Streven. Jaargang 19
(1965-1966)– [tijdschrift] Streven [1947-1978]–
Auteursrechtelijk beschermd
[pagina 323]
| |||||||||
Honderd jaar Mendel
| |||||||||
[pagina 324]
| |||||||||
uit de geschiedenis van Mendels resultaten in de honderd jaren die verlopen zijn sinds hun eerste publikatie, is nog wel iets méér te leren. Honderd jaar Mendel. Men zou even goed kunnen zeggen: een bijzonder illustratief hoofdstuk uit de geschiedenis van de wetenschap. Een hele reeks van ontdekkingen volgt elkaar op, ze passen in elkaar, worden geconditioneerd of geremd door de concrete mogelijkheden van de laboratoriumtechnieken; door internationale en interdisciplinaire samenwerking ontstaan de wetenschappelijke theorieën van vandaag: nucleïnezuren, genetische code, cytoplasmatische erfelijkheid, verworven kenmerken, DNA en ribosomen.... Een overtuigend bewijs voor de universaliteit van het fenomeen der evolutie in de bij uitstek intellectuele en noëtische uitbouw van de wetenschap zelf. | |||||||||
De wetten van MendelIn februari en maart 1865 vergaderde de kleine Vereniging voor Natuurlijke Historie van Brno om - een beetje onverschillig en verveeld - te luisteren naar twee mededelingen van een pater van het St.-Thomasklooster. Johann Gregor Mendel van de Orde der Eremieten van de Heilige Augustinus bracht verslag uit over zijn hybridisatie-experimenten. Geen van de toehoorders - daar is vaak genoeg op gewezen - had enig vermoeden van het belang van Mendels ontdekkingen; ze luisterden beleefd en gingen over tot de orde van de dag. In 1866 werd Mendels verhandeling Versuche über Pflanzenhybriden in de verslagen van de vereniging gepubliceerd. Verder werd ze volkomen geïgnoreerd. Vijfendertig jaar zou het duren voor ze opnieuw werd ontdekt. Maar dan gaf ze ineens ook de stoot tot de geweldige ontwikkeling van de - in wezen mendeliaanse - genetica zoals wij die thans kennen. Ook nu nog gelden deze Versuche als een document van uitzonderlijke waarde. Vooral dan om de beroemde ‘wetten van Mendel’ die er in voorgesteld werden. Kruist men twee erwten die respectievelijk de kenmerken A en B vertonen (bijvoorbeeld witte bloemen en gekleurde), dan verkrijgt men in de eerste generatie hybriden die allemaal het kenmerk A vertonen: alle bloemen zijn wit. Wet van de uniformiteit van het nageslacht, dominantie van kenmerk A over kenmerk B; eerste notie van een paar onderling tegengestelde kenmerken of allelen. In de tweede generatie echter, die door zelfbevruchting tot stand wordt gebracht, verschijnen hybriden van twee verschillende types. B treedt opnieuw op naast A, in een verhouding van 1 B tegen 3 A. Dit kan alleen betekenen dat factor B in het verloop van de kruisingen niet volledig was verdwenen. A verbergt B, maar B blijft aanwezig als een fundamentele mogelijkheid. Deze is overdraagbaar, erfelijk; ze manifesteert zich of blijft latent naargelang zij de kans krijgt. Verantwoordelijk voor het éne kenmerk dat wordt waargenomen, moet er een onzichtbare factor zijn die ook wordt overgeërfd. En men begint te spreken van fenotype en genotype: het fenotype bevat het geheel van de gemanifesteerde kenmerken, het genotype alle overgedragen factoren. Geleidelijk gaat Mendel deze fundamentele experiëntie compliceren. Hij brengt variatie in de kruisingen, inverteert bij de geselectioneerde zaden de relatie tussen een bepaald kenmerk en het geslacht. In zijn eerste, elementaire kruisin- | |||||||||
[pagina 325]
| |||||||||
gen onderzocht hij slechts één paar van tegengestelde kenmerken; het waren gevallen van een bijna uitsluitend theoretisch en onwerkelijk monohybridisme. Nu gaat hij goochelen met twee, drie, meerdere kenmerken tegelijk: di-, tri-, polyhybridisme. Immers, erwten worden niet door één enkele eigenschap gekarakteriseerd: naast de kleur van de zaadlobben zijn er de kleur van de vruchten, de lengte van de stengels, de inplanting van de bloemen, de structuur van de peul. Tenslotte houdt Mendel voor zijn onderzoekingen zeven van zulke discontinue variaties over. Ook de mens wordt genetisch door honderden, ja, duizenden kenmerken en factoren bepaald. Kleur van de ogen, bloedgroep, vorm en inplanting van het haar, vingerafdrukken, nachtblindheid, mathematische of muzikale aanleg, doofheid, broosheid van het beendergestel, suikerziekte, verhouding van rechtsen en linksen.... Dit zijn slechts enkele van de vele kenmerken die bij demens bestudeerd konden worden. Maar er zijn er duizenden meer die het individu mede bepalen: van het somatische type (pycnisch, leptosoom of atletisch) tot kenmerken zoals de pigmentatie van de huid, gevoeligheid van de lever, prikkelbaar humeur, neiging tot megalomanie, voorliefde voor whisky of voor blauwe dassen. In één gezin kan dit hele patrimonium over de verschillende leden verdeeld zijn. Factoren die in de ouders nog samen aanwezig zijn, worden van elkaar los gemaakt en in verschillende combinaties aan de kinderen overgemaakt. Jan heeft de ogen van vader, maar als je hem ziet glimlachen, is het net zijn moeder. Els is blond zoals moeder, maar van vader heeft zij een knobbel voor aardrijkskunde en een driftig humeur. Mendel heeft dit soort splitsingen en hergroeperingen van kenmerken aandachtig geobserveerd en geformuleerd. Op grote schaal, wanneer het gaat om grote getallen, is de verhouding van de verschillende combinaties nauwkeurig te voorspellen. | |||||||||
Geniale oorspronkelijkheid en waargenomen kansReeds vóór Mendel hadden verschillende onderzoekers het probleem van de hybridisatie aangepakt. Sommigen onder hen waren heel dicht bij het doel gekomen, zoals de beroemde Linnaeus en de plantkundige Koelreuter in de 18e eeuw, of Gaertner, die in 1849 het resultaat publiceerde van ongeveer 10.000 proefnemingen; Gaertner bracht trouwens commentaar uit op het werk van Thomas Knight, John Godd en Alexander Seton, die in het begin van de 19e eeuw net als Mendel reeds met variëteiten van de erwt, de Pisum sativum, hadden geëxperimenteerd. Ondanks hun reële waarde was geen enkel van deze werken - die Mendel kende en gebruikte - erin geslaagd een erfelijkheidstheorie te formuleren. Dat Mendel in analoge omstandigheden en met identiek hetzelfde materiaal enkele jaren later in staat was de grondslagen te leggen van de genetica als wetenschap, is ongetwijfeld te danken aan zijn genie - het zou onrechtvaardig zijn dit niet te erkennen - maar ook aan zijn betere wetenschappelijke voorbereiding én aan het nieuwe klimaat waarin hij kon werken. De legende die er rond deze geleerde geweven werd, is inderdaad nogal naïef. Men heeft van hem een sympathieke zonderling gemaakt, zoals kloosters er wel meer herbergen, die van zijn oversten rustig zijn gang mocht gaan met zijn | |||||||||
[pagina 326]
| |||||||||
hobby. De werkelijkheid is anders. In 1843, het jaar dat Mendel in het klooster trad, had Napp, de toenmalige overste, van het St.-Thomasklooster een centrum gemaakt van onderzoek en eruditie, met name op het gebied van de natuurwetenschappen. Vanaf 1846 liet hij de jonge religieus lessen volgen in de landbouwkunde. De omstandigheden dwongen hem echter, Mendel er nog een leeropdracht bij te geven aan het lyceum. Toen dit fataal op een mislukking uitliep, was de overste realist genoeg om op zijn beslissing terug te komen en Mendel naar de Universiteit te Wenen te sturen, waar hij eindelijk in normale omstandigheden regelmatig college kon lopen. Rond dezelfde tijd, omstreeks 1850, gebeuren in verschillende centra in Europa de grote cytologische ontdekkingen van het mechanisme van de bevruchting: versmelting van stuifmeel en eicel. Hierdoor wordt Mendels aandacht voor de cellulaire factoren gescherpt. Ook de groei van de mathematische wetenschap ontgaat hem niet: in het onderzoek van fenomenen die op het eerste gezicht geen enkele wetmatigheid vertonen, vermoedt hij het belang van de statistische methodes die hem in staat zullen stellen erfelijkheidswerten te ontdekken waarop zijn voorgangers Koelreuter en Gaertner geen vat hadden gekregen. In 1859 publiceert Darwin zijn Origin of Species. Men weet dat Mendel dit kapitale werk nauwkeurig bestudeerd heeft. Men heeft in zijn bibliotheek een te Stuttgart in 1863 gepubliceerde Duitse vertaling gevonden: ze staat vol aantekeningen en de passages waarin kruisingsexperimenten worden beschreven, zijn dik onderstreept. Mendel vermoedt reeds vaag dat er een zeker verband moet bestaan tussen de hybridisatie en de ontwikkeling van de organische vormen. Zijn honderdduizenden streng gecontroleerde en gecatalogeerde waarnemingen kunnen nog steeds geconsulteerd en geconfirmeerd worden. Hij weet te bewijzen dat het gedrag van de hybriden verklaard moet worden in functie van de overdracht, de splitsing en hergroepering van welbepaalde erfelijke elementen. De ‘essenties’, de ‘specifieke constructieve krachten’ waarin zijn voorgangers een verklaring zochten, hebben voor hem afgedaan. Nog weet hij niet volledig wat gameten eigenlijk zijn, maar in zijn ogen hebben deze ‘elementen’ toch al dit voordeel dat ze zich volgens een vast en nauwgezet patroon gedragen. ‘Men kan het zo zien’, schrijft hij, ‘dat de distinctieve kenmerken van twee planten tenslotte slechts bepaald worden door de verschillen in samenstelling en schikking van elementen die bij de bevruchting in de cellen aanwezig zijn, en dit volgens een strenge wetmatigheid van een standvastige overdracht’. De verhandeling van 1865 legde dus niet alleen de grondslagen van de genetica, impliciet bevatte ze ook de eerste aanduidingen van een verklarende theorie der evolutie. De notie van discontinuïteit in het erfelijke patrimonium en de materialisering van de elementen waaruit het samengesteld is in duidelijk identificeerbare gametische factoren, gaf een verklaring zowel van de identiteit als van de variatie in de wereld van de biologie. Hoe wetenschappelijk nauwkeurig het ook was, hoeveel definitieve inzichten en verdere beloften het ook bevatte, toch vond Mendels werk geen gehoor. Mendel zelf schijnt zich wel degelijk rekenschap te hebben gegeven van het belang van zijn ontdekking. Herhaaldelijk laat hij bescheiden horen dat zijn | |||||||||
[pagina 327]
| |||||||||
uur nog niet gekomen is. Hij zet zijn onderzoekingen voort. Wanneer hij in 1868 echter tot abt van het klooster van Brno verkozen wordt, betekent dit praktisch het einde van zijn studie. Nog lange tijd zal zijn werk volkomen onbekend blijven. Pas in 1900 ontdekken drie plantkundigen tegelijkertijd en toevallig Mendels verhandeling en haar beroemde wetten opnieuw: de Nederlander De Vries, de Duitser Correns en de Oostenrijker von Tschermak. | |||||||||
Hei latente groeiprocesIn de tussentijd had de biologische wetenschap zich nochtans onophoudelijk verder ontwikkeld. In verschillende sectoren van de theoretische en experimentele biologie, met name in de cytologie en de embryologie, brachten de onderzoekers een veelvuldige informatie bijeen die weldra de herontdekking, een vernieuwde interpretatie en de voltooiing van het Mendelisme mogelijk zou maken. Virchov geeft gestalte aan de celleer: voortaan staat het vast dat ieder organisme uit cellen is opgebouwd, dat iedere cel voortkomt uit een voorafbestaande cel. Weismann voert het essentiële onderscheid in tussen de reproduktieve weefsels of het ‘kiemplasma’, het element van continuïteit in de opeenvolgende generaties, en het ‘soma’. De kenmerken die door het ‘soma’ worden verworven, hebben geen invloed op het germen, de voortplantingscellen, en zijn dus niet overdraagbaar door erfelijkheid. Op het gebied van de natuurobservatie doet de biologie op het einde van de 19e eeuw sensationele vondsten. Regelmatig hebben naturalisten ook in het verleden in de planten- of dierenwereld toevallige en blijkbaar totaal nieuwe vormen gesignaleerd. Het oudste geregistreerde geval is dat van de plotselinge verschijning in de plantentuin van Nürnberg in 1590, van een Stinkende Gouwe met fijn verdeeld blad. De Robinia pseudo-acacia, in de wandel Acacia geheten, die in 1750 in Europa werd ingevoerd, had hier ook reeds verschillende variëteiten geleverd. Darwin citeerde voorbeelden uit de dierenwereld: het niata-rund met bulldogkop, de arccoram die in Massachussets plotseling was verschenen met korte kromme poten en de lange rug van een dashond, het merinos-schaap dat in 1828 in Berry-au-Bac geboren werd met lange, gladde, zijde-achtige wol, de pauw met zwarte schouders.... Al deze gevallen golden lange tijd als grillen van de natuur. Hugo De Vries, van de Universiteit te Amsterdam, kwam echter tot het besef dat deze ‘mutaties’ - want dit is het woord dat weldra klassiek zal worden - de sleutel vormen van de evolutie. In 1866 verzamelt hij op een braakliggend terrein bij Hilversum zorgvuldig alle variëteiten van de Teunisbloem, de Oenotherina lamarckiana, en op een totaal van 54.334 individuen vindt hij 834 mutanten. Mendel had beweerd dat alles vast ligt: het erfelijk patrimonium - als geheel - was constant en de variabiliteit van de fenotypen kon worden verklaard door de toevallige verdeling van de genotypische factoren in de gameten die de fundamentele erfelijke elementen in andere combinaties verdeelden. De Vries legt meer nadruk op de mutabiliteit: het gaat niet alleen om een reorganisatie, maar om iets totaal nieuws. Deze plotselinge variaties, deze mutaties van het erfelijke patrimonium hebben een waarde voor de evolutie. Ze zijn aan | |||||||||
[pagina 328]
| |||||||||
de natuurlijke selectie onderworpen en geraken bijgevolg in het vaarwater van de mendeliaanse erfelijkheid, waar een samenspel van aanleg en milieu het totstandkomen van het fenotype veroorzaakt. Vanaf 1875 dringt men van de andere kant, dank zij de vooruitgang van de techniek der microscopische waarneming en de cytologische technieken van het snijden en kleuren der preparaten, ook dieper door in het mechanisme van de celdeling. Strassburger, Butschli en Fleming ontwarren de essentiële fasen van de mitose. Maar het gaat allemaal heel geleidelijk. De celwand wordt beschreven in 1875; de eigenlijke kerndeling of karyokinese wordt eerst in 1879 geobserveerd door Schleicher. In 1882 beschrijven Benda en Fleming de mitochon-drieën; Fleming, Van Beneden en Heuser bestuderen de omstandigheden van de meïose, de deling van de voortplantingscellen. Vele belangrijke, structurele elementen van de cel zijn nog onbekend. Pas in 1888 beschrijft Waldeyer het chromosoom. In 1899 worden de Golgilichaampjes ontdekt. Men moet wachten tot in 1920, wanneer Feulgen nieuwe kleuringsprocédés heeft uitgewerkt, om een nieuwe dimensie te zien verschijnen in het cytologisch onderzoek: de studie van de door Miescher al vroeger ontdekte nucleïnezuren, waarin zich de school van Brussel onder leiding van Prof. Brachet bijzonder heeft onderscheiden. Het invoeren, in 1945, van het fasencontrast in de microscopie en iets later van de elektronenmicroscoop maakt een nog verder doordringen in de ultrastructuur van de cel mogelijk. De laatste jaren brachten belangrijke nieuwe vondsten: ribosomen, lysosomen en andere organellen.... | |||||||||
Chromosomen en genenerfelijkheidGeleidelijk naderen en ontmoeten elkaar de mendeliaanse genetica, het mutationistisch evolutionisme van De Vries en de biochemie. Uit deze samenwerking is ontstaan wat we thans de moleculaire biologie noemen. De waarnemingen van Mendel postuleerden het bestaan van ‘elementen’ die verantwoordelijk zijn voor het optreden van de verschillende kenmerken van het organisme. Deze elementen, die zelf ook nog voor eventuele mutaties vatbaar zijn, kwamen blijkbaar voor onder de vorm van paren van tegengestelde allelen (aangezien ze verantwoordelijk waren voor telkens twee tegengestelde kenmerken, langkort, blondzwart, gerimpeldglad.... ). Men had ze evenwel nog nooit gezien! Rond 1900 was de kennis van de voornaamste celstructuren en van de celindeling ver genoeg gevorderd om Sutton en Boveri op het idee te brengen de allelomorfe, door Mendel gepostuleerde factoren te gaan vergelijken met die merkwaardige bouwelementen welke men nu reeds enkele jaren in de microscoop had waargenomen, de chromosomen, die zich in de kern van iedere cel bevinden. Deze ineengestrengelde, goed kleurbare staafjes, die in iedere biologische soort in een constant aantal aanwezig zijn, die steeds georganiseerd zijn in paren, zichzelf reproduceren in iedere mitose of somatische deling en tot de helft gereduceerd worden in iedere meiose of deling der voortplantingscellen waaruit de gameten resulteren - deze staafjes ‘zag’ men in de microscoop. Sutton en Boveri gingen uit van de veronderstelling dat het chromosoom de drager, ja, werkelijk het structurele substraat was van de mendeli- | |||||||||
[pagina 329]
| |||||||||
aanse ‘elementen’ of factoren. En hun argumenten waren voortreffelijk: zoals het chromosoom is ook de mendeliaanse factor een individualiteit die wordt overgeërfd zonder de eigen aard te verliezen; deze factoren komen voor in vorm van paren in het bevruchte ei; het ene is van vaderlijke, het andere van moederlijke oorsprong; welnu, dit geldt eveneens van de twee homologe individuen van ieder chromosomenpaar. De voortplantingscel daarentegen bevat telkens slechts één van de twee tegengestelde factoren, zoals ze ook slechts één van de twee homologe chromosomen bevat. Zoals de twee leden van ieder chromosomenpaar, zo zijn ook beide allelen van elke mendeliaanse factor onafhankelijk van elkaar, en dit verklaart hun dissociatie en hun recombinatie. Hier werden dus vergeleken, bij elkaar gebracht en op elkaar geplaatst de microscopische waarnemingen, de mendeliaanse theorie en de cytologische ontdekkingen. Aangezien men de chromosomen kan zien, afzonderen, tellen en uit elkaar nemen, gaan de genetici over tot een fantastische microdissectie van het erfelijke substraat. De beroemdste onder hen, althans tussen de jaren 1910 en 1930, is Th. Morgan in New-York. Morgan heeft het nagenoeg ideale proefdier ontdekt: de bananenvlieg, de Drosophila melanogaster. Bij een temperatuur van 20° plant deze vlieg zich in 12 dagen voort met een onvoorstelbare vruchtbaarheid. In enkele jaren tijd kan men dus in één laboratorium gemakkelijk enkele honderden generaties van vliegen observeren. In dergelijke omstandigheden neemt de genetische informatie veel sneller toe dan dat het geval was met de erwten van Mendel. Morgans voorbeeld vond dan ook vele navolgers. En gelukkig zijn de mutaties talrijk: op het ogenblik zijn er ongeveer 500 mutanten bekend. Er werd een hele code vastgesteld om de vele fenotypes te karakteriseren. Al spoedig merkte men dat de mutaties van de Drosophila in vier groepen kunnen worden onderverdeeld. De mutaties van een bepaalde groep worden in hun geheel overgedragen. Wanneer zij echter tot twee verschillende groepen behoren, dan geschiedt de overdracht volkomen onafhankelijk en verloopt ze volgens de wetten van Mendel. De suggestie van Sutton en Boveri om de erfelijke factoren in de chromosomen te lokaliseren, werd definitief als juist erkend toen men constateerde dat de chromosomen van de bananenvlieg inderdaad uit vier paren bestaan, juist zoveel als er groepen van mendeliaanse factoren zijn. Wanneer we nu nog veronderstellen dat de genen die verantwoordelijk zijn voor de verschillende mutaties als onderscheiden elementen, gelokaliseerd op de chromosomen voorkomen, dan moeten wel alle genen van eenzelfde chromosoom solidair worden overgedragen zoals het chromosoom zelf. Meteen begrijpen wij de fenomenen van de verbinding der factoren - de linkage - zoals die bij de mutaties van de bananenvlieg worden waargenomen. Aldus ontstond de chromosomentheorie van de erfelijkheid. Aangezien de chromosomen microscopisch goed onderzocht konden worden, begon men ze in detail te bestuderen: hun vorm, hun afmetingen en variaties. En er kwamen nog meer merkwaardige dingen aan het licht. Bij de deling van de cel en de kern kunnen er ‘ongelukken’ gebeuren: de chromosomen kunnen breken, verstrengeld geraken in de vorm van een X of van een dubbele wrong, ze kunnen | |||||||||
[pagina 330]
| |||||||||
onder elkaar stukken uitwisselen: het beroemde crossing-over of chiasma. Aan dergelijke uitwisselingen beantwoorden natuurlijk veranderingen en anomalieën in de normale overdracht van de mutaties van één groep. Deze verschijnselen waren echter een nieuwe bevestiging van de chromosomentheorie. Morgan en Sturtevant stelden inderdaad de volgende werkhypothese op: de frequentie van de dissociaties en de recombinaties moet evenredig zijn met de grotere of kleinere lineaire afstand tussen de lokalisaties van de genen op het chromosoom. Men was in staat de genen van afzonderlijke chromosomen in kaart te brengen: op deze vezeltjes van ongeveer 250 micron lang en een paar micron breed kunnen de genetici weldra de erfelijke factoren precies lokaliseren, de ‘locus’ van een bepaalde mutatie aanwijzen. De juistheid van deze hypothese liet geen twijfel meer over toen de ontdekking van reuzechromosomen de detailstudie ervan mogelijk had gemaakt. Het terrein dat men hiermee begon te ontginnen, bleek ongemeen vruchtbaar. Na de bananenvlieg werden de maïs, de zijdeworm, en ook de mens onderzocht. Van de mens zijn op dit ogenblik reeds een heel aantal genen bekend, o.m. die welke afhangen van het geslachtschromosoom X, en men is reeds bezig met ze onderling te lokaliseren. De waarschijnlijke volgorde zoals wij die nu kennen is: bijziendheid, bloedgroep Xg, deficiëntie, glucose-6-fosfaat dehydrogenase, de klassieke hemofilie, de optische atrofie.... De genetici wilden echter nog verder gaan: over heel de lengte van de chromosomen kan men een afwisseling waarnemen van schijfjes (chromomeren) van verschillende kleur en dikte. Dit is b.v. zeer duidelijk waar te nemen bij de chromosomen uit de speekselklieren, die ontdekt werden of beter, geïnterpreteerd door Kostov en Painter in 1933. | |||||||||
Genetische code en moleculaire biologieDe school van Morgan en zijn opvolgers Dobzhansky en anderen wilden de fysische en structurele basis van de mendeliaanse erfelijkheid bloot leggen. De factoriële elementen, welke Mendel op geniale wijze gepostuleerd had, werden op het niveau van de chromosomen gesitueerd en in de genen gelokaliseerd. Dit betekende echter nog lang niet het einde van de genetica. In de voorbije twintig jaren werden nieuwe, sensationele ontdekkingen gedaan. Nadat men het eens was over de verdeling en herverdeling van de genen, werd men geconfronteerd met een nog meer fundamenteel probleem van dubbele aard: de natuur zelf van de genen en van hun stabiliteit en hun wijze van reproduktie door de generaties heen. Hiermee betreedt men het terrein van de moleculaire chemie. Ofschoon dit nieuwe standpunt veel verder reikt dan dat van Mendel, werd de mendeliaanse conceptie door de nieuwe resultaten helemaal niet aangetast. En dit is wel de hoogste lof die aan het pionierswerk van Mendel kan gebracht worden. Reeds in 1924 had Feulgen aangetoond dat op het niveau van de genen, de in het chromosoom gerangschikte erfelijke eenheden, een bepaald zuur gelokaliseerd is, een desoxyribonucleïnezuur, het DNA. De rol van dit DNA werd lange tijd niet naar waarde geschat. Pas na de oorlog, in 1944, en later in 1948 | |||||||||
[pagina 331]
| |||||||||
begrepen Avery en Boivin de betekenis van de genetische informatie van deze substantie. Ze toonden aan dat het DNA-gehalte van de kernen in nauwe relatie staat tot het aantal chromosomen. Hershey wist in 1952 te preciseren dat alleen het DNA van generatie tot generatie wordt doorgegeven. Het is tot twee dingen in staat: het kan de specifieke, erfelijke kenmerken doen verschijnen en het kan ook zijn eigen reproduktie induceren. In 1953 hebben Watson en Crick hun beroemd geworden structuurmodel van het DNA bekend gemaakt. Van meet af aan kende dit moleculair model een enorm succes, omdat het talrijke analytische en spectroscopische gegevens integreerde, omdat het de spiraalstructuur van de chromosomen verklaarde en tevens de condities van de reeds waargenomen autoreproduktie waarborgde. De betekenis die dit model in de huidige biologie bezit kan slechts worden vergeleken met de rol die het atoommodel van Bohr in de fysica heeft gespeeld. We hoeven het DNA hier niet meer in detail te beschrijvenGa naar voetnoot1. Het moge volstaan eraan te herinneren dat het is opgebouwd uit twee antiparallelle ketens waarvan de ene om de andere is gewikkeld als een dubbele schroef en beide worden samengehouden door bindingen tussen de complementaire basen die in een plan liggen dat loodrecht staat op de as van de molecule. Deze met elkaar verbonden basen (het schijnt wel dat er slechts vier zijn voor heel de levende wereld), gepolymeriseerd met behulp van het heel gewone fosforzuur in een desoxyribose-keten (een zeer onschuldig suiker), verschijnen dus als een opeenvolging van ongelooflijk eentonige macromoleculen. Dit zijn de nucleotiden. De orde in deze opvolging lijkt willekeurig, maar in feite draagt ze bij tot het specifiek karakter van iedere molecule of moleculesegment. Wanneer de reeks lang genoeg is, wordt het aantal mogelijke combinaties fantastisch groot. Als wij even de vier basen in kwestie met vier letters van het alfabet aanduiden - A, B, C., D - kunnen wij een aantal combinaties nagaan die verschillen volgens het aantal en de volgorde van de schikking. Nemen wij b.v. groepen van twee, dan zijn er met de letters ABCD 42 verschillende combinaties mogelijk van het type AA, AB, BA, CD. Nemen wij groepen van telkens drie letters, dan kunnen wij reeds 64 tripletten vormen. De macromolecule DNA bevat een hele code en kan vergeleken worden met een zin uit de taal: er is een enorme hoeveelheid zinvolle informatie in vervat. Men is van oordeel dat het chromosomenmateriaal van de mens ongeveer ïO10 nucleotiden bevat. L'Héritier heeft uitgerekend dat dit neerkomt, wat de hoeveelheid overgedragen informatie betreft, op een tot twee miljoen van onze gedrukte bladzijden; een werkelijk imposante bibliotheek in een massa die niet veel meer weegt dan een honderdmiljoenste van een milligram. De macromoleculen van het DNA met hun ontzagwekkende informatie zijn in staat zichzelf te reproduceren. In iedere celdeling, waarvan wij sinds driekwart eeuw het verloop onder de microscoop hebben gevolgd - spoel en middenplaat | |||||||||
[pagina 332]
| |||||||||
van de metafase, concentratie en deling van de chromosomen (eerste zichtbare materialisatie van de tegengestelde kenmerken van Mendel!) - is in feite op een nog dieper niveau een chemisch proces aan de gang waarin, nog steeds in de lijn van dezelfde grondhypothese, een volmaakt duplicaat van de codemolecule wordt gefabriceerd. Dit getrouw copiëren van een genenserie, vele generaties lang, verklaart de permanentie en de conservatie van een specifieke structuur die zich in het omringende milieu in stand weet te houden. Door deze permanentie loopt weliswaar het filigraan van de mutaties, echte nieuwigheden: maar ook de mutaties blijken tenslotte slechts modificaties te zijn van het moleculaire apparaat, een omkering van de letters van de code.... Chromosomen en genen, macromoleculen van DNA, zijn nog tot meer in staat. Naast de zo juist beschreven autoreproduktie, die men ook een autokatalyse zou kunnen noemen, bezitten zij het vermogen van heterokatalyse, de mogelijkheid om proteïnen te synthetiseren, dit is de eigenlijke levende stof. Elk levend wezen ontleent aan de proteïnen zijn karakteristieke morfologie, dat het zó is en niet anders. Aan de proteïnen dankt het ook het feit dat het een knooppunt is van voortdurende, chemische transformaties, m.a.w. dat het lévend is. Het is nu juist als dragers van bepaalde informaties dat de code-moleculen van DNA zonder ophouden de specifieke proteïnen fabriceren van het levend wezen dat zij betekenen. Er gebeurt een informatie-overdracht van de een naar de ander, van het DNA naar de proteïne, of als men wil, het logisch equivalent van een transcriptie. De boodschap van de celkern, geredigeerd volgens het alfabet met vier symbolen van het DNA, wordt overgebracht in een taal met twintig symbolen, de twintig aminozuren, exclusieve bouwstenen van alle proteïnen, vanaf de keratine van het haar tot de hemoglobine van het bloed. Het ontcijferen van deze alfabetten en de mechanismen der transcriptie is reeds goed gevorderd voor zo ver het de essentiële princiepen betreft en wij mogen verwachten dat in de eerstvolgende jaren deze nieuwe inzichten ten volle zullen uitgebuit worden. Wij bevinden ons voorgoed op het niveau van de moleculaire genetica. | |||||||||
Honderd jaar MendelismeHet mendelisme is dus honderd jaar oud. In de voorbije zomer hebben eerbiedige handen enkele voorwerpen tentoongesteld in de zalen van het Moravische Museum te Brno: oude, gedemodeerde microscopen, stoffige boeken met versleten band, wat tuingereedschap dat Mendel heeft gebruikt om zijn pisum-aanplantingen te wieden, om de peulen te verzamelen en meeldraden los te maken. Daar lagen de vele geruite blaadjes waarop Mendel in lange kolommen zijn observaties heeft genoteerd en die nu nog getuigen van de zorg en de nauwgezetheid waarmee hij zijn hybridisatie-experimenten heeft uitgevoerd. Stil en verborgen, maar met methode, ernst, doorzicht en genialiteit is hier een mens aan het werk geweest. Als niemand vóór hem en als niemand in zijn omgeving wist hij de volheid aan informatie te benutten die in de vrij banale experimenten verscholen lag. En in een tijd waarin de biochemie van de cel en de cytologie zelf nog ‘terra incognita’ waren, slaagde hij erin, dank zij de strenge kritiek waaraan hij zijn experimenten onderwierp, erfelijkheidswetten te formuleren | |||||||||
[pagina 333]
| |||||||||
die honderd jaar later nog steeds het fundament van de moderne genetica zijn. Na Mendel heeft de genetica zich in elkaar opvolgende golven ontwikkeld: appreciatie van het mutatiefenomeen en herontdekking van Mendel zelf; inzicht in de celstructuur en het mechanisme van de celdelingen; interpretatie van het chromatisch materiaal en chromosomentheorie der erfelijkheid; lokalisatie van de genen en een werkelijke kartografie van het erfelijke patrimonium; en aan de rand van de moleculaire biologie, ontdekking van de rol van de nucleïnezuren DNA en RNA, en geleidelijke ontwarring van hun structuur, ontcijfering van de genetische code. Dit zijn, in heel summiere trekken, de voornaamste momenten in de evolutie van de genetica van deze eeuw. Wanneer wij deze evolutie in haar geheel overzien, vallen vier evidenties op die als conclusie kunnen gelden.
|
|