DNA: standaardmaat bij bepaling evolutionaire verwantschap

Veel wetenschappers hadden altijd al beweerd dat zonder een betrouwbare en statische maat (zoals de radiometrische datering) het niet mogelijk is om evolutionaire ontwikkelingen te meten. Welke maatstaf dat zou moeten zijn was echter onbekend tot in 1953 James Watson en Francis H. Crick onderzoek deden naar een nucleïnezuur in de cel (het DNA) en de structuur ervan ontrafelden.

Twistgesprekken

Paleontologen

Zuivere aanhangers van fossielen (paleontologen) beweerden van meet af aan dat geologie, beenderen en werktuigen het enige harde bewijsmateriaal konden leveren van de evolutie. In de ogen van deze wetenschappers zijn die elementen het echte bewijs voor bepaalde gebeurtenissen en liggen ze te wachten om opgemeten, gedateerd en vergeleken te worden.

Aanhangers van gedragspatronen

Deze groep wetenschappers beweerde dat er een nauwe verwantschap bestaat tussen de mens en enkele dieren. Zij meenden dat ondanks het feit dat het menselijk gedrag duidelijk niet identiek is aan het gedrag van die dieren, beide vormen van gedrag wel degelijk uit een gemeenschappelijke bron voortvoeien.

Tot aan de ontrafeling van het DNA was het onmogelijk om strikt wetenschappelijke metingen te verrichten aan fossielen of aan gedrag, omdat in beide bronnen verschillen bestaan van individu tot individu. Het gevolg zou zijn dat de twistgesprekken tot in eeuwigheid voort zouden duren, aangezien zowel fossielen als gedrag bij diepergaand onderzoek glibberige, elastische maat-staven bleken te zijn.

Meetbare eenheden

Zoekend naar een maatstaf om de evolutie te kunnen meten, ontdekten wetenschappers dat alle levende wezens één ding gemeenschappelijk hebben, namelijk de genen. Genen zijn mysterieuze onderdelen in de kern van alle cellen, die bepalen wat die cellen zullen zijn. De vraag of een bevrucht ei een hommel of een buffel zal worden, wordt beantwoord door de genen van het ei. Deze genen bepalen ook welke cellen van het groeiende ei buffelhaar, welke buffelpoten en welke een kleine wrat achter op de nek van de buffel zullen worden.

Het DNA ontrafeld

Al sinds de overgang van de 19de naar 20ste eeuw werd vermoed dat de genen een rol spelen bij het richting geven aan de groei van de cel. Het was echter nog altijd een mysterie op welke wijze die genen dat dan deden. Tot in 1953 twee - toekomstige - Nobelprijswinnaars (James Watson en Francis H. Crick) hun aandacht richtten op een nucleïnezuur in de cel. Dat zuur noemden zij DNA. James en Francis slaagden erin om de structuur van dat DNA te ontrafelen en ze stelden vast dat dit de stof was, die de genen vertelden wat zij moesten doen.

Werking DNA

Het DNA kan een ongelooflijke hoeveelheid instructies opslaan door eenvoudige eenheden te gebruiken. Het DNA bestaat uit twee lange strengen van chemische bouwstenen die eerst als kralen aan een ketting aaneengeregen en dan in een spiraal-patroon om elkaar heen gedraaid zijn (de beroemde 'dubbele helix' van James en Francis). Het DNA heeft eindeloze variatie-mogelijkheden. In plaats van één soort eenheid gebruikt hij vier soorten chemische bouwstenen. De instructies aan de cel worden bepaald door de schikking van die bouwstenen in de twee strengen van de spiraal. Van evengroot belang is de manier waarop de twee strengen (als zij in de dubbele spiraal worden gedraaid) stevig in verband worden gehouden door chemische bindingen.

Conclusie

Aangezien het DNA de genen instrueert, en omdat de genen de groei bepalen tot een bij of tot een buffel, wordt het duidelijk dat de evolutie moet beginnen met veranderingen in de rangschikking en de bindingen van de bouwelementen in de dubbele spiraal.

Evolutie

Inderdaad komen bij DNA veranderingen in de rangschikking en in de bindingen van de bouwelementen in de dubbele spiraal voor. Die veranderingen komen voor in de vorm van mutaties in de 'eenheden van evolutie' . Na enige tijd zullen die veranderingen zich beginnen op te stapelen in het DNA van een soort. Op zeker moment zullen de veranderingen talrijk en werkzaam genoeg zijn om in de soort tot uiting te komen. Op dat moment kunnen we zeggen dat er 'evolutie' heeft plaatsgevonden.

Vaststellen van verwantschap

Hoe langer het in tijd duurt, des te groter het aantal van die evolutionaire veranderingen zal zijn. Als het mogelijk zou zijn om de verschillen in het DNA tussen twee verschillende dieren te meten, zou het dus mogelijk moeten zijn om het evolutionaire verschil tussen hen te meten. En... dat kan. Eenvoudig door te tellen! Derhalve: door het DNA van een mens te vergelijken met dat van een chimpansee, moet het mogelijk zijn om precies vast te stellen hoe nauw verwant ze eigenlijk zijn.

Moleculair-biologen

In theorie lijkt het allemaal heel eenvoudig. In het laboratorium echter bleek dat het afschuwelijk moeilijk was. Om vast te kunnen stellen hoe nauw de verwantschap tussen twee wezen is moest er een methode ontwikkeld worden om strengen van sub-moleculair formaat uit elkaar te halen, te bekijken, te analyseren en dan weer in elkaar te zetten. En dat op sub-moleculair formaat. Dit betekent dat de te onderzoeken voorwerpen zo klein zijn dat zij onzichtbaar zijn onder de sterkste vergroting van een conventionele microscoop! Desondanks speelden moleculair-biologen als David Kohne van de universiteit van Californië in San Diego en B.H. Hoyer van Carnegie Instituut dat klaar. Zij benutten het feit dat het DNA bestaat uit twee strengen. Zo kan men een enkele streng van het DNA van een mens losmaken en vergelijken met een enkele streng van het DNA van een chimpansee.

Stamboom vaststellen

Volgens de gebruikte laboratorium-methode bleek dat de mens slechts 2,5% verschilt van de chimpansee, slechts iets meer van de gorilla, maar van de apen verschilt de mens meer dan 10%. Wetenschapper Washburg volgde het onderzoek nauwlettend en verklaarde dat er een nauwkeurige stamboom kon worden samengesteld met behulp van DNA, zonder dat de dieren zelf ook maar één keer bekeken hoefden te worden. Daarmee bleek tevens dat de stamboom die David Kohne in 1970 publiceerde noch Darwin, noch Huxley in 1870 verbaasd zouden hebben.

De maatstaf gevonden

De vraag rijst dan waarom al die moeite gedaan is iets te bewijzen waarvan de wetenschap al op andere manieren heeft aan-getoond dat het juist is, en dat het gegeven bovendien al een eeuw lang wordt aanvaard. Het antwoord luidt dan dat de reden is dat daarmee het bewijsmateriaal geleverd wordt van een orde die voordien nog niet bestond. Er is een maatstaf gevonden. Eindelijk kan worden gemeten met steeds dezelfde maat, analoog aan radiometrische datering. Onverschillig waar het experiment wordt uitgevoerd, welke chimpansee met welke mens wordt vergeleken: het verschil zal altijd constant zijn. Eindelijk is er een standaardmaat voor evolutionaire verwantschap die principiëel verschilt van de elastische verschillen in herseninhoud of afmetingen van tanden (die toch altijd lichtelijk variëren van individu tot individu). Kortom: bij DNA vergelijkingen is er geen verschil tussen de ene proefneming of de andere.

Opmerking

Radiometrische datering betreft een maat die uit kleine meetbare eenheden bestaat (eenheden zoals de zich omzettende atomen van kalium-40 in vulkanische as). Het betreft dus een eenheid die:

• niet verandert;
• wordt aangetroffen in alle levende wezens;
• in het laboratorium kan worden gemeten.