DNA en de levende cel

De basis van alle leven is DNA of voluit desoxyribonucleïnezuur (Engelse term is: deoxyribonucleic acid), een 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 doorheen 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. Genexpressie gebeurt wanneer een deel van het DNA met een bepaalde genetische code wordt overgeschreven (transcriptie) naar (messenger-RNA), en dit vervolgens via ribosomen vertaald wordt naar een eiwit (translatie). 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. Een menselijk genoom bevat meer dan 3 miljard baseparen[2]. Een bacterie 2 tot 9 miljoen. Bacteriën hebben tot wel 6000 eiwitten gecodeerd in hun DNA. [3] [4] DNA is dus niet zomaar een willekeurige boel ongeordende informatie [5].

Figuur: National Human Genome Research Institute (Wikimedia commons, publiek domein)

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 [6], dan de Archaea (oerbacteriën), vervolgens evolueerde dit in 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 bestaan uit lipiden, zoals een micel. Het eerste probleem is echter dat wetenschappers er 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 in 1952 [7] 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 werd gekookt en onder elektriciteit werd geplaatst, 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 en eiwitten nodig. Voor de vorming van eiwitten heb je eiwitten én informatie van het DNA nodig (het gen). Eiwitten staan in voor het kopiëren van DNA naar RNA en de vertaling van RNA naar een eiwit. Ze moeten er dus sowieso tegelijkertijd zijn geweest. Dat is niet door toeval te verklaren. 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 die uitsluitend linksdraaiende aminozuren maakt. Een functioneel eiwit kan dus nooit zomaar “toevallig” ontstaan. Daar is een levende cel voor nodig. [8] Alle nucleïnezuren 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. 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.

Foto: Pixabay.com (publiek domein)

Evolutiewetenschappers vergelijken vaak de vorming van DNA met de vorming van een ijskristal of een zout. Echter, deze vergelijking slaat nergens op want 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 nog een tweede probleem. Oppervlakte-actieve stoffen (zepen, detergenten) die micellen kunnen vormen (de zogenaamde “protocel”), 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.

Figuur: Mariana Ruiz (Wikimedia commons, CC BY-SA 3.0)

Het derde probleem is het voorkomen van niet-reduceerbare complexe systemen in cellen van o.a. bacteriën. Eén daarvan is het zweepstaartje of de flagel, waarmee de bacterie zich voortbeweegt. De bouw ervan is heel 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”.

Figuur: Mariana Ruiz (Wikimedia commons, CC BY-SA 3.0)

Het vierde probleem zit in de evolutie van laag naar hoog georganiseerd. Onze genetische informatie is ontzaglijk veel rijker dan de genetische informatie die in een eventuele “oercel” kan hebben gezeten. Ongerichte mutaties, ofwel beschadigingen van het DNA, zouden die nieuwe informatie geleverd moeten hebben. Echter, het is algemeen aanvaard en geweten dat mutaties de genetische informatie niet vermeerderen, maar enkel verminderen. Syndromen en kanker zijn het gevolg van mutaties in het DNA. Er is dus in plaats van evolutie devolutie. Bij insertie- of deletiemutaties verschuift de hele sequentie, en functioneert het gen en dus het eiwit niet meer. Om een zinvolle “mutatie” te hebben (vb. voor het ontstaan van een nieuw orgaan) zouden er in één klap hele genen moeten toegevoegd worden aan het DNA. Dit is uiteraard onmogelijk. Een nog bijkomend probleem is dat er twee soorten mutaties zijn in het DNA: de erfelijke mutaties en de verworven somatische mutaties. Het eerste soort mutatie gebeurt in de gameten (voortplantingscellen) en wordt doorgegeven aan de nakomelingen. Deze mutatie bevindt zich in iedere cel van het lichaam. Een erfelijke mutatie is bijvoorbeeld sikkelcelanemie. [9] 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 vervat zitten, wat enkel kan door een willekeurige (!) mutatie in het DNA van de gameten zelf. 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…


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

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

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

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

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

[8] https://www.forbes.com/sites/brucedorminey/2013/06/29/lifes-left-handed-amino-acids-remain-astrobiological-head-scratcher/

[9] Een aandoening van het hemoglobine waardoor sikkelvormige rode bloedcellen ontstaan.

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