NOVA – Officiële Website36

NOVA - Officiële Website36 Het is wel deWat Darwin Never Knew

programma Beschrijving

(Program niet beschikbaar voor streaming.) Aarde wemelt van een duizelingwekkende verscheidenheid aan dieren, waaronder 9.000 soorten vogels, 28.000 soorten vis, en meer dan 350.000 soorten kevers. Wat verklaart deze explosie van levende wezens—1,4 miljoen verschillende soorten tot nu toe ontdekt, met misschien een andere 50 miljoen te gaan? De bron van eindeloze formulieren leven was een diep mysterie, tot Charles Darwin bracht zijn revolutionair idee van natuurlijke selectie weer. Maar Darwin’s radicale inzichten opgeworpen als vele vragen als ze beantwoord. Wat er werkelijk drijft evolutie en maakt de ene soort in de andere? In welke mate verschillende dieren afhankelijk zijn van dezelfde genetische toolkit? En hoe hebben we evolueren?


Vertaling

Wat Darwin Never Knew

Verteller: Een vraag: "Waarom is er zo’n een prachtige diversiteit van het leven?"

Eén antwoord: "Evolutie: briljante theorie van Charles Darwin die verklaart hoe soorten aan te passen en te veranderen." Het is wel de beste idee ooit iemand gehad. Maar er is één groot probleem: hoe werkt het eigenlijk?

Nu is buitengewoon wetenschap die vraag te beantwoorden. Het is het blootleggen van de verborgen mechanismen binnen lichamen wezens ‘die verbazingwekkende transformaties zoals hoe vogels kunnen evolueren van dinosaurussen kunnen verklaren; waarom een ​​vis was zodra uw voorvader; en vooral, wat maakt ons tot mens.

Op dit moment op NOVA, zul je erachter komen, wat Darwin Never Knew.

De boom van het leven op aarde, is één van de prachtige diversiteit: 9.000 soorten vogels, 350.000 soorten kevers, 28.000 soorten vis; 2.000.000 levende soorten en tellen. En wij zijn slechts een van hen.

Maar waarom is er zo’n een verbazingwekkende verscheidenheid aan dieren? Waarom zijn er zo veel soorten vis, zo veel verschillende soorten kever? Hoe heeft deze buitengewone overvloed van het leven op aarde ontstaan?

Vandaag vieren we de man die uiteindelijk zou die vraag te beantwoorden: Charles Darwin.

Hij werd 200 jaar geleden geboren, en het is 150 jaar geleden dat hij het werk dat het fundament van ons begrip van het leven op aarde is geworden gepubliceerd.

KLIP Tabin (Harvard Medical School): Wat Darwin wilde begrijpen was hoe je dit buitengewone diversiteit van het leven op aarde te krijgen. Hij was raak. Hij heeft er echt spijkerde het.

Verteller: evolutietheorie van Darwin, zijn verslag van de reden waarom soorten aan te passen en te veranderen, is wel de beste idee ooit iemand gehad.

Maar zelfs Darwin gaf toe dat zijn werk niet volledig was. Vast vragen waren nog steeds onbeantwoord. En de grootste vraag was, "Hoe?" Hoe heeft evolutie plaats?

SEAN B. CARROLL (University of Wisconsin–Madison / Howard Hughes Medical Institute): Hij wist niet dat een van de monteurs van dat proces. Hij heeft niet de fysieke krachten die eigenlijk de manier waarop soort verscheen zou veranderen begrijpen.

Verteller: Maar vandaag kunnen we de vragen die Darwin kon geen antwoord geven. We kunnen kijken onder de motorkap van de evolutie, en precies zien hoe dit mysterieuze proces leidt tot een dergelijke verbazingwekkende diversiteit.

KLIP Tabin: Wat is ongelooflijk over deze timing, vanuit een wetenschappelijk perspectief, is gaan we in staat zijn om die diversiteit te begrijpen. En dat draagt ​​bij aan de opwinding. Het maakt niet demystificeren het, het maakt het des te meer magisch.

Verteller: En dit is de magie en het mysterie van de evolutie: over eeuwigheden van tijd een enkele soort geeft aanleiding tot vele. Een oude vis evolueert ons de voorouder van alle vier de ledematen dieren te worden, namelijk. En één soort, onze eigen, ontwikkelt een groot en uniek complex hersenen, waardoor we de planeet te domineren.

Dit is het zoeken naar de antwoorden op wat Darwin nooit geweten.

Darwin begon zijn liefde voor de natuur, toen hij nog een kind was, net als veel van zijn moderne volgelingen, waaronder evolutiebioloog Sean Carroll.

SEAN CARROLL: ontwikkelde ik mijn interesse in dieren op dezelfde manier waarop ik denk dat de meeste biologen dat deed, die ofwel uit ging in de achtertuin of naar dierentuinen.

En wanneer ik kreeg een kans, zou ik flip-over logs en op zoek naar salamanders en slangen en kikkers en dit soort dingen. En ik was gewoon gefascineerd door hun patronen en gedrag.

Verteller: Zo was het met de jonge Charles Darwin.

Jonge Charles graag rond buitenshuis rondzwerven. Hij hield aan kevers en dingen te verzamelen. Hij was een heel gewone jongen. En hij hield niet van school.

In feite was hij zo’n arme student dat zijn vader, een tamelijk succesvolle arts en een vrij imposante figuur, was bezorgd over de richting van Darwin in het leven.

Dus zijn vader verpakt hem naar Edinburgh, de beste medische school in Europa, om een ​​arts te worden. Maar de jonge Charles was gewoon te preuts.

SEAN CARROLL: Hij was echt geschokt door de medische school. Hij getuigen een operatie aan een kind—en dit was in het tijdperk vóór verdovingsmiddelen—en vluchtte hij de operatiekamer, zweren nooit meer terug te keren.

Verteller: Volgende zijn vader stuurde hem naar Cambridge om te studeren voor de geestelijkheid. Hij slaagde er niet op dat ook niet, maar hij wist zijn leiding in het leven te vinden, de heropleving van zijn jeugd interesse in de natuur.

SEAN CARROLL: Darwin start op zijn weg naar zijn goddelijkheid graad, en hij begint te rijpen als een student. Hij wordt meer serieus over bepaalde onderwerpen, in het bijzonder natuurlijke historie; en hij leert veel meer over plantkunde, en over de geologie en deze dingen. Hij is steeds een behoorlijk solide veld wetenschapper.

Verteller: Zijn reputatie als een naturalist leverde hem een ​​spectaculaire uitnodiging.

SEAN CARROLL: Charles werd een plaats aangeboden op het schip Britse marine, The H.M.S. Beagle, waarvan de missie was om de wateren rond Zuid-Amerika overzien. Nu is de kapitein van de Beagle wilde een goed opgeleide wetenschappelijke persoon aan boord, en een diner metgezel, iemand om een ​​gesprek met te delen. En Darwin past het wetsvoorstel perfect.

Verteller: En dus, Charles Darwin verrekening op een noodlottige reis die ons begrip van de grote diversiteit van het leven zou hervormen.

De reis van de Beagle duurde bijna vijf jaar. Het weefde haar weg van de Kaapverdische eilanden en langs de kust van Brazilië. Het was in Argentinië, dat hij maakte zijn eerste belangrijke ontdekking.

SEAN CARROLL: Al vroeg in de reis vond hij een aantal fantastische fossielen. Hij groef een aantal schedels, sommige kaken, een aantal backbones van wat bleek gigantische zoogdieren. Nu, deze waren duidelijk uitgestorven, en Darwin begon na te denken. Wat was de relatie tussen deze fossielen om de levende zoogdieren van Zuid-Amerika?

Verteller: Maar een aanloophaven op Darwin’s reis bleek belangrijker dan alle anderen: de Galapagos. Dit cluster van 13 geïsoleerde eilanden ligt 600 mijl voor de kust van Ecuador, in de Stille Oceaan.

Deze eilanden zijn de thuisbasis van bijzondere dieren die nergens anders op aarde: pinguïns die leven op de evenaar en zwemmen in warm water, in plaats van de ijzige zeeën van de Zuidpool; reuzenschildpadden die een gewicht tot 600 pond; leguanen, grote hagedissen die zwemmen en duiken in de zee—overal elders, zij wonen alleen op het land.

Reist voor de eerste keer in de Galapagos, Sean Carroll is het zien van dezelfde wezens die zo geïntrigeerd Darwin.

SEAN CARROLL: Van alle dieren, ik denk dat deze zeeleguanen zijn de grootste symbool van de Galapagos, wat ik het meest wilde hier te zien. En om ze te zien in hun eigen habitat, het mengen tegen deze zwarte rots, net zoals Darwin beschreef, is een absolute sensatie. CHARLES DARWIN (Evolutionary theoreticus, Passage uit Darwin’s dagboek) Het is een afschuwelijk uitziend wezen, van een vuile zwarte kleur, dom en traag in zijn bewegingen. Ze zijn net zo zwart als de poreuze rotsen waarover zij kruipen.

Verteller: Darwin minutieus beschreef de leguanen in zijn dagboek, maar hij was ver van de wetenschappelijke autoriteit dat hij zou worden.

SEAN CARROLL: The Darwin dat hier aankwam was niet de grote theoreticus die we vandaag kennen. Hij was een 26-jarige collector, het verzamelen, echt, bijna willekeurig, elke vorm van planten, elke vorm van dieren, alle soorten van rotsen. Hij wist niet eens de betekenis van wat hij was het verzamelen, pas veel later.

Hij werd ook gefascineerd door de reuzenschildpadden, die hem in staat stelde om te rijden op hun rug als ze langzaam rond opgezadeld. CHARLES DARWIN (Passage uit Darwin’s dagboek) Ik heb vaak op hun rug, en vervolgens, na het geven van een paar raps op het achterste deel van de schaal, zouden ze opstaan ​​en weglopen. Maar ik vond het heel moeilijk om mijn evenwicht te houden.

Verteller: Darwin gemeten extreme traagheid van de wezens ‘: ongeveer vier mijl per dag, berekende hij. Maar de lokale bevolking wist dat er iets anders over het schildpadden.

SEAN CARROLL: Ze kon vertellen welk eiland elke schildpad kwam slechts door te kijken naar zijn schelp.

Verteller: hun schelpen verschilden, afhankelijk van welk eiland ze leefden. Sommige schildpadden had schelpen in de vorm van een koepel; anderen hadden schelpen vonken boven hun hoofd als een zadel; anderen verschilden subtiel in kleur of door hoeveel de bodem van de schaal laaide uit.

Darwin was letterlijk gezeten op een idee, een manier om de grote diversiteit van het leven te begrijpen. Maar hij heeft nog niet beseffen.

In plaats daarvan Darwin richtte zijn aandacht op vogels. De eilanden waren vol met wat leek op een vertrouwde assortiment van soorten. Zo vol hij het verzamelen van tas met wat hij dacht waren soorten vinken, grosbeaks, winterkoninkjes en merels.

En dan, na vijf weken in de Galapagos, Darwin en de Beagle ging naar andere havens in de Stille Oceaan, en tenslotte zetten koers naar huis.

Aan boord begon hij te sorteren door het grote aantal exemplaren dat hij over de vijf jaar durende reis hadden verzameld. Maar het was niet totdat hij terug naar Groot-Brittannië, dat hij in staat was om zin te maken van hen was.

Het begon met een verrassende onthulling. Al de verschillende vogels die hij had verzameld waren eigenlijk variaties van een enkel type.

SEAN CARROLL: Hij leert dat die vogels hij op de Galapagos verzameld had eigenlijk vertegenwoordigd 13 verschillende soorten vink.

Verteller: Wat misleid Darwin was dat ze zag er radicaal anders: sommigen hadden breed moeilijke snavels, anderen hadden lange slanke degenen. En deze verschillen afhankelijk van welke eilanden zij leefden.

SEAN CARROLL: Waarom zou dat zijn? Daarom zou er iets verschillende vogels enigszins verschillende species op verschillende eilanden, in één deel van de wereld?

Verteller: Darwin nu dacht terug aan de Galapagos schildpadden. Ook zij verschilden van eiland naar eiland. Zijn brein begon racen.

SEAN CARROLL: Gedachten beginnen te kristalliseren, vorm krijgen in zijn geest, beetje bij beetje bij beetje. Hij begint dit proces hij omschrijft als "mentale herrie schoppen," slechts een stroom van bewustzijn waar hij noteren—Opmerking Nadat noot na noot—gedachten als ze zich voordoen aan hem.

En ten slotte zij convergeren op dit idee.

Verteller: Wat Darwin nu besefte was dat een of andere manier, om wat voor reden dan ook, species veranderen.

Oorspronkelijk, moet er geweest zijn slechts één soort vink op de Galapagos, maar na verloop van tijd in vele soorten, met verschillende vormen bek had gediversifieerd; Hetzelfde geldt voor de schildpadden. Een soort schildpad moet zijn veranderd in vele soorten, met verschillende schelpen, afhankelijk van welk eiland ze leefden.

Met deze geweldige inzicht, Darwin ingevoerd gevaarlijke nieuwe territorium. De standaard uitzicht was op het moment dat God iedere soort had geschapen, en dat wat God had gemaakt was perfect en kon niet veranderen.

SEAN CARROLL: Maar Darwin zei "Nee. Waarom zou de Schepper moeite met het maken van iets anders vinken voor elk van deze verschillende eilanden die zagen er allemaal hetzelfde?"

Verteller: De heersende opvatting gewoon niet zinvol. Maar dit was slechts het begin van Darwins revolutie. Hij richtte zijn aandacht op de fossielen hij in Zuid-Amerika hadden verzameld. Een daarvan was van een gigantische luiaard, een andere was van een enorme gordeldier-achtig wezen.

Deze dieren waren uitgestorven, maar weinig luiaards bestaan ​​nog steeds in Zuid-Amerika, en zo ook kleinere gordeldieren. Wat zou dit betekenen?

SEAN CARROLL: Het drong tot hem door dat ze elkaar leken, dus wat hij in de grond had gevonden waren de begraven voorouders van de levende dieren van Zuid-Amerika. Dus nogmaals, hier was bewijs dat soorten veranderd. Een of andere manier moet deze oude reuzen zijn omgevormd tot de kleinere wezens die we vandaag zien.

Verteller: Maar wat Darwin later zou komen, nam dit idee van hoe soorten veranderen in een geheel nieuwe competitie.

In de Victoriaanse tijd, wetenschappers routinematig studeerde levensvormen in het embryonale stadium. Hoe deze kleine vormen ontstaan ​​uit slechts een enkele cel in een hele wezen is lange tijd gezien als een van de wonderen van de natuur.

MICHAEL LEVINE (University of California, Berkeley): Kijken naar een zich ontwikkelende embryo is echt de meest glorieuze wonder van de natuur, geen flauwekul.

Verteller: Wat Darwin geleerd uit het bestuderen van de embryo’s hem verbaasd.

In slang embryo’s kon je kleine hobbels, de benige rudimenten van de benen te zien. Maar deze zou nooit ontwikkelen in de volwassen slang. Darwin vroeg zich af: "Werden slangen of andere manier afstammen van dieren die met de benen?"

Hij leerde dat walvissen, die geen tanden als volwassenen hebben, hadden ze als embryo’s.

Die tanden verdwenen voordat ze werden geboren. Darwin moest betekenen walvissen werden afstammen van wezens met tanden.

Maar menselijke embryo’s op voorwaarde dat de meest opzienbarende bewijs. Onder de microscoop, kleine spleten rond de nek duidelijk zichtbaar waren: dezelfde structuren gevonden in vis. Maar in vis keerden zij in kieuwen; bij de mens, werden zij de beenderen van onze binnenoor. Zeker dit toonde aan dat mensen moeten worden afstammen van vis.

Het is een verbazingwekkende gedachte.

OLIVIA JUDSON (Imperial College London): Ik weet niet over uw voorouders, maar de mijne, je weet wel, inbegrepen, inclusief priesters en, je weet wel, de gebruikelijke, de gebruikelijke verdachten. Maar, maar het idee dat wij allemaal, hebben vissen in onze stamboom, ik vind het geweldig.

Verteller: En zo Darwin aangekomen bij een verbazingwekkende conclusie, die centraal staat in zijn begrip van de grote diversiteit van het leven zou worden.

SEAN CARROLL: Darwin had dit ongelooflijk vet idee: de boom des levens—alle soorten werden verbonden. En wat het betekende was, als je ver genoeg terug in onze stamboom van de mens gaat, kom je om te vissen. Als je ver genoeg terug in de stamboom van de vogels, kom je aan dinosaurussen. Zodat wezens die helemaal niets op elkaar zijn eigenlijk diep verbonden hoeft te kijken. Niemand kwam in de buurt van het hebben van dit idee voordat Darwin.

VERTELLER: Dit leek een verklaring voor de grote verscheidenheid van dieren. Te beginnen met een gemeenschappelijke voorouder, na verloop van tijd, over de generaties heen, species kon drastisch veranderen. Sommigen zullen het toevoegen van nieuwe features lichaam, anderen hen zou laten vallen.

Uiteindelijk één soort schepsel zou kunnen worden omgezet in iets totaal anders. Het is een proces genaamd Darwin "afstamming met modificatie."

Maar alles smeekte een vraag: waarom? Wat was het maken van wezens te veranderen? Darwin nodig aanwijzingen. En hij vond ze in een zeer verrassende plek.

Honden: groot, klein, dik, hoog. De Britten zijn al lang geobsedeerd door hen.

Het was een full-blown liefdesrelatie in het Victoriaanse Engeland. Zelfs Hare Majesteit was hond-gek.

Dat liefdesrelatie nog steeds vandaag de dag, vooral onder wetenschappers als Heidi Parker bij de National Institutes of Health.

HEIDI PARKER (National Human Genome Research Institute): Een van de meest interessante dingen over het werken met de binnenlandse hond is het soort variatie die je hebt. We hebben afmetingen die variëren van iets ter grootte van een groundhog, tot honden zoals Zeppie, hier, die kunnen krijgen om de grootte van herten zijn.

Verteller: In zijn tijd, Darwin wist dat dit aantal formaten nog niet tot stand gekomen door het toeval. Door middel van een zorgvuldig proces van de selectie, hondenfokkers gemengd verschillende honden met verschillende fysieke eigenschappen om nieuwe vormen te creëren.

HEIDI PARKER: Darwin was geïntrigeerd door wat hij zag fokkers kunnen doen met gedomesticeerde honden. Ze konden kiezen voor individuele kenmerken, zoals de grootte of vorm, en ze kon eigenlijk het uiterlijk van hun ras veranderen.

Verteller: De Whippet, bijvoorbeeld, was ontwikkeld om konijnen te jagen. Het werd gemaakt door het mengen van windhonden voor snelheid, met terriers, wordt gebruikt om klein wild te jagen.

En toen raakte Darwin. Was er een soortgelijke vorm van selectie aan de hand in de natuur, maar zonder menselijke tussenkomst? Kan natuurlijke selectie verklaren de grote diversiteit van het leven?

SEAN CARROLL: Het was briljant. Hij nam iets heel vertrouwd en comfortabel, bijvoorbeeld, veeteelt, en legde uit dat de zelfde soort dingen aan de hand was in de natuur, net aan een beetje anders tempo en zonder menselijke gids.

Verteller: Maar wat zou kunnen uitvoeren van selectie in het wild? Het was toen dat Darwin heeft een geheel nieuwe kijk op de natuur.

De Victoriaanse visie op de natuur was sentimentele—lammeren vast met leeuwen—maar Darwin’s reis op de Beagle leidde hem naar een andere mening toegedaan.

Darwin, de natuur was woest. Elk schepsel werd opgesloten in een wanhopige strijd om te overleven, uiteindelijk eindigt in de dood.

OLIVIA JUDSON: De omvang van de dood in de natuur is absoluut verschrikkelijk. En soms is het niet alleen maar er is een heleboel van de dood, maar het is zeer onaangenaam dood.

Verteller: Maar, in al deze brute chaos, Darwin zag een patroon.

SEAN CARROLL: Darwin toonde aan dat de natuur was een slagveld en dat alles was in de concurrentie. En deze brute strijd, deze oorlog van de natuur als Darwin beschreef, was eigenlijk een creatief proces.

Verteller: Het patroon dat Darwin zag was dat de wezens die overleefden waren degenen die het best zijn aangepast aan de specifieke omgevingen waarin zij leefden Bijvoorbeeld, sommige kon behandelen extreme klimaat.. Anderen waren briljant geslepen moordmachines, perfect voor de beschikbare prooi te vangen. Weer anderen waren perfect voor degenen die ze zouden kunnen worden op jacht te omzeilen.

Maar hoe heeft deze harde kijk op de natuur te verklaren de vinken op de Galapagos, waarin Darwin merkte op dat dat de vogels op verschillende eilanden hadden verschillende snavel vormen? Een of andere manier deze verschillende snavels moeten helpen de vinken overleven.

KLIP Tabin: De vinken van de Galapagos Eilanden hebben snavels van vele maten en vormen. En er is een reden voor; ze gebruiken hun snavel als gereedschap. Nu, als je denkt aan de aard van de tool die u zou willen een zaad dat is heel moeilijk, maar is het voedsel dat je echt wilt verpletteren, zou je een bek als dit, dat is de aard van de snavel de grond vink heeft willen.

Verteller: Op een eiland, waar het enige voedsel is zaden die moeilijk te kraken zijn, zal een korte, krachtige snavel betekenen een vink zal overleven. Maar op een ander eiland, het beschikbare voedsel is geen zaden, maar bloemen.

KLIP Tabin: Aan de andere kant, als je wilde om in nauwe ruimten om stuifmeel en nectar, die heel hard aan om te krijgen te krijgen, zou je niet een grote, sterke snavel nodig hebt, je zou een indringende snavel nodig.

Verteller: Dus op een ander eiland, waar u een andere bron van voedsel, heb je een andere snavel vorm. En dit patroon werd herhaald over de Galapagos.

Het lijkt erop dat de snavels van de vinken ‘had veranderd aan het dieet van elke afzonderlijke eiland te passen. En dat was hoe een origineel soort vink was veranderd in vele. Maar hoe was deze veranderingen tot stand gekomen?

Hier had Darwin een andere aanwijzing. Hij kon het zien in zijn eigen familie. Zoals elke ouder weet, geen twee kinderen zijn nooit precies hetzelfde. Charles zag er anders uit zijn broer Erasmus, hoewel ze dezelfde ouders gedeeld.

kinderen Charles leek een beetje op hem en zijn vrouw Emma, ​​maar ook zij zag er anders uit elkaar. Dat was iets wat hij noemde "variatie."

SEAN CARROLL: Hij realiseerde zich dat niet elk individu was hetzelfde, uitgeroeid als een stuk speelgoed uit een pers, maar was er variatie.

Verteller: Darwin besefte dat de variatie moet het uitgangspunt voor verandering in de natuur. In elke generatie, de dieren in een nest zijn nooit helemaal hetzelfde. En in het wild, zou zo’n klein verschil het verschil tussen leven en dood te maken.

Twee pinguïns, bijvoorbeeld, misschien een klein beetje verschillen in de dikte van hun blubber, een grote factor als u in extreme kou wonen. In een harde klimaat, zal het milieu selecteren wie zal leven en wie zal sterven. En langzaam, Darwin suggereerde, gedurende vele, vele generaties, zou deze kleine variaties kan de fit om fitter te krijgen, en het ongeschikt zou verdwijnen.

Deze variaties accumuleren en uiteindelijk nieuwe soorten vertakken. Dit is evolutie door natuurlijke selectie. Het is één van de sleutels tot hoe nieuwe soorten ontstaan.

En dus, in 1859, na jaren van uitgebreid onderzoek, Darwin uiteindelijk publiceerde zijn meesterwerk, On the Origin of Species. Het is nog steeds onmogelijk om het belang ervan te overdrijven.

KLIP Tabin: Het was echt een enorme vooruitgang in begrip. Het schudde mensen op, maar de manier waarop mensen dachten veranderd.

Verteller: Weg was het idee dat alle soorten perfect en onveranderlijk zijn gemaakt, beschouwd als een geloofsartikel. In plaats daarvan, Darwin mits een goede wetenschappelijke theorie, op basis van feiten en observatie.

OLIVIA JUDSON: Het is veel meer dan de weergave van alleen het idee van natuurlijke selectie. Het is een visie op hoe de evolutie door natuurlijke selectie werkt.

Verteller: Honderd vijftig jaar later, zijn theorie heeft de tand des tijds doorstaan.

SEAN CARROLL: Wat is verbazingwekkend is dat Darwin werd zo veel recht. Zijn ideeën grotendeels intact blijven vandaag.

Verteller: Maar Darwin zelf erkend dat er gaten in zijn theorie. Hij wist niet echt weten hoe het werkte. Wat gebeurde er in het lichaam van een schepsel dat maakt het veranderen?

Maar nu, eindelijk, de moderne wetenschap is het verstrekken van de antwoorden, door middel van een verborgen mechanisme dat Darwin wist niets over.

Arizona Pinacate Desert is een harde en brutale plek, vooral als je een steen zak muis.

MICHAEL Nachman (Universiteit van Arizona): Ze zijn de SNICKERS® bar van de woestijn. Ze zijn echt. Ze zijn waarschijnlijk opgegeten door vossen en coyotes en ratelslangen en uilen.

Verteller: een gewicht van slechts een half ounce, kan deze muis nooit te vechten tegen deze grote roofdieren. De beste hoop om te overleven is camouflage. Niet verrassend, zijn vacht past bij de kleur van de Pinacate rotsen.

Maar in sommige delen van de woestijn, milieu verschillend. Oude vulkanen uitgebarsten, en nu is de woestijn is een lappendeken van donkere lava en lichte rock.

Maar natuurlijk een licht muis op donkere rots is gemakkelijk buit. Dus er is iets gebeurd dat Darwin zou hebben voorspeld. De muizen die nu leven op de donkere rotsen hebben donkerder bont geëvolueerd. Degenen die op het licht rotsen bleef blijven licht.

Nachmann was gefascineerd. Hoe was dit gebeurd? Om erachter te komen wat hij nodig had voor het eerst een aantal muizen te vangen. Dus, met Sean Carroll, bezoekt hij een lijn van vallen zette hij de vorige nacht.

MICHAEL Nachman: Alle van de duisteren hebben een witte onderbuik, en, vermoedelijk, is er geen keuze voor een donkere onderbuik, omdat roofdieren komen van boven.

Verteller: Zoveel Darwin had kunnen doen: vinden sommige muizen en vergelijk de kleur van hun vacht aan hun omgeving. Maar Nachmann kan nu iets dat Darwin nooit zou kunnen doen; hij kan kijken in D.N.A. de dieren ‘

De studie van D.N.A. is een van de grote triomfen van de moderne wetenschap.

Het is ons begrip van hoe dieren zich ontwikkelen en te ontwikkelen tot een niveau dat Darwin nooit had kunnen dromen genomen.

SEAN CARROLL: The D.N.A. molecule is een van de echte geheimen van het leven. Het is een perfect systeem voor het opslaan van de enorme hoeveelheden gegevens die nodig zijn voor het bouwen van allerlei wezens is.

Verteller: D.N.A. bestaat uit één lange molecule, spiraalsgewijs rond in een dubbele helix. Deze helix wordt op zijn beurt uit vier kleinere moleculen, genaamd de letters G, A, T en C.

D.N.A. kan gevonden worden in de cellen van elk levend wezen op aarde.

OLIVIA JUDSON: Het ding over D.N.A. dat ik denk dat is opmerkelijk is dat het molecuul zelf is zo elegant: met een klein aantal letters, kan je bijna oneindig veel woorden te zeggen.

Verteller: En dat is de sleutel. D.N.A. is een code, en de dubbele streng bevat alle informatie om levende wezens groeien en ontwikkelen. Bekleed langs elke D.N.A. molecule geregeld speciale reeksen van deze code die onze genen vormen.

Veel genen worden vertaald in eiwitten, en deze eiwitten maken de spullen van ons lichaam. Een eiwit maakt het haar; een ander maakt kraakbeen; anderen spier.

SEAN CARROLL: Wat maakt D.N.A. zo verbazingwekkend is dat slechts vier letters bevat, maar allerlei combinaties van deze vier letters bevat alle informatie voor het maken van alle wezens die op de planeet.

Verteller: Het is een gen dat bepaalt of onze ogen zijn blauw of niet. Een ander geeft ons sproeten. Een ander geeft ons kuiltjes. Maar D.N.A. heeft een andere vitale kwaliteit: het maakt niet hetzelfde blijven.

Wanneer een baby verwekt, ontvangt de bevruchte eicel de helft van zijn D.N.A. van de moeder en de andere helft van de vader, het creëren van geheel nieuwe combinaties. Het is de reden waarom we kijken een beetje zoals onze ouders, maar ook verschillend.

Een andere manier waarop D.N.A. kan veranderen is mutatie.

SEAN CARROLL: Mutation is een cruciaal ingrediënt in het recept voor evolutie. Zonder mutatie, zou alles constant blijven, generatie na generatie. Mutation genereert variatie, verschillen tussen individuen.

Verteller: Mutaties kunnen gebeuren als onze D.N.A. kopieert het zichzelf als onze cellen zich delen en ons lichaam te ontwikkelen. Een A bijvoorbeeld kan worden vervangen door een G of C door een T. Dit kan minute wijzigingen dat niemand eens bewust veroorzaken.

Maar wanneer mutaties optreden in de cellen we doorgeven aan onze kinderen, kunnen ze leiden tot grote veranderingen, zoals het draaien van een licht gekleurde muis donker.

SEAN CARROLL: Mutation lijkt te betekenen dat er iets ergs is gebeurd. Nou, mutaties zijn niet goed of slecht. Of ze nu de voorkeur, of dat ze worden afgewezen, of dat ze gewoon neutraal, hangt af van de omstandigheden een organisme zich bevindt in. Dus, voor de zak muis, een mutatie die ervoor zorgde dat de muis om zwart te zetten, dat is goed als ze zijn, je leeft op een zwarte rots. Het is slecht als je uit te leven in de zandwoestijn.

Verteller: Het was die mutatie, degene die een licht gekleurde muis donker bleek, dat Michael Nachmann was op jacht naar.

Terug in het lab hij begon het moeizame bedrijf van het vergelijken van de genen van de twee soorten van muizen, probeerde verschillen lokaliseren.

MICHAEL Nachman Wetenschap is leuk als je echt niet weet wat je gaat vinden.

Verteller: Een voor een, de genen in de twee muizen bleek identiek. Maar dan, in één gen, vond hij iets. Er waren vier plaatsen waar de sequentie van As, Ts, Cs en Gs waren verschillend.

Wanneer een muis wordt geboren met deze mutaties, zijn vacht groeit donker. En dat betekent dat het kan overleven op de donkere rotsen wanneer anderen niet. Hier was een duidelijk voorbeeld van evolutie en natuurlijke selectie op het werk.

MICHAEL Nachman: Ik denk dat Darwin zou zijn blij om te weten dat we de genen die verantwoordelijk zijn voor evolutionaire veranderingen zijn te vinden.

Verteller: En dit was slechts een van de vele links die zijn gevonden tussen genetische mutaties en evolutie.

Wetenschappers kunnen nu wijzen een aantal voorbeelden van evolutie in actie. De Colobus aap kunnen zien in kleur als gevolg van een mutatie in een gen; het kan nu vertellen voedzame rode bladeren uit taaie oude groene. Een genetische glitch gaf dit Antarctische vis een krachtige antivries in het bloed, zodat het kan overleven in de ijzige wateren wanneer anderen dat niet kunnen.

Zo krachtig was deze link tussen genetische mutatie en evolutie die een idee greep: om te begrijpen hoe de evolutie werkt, alles wat je hoeft te doen is te vergelijken genen wezens ‘.

SEAN CARROLL: Men zou kunnen denken dat u alle van de evolutie kon begrijpen, simpelweg door het in kaart brengen van de genen van elk schepsel. Identificeer alle genen, alle verschillen identificeren, en kon het verschil tussen bijvoorbeeld een muis, en apen en mensen verklaren.

Verteller: Dus, wanneer het menselijk genoom project begon, in 1990, de wetenschappelijke wereld was op hete kolen. Alle 3000000000 letters van onze D.N.A. zouden worden geïdentificeerd, in orde is.

Parallel, de D.N.A. van sommige dieren en planten ook worden gesequenced. Zeker zou dit een grote sprong voorwaarts in ons begrip van hoe de verschillende levensvormen zijn geëvolueerd?

Hiermee kwam een ​​ander idee: dat complexe dieren zoals ons veel meer genen dan eenvoudigere zou hebben.

SEAN CARROLL: Hier zijn wij, de meest complexe en geavanceerde dier op de planeet, toch? Je zou denken dat een heleboel meer genetische informatie zou vereisen.

Verteller: Het inzetten op was. Hoe groot zou ons genoom worden vergeleken met andere levensvormen?

OLIVIA JUDSON: Er waren schattingen die de mens zou hebben tussen, laten we zeggen, 80.000 en 120.000 genen.

Verteller: Dus als het definitieve antwoord in 2003 kwam, was het een schok: 23.000 genen, evenveel als een kip, minder dan een korenaar.

MICHAEL LEVINE: Mensen werden hysterisch door het relatief kleine aantal genen. Het is in zoiets 22- of 23.000-eiwit coderende genen in een menselijk genoom.

De eenvoudige nematode worm heeft ongeveer hetzelfde aantal. En er zijn planten die aanzienlijk meer genen dan de glorieuze menselijk genoom hebben.

OLIVIA JUDSON: De hele menselijke genoom project is een vernederende ervaring, zoals we hebben ontdekt, dat, in feite, is het niet zo veel genen te nemen om een ​​mens te maken want we hadden allemaal gehoopt.

Verteller: En het was niet alleen dat we hadden zo weinig genen, maar veel van onze belangrijkste genen waren identiek aan die van andere dieren.

Enorme hoewel de doorbraak was geweest, de genetische revolutie opende een hele nieuwe reeks van puzzels. Als een oplossing voor het mysterie van hoe de evolutie werkt, genen en hun mutaties waren slechts een deel van het verhaal. Er moest iets anders zijn, subtieler en meer mysterieus aan de hand.

SEAN CARROLL: We moeten uitleggen, dan, "Hoe krijg je al deze verschillen, als je echt vergelijkbare sets van genen?"

Verteller: De zoektocht om te achterhalen wat Darwin wist nooit zou hebben om opnieuw te beginnen.

De eerste prikkelende aanwijzingen zou komen uit die levensvormen die Darwin zelf had gestudeerd, embryo’s.

Kijk naar deze embryo’s. Het is bijna onmogelijk om te zeggen, slechts enkele dagen na de conceptie, dat is de kip, de schildpad, de vleermuis, de mens. Ze zien er bijna hetzelfde.

Alleen als ze groeien, wordt duidelijk wat wat is. Darwin vroeg zich af, als wetenschappers doen vandaag: hoe konden ze beginnen zo op elkaar lijken en uiteindelijk zo anders?

MICHAEL LEVINE: Er is iets diep over wat het embryo was ons te vertellen. En we hebben herontdekt wat Darwin het over had al die tijd, dat het embryo is waar de actie is, in termen van diversiteit onder de dieren. Het is het platform voor diversiteit.

Verteller: Wat fascineert moderne biologen is dat al deze verschillende dieren niet alleen zien er hetzelfde uit, ze gebruiken vrijwel dezelfde set belangrijke genen om hun lichaam te bouwen.

Het lichaam-plan van genen bepalen waar de kop gaat; waarbij de ledematen gaan, en welke vorm dan ook: of ze zijn armen, benen of vleugels.

Een andere set van genen bepaalt een dieren lichaam patroonvorming: de vlekken, de strepen en vlekken.

Het is dezelfde genen aan het werk in elk schepsel van de luipaard van de pauw op de fruitvlieg, en toch zijn ze produceren radicaal verschillende resultaten.

Dit heeft geleid wetenschappers een cruciale inzicht over de manier waarop dierlijke lichamen zijn geëvolueerd. Het is niet het aantal genen dat telt.

SEAN CARROLL: Het is niet de genen die je hebt maar hoe je ze kunt gebruiken dat diversiteit schept in het dierenrijk.

Verteller: De fruitvlieg: Uitzoeken hoe deze zelfde genen worden gebruikt om dergelijke verbazingwekkende diversiteit te creëren is het werk van Sean Carroll en een onwaarschijnlijke held van de moderne wetenschap geweest.

SEAN CARROLL: Zo veel als ik zou graag de zoogdieren van de Afrikaanse savanne te bestuderen, ze maken slechte keuzes voor proefdieren. Ze zijn groot, duur en vervolgens te reproduceren heel langzaam. Om gegevens op te halen, moeten we de meest eenvoudige voorbeelden van het fenomeen dat we willen begrijpen vinden.

Verteller: Maar de nederige fruitvlieg doet vreemde en prachtige dingen.

Deze fruitvlieg danst voor seks. Een rapt vrouwelijke neemt in de show. Ze is in het bijzonder verdwaasd door de donkere vlekken op de vleugels van het mannetje.

Het bekijken van dit alles is een even verdwaasd Sean Carroll.

SEAN CARROLL: Je zou kunnen denken dat ze alleen maar vervelend zijn, maar ze zijn echt charmant. De mannetjes van deze soort heeft een vrij uitgebreide paringsdans waar hij toont deze gevlekte vleugels in de voorkant van het vrouwtje. Voor ons, het is zo prachtig als wat een pauw doet.

Verteller: Maar in sommige soorten fruitvlieg, de mannetjes hebben geen vleugel vlekken.

SEAN CARROLL: Er is nog een fruitvlieg soort die verschilt van de bevlekte soorten in twee opzichten met het geen vlekken hebben op de vleugels, en doet veel minder dansen.

Verteller: Hier is dan een klassieke evolutionaire puzzel. Waarom heeft een soort van vliegen hebben vlekken en de ander niet? Sean Carroll wilde weten wat er gaande is in hun genen die ze anders maakt.

SEAN CARROLL: Dus wilden we uit elkaar te halen de genetische machines voor het maken van vleugel plekken, om te begrijpen hoe die vleugel plekken geëvolueerd.

Verteller: Carroll begon het proces van zeven door de twee soorten D.N.A. vliegen ‘ Hij had een idee om hem op zijn weg. Hij wist al het gen dat codeert voor de zwarte vleugel vlekken. Hij noemt het de verfkwast gen.

Maar verrassend, als hij de genen van de twee vliegen vergeleken ze allebei dat gen, en toch slechts één had vlekken.

SEAN CARROLL: Als we kijken naar dat gen in de twee soorten, echt, ze hebben allebei dit penseel gen. Dus de grote verschil is met het gen, het is hoe ze het gebruiken. Eén soort wordt gebruikt om vlekken te maken, de ander niet.

Verteller: Dus waarom heeft de verfkwast gen creëren plekken in een bepaald type van vliegen, maar het andere niet?

Op zoek naar antwoorden, Carroll wendde zich tot een van de minst begrepen gebieden van D.N.A. De uitgestrekte die ooit bekend stonden als junk.

Het is wel de donkere materie van het genoom: mysterieuze, onbekende, vreemde.

Het overgrote deel van de dubbele helix, ongeveer 98 procent van het, niet coderen voor eiwitten, die de spullen van ons lichaam te maken. De genen die wel bestaan ​​uit slechts twee procent.

Zelfs nu, niemand is zeker wat voor een groot deel van deze enorme niet-coderende gebied feitelijk doet, maar het is al lang wenkte evolutionaire detectives, zoals Sean Carroll.

Dus dat is de gefragmenteerde-test?

Carroll reeds geleerd dat de verfkwast gen zelf identiek in de twee soorten vliegen was. Zo breidde hij zijn zoektocht door hun D.N.A. En op één plek, net buiten het penseel gen, vond hij een belangrijke aanwijzing: een stuk van D.N.A. Dat was anders in de vlieg met vleugel vlekken.

Wat zou dit betekenen?

Dus Carroll een experiment. Hij besloot om die mysterieuze stuk D.N.A. zetten dat hij in de gevlekte vlieg in de onbesmet fly had gevonden. Om hem te zien of het enig effect had verbonden hij om een ​​gen uit een kwal, een gen dat codeert voor een eiwit dat de kwal gloed maakt.

SEAN CARROLL: We knippen de D.N.A. up in kleine stukjes, en we sluit deze dan aan een eiwit dat oplicht in het donker. En dan injecteren we dat in de onbesmet vlieg.

Verteller: En toen gebeurde er iets opmerkelijks.

SEAN CARROLL: Toen we keken naar die onbevlekt vliegen, zien we, nu, zijn hun vleugels gloeien in het donker met vlekken.

Verteller: Een of andere manier die mysterieuze stuk D.N.A. was geworden op het penseel-gen in de vleugels van de onbesmet vlieg. Eenmaal vlekkeloos, nu had het lichtgevende vlekken.

SEAN CARROLL: Bingo. We hadden het stukje D.N.A. gevonden dat telde.

Verteller: Carroll had iets dat is een revolutie in ons begrip van hoe verschillende dieren lichamen zijn geëvolueerd gevonden.

Een stuk van D.N.A. zogenaamde switch. Switches zijn geen genen. Ze hebben geen dingen zoals haren, kraakbeen of spieren te maken, maar ze in- en uitschakelen van de genen dat te doen.

SEAN CARROLL: Switches zijn zeer krachtig delen van D.N.A. omdat ze toestaan ​​dat dieren om genen te gebruiken op een plaats en niet een ander; tegelijk, en niet een ander; en zo, choreograferen de vlekken en strepen en vlekken van dierlijke organen.

Verteller: In het geval van de fruitvlieg is een mutatie, een verandering in slechts een paar letters van de D.N.A. die de verfkwast gen worden ingeschakeld veroorzaakt. En ja, een geheel nieuw soort met vleugel plekken is gemaakt.

Maar schakelaars nu uitleggen veel meer dan dat. Ze helpen om veel verbijsterende evolutionaire vragen, zoals hoe een wezen een ander wezen kan worden door het verliezen benen te lossen.

Het gaat allemaal terug naar wat Darwin in de slang embryo had gezien: de eerste beginselen van het been hobbels. Dit overtuigde hem ervan dat een slang moet zijn geëvolueerd van een aantal vierpotige dier.

In de loop der jaren dat dezelfde mysterieuze proces, de verliezende van de benen, is gezien in andere wezens, zoals de walvis. De voorzijde flippers hebben alle beenderen van arm een ​​land schepsel, zelfs de vingers. En verder terug in zijn lichaam, heeft de overblijfsels van een bekken. Duidelijk stamt af van een dier dat liep op het land.

DAVID KINGSLEY (Stanford University, Howard Hughes Medical Institute): Veel dieren zijn geëvolueerd naar glibberen door de grond, zoals slangen. Andere dieren glibberen of zwemmen door het water, net als, zoals walvissen. Dus als je een gestroomlijnd lichaam nodig heeft, is het goed om zich te ontdoen van deze dingen die uitsteken uit het lichaam, zoals ledematen.

Verteller: Net als de walvis, de lamantijn is een andere grote zoogdieren die leeft in de zee. En het ook heeft zijn achterste benen verloren. Hoe?

Darwin kon nooit hebben beantwoord die vraag, maar nu, dankzij ons begrip van hoe D.N.A. wordt in- en uitgeschakeld, en een zeer kleine vis, krijgen we een beetje dichterbij.

In dit meer, in British Columbia, is er een wezen dat hier echt niet zou moeten zijn: een stekelbaars.

De meeste stekelbaarsjes leven in de oceaan, maar zo’n 10.000 jaar geleden, een paar waren gestrand in dit meer, afgesneden van de Stille Oceaan. En door de jaren heen, hebben ze geëvolueerd.

De oceaan stekelbaars heeft een paar vinnen op zijn buik, die als spikes. Ze zijn voor de verdediging. De spikes maken van de stekelbaars moeilijk om te eten.

Maar het meer stekelbaars hebben die spikes verloren op hun buik. En het is deze dat onderzoekers David Kingsley en zijn collega Dolph Schluter intrigeert.

Om te begrijpen wat er achter zit, ze voor het eerst geïdentificeerd het gen dat spikes de stekelbaars maakt. Het is een van de belangrijkste body-plan van genen en, niet verrassend, ze vond het identiek in zowel de oceaan en het meer stekelbaars zijn.

De vraag was, "Waarom was het niet ingeschakeld in het meer stekelbaars, dat zijn spikes had verloren?"

Kingsley voelde het antwoord zou kunnen liggen in een switch.

DAVID KINGSLEY: We weten dat deze genetische switches bestaan. Maar ze zijn nog steeds erg moeilijk te vinden. We hebben geen genetische code waarmee ons lezen langs de D.N.A. volgorde en zeggen: "Er is een schakelaar," een gen zetten op een bepaalde plaats.

Verteller: Maar uiteindelijk, de jacht door de uitgestrekte D.N.A. dat betekent niet coderen voor eiwitten, hij vond het, een deel van D.N.A. dat in het meer stekelbaars had gemuteerd. Deze mutaties betekende dat de schakelaar kapot was. Het deed er niet aan het gen dat spikes maakt.

Maar dit werk kan gevolgen hebben tot ver buiten stekelbaars hebben. Ze zijn ervan overtuigd dat er een verband bestaat tussen de stekelbaars verliest zijn spikes en andere wezens, zoals een zeekoe, hun benen te verliezen. En ze hebben twee prikkelende aanwijzingen.

De tweede aanwijzing is nog voorlopig. Het meer stekelbaars kan haar spikes hebben verloren, maar evolutie heeft achtergelaten aantal kleine restanten: de sporen van de botten. En ze zijn scheve, groter aan de linkerkant dan aan de rechterkant.

DAVID KINGSLEY: We dachten, "Zou het niet geweldig zijn als, in feite is dit klassieke ongelijkheid is de ondertekening van het gebruik van hetzelfde gen aan achterste ledematen-verlies in ongelooflijk verschillende dieren te controleren?"

Verteller: Dus Kingsley en zijn team ging op zoek in zeekoeien, op zoek naar deze scheve patroon. En ze vonden het. In de doos na doos zeekoe skeletten zagen ze bekken dat groter aan de linkerkant en kleinere aan de rechterkant waren.

Op dit moment, Kingsley en zijn team zijn op zoek naar dezelfde schakelaar in de lamantijn die ervoor zorgde dat het meer stekelbaars zijn spikes te verliezen. hoe wezens zoals zeekoeien, walvissen en slangen weg te kunnen evolueren hun benen: En als ze vinden, zullen zij een krachtige verklaring voor iets dat Darwin verbijsterd hebben.

Maar dit alles roept een andere vraag. Indien schakelaars zo’n diepgaande rol in de verschillende vormen en patronen van dierlijke organen en van vleugel vlekken kunnen spelen, pieken, benen achterpoten, hetgeen gooien deze schakelaars in de eerste plaats?

die Galapagos vinken: onderzoekers zou het antwoord bij dieren erg vertrouwd aan Darwin te zien.

Arkat Abzhanov en Cliff Tabin zijn jarenlang bezig geweest te proberen om precies te weten hoe die Galapagos vinken kregen hun verschillende snavels. Hun uitgangspunt was wat ze van Darwin zelf had geleerd: hun snavels waren van vitaal belang voor het voortbestaan ​​van de vogels.

Op een eiland waar de belangrijkste eten zaden, vinken had kort, taai snavels voor het kraken ze open. Op een eiland waar de belangrijkste eten was van bloemen, vogels had lange puntige snavels voor het opzuigen van nectar en stuifmeel.

En ze wist dat er iets anders: de vinken worden geboren met hun snavel volledig gevormd. Dus het antwoord op waarom ze hadden zulke verschillende snavels moet in iets wat er gebeurd met de vinken als embryo’s in het ei liggen.

KLIP Tabin: iets geweldigs gebeurt binnen die eieren. Genen worden aan- en uitzetten. En afhankelijk precies over hoe ze in- of uitschakelen zal bepalen wat voor soort vink wordt gevormd.

Verteller: Om erachter te komen wat er gaande was, de onderzoekers moest eerst wat eieren te verzamelen.

ARKHAT ABZHANOV (Harvard Medical School): Daar is ze. Ik ben net terug en op het punt om een ​​aantal eieren te leggen. Zeer waarschijnlijk dat ze al een batch. Ze is coming out.

Verteller: Abzhanov controleert een grondvink nest en vindt een enkel ei. Hij zal het niet verwijderen omdat de moeder het nest kunnen verlaten. Een ander nest heeft al drie eieren. Hij neemt een voor zijn onderzoek, omdat hij weet dat de moeder zal een vervanger te leggen.

Terug in het lab, kunnen zij te starten.

Deze cactus vink embryo is goed op weg om zijn handtekening lange, spitse snavel. En deze grond vink embryo groeit een korte dikke snavel.

KLIP Tabin: Wat we wilden doen was proberen te begrijpen van de genen die betrokken waren bij het maken van de snavel zoals het was, het maken van een grote, brede dikke snavel anders dan een lange, dunne snavel of een korte, dunne snavel.

VERTELLER: Ze gericht op een groep genen waarvan de groei van gezichten vogels regelen. Als ze keken, zagen ze iets intrigerend.

Dit was een openbaring. De dezelfde genen waren verantwoordelijk voor de snavels in alle soorten vink. Eventuele verschillen waren in de timing en intensiteit.

KLIP Tabin: We hebben het; we hebben het genageld. Het is dezelfde genen in het maken van een scherpe, puntige snavel of een brede, moer kraken snavel. Wat is essentieel en maakt het verschil, en het verschil, is hoeveel je het gen aan en wanneer je hem aanzet, als je het uit te zetten.

Verteller: En de openbaringen daar niet eindigen. Er was iets bijzonders over dit gen. Net als alle andere body-plan van genen, is het niet daadwerkelijk de spullen van ons lichaam. Het duurde het kraakbeen van snavels van de vinken ‘niet te maken. Het gooit schakelaars en de schakelaars zet of uit de genen die wel maken de snavel.

SEAN CARROLL: Dit zijn een ander type gen; ze zijn de genen die de baas andere genen rond.

Verteller: Wetenschappers nu beseffen dat niet alle genen gelijk geschapen zijn. Sommigen maken de spullen van ons lichaam, en schakelaars zijn nodig om in en uit veel van deze dingen genen te zetten. Het lichaam-plan van genen worden wat gooi deze schakelaars, die het spul genen wat te doen en bij te vertellen.

Deze subtiele choreografie kan ingrijpende gevolgen voor hoe de verschillende dierlijke organen worden gevormd hebben.

En deze kennis helpt ons op te lossen misschien wel de grootste darwinistische puzzel van alles: het mysterie van de grote veranderingen.

Het gaat allemaal terug naar Darwin’s idee van de boom des levens, dat alle levensvormen uiteindelijk verwant zijn, en vanaf de vroegste gemeenschappelijke voorouder, over miljarden jaren, hebben ze veranderd en gediversifieerd, zodat wezens die begon op zoek hetzelfde, geëvolueerd compleet anders te worden.

En wetenschappers hebben een aantal fantastische connecties gemaakt: dat dinosaurussen delen een gemeenschappelijke voorouder met vogels; en dat een vis moet de voorouder van alle vier de ledematen wezens zijn geweest, zelfs ons.

Van al zijn ideeën was dit waarschijnlijk meest verbazingwekkende van Darwin.

SEAN CARROLL: Het was één ding om te begrijpen hoe twee soorten vink anders, hoe hun snavel vorm zou kunnen veranderen zou kunnen worden. Dat was een kleine stap. Maar hoe zit het met de grote verschillen, de verschillen, laten we zeggen, tussen de vissen die zwemmen in de zee en de dieren die lopen op het land? Hoe hebben deze veranderingen plaatsvinden?

VERTELLER: Over de jaren is duidelijk voor deze grote veranderingen gevonden. Bijvoorbeeld, slechts een jaar na Darwin gepubliceerd On the Origin of Species, werd een fossiel genaamd archaeopteryx ontdekt. Het had kenmerken van zowel vogels en dinosauriërs.

En Darwin had even overtuigend bewijs in embryo’s gezien. Die spleten in het oor van alle landen schepselen, zelfs mensen. in ons, worden ze kleine botten in het binnenoor, maar in vis, worden ze kieuwen—een prikkelende hint dat dieren het land moet worden afstammen van vis.

Maar het struikelblok is altijd hoe geweest? Hoe kon een vis te ontwikkelen benen en loop op het land.

Darwin had geen idee, maar Neil Shubin was vastbesloten om dat probleem aan te pakken.

Neil Shubin (University of Chicago / The Field Museum): Het gevangen mijn verbeelding. Ik bedoel, hier is een vin, en aan de andere kant was een ledemaat, en ze zag er anders uit op vele manieren. En ik dacht, "Nou, wat een eerste klas wetenschappelijk probleem om mijn onderzoek te wijden aan!" En ik heb besteedt vrij veel mijn onderzoek aan, sindsdien—meer dan 20 jaar.

Verteller: De eerste fase in de zoektocht Shubin was om een ​​fossiel te vinden.

Als Darwin gelijk had, ergens daar, moest er een overgangsvorm, een fossiel dat deel vis was, maar had het begin van de benen. Maar waar te kijken?

Hij had een idee. Het fossiele verslag blijkt dat wezens met de benen voor het eerst verscheen enkele 365 miljoen jaar geleden. Voor die tijd waren er slechts vis.

Dus, de zomer na de zomer, stelt Shubin kamp op Ellesmere Island, op slechts een paar honderd mijl van de Noordpool. Het is rots blootgesteld, die cruciaal zijn overgangstijd. eigen video van de wetenschapper laat zien hoe ver en somber de plaats was.

Neil Shubin: Het is koud; het gaat over het bevriezen van elke dag in de zomer. Winds zijn hoog; ze kunnen krijgen tot 50 mijl per uur. Er zijn ijsberen daar. We moeten ons voorbereiden op het dragen van wapens. Het is een prachtige plaats. Je moet er van houden. Het is mijn zomerhuis.

Verteller: Elke expeditie was duur, maar na drie van hen, was er weinig aan te tonen voor hun inspanningen. Een vierde reis leek zinloos.

Neil Shubin: Ik herinner me een gesprek met mijn collega’s zeggen: "Nou, moeten we gaan? Is dit echt een verspilling van geld?" Dit was onze do-or-die moment, en we bijna niet te gaan.

Verteller: Maar ze besloten om nog één keer te proberen.

Na drie dagen dat ze hadden nog steeds niets gevonden. Dan, net als niemand er iets te gebeuren verwachtte.

Neil Shubin: Een collega werd barsten rotsen, en ik was vijf voet weg te werken van hem. En ik hoor "Hallo! Hé jongens, wat is dit?" En die uit de rots werd de snuit van een vis—en niet zomaar een vis, een vis met een platte kop. En door het zien van een flatscreen-headed vissen in de rotsen ongeveer 375 miljoen jaar oud, we wisten dat we hadden gevonden wat we zochten.

Verteller: Een platte snuit, met opwaartse starende ogen, de ondertekening van een dier dat zijn kop duwt uit het water. En voor dat, zou het iets als wapens nodig hebben.

Neil Shubin: Wat we deden op dat moment was alles sprong rond high-fiving. Het was een, weet je, er waren slechts zes van ons in het veld die tijd, dus het was nogal een scene.

Verteller: Terug thuis, Shubin en zijn team ging aan de slag, de behandeling van hun 375-miljoen jaar oude fossiel.

Zij noemden hun nieuwe vinding Tiktaalik, een Inuit woord voor een zoetwatervis.

Tiktaalik is een perfecte overgangsvorm. Een groot deel van zijn lichaam is die van een vis. Het is bedekt met schubben. Maar het had ook iets heel on-fishlike, een arm-achtige fin, of misschien een fin-achtige arm. Tiktaalik had de botstructuur, dat is te zien in de armen en benen van alle vier ledematen dier: een groot been aan de top; twee beenderen onderaan, waardoor een cluster van beenderen in de pols en de enkel.

Het is hetzelfde patroon dat is gevonden in alles, van schapen, tot herdershonden, te Shubin zelf.

Neil Shubin: Je hebt nu een dier dat zich kan opdrijven van de ondergrond, hetzij op de waterbodem of op het land.

Verteller: Een voor de hand liggende vraag was, "Waarom had Tiktaalik ontwikkeld om deze nieuwe structuur?"

Een mogelijk antwoord wordt gesuggereerd door andere fossielen gevonden in de buurt is.

Neil Shubin: Er zijn grote roofvissen, ongeveer 10 tot 15 voet lang, wonen naast Tiktaalik.

Verteller: Tiktaalik was prooi. Om te overleven had weinig keuzes.

NEIL Shubin: U kunt groot te krijgen, kun je armor te krijgen, of u kunt uit de weg te krijgen.

Verteller: Neil Shubin denkt dat Tiktaalik kreeg uit de weg. Met die arm-achtige vinnen, zou het zich hebben gesleept naar de veiligheid op het land of in het ondiepe water, maar dit was slechts de helft van het antwoord.

Neil Shubin: Wat het ons niet laten zien is de werkelijke genetische mechanisme, de genetische recept dat een vin bouwt in die waarin een ledemaat bouwt.

Verteller: Op 375-miljoen jaar oud, Tiktaalik’s D.N.A. had lang geleden verdwenen.

Shubin nodig een nabestaanden, een vis familielid dat nog in leven was.

Neil Shubin: Wat we nodig hadden was een wezen dat was in het rechter gedeelte van de evolutionaire boom, maar ook een vis die een zeer vlezig fin gehad. Dus de zoektocht was.

Verteller: Een aantal vissen past het wetsvoorstel, maar Shubin begenadigde in het bijzonder: de paddlefish.

Neil Shubin: De paddlefish is een echt raar vis. Zij hebben dit echt lange snuit ontwikkeld, en ze zijn echt vraatzuchtig. Ze eten elkaar. Vaak zul je veel van uw vis verliezen wanneer ze samen zwemmen, omdat ze elkaar zullen eten.

Verteller: Het leven in de ondiepe wateren van de Mississippi, het is ook een levend fossiel.

Wetenschappers hebben jarenlang bezig geweest met het uitwerken van de relaties tussen de verschillende soorten vis, en ze weten dat de paddlefish is één van de laatste overlevenden van de klasse waartoe Tiktaalik ooit toebehoorde.

Maar in tegenstelling tot Tiktaalik, de paddlefish is in overvloedig aanbod.

Neil Shubin: Paddlefish is een veel voorkomende bron van kaviaar, zodat we onze paddlefish van kaviaar boerderijen.

Verteller: Intrigerend, ook al is Tiktaalik is uitgestorven, de paddlefish is eigenlijk de meer primitieve vorm. Zijn vinnen dragen veel minder opzichte van een arm of been dan Tiktaalik’s.

En omdat ze verwant zijn, de twee soorten vis moet dezelfde genen delen, dus Shubin begon te kijken naar paddlefish embryo’s, op jacht naar de genen die zijn vinnen gebouwd. En binnenkort nulpunt hij in op een bepaalde groep van body-plannen genen genaamd Hox genen.

Hox genen zijn gevonden in alle complexe dieren, van de fluwelen worm die dateert van ongeveer 600 miljoen jaar geleden, aan de moderne mens. En in al die tijd, de letters van hun D.N.A. zijn vrijwel onveranderd gebleven.

Ze zijn aristocraten van het gen gemeenschap, in de buurt van de top van de hiërarchie. Ze geven opdrachten die via een cascade ontwikkelende embryo, activerende hele netwerk van wissels en genen die de delen van het lichaam te maken. Ze zijn van cruciaal belang voor de vorm en de vorm van een zich ontwikkelende wezen.

SEAN CARROLL: Deze genen bepalen waar de voor- en achterzijde van het dier gaat worden; boven, beneden; links, rechts; de binnenkant, de buitenkant; waarvan de ogen gaat worden; waarbij de benen gaat worden; waar de darm gaat worden; hoeveel vingers ze gaan te hebben.

Verbazingwekkend, in alle vier ledematen dieren, zelfs ons, precies dezelfde genen maken van de lange, bovenarm bot.

Tenslotte dezelfde genen, die in een andere volgorde, maakt de matrix van botten aan het einde van de vin. Dezelfde sequentie van dezelfde genen maakt onze vingers en tenen.

Dit was een enorme openbaring. Plotseling werd de oorsprong van de wezens met armen en benen niet zo’n enorme sprong na alle lijken. Als dezelfde genen aan het werk waren in Tiktaalik, dan zullen veel van de genen die nodig zijn om de benen en armen te maken werden al rondgedragen door prehistorische vis.

Alles wat het nodig had was een paar mutaties, een paar wijzigingen in de timing en de volgorde van wat werd uitgeschakeld en op, en een vin kon een ledemaat worden.

Neil Shubin: Vaak hebben de oorsprong van geheel nieuwe structuren in de evolutie niet het ontstaan ​​van nieuwe genen of geheel nieuwe genetische recepten te betrekken. Oude genen kunnen worden geconfigureerd om wonderlijk prachtige nieuwe dingen te maken.

Verteller: Zo is het nu mogelijk om te beantwoorden wat Darwin niet wist en uitleggen hoe alle vier poten wezens zouden afstammen van vis.

Rond 375 miljoen jaar geleden, een wezen als Tiktaalik was aangevallen, werd gestoord door roofdieren. Maar enkel willekeurige veranderingen in de activiteit van de Hox genen tot zijn vinnen ontwikkeling van een structuur zoals een ledemaat.

Tiktaalik kon zich nu trekken uit de gevarenzone, op het droge. Op het land, zou het een wereld van planten en insecten, een wereld rijp voor kolonisatie, een wereld perfect voor dieren met armen en benen hebben gevonden.

En dus, over miljoenen jaren, deze nieuwe ledematen ontwikkeld, veranderd en gediversifieerd. Sommigen werden aangepast voor het draaien, anderen vliegen, sommige voor het graven, anderen swingen. En dus, vier ledematen dieren nam over de hele wereld in een veelheid van verschillende manieren, en dat allemaal omdat van een aantal wijzigingen in een oude set van genen.

En dit is de ware wonder van waar onze nieuwe begrip van D.N.A. heeft geleid tot: er zijn genen die de spullen van ons lichaam, switches die hen uit te schakelen en op, en nog andere genen die deze switches bevelen te geven te maken. Samen in een complexe cascade van timing en intensiteit, ze combineren om de verbazingwekkende diversiteit van het leven te produceren op deze planeet. Dat is echt iets dat Darwin nooit geweten.

Maar kan deze nieuwe wetenschap ook verklaren wellicht de meest fundamentele vraag van allemaal: "Wat maakt ons tot mens?"

De reikwijdte van de menselijke activiteit is gewoon verbazingwekkend.

KATIE POLLARD (University of California, San Francisco): Wat fascineerde mij waren alle gekke dingen die mensen doen. Je kijkt over de hele wereld, en als er iets bizar en interessant dat je zou kunnen doen, mensen zijn tot het ergens in de wereld. En als je kijkt naar dit alles, moet je jezelf afvragen, wat ons zo speciaal maakt. En wat is de basis voor deze menselijkheid?

Verteller: Voor alle wonderen van de natuur, de verworvenheden van de menselijke geest zijn echt uniek. Wij zijn de enige soort na te denken over wat anderen van ons denken; voor degenen die anderen hebben geschaad te straffen; kunst, muziek, architectuur te creëren; om deel te nemen in de wetenschap, de geneeskunde, de microchip.

Alleen kunnen we miljoenen mensen vernietigen één druk op de knop.

Niet verwonderlijk dus, dat al eeuwen, we dachten dat de mensen waren anders dan alle andere soorten: beter, geschapen naar het beeld van God.

Maar toen Darwin begon om conclusies te trekken, van bewijsmateriaal, zoals kieuwspleten in menselijke embryo’s, waaruit bleek dat we afstammen van vis. Maar het was toen hij parallellen getrokken met andere naaste familieleden die hij in echt in de problemen.

SEAN CARROLL: Kort na Darwin van zijn reis terug, in Londen, een orang-oetan genaamd Jenny ging vertonen. En dit was een enorme sensatie. Dit was de eerste grote aap te worden tentoongesteld in gevangenschap. En Darwin was absoluut genomen met hoe ze was, soort van, kinderlijk in haar wegen. En hij zag veel van menselijk gedrag in de manier waarop deze orang-oetan gedragen.

Verteller: Toen Darwin suggereerde dat menselijke wezens eigenlijk moeten afstammen van apen, werd hij afgekraakt. Hij werd beschuldigd van het aanvallen van die kern overtuiging dat de mensheid had gemaakt zijn naar het beeld van God, boven alle andere wezens.

Maar vandaag, het idee dat we delen een gemeenschappelijke voorouder met de apen is volledig in de biologie aanvaard. In plaats daarvan, als gevolg van de genomen van zowel mensen en apen hebben gesequenced, staan ​​we een heel andere puzzel.

Katie Pollard is een expert op chimp D.N.A.

KATIE POLLARD: Gezien alle duidelijke verschillen tussen mensen en chimpansees, zou je verwachten dat onze D.N.A. echt anders te zijn. Maar in feite is het meer als 99 procent identiek.

Verteller: Gewoon een één procent verschil in de D.N.A. van mensen en chimpansees.

Het mysterie geconfronteerd met de moderne wetenschap is niet, "Hoe kunnen zulke verschillende dieren te maken hebben?" Maar, "Hoe kunnen zulke nauw verwante soorten zijn zo verschillend?" Dat is echt iets dat Darwin nooit geweten.

Maar langzaam, wetenschappers beginnen om de antwoorden te vinden. En een antwoord begint met inzicht in de genetica van een belangrijk menselijk orgaan, onze handen.

De menselijke hand is een wonder; wendbaar en behendig, niets heel graag het bestaat ergens anders in de natuur. Het biedt ons een unieke combinatie van precisie en kracht, en een groot deel van dat is te danken aan een bepaald cijfer, onze duim.

JIM NOONAN (Yale University): Een van de kenmerken van de menselijke hand is ons vermogen om alle vier de vingers te raken met de duim. En dat stelt ons in staat om grip te maken als deze, grips dat ons veel precisie te geven. De krachtgreep is de mogelijkheid om veel kracht in dit soort contact te brengen.

Dus als je met een bal, bent u in principe knijpen, en we kunnen heel veel sterkte in die plaatsen.

Verteller: De beter om een ​​fastball gooien met.

Uitzoeken waarom we zo’n veelzijdig handen, in vergelijking met onze naaste verwanten, is de taak van Jim Noonan, aan de Yale University. Hij begon zeven door die van vitaal belang een procent van D.N.A. dat verschilt van de mens chimpansees.

JIM NOONAN: Het is, een soort van. een van de fundamentele vragen in de wetenschap is, "Wat maakt ons wie we zijn?" En dat is echt wat we proberen te bereiken—wat maakt mensen mens.

Verteller: Het was traag werken. Eén procent klinkt misschien niet als veel, maar het is nog steeds ongeveer 30 miljoen van chemische letters D.N.A.’s: As, Ts, Cs en Gs.

JIM NOONAN: Het genoom is een grote plaats. En gewoon door te kijken naar een reeks, is, kan je eigenlijk niet zeggen, voor het grootste deel, wat belangrijk is en wat niet.

Verteller: Maar uiteindelijk, in de menselijke D.N.A. zag hij iets: een sequentie die anders 13 plaatsen was, vergeleken met D.N.A. chimpansee Het probleem was, hij had geen idee wat dit stukje D.N.A. eigenlijk deed.

Om uit te vinden, ingevoegd hij het in het embryo van een muis. Om de effecten van de D.N.A. maken gemakkelijker te volgen, hij verbonden aan een ander gen dat geeft af een blauwe kleur. Op die manier kon hij zien waar het gen actief werd in het embryo.

Als het embryo ontwikkeld, het stuk D.N.A. leek actief te zijn all over the place, maar het meest intrigerende, werd het iets in de groeiende poot doen.

JIM NOONAN: Ik dacht, "Wow, dit is echt cool!" Het was, het was echt een opvallend beeld.

Verteller: Wat Noonan zag was dat de menselijke D.N.A. werd actief in de duim van de muis embryo’s en grote teen. Het lijkt erop dat Noonan een schakelaar die helpt te vormen dat de belangrijkste menselijke eigenschap, onze duim, het deel van onze hand, die ons zo veel kracht en precisie geeft wellicht gevonden.

Het is die kracht en precisie die ons in staat stelt om een ​​penseel te houden, te manipuleren instrumenten, piloot van een straaljager, te nemen onze gedachten, al die dingen die ons scheiden van andere apen.

Natuurlijk is het hebben van een wendbare kant is één ding. Maar je moet weten hoe het te gebruiken. En voor dat je nodig hebt om de mensheid andere handtekening orgaan, onze hersenen.

Het menselijk brein is enorm—drie keer groter dan een chimpansee—en is zeer anders gestructureerd. Hoe deze buitengewone orgel geëvolueerd staat centraal in het begrijpen waarom we zijn zoals we zijn. Het is iets dat Darwin zelf was bij een verlies uit te leggen, dat is de reden waarom veel van zijn critici nog steeds niet overtuigd van zijn rekening van de menselijke oorsprong.

Maar nu, een deel van het antwoord op de vraag waarom we zo’n opmerkelijke hersenen afkomstig kan zijn van een verrassende bron.

Hansell Stedman is een toegewijde sporter en een arts. Hij dacht nooit dat hij zou komen met een antwoord op een diepe evolutionaire mysterie. Hij heeft zijn carrière gewijd aan het proberen om spierdystrofie, een pijnlijke en soms fatale degeneratieve ziekte te genezen. Zijn zoektocht is heel persoonlijk.

Hansell STEDMAN (Universiteit van Pennsylvania School of Medicine): Mijn eerste blootstelling aan spierdystrofie was onontkoombaar. Mijn jongere en mijn oudere broer werden beiden geboren met spierdystrofie.

Verteller: Spierdystrofie is een erfelijke ziekte. De patiënten hebben een mutatie in een gen dat de spieren van het vermogen om zichzelf te herstellen berooft.

Hansell STEDMAN :. typische training, hier op de rotsen, kan blazen door middel van een paar duizend spiercellen, maar ze zullen ’s nachts regenereren, en als er iets, een beetje sterker de volgende dag kom ik in, als gevolg van dat alles. Overwegende dat, in spierdystrofie, het proces schade is enorm versneld, en het proces schade overtreft vermogen van het lichaam te herstellen.

Hansell STEDMAN: Als het vermogen van het gehele menselijke genoom project trapte in, wisten we precies wat te zoeken.

Verteller: Stedman werd op jacht naar nieuwe spier maken van genen. En dus, als het menselijk genoom is gesequenced, begon hij zeven door de enorme bergen van data.

Uiteindelijk vond hij wat hij zocht: een eerder geïdentificeerde spier maken gen. Maar er was iets vreemds over dit nieuwe gen. Het zag er niet uit als elke andere spier die genen. Twee letters ontbraken.

Dit gen zou een ziekte veroorzaken.

Hansell STEDMAN: Het werd heel duidelijk, vroeg op, dat als je een mutatie van dit type, krijg je een aantal ernstige spier probleem aan de hand.

Verteller: Hier was een raadsel. Waarom zou mensen dragen een gen dat duidelijk werd beschadigd? Misschien was gewoon een fout in de gegevens.

Stedman besloten om een ​​beetje dieper graven en kijk in een ander mens onderwerp.

Hansell STEDMAN: In het departement ware bekentenissen, doen we bepaalde experimenten eerst op onszelf, grotendeels uit gemak. U kunt uw eigen wang zwabberen en werkend te krijgen op een aantal D.N.A.

Verteller: Tot zijn stomme verbazing, vond hij dezelfde beschadigde gen in zichzelf.

Hansell STEDMAN: ik dit zien in mijn eigen D.N.A. en het suggereert dat, "Wacht even. Dat betekent dat er een spierziekte hier ergens, een spierziekte die ik ben niet bewust van." En ik dacht dat het zou de moeite waard om dit uit in een aantal andere leden op het lab zijn.

Verteller: Een paar swabs later en.

Hansell STEDMAN: Inderdaad, aan het eind van de dag, elke persoon had dezelfde storing in hun zelfde D.N.A. op dezelfde plaats.

Verteller: Hier was toen een echt mysterie. Het leek erop dat deze eigenaardige-spier waardoor gen gebruikelijk was bij de mens. Maar toen hij hetzelfde gen geïdentificeerd in apen, het was net als elke andere spier maken gen.

Waarom was er een dergelijk verschil? Wat deed dit gen in staat stellen een soort te doen dat de ander niet kon?

Stedman begon de rol van dit gen in apen onderzoeken. En hij vond het maakte een bepaald soort spier. De spier te kauwen. In feite is de spier gebruikt om de kaak te sluiten. Bij mensen die genetische glitch betekende dat we kauwen met slechts een fractie van de kracht van een aap.

Dit is op zich was interessant, maar waar Stedman ging daarna was echt intrigerend, en zeer controversieel.

Hij trok een directe verbinding tussen de kracht van onze kaakspieren en de evolutie van de menselijke hersenen. Stedman denken gaat als volgt: de schedels van apen en mensen zijn gemaakt van verschillende onafhankelijke bot platen. Ze laten ons hoofd groter worden als we groeien. De spieren voor het kauwen pull tegen deze platen, en in een aap, deze krachten kan enorm zijn.

Hansell STEDMAN: Dus de gorilla, de spieren, de grootte van een mens dijspier, leeft naar en moet door deze grote ruimte op de kaak stroom heen en weer bewegen. We praten niet biceps, triceps hier, we praten hier quad. Dit is een enorme spier die moet kloppen komen door dit gat hier de kaak-sluitinrichting stroom.

Verteller: Stedman stelt dat dit alles spierkracht dwingt een aap’s schedel platen om samen te smelten in een vroeg stadium, en dit stelt grenzen aan hoeveel de hersenen kunnen groeien.

Hansell STEDMAN: In een chimpansee, gorilla en orang-oetan, worden die groeischijven vrijwel stilgelegd, gesloten voor het bedrijfsleven, met ongeveer drie, vier jaar oud. Bij een mens, blijven zij open groei misschien 30 jaar.

VERTELLER: Dit Stedman gelooft de sleutel. Een mutatie in onze kaakspieren kan de menselijke schedel te blijven uitbreiden in de volwassenheid, het creëren van een grotere ruimte voor onze hersenen. En dus onze belangrijkste orgaan kan groeien.

Hansell STEDMAN: Het is erg cool, voor ons, om te denken dat er een soort van spier-veranderende mutatie eigenlijk een handtekening evenement in de evolutie van wat maakt ons een andere soort zou zijn geweest. Het zou absolute voorwaarde zijn voor ons de landing waar we nu zijn.

Verteller: Maar het hebben van de ruimte voor een grote hersenen is één ding. Wat is nodig om een ​​echt groeien?

Dat is de vraag die Chris Walsh probeert te beantwoorden. Hij is een andere wetenschapper die nooit verwacht dat het nemen van wat eens Darwin niet wist.

CHRIS WALSH (Children’s Hospital Boston): Ik had nooit gedacht dat ik zou studeren evolutie. Ik ben een neuroloog, die geïnteresseerd zijn in de hersenen en kinderen met neurologische problemen. En niemand was meer verbaasd dan ons te vinden dat de studie van de kinderen met een handicap zou ons leiden naar deze fascinerende evolutionaire vragen.

Ademt hij over het algemeen goed, in de loop van de dag?

MOEDER VAN microcefalie cliënt: Soms zal het snel gaan: he, he.

Verteller: Chris Walsh is een specialist in een zeldzame aandoening microcefalie genoemd. Kinderen met microcefalie worden geboren met hersenen die een helft van de normale grootte kan zijn.

CHRIS WALSH: Deze aandoening kan zeer verwoestende voor de kinderen dat het te hebben. Zij zullen doorgaans ernstige mentale retardatie hebben, en zo is, zal niet in staat zijn om de normale taal en normaal onderwijs te bereiken. En dus het is echt een evenement dat de hele familie definieert. Definieert het leven niet alleen het kind, maar van de ouders van het kind. En deze gezinnen zijn wanhopig te popelen om te proberen te begrijpen, althans, wat de oorzaak van de aandoening in hun kinderen.

Verteller: Het doel van het werk van Walsh was, in eerste instantie, voor gezinnen die kunnen worden het uitvoeren elke defecte genen, causaal voor microcefalie om hun leven te plannen te helpen.

CHRIS WALSH: We kunnen die gezinnen voorspellend onderzoek bieden, zodat als ze van plan zijn op het hebben van extra kinderen, we kunnen ze het van tevoren vertellen of dat kind is waarschijnlijk niet te worden beïnvloed of niet.

Verteller: Eerste Walsh moest beslissen waar te kijken in het enorme genoom om eventuele-microcefalie veroorzaken genen te vinden. Dus richtte hij zich op een bepaald gebied van D.N.A. Ander onderzoek suggereerde dat het een gen dat betrokken is in de toestand bevatte.

Dat gen is bekend om te bepalen hoe en wanneer hersencellen verdelen dieren zoals fruitvliegen en muizen.

CHRIS WALSH: Wat dit gen lijkt te doen is helpen bij de controle van de fundamentele beslissing die de hersenen te maken, dat is, "Wanneer moet ik stoppen met het maken van cellen? Wanneer is het brein groot genoeg?"

Verteller: Toen begon zijn team op zoek naar dat hetzelfde gen in een gezin met een geschiedenis van de ziekte. En zeker genoeg vonden ze iets: een gen dat de directe groei van de hersenen helpt. En, heel belangrijk, het was defect.

Walsh besloten om deze bevinding bij andere patiënten te controleren.

CHRIS WALSH: Zodra we dit gen gevonden, we gesequenced in onze kinderen met microcefalie stoornis. We vonden dat één familie na de ander had een onbruikbaar verandering in het gen dat zijn functie volledig verwijderd.

Walsh was nu zeker, dankzij zijn microcefalie patiënten had hij een gen om de groei van de menselijke hersenen gevonden. Nu besloot hij normale versies van het gen in gezonde mensen hetzelfde gen bij chimpansees, onze naaste verwanten vergelijken.

En wat hij gevonden was verbazingwekkend. Het gen bij de mens was radicaal verschillend van die gevonden in chimpansees. Er was een grote serie van mutaties geweest.

Het kan zijn dat deze mutaties een belangrijke factor in de ontwikkeling van onze grote hersenen. En deze ontdekking kwam over alleen vanwege het werk Walsh met zijn patiënten.

CHRIS WALSH: Ik denk dat een van de verbazingwekkende dingen voor ons was de mate waarin de studie van de menselijke ziekte kan ons onverwachts lichten over zoiets als de menselijke evolutie.

Verteller: Maar dit is slechts het begin van ons begrip van de evolutie van het menselijk brein. Het is een gebied van onderzoek dat nu is het aantrekken van wetenschappers met een scala aan vaardigheden die Darwin op zou hebben verwonderd.

Katie Pollard is een biostatistician. Haar leven wordt besteed kraken nummers.

KATIE POLLARD: Wat ik graag over mijn werk geeking uit op een computer, het schrijven van programma’s en het denken over biologie. Ik ben eigenlijk bezig met iets dat niet alleen wetenschappers schelen, maar echt ieder mens kan betrekking hebben op en geeft diep over: wat ons tot mens maakt.

Verteller: Pollard heeft een ambitieus computerprogramma aangelegd. Het is ontworpen om D.N.A. markeren die vergelijkbaar mensapen en andere dieren, maar die sterk verschilt bij mensen.

KATIE POLLARD: Uit deze 15 miljoen brieven dat mensen verschillend van chimpansees te maken, moeten we proberen om erachter te komen welke van belang waren. En dus gebruiken we een techniek, die zoeken naar plaatsen waar mens is anders chimpansee, chimpansee maar ziet er bijna identiek aan andere dieren.

Verteller: Ook zij is op zoek naar D.N.A. betreffende de menselijke hersenen.

KATIE POLLARD: De hersenen is een van de dingen die het meest veranderd in de loop van de menselijke evolutie, zowel in termen van de complexiteit en de omvang ervan. En dus als we kijken naar het delen van ons genoom die ons tot mens te maken te vinden, we zijn vooral geïnteresseerd in het vinden van de vraag of dit zijn dingen die betrokken zijn in de hersenen.

Verteller: Het is een enorme prestatie van de nummer-kraken, zoals Pollard in D.N.A. geladen sequenties van zowel mensen en chimpansees.

KATIE POLLARD: Je eigenlijk neem een ​​bos van harde schijven van computers en je stapelen ze together.We waren in staat om een ​​taak die zou hebben een looptijd van 35 jaar op een desktop computer te nemen en doe het in een middag.

Verteller: En aan het eind van die middag, hadden ze een hele reeks van materiaal in kaart brengen van de verschillen tussen mensen en chimpansees. Belangrijker veel van deze verschillen niet in de werkelijke genen. Ze waren in switches.

KATIE POLLARD: Het blijkt dat de overgrote meerderheid niet de genen. In plaats daarvan zijn ze stukken van onze D.N.A. dat we kunnen bedenken als schakelaars. Ze zijn stukjes D.N.A. dat zet een nabijgelegen gen aan of uit, dat vertellen, waar, in welke cellen in ons lichaam, in welk weefsel, op welk moment en op welk niveau te opereren.

Verteller: En er was iets nog intrigerender over die switches.

KATIE POLLARD: Een groot aantal van hen, meer dan de helft, waren in de omgeving van een gen dat betrokken was bij de hersenen.

De cortex is dat gerimpelde buitenste laag van de hersenen. Het is van vitaal belang voor de definitie van menselijke vermogens zoals taal, muziek en wiskunde.

Toen ze zag dat D.N.A. in chimpansees en vergeleken met dezelfde D.N.A. in een kip, was verschillend in slechts twee letters. Maar bij mensen was anders door 18 letters. Een enorme mutatie.

KATIE POLLARD: Dit was ongeveer zo groot van een "eureka-moment" als je zou kunnen hebben als wetenschapper.

Verteller: Dus hier is nog een intrigerend stukje bewijs suggereert hoe D.N.A. vorm kunnen geven onze onderscheidende menselijke kwaliteiten.

We weten nu dat D.N.A. werkt op vele verschillende manieren, door middel van genen die de spullen van ons lichaam te maken, door middel van schakelaars die deze genen aan en uit zetten, en door middel van sequenties van chemicaliën D.N.A. dat deze schakelaars gooien.

Bij elkaar genomen, wat dit allemaal neer op een manier die we kunnen eindelijk begrijpen hoe kleine verschillen in D.N.A. kan een enorme verandering te genereren.

KATIE POLLARD: In principe kun je enorme veranderingen te maken, alleen het veranderen van de schakelaars. Dus een kleine verandering, een paar D.N.A. brieven kan een diepgaand effect hebben.

Verteller: En dat laatste darwinistische puzzel—hoe een mens zo nauw gerelateerd aan een aap kan worden en toch zo verschillend—is nu, langzaam, wordt beantwoord.

Honderd vijftig jaar na Darwin het eerst naar voren zijn grootse theorie te maken aan de grote diversiteit van het leven te verklaren, hebben de wetenschappers die voeren op zijn nalatenschap gevorderd zijn werk in wonderlijke manieren.

SEAN CARROLL: Ik denk dat, als Darwin waren hier vandaag, zou hij absoluut verbijsterd, opgetogen, zelfs verhuisd te zijn, om te zien hoeveel zijn theorie is gegroeid.

KLIP Tabin: Wat we nu in staat zijn om te begrijpen, aan de ene kant, zou gewoon blazen hem weg. Maar ik denk ook dat het zou hem een ​​enorme voldoening geven, want uiteindelijk, alles wat we hebben geleerd valideert de dingen die hij zei.

OLIVIA JUDSON: Ik denk dat Darwin was een opmerkelijke wetenschapper en absoluut moet worden gevierd. Echter, ik denk niet dat hij het einde van de evolutie was; integendeel, ik denk dat hij het begin was. Hij schetste de belangrijkste punten, maar we hebben meer ontdekt dan ik denk dat hij mogelijk zou kunnen voorstellen.

Verteller: Als we de 200ste geboortedag van Charles Darwin en de 150ste verjaardag van zijn grote werk te vieren, is er nog veel meer te begrijpen over hoe de eindeloze vormen van de natuur ontstaan.

En in oplopend tot die uitdaging, is het waarschijnlijk dat we zullen doorgaan met medicijnen te bevorderen en te komen tot een beter inzicht in onszelf.

Broadcast Credits

Wat Darwin Never Knew

Een NOVA / WGBH Production.

Alle rechten voorbehouden

Het krediet: (kippenembryo) Courtesy Jimmy Hu

Deelnemers

Sean B. Carroll University of Wisconsin-Madison, HHMI www.molbio.wisc.edu/carroll/ Olivia Judson Imperial College in Londen David Kingsley Stanford University, HHMI kingsley.stanford.edu/~~V Michael Levine University of California, Berkeley mcb.berkeley.edu /index.php?option=com_mcbfaculty&name = levinem Michael Nachman Universiteit van Arizona www.eebweb.arizona.edu/Faculty/Bios/nachman.html Jim Noonan Yale University www.med.yale.edu/genetics/fac/JamesNoonan.php Heidi Parker National Human Genome Research Institute Katie Pollard University of California, San Francisco docpollard.com/katie.html Neil Shubin University of Chicago / The Field Museum pondside.uchicago.edu/oba/faculty/shubin_n.html Hansell Stedman Universiteit van Pennsylvania School of Medicine www.med.upenn. edu / apps / faculteit / index.php / g5455356 / p7723 Cliff Tabin Harvard Medical School genepath.med.harvard.edu/

Bron: www.pbs.org

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

2 × vier =