DNA en de levende cel

De basis van alle leven is DNA (desoxyribonucleïnezuur of in het Engels: deoxyribonucleic acid), het biochemisch macromolecuul[1] dat het grondplan – de erfelijke informatie – van het betreffende organisme bevat. DNA bestaat uit twee lange strengen van opeenvolgende nucleotiden, die met elkaar vervlochten zijn. De twee strengen (die elkaars ‘spiegelbeeld’ zijn) zijn met elkaar verbonden via basenparen, waarbij steeds twee tegenover elkaar liggende nucleobasen verbonden zijn door een waterstofbrug. DNA bevat vier soorten nucleotiden met de nucleobasen adenine, thymine, guanine en cytosine, die afgekort worden met de letters A, T, G en C. De twee strengen zijn complementair doordat de basen alleen in de paren AT en GC kunnen voorkomen. RNA, ribonucleïnezuur, bestaat uit een enkele streng.  Zoals met letters woorden, zinnen en boeken gemaakt kunnen worden, zo worden ook de letters van het DNA (de nucleobasen dus) gebruikt om allerlei erfelijke informatie op te slaan in de juiste volgorde, de genetische sequentie. Drie nucleobasen in een welbepaalde volgorde coderen voor een bepaald aminozuur, dit is het codon. De volgorde van die codons vormt het gen. Een gen heeft tevens een start- en stopcodon.

Een menselijk genoom bevat meer dan 3 miljard baseparen[2]. Een bacterie 1,3 tot 9 miljoen.[3] Bacteriën hebben tot wel 6000 eiwitten gecodeerd in hun DNA.[4] [5] DNA is dus niet zomaar een willekeurige boel ongeordende informatie.[6]

Evolutiewetenschappers beweren dat het leven zo’n 3,5 miljard jaar geleden ontstond uit het niets. De meest aangenomen hypothese is de zogenaamde ‘oersoephypothese’: een mengeling van koolstof, metalen, stikstof, zuurstof, natrium etc. in een plas water zorgde met behulp van een blikseminslag dat er DNA en een levende cel werd gevormd: de ‘primitiefste levensvorm’, protocellen[7], dan de oerbacteriën (Archaea) en de bacteriën, dan protisten (eencellige eukaryoten) en vervolgens naar meercellige eukaryoten en zo dan naar alle levensvormen die we vandaag kennen. Protocellen of protobionta zijn hypothetische cellen of levensvormen, die zogezegd aan de basis van alle leven staan. Zij zouden hebben bestaan uit lipiden, zoals een micel.

Wetenschappers zijn er echter tot op heden nog niet in geslaagd zijn om in het lab vanzelf een functionele ‘protocel’ te creëren, laat staan DNA. Het Miller-Uray-experiment[8] in 1952 waarbij de atmosfeer van de ‘vroege aarde werd nagebootst’ en water (H₂O), methaan (CH₄) ammonium (NH₃) en waterstof (H₂) een week lang in een gesloten systeem werden gekookt en onder elektriciteit werden geplaatst (stroomstoten die de bliksem nabootsten), zorgde enkel voor de vorming van enkele losse aminozuren. Dit is geen bewijs voor het ontstaan van leven. Om van leven te spreken heb je eerst en vooral DNA én eiwitten nodig. Voor de vorming van eiwitten heb je eiwitten én informatie van het DNA nodig (het gen). Het eiwit RNA polymerase staat in voor het kopiëren van DNA naar mRNA (messenger-RNA, of boodschappers-RNA). Dit heet transcriptie.

Vervolgens staat het ribosoom (ook een eiwit) in voor de vertaling van het mRNA naar een eiwit. Daarbij komt ook tRNA (transport-RNA) aan te pas, waar een welbepaald aminozuur op gebonden is, dat overeenkomt met een welbepaald codon (dat codeert voor dat aminozuur) op het mRNA. Er wordt een keten van aminozuren gemaakt. De keten van aminozuren wordt vervolgens opgevouwen tot een eiwit. Dit proces heet translatie (de vertaling van de informatie op het mRNA naar een eiwit).

De aaneengevoegde reeks van aminozuren vormt dus na opvouwing een welbepaald functioneel eiwit. De genexpressie wordt op allerlei manieren gecontroleerd. Het kopiëren van DNA vlak voor de celdeling wordt replicatie genoemd. DNA en eiwitten moeten er dus sowieso tegelijkertijd zijn geweest.

Eiwitten bestaan bovendien uit linksdraaiende aminozuren (optische isomerie bij een molecuul met een asymmetrisch centrum). Eén rechtsdraaiend aminozuur erin, en het werkt niet meer. De oorzaak is dat levende cellen een mechanisme hebben dat uitsluitend linksdraaiende aminozuren maakt. Een functioneel eiwit kan dus nooit zomaar ‘toevallig’ ontstaan. Daar is een levende cel voor nodig.[9] In het experiment van Miller en Uray kwamen zowel linksdraaiende als rechtsdraaiende aminozuren voor. Dit is uitermate problematisch.

Alle nucleïnezuren (RNA en DNA) bestaan uit ketens van ribose, een suiker (DNA bestaat uit desoxyribose). Alle ribose is echter rechtsdraaiend. Het is nog geen chemicus gelukt om uit anorganisch materiaal een suiker te krijgen, laat staan een uitsluitend rechtsdraaiende suiker. Men is er in geslaagd om in het lab slechts één soort nucleobase (adenine) te fabriceren uit waterstofcyanide en ammoniak. Voor de vorming van DNA is echter meer nodig: de nucleobase moet gekoppeld zijn aan een desoxyribose en één tot drie fosfaatgroepen: dit vormt het nucleotide. De nucleotiden aan elkaar vormen één DNA streng, welke dan nog eens aan een tweede streng moet gekoppeld zijn om functioneel DNA te krijgen. De verschillende soorten nucleotiden kunnen bovendien niet zomaar in willekeurige volgorde zitten, want de opeenvolging van een reeks nucleotiden moet informatie bevatten voor de vorming van een bepaald eiwit, op basis van aminozuren: dit is het gen met de verschillende codons. Zie het als de bouw van een huis: naast klei voor het maken van bakstenen heb je ook andere bouwmaterialen, gereedschap en bovenal een architect, een bouwplan en een bouwvakker nodig. Losse aminozuren, zoals die gevonden werden in het Miller-Uray-experiment zullen niet spontaan een hoog-complex functioneel eiwit vormen, en al zeker geen DNA.

Evolutiewetenschappers vergelijken vaak de vorming van DNA met de vorming van een ijskristal of een zout. Echter, een kristal is hard en bestaat uit één soort moleculen of een beperkt aantal soorten ionen (vb. H₂O of Na⁺ en Cl^–). DNA is geen ‘stof’ die, naargelang de temperatuur, kan smelten, verdampen of neerslaan en stollen/kristalliseren! Tevens is het géén polymeer in de strikte zin (een keten van één soort moleculen, zoals bijvoorbeeld nylon, of PET (polyethyleentereftalaat), bekend van de PET-flessen en beiden door de mens gemaakt), want bij in-vitro-synthese (in het lab) van nucleotiden moet er een agent worden toegevoegd, net om polymerisatie te voorkomen (dat ketens worden gevormd van dat ene type nucleotide). Polymerisatie van de 4 soorten nucleotiden, waarbij alle informatie voor de vorming van een levende cel in de specifieke volgorde van die nucleotiden zit vervat, kan dus onmogelijk spontaan ‘zomaar’ gebeuren. En ‘natuurlijke selectie’ bij de vorming van DNA en het ontstaan van een levende cel is uiteraard géén uitleg.

Dan heb je het probleem van het celmembraan. Men stelt dat de ‘protocel’ een soort micel moet zijn geweest. Oppervlakte-actieve stoffen (zepen, detergenten) die micellen kunnen vormen en dus vetmoleculen kunnen inkapselen en oplossen in water, worden steevast gemaakt van plantaardige of dierlijke vetten of lipiden (triglyceriden) óf van aardolie (volgens de wetenschap ook afkomstig van levende cellen). Fosfolipiden op hun beurt, welke nodig zijn voor het celmembraan, komen ook niet in de vrije natuur voor en werden niet gevormd tijdens de verschillende ‘oersoepexperimenten’. Ze worden in de levende cel zelf vervaardigd. Zonder leven dus geen lipiden en micellen. Verder heb je nog een probleem met de ‘micelhypothese’, namelijk: binnen in de micel is de omgeving hydrofoob. Maar in een levende cel is het cytoplasma, de vloeistof in de cel, waterig en niet vettig (dus hydrofiel). Het celmembraan bestaat dan ook uit een dubbele laag van fosfolipiden. Tussen het celmembraan is de omgeving hydrofoob, maar er rond niet (zowel aan de buitenkant als de binnenkant van de cel). Daarenboven hebben bacteriën naast een celmembraan een celwand en een capsule. Dit is allemaal uitermate problematisch.

Verder heb je in cellen van o.a. bacteriën niet-reduceerbare complexe systemen. Eén daarvan is het zweepstaartje of de flagel, waarmee de bacterie zich voortbeweegt. De bouw ervan is vrij complex, maar perfect, en alle afzonderlijke onderdelen interageren zo met elkaar dat indien er één enkel onderdeel ontbreekt, het hele systeem niet meer werkt. Dit is zeer problematisch voor evolutie, omdat evolutie een graduele verandering in het DNA, de bouw van die bacteriële cel en de mechanismen in die cel veronderstelt. Een flagel is echter een uiterst complex systeem dat geen eenvoudigere ‘voorouderlijke variant’ kan gehad hebben, omdat het dan niet zou gewerkt hebben. Dat alles in één klap moet geëvolueerd zijn, op de juiste plaats en in de juiste vorm, is onmogelijk. Dit zou neerkomen op ‘hocus pocus’. En datzelfde geldt trouwens voor de hele bacteriële cel: alle componenten moeten in één klap aanwezig zijn en perfect interageren, anders heb je onmogelijk leven.

Geven mutaties in DNA aanleiding tot evolutie?

Onze genetische informatie is gigantisch veel groter dan de genetische informatie in een bacterie of een eukaryote ééncellige. Ongerichte mutaties, ofwel beschadigingen van het DNA, zouden die nieuwe informatie geleverd moeten hebben. Er zijn twee soorten mutaties mogelijk in een levend organisme: de erfelijke mutaties en de verworven somatische mutaties. En in het DNA zelf heb je 3 soorten mutaties: de puntmutatie, de insertiemutatie en de deletiemutatie. Bij de puntmutatie wordt een nucleotide gewijzigd in een ander nucleotide, waardoor het codon wijzigt en mogelijks voor een ander aminozuur zal coderen, waardoor het eiwit kan veranderen of een defect kan hebben.

Een somatische mutatie is een plaatselijke mutatie in één of meer cellen, die bijvoorbeeld ontstaat door uv-straling. Dit wordt niet doorgegeven aan de nakomelingen. [10] Dus indien een naakt reptiel ‘toevallig’ een haar zou aanmaken, dan wordt dit niet doorgegeven aan de nakomelingen. Dit is uiterst problematisch voor de hele evolutietheorie. Denk bijvoorbeeld aan de zogenaamde evolutie van haar of veren bij reptielen, wat aanleiding zou gegeven hebben tot het ontstaan van vogels en zoogdieren, of het verlies van vacht bij walvisachtigen en bij de mens. Indien er informatie moet doorgegeven worden, dan moet deze steeds in het DNA van de gameten of voortplantingscellen (sperma- en/of eicel) vervat zitten. Enkel een mutatie in het DNA van de voortplantingscellen wordt doorgegeven aan de nakomelingen. Deze mutatie bevindt zich dan in iedere cel van het lichaam van diegene die het DNA met de mutatie overerfde van één van de ouders, of beide ouders. Erfelijke mutaties geven steeds aanleiding tot erfelijke ziekten. Sikkelcelanemie bijvoorbeeld, een erfelijk syndroom waardoor sikkelvormige bloedcellen ontstaan ten gevolge van een mutatie in het eiwit hemoglobine A, is een gevolg één enkele schadelijke puntmutatie (missense mutatie) in het gen dat codeert voor β-globine (hemoglobine A bestaat uit 2 ketens α-globine en 2 ketens β-globine). Het aminozuur glutaminezuur wordt vervangen door valine. [11]

Het is algemeen aanvaard en geweten dat mutaties over het algemeen de genetische informatie niet vermeerderen, maar enkel verminderen. Syndromen[12] en kanker zijn het gevolg van mutaties in het DNA. Er is dus in plaats van evolutie devolutie. Om een zinvolle ‘mutatie’ te hebben (vb. voor het ontstaan van een nieuw orgaan) zouden er in één klap complete genen moeten toegevoegd worden aan het DNA. Dit is uiteraard onmogelijk.

Hogere levensvormen zijn in hun bouw, functie en gedrag ontzettend veel complexer dan lagere, die ook reeds vrij complex zijn. Een organisme bestaat uit verschillende soorten cellen die weefsels vormen, deze weefsels vormen organen en alle organen samen vormen het organisme. Alles moet perfect met elkaar interageren om een succesvol levend organisme te vormen. Komt er bijvoorbeeld een nieuw orgaan of een nieuwe systeem (vb. melkklieren bij zoogdieren), dan moet alles in één keer goed zijn, dus ook de genetische informatie. Bepaalde organen en systemen zijn zo complex en zo perfect dat één enkele fout niet toegelaten wordt. Krijg je eerst een slecht werkende ‘tussenvorm’, dan wordt dit in de volgende generatie gewoon weer uitgeschakeld: het individu heeft geen enkel ‘evolutionair voordeel’. Die melkklieren bijvoorbeeld, moeten in één keer perfect zijn: de klieren moeten werken, er moet een tepel zijn, de melk moet van de juiste samenstelling zijn en er op het juiste ogenblik uit komen, én het jong moet weten dat hij dáár moet zuigen. Dit zou dan moeten tot stand komen door willekeurige mutaties in het DNA…

Hetzelfde geldt bijvoorbeeld voor de zogenaamde evolutie van veren bij vogels. Er is geen enkele indicatie dat een lopende dinosauriër, een reptiel met schubben, ineens complexe veren zou ontwikkelen als aanpassing aan het milieu. Zelfs indien hij ‘per toeval’ (want dat is de uitleg van de evolutietheorie) enkele donsveren zou ontwikkelen door een ‘defect gen’ in enkele huidcellen, zou dit nooit doorgegeven worden aan de informatie in het DNA van de gameten (zaad- of eicel). De nakomelingen zouden dus die paar ‘toevallige veren’ niet bezitten. Als er dan al een willekeurige mutatie in het DNA van de gameten zou ontstaan, dan moet deze (willekeurige!) mutatie mettertijd alle informatie voorzien voor de complexe bouw van de veer, de veerfollikel, de spieraanhechting… en uiteindelijk de exacte afmetingen, plaats en vorm van de veren om tot een perfect gevormde vleugel te komen. Evolutie van veren is dan ook zeer problematisch.[13] Bovendien hebben vogels een aangepast ademhalingssysteem en holle beenderen.

[1] https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/dna

[2] Het menselijk DNA, aanwezig in iedere cel, is uitgestrekt bijna 3 meter lang. (https://hypertextbook.com/facts/1998/StevenChen.shtml)

[3] De vrij levende prokaryoot met het kortste DNA is Pelagibacter ubique met 1,3 miljoen basenparen.  (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2588523/)

[4] Moran. ‘Microbial Minimalism: Genome Reduction in Bacterial Pathogens’. Cell. Volume 108, Issue 5. 8 March 2002.

[5] https://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/

[6] http://www.signatureinthecell.com/

[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Protocell

[8] http://www.scientificamerican.com/article/primordial-soup-urey-miller-evolution-experiment-repeated/

[9] Linksdraaiende aminozuren in leven blijven wetenschappers zich in de haren doen krabben: https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2013/06/29/lifes-left-handed-amino-acids-remain-astrobiological-head-scratcher/

[10] https://ghr.nlm.nih.gov/primer/mutationsanddisorders/genemutation

[11] https://en.wikipedia.org/wiki/Sickle_cell_disease

[12] Website over erfelijke ziekten: https://erfelijkheid.nl/

[13] https://answersingenesis.org/birds/the-evolution-of-feathers-a-major-problem-for-darwinism/