Cellen, erfelijkheid en evolutie

Waarom dit ertoe doet

Waarom lijkt een kind op zijn ouders, maar is het er nooit een exacte kopie van? Waarom heeft een ijsbeer een dikke vetlaag en een cactus doorns? En hoe komt het dat er vroeger dinosauriërs leefden en nu niet meer? Het antwoord op die vragen begint bij de kleinste bouwsteen van het leven: de cel.

De cel

Alle organismen bestaan uit één of meer cellen. De cel is de basiseenheid van al het leven, en nieuwe cellen ontstaan door deling uit bestaande cellen. Dat inzicht heet de celtheorie 1,2.

• Eencellige organismen bestaan uit één cel, bv. bacteriën en veel algen 2.
• Meercellige organismen bestaan uit heel veel cellen, bv. planten, dieren en de mens.

De Engelse onderzoeker Robert Hooke bekeek in 1665 kurk onder de microscoop. De kleine hokjes deden hem denken aan de cellen van monniken, en hij gaf ze de naam "cel" 3. In 1839 stelden Schleiden en Schwann dat cellen de bouwstenen van al het leven zijn 1.

De bouw van een cel

2,4,5

Bacteriën zijn een uitzondering: hun cel heeft geen celkern 6.

Van cel tot organisme

In een meercellig organisme werken cellen samen in niveaus 4,7: cellen met dezelfde bouw en taak vormen een weefsel (bv. spierweefsel); verschillende weefsels vormen een orgaan (bv. het hart); organen die samenwerken vormen een orgaanstelsel (bv. de bloedsomloop); alle stelsels samen vormen het organisme.

Erfelijkheid en variatie

In de celkern zit het DNA. Een gen is een stukje erfelijk materiaal (DNA) met de informatie voor één erfelijke eigenschap 8,9. Erfelijke eigenschappen, zoals haarkleur, oogkleur en huidskleur, liggen opgeslagen in het DNA 10. Een organisme krijgt zijn erfelijke eigenschappen van zijn ouders, via een eicel en een zaadcel 11. Dat is erfelijkheid.

Bij geslachtelijke voortplanting krijgt een nakomeling de helft van zijn erfelijk materiaal van de moeder (via de eicel) en de helft van de vader (via de zaadcel). Van elk chromosomenpaar komt één chromosoom van de vader en één van de moeder 9. Daardoor 12:

• lijken nakomelingen op hun ouders (ze erven hun eigenschappen);
• zijn ze er nooit een exacte kopie van, want ze krijgen een nieuwe combinatie van eigenschappen;
• verschillen broers en zussen van elkaar. Alleen eeneiige tweelingen hebben (bijna) hetzelfde DNA 10,12.

De verschillen tussen individuen van dezelfde soort heten variatie. Populaties met meer genetische variatie hebben grotere overlevingskansen, omdat ze zich beter kunnen aanpassen aan een veranderende omgeving 12,13.

Niet elke eigenschap is erfelijk. Een litteken, een gespierd lichaam door training of het kunnen fietsen zijn verworven of aangeleerde eigenschappen: ze worden niet via de genen doorgegeven. Veel eigenschappen, zoals lichaamslengte, worden zowel door erfelijkheid als door de omgeving (voeding, gezondheid) bepaald: erfelijke aanleg plus milieufactoren bepalen samen hoe een organisme eruitziet 9.

Aanpassingen

Een aanpassing (adaptatie) is een erfelijk kenmerk van bouw of gedrag waardoor een organisme beter kan overleven en zich voortplanten in zijn omgeving 14. Voorbeelden:

Evolutie en natuurlijke selectie

Evolutie is het proces waarbij levende wezens over vele generaties veranderen 21. Alle huidige soorten zijn ontstaan uit vroegere soorten. Het bewijs komt onder meer uit fossielen, die tonen hoe vroegere voorouders eruitzagen, uit de vergelijking van de bouw van organismen en uit het DNA 21.

De Britse natuuronderzoeker Charles Darwin verklaarde in zijn boek On the Origin of Species (1859) hoe dat gebeurt: door natuurlijke selectie 21,22. De redenering:

1. Organismen krijgen meer nakomelingen dan er kunnen overleven.
2. Die nakomelingen verschillen van elkaar (variatie) en een deel van die verschillen is erfelijk.
3. Individuen met eigenschappen die in hun omgeving voordelig zijn, overleven beter en krijgen meer nakomelingen.
4. Zij geven die gunstige eigenschappen door. Over vele generaties krijgen de best aangepaste organismen daardoor steeds meer de overhand in de populatie 22,19.

Uitsterven

Uitsterven is het eindigen van het bestaan van een soort: er leeft geen enkel exemplaar meer 25. Van alle soorten die ooit op aarde leefden, is waarschijnlijk meer dan 99,9% uitgestorven 21. Uitsterven kan gebeuren als de omgeving sneller verandert dan een soort zich kan aanpassen. Zo stierven ongeveer 66 miljoen jaar geleden, aan het einde van het Krijt, de meeste dinosauriërs uit 25. Ook de mens kan soorten laten uitsterven, bijvoorbeeld door overexploitatie 25. De dodo, een vogel die niet kon vliegen en op het eiland Mauritius leefde, stierf waarschijnlijk tussen 1680 en 1690 uit, als gevolg van dieren die de mens op het eiland introduceerde 26.

Samengevat

• Alle organismen bestaan uit één of meer cellen; de cel is de kleinste eenheid van leven.
• Elke cel heeft een celmembraan, cytoplasma en (behalve bij bacteriën) een celkern. Plantencellen hebben daarnaast een celwand, bladgroenkorrels en een grote vacuole.
• Cellen vormen weefsels, weefsels vormen organen, organen vormen stelsels.
• Erfelijke eigenschappen liggen vast in het DNA in de celkern. Nakomelingen krijgen de helft van elke ouder: ze lijken op hun ouders maar zijn er nooit een kopie van (variatie).
• Aanpassingen zijn erfelijke kenmerken die overleven in een bepaalde omgeving makkelijker maken.
• Door natuurlijke selectie veranderen soorten over vele generaties: dat is evolutie (Darwin, 1859).
• Soorten kunnen uitsterven, door natuurlijke oorzaken of door de mens.