UGent

Nieuws

Fascinerend Leven. Markante figuren en ideeën uit de geschiedenis van de biologie

Lien Van Speybroeck & Johan Braeckman - http://www.academiapress.be/fascinerend-leven.html

Zopas verschenen: Lien Van Speybroeck & Johan Braeckman (red.): Fascinerend Leven. Markante figuren en ideeën uit de geschiedenis van de biologie. (Academia Press, Gent, 2013). Het boek bevat ruim twintig bijdragen van twintig Vlaamse en Nederlandse experts over het leven en werk van Aristoteles, Galenus, Albertus Magnus, Harvey, Descartes, Swammerdam, Buffon, Mendel, Darwin en vele anderen. Ook de twintigste eeuw komt aan bod met hoofdstukken over onder meer Rachel Carson, Francis Crick en Jane Goodall.
Meer info over het boek: http://www.academiapress.be/fascinerend-leven.html

Reconstructie van prehistorisch DNA weerlegt kritiek op evolutietheorie

Karin Voordeckers et al. - PLoS Biology: http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001446

​Wetenschappers van VIB, KU Leuven, UGent en Harvard zijn erin geslaagd om DNA en eiwitten van prehistorische gistcellen te reconstrueren. Zo konden ze nagaan hoe genen ontstaan en gedurende meer dan 100 miljoen jaar evolueerden naar hun huidige vorm.

Kevin Verstrepen (VIB/KU Leuven): “Deze resultaten geven een antwoord op een vaak gebruikt argument van tegenstanders van de evolutietheorie: dat de kans op het ontstaan van een nieuwe eigenschap, en dus een werkzaam nieuw stuk DNA, vergelijkbaar is met de kans dat een moderne jumbojet zich spontaan zou assembleren uit een paar brokstukken… Veel wetenschappers stelden voor dat nieuw functioneel DNA niet uit het niets ontstaat, maar geleidelijk wordt gebouwd uit een kopie van een reeds bestaand stukje functioneel DNA. Door de reconstructie van een stukje prehistorisch DNA dat verschillende keren tijdens de evolutie gekopieerd was, konden we de veranderingen bestuderen die geleidelijk tot nieuwe functies leiden.”

Eigenschappen uit het niets
Een belangrijke onbeantwoorde vraag in Darwins evolutietheorie is hoe nieuwe eigenschappen schijnbaar uit het niets kunnen opduiken. Zulke innovaties lijken tegenstrijdig met het principe van geleidelijke verandering, waarbij bestaande eigenschappen traag evolueren naar een andere vorm. Toch weten we dat er tijdens de evolutie van het leven heel wat "uitvindingen" gebeurden.

We weten niet goed welke processen aan de basis liggen van deze ‘evolutionaire innovatie’. Eén van de grootste problemen is dat er nagenoeg geen prehistorisch DNA en eiwitten bewaard zijn, zodat men niet kan onderzoeken hoe deze oude exemplaren verschillen van de hedendaagse versies. Dat is vooral jammer omdat we nog steeds niet in detail begrijpen hoe nieuwe stukken DNA en eiwitten ontstaan zijn.

Prehistorisch DNA en eiwitten nabouwen
Door een combinatie van de nieuwste technieken in de biologie konden de Leuvense VIB-onderzoekers Karin Voordeckers, Chris Brown en Kevin Verstrepen, in samenwerking met Steven Maere (VIB/UGent) het DNA en de eiwitten van voorhistorische gistcellen nabouwen.

Steven Maere: “Uit tientallen DNA-codes hebben we via complexe algoritmes de oude DNA-code kunnen voorspellen. Deze stukjes prehistorisch DNA hebben we nagebouwd om zo de overeenkomstige oude eiwitten aan te maken.”

Karin Voordeckers: “We hebben heel specifiek gezocht naar hoe gisten zich hebben aangepast om verschillende suikers af te kunnen breken. We vonden dat het oer-gen voor het eiwit dat instaat voor de vertering van maltose, een suiker in graan, tijdens de evolutie een aantal keer gekopieerd werd. Het DNA van sommige kopieën is lichtjes gewijzigd, waardoor nieuwe eiwitten ontstonden die andere suikers kunnen afbreken. Door deze veranderingen te modelleren in de overeenkomstige eiwitten begrijpen we nu hoe slechts enkele wijzigingen in het DNA konden leiden tot de ontwikkeling van nieuwe activiteiten in deze eiwitten.”

De wetenschappers denken dat dit soort verdubbelingen van het DNA heel vaak aan de basis liggen van het ontstaan van schijnbaar "nieuwe" eiwitten. Of, anders gezegd: de jumbojet wordt geleidelijk gebouwd uit een kopie van een reeds bestaand vliegtuig.

Publicatie:Het artikel werd geschreven door Karin Voordeckers, Chris A. Brown, Kevin J. Verstrepen en anderen. Het verscheen in PLoS Biology, en kan gratis worden gedownload via de volgende link: http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1...

Wallace online toont minder bekend werk van Wallace

Johan De Smedt - http://wallace-online.org/

Na het complete werk van Darwin, kan men nu ook het complete oeuvre van Alfred Russel Wallace online raadplegen, dit op http://wallace-online.org/
In deze online collectie kan men duidelijk zien hoe veelzijdig en innovatief het werk van Wallace was. Zo was hij bijvoorbeeld een pionier van de astrobiologie, de wetenschappelijke studie van condities die leven zouden mogelijk maken op andere planeten. Hij introduceerde dit concept in zijn boek Man's place in the Universe (1903). Later publiceerde hij Is Mars habitable? (1907), een kritiek op de toen populaire theorie over de kanalen van Mars, die zouden duiden op intelligent leven op Mars. Wallace gebruikte wiskundige methodes om aan te geven dat de oppervlaktetemperatuur van Mars te koud was voor water in vloeibare vorm.
Wallace maakte ook een blijvende impact op biogeografie, de studie van de geografische verspreiding van soorten, dankzij zijn nauwkeurige observaties. De Lijn van Wallace, een denkbeeldige lijn tussen Wallacea en Azië, geeft aan tot waar buideldieren voorkomen. Aangezien platentectoniek eerst in de 2de helft van de 20ste eeuw ontdekt werd, kon Wallace geen goede verklaring geven voor dit fenomeen.
Andere contributies maakte hij op het gebied van seksuele selectietheorie (waar hij argumenteerde dat ornamenten, zoals pauwenstaarten, een signaal zijn voor hogere fitness), en in de paleoclimatologie, waar hij onderzocht wat het effect was van klimaat op natuurlijke selectie. Hieruit blijkt dat Wallace niet enkel de mede-ontdekker was van evolutietheorie, maar, net als Darwin, een brede interesse had in diverse domeinen, en een grote impact had op het huidige biologische denken.

Nieuwe hominide soort ontdekt in zuidwest China

Darren Curnoe et al. 2012 PloS ONE 7(3): e31918

Een recente vondst van fossielen in zuidwest China wijst mogelijk op een nog niet eerder beschreven uitgestorven hominide (menselijke) soort. De vondst, die wordt beschreven in het open access tijdschrift Plos ONE beschrijft hominide fossielen gevonden in de edelhertgrot, Maludong, zuidwest China, die ca. 14000 à 11 000 jaar oud zijn.

zebra

Zoals te zien is op de afbeelding, vertonen zij vertonen een unieke morfologie, die sterk afwijkt van de variatie die we zien in Homo sapiens. Opvallend in de schedel zijn de prognatie (gezicht steekt vooruit ten opzichte van het voorhoofd), de zware wenkbrauwbogen en de sterk uitstekende kaakbeenderen.
Indien de interpretatie van de archeologen, Darren Curnoe en collega's correct is, betreft het een nieuwe soort. Deze soort is nog recenter dan Homo floresiensis, de Indonesische dwerghominiden die tussen de 90 000 en 16 000 jaar oud zijn. De eerdere vondst van de denisovans, hominiden met een DNA-profiel dat afwijkt van Neanderthalers en Homo sapiens van ca. 40 000 jaar oud doet vermoeden dat er ten tijde van het late pleistoceen diverse hominiden bestonden. De aanwezigheid van denisovan en neanderthaler DNA in het menselijke genoom toont ook aan dat er een beperkte vorm van genetische vermenging heeft plaatsgevonden tussen die ancestrale hominide soorten.
Niet alle paleoantropologen zijn evenwel overtuigd. Erik Trinkaus meent dat de morfologie kan worden geplaatst in robuuste, vroege Homo sapiens: hij stelt dat er een continuïteit is tussen de zuid-Chinese fossielen en latere Melanesische (Oceanische) groepen. Ook Philipp Gunz is niet overtuigd: de ongewone morfologie toont volgens hem gewoon aan dat vroege Homo sapiens heel divers was. Er worden momenteel pogingen gedaan om DNA te extraheren uit de Chinese fossielen. Indien dit succesvol is, zou dit ons veel kunnen leren over menselijke evolutie.
De recente vondsten van menselijke fossielen is te danken aan een groei in de niet-Europese archeologie: het is redelijk om aan te nemen dat in China nog veel verrassingen verborgen liggen.
Het artikel kan hier worden geraadpleegd: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.00319...

Waarom hebben zebra's strepen?

Ádám Egri et al., The Journal of Experimental Biology (2012) 215, 736-745 doi:10.1242/jeb.065540

Embryologisch onderzoek heeft uitgewezen dat zebra's in feite zwart zijn, en de witte strepen en onderbuik pas tot ontwikkeling komt in een later stadium van de embryonale ontwikkeling. Alfred Wallace meende dat de strepen dienden om de dieren te camoufleren in het hoge gras. Darwin was echter kritisch: zebra's leven immers niet in gebieden met dichte vegetatie, maar treft men eerder aan in savanne landschappen met eerder kort gras, waar de strepen weinig camouflage bieden. Andere verklaringen in de loop van de 19de eeuw waren onder meer seksuele selectie (strepen als een indicator van fysieke conditie), sociale herkenning, bescherming tegen tsetse vliegen en verdediging tegen roofdieren. Geen van deze hypotheses kon worden bevestigd in experimenteel onderzoek, behalve de bescherming tegen tsetse vliegen.

zebra

Om te testen of de strepen inderdaad bescherming bieden tegen parasieten maakten Adam Egri en collega's onder meer modellen van paarden met verschillende kleuren, waaronder gestipte, gestreepte en effen modellen. De modellen waren met lijm bekleed zodat kon worden geteld waar dazen een groep bloedzuigende insecten, het meeste neerstreken. Hieruit bleek dat modellen die effen donker waren de meeste dazen te verduren kregen, terwijl de gestreepte modellen het minst werden belaagd. De reden is de polarisatie van het licht: door de verticale strepen kan het licht niet optimaal reflecteren in het visuele veld van bloedzuigende insecten, waardoor zebra's minder opvallen. Mutaties die het streeppatroon veroorzaakten werden dus vermoedelijk door natuurlijke selectie bevoordeeld. Bloedzuigende parasieten zijn immers een bron van infecties en hinder.

Berkenspanner in ere hersteld

L.M. Cook et al., Biology Letters doi:10.1098/rsbl.2011.1136

De berkenspanner, ook wel bekend als de peper-en-zoutvlinder (Biston betularia) is een schoolvoorbeeld van natuurlijke selectie - de vlinder is bijvoorbeeld een deel van de naamstrook van deze website. De evolutionaire geschiedenis is genoegzaam bekend: In deze oorspronkelijk witte, gespikkelde vlindersoort ontwikkelde zich in de loop van de 19de eeuw een donkere variant, de Biston betularia carbonaria. Door de luchtvervuiling tijdens de industriële revolutie was deze aanvankelijk zeldzame variant succesvol, omdat hij minder opviel op de door roet donker gekleurde berkenschorsen. Toen strengere normen voor roetvervuiling van kracht werden in de jaren 1970 werden de boomschorsen weer lichter, en verspreidde de bleke variant zich weer meer.
Welk bewijs is er voor dit evolutionaire scenario? In het midden van de 20ste eeuw toonden experimenten van Kettlewell aan dat vogels de vlinders wel degelijk opaten, en dat vogels minder geneigd waren exemplaren te eten die minder opvielen tegen de achtergrond. Deze experimenten werden echter bekritiseerd. Zo had men bijvoorbeeld kritiek op het feit dat men vaak dode vlinders vastpinde op de schors, een onnatuurlijke situatie. Er werd gesuggereerd dat de dieren niet met gespreide, maar met gesloten vleugels rusten (en dat ziet er bij zowel de donkere als de bleke varianten hetzelfde uit). Bovendien zouden niet vogels, maar vleermuizen (die vooral op het gehoor jagen) de voornaamste predatoren van de berkenspanners zijn. Door deze golven van kritiek begon men te twijfelen aan de evolutionaire verklaring. Deze twijfels waren koren op de molen van anti-evolutionaire denkers zoals creationisten: als de veranderingen in kleur van de peper-en-zoutvlinder, het schoolvoorbeeld van natuurlijke selectie, niet werden veroorzaakt door natuurlijke selectie, zag het er niet goed uit.
In respons op deze methodologische kritiek startte Michael Majerus een groot experiment waarbij hij meer dan 4000 berkenspanners uitzette in een tuin in Cambridgeshire, UK, met grote netten die beletten dat de vlinders konden wegvliegen uit de tuin. Hij had zowel donkere als lichte exemplaren uitgezet. Significant meer donkere exemplaren verdwenen (werden opgegeten) dan lichte, zoals te zien is op de grafiek. Daarnaast observeerde hij wilde berkenspanners; uit die observaties bleek dat de vlinders wel degelijk op boomstammen rusten met gespreide vleugels. Deze twee observaties samen suggereren sterk dat er inderdaad recent een selectie is tegen de donkere variant, en dat deze wordt gedreven door de predatie door vogels.

overlevenden

Majerus stierf voor hij deze observaties kon publiceren, maar een team biologen heeft zijn observaties postuum gepubliceerd in Biology Letters.

Oudste dieren 100 miljoen jaar ouder dan eerder aangenomen

Brain CK, Prave AR, Hoffmann KH, et al. S Afr J Sci. 2012;108(1/2)

Bob Brain en collega's beschrijven in het tijdschrift South African Journal of Science de oudste dieren die tot nog toe zijn ontdekt. Het betreft sponsachtige organismen in Namibische rotsen. Ze zijn niet erg groot: tussen 0.3 mm en 5 mm. Hun leeftijd is wel indrukwekkend, 760 en 550 miljoen jaar oud, wat minstens 100 à 150 miljoen jaar eerder is dan de tot nu toe geaccepteerde datering voor het ontstaan van de dieren.

sponzen

Dankzij een steeds toenemende kennis van het fossiele bestand krijgen paleontologen een steeds beter gezicht op de evolutie van de oudste levensvormen. De vroegste ontdekking van een precambrisch fossiel vond plaats in de jaren 1950, in Groot Brittannië. Volgend op die ontdekking kon men ook eerdere vondsten uit Australië en Namibië correct identificeren als fossielen. De meesten daarvan stammen uit het Ediacarium (635-542 miljoen jaar geleden). Toch blijkt uit moleculaire klokken, de methode waarbij men de vroegste gemeenschappelijke voorouder berekent door een analyse van het DNA van verwante soorten, dat dieren reeds veel vroeger evolueerden, tot wel 300 miljoen jaar voor de cambrische explosie.
De oudste fossiele dieren dateren bijna allemaal van 550 miljoen jaar geleden of jonger, een periode na een reeks ijstijden waarin de aarde sterk afkoelde door de afname van CO2.
De vondst van Brain et al. heeft een complexe, meercellige rigide structuur die erg lijkt op die van hedendaagse sponzen. Dit stemt overeen met moleculaire analyse van huidige dieren, die suggereert dat de oudste gemeenschappelijke voorouder van de huidige dieren een sponsachtige was.
Het artikel is vrij beschikbaar op de volgende website: http://www.sajs.co.za/index.php/SAJS/article/view/658/966

Artikel over de foutieve taxonomie in de Atlas of Creation

Thierry Backeljau et al.

Thierry Backeljau, verbonden aan de Universiteit van Antwerpen en het KBIN, publiceerde recent een artikel waarin hij taxonomie gebruikt om de argumenten in Harun Yahya's Atlas of Creation onderuit te halen. Het artikel (in het Engels) is hier (pdf versie) vrij beschikbaar.
De abstract luidt as volgt: The present work aims at illustrating how taxonomy can provide an essential contribution to debunk creationist anti-evolutionary arguments. It does so by scrutinizing the taxonomic basis of the “Atlas of Creation”, the major opus of the Turkish creationist consortium operating under the pen name Harun Yahya. The basic aim of the Atlas of Creation is to prove that evolution does not occur by showing that fossil and recent organisms are identical, i.e. have not changed since their divine creation. However, the taxonomic foundation onto which this argument is built is completely flawed, up to the point of being hilarious. As such the Atlas of Creation has not the slightest biological credibility, let alone that it would represent a serious challenge for evolutionary theory. So taxonomy can indeed effectively contribute to countering creationist theories.

Waarom hebben primaten zulke verschillende gezichten?

Sharlene Santana et al. Proceedings of the Royal Society B

Primaten (waaronder apen en mensapen) hebben heel diverse gezichten. Er zijn verschillen in kleur (e.g., vuurrood, blauw, wit, bruin, zwart), versieringen zoals snorren, baarden, haartoefjes op de kruin, borstelige wenkbrauwen, de grootte en kleur van de ogen, en dergelijke meer. De diversiteit bij apen van de Nieuwe Wereld is het meest uitgesproken: gezichten tenderen kleurrijk te zijn, en erg veel versieringen te vertonen. Apen van de Oude Wereld en mensapen hebben eerder saaie gezichten, zonder veel versieringen en kleuren.

primaten

Biologen van UCLA onder leiding van Sharlene Santana formuleerden een evolutionaire hypothese voor deze diversiteit: primaten die in sociale groepen leven vertrouwen op het herkennen van gelaatsuitdrukkingen bij hun soortgenoten. Primaten die solitair zijn of in kleine groepen leven met minder complexe sociale structuren kunnen zich daarentegen meer kleuren en versieringen permitteren. Die gezichtsversieringen kunnen zich bijvoorbeeld ontwikkelen als gevolg van seksuele selectie.
De auteurs onderzochten het gezicht van 129 mannelijke exemplaren van apen uit de Nieuwe Wereld. Op basis van kleur, versieringen en structuur kenden zij elk individu een score toe die de complexiteit van het gezicht aangeeft. Ze vonden sterke ondersteuning voor een correlatie tussen grotere groepen en minder versierde gezichten.
De correlatie was erg sterk: hoe groter de groep, hoe kaler en eenvoudiger het gezicht. Een eenvoudig, kaal gezicht laat zich makkelijker lezen. Gezichtsuitdrukkingen, zo wist Darwin reeds, spelen een belangrijke rol in het sociale leven van primaten. Ze drukken woede, angst, en welwillendheid uit. Indviduen met eenvoudige gezichten in complexe, grote sociale groepen hebben een voordeel omdat hun soortgenoten makkelijker hun gelaatsuitdrukking kunnen lezen, wat de interactie met anderen verbetert.
Toegepast op de mens, zien we dat deze hypothese voorspelt dat mensen (die de grootste en meest complexe groepen hebben van alle primaten) een zeer eenvoudige gelaatsstructuur hebben. Het gezicht van de mens is kaal en onversierd (op gelaats- en kruinbeharing na), en vertoont zeer weinig kleurverschillen: de huid is egaal van kleur, en de enige kleurverschillen concentreren zich in de mond, ogen en wenkbrauwen, die erg belangrijk zijn voor het uitdrukken van emoties, en die door het kleurverschil worden geaccentueerd.

Palmvarens zijn geen levende fossielen

N.S.Nagalingum et al., Science 334, 796(2011). - N.S.Nagalingum et al., Science 334, 796(2011).

Sommige soorten, zoals ginkgo's, coelacanthen en degenkrabben, behoren tot groepen die vroeger veel talrijker waren dan nu. Dergelijke organismen worden vaak 'levende fossielen' genoemd, vooral wanneer hun morfologie (vormgeving) erg goed lijkt op die van hun voorouders. Palmvarens worden beschouwd als een klassiek voorbeeld van een levend fossiel. Zij bestaan bestaan al erg lang, en genoten hun grootste diversiteit tijdens het Jura-Krijt tijdperk (200 miljoen tot 66 miljoen jaar geleden), toen ook de dinosauriërs hun hoogtij vierden. Ze kwamen echter in concurrentie met bloeiende planten, waaronder een groot aantal moderne bomen, die niet op naakte zaden maar op de bevruchting van insecten rekenen (Palmvarens zijn naaktzadig; de bevruchting gebeurt via windbestuiving). Als gevolg daarvan verminderde hun diversiteit. Palmvarens vandaag lijken erg goed op hun voorouders honderden miljoenen jaren geleden: hun morfologie is quasi onveranderd, zoals te zien op de afbeelding. Daardoor meenden onderzoekers tot nu toe dat de huidige palmvarens zonder veel veranderingen afstammelingen zijn van soorten die 200 miljoen jaar geleden.

palmvarens
Uit recente moleculaire analyse (i.e., analyse van het genetisch materiaal) van de huidige palmvarens, gepubliceerd in Nature, blijkt dit beeld niet te kloppen. Hieruit blijkt dat de ongeveer 300 soorten palmvarens vandaag afstammen van een zeer klein aantal voorouders. De bottleneck (periode waarin de soort bijna uitstierf) vond plaats tijdens het Mioceen, wat amper 12 miljoen jaar geleden is. We kunnen hieruit concluderen dat palmvarens geen levende fossielen zijn. Helaas hebben vele levende fossielen, waaronder de ginkgo, slechts één overlevende soort, waardoor het niet mogelijk is om een moleculaire datering te maken van de ouderdom ervan (men heeft minstens 2 soorten nodig om de moleculaire klok te 'kalibreren').