Veel van wat cellen doen wordt uitgevoerd door ‘moleculaire machines’. Dit zijn ingewikkelde, gespecialiseerde eiwitten die voor beweging of energie zorgen. Creationisten zien het bestaan ervan als bewijs dat leven ontstaan is door een scheppingsdaad, en niet door evolutie. Volgens hen is door ergens naar te kijken meteen duidelijk of het een product van een intelligent ontwerp is (dit wordt ook het horlogemakerargument genoemd). Nu zijn moleculaire machines volgens creationisten zo ingewikkeld en slim dat ze wel ontworpen moeten zijn. Een onderzoek gepubliceerd in Nature bewijst dat de moleculaire machines wel degelijk door evolutie kunnen ontstaan, zonder dat er een ontwerper aan te pas komt.

De universiteiten van Oregon en Chicago werkten onder leiding van Joseph Thornton samen aan een onderzoek naar de vraag hoe complexe moleculaire machines ontstaan via evolutie. De wetenschappers richtten zich op een enkele moleculaire machine, de V-ATPase proton pomp, die er voor zorgt dat de zuurgraad in de cel optimaal blijft. Een onderdeel van deze machine is een ring die waterstofionen vervoert. Bij de meeste organismen bestaat deze ring uit twee verschillende soorten eiwitten, maar bij paddenstoelen is er een derde bijgekomen. Het is een goed voorbeeld van hoe evolutie voor ingewikkeldere systemen kan zorgen. De wetenschappers hebben deze ring dan ook gebruikt voor hun onderzoek.

Moleculair tijdreizen

Het team wetenschappers maakte gebruik van wat zij ‘moleculair tijdreizen’ noemen. Computers analyseerden de genen van moderne eiwitten en berekenden het meest waarschijnlijke vooroudergenen. Zo werd er in het verleden gekeken. Met behulp van deze methode konden ze vaststellen dat de complexiteit van moleculaire machines simpelweg veroorzaakt is door een serie normale evolutieprocessen. Het team verwacht dat er in de toekomst ook naar de evolutie van andere moleculaire machines wordt gekeken op deze wijze.

Met behulp van de vooroudergenen uit het computermodel hebben ze de eiwitten gemaakt zoals die waren voordat er een derde eiwit bij kwam. Vervolgens konden ze de evolutie van de moleculaire machine zelf meemaken. Door kunstmatig voor mutaties te zorgen konden de wetenschappers er stap voor stap achter komen welke genetische verandering de machine complexer heeft gemaakt.

Uiteindelijk bleek een duplicatie van een van de twee voorouderlijke eiwitten de schuldige te zijn. Een mutatie zorgde er voor dat het eiwit beperkt werd in de plaatsen die het kon innemen in de moleculaire machine. Hierdoor werd het derde eiwit behouden. Het is hierom dat paddenstoelen nu een specifieke configuratie met drie eiwitten hebben in de V-ATPase moleculaire machine. De eiwitten werden zelf dus niet complexer, maar het werden er wel meer. Hierdoor werd de moleculaire machine een ingewikkelder geheel.

Niet bijzonder

Volgens de wetenschappers was er maar een enkele, weinig bijzondere mutatie nodig voor het extra eiwit. Genduplicatie komt vaak voor in cellen, en er treden fouten op bij het kopiëren van het DNA. ‘Moleculaire machines zijn niet het resultaat van precisieontwerp. Het zijn groepen moleculen die aan elkaar plakken, bij elkaar geharkt tijdens evolutie door knutselwerk van genen, willekeurige mutatie en een beetje geluk. Ze zijn behouden gebleven omdat ze onze voorouders hielpen te overleven’, aldus Joseph Thornton in het persbericht van de Universiteit van Chicago.

Bron:

Gregory C. Finnigan, Victor Hanson-Smith, Tom H. Stevens en Joseph W. Thornton. Evolution of increased complexity in a molecular machine. In: Nature.