Koonin over Dawkins 'selfish genes' en het repareren van DNA

Ik liep tegen een interessante passage aan in Eugene Koonin The Logic of Chance. Die passage zet het thema van mijn serie blogs over 'De ontdekking van de structuur van DNA' in een nieuw licht. Niet dat Koonin dat zelf doet, maar dat maakt het juist des te interessanter. Eerste citaat:

"Replication of the genetic material is the single central property of living systems" (p. 413)

De replicatie van het genetisch materiaal is de belangrijkste eigenschap van het leven. Er staat nog net niet 'het doel van het leven'! Hij vervolgt:

"Once one realizes that replication of the genetic material is the single central property of living systems, there is no logical escape from the selfish gene perspective. In particular, Dawkins provocatively claimed that organisms are but vehicles for replicating and evolving genes. (p.413–414).

Iets verder wordt hij nog specifieker:

"All phenotypic features of organisms emerge and evolve only inasmuch as they are conductive to genome replication." (414)

Dit is natuurlijk het beroemde selfish gene concept van Dawkins. Het fenotype (lichaam) van bacterie, plant en dier staat ten dienste van de replicatie van het genoom. Voeg nu uw achtergrond kennis toe: dat genoom bestaat uit DNA. En de relevante informatie in DNA berust op de specifieke Watson-Crick base paring van de bases A met T en C met G. Nu ziet u ook waarom de volgende passage cruciaal is:

"A large fraction [!] of the core phenotype consists of anti-entropic devices that lower the error rate of information transmission in the replication process itself, as well as the ancillary processes of transcription, translation, and protein and RNA folding, and keep in check the deleterious effects of those errors that do occur". (414)

Baron Münchhausen trekt zichzelf aan zijn haren uit het moeras.
( wikipedia )

Koonin claimt dus dat een groot deel van de machinerie van een organism in feite tot taak heeft kopieer fouten te minimaliseren. Bij een bacterie wordt 10% van het genoom voor DNA repair gebruikt (p.275) en de mens heeft tenminste 130 DNA-repair enzymen. Het woord anti-entropic devices betekent eigenlijk systemen om degradatie te verminderen zoals DNA-repair (is in eerdere blogs ter sprake gekomen). En verder om fouten bij het vertalen van genetische informatie naar eiwitten te herstellen. Want ook daar worden fouten gemaakt. En dat is weer belangrijk omdat eiwitten de machinerie vormen die replicatiefouten moeten herstellen. Foutgevoeligheid van DNA oplossen door voor méér eiwitten in het DNA te coderen! Een wonderbaarlijke prestatie die lijkt op Baron Münchhausen die zich aan zijn haren uit het moeras trok.
Als U zich afvraagt wat maag, darm, mond, tong, tanden, etc in ons lichaam doen, dan heeft Koonin daar ook een antwoord op: die zorgen voor de grondstoffen voor replicatie en de rest van het lichaam in stand te houden. Een typsiche Dawkiniaanse selfish gene beschrijving! Typerend voor Koonin gebruikt hij 'replicatie' in plaats van 'DNA'. Hij bedoelt de componenten van DNA: 4 bases, deoxyribose, fosfaat, nucleosides, nucleotides.

Ik vertaal dit naar DNA: die fouten bestaan uit fouten in de Watson-Crick base paring (AT en CG) die we punt-mutaties noemen. Ten tweede: inserties, deleties die in feite berusten op breuken in de fosfaat-suiker backbone van DNA (de backbone was chemisch steviger dan de base binding zoals we in eerdere blogs concludeerden). Maar zowel de base paring als de fosfaat-suiker backbone maakten DNA tot zo'n chemisch perfect molecuul, zoals we in vorige blogs gezien hebben. Een molecuul waar nauwelijks chemische alternatieven voor te vinden zijn. 'Optimaal gezien de omstandigheden' zei iemand. Een molecuul dat chemisch niet anders opgebouwd kan worden dan het is. Een noodzakelijk molecuul. Als je Röntgen-diffractie patronen en de bestanddelen kent, volgt daaruit noodzakelijkerwijs de driedimensionale structuur van DNA. Zo logisch zit DNA in elkaar. Welnu, 'the secret of life' is dat het leven een groot deel van zijn machinerie nodig heeft om beschadigingen en replicatie fouten in DNA te herstellen!

Nota bene: het is mijn interpretatie van bovenstaande passages van Koonin dat een groot deel van de biologische machinerie van ons lichaam tot taak heeft de chemische tekortkomingen van DNA als informatiedrager te compenseren. Evolutie heeft gekozen voor DNA en het compenseren van de nadelen van DNA.

Koonin heeft het nergens in zijn boek over de chemische structuur van DNA (dubbele helix). Hij vraagt zich niet af of er een andere/betere backbone of bases mogelijk zijn. Hij noemt Watson en Crick op pagina 21, maar laat nergens een afbeelding van het beroemde Watson-Crick DNA model zien. Hij heeft het (heel abstract!) over de betrouwbaarheid van informatieoverdracht in biologische systemen (p.275). Hij heeft het alleen over DNA als drager van genetische informatie of 'genome'. Koonin is dan ook een genome onderzoeker. Ergens anders (p.24) zegt hij dat het principe van foutgevoelige replicatie substraat onafhankelijk is, zoals bij computer virussen. Het 'grappige' is dat Koonin de Shannon informatie theorie nodig heeft om te concluderen dat fout-vrije informatie overdracht onmogelijk is: "Information theory is adamant in its insistence on the impossibility of error-free information transmission." (p.23). Wel, dat is een omweg. We kennen immers de chemische eigenschappen van DNA! Die bepalen of fout-vrije transmissie mogelijk is of niet. Bovendien beperkt Koonin's abstracte informatietheoretische benadering het zicht op het ontstaan van DNA en het ontstaan van het leven. En dat is een heel ander onderwerp, maar komt wel uitgebreid aan bod in zijn boek.

Samenvatting

• DNA replicatie is cruciaal in de evolutie ('essentie van het leven')
• maar DNA heeft nadelen (replicatie fouten, beschadigingen) veroorzaakt door de chemie van DNA
• die nadelen worden (ten dele) door repair systemen opgevangen
• DNA replicatie én DNA repair vormen 'de essentie van het leven'
• DNA repair wordt uitgevoerd door enzymen die in het DNA gecodeerd moeten worden
• dat kost méér DNA dat onderhouden moet worden
• een kosten/baten kwestie? het levert meer op dan het kost?

Enkele recente blogs over DNA

• 10 mrt 2012: Enkele verbazingwekkende feiten over zwakke plekken in DNA 
•  2 mrt 2012: Stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven

en nog 10 blogs in januari en februari ! (klik op label DNA.)

Postscript 5 april 2012

Ik schreef dat het toevoegen van DNA repair enzymen méér DNA kost dat onderhouden moet worden. Wat nu als er mutaties optreden in DNA-repair enzymen? Dan kunnen die zichzelf (en de rest van de genen!) niet meer adequaat repareren! Potentieel een catastrofe! Vergelijk dit met de menselijke samenleving wanneer in een ramp- of oorlog situatie gewonden naar ziekenhuizen worden gebracht. Wat nu als het ziekenhuis personeel zelf gewond of ziek is? of het ziekenhuis gebombardeerd, ingestort of weggespoeld is? Die crisissituatie in de menselijke samenleving is een goede metafoor voor een genoom met gemuteerde DNA-repair-genen!

Indische gans waargenomen.

Koppeltje Indische gans Anser indicus, Hoogekampse plas, t.N.v Utrecht

 

Hoewel ik ze nooit eerder in het wild in Nederland gezien had (voor zover mijn geheugen gaat) is dit onmiskenbaar de Indische gans (Bar-headed Goose, Anser indicus): gele snavel en poten, typerende koptekening. Volgens de vogelgids zijn dit uit gevangenis ontsnapte vogels die in zeer kleine aantallen vooral 's winters in Nederland gezien kunnen worden. De vogels waren behoorlijk tam, dus makkelijk te fotograferen met een eenvoudig toestel. Hij hoort in Centraal-Azië thuis. Hij is bekend omdat hij over de Himalaya trekt, dat is op meer dan 8 km hoogte. Hij is daarmee de hoogst vliegende vogel. Heeft speciale aanpassingen voor het vliegen op grote hoogte (maar die heeft hij in Nederland niet echt nodig!).

PS het blijkt op waarneming.nl  dat twee andere waarnemers ook deze ganzen waargenomen hebben op dezelfde plaats en dezelfde dag en op 31 maart. Wat ik ook vond op waarneming.nl is dat Anser indicus hybridiseert met andere ganzen, een evolutionair interessant gegeven!

Ooievaar of oehoe te koop? boycot Marktplaats!

VARA Vroeg Vogels actie tegen het verkopen van wilde vogels op marktplaats:

Teken de petitie !

Geef het door aan zoveel mogelijk familie en bekenden. Vroege Vogels tv was al op bezoek bij Marktplaats, maar de directeur weigert om mee te werken.

Hier een voorbeeld van een te koop aangeboden Oehoe: 

die in een veel te krappe kooi wordt gehouden, en op deze manier geen leven heeft. Als je zoekt op oehoe zie de meest exotische soorten te koop aangeboden: Turkmeese Oehoe, Europese Oehoe, Afrikaanse Oehoe, etc. Dit soort vogels horen überhaupt niet in een kooi. Over grasparkieten en kanaries valt nog te twisten. Maar voor wilde vogels als ooievaar, oehoe, etc is iedere kooi te klein. Vogels moeten kunnen vliegen. Trekvogels als de ooievaar leggen duizenden kilometers af. Daar zijn ze op gebouwd. Daarom horen ze niet in gevangenschap. Vogels zijn geen objecten die je te koop aanbiedt! Vogels horen vrij te zijn zoals deze buizerd die ik afgelopen weekend fotografeerde:

Buizerd hoog in de lucht
is de plaats waar deze vogels thuishoren
Niet in een kooi!

Je gaat deze gave vogel toch ook niet in een hokje stoppen? Iedereen kan aanvoelen dat zo'n dier een ellendig leven heeft in een hok.

Wat kun je nog meer doen behalve een handtekening zetten?

• Maak gebruik van de mogelijkheid om een tip te geven dat een te koop aangeboden 'object' in strijd is met de regels van marktplaats. (u hoeft geen account te hebben om te tippen). Als veel mensen een te koop aangeboden vogel 'tippen' dan gaat marktplaats de aanbieding beoordelen.
• email deze adverteerder

Volgens de info op marktplaats over beschermde dieren zijn 'Sommige exotische vogels (zoals veel typen Zuid Amerikaanse parkieten, adelaars en valken)' beschermde dieren en mogen niet verhandeld worden. Als adelaars en valken verboden zijn, waarom zou je dan wel mogen handelen in Oehoe's?

Volgens Gezondheids- en Welzijnswet voor Dieren (GWWD) (ook op marktplaats vermeldt) is het verboden 'bij een dier onnodig pijn of letsel te veroorzaken, of zijn gezondheid of welzijn aan te tasten en een dier de nodige verzorging te onthouden'. Wie durft te beweren dat het welzijn van vogels zoals de oehoe in een te krappe kooi niet is aangetast? Als iedereen een roofvogel kan kopen, wie garandeert dat zo'n dier de nodige verzorging krijgt? De vogelbescherming werd gebeld door een meisje of haar uil die ze als verjaardagskado had gekregen ook iets anders at dan witbrood! Dat soort dingen dus ...

Postscript zondag 1 april 

Ondertussen zijn meer dan 18.000 handtekeningen verzameld. Méér handtekeningen zijn nodig. Ondertussen staan meer dan 13 organisaties achter de actie tegen Marktplaats, waaronder Vogelbescherming, Dierenbescherming, Milieudefensie en WNF. Actuele info op Vroege Vogels website.

Postscript 15 april

Op zaterdag 14 april besteedde het VARA consumentenprogramma Kassa aandacht klachten over een handelaar in papegaaien die jongen van de Grijzeroodstaart papegaai verkocht (500 euro), die later besmet bleken te zijn met een dodelijk virus. (de diertjes gingen vroegtijdig dood). De handelaar verkocht zijn papegaaien via Markplaats. Hoe kun je zo dom zijn om dit soort vogels via marktplaats te kopen? Weer een voorbeeld dat marktplaats meewerkt aan een immorele handel waar niet alleen de dieren zelf maar ook de kopers slachtoffer worden.

Postscript 29 april

De handtekeningactie tegen marktplaats staat nu op 33.000 handtekeningen. Er zijn vele politieke partijen, waaronder CDA (!) die de actie steunen.

Postscript 23 mei

Nepadvertenties tonen aan: Marktplaats staat illegale handel in wilde dieren toe. Vroege Vogels hebben door middel van lok advertenties aangetoond dat illegale handel van vogels gewoon mogelijk is op Marktplaats! Slimme actie! Voor elk aangeboden dier in de tussentijd is al een koper gevonden. Andere advertenties werden zelfs helemaal niet verwijderd, ook niet na tips van de politie. Hardere acties zijn nodig. De directeur is een koppig iemand en is kennelijk niet af te brengen van een eenmaal genomen besluit. Het wordt tijd dat er een hardere actie komt met radiospotjes die het imago van Marktplaats verder beschadigen. Wakker Dier heeft goede ervaringen met dat soortacties. Meestal zijn organisaties wel gevoelig voor imagoschade want dat is schadelijk voor de omzet.

Postscript 23 maart 2013

Vroege Vogels petitie werpt vruchten af

Sharon Dijksma (PvdA)

Staatssecretaris Sharon Dijksma van natuur presenteert maandag volgens ingewijden de 'Positieflijst voor Zoogdieren'. Hiermee wordt de handel in wilde dieren, zoals op Marktplaats, aan banden gelegd. Een succes dat mede te danken is aan jouw steun!

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. Het is 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 geïnterviewd 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 gezamenlijke 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.

Hoe Koonin het ontstaan van het leven verklaart: moedige poging of wanhoopsdaad?

In hoofdstuk 12, Origin of Life, van Eugene Koonin (2011) The Logic of Chance verkondigt Koonin een dermate opvallende theorie over het ontstaan van het leven dat ik die hier apart bespreek zonder het hele boek te bespreken. Dat is sowieso onmogelijk. Ik doe hier zelfs geen poging hoofdstuk 12 te bespreken. Het hoofdstuk is zondermeer het hoogtepunt van het boek. Wat voor het hele boek geldt, geldt zeker ook voor dit hoofdstuk: er staat te veel informatie in, om op een zinnige manier samen te kunnen vatten.

Koonin-threshold

Er is één zaak die er uit springt en waar ik wel over moet bloggen. En dat is wat ik de Koonin-threshold noem en met name zijn oplossing voor dit probleem. Nadat hij alle problemen ten aanzien van het ontstaan van het leven en alle mogelijke oplossingen heeft besproken, (en reken maar dat het een gezaghebbend en compleet overzicht is want hij heeft alles gelezen en er veel over gepubliceerd), komt Koonin uiteindelijk tot de conclusie dat er een minimale complexiteit van RNA moleculen nodig is vóórdat evolutie überhaupt een aanvang kan nemen. Specifieker: er zijn minimaal 13 RNA polymeren met een gezamenlijke lengte van 1800 bases nodig om de RNA-wereld op gang te brengen (p.435). Dit noem ik de Koonin-threshold. U moet even zonder verdere toelichting aannemen dat dit de meest cruciale stap is in het ontstaan van het leven. Lukt die stap niet, dan is het ontstaan van het leven hier op aarde kansloos.

Je zou zeggen dat alle biologische problemen op te lossen zijn met evolutie. Maar evolutie werkt niet als er niet aan bepaalde randvoorwaarden voldaan is. De belangrijkste randvoorwaarde is: replicatie van het erfelijkheidsmolecuul moet voldoende betrouwbaar zijn. Die voorwaarden kunnen zelf niet het resultaat zijn van biologische evolutie. Maar van een soort chemische 'evolutie' en dat komt neer op toevallige chemische reacties. Vandaar het dilemma.

Wat is het maximaal haalbare?

De gangbare opvatting over het ontstaan van het leven is dat de huidige DNA/eiwit wereld vooraf gegaan moet zijn door een RNA-wereld, die weer vooraf gegaan moet zijn door een pre-RNA-wereld. Daarvoor is er pre-biotische chemie. De bouwstenen van RNA zijn geen onoverkomelijk probleem, en de evolutie van RNA-wereld naar de wereld van DNA en eiwitten is ook geen onoverkomelijk probleem volgens Koonin. Die laatste overgang zou standaard Darwiniaanse natuurlijke selectie zijn. Het probleem is dat het overwinnen van die Koonin-threshold extreem onwaarschijnlijk is.
Kunnen natuurlijke processen die totale lengte van 1800 bases produceren? Wat is de maximaal haalbare lengte van een geschikt RNA systeem dat zichzelf repliceert? Koonin rekent dat uit op basis van het totaal aantal bewoonbare planeten in ons universum, de totale tijdsduur sinds de Big Bang en het totale volume chemisch milieu waarin RNA geproduceerd kan worden maximaal een RNA molecuul van 102 bases kan produceren (p. 435). Dat ligt ver onder de Koonin-threshold. Die 1800 bases zijn dus niet haalbaar. Een andere manier om dit uit te drukken is: de kans dat die 1800 bases gevormd worden is kleiner dan 10^-1018. Dat is zó klein dat het uitgesloten is dat het per toeval hier op aarde heeft plaatsgevonden.

Many Worlds in One

Maar nu komt het: Koonin's oplossing is dat een Many Worlds in One (MWO) model van het universum het wel mogelijk maakt. Nee, onvermijdelijk maakt. In het MWO zijn er een oneindig aantal exacte kopieën van de aarde met alles er op en aan. Koonin geeft een toelichting op MWO in Appendix B. Hij realiseert zich dat velen dit een absurde oplossing zullen vinden (outrageous, repugnant). Het ziet er op het eerste gezicht uit als een wanhoopspoging. Een gebeurtenis die eerst onmogelijk was, wordt nu opeens onvermijdelijk. Dat gaat er bij mij maar moeilijk in. In strikte zin is het niet een ad hoc oplossing omdat de MWO onafhankelijke is bedacht door kosmologen om hun eigen problemen op te lossen [1]. Toch voelt het als ad hoc aan. Zelfs als MWO een respectabele wetenschappelijke theorie is. Het merkwaardige van de Koonin-threshold is dat de gebeurtenissen vóór en ná de threshold overgang eigenlijk geen onoverkomelijk probleem vormen (die voldoen aan normale kansberekeningen en chemische wetten). Het lijkt dus op het opvullen van een gat in je kennis. Eigenlijk alles op aarde wat niet extreem onwaarschijnlijk is, is geen probleem. Maar ik heb het gevoel dat het te hulp roepen van Many Worlds in One zeer ongewenste gevolgen heeft voor onze wetenschappelijke theorieën en nog veel meer. Waarom maar één onwaarschijnlijke gebeurtenis op aarde? Toevallig die gebeurtenis die het ontstaan van het leven verhindert? Waarom niet veel, zo niet oneindig veel onwaarschijnlijke gebeurtenissen? Waarom zou de spontane generatie van een bacterie dan niet mogelijk worden (verboden door Pasteur)? Ik ben echter bepaald geen Many Worlds in One expert, om te bepalen of dit geldige bezwaren zijn. Misschien is het meer een uitdrukking van mijn onwetendheid op dat gebied. Voor mij voelt de oplossing van Koonin aan als zeer vergezocht, special pleading voor dat ene probleem dat je dwars zit. Evolutiebiologen doen doorgaans geen beroep op oneindig vele universums om hun problemen op te lossen. Aan de andere kant heb ik respect voor biologen als Koonin die het lef hebben zich in te lezen ver buiten hun eigen vakgebied.

Voorgangers

Er zijn in het verleden meerdere wanhoopsoplossingen voor het ontstaan van leven bedacht. Beroemd is die van Francis Crick (de medeontdekker van DNA) die opperde dat de eerste levensvorm door buitenaardse intelligentie op de aarde is 'uitgezaaid' [2]. Maar het probleem was veel te vaag omschreven en de oplossing was al helemaal vaag.

Maar ook al zou Koonin's oplossing totaal overbodig blijken te zijn, dan nog blijft het waar dat hij voor het eerst preciezer dan wie dan ook heeft aangewezen waar de bottleneck van het ontstaan van het leven ligt. En een probleem zeer precies definiëren is een vooruitgang. Hij zegt zelf dat die berekening een ruwe benadering is. Maar het belang van de Koonin-threshold is niet het exacte getal, maar dat hij aangeeft welke RNA moleculen absoluut nodig zijn en de complexiteit daarvan. En natuurlijk waarom. Er zijn weinig anderen in staat om deze specificatie en bijbehorende berekening te geven. Zijn kennis op dat gebied is vrijwel onovertroffen. Zijn beheersing van het feitenmateriaal is fabelachtig. Daarom accepteer ik de Koonin threshold. Voor mij vormt dit het meest bijzondere en verbluffende onderdeel van het hele boek. Er valt nog heel veel over te zeggen.

De vooruitgang van de wetenschap

Maar ik voeg er mijn bescheiden mening aan toe: de  Koonin-threshold geldt voor de huidige stand van zaken in de wetenschap. Dat lijkt me niet zo'n gevaarlijke claim. Als je de geschiedenis van de wetenschap bestudeert, bijvoorbeeld hoe lastig het bleek om de genetische code te ontcijferen nadat de structuur van DNA al bekend was [3], dan besef je dat er een grote wetenschappelijke doorbraak nodig is van het formaat 1859 (Darwin), 1900 (Mendel) of 1953 (DNA). Zaken die we achteraf evident vinden, vormden toen onoverkomelijke obstakels voor de top-wetenschappers van die tijd. Alle grote doorbraken waren onvoorzien en hadden revolutionaire gevolgen. Ik geloof ook dat er een grote wetenschappelijke doorbraak nodig is om aan te tonen dat de Koonin-threshold op natuurlijke wijze op aarde bereikt kan worden, zonder toevlucht te nemen tot drastische oplossingen als Many Worlds in One. Gezien het feit dat de grote ontdekkingen in de biologie tamelijk recent zijn (DNA is nog maar 60 jaar oud! het menselijk genoom is nog maar 10 jaar bekend!) en elkaar in hoog tempo opgevolgd hebben, ben ik niet pessimistisch. Het is simpel té vroeg om nu al met drastische oplossingen te komen.

Postscript donderdag 22 maart

Gratis beschikbaar: Eugene Koonin (2007) The cosmological model of eternal inflation and the transition from chance to biological evolution in the history of life, Biology Direct 2007, 2:15 (geeft een 'samenvatting' van hoofdstuk 12)

Postscript 21 okt

Middengedeelte (Wat is haalbaar?) herschreven. Conclusies blijven hetzelfde.
Kopjes aangepast.

Postscript 31 aug 2013

Op mijn website staat een iets uitgebreidere en geïllustreerde bespreking van de Koonin-threshold.

 

Noten

1. Robbert Dijkgraaf gaf de Paradiso lezing afgelopen zondag 18 maart over de Big Bang, multiversums, string theorie, etc, maar heeft met geen woord over het ontstaan van het leven gesproken. Is kennelijk niet relevant voor cosmologen. Andersom dus wel: cosmologie is belangrijk voor evolutiebiologen volgens Koonin.
2. Francis Crick (1981) Life itself: its origin and nature.
3. Horace Freeland Judson: The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology

Is een beetje straling gezond?

Afgelopen zaterdag 10 maart stond er in de wetenschapsbijlage van de nrc een artikel:  OF EEN BEETJE STRALING OOK GOED KAN ZIJN.

Het is naar aanleiding van het boek Stralingstekort - Stel dat straling eigenlijk goed voor je is (2011), wat de Nederlandse vertaling is van: Underexposed: What If Radiation Is Actually Good for You? uit 2005. (de engelse versie is niet meer leverbaar).
Er staat een bespreking van de Ned. vertaling op Wetenschap24, dus dat ga ik niet herhalen. De titel spreekt voor zich: de claim dat een lage dosis radioactiviteit goed voor je is.

In verband met mijn blog serie over DNA licht ik één passage uit het nrc artikel:

"Het betoog van Hiserodt is in het kort: ja, straling is altijd ongewenst want het kan tot kanker leiden. Maar DNA-beschadiging is sinds het bestaan van leven op aarde aan de orde van de dag en de cel beschikt over zeer effectieve DNA-reparatiemechanismen. En waar de reparatie tekortschiet, is er nog apoptose: de georganiseerde celdood en -afvoer. Niks geen kanker".

Mijn grootste bezwaar is dat 'het lichaam kan het hebben' niet hetzelfde is als 'het is gezond'. Als het gezond zou zijn, zou je leidingwater licht radioactief moeten maken, net zoals er vroeger fluor aan het drinkwater werd toegevoegd.

Ten tweede: ja, er bestaan DNA-reparatiemechanismen. Daar heb ik eerder over geblogd. Bezwaar: er bestaat genetische variatie voor die DNA-reparatie mechanismen onder mensen. Ik had al genoemd dat sommige mensen DNA-repair defecten hebben (DNA repair-deficiency disorder): Werner's syndrome, Cockayne's syndrome, Xeroderma pigmentosum. Mensen die toch al problemen hebben met DNA-repair zou ik niet een lage dosis radioactiviteit aanbevelen. Maar behalve deze extreme vormen, bestaan er meer dan 1000 genetische varianten van ruim 60 DNA-repair genen. Deze genetische variatie kan zowel positief als negatief uitpakken. Er zullen dus veel mensen in de bevolking zijn die niet ziek zijn, maar wel een minder efficient DNA-repair systeem hebben. Die mensen zullen dus meer moeite hebben met een lage dosis radioactiviteit. Daarom zou ik nog even wachten met radioactief drinkwater.

Vorige blog over DNA repair

2 maart 2012: Stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven

Verder lezen: klik op label 'DNA'

Enkele verbazingwekkende feiten over zwakke plekken in DNA

Strachan, Read (2011) Human Molecular Genetics, p.412

 

Als vervolg op mijn blog Stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven: even wat googlen in mijn eigen boekenkast en ik vond bovenstaand plaatje. Het geeft op een heldere manier een overzicht van de zwakke plekken van DNA (chemisch gezien).

Het plaatje laat 3 soorten chemische schade zien met 3 verschillend gekleurde pijltjes. De dikte van de pijltjes is een maat voor de frequentie van de schade. De bases hebben het kennelijk zwaarder te verduren dan de suikers (riboses). Bij de P groepen staan geen pijltjes. Je moet een chemicus zijn om precies te begrijpen wat en waarom er gebeurt, maar ook zonder chemische kennis is duidelijk dat schade aan bases de genetische informatie aantast. Of te wel: mutatie. Of: onherstelbare schade met celdood tot gevolg.

Schokkende feiten over zwakke plekken in DNA

Hier volgen enige schokkende feiten, niet geschikt voor jeugdige kijkers:

1. de-purination: in iedere menselijke cel gaan er dagelijks ongeveer 5000 Adenine of Guanine bases verloren door spontane hydrolyse van de base-suiker band.
2. de-aminiation: in iedere menselijke cel worden er dagelijks ongeveer 100 Cytosines spontaan gede-amineerd. Daardoor veranderen ze in Uracil.

Dat hebben Watson en Crick er niet bij verteld in 1953! Misschien lijken 5100 foute bases op de totale omvang van menselijk genoom (3 miljard bases) niet veel, maar dit overleeft U niet als het niet gerepareerd wordt. Dagelijks!

Evolutie heeft een uitgebreid DNA-repair systeem ontwikkeld om al die chemische zwakheden van DNA te compenseren (zie vorig blog Stabiliteit van DNA wordt schromelijk overdreven). Dat zijn enzymen die dus ook weer gecodeerd zitten in het DNA. Een organisme kan daarmee de mate van DNA repair vergroten of verkleinen. In theorie zou een organisme mutatie-vrij kunnen zijn als het heel veel tijd en energie zou stoppen in het onderhoud van zijn/haar DNA. Is dat slim? Een paar overwegingen:

1e: evolutie komt tot stilstand zonder mutatie. Een soort kan zich niet meer (genetisch) aanpassen aan de (veranderende) omgeving.
2e: stoppen met muteren is alleen slim als je 'perfect' bent (als soort). Als je nog wat verbeterpuntjes hebt (als soort) kun je beter blijven muteren om je zwakke punten weg te kunnen werken.
3e: besparen op DNA onderhoud kan op korte termijn een competitief voordeel opleveren, maar misschien niet op lange termijn

In het volgende blog een verrassende manier waarop de sterke en zwakke punten van DNA aan het licht gebracht kunnen worden.

Bron:

Tom Strachan, Andrew Read (2011) Human Molecular Genetics 4th edition, Garland Science, paperback, 781 pag. (wel wat duur, maar dan heb je ook een compleet overzicht van de menselijke genetica).

Aankondiging:

zondag 11 maart BBC2 22:00 deel 2 van de fantastische 3-delige documentaire Orbit: Earth's extraordinary journey. Over de effecten die de baan van de aarde om de zon heeft op het leven op aarde. Ik heb de eerste aflevering gezien: echt de moeite waard!