Goed nieuws van het genenfront

De ontrafeling van het menselijk genoom leverde de ontnuchterende vaststelling op dat het aantal genen van de mens slechts anderhalf maal zo veel is als dat van de rondworm. Toch is dit resultaat een zegen, meent Stephen Jay Gould. Het inzicht breekt door dat organismen als organismen moeten worden verklaard en niet als optelsom van genen.

Op 12 februari deden twee groepen onderzoekers officieel verslag van de gegevens van het menselijk genoom. Bovendien is 12 februari de geboortedag van Charles Darwin, die ons biologische inzicht in de aard van het leven en de evolutie een vliegende start gaf toen hij in 1859 On the Origin of Species publiceerde. Op 13 februari week ik af van mijn beoogde stof en besprak het belang van dit werk met de studenten die mijn college over de geschiedenis van het leven volgen. Ik vertelde mijn studenten allereerst dat we een grote dag beleefden in de geschiedenis van de wetenschap en van het menselijk inzicht in het algemeen.

De fruitvlieg Drosophila, de spil van de laboratoriumgenetica, bezit tussen de dertien- en veertienduizend genen. De rondworm C. elegans, de spil van de ontwikkelingsstudies in het laboratorium, bevat maar 959 cellen, lijkt wel een vormloos lontje, met vrijwel geen complexe anatomie buiten zijn genitaliën, en bezit iets meer dan negentienduizend genen.

De algemene schatting voor de homo sapiens – onder de gangbare opvattingen genoeg om de zoveel grotere complexiteit van mensen te verklaren – stond op ruim honderdduizend, waarbij vaak het precieze getal van 142.634 viel, dat werd beschouwd als een alleszins redelijke verwachting.

Nu blijkt de Homo sapiens tussen de dertig- en veertigduizend genen te bezitten, waarbij de einduitkomst vrijwel zeker nog het dichtst bij dat laagste cijfer zal liggen. Met andere woorden: ons lichaam ontwikkelt zich onder de sturende invloed van maar anderhalf zoveel genen als de kleine rondworm nodig heeft om zijn uiterste, zij het sierlijke, uiterlijke eenvoud te vervaardigen. De menselijke complexiteit kan niet door dertigduizend genen worden voortgebracht als we uitgaan van de `centrale leer', de oude kijk van de genetici op het leven. DNA maakt RNA (een macromolecuul dat zichzelf kan repliceren) maakt eiwit – met andere woorden: een causaal eenrichtingsverkeer van code naar boodschap naar samenstelling van materie, waarbij elk onderdeel van de code (een gen) uiteindelijk een onderdeel van de materie (een eiwit) vormt en de hele bups eiwitten een lichaam vormt. Die honderdtweeënveertigduizend boodschappen bestaan ongetwijfeld, dat kan niet anders, wil ons lichaam zo complex zijn, maar onze eerdere fout die nu aan het licht is gekomen was de veronderstelling dat elke boodschap van een afzonderlijk gen afkomstig was.

We kunnen ons verscheidene oplossingen indenken om veel meer boodschappen (en eiwitten) dan genen voort te brengen en op dat thema zal toekomstig onderzoek zich richten. Het redelijkste en meest besproken mechanisme is dat waarbij een enkel gen een aantal boodschappen kan maken doordat de genen van meercellige organismen geen afzonderlijke ketens zijn, maar bestaan uit codeersegmenten (exons) gescheiden door niet-codeergedeelten (introns). Het resulterende signaal dat ten slotte het eiwit samenstelt bestaat alleen uit exons die aan elkaar gelast zijn na verwijdering van de introns. Als sommige exons worden weggelaten of als de volgorde van de lassen verandert, kunnen er door elk gen een aantal verschillende boodschappen worden voortgebracht. De consequenties van deze bevinding hebben een sneeuwbaleffect op verscheidene terreinen. De commerciële gevolgen spreken vanzelf, doordat zoveel biotechnologie, inclusief de wedloop om genen te patenteren, is uitgegaan van de oude opvatting dat `herstel' van een afwijkend gen een bepaalde menselijke kwaal zou genezen. De maatschappelijke betekenis zal ons misschien eindelijk bevrijden van het simplistische en schadelijke denkbeeld – dat ook om tal van andere redenen onjuist is – dat elk aspect van ons wezen, lichamelijk dan wel gedragsmatig, toe te schrijven is aan de werking van een bepaald gen `voor' het kenmerk in kwestie. Maar de ingrijpendste gevolgen zullen wetenschappelijk of wijsgerig zijn, in de ruimste zin van het woord.

Vanaf de laat-zeventiende-eeuwse aanvang in haar moderne vorm heeft de wetenschap sterk geleund op de reductionistische denktrant die waarneembare complexiteit in stukken opdeelt en daarna het geheel tracht te verklaren uit de eigenschappen van die stukken en de eenvoudige wisselwerking die geheel uit die stukken te voorspellen is. (Analyse betekent letterlijk ontleding in bestanddelen.) De reductionistische methode werkt glansrijk voor eenvoudige systemen – bijvoorbeeld de voorspelling van een zonsverduistering of de beweging van planeten.

Maar eens te meer vielen wij ten prooi aan overmoed, door ons te verbeelden dat we dankzij de ontsluiting van bepaalde systemen de sleutel hadden gevonden om alle natuurverschijnselen te bedwingen. Zal Parsifal ooit leren dat de Heilige Graal alleen is op te sporen met bescheidenheid (en een veelheid van verklaringsstrategieën)?

De instorting van de leer van één gen voor één eiwit en het causaal eenrichtingsverkeer van basiscodes tot een gecompliceerd totaal, tekent de mislukking van het reductionisme voor het complexe systeem dat we biologie noemen – en wel om twee voorname redenen.

Ten eerste is de sleutel tot gecompliceerdheid niet meer genen maar meer combinaties en wisselwerkingen tussen minder eenheden code. En veel van die wisselwerkingen (zoals bovendrijvende eigenschappen – emergent properties –, om een technische term te gebruiken) moeten worden verklaard op het niveau van hun verschijning, want ze zijn niet alleen uit de afzonderlijke basisbestanddelen te voorspellen. Organismen moeten dus als organismen worden verklaard en niet als optelsom van genen.

Ten tweede zijn veel eigenschappen van complexe biologische systemen niet te danken aan de natuurwetten, maar aan de unieke historische samenloop van omstandigheden. Onze dertigduizend genen vormen maar ongeveer één procent van ons totale genoom. De rest – waaronder bacteriële immigranten en andere stukjes die zich kunnen vermenigvuldigen en voortbewegen – is meer een kwestie van historische toevalligheden dan van voorspelbare, onvermijdelijke gevolgen van de natuurwetten. Die niet-codeersegmenten, oneerbiedig junk-DNA genoemd, vormen ook een reservoir voor mogelijk toekomstig gebruik dat misschien wel meer dan welke factor ook het vermogen van elk nageslacht bepaalt om zich nog complexer te ontwikkelen. Dat de overmoed is doorgeprikt is een zegen, geen bittere tegenvaller. De mislukking van het reductionisme betekent niet de mislukking van de wetenschap, maar alleen de vervanging van een uiteindelijk onwerkbare verzameling veronderstellingen door geëigender verklaringsstijlen die het complexe op zijn eigen niveau bestuderen en de invloeden van elke unieke geschiedenis eerbiedigen. Ja, de taak zal veel moeilijker zijn dan de reductionistische wetenschap zich had voorgesteld. Maar onze dertigduizend genen hebben ons door de glorieuze vertakkingen van hun onherleidbare wisselwerkingen voldoende complex gemaakt en in elk geval in aanleg geschikt voor de taak die ons wacht.

Stephen Jay Gould is hoogleraar zoölogie aan de Harvard Universiteit en schrijver van onder meer `Questioning the Millennium'. ©NYTS