Molekylärbiologi

Är icke-kodande DNA funktionellt?

”Att flera alternativa egenskaper kan vara kodade i samma genuppsättning, och sedan slås på eller av efter behov, är en relativt ny upptäckt. De genetiska mekanismer som styr detta verkar använda det man förut trott var icks-funktionellt DNA, eller sk ”skräp-DNA”. Naturligtvis är dessa upptäckter helt förenliga med tanken på en Skapare som skapat människan fullt färdig från början, och med förbluffande ingenjörskonst givit henne möjlighet att anpassa sig till olika miljöer. Däremot lämnar den evolutionslärans stora fråga fortfarande obesvarad: Varifrån kom informationen från början?” [G1]

Svar

Arvsmassan hos djur och växter innehåller långa DNA-avsnitt som inte innehåller någon specifik information, s.k. icke-kodande DNA.[#1] Hos människor och däggdjur utgör icke-kodande DNA merparten av arvsmassan (>90%), dessa avsnitt har dock betydelse som råmaterial för evolutionära förändringar av arvsmassan. Då de icke-kodande avsnitten är mycket lika mellan närbesläktade arter (>98% identiskt mellan människa och schimpans) utgör de evidens för evolutionen. Att icke-kodande DNA verkligen saknar funktion stöds av ett flertal observationer:

× de icke-kodande delarna kan tas bort eller bytas ut mot slumpmässiga sekvenser utan att påverka organismen.

× de icke-kodande delarna förändras mycket snabbare än gener under evolutionen.

× de icke-kodande delarna innehåller kopior av parasitiskt DNA (repeterade segment och transposoner).

× vissa djurarter har betydligt mindre icke-kodande DNA än andra, t.ex. blåsfisken Takifugu rubripes, broskfisken australisk plognos och däggdjuret indisk muntjak. Man har inte kunnat observera att detta medför negativa konsekvenser för organismen.

I djurs och växters arvsmassa finns också mängder av gener som har blivit icke-funktionella p.g.a. skadliga mutationer, s.k. pseudogener.[#2] I människans arvsmassa finns ca. 20.000 pseudogener och ca. 25.000 fungerande gener. Det faktum att generna är förstörda på exakt samma sätt i olika djurarter tyder på att de skadliga mutationerna inträffat i den gemensamma föregångaren och sedan ärvts till de ny arterna. Pseudogener utgör därför ett mycket starkt bevis för evolutionen.[#3] [T1] [V1] [W1] [W2]

Noter

[#1] Det har dock visat sig att en mycket liten andel av icke-kodande DNA har biologiska funktioner (ca. 4% av människans totala arvsmassa).

[#2] Vissa pseudogener har dock regulatoriska funktioner.

[#3] För de senaste rönen om icke-kodande DNA se Prof. Dan Larhammars artikel.

 

Tillför mutationer inte ny information?

”Det finns olika typer av resistens hos bakterier. Gemensamt för dem alla är att det inte skapas någon ny genetisk information. Ibland tillförs den fientliga bakterien information utifrån vilket gör den resistent. Och ibland försvinner en bit information från bakteriens DNA-sträng, vilket gör att den inte längre kan angripas av antibiotikan. Resistens uppstår alltså genom flyttning eller minskning av genetisk information. Och naturligtvis kan inte dessa processer öka DNA-informationen, oavsett hur många miljoner år man håller på!” [G2]

Svar

Mutationer kan både öka och minska informationsmängden i ett genom, detta har verifierats både experimentellt samt med datorsimuleringar. En mekanism som har visat sig mycket viktig för tillkomsten av ny information är genduplikationer (figur 1). Vid en genduplikation inkluderas en eller flera kopior av samma gen i arvsmassan. Kopiorna kan därefter förändras genom slumpvisa mutationer utan att individen förlorar sin livsduglighet. Genom att på detta sätt ansamla mutationer får kopian nya funktioner. Förändrade genkopior har bl.a. givit upphov till det adaptiva immunsystemet, anti-frysproteiner, smakreceptorer och färgseende. Extra genkopior kan också öka produktmängden och därmed ge en evolutionär fördel, t.ex. grövre skelett, kraftigare extremiteter, längre fenor, etc. Genkopiorna kan även möjliggöra differentierad användning av de olika kopiorna i olika organ och vid olika tidpunkter. Konkreta exempel finns på alla dessa mekanismer.[#4] [T2] [V2] [V3] [V4] [W3]

Noter
[#4] Anders Gärdeborn måste ha drabbats av en total kortslutning då han skrev detta ”svar”. Å ena sidan konstaterar han att ”[i]bland tillförs den fientliga bakterien information utifrån”,[G2] å andra sidan att ”(…) dessa processer [inte kan] öka DNA-informationen”.[G2] Om något tillförs information borde väl informationsmängden öka!

 

Figur 1: En kromosom före och efter att genduplicering skett. Det blå området är den sekvens som kopierats. Kopian kan därefter förändras utan att individen förlorar sin livsduglighet.

 

Är alla mutationer skadliga?

”Mutationer leder nästan undantagslöst till en försämring av organismen som i sin tur oftast leder till att den på något sätt blir funktionshindrad, steril eller t o m dör. Det finns sällsynta fall av ‘positiva’ mutationer men dessa har aldrig kunnat bevisats ha någon betydelse för evolutionen. Dessa ‘positiva’ mutationer är antingen återmutationer från ett sjukt tillstånd till ett normalt, eller också har de bieffekter som är skadliga och t o m dödliga för organismen.” [CH1]

”Av dessa utgör fördelaktiga mutationer en bråkdel; 90 – 95 % av alla mutationer är skadliga, 5 – 10% påverkar organismen varken i positiv eller negativ riktning. De ytterst få observerade fördelaktiga mutationerna har aldrig tillfört information i arvsmassan vilket krävs för makroevolution – de har bara förändrat den befintliga informationen vilket också innebär att arvsmassan till slut tappar information. I sin bok ”Not By Chance” utmanar Lee Spetner samtliga evolutionister genom att be dem presentera ett enda exempel där en mutation har tillfört information i arvsmassan.” [CH1]

Svar

Den stora majoriteten av mutationer är neutrala, ofta är de dock skadliga och mera sällan fördelaktiga för avkomman.[#5] Om mutationerna är skadliga eller fördelaktiga är dock irrelevant, det viktiga är att de åstadkommer variation inom arten. Denna variation bearbetas och ges riktning av det naturliga urvalet. Under denna process kommer fördelaktiga mutationer att öka i frekvens på grund av att de gör sina bärare mer framgångsrika i att producera avkomma, medan de som är skadliga av motsvarande anledning mer eller mindre snabbt kommer att försvinna ur populationen. Man har kunnat visa att det räcker med ett övertag på endast några promille för att en fördelaktig gen, inom ett förbluffande litet antal generationer, skall fixeras i populationen och bli nästan allenarådande. Några exempel på sådana fördelaktiga mutationer:

× resistens mot bekämpningsmedel hos skadedjur.

× inom växtförädlingen har man drivit fram resistenta växter.

× resistens mot läkemedel hos bakterier och virus.

× vissa bakterier har utvecklat förmågan att metabolisera nylon.

× resistens mot AIDS hos människor.

× resistens mot hjärtsjukdomar hos människor.

× starkare benstomme hos människor. [E1] [T3] [W4] [W5] [Ö1]

Noter

[#5] Faktum är att Christer Holmdahls argument motsäger ett annat vanligt argument; att evolutionsteorin skulle strida mot termodynamikens andra huvudsats. Så här skriver Paul Davies i Det femte undret: Sökandet efter livets ursprung och mening: ”Den andra huvudsatsen kan också tillämpas på biologisk evolution. Uppträdandet av en ny art signalerar en ökad ordning, men Darwins teori identifierar det pris som måste betalas för att detta ska uppnås. Att utveckla en ny art kräver många mutationer, varav den överväldigande huvuddelen är till skada och sållas bort av det naturliga urvalet. På varje framgångsrik överlevande mutant går det tusentals misslyckade döda. Det naturliga urvalets manspillan motsvarar en väldig ökning av entropin, som mer än väl kompenserar den vinst den framgångsrika mutanten representerar.” [Ö2]

 

Är mutationer sällsynta?

”Mutationshastigheten är väldigt låg (…).” [CH1]

Svar

Att mutationshastigheten är låg är irrelevant. Det som gör evolutionen möjlig är det faktum att många olika mål är tänkbara, att varje generation organismer består av ett mycket stort antal individer samt positiv selektion. Detta kan illustreras med ett litet matematiskt exempel signerat Dan Larhammar: Låt oss anta att mutationshastigheten är fem basutbyten per miljard nukleotider per år (5 · 10-9 per nukleotid per år).[#6] I en population på 10.000 (104) individer har på 1 miljon (106) år varje nukleotid i arvsmassan förändrats 5 · 10-9 · 104 · 106 = 50 gånger, d.v.s. det finns 50 chanser per miljon år och nukleotid att selektera fram en förändring. Detta är mer än tillräckligt för att ge upphov till stora makroevolutionär förändringar. [E1] [V2] [V5] [Ö3]

Noter

[#6] Detta är ett blygsamt värde på mutationshastigheten.

 

Motbevisar ”Haldanes dilemma” evolutionsteorin?

”Även om en fördelaktig mutation överlever måste samtliga organismer som inte bär denna mutation elimineras (dö) för att mutationen ska kunna etableras i en population. På engelska kallas detta för ‘the cost of substitution’ (ung. ‘priset för ersättandet’). Mängden av de ersättningar som kan förekomma under en viss, given tid blir därför begränsade. Denna princip har kommit att kallas för ‘Haldanes dilemma’, efter J.B.S. Haldane som var en ledande evolutionist. Han ville att evolutionen skulle fungera, men han kunde inte komma förbi detta dilemma. (…) Haldane’s dilemma är fundamentalt enkelt. Vem som helst kan förstå det. Vem som helst kan med en penna som det enda hjälpmedlet göra sina egna beräkningar. Enkla datorsimuleringar har visat på problemet så evolutionisterna kan inte påstå att de inte känner till detta. Ändå har de varit undvikande och inte låtsas om problemet. Få människor har ens hört talats om Haldanes dilemma och genetiker kan inte erbjuda någon enhetlig lösning. Haldane’s Dilemma kan inom vetenskapen betecknas som en stor skandal.” [CH1]

Svar

Haldanes dilemma formulerades 1957 av den brittiske genetikern och evolutionsbiologen J.B.S. Haldane (1892-1964). (figur 2) Enligt dilemmat befinner sig varje organismpopulation, p.g.a. mutationer, alltid en bit ifrån optimal Darwinsk medelfitness, d.v.s. optimal förmåga att överföra sina gener till nästa generation. För att nå optimum behövs det selektion och enligt Haldanes modell krävs det att många fler individer dör i varje generation än det faktiskt finns. Om dilemmat vore sant skulle evolution genom naturligt urval vara omöjligt. Modellen innehåller dock ett antal orimliga antaganden, bl.a. att individens totalfitness är multiplikativt över loci. Det är korrekt att varje locus (= läget för en viss gen på en kromosom) påverkar individens fitness, att totalfitness inte kan vara multiplikativt över loci visades dock redan på 1930-talet. Haldane antog också att det fanns en optimal genotyp av alla tänkbara genotyper. Professor Warren Ewens har dock tydligt visat att någon sådan kan man inte förvänta sig. Utifrån Ewens mer realistiska antaganden behöver den mest optimala genotypen i populationen (alltså inte den mest optimala av alla tänkbara) producera ca. 2 ungar per generation för att populationen skall vara konstant. Utöver detta finns det ytterligare ett antal orealistiska antaganden, bl.a. om populationsdynamik samt hur selektionen verkar, som har medfört att Haldanes modell numera är avförd från dagordningen. Haldanes dilemma är alltså inte någon ”stor skandal”[CH1] utan ett problem som fått en bra lösning. Att genetikerna har varit ”(…) undvikande och inte låtsas om problemet”[CH1] är därmed en ren lögn! [W6] [W7] [Ö4]

 

Figur 2: Genetikern och evolutionsbiologen J.B.S. Haldane (1892-1964).

 

Erkännanden

Stort tack till Prof. Dan Larhammar för hjälpen med ”icke-kodande DNA”!

Stort tack till Prof. Mats Björklund för hjälpen med ”Haldanes dilemma”!

 

Referenser

Christer Holmdahl

[CH1] C. Holmdahl, Evolutionen, Christer Holmdahls hemsida (2007-05-24)

EvoWiki

[E1] Most mutations are harmful, EvoWiki (2007-05-26)

Genesis FAQ

[G1] A. Gärdeborn, Vilken hudfärg hade Adam och Eva? Hur uppkom de andra hudfärgerna?, Genesis FAQ (2006-10-02)

[G2] A. Gärdeborn, Är inte resistens hos bakterier exempel på hur nya positiva egenskaper tillkommer genom mutationer?, Genesis FAQ (2007-05-10)

Talk Origins

[T1] ”Junk” DNA is not really junk, Talk Origins (2007-02-17)

[T2] Mutations do not add information, Talk Origins (2007-05-11)

[T3] Most mutations are harmful, Talk Origins (2007-05-26)

VoF

[V1] D. Larhammar, Molekylärgenetiska evidens för evolution, Dan Larhammars hemsida (2006-10-21)

[V2] D. Larhammar, Svar på Göran Schmidts insändare i Biologen 3/02, Dan Larhammars hemsida (2007-05-10)

[V3] D. Larhammar, Schmidt har grovt missförstått evolutionen, Dan Larhammars hemsida (2007-05-10)

[V4] M. Rasmuson, Deism mot darwinism, Folkvett nr. 1/2006

[V5] D. Larhammar, Schmidts evolutionskritik är pseudovetenskaplig, Dan Larhammars hemsida (2007-06-17)

Wikipedia

[W1] Pseudogen, Svenska Wikipedia (2007-05-12)

[W2] Junk DNA, Wikipedia (2007-05-12)

[W3] Genduplikation, Svenska Wikipedia (2007-05-11)

[W4] Evolution, Svenska Wikipedia (2007-05-26)

[W5] Mutation, Svenska Wikipedia (2007-05-25)

[W6] J.B.S. Haldane, Svenska Wikipedia (2007-06-11)

[W7] Haldane’s dilemma, Wikipedia (2007-06-11)

Övrigt

[Ö1] Compact 99, Bonnier Lexikon

[Ö2] Paul Davies, Det femte undret: Sökandet efter livets ursprung och mening, Prisma (2000)

[Ö3] Privat korrespondens med Dan Larhammar, professor i molekylär cellbiologi vid Biomediciniskt Centrum.

[Ö4] Privat korrespondens med Mats Björklund, professor i zooekologi vid Evolutionsbiologiskt Centrum.

Bilder

Figur 1: Gene-duplication (modifierad), Wikimedia Commons (2007-05-10)
This work is in the public domain in the United States because it is a work of the United States Federal Government under the terms of Title 17, Chapter 1, Section 105 of the US Code.

Figur 2: J.B.S. Haldane, Wikipedia (2007-05-10)
This image is in the public domain in the United States. In most cases, this means that it was first published in the United States prior to January 1, 1923 (see the talk page for more cases). Other jurisdictions may have other rules, and this image might not be in the public domain outside the United States.

/Johan Karlsson

Kommentarer inaktiverade.