Selfish genes in de moderne moleculaire biologie

Pagina: 1
Acties:
  • 162 views sinds 30-01-2008
  • Reageer

Acties:
  • 0 Henk 'm!

Anoniem: 9942

Topicstarter
Alleen de genen van dieren die zichzelf voortplanten bestaan.
Naar aanleiding van bovenstaande quote uit Overlevingsdrang?, voel ik mij geroepen het selfish gene concept van wat kritiek te voorzien: Het is te ver doorgevoerd reductionisme, te sterk gebaseerd op het "one gene one function" paradigma waar de biologie nu eindelijk een beetje van verlost begint te geraken. Hoewel er zeker voorbeelden zijn van genenetische elementen die een selfish (dat wil zeggen "zelfstandig") evolutionair traject volgen, geldt voor de meeste genen dat zij niet te beschrijven zijn zonder het systeem, de cel of zelfs het organisme, als geheel in ogenschouw te nemen.

Voor diegenen die niet goed thuis zijn in evolutiebiologie is het aan te raden dit eerst door te lezen: wikipedia over selfish genes

Een genetisch element (een gen, repetitieve sequentie, transposon, of wat dan ook) kan als "selfish" aangemerkt worden als het aan de voorwaarden voor evolutie voldoet: Het moet zichzelf kunnen voortplanten (of gereproduceerd worden, of door een populatie verspreid kunnen worden) en het moet een selectief voordeel opleveren voor zichzelf ten opzichte van iets anders.

Er zijn een aantal opvattingen van voortplanting van toepassing op genetische elementen. Ten eerste zijn er elementen (zoals transposons, sommige tandem repeats en 35s-rDNA ITS sequenties) die zich kunnen verspreiden door het genoom van 1 organisme. Deze hebben dus duidelijk een eigen, min of meer van het organisme onafhankelijk voortplantingsmechanisme, en zijn daarmee duidelijk als selfish te klassificeren. Maar dit zijn niet de selfish genes waar Dawkins op doelde, deze genetische elementen zijn eerder op te vatten als parasieten, die verder niet bijdragen aan de werking van de cel.

Ten tweede zijn er genetische elementen, zoals B-chromosomen, die zich verspreiden door een populatie. B-chromosomen kunnen zelfs genen dragen en zo hun eigen verspreiding begunstigen. Sommige gaan zelfs nog verder en zijn in staat evolutie in hun hosts uit te schakelen, en hoewel dit op langere termijn de gastheer kan vernietigen (ware het niet dat deze gastheer hier ook weer een verdedigingsmechanisme tegen heeft), draagt het beslist bij aan de verspreiding van het B-chromosoom. Ook deze genetische elementen zijn als selfish aan te merken, maar ook de genen op B-chromosomen zijn niet de selfish genes van Dawkins, hoewel zij het dichtst in de buurt komen. Zij verschillen namelijk van normale genen doordat zij ten eerste een eigen, van het hostgenoom onafhankelijke drager hebben, maar ten tweede doordat zij niet of nauwelijks deelnemen aan het normale functioneren van de cel. In ieder geval kan de cel zonder hen functioneren (Een B-chromosoom is per definitie een chromosoom dat gemist kan worden), en leveren zij de gastheer meestal geen selectief voordeel op.

Dan blijven de normale genen over. Deze genen liggen op de normale chromosomen, en hebben functies die essentieel zijn binnen het organisme. Dit zijn de genen waar Dawkins het over heeft als hij schrijft over selfish genes. Deze visie getuigt naar mijn mening van te ver gaand reductionisme. Slechts een klein deel van de genen is als selfish aan te merken, en bovendien is het in die gevallen slechts een triviale zienswijze, die geen revolutionaire inzichten oplevert.

Er zijn slechts een paar honderd genen voor enzymen en structuureiwitten benodigd om een primitief organisme op te bouwen. Verder zijn er nog enkele duizenden soortgelijke eiwitten die de hedendaagse organismen hun toegevoegde functies geven, zoals overleven op vreemde metabolieten of in andere omgevingen. Dit zijn dan meteen ook alle genen voor eiwitten die afzonderlijk te beschrijven zijn, en waarvoor een beschrijving in de zin van selfish genes, betekenis heeft. Echter, het is in het geval van deze genen vrij triviaal om hen te omschrijven als selfish: Het zijn de werkpaarden van een cel, hoewel ze een concrete functie toevoegen aan de cel hebben ze nauwelijks betekenis buiten hun regulatoir netwerk. Of je nu zegt dat het organisme evolutionair voordeel heeft omdat het (een van deze) genen heeft, of dat het gen selfish is omdat het door een toegevoegde waarde aan het organisme te bieden, zich weet te verspreiden, is geen groot onderscheid. Deze genen kunnen in ieder geval niet "los" komen te staan van de cel: Zij hebben alleen betekenis binnen de regulatie die de cel op hen uitvoert.

De andere genen, de overgrote meerderheid, heeft totaal nietszeggende functies als "transcriptiefactor", "kinase", "receptor", enzovoorts: Eiwitten die betrokken zijn bij de regulatie van de enzymen en structuureiwitten die cellen opbouwen. Deze eiwitten ontlenen hun gehele betekenis aan het doeleiwit wat ze fosforyleren, detecteren of transcriberen. Of aan het eiwit waar hun doeleiwit interactie mee heeft. Of het eiwit waarmee een eiwit tien stappen verder in de keten een interactie mee heeft.

Maar zelfs met dergelijk ketendenken kom je er niet. Niet alleen geldt dat het eiwit vele interacties heeft met andere eiwitten, het kan ook betrokken zijn als intermediair in verschillende ketens. En een enkele respons kan soms alleen optreden indien diverse specifieke intermediairen aangeschakeld zijn. Hierdoor kan bijvoorbeeld gelden dat alleen als intermediairen 2, 4 en 5 door verschillende signaaltransductieketens geactiveerd worden, respons A optreedt, terwijl wanneer 1, 3 en 4 tegelijk geactiveerd zijn, respons B optreedt en als 1, 4 en 5 geactiveerd worden, C optreedt, enzovoorts. Wat dat betreft kunnen de interacties tussen eiwitten misschien nog het beste beschreven worden in termen van een neuraal netwerk, waarbij de toestand van vele nodes het eindresultaat bepaalt, maar de toestand van 1 enkele node volstrekt geen betekenis heeft, uitzonderingen daargelaten.

Hiermee is het dus ook uitgesloten dat zij een onafhankelijk selectievoordeel hebben. Hun lot is verwoven met dat van tientallen, honderden andere regulatiore eiwitten, en het lot van die eiwitten weer met evenzoveel anderen. Gans het raderwerk staat stil, wanneer deze genen een "eigen" selectievoordeel zouden najagen, en dat kan dus onmogelijk een selectievoordeel zijn.

Deze genen kunnen dus onmogelijk als "selfish" beschreven worden, daarvoor zijn ze tezeer verweven met andere genen. Weliswaar zou je kunnen pogen "ketens", ofwel alle eiwitten die samen een organisme een functie geven, als selfish element aan te duiden, maar ook dat is niet mogelijk gezien de verwevenheid van genfuncties, zie mijn analogie met een neuraal netwerk. De enige zinvolle beschrijving is die van het totale systeem van alle genen en genproducten en relaties daartussen, ofwel de levende cel of het organisme. Daarmee is het organisme nog steeds de basale eenheid waarop evolutie plaats vindt, en niet het gen. Uitzonderingen, zoals de (vele) parasietachtige genetische elementen die ik eerder beschreef, natuurlijk daargelaten. Maar deze visie is niet door te trekken naar de normale genen binnen een organisme.

Acties:
  • 0 Henk 'm!

  • Confusion
  • Registratie: April 2001
  • Laatst online: 01-03-2024

Confusion

Fallen from grace

Anoniem: 9942 schreef op 06 mei 2004 @ 12:17:
Naar aanleiding van bovenstaande quote uit Overlevingsdrang?, voel ik mij geroepen het selfish gene concept van wat kritiek te voorzien: Het is te ver doorgevoerd reductionisme, te sterk gebaseerd op het "one gene one function" paradigma waar de biologie nu eindelijk een beetje van verlost begint te geraken.
Nee ho, mijn versimpelde weergave van dat concept is te ver doorgevoerd reductionisme. Maar dat is uit overwegingen van versimpeling voor de uitleg, niet omdat ik niet beter weet :). Het werkelijke selfish gene concept bevat die valkuil niet, hoewel het wat moeite heeft gekost sommige schrijvers over dat onderwerp ervan te overtuigen. "Nu eindelijk een beetje" is overdreven; Darwin's Dangerous Idea (Dennett) stamt uit 1995 en daar heeft hij het uitvoerig over precies deze valkuil en hoe blij hij is dat schrijvers over evolutie (als Dawkins) dat ook ingezien hebben.

[ Voor 9% gewijzigd door Confusion op 06-05-2004 12:38 ]

Wie trösten wir uns, die Mörder aller Mörder?


Acties:
  • 0 Henk 'm!

Anoniem: 48145

Anoniem: 9942 schreef op 06 mei 2004 @ 12:17:
Deze genen kunnen dus onmogelijk als "selfish" beschreven worden, daarvoor zijn ze tezeer verweven met andere genen.
Ik heb (als volkomen leek) geen kritiek op wat je allemaal zegt over moleculaire biologie, maar begrijp deze conclusie niet helemaal. Waarom kun je een gen niet als "selfish" zien ondanks dat je het functioneren ervan niet los kunt zien van het functioneren van de andere genen? Met "selfish" wordt toch alleen bedoeld dat het gen zijn eigen belang nastreeft, en het kan toch zo zijn dat een gen meestal het best zijn eigen belang nastreeft door een bepaalde niet duidelijk te onderscheiden rol in het organisme te vervullen en zo het organisme als geheel te helpen overleven?
Daarmee is het organisme nog steeds de basale eenheid waarop evolutie plaats vindt, en niet het gen.
Zou het niet preciezer zijn om te zeggen: het gen is de basale eenheid waarop evolutie plaatsvindt, maar in normale gevallen kun je in plaats daarvan ook gewoon het organisme beschouwen?

(Volgens mij verandert dit niet als je dit soort dingen in beschouwing neemt; toch?)

Je zegt dat het idee in normale gevallen geen nieuwe inzichten toevoegt, maar in het artikel dat je linkt staat o.a.:
Proponents argue that when looked at from the point of view of gene-selection, many biological phenomena that were difficult to explain in terms of prior models of evolution become easier to understand and explain. In particular, phenomena such as kin selection and eusociality, where organisms act against their individual interests (in the sense of health, safety or personal reproduction) to help related organisms reproduce, can be explained as genes helping copies of themselves in other bodies to replicate.
Als ik het goed begrijp reken je zulke gevallen als uitzonderingen, in plaats van normale gevallen. Klopt dat?

[ Voor 29% gewijzigd door Anoniem: 48145 op 06-05-2004 17:48 ]


Acties:
  • 0 Henk 'm!

Anoniem: 9942

Topicstarter
Confusion

Misschien ben ik niet duidelijk genoeg geweest, en ook niet geheel eerlijk: Het is goed beschouwd niet de selfish gene theorie an sich die ik aanval in mijn post, want als verklaring voor kin selection en dergelijke snijdt deze zeker hout (hieronder zal ik deze in een meer acceptabele vorm geven). Maar het idee dat voornamelijk de biochemische functie van genen het leven vorm geeft, is een enigzins achterhaalde voorstelling van zaken. Ik zie genen meer als werkpaarden die door de regulatoire elementen, zowel in het DNA als in het proteoom, gestuurd worden om de akker des levens te ploegen :) Dat is de paradigmaverandering waar ik over sprak, en die voltrekt zich nog niet zo heel lang: Er zit natuurlijk een zekere vertraging tussen de acceptatie in de wetenschappelijke praktijk (waarin expressie-analyses nog in de kinderschoenen staan, het kaf op het gebied van expressiepatronen duidelijk nog van het koren gescheiden dient te worden en het belang van deze nieuwe aanpak nog algemeen sterk onderschat wordt) en het moment waarop men het "one gene one function" paradigma voor het eerst vanuit de wetenschappelijke wereld serieus aanviel.
Het werkelijke selfish gene concept bevat die valkuil niet, hoewel het wat moeite heeft gekost sommige schrijvers over dat onderwerp ervan te overtuigen.
Ik ontken ook niet dat het concept niet in zekere zin opgaat, ik ontken wel dat een beschrijving in termen van losse genen die zichzelf bevoordelen, zinvol is. Overigens moet ik hieraan toevoegen dat Dennett, Dawkins en alle anderen dit niet konden voorzien: Daarvoor zijn de ontdekkingen op het gebied van de omics en de epigenetica te snel gegaan.

Staphylococcus_Rex
Ik heb (als volkomen leek) geen kritiek op wat je allemaal zegt over moleculaire biologie, maar begrijp deze conclusie niet helemaal. Waarom kun je een gen niet als "selfish" zien ondanks dat je het functioneren ervan niet los kunt zien van het functioneren van de andere genen? Met "selfish" wordt toch alleen bedoeld dat het gen zijn eigen belang nastreeft, en het kan toch zo zijn dat een gen meestal het best zijn eigen belang nastreeft door een bepaalde niet duidelijk te onderscheiden rol in het organisme te vervullen en zo het organisme als geheel te helpen overleven?
Allereerst is het van belang hier het populaire taalgebruik als "gen zus-en-zo streeft dit-en-dit na" even achter ons te laten, en ons te behelpen met ellenlange zinnen over selectievoordelen :) Met "selfish" wordt bedoeld dat een gen (of beter, allel) dat codeert voor een zodanige eigenschap dat expressie ervan in het organisme ervoor zorgt dat het gen zelf verspreid raakt door de populatie, ook in organismen die geen directe afstamming zijn van het organisme waarin het gen tot expressie komt. Dit laatste onderscheid is van belang, aangezien anders de selfish gene theorie niet meer gebruikt kan worden voor het verklaren van kin selection en dus geen toegevoegde waarde meer heeft.

Zoals ik al aangaf, zijn er een (op zich behoorlijk groot) aantal genetische elementen die zich selfish gedragen, en in die zin is selfishness een nuttig concept binnen de evolutiebiologie. Echter, ik kan mij niet vinden in het definieren van genen als selfish elements om kin selection te verklaren.

Het probleem is namelijk, dat er helemaal geen gen is voor dergelijk complex gedrag, zelfs niet op het niveau van een simpele bacterie. Gedrag van zoogdieren, waarbij mijn punt het best tot uitdrukking komt, is een extreem ingewikkeld proces dat op genetische schaal totaal niet begrepen wordt, maar waar in ieder geval tienduizenden genen en hun interacties bij betrokken zijn. (Voor diegenen die zich nu overigens afvragen waarom de grote meerderheid van de zoogdiergenen bij gedrag betrokken is, bedenk dat gedrag een macroscopisch proces is waarvoor onder andere hersenen moeten ontstaan en een specifieke structuur moeten krijgen, waarvoor miljoenen cellen moeten ontstaan inclusief alle machinerie die nodig is om 1 cel aan het werk te houden, en waarvan de ontwikkeling gereguleerd wordt door allerlei factoren, waaronder waarschijnlijk een hoge mate van zelforganisatie en semirandomness). In andere woorden, er is helemaal geen gen voor kin selection, of dit gedrag tot uitdrukking komt is een kwestie van de uiteindelijke uitwerking van subtiele verschillen in vele duizenden genen, die bovendien allen betrokken zijn bij talloze andere processen. Van het netwerk waar ik het eerder over had dus. Een verandering in 1 enkel gen dat

Dus, als er helemaal geen gen bestaat voor het soort gedrag dat nodig is voor kin selection, hoe kan een selfish gene verklaring kin selection dan verklaren?

Je zou kunnen stellen dat, hoewel er misschien niet 1 gen is dat kin selection veroorzaakt, de groep genen die kin selection veroorzaakt alsnog wel selfish op kan treden. En hier kan ik mij op zich wel in vinden, ware het niet dat het waarschijnlijk niet eens de groep genen zelf is die daar verantwoordelijk voor zijn. Het zijn meer het geheel aan subtiele verschillen in een paar van deze genen en in hun regulatiore sequenties dat selfish optreedt, en wat dat betreft zou je dit tot een soort meta-gen kunnen verheffen, in de zin dat al deze veranderingen samen de eigenschap "kin selection" wel degelijk overerfbaar maken. Het probleem is echter dat deze eigenschappen dan behoorlijk fuzzy gaan overerven. Recombinatie geeft immers geen zier om de eigenschappen zelf en zal dus de over het chromosoom verspreide eigenschappen door elkaar gaan gooien, en slechts de helft van een dergelijke serie samenhangend gedefinieerde eigenschappen zal overgedragen worden aan elk individu. In andere woorden, deze "metagenen" erven niet-Mendeliaans over - Iets wat overigens voor zaken als gedrag natuurlijk allang onderkend wordt, dat is geen revolutionaire conclusie. Maar over selfish metagenes spreken wordt wel wat lastig, aangezien het metagen in kwestie hier helemaal geen eenheid meer is waarop selectie plaats kan vinden.
Zou het niet preciezer zijn om te zeggen: het gen is de basale eenheid waarop evolutie plaatsvindt, maar in normale gevallen kun je in plaats daarvan ook gewoon het organisme beschouwen?

(Volgens mij verandert dit niet als je dit soort dingen in beschouwing neemt; toch?)
Het gen is alleen niet de basis waarop evolutie optreedt, evolutie treedt net zo goed op in het "junk" DNA, nog zo'n misleidende term uit vroeger tijden. Junk-DNA bestaat niet, alle DNA heeft een functie. En een mutatie in een promotor, een enhancer of een repressor van een gen heeft net zo'n dramatische invloed op een organisme als een mutatie in een gen zelf, en datzelfde geldt zelfs nog sterker voor een dramatische mutatie in een ander deel van het chromosoom. Delen die ogenschijnlijk geen functie hebben, zijn wel degelijk van belang voor de organisatie van het genoom en dus ook voor de activiteit van verschillende delen, om maar wat te noemen. Het genoom opdelen in functionele stukjes met functie, in genen, is dus eigenlijk niet mogelijk: Vandaar ook dat ik ervoor pleit het genoom als geheel als basale eenheid van evolutie te beschouwen. Hoewel eigenlijk dat ook nog een versimpeling is, aangezien we daarmee overerfbaarheid op eiwitniveau (de histoncode) negeren.
Je zegt dat het idee in normale gevallen geen nieuwe inzichten toevoegt, maar in het artikel dat je linkt staat o.a.:

quote:
Proponents argue that when looked at from the point of view of gene-selection, many biological phenomena that were difficult to explain in terms of prior models of evolution become easier to understand and explain. In particular, phenomena such as kin selection and eusociality, where organisms act against their individual interests (in the sense of health, safety or personal reproduction) to help related organisms reproduce, can be explained as genes helping copies of themselves in other bodies to replicate.


Als ik het goed begrijp reken je zulke gevallen als uitzonderingen, in plaats van normale gevallen. Klopt dat?
Die gevallen zie ik niet als uitzonderingen, ik zie het beeld van genen die kopieen van zichzelf helpen te reproduceren als een incorrecte oversimplificatie van het geheel, overigens niet in de laatste plaats te wijten aan populair-evolutionair taalgebruik.

[ Voor 5% gewijzigd door Anoniem: 9942 op 06-05-2004 20:22 ]