Evolutie
Een van de belangrijkste wetenschappelijke ideeën die onze wereld heeft beïnvloed
Do you prefer the English version?
Het woord evolutie is afgeleid van het Latijnse werkwoord evolvere en betekent letterlijk “zich ontrollen”, “loswikkelen” of “afwikkelen”. Figuurlijk staat het voor “ontwikkeling”, en die betekenis is veruit de meest gebruikte. In het dagelijks taalgebruik is het woord vooral gekoppeld aan een biologische context.
In de biologische betekenis is evolutie de geleidelijke verandering van erfelijke eigenschappen in een populatie van levende wezens, van generatie op generatie. Een sleutelwoord daarbij is populatie: een individu evolueert niet, maar de samenstelling van eigenschappen van een groep verandert in de loop van vele generaties. Wat we vandaag “een soort” noemen, is een momentopname van een proces dat nooit stilstaat.
Het idee van een zich ontvouwende, veranderende natuur is voor het eerst grondig onderbouwd en beschreven door Charles Darwin. Zijn tijdgenoot Alfred Russel Wallace, eveneens een natuuronderzoeker, kwam onafhankelijk en parallel aan Darwin tot vrijwel dezelfde inzichten. De twee kenden elkaar, correspondeerden en stonden op goede voet. In 1858 werd hun werk gepresenteerd aan de Linnean Society in Londen, een jaar voordat Darwins On the Origin of Species verscheen. Ondanks dat Darwin eigenlijk het meest verbonden is geweest met de evolutietheorie en Wallace altijd een bescheiden rol heeft gehad (en geaccepteerd) in het wetenschappelijke circuit, is hun relatie altijd goed geweest, een fraai staaltje wetenschappelijke sportiviteit.
Waarom aandacht voor evolutie in het Relaxicon van RelaxMore.net?
De evolutietheorie is voor mij al van kinds af aan een boeiend onderwerp om over te lezen en van te leren. Daarnaast is het wat mij betreft niet mogelijk naar de natuur en naar mensen te kijken zonder je te verwonderen en je af te vragen hoe het zo heeft kunnen ontstaan. Niet vanuit een moeten weten of een drang om te begrijpen, maar werkelijk vanuit een open belangstelling.
Evolutiebioloog Theodosius Dobzhansky is het meest bekend om zijn beroemde uitspraak: “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”, niets in de biologie heeft betekenis, behalve in het licht van de evolutie. Helemaal mee eens!
Evolutie legt verbanden tussen alle informatie die biologen door de tijden heen hebben verzameld. Ze geeft samenhang aan het gedrag van salamanders tot mensen en van algen tot orchideeën. Zoals de filosoof Daniel Dennett het verwoordde: “Evolutie legt in één keer de verbinding tussen de domeinen van leven, zingeving en doel naar het domein van ruimte en tijd, oorzaak en gevolg, mechanisme en natuurwetten.”
Ik denk dan ook dat een groot deel van de problemen van deze tijd ten diepste veroorzaakt wordt door een gebrek aan verwondering en een losgezongen zijn van het gevoel van verbondenheid. We zijn vergeten dat we een onderdeel van de natuur zijn.
Daarom kom je dus op veel plekken op RelaxMore.net en in De Polyvagale Wereld verwijzingen tegen naar dit schitterende idee. Want ook ons zenuwstelsel, met al zijn lagen en vertakkingen, is een product van een lange evolutionaire geschiedenis. Wie wil begrijpen waarom een mens reageert zoals hij reageert, komt eerder vroeg dan laat uit bij de vraag waar die reacties vandaan komen en welke functie ze ooit hadden bij onze voorouders.
De biologie is de basis van de psychologie.
Stephen Porges
Het mechanisme van natuurlijke selectie
Darwins grote ontdekking was niet dat soorten veranderen (dat vermoedden anderen voor hem al), maar hoe dat gebeurt, zonder dat er een sturende hand aan te pas komt. Het mechanisme dat hij beschreef, natuurlijke selectie, berust op drie eenvoudige voorwaarden.
Ten eerste is er variatie. Geen twee individuen binnen een soort zijn precies gelijk. De ene haas loopt iets harder, de ene plant verdraagt iets meer droogte, het ene bacteriestammetje breekt een suiker net iets efficiënter af.
Ten tweede is een deel van die variatie erfelijk. Eigenschappen worden via het erfelijk materiaal doorgegeven aan het nageslacht. Nieuwe variaties ontstaan voortdurend door mutatie, kleine en in beginsel willekeurige veranderingen in het DNA, en door de herschikking van genen bij geslachtelijke voortplanting.
Ten derde laten niet alle individuen evenveel nakomelingen na (differentiële voortplanting). Wie in een bepaalde omgeving net iets beter uit de voeten kan, laat gemiddeld meer nageslacht na, en geeft daarmee zijn erfelijke eigenschappen vaker door.
Het resultaat volgt vanzelf: eigenschappen die in een gegeven omgeving voordeel opleveren, worden in de loop van generaties talrijker, en eigenschappen die nadelig zijn, worden zeldzamer. De omgeving “kiest” als het ware, niet bewust, maar simpelweg doordat sommige varianten beter overleven dan andere. Die voortdurende druk van de omstandigheden noemen we selectiedruk.
Het is hier verleidelijk om in doelgerichte taal te vervallen, alsof een diersoort “evolueert om” beter te overleven. Dat is misleidend. Er zit geen plan achter en geen streven naar een bepaald doel. De variatie ontstaat blind, en pas achteraf blijkt welke varianten het in een bepaalde omgeving beter deden. De richting die we achteraf menen te zien, is een patroon dat het proces opbouwt, geen bestemming waar het naartoe werkt.
En selectie is niet het hele verhaal. Een deel van de verandering berust op puur toeval, vooral in kleine populaties. Dit verschijnsel heet genetische drift: erfelijke varianten kunnen talrijker of zeldzamer worden zonder dat ze enig voordeel of nadeel opleveren, simpelweg omdat de loterij van wie zich voortplant nu eenmaal grillig is. Evolutie laat ruimte voor zowel selectie als toeval.
En er speelt nog een kracht mee die niet rechtstreeks met de omgeving te maken heeft: seksuele selectie. Hierbij draait het niet in de directe zin om overleven, maar om het vinden van een partner. Eigenschappen die de kans op voortplanting vergroten, kunnen zich verspreiden, zelfs als ze voor het overleven nadelig zijn. De zware, opzichtige staart van een pauw is er het bekende voorbeeld van: hij maakt het dier kwetsbaarder, maar wordt in stand gehouden omdat hij aantrekkingskracht heeft. Zo kan het voorkomen dat het ene voordeel, een grotere kans op nageslacht, op gespannen voet staat met het andere, namelijk een grotere kans om te overleven.
Wat Darwin nog niet kon weten
Darwin beschreef het mechanisme overtuigend, maar hij wist niet waaruit erfelijkheid bestond. Het werk van de monnik Gregor Mendel over erfelijke factoren bij erwten was in Darwins tijd al wel gepubliceerd, maar nog weinig gelezen. Pas in de eerste decennia van de twintigste eeuw werd Mendels genetica herontdekt en in de jaren dertig en veertig samengesmeed met Darwins selectietheorie tot wat de moderne synthese is gaan heten. Daarna, vanaf de ontrafeling van de structuur van het DNA in 1953, kreeg het verhaal een moleculaire onderbouwing die Darwin zich niet had kunnen voorstellen.
Het mooie is dat al dat latere bewijs Darwins kerngedachte niet omverwierp, maar bevestigde en verdiepte. We kunnen tegenwoordig in de letters van het DNA de verwantschap tussen soorten aflezen. Mens en chimpansee delen ongeveer 98 procent van hun erfelijk materiaal, en dat is precies wat je mag verwachten bij twee afstammingslijnen die nog maar zo’n 7 miljoen jaar geleden uit een gemeenschappelijke voorouder zijn ontstaan.
Een ander inzicht dat Darwin niet kende: de cellen waaruit wij bestaan, dragen zelf de sporen van een oeroude versmelting. De mitochondriën, de energiecentrales in onze cellen, stammen vrijwel zeker af van ooit vrijlevende bacteriën die meer dan een miljard jaar geleden door een grotere cel werden opgenomen en daar bleven. Deze theorie van endosymbiose, vooral bekend geworden door het werk van Lynn Margulis, betekent dat in elke cel van je lichaam een herinnering aan die oude samensmelting wordt meegedragen. Fascinerend!
Diepe tijd
Een van de moeilijkste dingen om werkelijk te bevatten, is de hoeveelheid tijd waarover dit alles zich afspeelt. De aarde is ongeveer 4,5 miljard jaar oud, en het eerste leven ontstond al rond 3,5 tot 4 miljard jaar geleden. Tegenover zulke getallen verbleekt elk menselijk voorstellingsvermogen. Wat onmogelijk lijkt binnen een mensenleven, wordt aannemelijk over duizenden, miljoenen en miljarden generaties. Evolutie heeft geen haast, en juist die onvoorstelbare hoeveelheid tijd is een van de stille hoofdrolspelers in het hele verhaal.
Het bewijs voor evolutie
Het bewijs voor evolutie groeit nog altijd, en het is nog nooit zo sterk geweest. Het bijzondere is dat het uit volkomen onafhankelijke hoeken komt en telkens hetzelfde beeld oplevert. Een paar van die bewijslijnen verdienen het om uitgelicht te worden.
Fossielen
De gesteentelagen bewaren een geordende opeenvolging van levensvormen, met overgangsvormen die de aansluiting tussen grote groepen laten zien. Een fraai voorbeeld is Tiktaalik, een fossiel van rond 375 miljoen jaar oud dat kenmerken van zowel vissen als de eerste landdieren combineert. Het bijzondere is dat onderzoekers op grond van de evolutietheorie voorspelden in welke laag en welk type gesteente ze zo’n overgangsvorm zouden moeten vinden, en daar vervolgens gingen zoeken. En ze vonden het! Een theorie die zulke voorspellingen mogelijk maakt, doet wat een goede theorie hoort te doen.
De vergelijkende anatomie
De lichaamsbouw van uiteenlopende dieren verraadt een gedeelde herkomst. Het skelet van een mensenarm, een vleermuisvleugel, een walvisflipper en een paardenbeen is opgebouwd uit dezelfde botten in dezelfde rangschikking, alleen telkens anders uitgewerkt. Zulke overeenkomst-door-afstamming noemen we homologie. Nog veelzeggender zijn de oneconomische omwegen die geen ontwerper zou kiezen, maar die wél te verklaren zijn als erfenis vanuit een ver verleden. Een prachtig voorbeeld, en eentje die dicht bij mijn eigen interesse in de nervus vagus ligt, is de nervus laryngeus recurrens. Deze tak van de tiende hersenzenuw loopt vanuit het hoofd naar beneden, vormt een lus onderin de borstkas om een grote slagader, en keert dan helemaal terug omhoog naar het strottenhoofd. Bij de mens is dat al een merkwaardige omweg, maar bij de giraffe beslaat diezelfde omweg enkele meters. Geen ingenieur zou een kabel zo leggen. Als erfenis van een visachtige voorouder, bij wie diezelfde zenuw nog een korte, rechte route had, vlak achter een van de kieuwboogslagaders langs, valt dit patroon volledig op zijn plaats.
De embryologie en de moleculaire biologie
Vroege embryo’s van zeer verschillende gewervelde dieren lijken opvallend op elkaar, en in het DNA van soorten lezen we een stamboom af die verbluffend goed overeenkomt met de stamboom die fossielen en anatomie suggereren.
Drie volstrekt verschillende bronnen, en telkens hetzelfde patroon van verbondenheid en verwantschappen.
Evolutie in onze eigen tijd
Misschien wel het meest overtuigende bewijs is dat we evolutie rechtstreeks kunnen waarnemen. Bacteriën die resistent worden tegen antibiotica zijn een dagelijks en zorgwekkend voorbeeld van selectie aan het werk. Op de Galápagos-eilanden hebben Peter en Rosemary Grant decennialang grondvinken gevolgd en gemeten hoe de gemiddelde snavelvorm van een populatie meetbaar veranderde in droge en natte jaren, soms binnen enkele generaties. En in een laboratorium volgt de bioloog Richard Lenski sinds 1988 een populatie van de bacterie E. coli, generatie na generatie. Na ruim twintig jaar, ergens rond de eenendertigduizendste generatie, ontwikkelde een van de lijnen het vermogen om een voedingsstof te benutten die zijn voorouders niet konden gebruiken. Evolutie vastgelegd terwijl ze plaatsvindt.
Dank aan Richard Dawkins, die onder andere in zijn prachtige boek Het grootste spektakel ter wereld precies deze bewijslijnen op meesterlijke wijze samenbrengt. Ik kan zijn hele boek hier natuurlijk niet overnemen, maar het is zeer de moeite waard om zelf aan te schaffen. Net als zijn andere werk overigens.
Convergentie, divergentie en exaptatie
Als je het leven van een afstand bekijkt, vallen er terugkerende patronen op in de manier waarop evolutie verloopt.
Soms drijven soorten met een gemeenschappelijke voorouder uiteen, omdat ze in verschillende omgevingen terechtkomen. Dat heet divergentie. De Galápagos-vinken, allemaal afstammend van één voorouderlijke soort, maar inmiddels met heel verschillende snavels, zijn hier een schoolvoorbeeld van.
Het omgekeerde komt ook voor. Soorten die helemaal niet nauw verwant zijn, ontwikkelen onafhankelijk van elkaar verbluffend gelijkende oplossingen voor hetzelfde probleem. Dat heet convergentie. Het oog van een inktvis en dat van een zoogdier lijken sterk op elkaar, terwijl hun gemeenschappelijke voorouder geen camera-oog had. Vergelijkbare omstandigheden, in dit geval een voordeel van scherp zien, leiden langs verschillende wegen tot vergelijkbare uitkomsten.
Bijzonder fascinerend, en bijzonder relevant voor het begrijpen van ons zenuwstelsel, is het verschijnsel exaptatie. Daarbij krijgt een eigenschap die ooit onder een bepaalde selectiedruk ontstond (of die aanvankelijk zelfs geen duidelijke functie had) in een later stadium een geheel nieuwe functie. Veren zijn het klassieke voorbeeld. Ze ontstonden vrijwel zeker niet voor het vliegen, maar dienden aanvankelijk waarschijnlijk voor warmte-isolatie of om te pronken, en werden pas veel later ingezet om te vliegen. De bouwstenen waren er al, en de evolutie zette ze opnieuw in voor iets anders. Dit patroon, waarin oude structuren een nieuwe rol krijgen, duikt telkens op wanneer we de geschiedenis van het zenuwstelsel proberen te begrijpen, en het is precies de reden dat het begrip exaptatie in een artikel elders op deze site uitgebreider aan bod komt.
Een paar hardnekkige misverstanden
Evolutie is een van de best onderbouwde theorieën in de hele wetenschap, en toch leven er taaie misverstanden over. Laat me er enkele even rechtzetten.
Evolutie is geen ladder en geen vooruitgang. Het beeld van een rij figuren die zich van een gebogen aap tot een rechtop lopende mens ontwikkelt (zie hierboven), is misleidend. Evolutie verloopt niet als een opmars naar een hoger doel, maar als een zich vertakkende struik. De mens is niet het eindpunt of de kroon van de schepping, maar één twijgje aan een onvoorstelbaar rijke boom, waarvan bacteriën, schimmels en planten net zo goed actuele takken zijn.
Evolutie streeft nergens naar. Evolutie heeft geen doel en geen voorzienigheid. Eigenschappen ontstaan zonder dat de toekomst daarin meespeelt. Dat we achteraf vaak een fraaie afstemming op de omgeving zien, betekent niet dat die afstemming werd nagestreefd.
En “survival of the fittest” betekent niet “de sterkste wint”. Met “fit” wordt niet kracht of gezondheid bedoeld, maar de mate waarin een individu in zijn specifieke omgeving nageslacht weet na te laten. Soms is samenwerken, klein blijven of onopvallend zijn de meest succesvolle strategie. Het gaat om passendheid bij de omstandigheden, niet om brute kracht. De “meest aangepaste” overleeft dus.
Evolutie is niet “maar een theorie”. In het dagelijks taalgebruik betekent “theorie” zoiets als een gok of een vermoeden, en in die zin wordt evolutie soms weggezet als slechts een mening naast andere. In de wetenschap betekent het woord juist het tegenovergestelde: een theorie is een samenhangend verklaringskader dat door een berg aan bewijs uit talloze richtingen wordt gedragen en dat keer op keer met succes is getoetst. Zwaartekracht is in die zin ook “maar een theorie”. Evolutie is geen losse veronderstelling, maar een van de best onderbouwde verklaringen die de wetenschap kent.
Evolutie staat niet noodzakelijkerwijs tegenover geloof. De tegenstelling tussen evolutie en religie wordt vaak scherper voorgesteld dan ze is. Talloze biologen zijn gelovig, en veel geloofsgemeenschappen aanvaarden de evolutietheorie zonder enige moeite. De wrijving die soms oplaait, gaat niet over wetenschap tegenover geloof als zodanig, maar over evolutie tegenover een strikt letterlijke lezing van een scheppingsverhaal. Evolutie verklaart het hoe, niet het waartoe. Wie van haar eist dat ze ook het laatste beantwoordt, vraagt iets waarvoor ze nooit bedoeld was, en wie haar afwijst omdat ze dat niet doet, verwijt haar iets wat ze nooit heeft beloofd.
Tree of life
De stamboom van het leven brengt al deze verwantschappen in beeld als één grote, vertakkende structuur, zoals je in deze twee voorbeelden kunt zien.
Voor meer mooie afbeeldingen, zie Wikipedia.
Woordenlijst
Adaptatie
Een erfelijke eigenschap die door natuurlijke selectie is gevormd en die in een bepaalde omgeving voordeel oplevert. Het woord wordt ook gebruikt voor het proces waarin zo’n eigenschap ontstaat. Belangrijk: een adaptatie is afgestemd op de omstandigheden waarin ze in het verleden is gevormd, en hoeft daardoor niet perfect te passen bij de huidige omgeving.
Analogie
De uitkomst van convergentie: een overeenkomst tussen eigenschappen van soorten die niet berust op gemeenschappelijke afstamming, maar op onafhankelijke aanpassing aan vergelijkbare omstandigheden. Analogie is dus een eigenschap van de vergelijking, iets dat je vaststelt wanneer je twee soorten naast elkaar legt. De vleugel van een insect en die van een vogel zijn analoog: ze dienen hetzelfde doel maar hebben een verschillende oorsprong. Het tegenovergestelde begrip is homologie, waarbij de overeenkomst juist wél op gemeenschappelijke afstamming berust.
Convergentie
Het proces dat tot analogie leidt: niet of nauwelijks verwante soorten ontwikkelen onafhankelijk van elkaar gelijkende eigenschappen, doordat ze met vergelijkbare uitdagingen te maken krijgen. Waar analogie de uitkomst beschrijft, beschrijft convergentie de weg ernaartoe. Het camera-oog van inktvis en zoogdier is hiervan een voorbeeld: twee keer onafhankelijk een vergelijkbaar oog, vanuit een voorouder die dat nog niet had.
Divergentie
Het uiteengroeien van soorten of populaties die een gemeenschappelijke voorouder delen, doordat ze in verschillende richtingen veranderen. Vaak het gevolg van het bewonen van verschillende omgevingen.
Exaptatie
Het verschijnsel waarbij een eigenschap die oorspronkelijk onder een andere selectiedruk ontstond (of aanvankelijk geen duidelijke functie had) later voor een nieuwe functie wordt ingezet. Veren, vermoedelijk eerst voor isolatie en later voor de vlucht, zijn het klassieke voorbeeld. De term werd in 1982 voorgesteld door Stephen Jay Gould en Elisabeth Vrba. Lees meer in dit artikel.
Fylogenie
De evolutionaire geschiedenis en de verwantschapsrelaties van een groep organismen, vaak weergegeven als een vertakkende stamboom (fylogenetische boom). Het bestuderen ervan helpt ons te reconstrueren hoe soorten met elkaar samenhangen.
Genetische drift
Verandering in de frequentie van erfelijke varianten in een populatie door puur toeval, los van enig voordeel of nadeel. Het effect is het sterkst in kleine populaties en herinnert eraan dat niet alle evolutie door selectie wordt gedreven.
Homologie
Overeenkomst tussen eigenschappen die wél berust op gemeenschappelijke afstamming, ongeacht of de functie nog dezelfde is. De botten in een mensenarm, een vleermuisvleugel en een walvisflipper zijn homoloog. De tegenhanger van analogie.
Mutatie
Een verandering in het erfelijk materiaal (DNA). Mutaties ontstaan in beginsel willekeurig en vormen de uiteindelijke bron van alle nieuwe erfelijke variatie. De meeste zijn neutraal of nadelig, een kleine minderheid blijkt voordelig in een gegeven omgeving.
Natuurlijke selectie
Het kernmechanisme van evolutie: doordat erfelijke varianten verschillen in de mate waarin ze nageslacht mogelijk maken, worden voordelige varianten in een bepaalde omgeving over generaties talrijker en nadelige zeldzamer. Er wordt dus geen bewuste keuze gemaakt, maar het is een gevolg van een al dan niet groter voortplantings- en overlevingssucces.
Parallele evolutie
Het onafhankelijk ontwikkelen van gelijkende eigenschappen bij soorten die wél verwant zijn en van een vergelijkbaar uitgangspunt vertrekken. Verwant aan convergentie, maar met het accent op de gedeelde uitgangssituatie van waaruit de soorten in dezelfde richting veranderen. Een sprekend voorbeeld zijn de Anolis-hagedissen van de Caribische eilanden: op Cuba, Hispaniola, Jamaica en Puerto Rico ontstonden uit verwante voorouders telkens opnieuw dezelfde lichaamstypen, elk afgestemd op dezelfde leefplek, van slanke twijgbewoners tot gedrongen stambewoners. Nog treffender is de driedoornige stekelbaars: zeepopulaties die na de laatste ijstijd zoetwatermeren introkken, verloren keer op keer onafhankelijk hun benige pantserplaten, vaak via veranderingen in hetzelfde gen. Dat laatste, dezelfde uitkomst langs dezelfde genetische weg, is nu juist wat parallelle evolutie het scherpst onderscheidt van de bredere convergentie.
Seksuele selectie
Een bijzondere vorm van selectie waarbij niet de omgeving bepaalt welke varianten doorkomen, maar de partnerkeuze en de concurrentie om partners binnen de soort zelf. Seksuele selectie kan eigenschappen in stand houden die voor het overleven niet helpend zijn, zolang ze de kans op voortplanting maar vergroten. De zware, opvallende staart van een pauw is het bekende voorbeeld. Overleven en voortplanten stellen soms verschillende eisen aan een dier.
Selectiedruk
De invloed die de omgeving (denk aan klimaat, voedselaanbod, roofdieren of ziekteverwekkers) uitoefent op welke erfelijke varianten beter overleven. Sterke selectiedruk kan evolutionaire verandering versnellen.
Uitsterven
Het volledig verdwijnen van een soort of grotere groep, doordat de laatste individuen sterven zonder nageslacht na te laten. Uitsterven is geen uitzondering, maar de regel: verreweg de meeste soorten die ooit hebben bestaan, zijn inmiddels verdwenen. Het is daarmee een vormende kracht in de evolutie, want het snoeit voortdurend takken weg uit de stamboom van het leven. Soms gebeurt dat geleidelijk, soms in korte, heftige golven die we massa-extincties noemen. Zulke gebeurtenissen ruimen niet alleen op, ze maken ook ruimte: na het verdwijnen van de dinosauriërs konden de zoogdieren zich pas werkelijk ontplooien.
Dit artikel maakt deel uit van het Relaxicon op RelaxMore.net.
Als je dit artikel lezenswaardig vond en (nog) geen betaald abonnement wilt, mag je me ook trakteren op een cappuccino!
