Evolutie: hoe werkt dat eigenlijk?

Foutjes door invloeden van binnen én buiten

Levende wezens veranderen doordat foutjes zich opstapelen in hun genetisch materiaal, het DNA. Of die veranderingen een probleem vormen of juist een voordeel bieden, dat verschilt nogal. De veranderingen kunnen van buitenaf of van binnenuit komen. Te veel uv-straling van de zon, roken, agressieve stoffen, virussen: er zijn allerlei invloeden van buitenaf die je DNA soms veranderen. Je cellen bevatten dan DNA vol foutjes en dat kan problemen opleveren.

Daarnaast gaat er tijdens de normale groei en ontwikkeling ook weleens iets mis. Dat komt doordat cellen tijdens dat proces het DNA regelmatig kopiëren. Laten we een eencellige bacterie als voorbeeld nemen. Deze bacterie plant zich voort door zichzelf in tweeën te splitsen. Omdat beide cellen alle genetische informatie moeten meekrijgen, kopieert de bacterie eerst het DNA in haar cel; er is dan één kopie voor elke dochtercel. Dat kopieerproces is niet perfect, waardoor er af en toe foutjes in het DNA sluipen. Het DNA van de nieuwe cel is dan niet meer exact gelijk aan het DNA van de ‘moedercel’.

Mutaties in allerlei vormen en maten

Of het nu om een bacterie, mens, koe of schimmel gaat, iedere cel van een levend wezen bevat de volledige collectie DNA, uitzonderingen daargelaten. Die complete set bevat alle genetische informatie: instructies om het levende wezen – of organisme – op te bouwen en draaiend te houden. Gek genoeg zijn voor die belangrijke instructies slechts vier DNA-bouwstenen nodig. Biologen noemen die A, C, T en G. Waar computers met nullen en enen werken, werkt DNA dus met vier signalen uitgedrukt in letters. Zo kun je het DNA van een organisme uitschrijven in een enorm boekwerk.

Door foutjes tijdens het kopiëren van DNA of door invloeden van buitenaf muteert soms een letter van het DNA. Een A verandert dan bijvoorbeeld in een T of G. Andere keren verplaatsen grote stukken DNA zich: een paragraaf of hoofdstuk aan het eind van het boek verschuift bijvoorbeeld ineens naar het begin van het verhaal. Ook vinden er uitwisselingen plaats met DNA van andere levende wezens. Er wordt dan een bladzijde van een ander boek toegevoegd. Bacteriën zijn daar bijvoorbeeld erg goed in (zie kader ‘Antibioticaresistentie’).

Af en toe verdubbelt al het DNA in een levend wezen door een afwijking tijdens de voortplanting. Zoiets gebeurt vooral bij planten, maar af en toe ook bij dieren. Ineens wordt het boekwerk van het DNA dus twee keer zo dik en moet het organisme zijn genetische informatie opnieuw organiseren. Sommige dubbele stukken DNA verdwijnen tijdens dat proces de prullenbak in, terwijl andere blijven bestaan en eventueel verder muteren.

Aanpassingen staan niet altijd direct beschreven in de DNA-code. Eeneiige tweelingen hebben vrijwel hetzelfde DNA, maar zien er toch nét anders uit. Dat komt door omgevingsfactoren als dieet, beweging en stress. Cellen zetten dan extra signalen bij het DNA die aangeven welke delen van het DNA-boekwerk de cel moet lezen of juist moet overslaan. Je kunt dat voorstellen als paperclips die twee of meer bladzijden bij elkaar houden, waardoor je sommige pagina’s van het boek overslaat.

Bij de ene zus zal een bepaald stukje DNA daardoor wel afgelezen worden en bij de andere zus niet. Dat verklaart het verschil in uiterlijk van de tweeling. Zonder dat de letters van het DNA veranderen, past een organisme zich dan toch aan de omgeving aan (zie ook kader ‘Evolutie zonder mutaties?’). De ‘paperclips’ worden doorgegeven van generatie op generatie, maar zijn ook eenvoudig weer weg te halen, in tegenstelling tot veranderingen in DNA-letters.

Wat nu als het DNA niet meer hetzelfde is?

Foutjes in het genetisch materiaal kunnen leiden tot problemen als ziekte, maar niet alle foutjes hebben gevolgen. Dat komt doordat niet elke mutatie de instructies in het DNA verandert. Als je al het DNA als verhaal in een boek beschouwt, zijn dit soort foutjes zonder gevolgen, vergelijkbaar met een typfout in het dankwoord of bronnenlijst: ze hebben geen invloed op het verhaal zelf. Ook typfoutjes als ‘wenkbrouw’ in plaats van ‘wenkbrauw’ beïnvloeden het verhaal niet, de lezer begrijpt de tekst nog steeds. Op moleculair niveau vertaalt dat zich naar mutaties in stukken DNA die onbelangrijk zijn en de cel niet of nauwelijks gebruikt.

Uit een recent onderzoek van Duitse en Amerikaanse onderzoekers blijkt dat mutaties niet zo willekeurig zijn als wetenschappers altijd dachten. In belangrijke delen van het DNA ontstaan veel minder vaak foutjes dan in andere stukken. Dat komt doordat de cel stofjes rondom die belangrijke delen plaatst, een soort vlaggetjes die de aandacht trekken van de hulpdiensten. Zodra er een foutje insluipt, is de reparateur er dus snel genoeg bij om de fout te herstellen. Althans, in de veel onderzochte plant Zandraket. Wetenschappers vermoeden dat het ook in andere organismen zo werkt, maar dat moet nog bewezen worden.

Geen einddoel

Evolutie is een methode om soorten te laten voortbestaan. Het is niet compleet willekeurig, maar heeft ook geen einddoel. Dat betekent dat mensen, en andere levende wezens om ons heen, niet een evolutionair pad bewandelen naar ‘het beste organisme’. De organismen die nu leven, zijn ook niet per se beter dan die miljoenen jaren geleden leefden. Ze zijn misschien wat complexer, met meer soorten cellen en een ingewikkelder genetisch netwerk, maar ze zijn vooral beter aangepast aan de omstandigheden van nu.

Wanneer de omgeving verandert, moet een soort zich (weer) aanpassen. Denk maar eens aan dieren in de poolstreken, zoals de Amerikaanse haas en de poolvos. Zij wisselen elk jaar tussen een lichte vacht in de winter en een donkere vacht in de zomer. Nu de sneeuw eerder in het jaar smelt door de opwarming van de aarde, vallen deze witte dieren enorm op in hun omgeving. Ineens is wit aan het eind van de winter geen goede schutkleur meer. Het lijkt er dus op dat de witte vacht die tijden geleden ontstaan is door evolutie, nu geen voordeel vormt, maar juist een nadeel is. De diersoorten die zich hierop snel aanpassen, zullen overleven, de andere niet.

Er zijn ook andere manieren waarop mensen veranderen. De wetenschap maakt het tegenwoordig mogelijk om zelf te sleutelen aan het DNA. Met een moleculair gereedschap kunnen wetenschappers bijvoorbeeld ziekten of andere ongunstige eigenschappen uit ons DNA knippen. Wie weet is die technologie over enkele honderden jaren wel standaard en daarmee een nieuwe vorm van evolutie. En natuurlijk speelt technologie een steeds grotere rol in ons leven. Wellicht zijn we over een aantal generaties wel een soort cyborg: een mens versmolten met technologie. Dan lopen we misschien wel rond met hersenimplantaten of hightech protheses – al kun je je afvragen of dit echt een vorm van evolutie is.

Met de vorderingen in de wetenschap en de technologie en het feit dat in elk lichaam jaarlijks drie nieuwe mutaties optreden, is de kans dat de menselijke evolutie vanaf nu stilstaat behoorlijk klein. Wat de evolutie precies voor ons in petto heeft, zullen we pas over enkele honderden tot duizenden jaren met zekerheid kunnen zeggen, als onze nakomelingen terugblikken op 2022.