12 February 2022

How has the theory of evolution changed since Darwin?

Charles Darwin
12 Feb 1809 – 19 Apr 1882


Today, Darwin's 213th birthday, I will publish a blog about how the theory of evolution has changed since Darwin.

 

 

Fig. 1. Two empires: the virus (left) and the cellular (right) empire (source) coronaviruses (single-stranded positive sense RNA viruses)
(added, modified)



I am amazed how Darwin could construct a general theory of biological evolution that essentially still holds today considering the biological knowledge of the time. That knowledge of his time is rather primitive compared with our knowledge today. A cursory look at the illustration above is enough to realize that most of our current knowledge of the biological world was simply absent at the time Darwin wrote On The Origin of Species (1859). 

Darwin did not know Bacteria. Darwin did not know viruses. Darwin did not know Eukaryota (at least the concept). Darwin did not know Archae. In fact everything that is present in the above illustration!

The concept of the eukaryote has been attributed to the French biologist Edouard Chatton (1883–1947). It was reintroduced into biology in 1962. Definitely long after Darwin. Darwin, of course, knew animals and plants, but he didn't know that they are eukaryotes. So, strictly speaking he knew nothing of every item in fig. 1. And that is basic biology today.

Bacteria: at the time of Darwin's 1835 Galapagos Island expedition, the germ theory of disease had yet to be described. Then, in 1977, Carl Woese proposed that Archaea are different from bacteria and constitute the third domain of life. The three domains together constitute the cellular empire (see figure 1). Cellular life is contrasted with viruses which are a-cellular.  The left side of the illustration shows viruses.
Viruses are not cells. These days seven different groups of viruses are recognised. One group is Corona viruses. One of the Coronaviruses, SARS-CoV-2, started a pandemic in December 2019. Viruses were unknown in Darwin's time. In 1898 the Dutch microbiologist Martinus Beijerinck introduced the word 'virus'. Darwin died in 1882. But Beijerinck did not know RNA and DNA. He called viruses contagious living fluid

Fig. 2. The three-domain tree of life  (source)

Fig. 3. A network representation of the evolutionary process (source)

The theory of evolution was substantially upgraded with the rediscovery of Mendel's laws of heredity in 1900 and with the discovery of the structure of DNA in 1953. In 2000 the complete human genome was sequenced. Thanks to DNA sequencing and comparative analysis of genomes it was discovered that  Horizontal Gene Transfer between Archaea and Bacteria was extensive. The Tree of Life (fig. 2) became a Network of Life (fig. 3). A fundamental change. The green lines in Fig. 1. show extensive gene transfer between the three domains of life and the viruses.

Adaptation of SARS-CoV-2

In a previous blog The evolution of a pandemic virus: SARS-CoV-2 I showed an illustration of SARS-CoV-2's growing number of mutations during the past 2 pandemic years. Darwin had no idea of a 'mutation'. He could not know, because a mutation is a change in DNA and he didn't know DNA. However, he did know the concept of heritable variation. He did know some variation is advantageous, and some is disadvantageous. That was enough for him the construct his theory of evolution.  

SARS-CoV-2 does not only produce mutations and heritable variation. Some of the variation is advantageous for the virus and increases its fitness. New variants outcompete existing variants. For example the Omicron has outcompeted the Alpha and Delta variant. The SARS-CoV-2 virus is surprisingly well adapted to its human host. Virologists discovered how sophisticated the adaptation of virus to its human host is. For a start, the virus speaks the same genetic language as humans. It has the same genetic code. Its RNA is like a messenger RNA (mRNA). It is the same type as humans use for the transfer of the genetic information from DNA to proteins. That's why human cells start immediately to translate those viral RNAs into proteins. The virus also knows how to enter human cells. It has adapted to the human ACE2 receptor. The virus also knows how to reproduce and self-assemble in human cells. The virus knows how to get out of the cell. The virus has adapted to the human respiratory system. That's its environment. The virus also knows how to evade attacks of the human immune system. The virus knows how to spread from human to human by droplets and aerosols. 

These are all adaptations. In other words: SARS-CoV-2 is a prime example of evolution by adaptation and natural selection. 

Darwin would have loved it! 

Happy birthday!

 

Sources


Postscript 19 Feb 2022

I discovered that I already on 8 June 2020 paid attention to the fact that Corona virus obeys Darwinian evolution: Waarom zijn corona virussen zo groot? KNAW lezing van Eric Snijder 19 mei 2020. (Dutch)


Further Reading

08 February 2022

Consumentenbond telt diervriendelijkheid en klimaat niet mee in test vegetarische rookworsten.

"Niemand zal bij het eten van een rookworst van vlees denken heel gezond bezig te zijn. Het vet druipt er vanaf en is voor een groot deel van de ongezonde verzadigde soort. Ook zijn rookworsten flink zout." 

Consumentegids Februari 2022
De vegavariant
Eet smakelijk?


Nadat de Consumentenbond heeft erkend dat vleesrookworsten ongezond zijn, gaan ze vrolijk vegetarische en veganistische rookworsten testen ... op gezondheid! Als vleesrookworsten zo ongezond zijn, zou je verwachten dat ze die gaan testen. Niet dus. Consumentenbondlogica.

vet

Volgens de Consumentenbond zijn vegaworsten niet per se gezonder: "het totale vetgehalte is met maximaal 23 gram per 100 gram niet per se lager". Maar hoe kun je twee dingen vergelijken als je niet twee getallen hebt? De vetgehalte van de 7 geteste vegaworsten staan netjes in de tabel (hartelijk dank), maar de vetgehaltes van vleesworsten krijgen we niet te zien. Dit komt omdat je eigenlijk niet het vetgehalte moet vergelijken, maar het percentage verzadigd vet. En dan blijkt:

"Het gezondheidsvoordeel zit hem in het kleinere aandeel verzadigd vet: het percentage verzadigd vet ten opzichte van het totale vetgehalte. Bij 3 vegaworsten is dit rond de 10% aanzienlijk lager dan de ongeveer 40% in rookworsten van rund- of varkensvlees" (p.12). Met recht zou er dus een kopje gemaakt kunnen worden: "Vegaworst 4x gezonder dan vleesworst". Gemiste kans.

zout

Mag ik dus concluderen dat sommige vegaworsten gezonder zijn? Niet te snel! Er bestaat ook nog zo iets als zout. Uit de test blijkt dat vegaworsten ruim 2 gram zout per 100 gram bevatten. Dat is vergelijkbaar met het origineel (=vleesworst). Dus even slecht? Helaas, er zijn 2 vegaworsten die minder zout bevatten. Geen nood, dat noemen ze: 'enigszins bescheiden' met zout. Dat klinkt niet positief. Alsof het uit zuinigheid gedaan is. Noem het gewoon: 'niet te veel zout'.  Beter: twee vegaworsten zijn gezonder dan vleesworst wat betreft zout.

eiwit

Wat hebben we nog meer? Eiwit natuurlijk. (Leuk woord trouwens: ei-wit) Eiwit is gezond schrijft de Consumentenbond. Echt vlees bevat 20% eiwit. Er is maar één vegaworst die dat haalt en nog twee andere komen aardig in de buurt. De 'slechtste' twee halen nog geen 10%. De eiwitgehaltes (gram) staan niet in de tabel. Er staan alleen maar 'rapportcijfers' in de tabel (behalve 1 kolom met vetgehaltes). Niet echt informatief. We kunnen dus niets controleren en niets vergelijken. Wat zijn eigenlijk de eiwitgehaltes van vleesworst? Mijn bezwaar tegen deze benadering: veganisten halen hun eiwitten ook uit bonen, linzen, noten, soja en quinoa en komen dus geen eiwitten te kort. Je moet dus de totale dagelijkse inname bekijken. Niet alleen de worst. Eiwitten zijn ook niet de enige energieleveranciers. Ook koolhydraten en vet leveren energie.

duurzaamheid

De consumentenbond geeft toe dat vegarookworsten duurzamer (=klimaatvriendelijker) zijn dan vleesrookworsten. Dank U! Maar ze voegt er direct een disclaimer aan toe: dit valt soms tegen. Er is nl. een worst grotendeels gemaakt uit melk (dus niet veganistisch). De andere 6 zijn dus wel duurzaam genoeg? Er is dus verschil. Maar duurzaamheid staat niet in de tabel en wordt ook niet meegeteld in het eindoordeel. Niet belangrijk?

plastic

Waar kunnen we nog meer kritiek op hebben? Soms wordt plastic gebruikt in de verpakking. Het komt niet voor in de tabel. Worden vleesworsten niet verpakt dan?


Het artikel samengevat in één foto!
Duidelijker kan het niet!
Dank U wel!

smaak

Zijn we nu klaar? Nee. Het belangrijkste nadeel van vegaworsten is de smaak. Smaak is subjectief, maar de Consumentenbond heeft een smaakpanel laten proeven. Ze smaken niet lekker volgens het panel. Slechts twee worsten halen nét een voldoende voor smaak. Maar die twee hebben dan weer een onvoldoende voor voedingswaarde. Helaas. Opvallend is dat smaak het zwaarste weegt in het eindoordeel: 40%. Daarom krijgt geen enkele worst het predicaat 'Beste uit de Test'. Klein detail: twee worsten smaakten aanzienlijk beter wanneer ze in de koekenpan of oven werden bereid. Goed nieuws? Toch niet. Die resultaten worden dan weer niet meegeteld in het eindoordeel! 

vegetarisch/vegan

Het kenmerk 'vegetarisch/vegan' staat wel in de tabel, maar telt niet mee in het eindoordeel. Helaas. Voor vegetariërs en vooral voor veganisten is dierenwelzijn het belangrijkste argument om voor vegaworsten te kiezen. Er zitten maar twee veganistische rookworsten in de test. Maar er is nog een derde [1] die goed smaakt en gezond is. Toevallig niet in de test? Alleen smaak, gezondheid en etiket (!) tellen mee in het eindoordeel. De bij uitstek belangrijke kenmerken dierenwelzijn en klimaatvriendelijkheid tellen helemaal niet mee in het oordeel! Wat een misser! En die twee zijn de belangrijkste redenen waarom er minder vlees gegeten wordt en er meer vraag is naar vleesvervangers [2].

dierenwelzijn

In een kader in de tekst komt dierenwelzijn zijdelings aan bod. Voor mensen die toch vlees willen eten adviseert de Consumentenbond om rookworsten van hanenvlees te eten. Merkwaardig advies in een test van vegetarische worsten! Consumentenbondlogica. Het is fout, maar minder fout?

Een feit is dat alle vegetarische worsten per definitie beter scoren  op dierenwelzijn en klimaatvriendelijkheid dan vleesworsten. En vegan worsten scoren nog hoger. Precies die twee criteria tellen gewoon niet mee voor de Consumentenbond. Waarom? Toeval? Met opzet? Ik durf het bijna niet te vragen: heeft de Consumentenbond vooroordelen tegen vleesvervangers? Net als de meerderheid van de Nederlanders? Nee, het ligt niet aan het smaakpanel, want die ontwerpen de test niet, geven niet het eindoordeel en schrijven het artikel niet.

vezels

Volgens het Voedingscentrum [3] zijn vezels belangrijk voor de gezondheid. Helaas worden vezels niet meegenomen in de tabel. Vezels zitten uitsluitend in plantaardige producten, niet in vlees.


groot en vetgedrukt:
gemiddelde smaakoordeel onvoldoende!

 

conclusie

De negatieve kanten worden benadrukt, de positieve  kanten worden terloops genoemd of tellen zelfs helemaal niet mee.

Ongeacht de uitkomsten van de verschillende testonderdelen bepaalt de Consumentbond zelf hoe zwaar die onderdelen meetellen in het eindoordeel: 

smaak 40% + verzadigd vet 20% + zout 20% + eiwit 15% + etiket 5% = 100%

Dierenwelzijn: 0%, duurzaamheid (klimaat): 0%, vezels: 0%, prijs: 0%.

Waarom weegt smaak het zwaarste? Waarom smaak niet 20% of 60% meewegen? Er wordt geen verantwoording afgelegd van de gekozen weging, inclusief waarom bepaalde kenmerken helemaal niet meetellen. Toch hebben die wegingen een beslissende invloed op het eindoordeel. Zegt het panel dat smaak het belangrijkste is? We komen het niet te weten. Bovendien bestaan alle deelbeoordelingen uit oncontroleerbare 'rapportcijfers' van de Consumentenbond zelf. Waarop zijn die gebaseerd? Ik kan niet zegen dat er fouten in zitten. Ik kan ze gewoon niet controleren. Dat is mijn punt. Het eindoordeel is ook weer een 'rapportcijfer' dat gebaseerd is op het gewogen gemiddelde van die ondoorgrondelijke deelrapportcijfers. Al met al is dit een behoorlijk subjectieve en niet-transparante en dus niet wetenschappelijke manier van testen.


Update 11 feb: kleine esthetische edits in de tekst.


Noten

  1. Vivera plantaardige rookworst. bevat 9% eiwit , vitamine B12, ijzer. Zout: 1,5 gr/100 gram (= laag), verlaagd natrium zout (=gezond), 14 gram vet waarvan verzadigde vetzuren 5,0 gram (=gezond!). Zie plaatje hieronder.  In een noot op pagina 13 wordt gezegd dat Vivera "niet op smaak getest is en daarom ontbreekt in de test. Het verzadigd vetgehalte is door de gebruikte kokosolie flink hoog, het zoutgehalte is bescheiden." Hoe hoog is het vetgehalte? Wordt niet gezegd. Wordt ook niet vergeleken met andere vegaworsten of vleesworsten.
  2. Vegetarisch aanbod: groei, verbreding en verbetering, Levensmiddelenkrant, 22 okt 2020. 
  3. Hoe krijg ik voldoende vezels binnen? Voedingscentrum

 

Vivera plantaardige rookworst

 

01 February 2022

The evolution of a pandemic virus: SARS-CoV-2

corona update #42

 

No evolution without mutation!

  Watch SARS-CoV-2's growing number of mutations during the past 2 pandemic years: 


fig. 1. The range of nucleotide mutations of all SARS-CoV-2 variants in the past two years (Nextstrain). Captions in the graph are mine.

Each dot represents one sequenced virus. That means all ≈ 30,000 of the virus' genetic instructions are known. On the vertical axis is the number of mutations. On the horizontal axis is time. Virus variants (clades) have different colours. One thing is clear from this graph: the number of mutations in SARS-CoV-2 has steadily increased from the very first SARS-COV-2 virus in December 2019 until January 2022. There is a linear increase of the number of mutations.  

Please note: there are thousands of different mutations in all SARS-CoV-2 viruses worldwide. But they do not occur in one individual virus at the same time. The virus has a total of 29,000 – 30,000 nucleotides. Potentially, each nucleotide can be mutated. Or deleted. So, in theory, up to 30,0000 point mutations are possible. I don't know how many mutations are possible before the virus breaks down.

All mutations in this graph are relative to the first virus genome from Wuhan. The number of mutations of the Wuhan sample is set to zero. The Wuhan sample is at the bottom left corner. When I captured the graph the highest number was 132 nucleotide mutations.

fig. 2. A few Omicron samples with the highest number of mutations (Nextstrain)
(numbers in graph are mine)

In this graph I selected the two Omicron variants 21L, 21K. As an illustration I added the number of mutations of 4 samples. So far 148 mutations is the maximum. Unfortunately, today I didn't find it anymore in the Nextstrain database. Today the next highest has 142 mutations (nextstrain). Samples are continually added to Nextstrain and apparently sometimes deleted.

- Please note there is a bug in the Nextstrain software: in figure 2 the higher number of mutations (132, 148) end up below the lower numbers (122,125). 

Not all mutations of a virus are important. So-called 'synonymous mutations' do not change amino acids of the virus protein. But 'non-synonymous mutations' do change amino acids. The non-synonymous mutations could change the function of the protein. And that could change the function of the virus. However, it is no trivial matter to establish what the effect of a specific mutation or combination of mutations (!) is on the behaviour of the virus. The virus could become more infectious, more deadly or produce side-effects in people. For example, the Delta and Omicron variant outcompeted other variants and became dominant. That is difficult to predict, especially with a new virus. It all depends on the interaction of the virus with the human body.


Why such a regular accumulation of mutations?

When I look again at the graphs with the ever increasing mutations, I am still puzzled. Why does it behave in this way? If a virus is successful, and yes this virus is absolutely successful, then why change? If it ain't broke, don't fix it! Or is it successful because it keeps mutating? I think a virus that stops mutating -if it could!- isn't able to keep up with countermeasures of its new host: increasing immunity [1], vaccines, lockdowns, etc. 

"Now, here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place. If you want to get somewhere else, you must run at least twice as fast as that!" (Red Queen's race)

 

DIY: Do it yourself

Don't believe me, do it yourself! It's fun and educational to experiment with the Nextstrain tool:
  • Go to https://nextstrain.org/
  • choose: SARS-CoV-2 (COVID-19) / Latest global analysis-GISAID data
  • default dataset (left panel)= ncov (novel corona virus 2019)
  • default Date range = 2019-12-16 tot 2022-01-27
  • Color by: Clade (there are now 23 clades)
  • Tree options: default= 'RECTANGULAR'. I used 'CLOCK' option in the graphs above. Please note that when the CLOCK layout is chosen, the number of substitutions per year is displayed: "rate estimate: 23,709 substitutions per year" according to Nextstrain. So, that is 47 mutations in two pandemic years. However, note that individual viruses can have as many as 3 times more mutations! (142).
  • Filter Data: default is nothing. Result: "Showing 3223 of 3223 genomes sampled between Dec 2019 and Jan 2022" (assessed 31 Jan 22). 
  • Filter for example by entering 'omicron', then choose 21L and/or 21K from the drop-down list. Result: "Showing 465 of 3223 genomes sampled between Nov 2021 and Jan 2022." (assessed 31 Jan 22). Active filters are indicated in the graph.
  • Show branches: toggle ON/OFF for a clearer overview.
  • 'zoom to selected' button in the top of the graph panel. (optional)
  • Point your mouse to a dot in the graph to get information or click on the dot the get more information about the selected virus sequence.
  • Date range: 'Play' watch the variants coming in to existence and producing branches.

There is much more to explore! There are many unanswered questions. For example: how many nucleotide mutations of the total number of mutations (%) are Amino Acid mutations? Or explore for example which genes in the virus were mutated early on in the pandemic? And of course: will the maximum number of mutations still increase this year?

Notes

  1. “The virus has to change to stick around,” says Ben Murrell, an interdisciplinary virologist at the Karolinska Institute in Stockholm. The receptor-binding domain, where many of Omicron’s mutations are concentrated, is an easy target for antibodies, and probably comes under pressure to change in a long-term infection." Nature 28 Jan 22
 
 

Postscript

3 Feb 22

The above graphs suggest a gradual evolution. But Omicron is certainly an exception. At least its origin. “It just came out of nowhere,” says Darren Martin. Intermediate steps are not known. Despite its unknown origin it fits the curve of a linear increase of mutations.

 

Postscript

4 Feb 22

Explosive growth of Omicron variant in the Netherlands (NOS/rivm)

Previous blogs

and many more: click label SARS-CoV-2.