Evolutionsbeweis durch ERV – Einwand 1

Auf die Einwände der Kreationisten gegen den einfachen Beweis einzugehen, ist gar nicht so einfach, weil man sowohl das Weltbild der junge-Erde-Kreationisten (YEC) als auch Intelligent Design (ID) berücksichtigen muss. Intelligent Design müsste eigentlich gar nicht im Widerspruch mit der Abstammungslehre stehen, und Michael Behe akzeptiert sie wohl auch, aber andere Vertreter dieser Richtung bevorzugen die Vorstellung von Grundtypen und Mikroevolution und sind mit der Abstammung des Menschen von früheren Affenarten gar nicht einverstanden. Junge-Erde-Kreationisten nehmen die Bibel wörtlich, gehen also von 144 Stunden Schöpfung aus und berechnen das Alter der Welt anhand biblischer Stammbäume auf etwa 6000 Jahre.

Damit ich nicht versehentlich Wörter benutze, die kaum einer versteht, fange ich mit einer Erklärung der wichtigsten Begriffe und Abkürzungen an:

DNA (Desoxyribonukleinsäure) Erbgutmolekül in Form einer Doppelhelix aus Nukleotiden

Gen
DNA-Abschnitt, der normalerweise ein Protein codiert

Intron
nicht codierender DNA-Abschnitt innerhalb eines Gens

Virus
schlechte Nachricht in einer Proteinhülle

Retrovirus
Virus, das sein Erbgut in die DNA der Wirtszelle einfügt

ERV (endogenes Retrovirus)
Retrovirus, dessen DNA vom Wirt weitervererbt wird

Provirus
vollständige Retrovirus-DNA im Wirtsgenom

Herv (human ERV)
endogenes Retrovirus, das bei Menschen vorkommt

Genom
Gesamtheit der Gene, DNA, Erbgut

Allel
Variante eines Gens

genetische Drift
zufällige Veränderung der Häufigkeit eines Gens, die zum Verschwinden eines Alles oder zur Fixierung nur einer Variante in der ganzen Population führen kann

Locus
Einfügestelle eines ERV, Position im Genom

family (auf ERV bezogen) mal sind Kopien eines ERV gemeint, mal ERVs mit einer gewissen Ähnlichkeit.

ortholog (auf Locus bezogen)
übereinstimmender Ort im Genom

ortholog (auf Typ bezogen)
ähnliche ERV in verschiedenen Wirten

homolog
ähnlich aufgrund evolutionärer Verwandschaft

gag, pol, env
typische Gene von ERVs

LTR (Long terminal repeat)
seitliche Begrenzung und Promoter der ERV-Gene

SINE (Short interspersed nuclear element)
wiederholt vorkommender DNA-Schnipsel, der zur Vervielfältigung neigt

LINE (Long interspersed nuclear element)
wiederholt vorkommender DNA-Schnipsel mit Reverser Transkriptase

Hier ist nochmal die Argumentation, warum ERVs die Abstammung beweisen:

  • Retroviren haben Millionen von Einfügestellen zur Auswahl.
  • Bei verwandten Arten finden wir sie an übereinstimmenden Stellen.
  • Die beste Erklärung ist, dass sie bei gemeinsamen Vorfahren eingefügt wurden.

Einwand 1: ERV sind nicht funktionslos

Detectingdesign.com: One problem is that a number of ERVs are being discovered to be functionally beneficial.
Ein Problem ist, dass man bei einer Anzahl ERVs nützliche Funktionen gefunden hat.

Tasc-creationscience.org: This inference of common ancestry from the ERV data is based on several assumptions: 1) the vast majority of ERVs, being the result of viral infections, have no beneficial function
Diese Schlussfolgerung von ERV-Daten auf gemeinsame Abstammung basiert auf mehreren Annahmen: 1) Die große Mehrheit der ERV hat als Überbleibsel viraler Infektionen keine nützlichen Funktionen.

Discovery Institute: Douglas Theobald claims that „Endogenous retroviruses provide yet another example of molecular sequence evidence for universal common descent.“ The presumption behind his argument is that endogenous retroviruses (ERVs) are functionless stretches of „junk“ DNA that persist because they are „selfish“ – but they have no function for the organism. …
The force of Theobald’s argument thus depends upon the premise that ERVs are selfish genetic „junk“ that do not necessarily perform any {7} useful function for their host.
Douglas Theobald behauptet: „Endogene Retroviren liefern ein weiteres Beispiel für den Nachweis der gemeinsamen Abstammung anhand von Molekülreihenfolgen.“ Die Annahme dabei ist, dass endogene Retroviren (ERVs) funktionslose Abschnitte von „junk-DNA“ sind, die fortbestehen, weil sie „egoistisch“ sind – aber keinen Nutzen für den Wirtsorganismus haben. …
Die Stärke von Theobalds Argument hängt also von der Voraussetzung ab, dass ERVs egoistischer Genmüll sind und keinerlei nützliche Funktion für den Wirt erfüllen.

Man fragt sich, warum dies so oft als Antwort auf den einfachen Beweis gebracht wird, wo doch die Annahme, ERV seien nutzlos, darin gar nicht vorkommt.

Ich dachte erst, man wolle mit dem Hinweis auf nützliche Funktionen die Zufälligkeit der Einfügestelle infrage stellen (siehe „Einwand 4“ in einer Fortsetzung). Der Effekt eines ERV auf die Fitness des Wirts führt natürlich zur unterschiedlichen Selektion der Einfügestellen, je nachdem, ob sie wichtige Gene stören oder irgendwo im Niemandsland liegen. Aber das ist mit dem Hinweis auf die Funktionalität nicht gemeint.

Junk-DNA ist allen Kreationisten ein Dorn im Auge. Sie weisen auf unerwartete Funktionen hin, so oft sie können, weil der Große Designer perfekte Wesen geschaffen haben soll. Aber auch das ist meistens nicht der Hintergrund des Funktionalitäts-Einwands. Der Gedanke ist stattdessen, dass die Proviren gar nicht von Viren eingefügt worden sein sollen.

Tasc-creationscience.org: If ERVs have function, then it can be argued that they are not the result of some purposeless, random viral infection but were designed for the benefit of the organism.
Wenn ERVs eine Funktion erfüllen, dann darf man vermuten, dass sie nicht das Ergebnis von sinnlosen, zufälligen viralen Infektionen sind sondern zum Nutzen des Organismus designt wurden.

Answersingenesis.org: However, the essential beneficial function of some ERVs and complex interaction between ERVs and other host DNA sequences suggest that some retroviruses were created in the cell as part of the host genome.
Die essenziell nutzbringende Funktion einiger ERVs und komplexe Wechselbeziehungen zwischen ERVs und anderen DNA-Sequenzen lässt vermuten, dass einige Retroviren als Teil des Wirtsgenoms in der Zelle geschaffen wurden.

Creation.com: There are numerous instances where small transposable elements thought to be endogenous retroviruses have been found to have functions, which invalidates the ‚random retrovirus insertion‘ claim.
Es gibt zahlreiche Fälle, in denen man bei kleinen beweglichen Elementen, die man für endogene Retroviren gehalten hatte, nützliche Funktionen gefunden hat, was die Behauptung entkräftet, sie seien „zufällige virale Einfügungen“.

Unter „Einwand 2“ komme ich in einem späteren Eintrag darauf zurück, was von der Idee zu halten ist, ERVs seien gar keine Hinterlassenschaften von Viren sondern, wie die anderen Gene auch, ursprüngliche Bestandteile des Genoms. Unter „Einwand 3“ werde ich  mich dann mit der Variante beschäftigen, die Retroviren seien im Auftrag des Herrn unterwegs gewesen. Heute soll es zunächst nur um die Häufigkeit funktionaler ERVs gehen, obwohl die ja nichts mit dem einfachen Beweis zu tun hat. Irgendwann komme ich dann auch zu den verfeinerten Methoden, wie man aus ERVs Stammbäume ablesen kann.

Der Nutzen von ERV-Resten im Genom liegt in der zu erwartenden Größenordnung, wenn man bedenkt, welchen Anteil die über 100.000 ERVs am menschlichen Erbgut haben: 8% bzw. 40%, je  nachdem, welche Trümmer man mitzählt. Es ist naheliegend, dass da mal ein Promoter (LTR) bei einem nützlichen Gen landet und es aktiviert oder dass ein ERV-Gen selbst nützlich wird, wie im Fall des Syncytins. Niemals ist ein vollständiges ERV nützlich geworden sondern immer nur ein Baustein davon.

Creation.com: Evolutionists have used shared mistakes in ‚junk DNA‘ as ‚proof‘ that humans and chimps have a common ancestor. However, if the similar sequences are functional, which they are progressively proving to be, their argument evaporates.
Evolutionisten haben gemeinsame Fehler in ‚junk DNA‘ als ‚Beweis‘ benutzt, dass Schimpansen und Menschen einen gemeinsamen Vorfahren haben. Wenn die entsprechenden Sequenzen jedoch funktionell sind, was immer mehr gezeigt wird, dann verfliegt dieses Argument.

Das ist zwar eine Vorwegnahme der verfeinerten Beweismethoden, auf die ich in einem späteren Beitrag zurückkomme, aber da es auch um ‚junk DNA‘ geht, passt es trotzdem hierher. Shaun Doyle redet hier von ’shared mistakes‘, also Fehlern in den betreffenden DNA-Abschnitten, die allein schon ein deutlicher Hinweis auf Nutzlosigkeit sind.

Ob ein Stück DNA für den Wirt nützlich ist, kann man gut daran ablesen, ob es durch Mutationen zerstört wird oder sein Zustand von der Selektion bewahrt wird. Die meisten ERVs werden im Laufe der Generationen von Mutationen zerschossen, was zeigt, dass ein Nutzen bei ERVs die große Ausnahme ist. ERVs liefern Material und schichten das Genom um, wobei manchmal etwas Sinnvolles entstehen kann. Sie treiben also die Evolution voran, wahrscheinlich sogar stärker als die normalen Kopierfehler. Diesen Gesichtspunkt lassen die Kreationisten natürlich in ihrer Liste der Nutzanwendungen lieber weg.

Shaun Doyle auf Creation.com und Casey Luskin auf Evolutionnews.org zitieren aus Conley et al. 2008:

We report the existence of 51,197 ERV-derived promoter sequences that initiate transcription within the human genome, including 1,743 cases where transcription is initiated from ERV sequences that are located in gene proximal promoter or 5′ untranslated regions (UTRs). …
Our analysis revealed that retroviral sequences in the human genome encode tens-of-thousands of active promoters; transcribed ERV sequences correspond to 1.16% of the human genome sequence and PET tags that capture transcripts initiated from ERVs cover 22.4% of the genome.
Wir berichten von 51.197 Promotern, die von ERV herstammen und im menschlichen Genom eine Transkription anstoßen, darunter sind 1.743 Fälle, bei denen die Transkription von ERV-Sequenzen eingeleitet wird, die sich im proximalen Promoter oder im 5′-UTR befinden. …
Unsere Analyse ergab, dass Retroviren-Sequenzen im menschlichen Genom Zehntausende von aktiven Promotern codieren. Transkribierte ERV-Sequenzen korrespondieren mit 1,16% des menschlichen Genoms, und PET-Markierungen, die von ERVs angestoßene Transkriptionen markieren, decken 22,4% des Genoms ab.

Es gibt über 100.000 ERVs und noch mehr einzelne LTRs. Ein LTR dient dem ERV als Promoter. Es soll also die Wirtszellen dazu bringen, die Gene des ERV zu lesen und in Proteine zu übersetzen. Es wundert mich überhaupt nicht, dass die zahlreichen LTRs im Genom oft dazu führen, dass der erste Schritt angestoßen wird: die Transkription eines benachbarten DNA-Abschnitts in RNA. Die dafür ermittelten 22,4% des Genoms sind eine ganze Menge, aber es steht nirgends, dass die dabei entstehende RNA irgendeinen Nutzen hat. Weitere Zitate aus derselben Studie:

However, it is a formal possibility that many of the ERV derived promoters identified here represent leaky transcription, i.e. noise, which is not functionally significant. …
In fact, most of the ERV promoters identified with CAGE map to intergenic regions. …
114 of the ERV-derived transcription start sites can be demonstrated to drive transcription of 97 human genes …
Our analysis uncovered more than 100 cases of novel ERV-derived promoters that initiate chimeric ERV-human gene transcripts and several thousand more that are likely to do so.
Allerdings ist es formal möglich, dass viele der hier entdeckten ERV-Promoter eine „leaky transcription“ darstellen, also Lärm ohne irgendeinen Sinn. …
Tatsächlich beziehen sich die meisten ERV-Promoter, die mit CAGE gefunden wurden, auf Regionen ohne Gene. …
Es kann gezeigt werden, dass 114 der von ERV herrührenden Transkription-Starter die Transkription von 97 menschlichen Genen steuern. …
Unsere Analyse brachte über 100 neue Fälle zu Tage, in denen ERV-Promoter an der Einleitung der Transkription von menschlichen Genen beteiligt sind (chimeric=normale Promoter und LTR wirken zusammen), und für weitere mehrere Tausend gilt das wahrscheinlich auch.

Bei knapp 25.000 menschlichen Genen sind 97, die von ERV beeinflusst werden, nicht besonders viele. Wenn die mehreren Tausend aus dem letzten Zitat dazukommen, sind wir lange noch nicht bei den 51.197 ERV-Promotern oder den 22,4% des Genoms. Der überwiegende Teil dessen, was Conley et al. beschreiben ist also der besagte „Lärm“. DNA wird in RNA übersetzt, aber dann werden weder Proteine zusammengebaut noch tut die RNA sonst etwas Sinnvolles.

Louie N van de Lagemaat, Patrik Medstrand und Dixie L Mager, 2006 Multiple effects govern endogenous retrovirus survival patterns in human gene introns:
Endogenous retroviruses (ERVs) and solitary long terminal repeats (LTRs) have a significant antisense bias when located in gene introns, suggesting strong negative selective pressure on such elements oriented in the same transcriptional direction as the enclosing gene. …
ERVs of most families are less likely to be found in introns than in intergenic regions.
Endogene Retroviren und einzelne LTRs kommen in Introns signifikant häufiger in Gegenrichtung vor, was nahelegt, dass solche mit derselben Ausrichtung wie die umgebenden Gene einer starken negativen Selektion ausgesetzt sind. …
Die meisten Typen von ERVs findet man seltener in Introns als in Regionen zwischen den Genen.

Wang et al. 2007 Species-specific endogenous retroviruses shape the transcriptional network of the human tumor suppressor protein p53
Human endogenous retroviruses (ERVs), remnants of exogenous retroviruses that gained access to the germ line, are usually not found in gene-rich regions, consistent with an effect on gene expression that typically reduces fitness
Beim Menschen sind endogene Retroviren (Überbleibsel von Retroviren, die es schafften, vererbt zu werden) normalerweise nicht in genreichen Regionen zu finden, was dazu passt, dass ihr Einfluss auf die Genexpression typischerweise schädlich ist.

Es passt alles zusammen. ERVs sind normalerweise schädlich, wenn sie nicht in genfreie Abschnitte geraten, und werden dann durch Selektion aussortiert. Wenn sie doch direkt bei Genen sind, dann sind sie oft falschrum eingebaut und somit weniger störend.

Michael Pheasant und John S. Mattick, 2007
Raising the estimate of functional human sequences
While less than 1.5% of the mammalian genome encodes proteins, it is now evident that the vast majority is transcribed, mainly into non-protein-coding RNAs. …
It seems clear that 5% is a minimum estimate of the fraction of the human genome that is functional, and that the true extent is likely to be significantly greater.
Obwohl weniger als 1,5% des Säugetiergenoms Proteine codiert, ist nun klar, dass der größte Teil transkribiert wird, überwiegend in nicht-codierende RNA. …
Es erscheint klar, dass 5% nur eine minimale Abschätzung für den funktionellen Anteil im menschlichen Genom ist und dass der tatsächliche Anteil wahrscheinlich deutlich größer ist.

Nochmal Wang et al. 2007:
One key will be understanding the ~5% of the human genome that is under purifying selection and hence likely to contain functional segments
Ein Schlüssel wird das Verständnis der ~5% des menschlichen Genoms sein, die von der Selektion bewahrt werden und also wahrscheinlich einen Nutzen haben.

Pheasant und Mattick setzen den möglichen Anteil funktioneller DNA recht hoch an. In der Arbeit werden sogar 20% genannt. Die Zahl 5% findet man häufiger.

Professor Larry Moran vom Blog „Sandwalk“ hat 2007 zwei mal  über „junk DNA“ geschrieben, und in diesem Jahr im März auf Casey Luskin  und im September auf Ryan Gregory geantwortet:

What we’re saying is that the vast majority of DNA sequence in our genome is junk. I think the amount of junk is going to be >90%. That still leaves room for discovering a function for about twice as much DNA as we already know to be functional.
Wir sagen, dass der bei weitem überwiegende Teil der DNA-Sequenz in unserem Genom Müll ist. Ich nehme an, dieser Anteil wird über 90% sein. Das lässt noch Raum für die Entdeckung der Funktionalität von etwa doppelt so viel DNA wie wir jetzt schon als funktionell kennen.

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