presentatie voor Probus op 4 december 2015

1. Raadsels van de evolutie
Presentatie voor Probus
4 december 2015
Ton Hurkmans

2. Van de raadsels van de evolutie
Is voor alles nog geen solutie
Er blijven vele vragen
Het gaat nog lang niet dagen
Maar het is steeds meer evident
De Natuur is eminent
Veel raadsels zullen blijven bestaan
Ook al wonen er straks mensen op de maan

3. Tijdbalk 4,5 miljard jaar oude geschiedenis van het leven
(1Gj= 1 miljard jaar; 1Mj=1 miljoen jaar; 1Kj= duizend jaar)
4,55 Gj vorming van de aarde
3,8 Gj de eerste sporen van chemisch leven: oersoep, uit heelal, hydrothermale bron?
3,5 Gj de eerste fossielen
2,7 Gj de eerste sporen van eukaryoten (oercel)
2,6 Gj de eerste op het land levende bacteriën
1,8 Gj de oudste fossielen van meercellige organismen
…………………
575 – 500 Mj (Cambrische explosie) oudste dieren en ontwikkeling van planten, raadsel?
250 Mj Perm-Trias extinctie, hierna versnelde de evolutie
5 Mj voorouders mens en chimpansees groeien uit elkaar
150 Kj de moderne mens (anatomisch gezien) ontstaat in Afrika

4. Bacteriekolonies
(stromatolieten)
Deze bacteriën hebben vermoedelijk 3 miljard jaar lang de kustwateren gedomineerd

5. Eerste plantenwereld
Planten kwamen voor het eerst op het vaste land 500 M jaar geleden
Bossen 360 M jaar geleden

6. Massa extinctie in Perm-Trias
Aanwijzingen gevonden in Karoowoestijn voor grootste massa-extinctie aller tijden
250 Miljoen jaar geleden

7. Dinosauriërs
Dinosauriërs ontstonden 230 M jaar geleden in het Trias
en 140 M jaar de heersende landdieren, stierven uit ca. 65 M jaar geleden
(behalve de vogels) door meteorieten?. Hierna kwamen de zoogdieren.

8. Evolutie van de mens

9. Migratie van de mens

10. De oorsprong van het leven
Hoe een zelfreproducerend molecuul ontstond
is nog een raadsel, verschillende hypothesen:
• Oersoep ?
Miller-Urey-experiment (1953)
Thans is deze hypothese vrijwel
volledig verlaten.
De oeratmosfeer lang niet zo
reducerend,
Samenstelling komt niet overeen
met de "ingrediënten" van Miller.
De vroegste atmosfeer zou vooral
bestaan hebben uit CO2 en H2

11. De oorsprong van het leven
door meteorieten en kometen, uit het heelal ?
Late heavy bombardment (3,9 miljard jaar geleden)
Kometen kunnen de jonge aarde hebben
voorzien van bouwstenen nodig voor het
ontstaan van leven,
grote hoeveelheden CO2 en waterdamp,
maar ook fragmenten van bestanddelen
voor de cruciale delen van de levende cel,
zoals fosfaatketens, basen en aminozuren

12. De oorsprong van het leven
In/bij vulkanische schoorsteen of ‘black smoker’ ?
onderzeese hydrothermale bron
Vulkanische schoorstenen,
onderzeese basische vulkanen
kunnen wel eens het milieu zijn
geweest waar de eerste primitieve
levensvormen zijn ontstaan .
Eerst chemosynthese ipv
fotosynthese:
Energie uit oxidatie van
waterstofsulfide uit de bodem

13. Darwin

14. Darwin’s reis van de Beagle (1831-1836)

15. De reis van Darwin met de Beagle , werd 180 jaar later
gevaren met de Stad Amsterdam, “ in de voetsporen van de Beagle”
Zie YouTube : impressie in de voetsporen van de beagle

16. Evolutietheorie
De drie evolutionaire basisprincipes (Darwin)
Variatie
Selectie
Erfelijkheid
en…?
Endosymbiose of Symbiogenese
(gaat met sprongen)
Epigenese
(Nature and Nurture)

17. Basis van het leven
• Al het leven op Aarde heeft dezelfde
basisstructuur in het DNA en gebruikt dezelfde
twintig aminozuren in eiwitten om de erfelijke
informatie die in het DNA ligt opgeslagen tot
uitdrukking te brengen

18. DNA
Watson en Crick 1953
Het woordenboek van het leven heeft 4
letters (basen): A T C G
A T en G C vormen basenparen in DNA
Woorden bestaan uit 3 letters, de codons
Deze coderen voor aminozuren in eiwitten
Er zijn 20 aminozuren
Chromosomen (DNA) in cel, mens 2x23
Chromosoom bevat de genen, die coderen
DNA van gen - RNA - ribosoom - eiwit
(eiwitexpressie)

20. Junk DNA?

21. DNA
Darwin voorbij
• Slechts 2,8% van DNA (exonen)
codeert met eiwitten (bij de mens)
• De rest speelt echter net als
donkere materie, belangrijke rol.
• Geen junk!
Nieuw inzicht:
Donker DNA samen met
omgevingsfactoren en gedrag
versnellen evolutie (epigenetica)
Darwin voorbij

22. De levensboom

23. De herziene levensboom
Symbiogenese

24. Symbiogenese
Chloroplast
Lichtgevoelige bacteriën
oorsprong van chlorofyl in plantencel
Mitochondriën, de energie centrale
van de eukaryote cel
hebben circulair DNA als bacterie
De evolutie gaat in sprongen, gebruikt haar omgeving

25. Het raadsel van de complexe cel
Eukaryote cel

26. Het raadsel van de complexe cel
Eukaryote cel
1 kernlichaampje
2 celkern
3 ribosomen
4 vesikel of blaasje
5 ruw endoplasmatisch
reticulum
6 golgi-apparaat
7 cytoskelet
8 glad endoplasmatisch
reticulum
9 mitochondriën
10 peroxisoom
11 cytoplasma
12 lysosoom
13 centrio

27. Het raadsel van Fotosynthese
• Twee fotosystemen, fotosysteem I en II
tweetrapsraket
nodig voor splitsen
van water in H en O2
en maken van
organische verbindingen
• Mangaancyclus belangrijk
oorsprong:
basische onderzeese vulkanen?
toekomstige energiebron (biomimicry)?
• Door bacteriën in plantencel geplant (symbiogenese)
• Leven kan niet zonder O2. Zuurstof respiratie zeer efficiënt
• Oorsprong? Mangaancyclus, bacteriën

28. Alice en de Red Queen
Het raadsel van seks, geslachtelijke voortplanting
- een loterij,
husselen van genen
- winnende combinaties ontbonden
- dubbel verlies, afval
- zelfzuchtige genen --> rommel
- kloneren voor bewaren van
gencombinaties vaak beste keuze
- kleurloze oninteressante wereld
+ genetische diversiteit
minder kwetsbaar
+ husselen van genen
nieuwe gunstige combinaties
eliminatie van ongunstige
+ nuttige innovaties
+ minder nakomelingen, 2x zo fit
+ Red Queen, blijven lopen
Nadelen: Voordelen:

29. Het raadsel van seks, geslachtelijke voortplanting
- een loterij,
husselen van genen
- winnende combinaties ontbonden
- dubbel verlies, afval
- zelfzuchtige genen --> rommel
- kloneren voor bewaren van
gencombinaties vaak beste keuze
- kleurloze oninteressante wereld
+ genetische diversiteit
minder kwetsbaar
+ husselen van genen
nieuwe gunstige combinaties
eliminatie van ongunstige
+ nuttige innovaties
+ minder nakomelingen, 2x zo fit
+ Red Queen, blijven lopen
+ Kleurrijke wereld
Nadelen: Voordelen:

30. Het raadsel van seks
Het is leuk ?

31. Het raadsel van seks
Handelen gedreven door driften (Freud)
Zegt iets van persoon

32. Het raadsel van beweging
Opkomst mobiliteit na Perm-Trias massa extinctie
95% (zee), 70% (land) van soorten stierf uit, 250 Mj geleden
Verspreiding mobiele organismen herschiep leven
Mobiliteit versnelde de evolutie (Red Queen)
Meer interactie
Actieve predatie
Landdieren
Gewervelde dieren
Ontstaan van bloemplanten
voordelen van seks, geslachtelijke voortplanting
In centrum van deze ontwikkelingen: spieren

33. Het raadsel van beweging
Myosine en actine, aquarel David Goodsell
“Uitvinding” van de spier
Myosine bindt zich aan actine
ATP drijft glijdende filamenten aan
Loslaten, zwaaien, slepen
als roeien met roeispanen, binden
Gemeenschappelijke voorouder
Gewervelde en ongewervelde dieren
600 M jaar geleden?
Talloze myosinen geëvolueerd
Actine is overal, ook in celskelet
Ook nog ander hoofdtype: kinesine

34. Het raadsel van zien
Kreeft
Kikker
Insect
Inktvis

35. Het raadsel van zien
• Toch zijn veel van de genen die de ogen opbouwen
bij ongewervelde en gewervelde dieren identiek
• 600 M jaar geleden ontstaan uit lichtgevoelige cel

36. Het raadsel van zien
• Oorsprong: lichtgevoelige cel met het pigment rodopsine
• Gemeenschappelijke voorouder
van de gewervelde en de ongewervelde dieren
• Besturing van kleine commissie van genen.
• Gewervelde en ongewervelde dieren kozen verschillende
“richtingen”, grote verschillen bv ogen mens en octopus
Vermoeden: ogen gewervelde dieren geëvolueerd uit oogvlek
als die van een lancetvis

37. Het raadsel van bewustzijn
• Neuraal Darwinisme
• Neuronen die samen
vuren vormen verbinding
• Ervaring selecteert
succesvolle combinaties
synapsis (συνάπσις) verbinding
• 240 Biljoen synapsen
240.000.000.000.000 !
Geest wordt van binnen uit vorm gegeven

38. Het raadsel van bewustzijn
Alles doet mee

39. Het raadsel van bewustzijn
Ander bewustzijn?

40. Het raadsel van bewustzijn

41. Kunstmatige evolutie
Evolutionaire productontwikkeling

42. Kunstmatige evolutie
Tomaten van Dik zijn mooier

43. Samenvatting
• De revolutie in denken over evolutie
kwam met Darwin
• Steeds meer evidentie, zonder echte “bewijzen”
• Steeds meer instrumenten voor begrip
paleontologie, ouderdomsbepaling, genetica
• Lijkt wel wetenschap,
puzzelstukken passen in elkaar, zelfs voorspellingen
• We stammen af van een eukaryote cel
• Evolutie is zeer complex
Er zullen altijd vragen blijven ????????

44. Raadsels van de evolutie
Bronnen:
Levenswerk, (Nick Lane, 2009)
Evolutie, triomf van een idee (Carl Zimmer, 2002)
NWT, Minispecial Genetica en Epigenetica, maart en juni 2011
Het grote wetenschapsboek, (Veen Media 2015)
Internet, Wikipedia en andere openbare bronnen
Evolutie, het enige intelligent design, Volkskrant, 18-06-2005
The meaning of evolution, Reconstruction of Darwin’s theory
Symbiose, acquiring genomes, Margulis and Sagan
New Scientist, december 2015
Vrij Nederland, november 2014
Proefschrift Arthur Eger TU Delft (2007)