'DNA geeft inzicht in de evolutie van de mens'

Evolueren wij nog? verschijnt precies vijftig jaar na het beroemde boek De naakte aap van Desmond Morris. “Zonder dat boek zou ik nooit biologie zijn gaan studeren”, zegt prof. dr. Nico van Straalen. Morris keek met een biologische bril naar de mens en schreef over de overeenkomst tussen het gedrag van apen en mensen. Maar evolutiebiologie is óók een andere weg ingeslagen. Niet alleen (dieren)gedrag wordt bestudeerd, de analyse van het genoom, het genetisch materiaal, is niet meer weg te denken uit het vak van de evolutiebiologie.

Het boek van Van Straalen en Roelofs zet de enorme vooruitgang in de evolutiebiologie van het laatste decennium op een rij. Wetenschappers zijn in staat uit steeds oudere fossielen het DNA te isoleren. Hierdoor komen ze meer te weten over de evolutie van de oermens tot onze soort, Homo sapiens. Zo kan men op grond van het bouwplan van de mens vrij exact dateren wanneer de mens rechtop is gaan lopen en hoe bekken en voet zich hierop hebben aangepast. Hierdoor kunnen we vrij precies berekenen wanneer onze voorouders het klimmen in de bomen inruilden voor het struinen over de savanne.

Ook geeft het genoom van onze voorouders inzicht in migratiestromen: de Out of Africa_-theorie – het idee dat _Homo sapiens ontstond in Afrika en uitwaaierde over de hele wereld – is nu beter onderbouwd. Door DNA uit te pluizen weten we inmiddels dat de aboriginals in Australië meer verwant zijn met Afrikanen dan met Chinezen. Kennis uit de evolutiebiologie leidt ertoe dat paleontologen hun hypotheses regelmatig moeten bijstellen. Hierover stelde NEMO Kennislink Van Straalen enkele vragen.

Welke wetenschappelijke doorbraken verwacht u nog meer in de evolutiebiologie dankzij DNA-onderzoek?

“Het sequencen van oud DNA maakt een ongekend snelle ontwikkeling door. Het gebeurt steeds sneller en op grotere schaal. Bij de mens alleen al gaat het om 3,3 miljard basen, die men dankzij verbeterde computertechnologie in kaart kan brengen. Ook zijn we steeds vaker in staat oud DNA-materiaal uit fossielen te analyseren. Onlangs is men erin geslaagd betrouwbaar DNA te halen uit Egyptische mummies. Dat is erg bijzonder omdat mummies gedroogd zijn en verdroging DNA kapotmaakt. De vooruitgang in DNA-analyses zit hem dus niet alleen in de analyse zelf, maar ook in het prepareren van de DNA-monsters.”

Wat is uw mening over de 300.000 jaar oude fossielen van Homo sapiens in Marokko, waarvan de resultaten vorige maand in Nature werden gepubliceerd?

“Ik heb sterke twijfels bij de theorie van Jean-Jacques Hublin dat het hier om fossielen van Homo sapiens zou gaan. Het is strijdig met bevindingen op basis van de coalescentie-analyse: een soort moleculaire evolutionaire klok, die we in ons boek ook uitleggen (zie kader). Volgens de coalescentie-analyse is Homo sapiens rond 200.000 jaar geleden ontstaan. Bovendien zijn eerdere fossielen van de Marokkaanse vindplek altijd als Neanderthalerfossielen geïnterpreteerd vanwege de werktuigen die er zijn gevonden. Waarom kan deze mensachtige geen Neanderthaler zijn die de Straat van Gibraltar is overgestoken? Maar de meeste paleontologen beschouwen de Marokkaanse fossielen als een Afrikaanse Homo sapiens. De paleontologische inzichten lijken dus niet te kloppen met die van de genetica.”

Kunt u meer voorbeelden noemen waarin genetische kennis het wetenschappelijk debat onder paleontologen heeft beïnvloed?

“De kruisbaarheid van Homo sapiens en neanderthaler is een goed voorbeeld. Paleontologen dachten altijd dat dit twee soorten waren en ze dus niet kruisbaar waren. Dat klopte ook met het mitochondriaal DNA, dat uitsluitend via de moederlijke lijn overerft. Sinds 2010 kunnen we ook kern-DNA sequencen, wat via de vader én moeder overerft. Door het kern-DNA uit te lezen, vond men onverwacht neanderthaler-DNA in fossielen van Homo sapiens. Dit was een schok in de wetenschappelijke wereld. Het DNA vertelt ons zelfs precies hoe vaak en wanneer de kruising in de menselijke geschiedenis is opgetreden.”

Van welke hominiden is er DNA beschikbaar?

“Het best geconserveerde DNA komt uit Siberië, want dat is bevroren geweest; het is van de Denisova-mens en is rond de 60.000 jaar oud. Verder hebben we kwalitatief goed DNA van de neanderthalers uit de Vindijagrot en het Altajgebergte. Het alleroudste DNA is 430.000 jaar oud en afkomstig van onder meer Neanderthalers uit een Spaanse grot. Op grond van dit materiaal is de evolutionaire afsplitsing van Neanderthaler en de Denisova-mens én van neanderthaler en Homo sapiens teruggebracht in de tijd tot wel 600.000 jaar geleden. Ik vermoed dat we in de toekomst analyses uit kunnen voeren op DNA dat tot wel een miljoen jaar oud is. Dat zal zo ongeveer de grens zijn. Door verval in het DNA krijg je door natuurlijke chemische reacties allerlei substituties. Die moet je kunnen opsporen en repareren. Dat is de zwakke schakel.”

Wat hoopt u nog mee te maken in uw carrière?

“Het zou enorm interessant zijn als er DNA beschikbaar komt uit de 60.000 jaar oude fossielen van de Flores-mens, een kleine mensachtige waarvan men niet zeker weet of het een Homo sapiens is. Hij zou ook een afstammeling kunnen zijn van Homo erectus, die naar Azië is gemigreerd. Als dat zo is, komt met het DNA van de Flores-mens genetisch materiaal beschikbaar van de gemeenschappelijke voorouder van de mens van anderhalf miljoen jaar geleden. Dat zou spectaculair zijn.”

Uw boek gaat vooral over ontwikkelingen in de evolutiebiologie, maar heeft als titel ‘Evolueren wij nog?’ Of de mens nog evolueert komt vooral in het laatste hoofdstuk aan de orde…

“Ja inderdaad, het is een beetje een populaire titel… Een mooi voorbeeld van evolutie op dít moment is ons immuunsysteem, dat sterk onderhevig is aan selectiekrachten. Wanneer infectieziekten een belangrijke doodsoorzaak zijn, is de diversiteit van het immuunsysteem erg belangrijk. Overlevingskansen vergroten naarmate het immuunsysteem gevarieerder is. Al in 1995 is aangetoond dat vrouwen hun seksuele partner kiezen op basis van lichaamsgeur, indirect een signaal van een specifiek immuunsysteem. Ieder jaar doen we dit experiment ook aan de VU, waarbij we vrouwelijke studentes T-shirts laten ruiken van mannelijke studenten. Als we de proefpersonen vervolgens ‘genotyperen’, blijkt ieder jaar weer dat partners worden gekozen met een immuunsysteem dat anders is dan het eigen immuunsysteem. De anticonceptiepil verstoorde dit proces, maar de moderne pillen doen het wat dit betreft beter.”

“Een ander voorbeeld van evolutie waarmee we dagelijks te maken hebben is de ziekte obesitas. Waarom we last hebben van vetzucht is terug te voeren op onze evolutionaire geschiedenis. Oermensen waren in staat om perioden met voedselschaarste te overleven omdat we in perioden van overvloed overtollige calorieën op kunnen slaan. Met het grote voedselaanbod vandaag de dag, werkt dit tegen ons. Daarom is obesitas tegenwoordig zo’n groot probleem. Er zijn genvarianten aan te wijzen die beschermend werken tegen obesitas. Maar een effect op de evolutie zal het alleen hebben wanneer dikke vrouwen – die dik zijn door erfelijke aanleg – ook minder vruchtbaar zijn. Als dat zo is zal in de toekomst onder invloed van natuurlijke selectie het allel dat beschermt tegen obesitas gaan toenemen.”

Maar de evolutie wordt toch in de wielen gereden door wat wij allemaal presteren op medisch gebied?

“Dat is zeker zo. De werking van natuurlijke selectie in de huidige maatschappij is overduidelijk veel minder, vooral door het elimineren van kindersterfte. De sterkste selectie wordt namelijk veroorzaakt door infectieziekten bij kinderen. In dat geval haalt een schadelijke mutant in het DNA de geslachtsrijpe leeftijd niet. Maar als de mutant zich pas laat zien ná de geslachtsrijpe leeftijd werkt dit evolutionair niet door. Toch zien we ook in rijkere landen wel evolutionaire tendensen. Zo heeft Amerikaans onderzoek over drie generaties uitgewezen dat mensen met een hoog cholesterolgehalte niet alleen meer hart- en vaatziekten krijgen, maar ook minder gezonde nakomelingen. Je ziet twee tendensen: natuurlijke selectie werkt toe naar gezondere individuen, maar onze cultuur werkt de andere kant op. De culturele omgeving is in onze moderne tijd sterk dominant.”

Veel mensen vinden het een pittig boek …

“Het niveau is voor eerstejaars biomedische wetenschappen. 6VWO-ers met een profiel Natuur en Gezondheid of Natuur en Techniek moeten in staat zijn dit boek te lezen. Omdat veel lezers het nogal complex vinden, hebben we besloten een populairdere uitgave te gaan schrijven.”