Dyrs opprinnelse: tusenvis av nye gener trengs

Banebrytende artikkel viser at tusenvis av nye gener trengs for dyrenes opprinnelse
Evolution news; 7. juni 2018
Bilde 1: Waptia fieldensis, av Verisimilus på engelsk Wikipedia [ GFDL, CC BY 2.5, CC BY 2.5, GFDL eller CC-BY-SA-3.0 ], via Wikimedia Commons.

Oversatt herfra.

En dag kan vi bli lei av å bli bekreftet. Men ikke enda! Günter Bechly diskuterte nylig en ny artikkel som bekreftet Stephen Meyers påstander i ‘Darwins Doubt’ –her; om at leddyr oppstod brått i den kambriske eksplosjonen, uten evolusjonære forløpere i pre-kambrisk tid. En annen nylig banebrytende artikkel i ‘Nature Communications’ har også gitt massiv bekreftelse på Meyers argumenter i boka, at nye gener var påkrevd ved opprinnelsen til dyr, –her.

En ukontroversiell ide?
Enten du er en evolusjonær biolog eller en talsmann for intelligent design, kan tanken om at dyrenes opprinnelse krever nye gener – til og med mange nye gener – slå deg som ukontroversiell. Men denne påstanden ble sterkt utfordret av UC Berkeley evolusjons paleontolog Charles Marshall som gjennomgikk ‘Darwins Doubt’ i tidsskriftet Science –her. Det ble faktisk et hovedpunkt i debatten mellom Marshall og Meyer om den kambriske eksplosjonen. (For svar til Marshall, se herherherherher.)

Her er substansen av Marshalls motargument, som det ble publisert i Science:
–Hans [Meyer’s] sak mot nåværende vitenskapelige forklaringer om dyrerekkers relativt raske oppdukking, hviler på påstanden om at opprinnelsen til nye dyrekroppsplaner krever enorme mengder ny genetisk informasjon kombinert med den ubegrunnede påstanden om at denne nye genetiske informasjonen må inkludere mange nye proteinfolder. Faktisk indikerer vår nåværende forståelse av morfogenese (‘utvikling av form og struktur hos en organisme, eller deler av en organisme i løpet av organismens livshistorie’) at nye dyre-rekker ikke ble fremstilt av nye gener, men i stor grad fremstilt ved omlegging av gen-regulatoriske nettverk (GRN) fra allerede eksisterende gener (1).

Marshall stoppet ikke der. Han gikk videre og sa at Meyer har en “idiosynkratisk fiksering med nye proteinfoldninger” og “en utdatert forståelse av morfogenese” – alt på grunn av Meyers angivelig unøyaktige påstander om at Kambrium-eksplosjonen ville ha krevd opprinnelsen til mange nye gener. Nå er det dette den nye artikkelen, “Reconstruction of the ancestral metazoan genome reveals an increase in genomic novelty,” gir en direkte tilbake-visning av Marshalls insistering på at opprinnelsen til dyr ikke krever mange nye gener; se her.

Fra artikkelen:
–Nylige studier viser at mange gener som vanligvis er assosiert med metazoaner(alle dyr -utenom svamper) -funksjoner, faktisk pre-daterer selve dyrene, og støtter funksjonelt samvalg av “unicellulære gener” under dannelse av metazoaner.
Imidlertid har ikke rollen til genom-nyheter i dyrs opprinnelse, blitt fullstendig evaluert. Vi hypotetiserer at genomisk nyhet hadde stor innflytelse i denne overgangen, spesielt med biologiske funksjoner som er kjennetegn ved dyrs multi-cellularitet (genregulering, signalering, celle-adhesjon og celle-syklus). Her søker vi en komparativ genomisk tilnærming ved hjelp av sofistikerte metoder, nyutviklede programmer, og en omfattende taksonomisk sampling. Rekonstruksjonen av forfedre genomet til den siste stamfaren viser et sett med biologiske funksjoner som ligner på andre eukaryote forfedre, samtidig som de avslører en uventet utvidelse av gen-diversitet. Disse analysene markerer også 25 grupper av gener som bare finnes hos dyr som er sterkt opprettholdt i alle sine genomer, med essensielle funksjoner knyttet til dyrs multi-cellularitet.

De konkluderer med at “mange nye” gener var nødvendige under dyrenes opprinnelse:
–Dermed viste det første dyre-genomet ikke bare en høyere andel av nye HG [Homologe Grupper], men disse utfører også store multicellulære funksjoner i det moderne bananflue-genet. Implikasjonen er at overgangen ble ledsaget av en økning av genomisk innovasjon, inkludert mange nye, divergerende og deretter allestedsnærværende gener som koder for regulatoriske funksjoner, assosiert med dyrs multi-cellularitet.
Disse “HomologGruppene” (HG-ene) er akkurat det de høres ut som – grupper av gener som er like. En “ny HG” er en gruppe gener som finnes i dyr eller bestemte grupper av dyr som ikke eksisterer andre steder. Dette indikerer at disse gruppene av gener var nødvendige for at disse dyrene kunne eksistere.

En åpen artikkel; Sjekk den ut
Hvor mange nye HGs (og gener) snakker vi om? Artikkelen er åpen og leserne kan enkelt se at Figur 1 viser at mens 1189 HG er nødvendige for opprinnelsen til Metazoa (multicellulære organismer med differensiert vev), da man beveger seg lenger opp dyretreet, er hundrevis, om ikke tusenvis, av nye tilleggs-HGer påkrevet:
For opprinnelsen til Eumetazoa (svamper + planulozoa + bilateria), kreves 494 nye HG-er.
For opprinnelsen til Planulozoa (ctenophores, placozoans, cnidarians + bilaterians), er det nødvendig med 1201 nye HGer.
For opprinnelsen til Bilateria (dyr med tosidig symmetri – en venstre og en høyre side), er det nødvendig med ytterligere 1580 HGer! Ifølge figur 2 innebærer om lag 16 prosent av det bilaterale genomet nye HGer!

Ikke rart, siterer en kommentar fra artikkelens hovedforfatter på The Conversation –her, “et utbrudd av nye gener” knyttet til opprinnelsen til dyrene:
–Vi oppdaget at det første dyret hadde et eksepsjonelt antall nye gener, fire ganger mer enn andre forfedre. Dette betyr at utviklingen av dyr ble drevet av et utbrudd av nye gener, som ikke var sett i utviklingen av deres encellede stamfedre.

Enkel metode
Metoden som brukes av artikkelen er relativt enkel. Det sammenlignet gjennomene av moderne dyr for å bestemme hvilke gener de deler sammen. Dette ble deretter brukt til å bestemme hvilke gener som var tilstede i genomene av de formodede felles forfedre til forskjellige dyregrupper. Ved å sammenligne de vanlige genene som deles på forskjellige nivåer i det animalske taksonomiske hierarkiet, kunne de bestemme hvor mange nye gener som måtte dukke opp i ulike stadier av dyrenes evolusjon.
Selvfølgelig antar artikkelens forfattere at disse organismene deler felles forfedre og utviklet seg ved Darwinistisk naturlig utvalg – ideer som utfordres av dyrets plutselige utseende i Kambrium-perioden –her og av eksperimentelt arbeid som viser vanskeligheten ved å utvikle nye gener ved standard darwinistiske-mekanismer av tilfeldig mutasjon og blindt, naturlig utvalg. Men med hensyn til artikkelens påstand om at mange nye gener ble krevd under dyrenes opprinnelse, er argumentasjonen forsvarlig, og det viser endelig at tusenvis av nye gener ville ha vært nødvendige for opprinnelsen til dyr. Marshall tok feil.

Det var ikke bare i tidsskriftet Science at Marshall angrep Meyer om dette emnet. Han sa mye det samme i en radio debatt mot Meyer. I vår ” Listener’s Guide to the Meyer-Marshall Radio Debate ” –her, forklarte vi hva som skjedde:
–Under debatten forsterket Marshall dette argumentet ved å hevde at Meyers argument forutsatte en utdatert “1980-modell av måten gener opererer på”, og at hans bok “konfronterte et annet sett av problemer som linker tilbake til en eldre alder.” Ifølge Marshall, tror biologer ikke lenger at bygging av ulike former for kambrske dyr ville kreve utvikling av nye gener (eller i det minste mange nye gener). I stedet hevdet Marshall igjen at nye kroppsplaner kunne genereres ved å omdanne nettverk av allerede eksisterende gener, spesielt de som er en del av utviklings-genreguleringsnettverkene (dGRNs) som styrer timingen og uttrykket av eksisterende gener under dyrets utvikling. Marshall påpekte at dyr har langt færre gener enn vi en gang hadde forventet, og at i dag er det tenkt at “dyr bruker i det vesentlige samme gener, bare anvendt litt annerledes.” Ved å endre distribusjonen av disse genene, ved å omdanne deres dGRNs, mener Marshall at nye kroppsplaner kan oppstå.

Det er verdt å merke seg at gjennom hele debatten, imøtekommer ikke Meyer Marshalls påstand om at nye gener ikke er nødvendige. I stedet hevdet han at selv om vi antar for argumentets skyld at Marshall har rett, i at nye gener ikke er nødvendige for å bygge dyr, løser det ikke problemet fordi omlegging av dGRN-ene fortsatt krever mye input av informasjon.

Dobbeltsidige informasjonsproblemer

I den forbindelse viser det nye Nature Communications- artikkelen at Marshalls evolusjonære synspunkt står overfor informasjonsproblemer på to fronter. Figur 2c –her, indikerer at langt de største klassene av nye gener i metazoaner er relatert til generering av nukleinsyre-bindende proteiner og transkripsjonsfaktorer. Dette antyder at det ikke bare var mange nye gener som trengtes ved opprinnelsen til metazoaner, men de nye genene hadde dyp innflytelse på genregulering – dvs. de var involvert i omlegging av GRNs.
Således hadde både Meyer og Marshall rett i at dGRNs måtte kobles for å bygge dyr – men de hadde rett på den mest ødeleggende måten for darwinismen, nemlig at omleggingen av dGRNS var formidlet av helt nye gener. Artikkelens demonstrasjon om at tusenvis av nye gener ville ha vært påkrevd under dyrenes opprinnelse, er intet mindre enn en spektakulær bekreftelse av Meyers perspektiv på dette spørsmålet, og en sterk falsifisering av Marshalls synspunkt.

Tager: DyrDarwins DoubtG. Bechly;Kambriske nyheterkroppsplanersymmetriske dyr (bilateria);
paleontologi;

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund