Tagarchief: biologie

Evolutie: en God zag dat het goed was.

Charles Darwin, beroemd om zijn evolutietheorie, wachtte 20 jaar met de publicatie van zijn meesterwerk “On the Origin of Species” in 1859. Eens een vroom man, maar inmiddels van zijn geloof afgevallen, had Darwin angst dat zijn theorie tot religieuze prosecutie zou leiden. Niet ongegrond, want ook vandaag nog, ruim 150 jaar na het verschijnen van zijn theorie over natuurlijke selectie, blijft het een heikele kwestie. Zo controversieel dat vooral streng-christelijke scholen nog steeds bezwaar maken tegen opname van het onderwerp in het biologiecurriculum en centraal schriftelijk examen.

Babylonische spraakverwarring
De vraag is of de Goddelijke schepping en evolutie elkaar inderdaad uitsluiten. Een begripsverheldering lijkt daarom op zijn plaats. Beide theorieën bieden verklaringsmodellen over het leven op aarde, echter geven zij antwoord op twee fundamenteel verschillende vragen. Het scheppingsverhaal zoals omschreven in Genesis in het Oude Testament beschrijft een manier over hoe het leven is ontstaan. De evolutietheorie daarentegen geeft een verklaring waarom wij een zo’n grote soortendiversiteit op aarde kennen. Het beschrijft het proces van natuurlijke selectie waarbij graduele genetische verandering plaatsvinden in bacteriën, virussen, planten, dieren en mensen waardoor zij zich aan verschillende omstandigheden kunnen aanpassen. Evolutie sluit schepping dus niet uit!

Het evolutie-scheppingsdebat
Het centrale twistpunt in het debat is het teleologisch argument: de “grote” waaromvraag die de mensheid al eeuwen bezig houdt. Genesis is duidelijk, de schepping had het doel de kosmos van zijn bewoners te voorzien volgens het ontwerp van God zelve. Deze idee druist radicaal tegen het op toeval berustte proces van natuurlijke selectie die de evolutie dirigeert.

Volgens de evolutietheorie zijn ogen zijn niet ontstaan met als doel te kunnen zien. Wezens die toevalligerwijze ogen ontwikkelden hadden een voordeel ten opzichte van niet-ziende concurrenten en konden zich daardoor adequater aanpassen aan hun omgeving. Hierdoor konden zij zich beter voortplanten en gaven zij deze eigenschap door aan het nageslacht. Door de generaties werd deze eigenschap telkens onderworpen aan een selectieproces waardoor ontwerpfouten langzaam verdwenen en, in het geval van dit voorbeeld, ogen zich steeds verder gingen specialiseren om licht van verschillende golflengten te kunnen onderscheiden.

De dwingende zandloper
De schepping wordt gezien als de geboorte van ons universum, de aarde en haar schepselen. Een proces dat ruim 6000 jaar geleden plaatsvond en slechts 6 dagen in beslag nam. Het is duidelijk dat het proces van natuurlijke selectie een grotere tijdspanne omvat, maar het een misvatting te veronderstellen dat evolutie zich enkel voordeed in het verre grijze verleden van de aarde. Het is belangrijk op te merken dat in tegenstelling tot de schepping evolutie ook vandaag de dag en in de toekomst zijn werk doet.

Een actueel en berucht voorbeeld is de antibioticaresistente ziekenhuisbacterie. Normaalgesproken bestaat er in elke populatie bacteriën een bepaalde mate van genetische variatie. Dit zijn spontane veranderingen in de DNA code die ontstaan tijdens de celdeling. Deze veranderingen worden echter pas zichtbaar op het moment dat de strijd tussen leven en dood op zijn hevigst gestreden wordt: dat wil zeggen in de aanwezigheid van antibiotica. Op dat moment wordt de selectiedruk zo hoog dat 99% van de bacteriën zich niet meer weet te handhaven en sterven. Echter de 1% die overleven hebben als bij toeval één of meerdere eigenschappen verworven die hun in staat stelt zich staande te houden en te reproduceren. Dat betekent dat alle nakomelingen antibioticaresistent zijn geworden en niet langer door de gebruikelijke medicijnen bestreden kunnen worden.

Het recht van de sterkste
Het bovengenoemde proces van natuurlijke selectie staat ook wel bekend als ‘survival of the fittest’- het recht van de sterkste, en heeft over het algemeen een vrij negatieve bijklank. Maar in de strijd om het leven zijn het juist die individuen die het beste aangepast zijn aan hun omgeving die zegevieren en tevens meer kans hebben om voor nageslacht te zorgen.

Het egoïstisch gen
Evolutiebioloog Richard Dawkins heeft het evolutie-scheppingsdebat nog verder gepolariseerd door zijn extreme interpretatie van de evolutieleer. In zijn boek “The Selfish Gene” (1976) maakt Dawkins korte metten met de christelijke oorsprong van de moraal en altruïsme in de natuur. Hij wijst erop dat wij overgeleverd zijn aan de grillen van onze zelfzuchtige genen; evolutie garandeert namelijk niet het welzijn van de soort, maar van het individu als belichaming van het genetische materiaal zelf.

Een mogelijk compromis
De evolutietheorie staat letterlijk aan de wieg van de Biologie. Maar voor vele, vooral christenen, staat evolutie op gespannen voet met de schepping. In plaats van de tegenstellingen onder een vergrootglas te leggen, kunnen we ook proberen om tot een verstandshouding te komen. Hiervoor dienen we ons te behoeden voor waardeoordelen door zo dicht mogelijk bij de feiten te blijven. De hierboven beschreven these dat schepping en evolutie elkander niet uitsluiten, maakt de weg vrij waarbij leerlingen over de evolutietheorie leren, zonder dat er van hen verlangt wordt om aan Gods woord wat betreft de schepping te twijfelen. Leerlingen zouden bijvoorbeeld alleen getoetst kunnen worden op hun kennis van de evolutieleer, niet op mogelijke interpretaties en consequenties ervan.

Evolutie is een niet-normatief proces die erfelijkheid en selectiemechanismen beschouwt als een verklaringsmodel voor de soortendiversiteit die wij vandaag op aarde kennen. Evolutie zegt dus niets over het ontstaan van leven, anders dan het veranderen van soorten in de loop van de generaties als gevolg van genetische variatie, voortplanting en natuurlijke selectie. Dit alles wordt in werking gezet om het voorbestaan van genetische eigenschappen te waarborgen.

De procreatie van genetisch materiaal als ultieme doel van ons bestaan betekent echter voor veel christenen een ontologische kaalslag. Dit is een interessante discussie die thuishoort in de lessen levensbeschouwing of maatschappijleer en niet in de schoolbanken van het biologielaboratorium.

Copyright © 2013 dwarsliggersschrijven.nl

Celbiologen winnen Nobelprijs.

cel7 Oktober 2013 – 11:30. Gespannen kijk ik naar mijn computerscherm, en dan verschijnt het:

“The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award the 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine jointly to James E. Rothman, Randy W. Schekman and Thomas C. Südhof for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells.”

Elk jaar kijk ik reikhalzend uit naar de bekendmakingen van de Nobelprijzen, de Oscars van de Wetenschappen. Dit jaar voor het eerst via het live-blog van de Britse krant The Guardian, waarvoor ze een dikke pluim verdient. Bij het lezen van de naam James Rothman gaat er een siddering van opwinding door mijn lijf. Ik weet direct waar het over gaat en welke namen hierop gaan volgen. De drie pioniers die het transportproces van moleculaire vracht in de cel ontrafeld hebben. Het vakgebied waar ik mijn gehele academische loopbaan aan heb gewijd. Ik ben niet alleen razend enthousiast vanwege het onderwerp, maar vooral omdat het een viering van de fundamentele wetenschap is. Het ondergeschoven kindje bij veel huidige beleidsmakers die vooral naar toepassingen streven. Ze falen in te zien dat onderzoek in de eerste plaats kennis oplevert, de belangrijkste randvoorwaarde voor een duurzame stroom aan innovaties. Fundamenteel onderzoek wordt gedreven door nieuwsgierigheid en verwondering hoe op het meest basale niveau materie met de omgeving reageert. Onderzoek hoort dus vooral origineel en vernieuwend te zijn, en een belangrijke vraag te beantwoorden. De Nobelprijs voor de Geneeskunde van dit jaar illustreert dat als geen ander.

De vraag die deze drie heren bezighield was de volgende: hoe komen moleculen op de juiste plek in de cel terecht? Het antwoord bleek een cellulair distributie systeem, ook wel de secretieroute genoemd. Net als het menselijk lichaam bestaan cellen ook uit organen. Deze celorganen worden organellen genoemd – voor kleine orgaantjes, en worden door een vettig membraan omsloten en beschermd van invloeden van buitenaf. Zoals in het lichaam ieder orgaan een specifieke functie vervult, zo ook de celorganellen. Hierdoor hebben organellen een verschillende chemische samenstelling, die je in het laboratorium als een soort van chemische vingerafdruk van elkaar kunt onderscheiden. Deze chemische samenstelling bestaat uit eiwit-, vet-, en suikermoleculen. Sommige moleculen verlaten echter de cel. Denk bijvoorbeeld aan hormonen (zoals insuline) en neurotransmitters; dat zijn stofjes die noodzakelijk zijn voor de informatieoverdracht tussen zenuwcellen bijvoorbeeld in ons brein.

Door al deze eigenschappen in overweging te nemen konden de wetenschappers voorspellingen maken welke randvoorwaarden noodzakelijk zijn zodat moleculen niet willekeurig ergens heen gestuurd worden. Het sleutelwoord hier is selectiviteit. Denk hier bijvoorbeeld aan een zeef waarbij je stoffen kunt scheiden op basis van hun grootte. Er moet dus een transportsysteem in de cel aanwezig zijn waarbij sommige moleculen selectief doorgang verkrijgen terwijl andere worden tegengehouden. Bovendien moeten zowel in de “zeef” als in de moleculen bepaalde informatie versleuteld zitten zodat de moleculaire vracht door middel van een sorteringsstap van elkaar onderscheiden kan worden en via een afleveringsstap op het juiste moment op de juiste plek binnen of buiten de cel terecht komt.

Op basis van deze voorspellingen werden er vervolgens proeven bedacht om hun geldigheid te testen. Één van de nieuwste Nobeltelgen, Randy Schekman bedacht eind jaren 70 van de vorige eeuw het volgende hele simpele, maar uiterst elegante experiment. Als moleculaire vracht, ook wel cargo genoemd, niet meer afgeleverd wordt, dan worden de cellen waarin zich deze cargo ophoopt zwaarder. Maar ja hoe kom je dan aan die zware cellen als je nog geen idee hebt hoe het proces werkt. Doordat alle informatie over het functioneren van de cel zit opgeslagen in het DNA, besloot hij willekeurige fouten in het DNA aan te brengen. Dat kan bijvoorbeeld door cellen bloot te stellen aan chemische stoffen waarbij er tijdens de vermenigvuldiging van DNA moleculen foute kopieën ontstaan. Die fouten in de DNA code noemen we mutaties- wat letterlijk “veranderingen” betekent. De willekeur waarbij deze mutaties ontstaan is heel belangrijk als je een proces probeert te ontrafelen maar nog niet weet waar je het precies zoeken moet. Er ontstaan nu verstoringen in heel veel verschillende processen in de cel, ook processen die helemaal niets met het transport van cargo moleculen te maken hebben.

secretie route_mutanten

Orginele bron: www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2013/med_image_press_eng.pdf

In plaats om te moeten zoeken naar de speld in een hooi berg voorspelden Schekman en zijn team dat de cellen waarbij het transport verstoord was in gewicht zouden toenemen. Vergeleken met de cellen waarbij dit proces wel doorgang kreeg zouden deze cellen dus zwaarder zijn. Na de behandeling werden de cellen als het ware gewogen en konden ze op die manier de zware cellen scheiden van de andere cellen. Hierna werden deze zwaardere cellen onder de microscoop bekeken en vergeleken met gezonde cellen die niet aan de chemische behandeling waren blootgesteld. Wat ze vervolgens zagen was dat in de zwaardere cellen zich membraan omhulde pakketjes vol met cargo ophoopten en in gezonde cellen niet. Dit bood perspectief! Immers werd hun vooronderstelling bevestigd, er hoopte werkelijk cargo op in de cellen die zwaarder waren. Door de chemische behandeling van cellen werden uiteindelijk een twintigtal verschillende genen gevonden die cellen zwaarder maakten. Genen zijn die stukjes DNA waarvan de informatie omgezet kan worden in de werktuigen van de cel; de eiwitten.

Om te bewijzen dat deze genen ook daadwerkelijk direct betrokken waren bij het transport van cargo werden ze één voor één uitgeschakeld. Wat bleek, cellen hebben inderdaad verschillende sorteerstations, die als moleculaire zeef dienen voor de selectieve afgifte van cargo. Deze sorteerstations waren oude bekenden voor de celbiologen: namelijk de celorganen of organellen. Tien genen waren betrokken bij het eerste sorteerstation van de cel: het endoplasmatisch reticulum, en twaalf genen bij het tweede sorteerstation: het Golgi apparaat. Als een gen dat betrokken is bij de eerste sorteerstation wordt uitgeschakeld, stapelen alle cargo moleculen zich daarin op. Enkel moleculen die in het Golgi apparaat, het celmembraan of buiten de cel werken vinden normaliter doorgang uit het endoplasmatisch reticulum. Met andere woorden, alleen die moleculen die hun functie in het endplasmatisch reticulum vervullen, blijven daar achter. Cargo moleculen die de cel uiteindelijk moet verlaten leggen de langste weg af en doorlopen beide sorteerstations. Hierbij wordt altijd dezelfde route gevolgd, van het endoplasmatisch reticulum, via het Golgi apparaat, naar de celmembraan (de laatste barrière tussen het binnenste van de cel en de buitenwereld) die ze vervolgens uitscheidt. Deze route noemen we de secretieroute, letterlijk “de weg die naar uitscheiding leidt”.

secretie routeIn de loop van de jaren is er een hoop werk verzet door de Nobellaureaten en andere wetenschappers, en is ons begrip van de secretieroute veel gedetailleerder. Zo weten we nu dat de cargo moleculen zelf ook signalen bevatten die de cel vertellen waar ze heen moeten. Je kunt het vergelijken met de postcode die je op een brief schrijft. Het transport tussen de verschillende sorteerstations (er zijn er inmiddels meer blootgelegd), wordt bewerkstelligd door membraan omhulde transportblaasjes, de cellulaire versie van de Ford Transit, waarin cargo moleculen veilig verpakt en vervoerd worden. Inmiddels is een heel scala aan moleculaire machines ontdekt die nodig zijn voor het vervoer van cargo in de cel. Zo heeft bijvoorbeeld Jim Rothman de moleculaire equivalenten voor klittenband en ritsen opgespoord die ervoor zorg dragen dat transportblaasjes aan de sorteerstations kunnen vastklitten en samensmelten om hun cargo af te leveren. Ook zijn er moleculaire steigers en kooien die transportblaasjes vanuit de sorteerstations kunnen vormen, en moleculaire scharen die de blaasjes vervolgens af laten snoeren. Er loopt zelfs een heel spoorwerk kriskras door cellen heen, waarlangs de met cargo gevulde transportblaasjes voorbij razen. Thomas Südhof ontdekte een soort van moleculaire schakelaar die in hersencellen aanwezig is en die heel precies de timing van afgifte of uitscheiding van neurotransmitters regelt. Zulk soort schakelaars bleken ook te werken in cellen die hormonen uitscheiden. In afwachting van het juiste signaal, worden op die manier zowel hormonen als neurotransmitters enkel uitgescheiden als ze nodig zijn, wat de cel een hoop energie bespaart.

Het is fascinerend en baanbrekend onderzoek geweest dat deze drie heren en hun laboratoria hebben verricht. De Nobelprijs hebben ze dan ook dik en dik verdiend. Hun onderzoek onderstreept bovendien de noodzaak om te blijven investeren in fundamenteel onderzoek. Defecten in het transport van cargo moleculen blijken namelijk in een verscheidenheid van ziekten op te treden, waaronder een aantal neurologische en immunologische aandoeningen, als ook bij diabetes. Alleen weten wetenschappers dat vaak niet op voorhand, waardoor het in het huidige financieringsklimaat maar zeer de vraag is of zulk grensverleggend onderzoek een lang leven beschoren is.

Zonder een basaal begrip over hoe een gezonde cel functioneert krijgen we geen nieuwe aanknopingspunten meer hoe we zieke cellen kunnen genezen. Fundamenteel onderzoek maakt het mogelijk geneesmiddelen te ontwerpen die precies aangrijpen op het punt waar het mis gaat in de cel. Dat zorgt niet alleen voor betere medicijnen, maar ook een hoop minder bijwerkingen. Investeringen in kennis en innovatie renderen dus vaak pas na langere tijd, soms pas na tien tot twintig jaar. Zeker als Nederland in de top 5 van de mondiale kenniseconomie wil blijven meedraaien zijn investeringen en een duurzaam kennis- en innovatiebeleid essentieel om die ambitie ook te kunnen verwezenlijken. Ik hoop dan dat onze huidige beleidsmakers met even veel enthousiasme als ik kennis hebben genomen van de Nobelprijs aankondigingen van dit jaar. Maar nog meer hoop ik dat ze het belang inzien van fundamenteel onderzoek en het één van de speerpunten van het beleid voor de komende jaren maakt.

Apart kader:
Wist je dat?

  • Transportblaasjes gemiddeld 4 keer zo snel zijn als Usain Bolt de 100 meter loopt!
  • Dat wij vlinders in onze buik voelen als we verliefd zijn, ons eten kunnen verteren, na kunnen denken, en ziektes bestrijden allemaal dankzij transportblaasjes!
  • Sommige virussen transportblaasjes kidnappen om zich te vermenigvuldigen!
  • De kennis van de secretieroute ons geholpen heeft om gistcellen insuline te laten produceren!
  • Het pigment in onze huid, haar, en ogen afkomstig is van gespecialiseerde transportblaasjes!
  • Een gemiddelde koe 25 liter melk per dag produceert door heel veel transportblaasjes te maken!
  • Rode bloedcellen (en bacteriën) de enige cellen in ons lichaam zijn die geen secretieroute hebben!

Copyright © 2013 dwarsliggersschrijven.nl

The rat race

Het ochtendkraken.
Half verdoofd kijk ik wat voor me uit.
Een dampende kop koffie staat klaar op tafel.
Weer een nieuwe dag.
Zucht.
Nee ik droom echt niet,
de harde realiteit kletst me recht in het gezicht.
Wakker worden jij!
Inderdaad, niet denken maar doen,
… vooral niet denken.
Hup, ontbijt wegwerken en de auto in.
Muziek keihard aan en ik laat me even helemaal gaan.
Eerst cellen snel afdraaien, mailtjes lezen, werkbesprekingen, oh ja die voordacht moet ook nog af, en de editor schreef terug…nieuwe deadline volgende week.
Studenten staan ongeduldig wat om me heen te dralen.
Wacht even nog,
snel m’n laatste gedachtenspinsels op papier zetten, straks vergeet ik ze nog.
Ja?
Waar de cellen gebleven zijn.
Diepe zucht en langzaam, h-e-e-l langzaam tellen tot 10.
Kijk eens in de centrifuge…
Initiatief mensen, initiatief!!!
Goed, focus, wat was ik ook al weer aan het doen?
Shit ik moet als de bliksem die PCR’s op gel zetten anders haal ik m’n college niet.
“Zet jij ze over een uurtje uit” gil ik nog. Ik moet echt rennen nu. “Thanks!”
Vrolijk vertel ik honderduit over de cellulaire machine.
Een dertigtal gebiologeerde ogen staren me aan.
Ik grijns; machtig mooi is dat!
Even nog de laatste vragen doornemen en weer verder.
Lunch-time seminar, tussen de boterhammen door schrijf ik gretig mee.
Scherp blijven – hoe zat dat ook al weer – aan het eind toch maar even vragen.
Het loopt uit,
jammer dan, maar ik moet weg want het volgende tijdspunt van m’n proef is zo dalijk al.
En terwijl ik door de microscoop naar m’n cellen tuur, pak ik effe een rust momentje.
Even helemaal alleen in het pikkedonkere kleine kamertje, dit is mijn flow room …
De resultaten zijn prachtig, net de sterrennacht van Van Gogh!
En data bevestigd bovendien onze hypothese.
Ha, mijn model nu dus mooi bewezen!
Maar morgen en overmorgen de proef eerst herhalen; n is 3!
De kudde studenten vertellen trots dat hun PCR’s gewerkt hebben.
Yes! Geweldig nieuws.
Meteen transformeren die handel, kunnen we morgen gelijk weer door.
“Even doorzetten, komt goed!”
Ik print nog wat artikelen; bed time reading voor straks.
Eerst naar huis, eten en schrijven.
Ja, ik moet echt schrijven vanavond anders haal ik die deadline niet.
Pfff effe zitten hoor, m’n gedachten hollen zowat m’n hoofd uit…
Rustig blijven, orde handhaven.
Alleen dat lezen schiet er zo wel bij in…
Dan maar even snel de abstracts scannen, dan weet ik het wel ongeveer.
Haastig schrijf ik nog wat laatste mails en dan naar bedje toe.
Wat ging ik morgen ook al weer doen?
Nee, morgen doe ik het echt rustiger aan…
Ja, of anders volgende week … of de week erna natuurlijk.
Ssst, slapen nu!
En weg ben ik

Copyright © 2013 dwarsliggersschrijven.nl

Ode aan de wetenschap

Mijn roeping, mijn wezen.
Grip te krijgen over het ontstaan van het leven.
Hoe zonlicht een blad aan een boom energie kan geven.
De verwondering, het ontdekken, puur genot.
Als eerste getuige mogen zijn
van een wondere wereld, zo bijzonder,
die zich door de microscoop voor mijn ogen ontvouwt.
Aanschouw ik de ware schoonheid van het zijn.
Of toch niet?
Immers is het zoals het is,
vastgelegd volgens de wetten van de natuurkunde en kwantumchemie.

Niet de dorst naar kennis, maar de vraag naar zin is wat ik nu verlang.
Het denken;
weliswaar onkenbaar, doch van puur existentieel belang.
En zo heb ik in mijn zoektocht de filosofie gevonden
en kan en wil ik niet meer zonder.
Van observator nu eindelijk met het leven verbonden.
Een gevoel van vrijheid die onwerkelijk is,
en haast niet in woorden te vatten is,
dat de werkelijke aard van het bestaan,
heel simpelweg bezieling is.

Maar heb ik er spijt van? Zeker niet.
Mijn werk heeft me zo veel gegeven en zo ver gebracht.
Zo veel kansen en mogelijkheden op mijn pad gekomen,
waar de meeste mensen alleen van dromen.
Alle successen en alle tegenslagen; ik had ze voor geen goud willen missen.
Het heeft mijn leven verrijkt, al deze belevenissen.
De biologie heeft mij helpen overleven,
maar nu zie ik pas hoeveel ik er voor op heb moeten geven.

Ik droom, ik denk, ik durf, ik doe.
Met volle overtuiging,
een nieuwe vorm te geven
en mijn leven leren echt te leven.
Dat moet ik altijd voor ogen houden
en nooit meer vergeten.
“Dag bevlogen wetenschapper, het ga je goed.”

Copyright © 2013 dwarsliggersschrijven.nl