenetica of  Pharmacogenetics.Toegevoegd 26 maart 2014.
  5. Leuk weetje: de Loblolly den die in Amerika voorkomt heeft minstens 50.000 genen! 'Loblolly takes genome size prize', Nature 27 March 2014 Toegevoegd 27 maart 2014.


Vorige blogs


ENCODE project is een mijlpaal, maar 80% functioneel dna roept vragen op 18 september 2012. Hierin bereken ik hoeveel menselijk DNA functioneel is.

Postscript

[5 nov 2015]

"Then there are the missing proteins. Roughly 15% of human genes that should encode proteins have had no associated protein identified — that means there are nearly 3,000 missing proteins. In some cases, this may be because they occur in small amounts or in only tiny areas of tissue. Without a complete catalogue of proteins, the overall picture of human proteomics remains fuzzy."
bron: Neil Savage: " Proteomics: High-protein research" , Nature 05 November 2015.

" The reduction of the proportion of missing proteins in the human proteome from 33 to 18% (or 15%) over the last 3 years shows the clear progress "
bron: " Quest for Missing Proteins: Update 2015 on Chromosome-Centric Human Proteome Project" , Journal of Proteome Res., 2015.

Dus: in 2015 missen er nog steeds 15% eiwitten. Misschien zijn ze belangrijk, misschien niet.