Notes C : Observations / waarnemingen

 

notes

 

°

DIRECTE  EN INDIRECTE  WAARNEMING (1)

Het is aantoonbaar dat dingen die te ver weg zijn om direct te zien, of te groot zijn om direct te zien, of te klein zijn om direct te zien, of te ver in het verleden om direct te zien, gevolgen kunnen hebben die wel direct waarneembaar zijn.

 

  • Het is hierop dat wetenschap is gebaseerd.
  • Het is hierop dat biologie is gebaseerd, net als natuurkunde, chemie, astronomie, Kosmologie

°

zie ook = 

http://www.talkorigins.org/faqs/comdesc/sciproof.html

 

 

(1)

Naast de  wetenschapspraktijk van het empirisch ( direct en indirirect )waarnemen en verzamelen van tastbaar feiten  … is er natuurlijk ook de theoretische  wetenschap ….. 

Beide insteken  van en voor   kennisvergaring en ordening ( en onderlinge correcties ) gaan samen in de (natuur)wetenschap 

  • De theoretische wetenschap controleert of er geen fouten zijn gemaakt  in zowel de redeneringen als de observaties  … Nogal relevant is daarbij (bijvoorbeeld )het ontmaskeren van foutieve gevolgstrekkingen  op grond van drogredeneringen  //
  • zie bijvoorbeeld  

NOTA  : observaties  kunnen ook “vervuild”  worden , door  illusies  waarbij de hersenen  ingewikkelde  zintuigelijke  waarnemingen  herleiden tot  “bekendere ” herkenbare patronen

bijvoorbeeld

uiteraard zijn  ook hier  controle en  andere  benaderingen en insteken …… de remedies om ze   weg te filteren  uit het uiteindelijke  model  dat primair  was  gebaseerd op “waarnemingen ” …..

 

°

De theoretische wetenschap maakt bovendien “voorspellingen ” die moeten uitkomen (= geconstateerd door de (op hun beurt controleerbare )observatie(s )

°

Organigram van de “wetenschappelijke methode “

 

WETENSCHAPPELIJKE METHODE

 

1.  What is science?

Science is a way to understand nature by developing explanations for the structures, processes and history of nature that can be tested by observations in laboratories or in the field.  Sometimes such observations are direct, like measuring the chemical composition of a rock.  Other times these observations are indirect, like determining the presence of an exoplanet through the wobble of its host star.  An explanation of some aspect of nature that has been well supported by such observations is a theory.  Well-substantiated theories are the foundations of human understanding of nature.  The pursuit of such understanding is science.

2.  What is religion?

Religion, or more appropriately religions, are cultural phenomena comprised of social institutions, traditions of practice, literatures, sacred texts and stories, and sacred places that identify and convey an understanding of ultimate meaning.  Religions are very diverse.  While it is common for religions to identify the ultimate with a deity (like the western monotheisms – Judaism, Christianity, Islam) or deities, not all do. There are non-theistic religions, like Buddhism.

3. What is the difference between science and religion?

Although science does not provide proofs, it does provide explanations. Science depends on deliberate, explicit and formal testing (in the natural world) of explanations for the way the world is, for the processes that led to its present state, and for its possible future. When scientists see that a proposed explanation has been well confirmed by repeated observations, it serves the scientific community as a reliable theory. A theory in science is the highest form of scientific explanation, not just a “mere opinion.” Strong theories, ones that have been well confirmed by evidence from nature, are an essential goal of science. Well-supported theories guide future efforts to solve other questions about the natural world.

Religions may draw upon scientific explanations of the world, in part, as a reliable way of knowing what the world is like, about which they seek to discern its ultimate meaning.  However, “testing” of religious understandings of the world is incidental, implicit and informal in the course of the life of the religious community in the world.  Religious understanding draws from both subjective insight and traditional authority.  Therefore, some people view religion as based on nothing more than personal opinion or “blind faith,” and so, as immune to rational thought.  However, this is an erroneous judgment.  Virtually all of the historic religions include traditions of rational reflection.

 

Computer simulaties en computer- aided modeleren

°

  FYSICA /Toegepaste wiskunde en informatica 

°

°

Overal in natuurwetenschap en techniek worden modellen gebruikt om de werkelijkheid te begrijpen en te voorspellen. Computermodellen gebruik je om berekeningen uit te voeren waar je met de hand niet uit zou komen. Het behoort ook  in toenemende mate   tot  de wetenschappelijke standaard  praktijk ( en operationeel instrumentarium )  … Moest het niet zo zijn dat er slechts een relevant gedeelte  wordt gebruikt ( of bij het modelleren alles  voor de invoer zorgt )… dat zou het modeleren  ineenzakken onder de  oneindige  toevoer  van een  massa’s  aan alle nieuwe  gegevens  (relevante en niet relevante samen )  …. M.a.w. het  modelering systeem “crasht ” 

 

°

Alle modellen zijn dus ( uit noodzaak)  altijd vereenvoudigingen  van een  uitgekozen (= de relevante ) werkelijkheid  en de daar in optredende (uitrekenbare ) fenomenen …. Uiteraard zullen  computer aided modellen  (afhankelijk van hun rekenkracht ) veel uitgebreider  complexere modellen  vlugger(kunnen )berekenen (simulaties ) dan de klassieke “handmatige ” modellen (bijvoorbeeld  ; grafische  organigrammen ) …. Maar ook deze  computermodellen  blijven allemaal  slechts  benaderingen ( misschien wel de beste die we  routinematig  en erg snel  kunnen  (laten) construeren wat  zonder die computers te traag zou verlopen ) van een gedeelte van een  (verondersteld ) grotere  “totale “werkelijkheid   …. 

°

Maar je hoeft ook niet de (echte en veronderstelde ) “totale werkelijkheid “van (bijvoorbeeld) een appel te vatten  om die appel  te herkennen , te bemachtigen en hem in zijn ” totaliteit  ” op te kunnen eten  …. Dat is een  filosofisch leithmotiv (dat   o.a.  Immanuel Kant al heeft  ontwikkeld –> in het  “Ding an Sich ” verhaal )

°

LINKS

°

http://bw.newton-online.nl/newton3/pagina.asp?pagkey=58866 http://home.kpn.nl/h.bruning/dict-enz/dict/modelleren.pdf

°

 

Labyrint: computermodellen

//

Voor de makers van animatiefilms was het lange tijd het meest frustrerende onderdeel : het animeren van haar. Hoe kan een computer deze complexe natuurkundige materie nabootsen zonder maanden van rekenen? En wat voor wiskundige modellen zijn er nog meer mogelijk dankzij computers? 

door

Labyrint: de kapper van Disney

Bekende studio’s als Pixar en Disney zoeken hulp bij wetenschapper Eitan Grinspun. Grinspun weet als een van de weinigen met welke wetten hij een bierbuik kan laten bewegen of een bos krullen kan laten dansen. Inmiddels heeft hij aan films als Avatar, Hobbit en Brave meegewerkt en leidt hij aan Columbia University op speelse wijze zijn eigen onderzoeksgroep. Labyrint, het wetenschapsprogramma van NTR en VPRO Dit dossier is gemaakt in samenwerking met partnerwebsite Wetenschap24.   °

Computer imiteert de werkelijkheid

Computers zijn tegenwoordig razendsnel – snel genoeg om de natuurkunde van dansend haar na te bootsen, maar ook om de werking van criminele netwerken te imiteren. Ze kunnen zelfs uitrekenen hoe sociale netwerken van drugsverslaafden lopen. Handig om hulpverleners bij te staan in het behandelen van verslaving. Geen systeem is gek genoeg, of het kan wel door een computer worden nagebootst, zo lijkt… Mits die computer ‘slim’ genoeg is.


2165411154_5062562365_o

Wiskunde vindt prins op witte paard

Veel datingsites maken gebruik van wiskundige modellen om mensen met elkaar te matchen. Om jouw prins op het witte paard te vinden moeten die modellen veel informatie kunnen verwerken.

Voedselpiramide

Model voorspelt stabiliteit ecosysteem

Met een nieuw wiskundig model kunnen Nederlandse biologen veranderingen in ecosystemen beter voorspellen dan voorheen werd gedacht. Dat doen ze door te berekenen hoe sterk de relaties zijn tussen roofdieren en hun prooien. Ook het bepalen van de invloed van klimaatverandering komt een stukje dichterbij. In theorie, in elk geval.

Autos-file_20178772

Eenvoudig model voor files

Cellulaire automaten klinken misschien als iets heel ingewikkelds. Maar ze geven juist een verbluffend makkelijk te begrijpen wiskundig model voor filevorming.

Dokters_mondkapje

Ziekteverspreiding voorkomen met hulp van wiskunde

Vogelgriep en de gewone griep zijn heel besmettelijke ziektes. Ze worden snel overgedragen van mens op mens. Maar ook de besmettelijke ziekenhuisbacterie MRSA kan heel gevaarlijk zijn. Hoe verspreiden zulke ziekte zich precies? Dat kun je zichtbaar maken met wiskundige modellen.

Go

Go computer!

Sinds de computer Deep Blue schaakgrootmeester Kasparov versloeg, verlegden computerprogrammeurs hun blik naar het Aziatische bordspel Go. Tot op de dag van vandaag is het nog geen computer gelukt een Go-prof te overmeesteren. Terwijl de spelregels eenvoudiger zijn dan van schaken. Ook wetenschappelijk onderzoekers doen mee aan de internationale strijd om deze uitdaging als eerste te volbrengen, waaronder Guillaume Chaslot van de Universiteit Maastricht.

De kracht van supercomputers

Wanneer is een computer ‘slim’ genoeg om een ingewikkeld model te berekenen? Veel modellen zijn nog wel met (een cluster van) desktopcomputers uit te vogelen. Maar wanneer het gaat om zwarte gaten, het meedoen aan een televisiequiz, of het voorspellen van het weer, dan moet er echt wel een tandje bijgezet worden. En dan komen de supercomputers in actie: immense rekenmachines die bijna elk probleem met brute rekenkracht te lijf gaan.


Botsende_zwarte_gaten

Supercomputer simuleert botsing van drie zwarte gaten

Onderzoekers van het Rochester Institute of Technology in de Verenigde Staten zijn erin geslaagd om de botsing en versmelting van drie zwarte gaten te simuleren met behulp van een krachtige supercomputer.

Spspimg2007

Supercomputers rekenen aan donkere materie

Voor het eerst is het wetenschappers gelukt om twee geavanceerde supercomputers samen aan hetzelfde probleem te laten rekenen – aan verschillende kanten van de wereld, wel te verstaan. De Nederlandse supercomputer Huygens simuleert samen met de Japanse Cray XT4 een deel van het heelal: op zoek naar informatie over donkere materie.

Watson

Watson weet het beter

Watson, de supercomputer van IBM, heeft het geflikt: na drie avonden in het Amerikaanse programma Jeopardy! heeft hij de twee beste menselijke spelers ooit verslagen. Een hele prestatie, want het spel draait om taal, en Watson kan eigenlijk alleen rekenen. Hoe deed hij dat? En hoe lang gaat het duren voordat iedereen een Watson in huis heeft?

Supercomputer_knmi

Supercomputer bij het KNMI

Bij het doen van een verantwoorde weersverwachting komt heel wat zware wiskunde kijken. Voor het rekenwerk dat met de voorspelling gemoeid gaat, is dan ook een zeer krachtige computer nodig, een zogenaamde supercomputer. Hoe dat alles precies in zijn werk gaat, kun je in dit artikel lezen.

Above and beyond met quantumcomputers

Maar sommige problemen zijn zelfs te moeilijk voor de allersnelste supercomputers. Wiskundigen zitten echter niet bij de pakken neer. Ze weten namelijk dat er een revolutie op komst is in computerland, in de vorm van de quantumcomputer. Deze computer rekent niet alleen met enen en nullen, maar ook met alles daar tussen in. Zo kan een piepkleine quantumcomputer meer berekeningen uitvoeren als een kelder vol gewone computers. De exotische wereld van de quantummechanica maakt dit allemaal mogelijk.


Fotonengun

Kwantumcomputers

Computers zijn tegenwoordig niet meer weg te denken. Supercomputers verwerken miljoenen zoekresultaten of berekenen wat het weer over een paar dagen zal zijn. Naast sneller zijn computers tegenwoordig ook kleiner dan ooit. Zo bestond één van de eerste computers uit ongeveer 18000 vacuümbuizen, 800 kilometer draad en woog zo’n 30 ton! Daarom verbaast het wellicht dat de computers van vandaag in principe niet wezenlijk verschillen van de allereerste modellen. Net als zijn voorouders manipuleert de pc ‘nulletjes en eentjes’ tot het gewenste resultaat. Maar daar komt misschien verandering in met de kwantumcomputer.

Afbeelding_1

Rekenen aan de gedroomde kwantumcomputer

Fundamenteel onderzoek naar de grondslagen van de kwantummechanica levert onverwacht praktisch inzicht in de bouweisen van een toekomstige kwantumcomputer.

Pw_rydbergjun

Quantumcomputer van silicium?

Een bekend theoretisch quantumtrucje is dat een deeltje zich op twee plaatsen tegelijkertijd kan bevinden. Nederlandse en Engelse wetenschappers hebben nu laten zien dat ze deze truc in de praktijk uit kunnen halen met een elektron in silicium. Een belangrijke stap naar een werkende quantumcomputer van silicium.

Majorana-graphic-2

Exotisch Majorana-deeltje duikt op in Delft

Al sinds 1937 is men er naar op zoek, maar nu denken Delftse natuurkundigen hem voor het eerst te hebben gezien: het Majorana-fermion. Als de resultaten kloppen is het een spectaculaire vondst. De mysterieuze deeltjes kunnen van groot belang zijn voor zeer krachtige quantumcomputers. Deze week publiceren de wetenschappers hun onderzoek in Science.

Beveiligen met quantumtechnologie

De komst van de quantumcomputer wordt ook gevreesd, met name door bankiers en beveiligingsexperts. Digitale beveiliging werkt nu met een vergrendeling die zó ingewikkeld is, dat zelfs de snelste supercomputer er jaren over zou doen om die te kraken. Maar voor een quantumcomputer zou dit een peulenschil zijn. Daarom moet er een nieuwe verdediging komen: quantumcryptografie.


20521666415032888949ab7

Doorbraak in quantumcryptografie

Door de komst van quantumcomputers loopt de houdbaarheid van de traditionele cryptografie af. Want het is niet ondenkbaar dat quantumcomputers binnen afzienbare tijd grote getallen kunnen ontbinden in priemfactoren. Het feit dat zoiets tot nog toe níét kan, is juist de kracht van veelgebruikte methoden die nu in de cryptografie worden gebruikt.

____________________________________________________________________

Relevante DISCUSSIES  geplukt van Scientias nl 

°  1.- Waarom zouden computer modellen niet waarheidsgetrouw kunnen zijn?

  • ”    Wat je erin stopt komt  er ook   weer  uit. “

 

  • Dus als je de wetten van de natuur ( en de parameters ) erin stopt, komt wat er gebeurd volgens die wetten (die we voor het dagelijks leven hier op aarde helemaal kennen) uit. Lijkt mij behoorlijk waarheidsgetrouw.

 

  • Wetten die we helemaal kennen, “nu ben je wel echt grappig aan het doen:

    Computer simulaties zijn geen feiten..geen discussie daarover, anders gaan we andere computer simulaties er ook eens bij gaan halen, die keer op keer de mist in gaan.

    – Als wetenschap tegenwoordig alleen maar wiskundige formules en wiskundige computer simulaties zouden  zijn, dan zou het wel heel erg gesteld  zijn met die wetenschap.

    °

(Tsjok )

oftewel =  “Wetenschap die alleen maar bestaat uit wiskundige formules is geen wetenschap  ..”… Omdat “wetenschap” zowel theoretisch als  empirisch is … het is een   en dezelfde medaille met  met twee  complementaire kanten  

Theoretische  wetenschap is trouwens niet alleen meer   de klassieke “formules ” 

Lees bijvoorbeeld eens  Stephan  wolfram  en je krijgt wel een ander  idee van wat de  nieuwe ( nieuw in 2002 )huidige wetenschappelijke  toepassingen van de wiskundige en toegepast wiskundige wetenschap   eigenlijk  (tegenwoordig ) vermag

Bovendien – NATUUR SLUIT helemaal geen   kennisvergaring  dmv  emperische  wetenschap uit  …  (dus   complementair aan theoretische wetenschap )   die is gebaseerd op een  accumulatie van  kontroleerbare provisionele , fractaire en  e  (in)directe waarnemingen     binnen het menselijke    tijdsbesef  ( waarnemingen  in “uitgesteld relais “dus ) en wat de wetenschap dus nog altijd  blijft doen  ter verdere uitbouw van haar  paraat kenniscorpus  …. ° Wetenschap ( en  wiskunde )  die alleen maar bestaan uit wiskundige formules ” is  geen  komplete wetenschap   maar  eerder  een oefening in creatief denken  en de “wiskunde” verdere  verwerking ervan  dan niet meer dan een  cirkelredenering in het groot (die weliswaar esthetisch veel voldoening kan schenken  omdat het allemaal  zo mooi “klopt” )  ….. ° Onze waarnemingen zijn nooit  waarheden … je moet ze kunnen inpassen in modellen die steunen op  ( de momenteel )bereikte  modellen die onderling consistent moeten zijn … en daar speelt wiskunde en toegepaste wiskunde (waaronder “computer  aided modelering “de volgende stap is  geworden bij het ontwerpen van complexere modellen ) een hoofrol bij het voorspellen van  de uitdraaien  wanneer men die  modellen  laat draaien  ( die eveneens zullen kunnen nagechecks worden door doenbare metingen  en onder varierende parameter ….oftewel  controleerbaar falsifieerbaar  blijken   van buiten  het  gebruikte programma /systeem )  ° Zie daarover ook  Gödell en zijn stelling dat de werkelijkheid van  een  axioma ( = niet gelijk  zijn plausibiliteit ) slecht te bewijzen valt door  een  geeven uit een metasysteem ( dt ook klan zijn gebaseerd op een  metasaxioma … enzoverder”  ad infinitum ” ) Daarom is  wetenschap die alleen theorie is  , ( of alleen empirie )  een   stroman-constructie  :en dat is ook al een (ongewilde  ? ) drogredenering …..   Tenslotte is  spreken over wetenschap niet hetzelfde dan aan wetenschap doen . Over wetenschap “ is  nml   wetenschapsfilosofie   ( een onderdeel van het filosofische  hoofdvak  de epistemologie  of kennisleer )  ….     –

*

 “kwantum mechanica, is puur wiskundige en hypothetisch en geen feit.” Ruimte-tijd, is puur wiskundig en hypothetisch en geen feit. Je weet niet waaruit die ruimte bestaat en zo dus kun je ook niet weten of tijd echt wel bestaat, dat is relatief. Tijd is een meeteenheid in het leven geroepen door een mensenvolk, die op universele schaal nog rondlopen met pampers aan. ° Zwaartekracht theorieën, want men gebruikt verschillende theorieën, los en of samen met elkaar, hangt er van af hoe het de ene of de andere uitkomt, eens we buiten ons planetenstelsel komen, laten elk’s van deze theorieën het radicaal afweten. ° Materie, we kennen maar x% van alle bestaande elementen, want om de haverklap komen we nieuwe elementen tegen, waarvan we dachten (alles weten) dat deze niet konden of zouden bestaan. ° Higs, nog steeds niet overtuigd, ieder deeltje materie is niet het zelfde, dus of te wel is er geen higs of te wel is er meer dan 1 type higs. We hebben het ook niet rechtstreeks waargenomen, er is niets tastbaars. ° Andere krachten, ° we kennen maar X % van de bestaande elementen en de invloeden wat deze elementen zouden kunnen hebben. Als je zegt we weten alles, dan ben je arrogant en heb je tunnelvisie, als je zou zeggen we weten niet alles maar wel veel, dan ben je bescheiden en open minded en vooral menselijk. °

-Wiskundige formules, statistieken (gemiddelde waardes) computer simulaties (wiskundige algoritmes) zijn geen feiten, gezien men altijd zit opgescheept met het onzekerheid principe. Wiskunde formules etc.. kan ons alleen maar een beeld geven hoe het kan zijn, maar geeft ons geen beeld hoe het echt-feitelijk is.

°

–> Het standaard model beschrijft en voorspeld dingen met onvoorstelbare precisie. Het is gewoon hoe de natuur zich gedraagt. Algemene relativiteit doet dat met dezelfde onvoorstelbare precisie. Het is gewoon hoe de natuur zich gedraagt. – Beide zullen in de toekomst uitgebreid worden, maar die uitbreidingen hebben geen invloed op hoe onze dagelijkse wereld in elkaar steekt. Er zijn nu 118 elementen bekend. Er zullen nog meer elementen gemaakt worden, maar dit zal geen invloed hebben op ons dagelijks bestaan. En omdat ik denk dat je je in de terminologie vergist heb: De donkere energie en massa, waarvan we nog niet weten wat het is, hebben geen invloed op ons dagelijks bestaan. Of je het nu wilt of niet, deze wiskundige modellen beschrijven de dagelijkse natuur zeer nauwkeurig. En kunnen dus prima gebruikt worden in computer modellen om dingen te voorspellen.. Als dat niet kon, zouden we nu niet op deze manier kunnen discussiëren. Kijk maar eens goed om je heen. Vrijwel alles wat je ziet is het resultaat van computer modellen. –

 

°

—> Er wordt nooit iets direct waargenomen  … Ook niet  als je er met je neus opzit —>

 

°

Elke  “waarneming” is indirect en is slechts datgene  wat door het object is uitgezonden (uitgestraald  , gereflecteerd , als scheikundig aroma uitgescheiden , een drukgolf veroorzakend  die ons bereikt en die we  “gewaar “worden  ) en na een tijdje onze zintuigen bereikt  ….

 

°

Het zijn ons zenuwstelsel   onze hersenen  die het vervolgens in een vorm gieten (die evengoed illusoir kan zijn )en altijd partieel en provisioneel  …..

°

en dat is genoeg om een redelijke kans van overleven  in dit ondermaanse te waarborgen  (want onze hersenen zijn een navigatiesysteem en een  overlevingsinrichting )

° .

..Simpel : indien het  model van de dagdagelijkse  werkelijkheid  té illusoir is  kan het een vervroegde  dood betekenen  ..

 

°

Echter  het  is de taal van wiskunde die deze waarnemingen ordent , selekteer( m.a.w.interpreteerd en bijstuurt en filtert )  en een aanneembaar  en  vervolgens een  innerlijk  consistent  theoretisch model  van de werkelijkheid kan  construeren  …. Dat in het “geheugen”  opgeslagen “kenniscorpus ”  kan evenwel worden omvergehaald door de volgende waarnemingen en modelleringen ( bijvoorbeeld ook door de inspanningen van anderen    die aan een  groot  verzameld “wetenschappelijk kenniscorpus ” meewerken .).

°

Het zijn dus een  verzameling “denk-oefeningen  “die vooraf  aftasten welke  beelden van de werkelijheid  illusoir zijn (en de  voorstelbare vervroegde dood zouden kunnen betekenen …..)

°

Deze  gedachten-modellen en hun (bij)sturingen   anticiperen en voorspellen en kijken dan of die voorspellingen kloppen( en in samenwerking met het nog aanwezige geheugen  uiteraard /: en het eventueel aanwezige publieke geheugen )als een achteraf  en  vervolgens(idealiter )  bijgestuurd  door vele  nieuw te ontdekken  data en andere  feedback  en  inputs (idealiter ) toe te passen  , zodat het corpus aan parate kennis kan groeien en/of gecorrigeerd of  “aangepast  ”  ….. 

°

Wiskunde is de taal  (en  toepasbaar operationeel instrument ) van de wetenschap en wordt  als een belangrijk onderdeel van de wetenschappelijke methode  gebruikt om de werkelijkheid (steeds  verfijnder en preciezer  )te beschrijven ( en te ontrafelen ) en om bovenbeschreven methode beter toepasbaar  te maken    .

 

°

Voorspellingen zijn geen feiten, voorspellingen doen kan iedereen en is geen exacte wetenschap, het is berekend gokken. Daarom, vind je zelden tot nooit twee exacte computer modellen van het ene of het andere, wat je er in stopt komt ook weer der uit, willen of niet. Wiskundige mensen zien overal wiskunde om zich heen, mensen met een rijke fantasie zien overal gezichten (zie artikel gezicht op komeet) De natuur doet wat het doet, met of zonder daar wiskunde op los te laten, de natuur gebruikt geen wiskunde, het zijn de mensen die wiskunde gebruiken op die natuur. En begrijp me niet verkeerd, wiskunde is zeker nuttig, ik ben niet naïef, maar er zijn wel grenzen…..Het leven is veel meer dan nullen en enen (0-1 computer taal)

°

 

  • Een van de belangrijkste taken van de wetenschap is het doen van gedetailleerde voorspellingen. Ik denk hierbij aan de voorspelling van Pauli over het neutrino, of het Higgs boson, of het weer. Komt de voorspelling uit, dan komt de wiskunde overeen met de natuur.Het verschil tussen een wetenschapper en een “Nostradamus” is de gedetailleerdheid van de voorspelling. Iedereen kan “voorspellen” dat het gaat regenen. Het word natuurlijk pas interessant als je kan voorspellen hoeveel regen er gaat vallen en exact waar. En alweer ; wetenschappers kunnen dat behoorlijk nauwkeurig.
  • Zelfs mieren gebruiken wiskunde om hun eten te vinden en om weer terug te komen. Het pedometer effect: http://www.npr.org/blogs/krulw…

 

  • Ik kan me voorstellen dat het frustrerend is voor mensen die zelfs geen beetje wiskunde vaardig zijn en dat ze zouden willen dat het anders was.

Dat is jammer voor die mensen en voor sommigen die om de een of andere reden niet in staat zijn wiskundige vaardigheden te ontwikkelen misschien ook een groot probleem, maar niets aan te doen. Wiskunde is de taal van de wetenschap  en als je het niet spreekt dan kennelijk ga je vanzelf wartaal uitslaan.

  • En we  weten exact wat de natuur  van  onze wiskundige  beschrijvingen van de werkelijkheid vind.

We kunnen namelijk de wiskundige modellen vergelijken met de realiteit. 

  • Het feit dat je huis overeind blijft staan en je gps goed werkt en dat we een machine in omloop van een komeet kunnen plaatsen enzovoort, bewijzen dat de wiskundige modellen de natuur erg goed beschrijven.

°

Huizen vallen in elkaar, gps stuurt je de verkeerde kant uit, een machine rond een komeet plaatsen, daar zijn we meermaals in geslaagd, eens te meer hebben we daar in gefaald:P Ondertussen zitten we opgescheept met atoombommen, kerncentrales, kijk maar naar chernobyl, of Japan, zitten we opgescheept met die ruimtevervuiling, waar als het zo doorgaat geen gaatje meer is om iets anders te lanceren…..jaja, de mens is echt goed bezig, ze kennen alles, van arrogantie gesproken.

(Gailgrathor )

“Huizen vallen in elkaar, gps stuurt je de verkeerde kant uit, een machine rond een komeet plaatsen”

  • Dat is allemaal werktuigbouwkunde, engineering.
  • Weten hoe de natuur zich gedraagt en apparatuur volgens exacte specificaties bouwen en bedienen zijn twee verschillende dingen

.

wiskundige vormen in de natuur 

Wiskunde in de natuur: http://4.bp.blogspot.com/-6Ur5… http://www.onlineinvestingai.c… http://84d1f3.medialib.glogste… Zonnebloemmotief (zie reacties onderaan  ) 

http://4.bp.blogspot.com/-6Ur5… http://www.onlineinvestingai.c… http://84d1f3.medialib.glogste…     http://thereisnocavalry.files…. http://thereisnocavalry.files…. http://2.bp.blogspot.com/-BtRb… http://4.bp.blogspot.com/-QCdm… http://1.bp.blogspot.com/–h0T… http://1.bp.blogspot.com/-4vgm…

En dan hebben we nog de banen van de planeten die zich perfect gedragen volgens eenvoudige wiskundige modellen.
°
Hoe elektriciteit zich gedraagt in mijn luidsprekers om Dave Brubeck te laten klinken. Ik kan mijn hele leven wel doorgaan……
°
LINKS 
(zie ook reacties onderaan )

Cellulaire automaat  <—Wikipedia 

Cell Morphs      Natural shells (top) and  simulated ones (bottom ) . Meinhardt, H. (1995). The Algorithmic Beauty of Sea Shells. Springer Verlag. (p. 179, 180)

HYENA

 

°

Trefwoord

Aardwolf

Meer afbeeldingen

  1. De aardwolf is een hyena uit zuidelijk en oostelijk Afrika. Het is de enige levende soort uit de onderfamilie aardwolven; de aardwolf verschilt sterk van andere hyena’s en kan worden beschouwd als het buitenbeentje van de familie. Wikipedia

Bruine hyena (Hyaena brunnea syn. Parahyaena brunnea Meer afbeeldingen

  1. De bruine hyena of strandwolf is een van de vier nog levende soorten hyena’s. Hij is nauw verwant aan de gestreepte hyena en samen worden ze ook wel tot hetzelfde geslacht, Hyaena, gerekend. Wikipedia

Civetkat

  1. Civetkatten zijn een geslacht van kleine, slank gebouwde roofdieren die voorkomen in Zuidoost-Azië. Wikipedia

Gevlekte hyenaMeer afbeeldingen

  1. De gevlekte hyena is de grootste, agressiefste en de luidruchtigste hyenasoort. In grote delen van Afrika is het het meest voorkomende grote roofdier. De gevlekte hyena is de enige nog levende soort uit het geslacht Crocuta. Wikipedia

Gestreepte hyenaMeer afbeeldingen

  1. De gestreepte hyena is één van de vier hyenasoorten. Ze danken hun naam aan de zwarte strepen over het hele lichaam. Wikipedia

HyaenadonMeer afbeeldingen

  1. Hyaenodon is een geslacht van uitgestorven Creodonta dat miljoenen jaren heeft geleefd en op bijna alle continenten voorkwam. Er zijn zo’n vijftien soorten in dit geslacht benoemd. Er zijn vele soorten gevonden, die sterk in grootte verschilden. Wikipedia

OxyaenaMeer afbeeldingen

  1. Oxyaena is een uitgestorven carnivoor zoogdier behorend tot de familie Oxyaenidae van de Creodonta. Oxyaena had een lichaamslengte van ongeveer een meter. Het was één van de algemeenste roofzoogdieren van de Noord-Amerika in het Wasatchian. Wikipedia

 

 

°

LINKS

http://www.pinterest.com/tsjok/hyenas/

 

Kruger park

http://www.bryerpatch.com/news/africa2000/animals.htm

 

Hyena

Hyena baby

pregnant hyena

Spotted hyena with pup in Kruger National Park, South Africa

Playing with mama

°

AFSTAMMING  & EVOLUTIE

De eerste  hyena achtigen

the early  cat line

 

 

 

 

Hyanodon.JPG

 

hyanodon

 

http://www.ansp.org/museum/leidy/paleo/hyaenodon.php

http://fingerlakesfossilfarm.org/mammal_fossils.htm

hyanodon skeleton

hyaenodon.skeleton jpg
Creodonts are an extinct group of carnivorous mammals that were long thought to be the ancestors of modern Carnivora. This is no longer thought to be the case. Creodonts were the dominant group of carnivorous mammals in the early Tertiary and were quite diverse. They ranged from very large, wolf-like animals as Hyaenodon to small mongoose-like forms such as Prototomus vulpeculus.

Creodonts lived in North America, Asia, Europe, and Africa.

.

civetkat

 

 

 

 

 

http://nl.wikipedia.org/wiki/Civetkatten

De vroegste hyena’s leken sterk op de hedendaagse Civetkatten, maar toen de bossen plaatsmaakten voor open vlaktes, werden de hyena’s snel rennende roofdieren in de Oude Wereld, vergelijkbaar met de honden in Noord-Amerika.

Zo’n 15 miljoen jaar geleden waren er ongeveer 30 hondachtige hyenasoorten, maar toen veranderde het klimaat. Naarmate de hyena’s in aantal terugliepen, trokken de honden (die ook leden onder de kou) vanuit Noord-Amerika naar het zuiden over de nieuwgevormde landbrug.

De hyena’s hebben zich weliswaar aangepast aan de nieuwe omstandigheden, maar omdat de honden reeds bezit hadden genomen van hun leefmilieu moesten ze zich ontwikkelen tot bottenkrakers (of termieteneters).

Phylogeny

nested hierarchy and phylogeny   of  cat  , bear and dog branch

 

Cat / bear /dog branches

 

phylogeny hyanidae

 

 

http://www.hyaenidae.org/uploads/images/kay%20phylogeny.jpg

http://www.hyaenidae.org/ancient-hyaenas.html

ICITHERIUM

ichterium

 

 

De eerste hyena’s verschenen 15 miljoen jaar geleden in het Midden-Mioceen en ontstonden vermoedelijk in Afrika, ze worden beschouwd als verwanten van de katten.

De hyena Chasmoporthetes was de enige van zijn familie die ook in Noord-Amerika voorkwam dit ten tijden van het Pleistoceen.

Dit genus had zich ook verspreidde ze zich over Azië, Europa en Afrika.

 

 

 

Chasmoporthetes

 

chasmaporthetes

 

 

Gemaakt 29-12-04

PACHYCROCUTA

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Pachycrocuta

 

PACHYCROCUTA

 

 

 

 

 

Pachycrocuta brevirostris/ Carnivore /

pachycrocuta  and homo erectus

 

Where: Eurasia and eastern Africa/   MiddlePliocene to Middle Pleistocene

The Pachycrocuta brevirostris was largest of the prehistoric hyenas, and is frequently called: the Giant Hyena. It was about 100 cm tall and weighed about 190 kg. this would make it the largest hyena to have ever lived. It was a small-pack hunter of large animals, but it probably preferred to scavenge, because it was a heavyset animal not built for chasing prey over long distances.

 

hyena's

http://nl.wikipedia.org/wiki/Hyena’s

carnivoraforum

 

carn

 

carnovofo

 

 

http://carnivoraforum.com/topic/9331029/1/

Spelonkhyena

Crocuta crocuta spelaea

Species: Crocuta crocuta Subspecies: Crocuta crocuta spelaea

spelonkhyena  schedel

 

 

The Cave Hyena (Crocuta crocuta spelaea)

is an extinct subspecies of spotted hyena (Crocuta crocuta) native to Eurasia, ranging from Northern China to Spain and into the British Isles. Though originally described as a separate species from the spotted hyena due to large differences in fore and hind extremities, genetic analysis indicates no sizeable differences in DNA between Pleistocene cave hyena and modern day spotted hyena populations. It is known from a range of fossils and prehistoric cave art. With the decline of grasslands 12,500 years ago, Europe experienced a massive loss of lowland habitats favoured by cave hyenas, and a corresponding increase in mixed woodlands. Cave hyenas, under these circumstances, would have been outcompeted by wolves and humans which were as much at home in forests as in open lands, and in highlands as in lowlands. Cave hyena populations began to shrink after roughly 20,000 years ago, completely disappearing from Western Europe between 14-11,000 years ago, and earlier in some areas.

 

 

 

 

 

skull spelonk hyenaA nearly complete skull of Crocuta spelaea from Europe. Photo from Diedrich & Zak (2006).

_

The main distinction between the spotted hyena and the cave hyena is grounded on different lengths of the hind and fore limb bones. The humerus and femur are longer in the cave hyena, indicating an adaptation to a different habitat to that of the spotted hyena. It is unknown if they showed the same sexual dimorphism of the spotted hyena. It has been estimated that they weighed 102 kg (225 lbs).

Little is known of their social habits. It is widely accepted that they used caves as dens, although sites in the open-air are also known. There is no indication of cave hyenas living in large clans or on a more solitary basis, though large clans are not considered likely in their Pleistocene habitat.

Crocuta_crocuta_spelaea_

 

 

 

 

 

 

grothyena schedel

 

http://carnivoraforum.com/topic/9331026/1/

 

°

EXTANTE  HYAENA’S

 

extante soorten

 

 

°gevlekte hyena

 

gevlekte hyena

Mensen zijn altijd weer verrast als ze horen dat hyena’s deel uitmaken van de katachtigen en helemaal niet nauw verwant zijn met de honden.Dat komt omdat ze binnen de katachtigen  de tegenhangers van honden zijn en zich tot langeafstandslopers hebben ontpopt op de vlaktes. Vandaag de dag zijn er nog maar vier hyenasoorten over. Drie daarvan hebben de “klassieke” verbrijzelende kaken en zijn jagers/aaseters.De vierde is de aardwolf, die zich voedt met termieten.

gevlekte hyena's

 

Hyena welpen

welpen

lachende hyena

lachende volwassen hyena

Hyena’s communiceren met behulp van bacteriën

12 november 2013 Caroline Kraaijvanger5

's nachts

Masai Mara National Reserve

 

 

Masai Mara National Reserve in Kenya

Hyenas recognize each other’s smell — or perhaps the smell of each other’s microbiome.  // ANUP SHAH / NATUREPL.COM

°

Hyena’s laten boodschappen aan elkaar achter in de vorm van uitwerpselen. Wetenschappers hebben nu ontdekt dat die uitwerpselen veel meer bacteriën bevatten dan gedacht en dat die bacteriën de boodschap van de hyena overdragen.

Wanneer hyena’s uitwerpselen achterlaten in het gras dan bevatten die zuur ruikende signalen héél veel informatie die andere dieren kunnen ‘lezen’,” vertelt onderzoeker Kevin Theis. “Hyena’s kunnen zo snel een gedetailleerde boodschap achterlaten en weer gaan. Het is een soort prikbord waarop te zien is wie er in de buurt zijn en hoe het met die hyena’s gaat.”

Wetenschappers hebben die geurige boodschappen van de hyena’s nu grondig bestudeerd. Ze ontdekten zo onder meer dat deze veel meer bacteriën bevatten dan gedacht. En dat die bacteriën degenen zijn die de boodschap overbrengen. “De plekken waar de hyena’s hun uitwerpselen neerleggen zijn prikborden, de uitwerpselen zijn visitekaartjes en de bacteriën zijn de inkt die letters en woorden vormen en informatie aan de bezoekers van het prikbord informatie bieden over diegene die het prikbord bezocht heeft. Zonder de inkt is het gewoon een bord met lege, niet-informatieve kaartjes.”  (1)

De geuren van de uitwerpselen verschilden sterk. Die verschillen bleken nauw samen te hangen met de soort hyena, het geslacht en de mate van vruchtbaarheid.

Geuren vertellen hyena’s dus iets over andere hyena’s. En die geuren worden geproduceerd door de bacteriën, zo schrijven de onderzoekers in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

Bronmateriaal:

“Bacteria may allow animals to send quick, voluminous messages”

 – MSU.edu                               

 

 http://msutoday.msu.edu/news/2013/bacteria-may-allow-animals-to-send-quick-voluminous-messages/

 

 Hyenas scent posts

Hyenas scent posts

may be short, relatively speaking, yet they convey an encyclopedia of information about the animals that left them. (Credit: Courtesy of MSU)

 

°

De bacteriën die in de geurklieren van hyena’s leven, zijn bepalend voor de geuren waarmee de dieren signalen afgeven aan elkaar.

De samenstelling van de micro-organismen bij gevlekte en gestreepte hyena’s is verschillend, zodat deze verschillende soorten hun soortgenoten aan hun geur kunnen herkennen.

 

Ook verandert de structuur van de bacteriën als vrouwtjes klaar zijn om te paren, zodat ze op dat moment een specifieke geur uitdragen.

 

Lichaamsvocht

De wetenschappers slaagden erin om met een speciale techniek een zeer groot aantal bacteriën in de geurklieren van hyena’s in kaart te brengen.

Met deze informatie kunnen ze verschillen meten in het lichaamsvocht dat hyena’s achterlaten op gras om geuren te communiceren.

 

http://www.sciencedaily.com/releases/2013/11/131111161510.htm

 

“De diversiteit van de bacteriën is genoeg om de origine van deze signalen te verklaren”, verklaart Theis op Nature News. http://www.nature.com/news/smelly-microbes-help-hyenas-to-communicate-1.14141

 

 

°

De wetenschappers vermoeden dat ook andere diersoorten gebruik maken van micro-organismen om verschillende geuren te communiceren. Meer onderzoek moet uitwijzen of dat ook echt zo is.

 

 

  • De term “visitekaartjes” is nogal vrij van interpretatie, haha. Maar goed, volgens mij kan deze studie naar behoorlijk wat diersoorten geëxtrapoleerd worden, omdat de ontlasting van iedereen uniek is en zeer veel over een individu kan zeggen. Het is namelijk een afbraakproduct van een systeem met ontelbaar veel processen.  Als je dat nauwkeurig gaan analyseren, krijg je een behoorlijke uitgebreide anamnese

Bruine hyena

 

 

Engels : Brown hyena
Duits : Schabrackenhyäne, Braune Hyäne, Strandwolf
Frans : La hyène brune

De bruine hyena of strandwolf (Hyaena brunnea syn. Parahyaena brunnea) is een van de vier nog levende soorten hyena’s.
Hij is nauw verwant aan de gestreepte hyena en samen worden ze ook wel tot hetzelfde geslacht, Hyaena, gerekend.

De wetenschappelijke naam van deze soort is voor het eerst beschreven door Thunberg (Carl Peter Thunberg was een Zweedse natuuronderzoeker. Hij was een student van Carolus Linnaeus.) in 1820.

De bruine hyena leeft in westelijk Zuid-Afrika, Zimbabwe, Namibië en Zuid-Angola.
Hij komt meer dan de andere hyena’s in woestijnen voor, voornamelijk in de Kalahari en de Namibwoestijn.
Ook komt hij voor in drogere, met struiken begroeide steppen en savannes.
Ook langs de woestijnkust van Namibië komen ze geregeld voor.

Bruine hyena

Bruine hyena
auteur : Southafrica.net op
www.dinosoria.com

De bruine hyena heeft een ruige, donkerbruine tot zwarte vacht, met een lichtgele kraag om de hals, die als maan dient bij volwassen dieren, en een grijzig gezicht.
Over de poten lopen witte horizontale strepen.
De staart is kort en donker van kleur.
De losse, ruige vacht kan bij conflicten worden opgezet, waardoor het dier groter en indrukwekkender lijkt.

Hij wordt ongeveer 110 tot 161 centimeter lang, met een 21 tot 30 centimeter lange staart.
De schouderhoogte bedraagt zo’n 72 tot 88 centimeter.
De bruine hyena weegt tussen de 28 en de 55 kilogram.
Mannetjes worden groter dan vrouwtjes.

 

bruine hyena Hyaena brunnea

Hyaena brunnea
auteur : Sally London op http://www.dinosoria.com    
CC 3.0

De bruine hyena is een nachtdier.
Overdag rust hij in een zelfgegraven hol (tot 150 centimeter diep), een natuurlijk hol tussen de rotsen of in het hol van een aardvarken.

Hij eet voornamelijk aas, maar ook afgevallen vruchten.
Soms maken ze actief jacht op kleine en middelgrote zoogdieren als de springhaas, jonge antilopen en de grootoorvos, kleine gewervelden als kikkers en hagedissen en ongewervelden.
Langs de kust van Namibië zoeken ze naar dode welpen van de Zuid-Afrikaanse zeebeer, aangespoelde walvissen en andere dode zeedieren.
Op de vuilnisbelten van Johannesburg, Pretoria en andere grote steden zoeken ze ook naar voedsel.
De bruine hyena eet per dag gemiddeld 2,8 kilogram.

De dieren foerageren alleen, omdat ze zelden voedsel vinden waar meer dan één hyena van kan leven.
Bij grote karkassen houden zich zelden meer dan drie dieren op.
Tijdens het foerageren kunnen ze afstanden afleggen van wel 54 kilometer

 

Brown Hyaena Portrait

De bruine hyena
auteur : © Martin Heigan    

 

Bruine hyena’s kennen geen vaste sociale structuur.
Ze leven solitair, in paren of in kleine, losse groepen, die kunnen bestaan uit zes tot vijftien dieren, en bestaan uit tot drie volwassen mannetjes en vijf volwassen vrouwtjes.
Als de dieren oud genoeg zijn om op zichzelf te staan, kunnen ze bij de groep blijven of gaan rondzwerven.
Sommige dieren blijven hun hele leven bij dezelfde troep. Een groep houdt een los territorium bij, die veelvuldig wordt gemarkeerd.
Markeren gebeurt door geurvlaggen en latrines(vaste plaats waar ze hun behoefte doen).

Bruine hyena’s planten zich het gehele jaar door voort.
Het vrouwtje paart met meerdere mannetjes, zowel groepsleden als rondzwervende mannetjes.
Een vrouwtje krijgt per worp één tot vijf (gemiddeld twee tot vier) jongen na een draagtijd van 120 dagen.
Ze worden blind en doof geboren in een ondergronds hol.
Het vrouwtje zondert zich de eerste paar maanden af van de rest van de groep.
Meestal krijgt één vrouwtje in de groep een nest, maar ook andere vrouwtjes mogen zich voortplanten.
Jongen worden in zulke situaties na enkele maanden door alle zogende vrouwtjes gezoogd, en de jongen worden bij elkaar verzorgd in een gezamenlijk hol.
De jongen worden twaalf tot vijftien maanden lang gezoogd.
Na drie maanden eten ze hun eerste vaste voedsel.

Na 18 maanden verlaten ze meestal het nest.
Vrouwtjes zijn na twee tot drie jaar geslachtsrijp.

BIGBANG 2014 : Doorbraak INFLATIE THEORIE ?

https://tsjok45.wordpress.com/2012/09/29/c-cosmos/

kernwoorden 

,,

 

balloons

° Kosmische Inflatie is het fenomeen dat plaatsvond in een hele korte periode direct na de oerknal 13,8 miljard jaar geleden. 

Daarin lijkt het dan bestaande prille heelal ‘over te koken’ en een extreem snelle uitzetting door te maken. Daardoor worden structuren die tot dan alleen op microscopische schaal bestonden plotseling tot kosmische afmetingen opgeblazen.

Deze theorie werd ooit opgesteld door Alan Guth en Andrei Linde en het lijkt er nu op dat het bestaan bewezen is. Met behulp van de Bicep2-telescoop op de Zuidpool is de vingerafdruk van de Kosmische Inflatie gevonden, in radiostraling uit het diepe heelal.

http://dewerelddraaitdoor.vara.nl/media/311582

 

°

>>>Inflation for Beginners

JOHN GRIBBIN

INFLATION has become a cosmological buzzword in the 1990s. No self-respecting theory of the Universe is complete without a reference to inflation — and at the same time there is now a bewildering variety of different versions of inflation to choose from. Clearly, what’s needed is a beginner’s guide to inflation, where newcomers to cosmology can find out just what this exciting development is all about.

 

–> The reason why something like inflation was needed in cosmology was highlighted by discussions of two key problems in the 1970s.

<The first of these is the horizon problem — the puzzle that the Universe looks the same on opposite sides of the sky (opposite horizons) even though there has not been time since the Big Bang for light (or anything else) to travel across the Universe and back.
So how do the opposite horizons “know” how to keep in step with each other?

<The second puzzle is called the flatness problem This is the puzzle that the spacetime of the Universe is very nearly flat, which means that the Universe sits just on the dividing line between eternal expansion and eventual recollapse.

The flatness problem can be understood in terms of the density of the Universe. The density parameter is a measure of the amount of gravitating material in the Universe, usually denoted by the Greek letter omega (O), and also known as the flatness parameter. It is defined in such a way that if spacetime is exactly flat then O = 1. Before the development of the idea of inflation, one of the great puzzles in cosmology was the fact that the actual density of the Universe today is very close to this critical value — certainly within a factor of 10. This is curious because as the Universe expands away from the Big Bang the expansion will push the density parameter away from the critical value.

If the Universe starts out with the parameter less than one, O gets smaller as the Universe ages, while if it starts out bigger than one O gets bigger as the Universe ages. The fact that O is between 0.1 and 1 today means that in the first second of the Big Bang it was precisely 1 to within 1 part in 1060). This makes the value of the density parameter in the beginning one of the most precisely determined numbers in all of science, and the natural inference is that the value is, and always has been, exactly 1.

One important implication of this is that there must be a large amount of dark matter in the Universe. Another is that the Universe was made flat by inflation.

Inflation is a general term for models of the very early Universe which involve a short period of extremely rapid (exponential) expansion, blowing the size of what is now the observable Universe up from a region far smaller than a proton to about the size of a grapefruit (or even bigger) in a small fraction of a second. This process would smooth out spacetime to make the Universe flat, and would also resolve the horizon problem by taking regions of space that were once close enough to have got to know each other well and spreading them far apart, on opposite sides of the visible Universe today.

Inflation became established as the standard model of the very early Universe in the 1980s. It achieved this success not only because it resolves many puzzles about the nature of the Universe, but because it did so using the grand unified theories (GUTs) and understanding of quantum theory developed by particle physicists completely independently of any cosmological studies. These theories of the particle world had been developed with no thought that they might be applied in cosmology (they were in no sense “designed” to tackle all the problems they turned out to solve), and their success in this area suggested to many people that they must be telling us something of fundamental importance about the Universe.

The marriage of particle physics (the study of the very small) and cosmology (the study of the very large) seems to provide an explanation of how the Universe began, and how it got to be the way it is. Inflation is therefore regarded as the most important development in cosmological thinking since the discovery that the Universe is expanding first suggested that it began in a Big Bang.

Taken at face value, the observed expansion of the Universe implies that it was born out of a singularity, a point of infinite density, some 15 billion years ago (cosmologists still disagree about exactly how old the Universe is, but the exact age doesn’t affect the argument).

Quantum physics tells us that it is meaningless to talk in quite such extreme terms, and that instead we should consider the expansion as having started from a region no bigger across than the so-called Planck length (10-35m), when the density was not infinite but “only” some 1094 grams per cubic centimetre. These are the absolute limits on size and density allowed by quantum physics.

On that picture, the first puzzle is how anything that dense could ever expand — it would have an enormously strong gravitational field, turning it into a black hole and snuffing it out of existence (back into the singularity) as soon as it was born. But it turns out that inflation can prevent this happening, while quantum physics allows the entire Universe to appear, in this supercompact form, out of nothing at all, as a cosmic free lunch. The idea that the Universe may have appeared out of nothing at all, and contains zero energy overall, was developed by Edward Tryon, of the City University in New York, who suggested in the 1970s, that it might have appeared out of nothing as a so-called vacuum fluctuation, allowed by quantum theory.

Quantum uncertainty allows the temporary creation of bubbles of energy, or pairs of particles (such as electron-positron pairs) out of nothing, provided that they disappear in a short time. The less energy is involved, the longer the bubble can exist. Curiously, the energy in a gravitational field is negative, while the energy locked up in matter is positive. If the Universe is exactly flat , then as Tryon pointed out the two numbers cancel out, and the overall energy of the Universe is precisely zero. In that case, the quantum rules allow it to last forever. If you find this mind-blowing, you are in good company. George Gamow told in his book My World Line (Viking, New York, reprinted 1970) how he was having a conversation with Albert Einstein while walking through Princeton in the 1940s. Gamow casually mentioned that one of his colleagues had pointed out to him that according to Einstein’s equations a star could be created out of nothing at all, because its negative gravitational energy precisely cancels out its positive mass energy. “Einstein stopped in his tracks,” says Gamow, “and, since we were crossing a street, several cars had to stop to avoid running us down”.

Unfortunately, if a quantum bubble (about as big as the Planck length) containing all the mass-energy of the Universe (or even a star) did appear out of nothing at all, its intense gravitational field would (unless something else intervened) snuff it out of existence immediately, crushing it into a singularity. So the free lunch Universe seemed at first like an irrelevant speculation — but, as with the problems involving the extreme flatness of spacetime, and its appearance of extreme homogeneity and isotropy (most clearly indicated by the uniformity of the background radiation), the development of the inflationary scenario showed how to remove this difficulty and allow such a quantum fluctuation to expand exponentially up to macroscopic size before gravity could crush it out of existence.. All of these problems would be resolved if something gave the Universe a violent outward push (in effect, acting like antigravity) when it was still about a Planck length in size. Such a small region of space would be too tiny, initially, to contain irregularities, so it would start off homogeneous and isotropic. There would have been plenty of time for signals travelling at the speed of light to have criss-crossed the ridiculously tiny volume, so there is no horizon problem — both sides of the embryonic universe are “aware” of each other. And spacetime itself gets flattened by the expansion, in much the same way that the wrinkly surface of a prune becomes a smooth, flat surface when the prune is placed in water and swells up. As in the standard Big Bang model, we can still think of the Universe as like the skin of an expanding balloon, but now we have to think of it as an absolutely enormous balloon that was hugely inflated during the first split second of its existence.

The reason why the GUTs created such a sensation when they were applied to cosmology is that they predict the existence of exactly the right kind of mechanisms to do this trick. They are called scalar fields, and they are associated with the splitting apart of the original grand unified force into the fundamental forces we know today, as the Universe began to expand and cool. Gravity itself would have split off at the Planck time, 10-43 of a second, and the strong nuclear force by about 10(exp-35) of a second. Within about 10-32 of a second, the scalar fields would have done their work, doubling the size of the Universe at least once every 10-34 of a second (some versions of inflation suggest even more rapid expansion than this).

This may sound modest, but it would mean that in 1032 of a second there were 100 doublings. This rapid expansion is enough to take a quantum fluctuation 1020 times smaller than a proton and inflate it to a sphere about 10 cm across in about 15 x 1033 seconds. At that point, the scalar field has done its work of kick-starting the Universe, and is settling down, giving up its energy and leaving a hot fireball expanding so rapidly that even though gravity can now begin to do its work of pulling everything back into a Big Crunch it will take hundreds of billions of years to first halt the expansion and then reverse it.

Curiously, this kind of exponential expansion of spacetime is exactly described by one of the first cosmological models developed using the general theory of relativity, by Willem de Sitter in 1917. For more than half a century, this de Sitter model seemed to be only a mathematical curiosity, of no relevance to the real Universe; but it is now one of the cornerstones of inflationary cosmology.

When the general theory of relativity was published in 1916, de Sitter reviewed the theory and developed his own ideas in a series of three papers which he sent to the Royal Astronomical Society in London. The third of these papers included discussion of possible cosmological models — both what turned out to be an expanding universe (the first model of this kind to be developed, although the implications were not fully appreciated in 1917) and an oscillating universe model.

De Sitter’s solution to Einstein’s equations seemed to describe an empty, static Universe (empty spacetime). But in the early 1920s it was realised that if a tiny amount of matter was added to the model (in the form of particles scattered throughout the spacetime), they would recede from each other exponentially fast as the spacetime expanded. This means that the distance between two particles would double repeatedly on the same timescale, so they would be twice as far apart after one tick of some cosmic clock, four times as far apart after two ticks, eight times as far apart after three ticks, sixteen times as far apart after four ticks, and so on. It would be as if each step you took down the road took you twice as far as the previous step.

This seemed to be completely unrealistic; even when the expansion of the Universe was discovered, later in the 1920s, it turned out to be much more sedate. In the expanding Universe as we see it now, the distances between “particles” (clusters of galaxies) increase steadily — they take one step for each click of the cosmic clock, so the distance is increased by a total of two steps after two clicks, three steps after three clicks, and so on. In the 1980s, however, when the theory of inflation suggested that the Universe really did undergo a stage of exponential expansion during the first split-second after its birth, this inflationary exponential expansion turned out to be exactly described by the de Sitter model, the first successful cosmological solution to Einstein’s equations of the general theory of relativity.

One of the peculiarities of inflation is that it seems to take place faster than the speed of light. Even light takes 30 billionths of a second (3 x 10(exp-10) sec) to cross a single centimetre, and yet inflation expands the Universe from a size much smaller than a proton to 10 cm across in only 15 x 10(exp-33) sec. This is possible because it is spacetime itself that is expanding, carrying matter along for the ride; nothing is moving through spacetime faster than light, either during inflation or ever since. Indeed, it is just because the expansion takes place so quickly that matter has no time to move while it is going on and the process “freezes in” the original uniformity of the primordial quantum bubble that became our Universe.

The inflationary scenario has already gone through several stages of development during its short history. The first inflationary model was developed by Alexei Starobinsky, at the L. D. Landau Institute of Theoretical Physics in Moscow, at the end of the 1970s — but it was not then called “inflation”. It was a very complicated model based on a quantum theory of gravity, but it caused a sensation among cosmologists in what was then the Soviet Union, becoming known as the “Starobinsky model” of the Universe. Unfortunately, because of the difficulties Soviet scientists still had in travelling abroad or communicating with colleagues outside the Soviet sphere of influence at that time, the news did not spread outside their country.

In 1981, Alan Guth, then at MIT, published a different version of the inflationary scenario, not knowing anything of Starobinsky’s work. This version was more accessible in both senses of the word — it was easier to understand, and Guth was based in the US, able to discuss his ideas freely with colleagues around the world. And as a bonus, Guth came up with the catchy name “inflation” for the process he was describing. There were obvious flaws with the specific details of Guth’s original model (which he acknowledged at the time). In particular, Guth’s model left the Universe after inflation filled with a mess of bubbles, all expanding in their own way and colliding with one another. We see no evidence for these bubbles in the real Universe, so obviously the simplest model of inflation couldn’t be right. But it was this version of the idea that made every cosmologist aware of the power of inflation.

In October 1981, there was an international meeting in Moscow, where inflation was a major talking point. Stephen Hawking presented a paper claiming that inflation could not be made to work at all, but the Russian cosmologist Andrei Linde presented an improved version, called “new inflation”, which got around the difficulties with Guth’s model. Ironically, Linde was the official translator for Hawking’s talk, and had the embarrassing task of offering the audience the counter-argument to his own work! But after the formal presentations Hawking was persuaded that Linde was right, and inflation might be made to work after all. Within a few months, the new inflationary scenario was also published by Andreas Albrecht and Paul Steinhardt, of the University of Pennsylvania, and by the end of 1982 inflation was well established. Linde has been involved in most of the significant developments with the theory since then. The next step forward came with the realization that there need not be anything special about the Planck- sized region of spacetime that expanded to become our Universe. If that was part of some larger region of spacetime in which all kinds of scalar fields were at work, then only the regions in which those fields produced inflation could lead to the emergence of a large universe like our own. Linde called this “chaotic inflation”, because the scalar fields can have any value at different places in the early super-universe; it is the standard version of inflation today, and can be regarded as an example of the kind of reasoning associated with the anthropic principle (but note that this use of the term “chaos” is like the everyday meaning implying a complicated mess, and has nothing to do with the mathematical subject known as “chaos theory”).

The idea of chaotic inflation led to what is (so far) the ultimate development of the inflationary scenario. The great unanswered question in standard Big Bang cosmology is what came “before” the singularity. It is often said that the question is meaningless, since time itself began at the singularity. But chaotic inflation suggests that our Universe grew out of a quantum fluctuation in some pre-existing region of spacetime, and that exactly equivalent processes can create regions of inflation within our own Universe. In effect, new universes bud off from our Universe, and our Universe may itself have budded off from another universe, in a process which had no beginning and will have no end. A variation on this theme suggests that the “budding” process takes place through black holes, and that every time a black hole collapses into a singularity it “bounces” out into another set of spacetime dimensions, creating a new inflationary universe — this is called the baby universe scenario.

There are similarities between the idea of eternal inflation and a self-reproducing universe and the version of the Steady State hypothesis developed in England by Fred Hoyle and Jayant Narlikar, with their C-field playing the part of the scalar field that drives inflation. As Hoyle wryly pointed out at a meeting of the Royal Astronomical Society in London in December 1994, the relevant equations in inflation theory are exactly the same as in his version of the Steady State idea, but with the letter “C” replaced by the Greek “Ø”. “This,” said Hoyle (tongue firmly in cheek) “makes all the difference in the world”.

Modern proponents of the inflationary scenario arrived at these equations entirely independently of Hoyle’s approach, and are reluctant to accept this analogy, having cut their cosmological teeth on the Big Bang model. Indeed, when Guth was asked, in 1980, how the then new idea of inflation related to the Steady State theory, he is reported as replying “what is the Steady State theory?” But although inflation is generally regarded as a development of Big Bang cosmology, it is better seen as marrying the best features of both the Big Bang and the Steady State scenarios.

This might all seem like a philosophical debate as futile as the argument about how many angels can dance on the head of a pin, except for the fact that observations of the background radiation by COBE showed exactly the pattern of tiny irregularities that the inflationary scenario predicts. One of the first worries about the idea of inflation (long ago in 1981) was that it might be too good to be true. In particular, if the process was so efficient at smoothing out the Universe, how could irregularities as large as galaxies, clusters of galaxies and so on ever have arisen? But when the researchers looked more closely at the equations they realised that quantum fluctuations should still have been producing tiny ripples in the structure of the Universe even when our Universe was only something like 10(exp-25) of a centimetre across — a hundred million times bigger than the Planck length.

The theory said that inflation should have left behind an expanded version of these fluctuations, in the form of irregularities in the distribution of matter and energy in the Universe. These density perturbations would have left an imprint on the background radiation at the time matter and radiation decoupled (about 300,000 years after the Big Bang), producing exactly the kind of nonuniformity in the background radiation that has now been seen, initially by COBE and later by other instruments. After decoupling, the density fluctuations grew to become the large scale structure of the Universe revealed today by the distribution of galaxies. This means that the COBE observations are actually giving us information about what was happening in the Universe when it was less than 10-20 of a second old.

No other theory can explain both why the Universe is so uniform overall, and yet contains exactly the kind of “ripples” represented by the distribution of galaxies through space and by the variations in the background radiation. This does not prove that the inflationary scenario is correct, but it is worth remembering that had COBE found a different pattern of fluctuations (or no fluctuations at all) that would have proved the inflationary scenario wrong. In the best scientific tradition, the theory made a major and unambiguous prediction which did “come true”. Inflation also predicts that the primordial perturbations may have left a trace in the form of gravitational radiation with particular characteristics, and it is hoped that detectors sensitive enough to identify this characteristic radiation may be developed within the next ten or twenty years.

The clean simplicity of this simple picture of inflation has now, however, begun to be obscured by refinements, as inflationary cosmologists add bells and whistles to their models to make them match more closely the Universe we see about us. Some of the bells and whistles, it has to be said, are studied just for fun. Linde himself has taken great delight in pushing inflation to extremes, and offering entertaining new insights into how the Universe might be constructed. For example, could our Universe exist on the inside of a single magnetic monopole produced by cosmic inflation? According to Linde, it is at least possible, and may be likely. And in a delicious touch of irony, Linde, who now works at Stanford University, made this outrageous claim in a lecture at a workshop on the Birth of the Universe held recently in Rome, where the view of Creation is usually rather different. One of the reasons why theorists came up with the idea of inflation in the first place was precisely to get rid of magnetic monopoles — strange particles carrying isolated north or south magnetic fields, predicted by many Grand Unified Theories of physics but never found in nature. Standard models of inflation solve the “monopole problem” by arguing that the seed from which our entire visible Universe grew was a quantum fluctuation so small that it only contained one monopole. That monopole is still out there, somewhere in the Universe, but it is highly unlikely that it will ever pass our way.

But Linde has discovered that, according to theory, the conditions that create inflation persist inside a magnetic monopole even after inflation has halted in the Universe at large. Such a monopole would look like a magnetically charged black hole, connecting our Universe through a wormhole in spacetime to another region of inflating spacetime. Within this region of inflation, quantum processes can produce monopole-antimonopole pairs, which then separate exponentially rapidly as a result of the inflation. Inflation then stops, leaving an expanding Universe rather like our own which may contain one or two monopoles, within each of which there are more regions of inflating spacetime.

The result is a never-ending fractal structure, with inflating universes embedded inside each other and connected through the magnetic monopole wormholes. Our Universe may be inside a monopole which is inside another universe which is inside another monopole, and so on indefinitely. What Linde calls “the continuous creation of exponentially expanding space” means that “monopoles by themselves can solve the monopole problem”. Although it seems bizarre, the idea is, he stresses, “so simple that it certainly deserves further investigation”.

That variation on the theme really is just for fun, and it is hard to see how it could ever be compared with observations of the real Universe. But most of the modifications to inflation now being made are in response to new observations, and in particular to the suggestion that spacetime may not be quite “flat” after all. In the mid-1990s, many studies (including observations made by the refurbished Hubble Space Telescope) began to suggest that there might not be quite enough matter in the Universe to make it perfectly flat — most of the observations suggest that there is only 20 per cent or 30 per cent as much matter around as the simplest versions of inflation require. The shortfall is embarrassing, because one of the most widely publicised predictions of simple inflation was the firm requirement of exactly 100 per cent of this critical density of matter. But there are ways around the difficulty; and here are two of them to be going on with.

The first suggestion is almost heretical, in the light of the way astronomy has developed since the time of Copernicus. Is it possible that we are living near the centre of the Universe? For centuries, the history of astronomy has seen humankind displaced from any special position. First the Earth was seen to revolve around the Sun, then the Sun was seen to be an insignificant member of the Milky Way Galaxy, then the Galaxy was seen to be an ordinary member of the cosmos. But now comes the suggestion that the “ordinary” place to find observers like us may be in the middle of a bubble in a much greater volume of expanding space.

The conventional version of inflation says that our entire visible Universe is just one of many bubbles of inflation, each doing their own thing somewhere out in an eternal sea of chaotic inflation, but that the process of rapid expansion forces spacetime in all the bubbles to be flat. A useful analogy is with the bubbles that form in a bottle of fizzy cola when the top is opened. But that suggestion, along with other cherished cosmological beliefs, has now been challenged by Linde, working with his son Dmitri Linde (of CalTech) and Arthur Mezhlumian (also of Stanford).

Linde and his colleagues point out that the Universe we live in is like a hole in a sea of superdense, exponentially expanding inflationary cosmic material, within which there are other holes. All kinds of bubble universes will exist, and it is possible to work out the statistical nature of their properties. In particular, the two Lindes and Mezhlumian have calculated the probability of finding yourself in a region of this super- Universe with a particular density — for example, the density of “our” Universe.

Because very dense regions blow up exponentially quickly (doubling in size every fraction of a second), it turns out that the volume of all regions of the super-Universe with twice any chosen density is 10 to the power of 10 million times greater than the volume of the super- Universe with the chosen density. For any chosen density, most of the matter at that density is near the middle of an expanding bubble, with a concentration of more dense material round the edge of the bubble. But even though some of the higher density material is round the edges of low density bubbles, there is even more (vastly more!) higher density material in the middle of higher density bubbles, and so on forever. The discovery of this variation on the theme of fractal structure surprised the researchers so much that they confirmed it by four independent methods before venturing to announce it to their colleagues. Because the density distribution is non-uniform on the appropriate distance scales, it means that not only may we be living near the middle of a bubble universe, but that the density of the region of space we can see may be less than the critical density, compensated for by extra density beyond our field of view.

This is convenient, since those observations by the Hubble Space Telescope have suggested that cosmological models which require exactly the critical density of matter may be in trouble. But there is more. Those Hubble observations assume that the parameter which measures the rate at which the Universe is expanding, the Hubble Constant, really is a constant, the same everywhere in the observable Universe. If Linde’s team is right, however, the measured value of the “constant” may be different for galaxies at different distances from us, truly throwing the cat among the cosmological pigeons. We may seem to live in a low-density universe in which both the measured density and the value of the Hubble Constant will depend on which volume of the Universe these properties are measured over!

That would mean abandoning many cherished ideas about the Universe, and may be too much for many cosmologists to swallow. But there is a simpler solution to the density puzzle, one which involves tinkering only with the models of inflation, not with long-held and cherished cosmological beliefs. That may make it more acceptable to most cosmologists — and it’s so simple that it falls into the “why didn’t I think of that?” category of great ideas.

A double dose of inflation may be something to make the Government’s hair turn grey — but it could be just what cosmologists need to rescue their favourite theory of the origin of the Universe. By turning inflation on twice, they have found a way to have all the benefits of the inflationary scenario, while still leaving the Universe in an “open” state, so that it will expand forever.

In those simplest inflation models, remember, the big snag is that after inflation even the observable Universe is left like a mass of bubbles, each expanding in its own way. We see no sign of this structure, which has led to all the refinements of the basic model. Now, however, Martin Bucher and Neil Turok, of Princeton University, working with Alfred Goldhaber, of the State University of New York, have turned this difficulty to advantage.

They suggest that after the Universe had been homogenised by the original bout of inflation, a second burst of inflation could have occurred within one of the bubbles. As inflation begins (essentially at a point), the density is effectively “reset” to zero, and rises towards the critical density as inflation proceeds and energy from the inflation process is turned into mass. But because the Universe has already been homogenised, there is no need to require this bout of inflation to last until the density reaches the critical value. It can stop a little sooner, leaving an open bubble (what we see as our entire visible Universe) to carry on expanding at a more sedate rate. They actually use what looked like the fatal flaw in Guth’s model as the basis for their scenario. According to Bucher and his colleagues, an end product looking very much like the Universe we live in can arise naturally in this way, with no “fine tuning” of the inflationary parameters. All they have done is to use the very simplest possible version of inflation, going back to Alan Guth’s work, but to apply it twice. And you don’t have to stop there. Once any portion of expanding spacetime has been smoothed out by inflation, new inflationary bubbles arising inside that volume of spacetime will all be pre-smoothed and can end up with any amount of matter from zero to the critical density (but no more). This should be enough to make everybody happy. Indeed, the biggest problem now is that the vocabulary of cosmology doesn’t quite seem adequate to the task of describing all this activity.

The term Universe, with the capital “U”, is usually used for everything that we can ever have knowledge of, the entire span of space and time accessible to our instruments, now and in the future. This may seem like a fairly comprehensive definition, and in the past it has traditionally been regarded as synonymous with the entirety of everything that exists. But the development of ideas such as inflation suggests that there may be something else beyond the boundaries of the observable Universe — regions of space and time that are unobservable in principle, not just because light from them has not yet had time to reach us, or because our telescopes are not sensitive enough to detect their light.

This has led to some ambiguity in the use of the term “Universe”. Some people restrict it to the observable Universe, while others argue that it should be used to refer to all of space and time. If we use “Universe” as the name for our own expanding bubble of spacetime, everything that is in principle visible to our telescopes, then maybe the term “Cosmos” can be used to refer to the entirety of space and time, within which (if the inflationary scenario is correct) there may be an indefinitely large number of other expanding bubbles of spacetime, other universes with which we can never communicate. Cosmologists ought to be happy with the suggestion, since it makes their subject infinitely bigger and therefore infinitely more important!

Further reading: John Gribbin, Companion to the Cosmos, Weidenfeld & Nicolson, London, 1996.

°

 

 

*

oerknal 1  ,2014

oerknal 2014 , 2721288  pdf

oerknal2 ,2014

°

http://www.deredactie.be/cm/vrtnieuws/wetenschap/1.1912923

Amerikaanse wetenschappers hebben voor het eerst golven gezien in het weefsel van het universum, wat het eerste indirecte bewijs zou vormen voor het feit dat het universum een gigantische en zeer snelle uitbreiding heeft meegemaakt, onmiddellijk na de big bang.

indirect Bewijs voor gigantische en snelle uitbreiding van heelal na big bang

ma 17/03/2014 – Luc De Roy
Amerikaanse wetenschappers zeggen dat ze voor het eerst golven gezien hebben in het weefsel van het universum, wat het eerste indirecte bewijs zou vormen voor het feit dat het universum een gigantische en zeer snelle uitbreiding heeft meegemaakt, onmiddellijk na de big bang. Als de bevindingen bevestigd worden, kunnen ze de ontdekkers wel eens een Nobelprijs opleveren.

Geleerden zoeken al jaren naar de golven, die zwaartekrachtsgolven genoemd worden, sinds Albert Einstein ze in 1916 voorspelde in zijn algemene relativiteitstheorie. Einstein dacht dat ze misschien niet te ontdekken waren, maar toch werd er met meer dan een dozijn telescopen naar gezocht.

Amerikaanse geleerden hebben nu aangekondigd dat ze sporen hebben gevonden van de oer-zwaartekrachtsgolven die onmiddellijk na de big bang door het universum trokken. Hun bevindingen staan in het vakblad Nature.

Wow

Het gaat om kleine golven in de weefsel van het universum die zich door de ruimte verspreid hebben, zoals golven in een oceaan, een biljoenste van een seconde na de big bang of oerknal, zo’n 14 miljard jaar geleden.

Belga

De botsing van twee sterrenstelsels veroorzaakt zwaartekrachtsgolven.

De ontdekking kan nieuw licht werpen op het allereerste begin van het heelal, toen het heelal een minieme fractie van een seconde oud was en kleiner dan het punt aan het einde van deze zin. Ze kan ook een steun betekenen voor de theorie van “inflatie”, die stelt dat het universum in dat allereerste begin zich sneller dan het licht uitbreidde. De theorie van de inflatie verklaart ook waarom het universum zo eenvormig is, maar sommige geleerden vinden de theorie ontoereikend. De bevindingen kunnen ons ook vertellen hoe groot de big bang dan wel was.

Bij de eerste reacties van geleerden die geen deel uitmaakten van het onderzoek, waren er enkele sceptische, maar ook verbaasde en bewonderende reacties. Dominique Aubert, een astronoom aan de universiteit van Straatsburg in Frankrijk tweette dat de gegevens die wijzen op zwaartekrachtsgolven “bijzonder sterk zijn, geweldig belangrijk nieuws, wow”.

Achtergrondstraling

Het proces van de inflatie zou zwaartekrachtsgolven moeten veroorzaakt hebben, die de ruimte zelf samendrukken en vervormen. Dat proces zou op zijn beurt een afdruk nalaten op het eerste licht in het universum, dat nu nog steeds verspreid is in de kosmos in de vorm van de kosmische achtergrondstraling. Geleerden zijn zich er al lang van bewust dat een nauwgezette studie van die kosmische achtergrondstraling bewijzen zou kunnen leveren voor de zwaartekrachtsgolven.

. © afp

Beelden van de Planck-telescoop uit 2010.  Een kaart van de achtergrondstraling.

Het is echter niet genoeg om zomaar een telescoop naar de hemel te richten om de bewijzen te vinden. Water in de atmosfeer blokkeert de microstraling waaruit de kosmische achtergrondstraling bestaat, en dus de beste plaats om ze te bestuderen, is de Zuidpool, waar de erg droge, heldere lucht een uniek venster biedt op de achtergrondstraling.

Op de Zuidpool staan dan ook verschillende instrumenten die gebouwd zijn door rivaliserende geleerden, en het is de BICEP2-telescoop (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), een radiotelescoop, die nu de hoofdvogel heeft afgeschoten.

De telescoop heeft een kenmerkende “krul”, een rotatie, gevonden in de oude microgolven, een patroon dat een soort vingerafdruk is van de zwaartekrachtsgolven.

De geleerden zeggen dat hun gegevens, die ze dus vandaag gepubliceerd hebben, sterk genoeg zijn om een nauwkeurig onderzoek te doorstaan. Als dat inderdaad het geval blijkt, gaat het om een zeer belangrijke doorbraak.

Zwaartekrachtsgolven

Een zwaartekrachtsgolf of gravitatiegolf is in de algemene relativiteitstheorie, een fluctuatie in de kromming van de ruimtetijd. Ze beweegt zich van de bron af naar buiten als een golf. In 1916 stelde Albert Einstein op basis van zijn theorie van de algemene relativiteitstheorie het bestaan van zwaartekrachtsgolven voor.

Zwaartekrachtsgolven zouden energie als zwaartekrachtsstraling of gravitatiestraling vervoeren en zich voordoen door de beweging van een hemellichaam, doordat de ruimte, die gekromd is rond het hemellichaam, verandert door de beweging.

Verwacht wordt dat ze kunnen optreden bij grote explosies in het heelal, zoals een supernova, of wanneer twee zeer zware hemellichamen op korte afstand om elkaar heen draaien. Het gaat dan om dubbelsterren, bestaande uit witte dwergen, neutronensterren of zwarte gaten.

–> Meer informatie over het ontstaan van het heelal en het hoe en waarom van de nieuwe ontdekking kunt u ook terugvinden op de website van VRT-weerman Frank Deboosere.

indirect bewijs gevonden voor oerknaltheorie: met dank aan zwaartekrachtsgolven

 17 maart 2014     103

oerknal

Astrofysici hebben een enorme ontdekking gedaan. Voor het eerst hebben ze indirect bewijs gevonden voor kosmische inflatie, oftewel de theorie dat het heelal zich vrijwel direct na de oerknal exponentieel uitbreidde. In hun onderzoek presenteren ze  de eerste beelden van zwaartekrachtsgolven: de naweeën van die oerknal.

Zo’n 13,8 miljard jaar geleden vond de oerknal plaats. Vrijwel direct erna begon het universum zich exponentieel uit te breiden. Tenminste: dat was de theorie. Een nieuw – baanbrekend onderzoek – steunt  die theorie nu. Wetenschappers hebben namelijk voor het eerst waargenomen  indirect bewijs gevonden voor die exponentiële uitbreiding van het universum (ook wel kosmische inflatie genoemd). En daar blijft het niet bij. In hun data duiken ook  de eerste beelden van zwaartekrachtsgolven op.

Zwaartekrachtsgolven

Zwaartekrachtsgolven

De polarisatie van de kosmische achtergrondstraling. 

Afbeelding waarop de polarisatie (de trillingsrichting) van de kosmische achtergrondstraling te zien is. De zwarte streepjes geven de richting aan. Dit patroon is vrijwel zeker veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven die tijdens de inflatie-periode van het universum ontstonden.

Afbeelding: © BICEP2

WAVES FROM THE BIG BANG

The detection of gravitational waves in the afterglow of the Big Bang — if confirmed — opens a new chapter in astronomy, cosmology and physics. The signature, seen by the BICEP2 radio telescope at the South Pole, packs at least three discoveries into one: It provides the most direct evidence for the existence of the waves predicted by Einstein; it is the proof of ‘cosmic inflation’ that physicists had been eagerly awaiting; and it opens a window into the unification of the fundamental forces of nature and into quantum gravity. In this special collection, Nature News has the most comprehensive and up-to-date coverage of the breakthrough and its aftermath.

NET ALS GOLVEN IN DE OCEAAN HEBBEN ZWAARTEKRACHTSGOLVEN EEN VOORKEUR VOOR EEN BEPAALDE RICHTING: LINKS OF RECHTS.

Opwindend nieuws
“Dit is echt opwindend,” vindt onderzoeker Chao-Lin Kuo. “We hebben voor het eerst zwaartekrachtsgolven – oftewel rimpels in de ruimtetijd – in beeld gebracht en een theorie over de totstandkoming van het gehele universum geverifieerd.” De onderzoekers deden hun ontdekking met de BICEP2-telescoop. Ze zetten de telescoop in om de kosmische achtergrondstraling – de gloed die de oerknal achterliet te bestuderen.

Zwaartekrachtsgolven ‘persen’ de ruime terwijl ze zich voortbewegen. Hierdoor ontstaat er een specifiek patroon in de kosmische achtergrondstraling. Dit patroon hebben wetenschappers nu daadwerkelijk gezien met de BICEP2-telescoop. Net als golven in de oceaan hebben zwaartekrachtsgolven een voorkeur voor een bepaalde richting, bijvoorbeeld links of rechts. De wetenschappers ontdekten een specifiek patroon, dat wijst op een snelle uitdijing. “Volgens alternatieve theorieën zouden we dit niet moeten zien”, vertelt de Russische fysicus Andrei Linde van de universiteit van Stanford.

Het begint met Einstein
Het bestaan van de zwaartekrachtsgolf wordt voorspeld door Einsteins zwaartekrachtstheorie. In deze theorie beschrijft Einstein de zwaartekracht als een vervorming van de ruimtetijd. Die vervorming ontstaat door materie. Om te begrijpen hoe dat zit, wordt vaak de metafoor van een laken gebruikt (let op: het is een tweedimensionale metafoor, die desalniettemin kan helpen begrijpen hoe materie ruimtetijd beïnvloedt). Stel: u houdt de punt van een laken vast en drie andere mensen houden de andere drie punten vast. U trekt het laken strak. Vervolgens legt iemand in het midden van het laken een bowlingbal. Wat gebeurt er? Er ontstaat een kromming in het laken die het grootst is nabij de bal. En het laken wordt in het gebied nabij de bal wat uitgerekt. Het komt min of meer overeen met wat er gebeurt met de ruimtetijd in de buurt van een grote hoeveelheid materie (bijvoorbeeld een planeet, zie hieronder). Tijd en ruimte worden nabij zo’n massa uitgerekt.

Afbeelding: Atamari (via Wikimedia Commons).

Afbeelding: Atamari (via Wikimedia Commons).

En dan de zwaartekrachtsgolf
Diezelfde theorie van Einstein voorspelt ook het bestaan van de zwaartekrachtsgolf. Deze golven worden door veel onderzoekers beschreven als ‘golfjes in ruimtetijd’. Zwaartekrachtsgolven ontstaan onder meer wanneer twee hele zware objecten (denk aan twee zwarte gaten of twee hele zware dubbelsterren) om elkaar heen cirkelen. De objecten verliezen door die zwaartekrachtsgolven energie en daardoor wordt de afstand tussen de twee objecten steeds kleiner. Uiteindelijk worden de twee objecten één.


Fysicus Andrei Linde – de ‘founding father’ van de inflatietheorie – krijgt te horen dat zijn theorie nu te bewijzen is!

Zwakker
Hoewel die zwaartekrachtsgolven dus in theorie al jaren bekend zijn en ook flinke invloed uitoefenen op het heelal, hebben we ze tot nu nog nooit waargenomen. Dat komt voornamelijk doordat die golven wanneer ze door de ruimte reizen in kracht afnemen. Vergelijk het met een boot die op zee vaart. Een luchtbed dicht bij de boot zal veel sterker op en neer deinen dan een luchtbed dat tientallen meters van de boot verwijderd is. Zo is het ook met zwaartekrachtsgolven: zodra ze bij de aarde arriveren, zijn ze zo verzwakt dat we ze eigenlijk niet meer kunnen waarnemen.

BEGIN?

Was de oerknal het begin van alles? Nee, waarschijnlijk niet. Er zijn theorieën dat erveel meer heelallen zijn, namelijk in het zogenoemde multiversum. Ook zijn er wetenschappers die geloven dat ons heelal continu opnieuw ontstaat.

Gevonden!
Maar nu blijkt dus dat wetenschappers inderdaad in staat zijn om zwaartekrachtsgolven waar te nemen, en wel met de gevoelige BICEP2-telescoop. En deze zwaartekrachtsgolven wijzen er dus op dat het heelal kort na het ontstaan exponentieel uitbreidde. En er zijn meer mogelijkheden. Dankzij zwaartekrachtsgolven kunnen we bijvoorbeeld zware dubbelstersystemen opsporen. Ook kunnen we dankzij zwaartekrachtsgolven meer inzicht krijgen in het ontstaan van superzware zwarte gaten (wellicht het resultaat van samengesmolten zwarte gaten). Eén ding is zeker: er staat ons nog veel moois te wachten.

°

Nieuw (indirect)  ‘overtuigend bewijs’ voor inflatie-theorie

17 maart 2014

Dat meldt de BBC maandag.

Volgens onderzoekers is er een signaal gevonden dat het gevolg is van de ultra snelle inflatie van het heelal, fracties van seconden na het ontstaan.

Het heeft de vorm van een rimpeling in het oudste licht dat waargenomen kan worden met radiotelescopen. Het is voor het eerst dat deze gravitatiegolven zijn waargenomen.

Hoewel de ontdekking nog verder wordt onderzocht met alternatieve experimenten, is er al sprake van een vondst die de wetenschappers mogelijk een Nobelprijs op kan leveren.

“Dit is spectaculair”, laat professor Marc Kamionkowski van de Johns Hopkins Universiteit in Baltimore aan de BBC weten.

“Ik heb het onderzoek gezien en deze bewijzen zijn overtuigend. De wetenschappers die betrokken zijn bij het project horen bovendien bij de voorzichtigste en conservatiefste wetenschappers die ik ken.”

Telescoop

De doorbraak werd bekendgemaakt door een Amerikaans team, dat werkt aan het BICEP2-project. De onderzoekers gebruikten een telescoop op de zuidpool, waarmee een fractie van het heelal gedetailleerd in kaart werd gebracht.

Het doel was het vinden van een overblijfsel van de razendsnelle groei van de kosmos, die in de eerste biljoenste van een biljoenste van een biljoenste seconde van het ontstaan plaats moet hebben gevonden.

De theorie houdt in dat het kleine universum in dit tijdsbestek is gegroeid van iets onvoorstelbaar kleins tot ongeveer het formaat van een knikker. In de 13,8 miljard jaar die volgde is het universum continu verder gegroeid.

Oneffenheden

De theorie dat het universum zich telkens verder uitbreidt is voor het eerst voorgesteld door Alan Guth en Andrei Linde in de jaren tachtig, als antwoord op enkele tekortkomingen in de oerknal-theorie.

Zo vroeg men zich onder meer af hoe het komt dat het diepe heelal er alle richtingen op vrijwel hetzelfde uitziet. De bewering was dat alleen een razendsnelle inflatie oneffenheden heeft kunnen voorkomen..

De voorspelling was dat gravitatiegolven een spoor kunnen zijn van deze snelle inflatie, waarin sporen van het oudste licht in het universum moet zijn terug te vinden. De wetenschappers beweren nu dat dit spoor is waargenomen.

 

Door: NU.nl/Joost Nederpelt

Zwaartekrachtsgolven van de oerknal gesignaleerd

Sterk bewijs voor de inflatietheorie

Wetenschappers achter de BICEP2-detector op Antarctica zeggen dat ze zwaartekrachtsgolven van de oerknal hebben gesignaleerd. De vindingen zouden een sterk bewijs vormen voor de inflatietheorie die stelt dat het universum in de eerste fractie van een seconde na de oerknal met een enorme snelheid is uitgedijd.

door 

dinsdag 18 maart 2014

De gegevens zijn van januari 2010 tot december 2012 verzameld en laten een patroon zien in de trillingsrichting oftewel de polarisatie [1] van het licht dat we nu nog van de oerknal kunnen waarnemen. Dat licht wordt de kosmische achtergrondstraling genoemd en is te detecteren in alle richtingen waar astronomen hun telescopen op richten. Het is als het ware de nagloed van de oerknal.

De gemeten polarisatie van deze achtergrondstraling, ook wel de B-mode polarisatie genoemd, zou veroorzaakt zijn door zwaartekrachtsgolven die in de allereerste momenten van het universum ontstonden. Deze golven zijn door Albert Einstein voorspelde rimpelingen in de ruimtetijd [2].

Bewijs voor de inflatietheorie

De resultaten zijn een sterk bewijs voor de inflatietheorie die de Amerikaanse natuurkundige Alan Guth in 1981 presenteerde als aanvulling op de oerknaltheorie. Het belangrijkste bewijs voor de oerknal werd al in 1964 geleverd met de eerst detectie van de kosmische achtergrondstraling. Sindsdien is de oerknaltheorie algemeen geaccepteerd, alleen konden astronomen ermee niet het ontstaan van de grote structuren verklaren die de kosmische achtergrondstraling laat zien.

Kosmische_achtergrondstraling_planck

Een kaart van de kosmische achtergrondstraling gemeten door de Planck-satelliet. De kaart laat iets warmere gebieden (in rood) zien tussen gebieden waar de temperatuur lager is (blauw). Het wordt ook wel de babyfoto van het universum genoemd. ESA

De inflatietheorie biedt hiervoor een oplossing. Guth stelde dat het universum 10-36seconden na de oerknal begon aan een enorme uitdijingssprint. In een kleine fractie van die eerste seconde werd het universum opeens vele malen groter. Daarbij werden minuscule en toevallige variaties binnen de dichtheid van materie opgeblazen tot kosmische schalen. Na de korte inflatieperiode zou het universum blijven uitdijen, zij het langzamer.

Met de inflatietheorie konden veel observaties verklaard worden, maar nooit werd er echt bewijs voor gevonden.

Tot nu.

De gevonden polarisatie in de straling is volgens de astronomen het bewijs voor zwaartekrachtsgolven die tijdens de inflatieperiode ontstonden en als het ware hun afdruk hebben achtergelaten in de achtergrondstraling.

Bovendien is het gemeten signaal veel sterker dan eerder gedacht, waardoor een groot aantal inflatiemodellen weggestreept kunnen worden.

Bicep

Het gebouw op Antarctica waarin onder andere de BICEP2-detector is gevestigd. BICEP2/Dispatches from the Bottom of the World

Nobelprijsmateriaal

Veel wetenschappers reageren verheugd op de resultaten. De ontdekking wordt qua belang al vergeleken met de ontdekking van het Higgsboson in 2012 en ook de term Nobelprijs valt vaak.

Voordat het zover is zullen de resultaten eerst bevestigd moeten worden door teams van wetenschappers die met andere detectoren naar dezelfde signalen speuren. Maar dat lijkt slechts een kwestie van tijd.

De zoektocht naar zwaartekrachtsgolven in het huidige heelal gaat overigens gewoon door. Ze zouden ook veroorzaakt moeten worden door extreem zware objecten zoals zwarte gaten. Al jaren wordt er naar de hemel geluisterd, maar nog nooit werd er zo’n golf gevonden.

Big Bang Theory conceptual artwork

“Everything we see today – the galaxies, the stars, the planets – was imprinted at that moment”

Related Stories

Inflation

1.–>  Fred Hoyle ……named the “Big Bang” in an attempt to ridicule the already-existing theory  of Lemaître when he proposed his own,(then novel,)“Steady State” theory of cosmology.

2.- To be honest, there wasn’t really much of a scientific theory of cosmology until Hubble’s discovery of the redshift of (almost all) “external galaxies”, published in 1928.

3.- Hoyle (along with Bondi and Tom Gold started his work on the “Steady State” theory in about 1948.(see below Note  2c) 

NOTE 1  :

(Georges Lemaitre’s theoretical work and application of Hubble’s early results to his theories predate both ;
however since Hoyle accepted Lemaitre’s theoretical work on the metrics of space, but disagreed on the interpretation of the observations, then I think it’s best to leave this out of this issue dealing with the new findings .)

(Tsjok)

NOTE 2  : (a) Moreover:—->  the  inflation theory ( Allan Guth )  solved theoretical  problems  with the big bang  theory  and   the earliest model  of inflation theory dates from 1980  ….(Sir Fred Hoyle (born 1915 ) was  then  65 years old  )

—>(b) it took some years before  eleaborated and divers  models  of  the inflation theory (–> Linde )   —>  ( which is now seems to be   more of less  confirmed by the   new observational  data )  … The aging Hoyle (and  his  “intellectual  heir “ the panspermalist Wicramasinghe ) never  tried to explain consistentely (or even   interpret )  the  inflation theory  by their own   “steady state theory  —-> “Why should they  ever  have done  that  ?  = for them the  “Big bang” theory  was false ( see 1)

—>(c)  The steady state   was  further  detailed  by them   ;    The creation of new “space ” and matter was not the result of inflation  :  but the result of  a   continuous   de  novo creation of  matter and space  ; a proces that will go on infinitely

bron ;

http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2014/03/22/cnn-piece-suggests-that-cosmic-inflation-finding-is-evidence-for-god/#comments

________________

UPDATE 

http://www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2014/April/Oerknalontdekking-nu-al-onder-vuur-.html

 

Oerknalontdekking nu al onder vuur?

Kosmische stofwolken zaaien twijfel

  • DOOR: BENNIE MOLS

16 april 2014

Een nieuwe publicatie betwijfelt het eerste experimentele bewijs van kosmische inflatie.

De ontdekking van een echo van de oerknal werd op 17 maart wereldnieuws. De Zuidpooltelescoop BICEP2  zou een signaal hebben gemeten dat verraadt dat het heelal net na de geboorte in een minuscule fractie van een seconde gigantisch snel is uitgedijd. Het heelal zou een factor 10^36 groter zijn geworden in een tijdsduur van 10^-32 seconde. Inflatie heet deze superuitdijing.

Inflatie werd voor het eerst voorspeld in 1980.

BICEP2   zou het eerste indirecte experimentele bewijs voor deze theorie hebben gevonden. Er ging meteen een schokgolf van opwinding door de natuur- en sterrenkunde. En als deze ontdekking klopt, dan ligt er zeker een Nobelprijs klaar voor de ontdekkers.

De waarneming van BICEP2 is gebaseerd op de meting van de polarisatie in de kosmische achtergrondstraling: een verdraaiing in de trillingsrichting van de elektromagnetische straling die als achtergrondstraling het gehele heelal vult. Minstens 80% van deze verdraaiing schreven de BICEP2-onderzoekers toe aan inflatie. Een kleine 20% kwam waarschijnlijk door het effect van kosmisch stof op de achtergrondstraling. Dit percentage is echter gebaseerd op modellen, niet op directe metingen.

Stofwolken
In een net gepubliceerd (maar nog niet gereviewd)wetenschappelijk artikel op de website arXiv.org trekken drie wetenschappers deze percentages in twijfels. ArXiv.org wordt door natuur- en sterrenkundigen veel gebruikt om artikelen snel te lanceren en op deze manier zo snel mogelijk kritisch beoordeeld te worden door collegawetenschappers.

Volgens de drie onderzoekers zou een veel groter deel, zo niet het hele effect, kunnen komen door kosmische stofwolken. Maar ook hun argument is gebaseerd op modellen en niet op keiharde metingen.

Onderzoekers van de BICEP2-telescoop hebben niet gereageerd op de nieuwe publicatie. Welk model het bij het rechte eind heeft, zal moeten blijken. In ieder geval is duidelijk dat er dringend behoefte is aan nieuwe, onafhankelijke metingen die de BICEP2-resultaten kunnen bevestigen dan wel falsificeren.(1)

Sterrenkundigen kijken nu al reikhalzend uit naar de nieuwste resultaten van de Europese PLANCK-satelliet, die in oktober worden verwacht. In principe zou PLANCK inflatie namelijk beter moeten kunnen meten dan BICEP2 (2) . Waar BICEP2 het signaal maar bij een golflengte mat, heeft PLANCK hetzelfde signaal bij meerdere golflengten gemeten. Die metingen worden nu geanalyseerd.

 

 

*

(1)   “Falsify” is niet te vertalen als  “falsificeren”( =van bijvoorbeeld een theorie)- in dit zinsverband, maar “ontkrachten”(=van meetgegevens ) .

(2)                                                                                                                                                                                                                                                                    a) Bicep2 “kijkt” op 150 GHz. Dat is een roodverschoven signaal. Wat is de oorspronkelijke frequentie toen de fotonen gegenereerd werden en welk fenomeen produceerde die fotonen?

b) Lofar werkt op 180MHz en 1,6GHz en kijkt ook naar de meest verre sterren–>  meer roodverschoven, verder weg(?).

c) Fotonen van de eerste ( vroegste ) sterren zijn erg zeldzaam.
Ik meen wel eens gelezen te hebben dat er maar 500 per seconde of zelfs per uur langs komen op een bepaald oppervlak.              Hoe bepaalt men daarvan een polarisatie  richting?

°

UPDATES  : 

 

19 May 2014 

http://news.sciencemag.org/physics/2014/05/doubts-shroud-big-bang-discovery

A reconstruction of the contaminated foreground map BICEP used (top) and the corrected map.

Raphael Flauger/Institute for Advanced Study

A reconstruction of the contaminated foreground map BICEP used (top) and the corrected map.

Perhaps it was too good to be true.

Two months ago, a team of cosmologists reported that it had spotted the first direct evidence that the newborn universe underwent a mind-boggling exponential growth spurt known as inflation. But last week a new analysis suggested the signal, a subtle pattern in the afterglow of the big bang, or cosmic microwave background (CMB), could be an artifact produced by dust within our own galaxy……

 

___________________________________________________________________

 

°

The Inflation Theory: Solving the Universe’s Problems of Flatness and Horizon

In trying to understand the universe, two major problems remained: the flatness problem and the horizon problem. To solve these, the big bang theory is modified by the inflation theory, which states that the universe expanded rapidly shortly after it came into existence ( was ” created ” )

Today, the principles at the heart of inflation theory have a profound impact on the way that string theory is viewed by many physicists.

The two problems can be stated simply as:

  • Horizon problem: The CMBR is essentially the same temperature in all directions.
  • Flatness problem: The universe appears to have a flat geometry.

The universe’s issues: Too far and too flat

The horizon problem (also sometimes called the homogeneity problem) is that no matter which direction you look in the universe, you see basically the same thing (see the following figure). The cosmic microwave background radiation (CMBR) temperatures throughout the universe are, to a very high level of measurement, almost exactly the same temperature in every direction. This really shouldn’t be the case, if you think about it more carefully.

image0.jpg

If you look in one direction in space, you’re actually looking back in time. The light that hits your eye (or telescope) travels at the speed of light, so it was emitted years ago. This means there’s a boundary of 14 billion (or so) light-years in all directions. (The boundary is actually farther because space itself is expanding, but you can ignore that for the purposes of this example.) If there is anything farther away than that, there is no way for it to have ever communicated with us.

So you look out with your powerful telescope and can see the CMBR from 14 billion light-years away (call this Point A).

If you now look 14 billion light-years in the opposite direction (call this Point B), you see exactly the same sort of CMBR in that direction. Normally, you’d take this to mean that all the CMBR in the universe has somehow diffused throughout the universe, like heating up an oven. Somehow, the thermal information is communicated between Points A and B.

But Points A and B are 28 billion light-years apart, which means, because no signal can go faster than the speed of light, theres no way they could have communicated with each other in the entire age of the universe. How did they become the same temperature if there’s no way for heat to transfer between them? This is the horizon problem.

The flatness problem has to do with the geometry of our universe, which appears (especially with recent WMAP evidence) to be a flat geometry, as pictured in the following figure. The matter density and expansion rate of the universe appear to be nearly perfectly balanced, even 14 billion years later when minor variations should have grown drastically. Because this hasn’t happened, physicists need an explanation for why the minor variations haven’t increased dramatically.

Did the variations not exist? Did they not grow into large-scale variations? Did something happen to smooth them out? The flatness problem seeks a reason why the universe has such a seemingly perfectly flat geometry.

Three types of universes <i>(l. to r.)</i>: Closed, open, and flat.
Three types of universes (l. to r.): Closed, open, and flat.

These three types of universes are simplified representations of the way space naturally curves in the universe:

  • Closed universe: There is enough matter in the universe that gravity will eventually overcome the expansion of space. The geometry of such a universe is a positive curvature. (This matched Einstein’s original model without a cosmological constant.)
  • Open universe: There isn’t enough matter to stop expansion, so the universe will continue to expand forever at the same rate. This space-time has a negative curvature (saddle-shaped).
  • Flat universe: The expansion of the universe and the density of matter perfectly balance out, so the universe’s expansion slows down over time but never quite stops completely. This space has no overall curvature.

Rapid expansion early on holds the solutions

In 1980, astrophysicist Alan Guth proposed the inflation theory to solve the horizon and flatness problems (although later refinements by Andrei Linde, Andreas Albrecht, Paul Steinhardt, and others were required to get it to work). In this model, the early universal expansion accelerated at a rate much faster than we see today.

It turns out that the inflationary theory solves both the flatness problem and horizon problem (at least to the satisfaction of most cosmologists and astrophysicists). The horizon problem is solved because the different regions we see used to be close enough to communicate, but during inflation, space expanded so rapidly that these close regions were spread out to cover all of the visible universe.

The flatness problem is resolved because the act of inflation actually flattens the universe. Picture an uninflated balloon, which can have all kinds of wrinkles and other abnormalities. As the balloon expands, though, the surface smoothes out. According to inflation theory, this happens to the fabric of the universe as well.

In addition to solving the horizon and flatness problems, inflation also provides the seeds for the structure that we see in our universe today. Tiny energy variations during inflation, due simply to quantum uncertainty, become the sources for matter to clump together, eventually becoming galaxies and clusters of galaxies.

One issue with the inflationary theory is that the exact mechanism that would cause — and then turn off — the inflationary period isn’t known. Many technical aspects of inflationary theory remain unanswered, though the models include a scalar field called an inflaton field and a corresponding theoretical particle called an inflaton.

Most cosmologists till today ,  believed that some form of inflation likely took place in the early universe.

http://www.dummies.com/how-to/content/the-inflation-theory-solving-the-universes-problem.html

________________________________________________________________________________________

govertschilling

1.
Oerknaltheorie (heelal was ooit heel heet en ‘compact’ en begon daarna uit te dijen) dateert uit 1920’s. bleef lange tijd speculatief.

2.
ontdekking van kosmische achtergrondstraling (1965) was 1e ‘bewijs’: is afgekoeld overblijfsel van energie uit beginfase van het heelal.

3.
om bepaalde problemen met klassieke oerknaltheorie op te lossen werd in 1980 inflatiehypothese voorgesteld (van ‘to inflate’ = opblazen).

4.
volgens inflatie was er in het begin (triljoenste van triljoenste seconde na t=0!) een extreem korte periode van exponentiële uitdijing.

5.
gewone (lineaire) uitdijing: heelal groeit als 1-2-3-4-5-6-7-8 etc. exponentiële uitdijing: heelal groeit als 1-2-4-8-16-32-64-128 etc.

6.
tijdens inflatietijdperk (extreem kort!) zou grootte van heelal ca 100x verDUBBELD zijn. na afloop nam de gewone uitdijing het over.

7.
inflatiehypothese sluit aan bij quantumtheorieën. oerknal-problemen leken opgelost. maar echt hard bewijs voor inflatie leek onmogelijk.

8.
reden: achtergrondstraling is oudste signaal in heelal dat astronomen kunnen bestuderen. 380.000 jr na t=0. inflatie was láng daarvoor.

9.
echter: als inflatie plaatsvond, moeten er zeer kort na t=0 zwaartekrachtsgolven zijn opgewekt in de ruimte, door hypersnelle expansie.

10.
zwk-golven (voorspeld door einstein in 1916) zijn trillingen in de lege ruimtetijd, vglb met trillende drilpudding, maar véél kleiner.

11.
bestaan van zwk-golven is nog nooit direct aangetoond (moeilijk te meten!); in 1974 werden er wel indirecte aanwijzingen voor gevonden.

12.
tgv inflatie-zwk-golven moet ruimte ook nog ‘getrild’ hebben toen achtergrondstraling werd uitgezonden (toen heelal 380.000 jr oud was).

13.
berekeningen: die ‘oer-golven’ laten spiraalvormige sporen na in patroon van polarisatie van achtergrondstraling. die zijn nu gevonden.

14.
polarisatie betekent dat licht in ene trillingsrichting iets helderder is dan in andere richting. vergt speciale 2-richtings-detectoren.

15.
achtergrondstraling is al erg moeilijk te meten. polarisatie ervan nóg moeilijker. spiraalvormige patronen NOG veel moeilijker. RESPECT!

16.
ca tien teams maakten er afgelopen jaren jacht op (oa met europese ruimtetelescoop planck). BICEP2-telescoop op zuidpool heeft nu beet.

17.
waarom op zuidpool? hoog/droog, dus geen last van absorptie in dampkring van bestudeerde oerknalstraling (op sub-millimeter golflengte).

18.
dus: spiraalpatronen in polarisatie > in allereerste levensfase van heelal waren er zwk-golven > er moet inflatie hebben plaatsgevonden.

19.
achtergrondstraling (380.000 jr na t=0) is ‘peuterfoto’ heelal; dit nieuwe resultaat is alsof je tijdens bevalling naast kraambed stond!

20.
wat is nu de grootste doorbraak? voor natuurkundigen: bevestiging zwaartekrachtsgolven. voor kosmologen: bevestiging inflatiehypothese.

21.
als BICEP2-ontdekking bevestigd wordt door andere teams (wsch snel!), levert deze ontdekking vrijwel zeker een nobelprijs op.
congrats!

°

(reacties )

–>      Wat men  heeft  gevonden zijn metingen die consistent zouden zijn met de idee van kosmische inflatie.

We kunnen  gewoon een hele hoop hypothesen over wat er net na de oerknal gebeurde , weggooien zodat we nu blijkbaar eindelijk Einsteins zwaartekracht met de kwantummechanica kunnen verzoenen.
Is inderdaad zeer spectaculair maar heeft verder  de ballen met de oerknal zelf te maken.

°  Het ware beter geweest moest men gesproken hebben  over de theorie van wat er juist  NA  het ontstaan van het heelal gebeurde toen het groter werd en de fysische wetten ruimte, tijd, materie, energie, zwaartekracht,… vorm kregen.

http://nl.wikipedia.org/wiki/Inflatie_(kosmologie)

LINKS

http://www.volkskrant.nl/vk/nl/2672/Wetenschap-Gezondheid/article/detail/3616580/2014/03/17/Astronomen-presenteren-overtuigend-bewijs-voor-Oerknal-theorie.dhtml

http://www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2014/Maart/Echo-s-van-de-oerknal.html

Permalink voor ingesloten afbeelding

http://www.newyorker.com/online/blogs/elements/2014/03/a-scientific-breakthrough-lets-us-see-to-the-beginning-of-time.html

°

http://www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2014/Maart/Echo-s-van-de-oerknal.html

http://www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2006/oktober/Rimpelingen-in-het-heelal.html

ALLAN GUTH
http://phys.org/news/2014-03-alan-guth-insights-big.html

http://www.sterrenstof.info/hele-mooie-wetenschap-bewijs-voor-inflatie/#more-2161

°

Echo’s van de oerknal

Sterk bewijs dat oerknal begon met ‘inflatie’

  • DOOR: ARNOUT JASPERS
 

Een telescoop op de zuidpool heeft de zwaartekrachtsecho’s van de oerknal ontdekt. Een enorme verrassing, volgens astrofysicus Daan Meerburg

Zoom
© Bicep2-cooperation
De ‘weerkaart’ van de kosmische achtergrondstraling waaruit blijkt dat de oerknal zwaartekrachtsgolven produceerde.

BICEP
Waar ging het over?

Op Antarctica staat een gespecialiseerde telescoop, BICEP, die uiterst gevoelig is voor radiostraling uit het heelal op een frequentie van 150 gigahertz, ofwel een golflengte van ongeveer twee millimeter. Met die telescoop is de afgelopen jaren een klein deel van de hemel gescand. Uit die data is een spectaculaire primeur gedestilleerd: voor het eerst is een signaal gedetecteerd dat ontstaan moet zijn in de eerste fractie van een seconde na de oerknal.
Het gaat om zwaartekrachtsgolven, die ons iets vertellen over het tijdperk van ‘inflatie’, een fase waarin het heelal onvoorstelbaar snel uitdijde.

Inflatie
‘Het is een enorme verrassing dat ze dit hebben kunnen meten’,’ aldus astrofysicus Daan Meerburg, die op de universiteit van Princeton dit onderzoek op de voet volgt. Dit betekent volgens hem ook, dat de zwaartekrachtsgolven die de inflatie opwekte, uitzonderlijk sterk waren. Van de inflatie-theorie zijn in de loop der tijd allerlei varianten in omloop geraakt, vooral omdat er geen experimentele check mogelijk was. Die is er nu dus wel, en die maakt het onwaarschijnlijk dat dat de simpeler versies van de theorie correct zijn. Het wordt voor de theoretici dus ingewikkelder, maar ook interessanter.

Meerburg bekeek via internet de technische presentatie voorafgaand aan de persconferentie, en besprak met collega’s de twee wetenschappelijke artikelen die gelijktijdig verschenen. Volgens hem zijn de metingen ‘behoorlijk solide’. De zwaartekrachtsgolven zijn niet direct gemeten, maar via de sporen die ze hebben achtergelaten in de kosmische achtergrondstraling, het ‘nagloeien’ van het heelal sinds de tijd dat dit nog heel heet was.

Rimpelingen
Zwaartekrachtsgolven zijn door Einstein voorspeld, maar nog nooit direct waargenomen. Het zijn rimpelingen in de ruimte-tijd zelf die zich met de lichtsnelheid voortplanten en elk voorwerp – bijvoorbeeld de aarde – even vervormen als ze voorbij komen. ‘Inflatie’ is ruim dertig jaar geleden bedacht door Alan Guth om een paar fundamentele problemen met de gewone oerknaltheorie te ondervangen. Als inflatie zich werkelijk voorgedaan heeft, moet dit heftige zwaartekrachtsgolven hebben opgewekt. Deze primordiale zwaartekrachtsgolven reizen dan nog steeds door het heelal, maar ze zijn nu te zwak om direct waar te nemen. Ze moeten echter wel sporen hebben achtergelaten in de kosmische achtergrondstraling, want die ontstond slechts 380.000 jaar na de oerknal, toen het heelal veel kleiner was en de zwaartekrachtsgolven veel sterker.

Weerkaart
Deze sporen zijn de zogeheten B-modussen. De kosmische achtergrondstraling vult als het ware de complete hemelbol, en je kunt er een kaart van maken die lijkt op een weerkaart.

In elk punt op aarde heeft de wind een bepaalde snelheid en een richting; net zo heeft de achtergrondstraling op elk punt van de hemelbol een bepaalde intensiteit en polarisatie (‘trillingsrichting’). De intensiteit is de afgelopen jaren al met grote nauwkeurigheid gemeten, onder andere door de Planck-satelliet. Maar nu is voor het eerst, van een klein deel van de hemel, ook de polarisatie in kaart gebracht.

De B-modussen zijn dan vergelijkbaar met orkanen of depressies op die kaart, en die kunnen eigenlijk alleen maar veroorzaakt zijn door primordiale zwaartekrachtsgolven. 

‘Dit is 100% zeker een Nobelprijs,’ schat Meerburg in. Hij denkt echter dat de prijs naar de experimentatoren zal gaan voor het ontdekken van de primordiale zwaartekrachtsgolven, en niet naar Alan Guth, omdat nu nog allerlei varianten voor inflatie mogelijk zijn.

Ook Nature kwam ten tijde van de persconferentie al met het nieuws.

 

°

zie ook 

http://www.freethinker.nl/forum/viewtopic.php?f=19&t=13521&p=412816#p412816

°

http://profmattstrassler.com/2014/03/26/which-parts-of-the-big-bang-theory-are-reliable/

 

“De enige kracht die sterker is dan die uitdijende kracht (donkere energie) is de zwaartekracht. Daarom dijt de ruimte niet uit in bijv. ons zonnestelsel. Wanneer de zwaartekracht geen invloed heeft dan dijt de ruimte in zichzelf uit.”

 

°

Eerste sterrenstelsels ontstonden erg vroeg

Slechts 200 miljoen jaar na de oerknal ontstonden de eerste sterrenstelsels in het heelal. Dit is veel eerder dan astronomen eerder dachten.

“Volgens huidige theorieën kunnen sterrenstelsels niet zo vroeg geboren worden”, zegt wetenschapper Johan Richard.

Roodverschuiving
Het verre sterrenstelsel maakt deel uit van cluster Abell 383. Het sterrenstelsel heeft een roodverschuiving van 6,027, wat overeenkomt met een afstand van 12,75 miljard lichtjaar. Dit betekent dat wij het sterrenstelsel zien zoals het eruit zag toen het heelal 950 miljoen jaar oud was.

200 miljoen jaar
Het wordt nog spannender. Wetenschappers vonden in het sterrenstelsel meerdere sterren met een leeftijd van ongeveer 750 miljoen jaar. Dit betekent dat deze sterren 200 miljoen jaar na de oerknal werden gevormd.

James Webb-telescoop
“Het is zeer aannemelijk dat er veel meer sterrenstelsels in het jonge universum bevinden dan wij nu denken”, concludeert co-auteur Jean-Paul Kneib. Toekomstige telescopen, zoals de James Webb-telescoop, kunnen dit soort sterrenstelsels bestuderen. Helaas kwam vandaag het nieuws naar buiten dat de James Webb Telescope niet voor 2018 gelanceerd gaat wordenin verband met te hoge kosten.

°

HET  HEELHAL   10 MILJARD JAAR GELEDEN 

Massieve sterrenstelsels onthullen de expansiesnelheid van het jonge heelal

Wetenschappers van het Berkeley Lab zijn er in geslaagd om de expansiesnelheid in het jonge heelal te ontrafelen. Zij keken hiervoor naar quasars: massieve sterrenstelsels.

Twee onafhankelijke analyses zijn gebruikt om de expansiesnelheid van het heelal te bepalen, toen ons universum slechts drie miljard jaar oud was. Ter vergelijking: op dit moment is het heelal 13,7 miljard jaar oud. Ruim tien miljard jaar geleden bestond de aarde nog niet, en ook was de zon nog niet ontstaan.

De wetenschappers laten weten dat de expansiesnelheid drie miljard jaar na de oerknal 68 kilometer per seconde per miljoen lichtjaar was. Stel, een sterrenstelsel is één miljoen lichtjaar verwijderd van een ander sterrenstelsel, dan betekent dit dat deze sterrenstelsels met een snelheid van 68 kilometer per seconde van elkaar weg gaan. Nu – 13,7 miljard jaar na de oerknal – ligt de expansiesnelheidveel hoger, namelijk op 73 kilometer per seconde per megaparsec. Een megaparsec is ruwweg drie miljoen lichtjaar.

°

Hoe de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) te werk gaat. Licht van quasars wordt deels geabsorbeerd door intergalactisch gas. Wetenschappers weten waar deze gaswolken zich bevinden en hoe groot ze zijn. Hierdoor kunnen zij ontrafelen hoe snel sterrenstelsels in het jonge universum uit elkaar dreven.

Veel mogelijkheden
Dankzij het werk van de onderzoekers kan de Hubbleconstante nog beter bepaald worden. Daarnaast leren astronomen nu meer over donkere energie en wat de vorm van het heelal is. Mogelijk is het heelal veel platter dan wij denken!

Bronmateriaal:
BOSS Quasars Track the Expanding Universe – the Most Precise Measurement Yet” – Berkeley

ANDROMEDA

Het is een algemene regel dat sterrenstelsels in het heelal uit elkaar drijven. De onderlinge afstand wordt dus steeds groter. Er zijn echter altijd uitzonderingen. Een goed voorbeeld is het Andromedastelsel. Dit buurstelsel beweegt zich juist naar ons toe en zal in de toekomst botsen met het Melkwegstelsel

http://www.scientias.nl/melkweg-zeker-op-ramkoers-met-andromedanevel/64830

°

universum1

 

 

http://www.scientias.nl/wetenschappers-creeren-eerste-realistische-virtuele-universum/100824

http://www.zie.nl/video/wetenschap/Wetenschappers-tonen-simulatie-van-ontstaan-heelal/5p8zsyjffi5e

 

Universum had eigenlijk amper één seconde moeten bestaan

stukje universum

Nieuw onderzoek toont aan dat het universum vrijwel direct na het ontstaan weer zou moeten zijn ingestort. Onderzoekers trekken die conclusie nadat ze onderzoeken naar het Higgs-deeltje combineerden met recent bewijs voor de oerknal.

Ongeveer 13,8 miljard jaar geleden vond de oerknal plaats. Onderzoekers vermoeden dat het universum zich vrijwel direct daarna begon uit te breiden (dat wordt ook wel kosmische inflatie genoemd). In maart kondigden onderzoekers aan voor het eerst direct bewijs te hebben gevonden voor die exponentiële uitbreiding. De resultaten van het onderzoek – dat wereldnieuws was – zijn echter omstreden en worden lang niet door elke onderzoeker omarmd.

 

Afbeelding: Royal Astronomical Society.

Stabiliteit van het universum
In een nieuwe studie besloten Britse kosmologen te kijken wat deze omstreden onderzoeksresultaten betekenen voor de stabiliteit van het universum. Om dat te doen combineerden ze de resultaten met onderzoeksgegevens omtrent het in juli 2012 ontdekte Higgs-deeltje. Onderzoekers hebben inmiddels aangetoond dat ons universum zich in een vallei van het zogenoemde ‘Higgs-veld’ bevindt (zie hiernaast) en deze beschrijft de manier waarop andere deeltjes aan hun massa komen. Maar de vallei waarin ons universum zich bevindt, is niet de enige vallei. Er is er nog eentje. Deze is veel dieper, maar een grote energiebarrière voorkomt dat ons universum in deze vallei kukelt (zie ook de afbeelding hiernaast).

Schoppen
Het probleem met het onderzoek dat in maart met veel bombarie werd aangekondigd, is dat de resultaten erop wijzen dat het universum tijdens de periode van kosmische inflatie grote ‘schoppen’ kreeg, waardoor het binnen een fractie van een seconde in de tweede, diepere vallei van het Higgs-veld zou zijn beland. Als dat gebeurd zou zijn, zou het universum snel zijn ingestort. “Als dat gebeurt zou zijn, zouden we daar nu niet over discussiëren,” concludeert onderzoeker Robert Hogan.

Als het Higgs-deeltje bestaat en de waarnemingen die onderzoekers in maart van dit jaar deden, kloppen, zou het universum dus helemaal niet meer bestaan. Daarmee lijkt dit onderzoek de omstreden studie die in maart werd gepresenteerd onderuit te halen. Maar het is nog niet bewezen dat die resultaten niet kloppen, zo benadrukt Hogan. Zo kan niet worden uitgesloten dat de onderzoekers het in maart bij het juiste eind hadden en andere – onbekende – processen aan de gang zijn die voorkomen dat het universum instort.

 

Bronmateriaal:
Should the Higgs boson have caused our Universe to collapse?” – Ras.org.uk
De foto bovenaan dit artikel is gemaakt door Hubble (ESA / NASA).

_

 

UPDATES  : 

‘Echo’s van de oerknal’ zijn bij nader inzien mist.

In maart kwam een team onderzoekers van een telescoop op Antarctica (BICEP-2) met spectaculair nieuws: ze hadden directe echo’s van de oerknal waargenomen.

Al snel gingen stemmen op die zeiden dat die vermeende echo’s ook veroorzaakt konden zijn door ordinair stof in ons Melkwegstelsel. Die twijfel is nu vrijwel zekerheid: onderzoekers van de ruimtetelescoop Planck publiceren vandaag een artikel waarin ze het BICEP-resultaat naar de prullenbak verwijzen. Voor het BICEP-team is dit extra pijnlijk, omdat die voortijdig met Planck-data aan de haal waren gegaan om hun claim te kunnen doen.

de Planck telescoop

 

de planck telescoop 

 

Bewijs voor versnelde oerknal nu echt van tafel

22/09/14 – Bron: volkskrant.nl

http://www.hln.be/hln/nl/961/Wetenschap/article/detail/2058113/2014/09/22/Bewijs-voor-versnelde-oerknal-nu-echt-van-tafel.dhtml

 

De Bicep2-radiotelescoop op de Zuidpool. © reuters.

Het team van Amerikaanse astronomen dat dit voorjaar spectaculaire eerste waarnemingen vanaf de zuidpool van de versnellende oerknal presenteerde, heeft voor zijn beurt gesproken. Wat ze voor veelzeggende kreukels in de oerknal hielden, is niet te onderscheiden van stof in de Melkweg.

Die vernietigende conclusie komt uit een nieuwe analyse van de waarnemingen van de kosmische achtergrondruis die eerder werden gemaakt met de Planck-satelliet. Stof, zo blijkt, geeft hetzelfde soort verstoringen van die ruis als het effect dat het Bicep2-team voor zogeheten inflatie hield.Inflatie is de extreem versnelde uitzetting van het piepjonge heelal, vlak na de oerknal zelf, zo’n 15 miljard haar geleden. Dat effect verklaart waarom het heelal op grote schaal zo gelijkmatig is, maar is tot nog toe nooit direct waargenomen. Bicep2 claimde dat nu wel te kunnen.

Inflatie is zo heftig, dat ruimte en tijd zelf rimpelingen vertonen. Die zijn in theorie nog steeds te zien aan de manier waarop de achtergrondstraling verdraaid is, de zogeheten B-modepolarisatie.

Lees ook

Het Dark Sector Lab op de Zuidpool. © Steffen Richter, Harvard University.

“Bewijs voor kosmische inflatie”
Dit voorjaar meldde het team van de Bicep2-radiotelescoop op de Zuidpool dat het die verdraaiingen op een stukje hemel had gevonden. Dat zou het rechtstreekse bewijs voor kosmische inflatie zijn. Kosmologen vierden het nieuws met champagne.

Het spectaculaire resultaat werd kort daarna echter al in twijfel getrokken, omdat experts meenden dat de Amerikanen het signaal van stof in hun analyses waren vergeten. Daarna was het wachten op het team van Planck, dat nu concludeert dat de claims van Bicep2 onhoudbaar zijn. Het stofsignaal, stellen ze vast, is niet te verwaarlozen en zelfs even sterk als wat Bicep2 voor oerknalrimpels hield.

De Groningse kosmoloog Diederik Roest noemt de Planck-resultaten overtuigend.

“Dit wil niet helemaal zeggen dat Bicep2 niets van vlak na de oerknal ziet, maar wat er na aftrek van stof overblijft, is binnen de foutenmarges niet veel.”

De teams van Planck en Bicep2 zeggen nu samen nog beter te gaan uitzoeken wat er eventueel nog wel uit de waarnemingen is af te leiden over kosmische inflatie. Uit de Planck-metingen is bijvoorbeeld af te leiden welke gebieden aan de hemel weinig stof bevatten, zodat nieuwe metingen op die plaatsen misschien wel bewijzen voor inflatie kunnen leveren.

 

Baanbrekende oerknalontdekking vergaat mogelijk tot stof

 

Het was in maart wereldnieuws: wetenschappers hadden sporen van zwaartekrachtsgolven – de naweeën van de oerknal – ontdekt en dus direct bewijs gevonden voor de oerknaltheorie. Maar een nieuw onderzoek trekt de studie in twijfel: zijn de sporen wel afkomstig van zwaartekrachtsgolven?

Einstein voorspelde in zijn algemene relativiteitstheorie al dat ze moesten bestaan: zwaartekrachtsgolven. Maar onderzoekers hadden ze nog nooit waargenomen. Tot begin dit jaar.

“Dit is echt opwindend,” zo stelde onderzoeker Chao-Lin Kuo toen. “We hebben voor het eerst zwaartekrachtsgolven – oftewel rimpels in de ruimtetijd – in beeld gebracht en een theorie over de totstandkoming van het gehele universum geverifieerd.”

Persen
Wanneer zwaartekrachtsgolven zich voortbewegen dan ‘persen’ ze de ruimte. En daarbij ontstaat een specifiek patroon in de kosmische achtergrondstraling. En dat patroon – dat ervan getuigt dat zwaartekrachtsgolven een voorkeur voor een bepaalde richting hebben – dachten Chao-Lin Kuo en collega’s met behulp van de BICEP2-telescoop gespot te hebben.

Andere bron?
In hun studie sloten de onderzoekers uit dat het waargenomen signaal door iets anders veroorzaakt werd. Maar misschien hebben ze dat iets te snel gedaan, zo stellen wetenschappers nu. Ze analyseerden gegevens van de Planck-satelliet en richtten zich daarbij op een deel van het heelal dat ook Chao-Lin Kuo en collega’s bestudeerden.

“Volgens onze analyse valt het effect van contaminatie (andere bronnen die hetzelfde signaal kunnen hebben gegenereerd, red.) en dan met name gassen die in ons sterrenstelsel aanwezig zijn, niet uit te sluiten,” vertelt onderzoeker Carlo Baccigalupi.

Frequenties
Wanneer Planck de ogen op de hemel richt, dan observeert de satelliet het universum op een groot aantal frequenties (negen banden van 30 tot 857 GHz). BICEP2 bestudeert het universum op slechts één frequentie (150 GHz). Juist omdat de blik van Planck zoveel breder is, denken Baccigalupi en collega’s een goede reden te hebben om te vermoeden dat er wel eens sprake kan zijn van contaminatie en dat het waargenomen signaal helemaal niet veroorzaakt wordt door zwaartekrachtsgolven.

Maar dat kan nu nog niet met zekerheid gesteld worden, zo benadrukt Baccigalupi.

“We zijn een samenwerking met BICEP2 gestart. We vergelijken hun gegevens met de Planck-gegevens (op dezelfde frequentie: 150 GHz).” Uiteindelijk moet zo duidelijkheid ontstaan over wat we nu daadwerkelijk zien. “Het zou kunnen dat inderdaad sprake is van contaminatie, maar – we zijn optimistisch – we kunnen die contaminatie wellicht ook met zekerheid uitsluiten. Op die manier zou Planck een cruciale bijdrage kunnen leveren aan de ontdekking van bewijs voor zwaartekrachtsgolven afkomstig van de oerknal, in de kosmische achtergrondstraling.”

 

 °

Bronmateriaal:
Gravitational waves according to Planck” – SISSA.it
De foto bovenaan dit artikel is gemaakt door ESA.

 

°

 

WAT IS EEN SOORT ?

 °

I  °SOORTEN 

 watis een soort <–Doc archief 

soortbastaarden  <–Doc archief

-SOORTPROBLEEM 

Axolotl en het soortprobleem

°

SOORTVORMING 

CICHLIDS  <–doc archief 

°

Wat is een soort?

op 17 januari 2014    14

tijger

Jaarlijks worden er heel wat nieuwe soorten beschreven. Maar wat is nu eigenlijk een soort? Een simpele vraag waarop heel wat complexe antwoorden geformuleerd zijn door biologen en filosofen.

Tijd voor een overzicht.

Wat is een soort? Vele biologen deinzen stilletjes achteruit wanneer zij met deze vraag geconfronteerd worden.

Charles Darwin gaf het reeds aan in ‘On the Origin of Species:

“Geen enkele definitie heeft vooralsnog alle naturalisten tevreden gesteld; toch weet elke naturalist vaag wat hij bedoelt als hij over een soort spreekt.

Sindsdien zijn er talloze artikels en boeken over dit onderwerp geschreven. En naast biologen hebben ook enkele filosofen bijgedragen aan de discussie.

“WAT IS DE ESSENTIE VAN DE TIJGER? STREPEN? NEE!”

Essentialisme
Metafysica is een traditionele tak van de filosofie die zich bezighoudt met het verklaren van het fundamentele “zijn”.

Bestaan de dingen die wij waarnemen werkelijk of zijn het constructies van onze hersenen? Deze vraag kan ook toegepast worden op soorten.(1)

Sommige filosofen volgen het essentialisme en zien soorten als natuurlijke entiteiten (Engels: natural kinds). Een entiteit wordt gekenmerkt door een eigenschap (i.e., de essentie) die noodzakelijk is om lid te zijn van een bepaalde groep.

Een chemisch element, zoals bijvoorbeeld koolstof (C), is een entiteit, want alle koolstofatomen worden gekenmerkt door een essentiële eigenschap, het atoomnummer (het aantal protonen in de kern).

Als een element atoomnummer 6 heeft, dan is het koolstof. Maar heeft een element atoomnummer 7, dan hebben we te maken met stikstof (N).

Het atoomnummer is dus de essentie van een chemisch element.

Nu kan men dit principe doortrekken naar soorten. Heeft elke soort een essentie? Bijvoorbeeld, wat is de essentie van de soort tijger (Panthera tigris)? Strepen? Nee, want er bestaan andere soorten met een gestreept vachtpatroon, zoals de zebra.

U kunt blijven zoeken, maar een essentie voor elke soort zult u niet vinden.

°

Kenmerk van clusters
Toch hebben filosofen het essentialisme niet opgegeven.

Als soorten niet door een enkele essentie gekenmerkt worden, dan misschien door een verzameling kenmerken.

In het geval van de tijger, kunnen we een lijst opstellen met kenmerken, zoals gestreepte vacht, katachtige, carnivoor, enzovoort. Deze denkwijze, gebaseerd op clusters van kenmerken, werd geïntroduceerd door Ludwig Wittgenstein. Maar opnieuw komen we voor een probleem te staan.

Kijk bijvoorbeeld naar de wilde eend (Anas platyrhynchos). De mannetjes en vrouwtjes van deze veelvoorkomende vogel zien er totaal verschillend uit.

Het is onmogelijk om een lijst kenmerken op te stellen waardoor zowel mannetjes als vrouwtjes tot de entiteit ‘wilde eend’ behoren.

Richard Boyd loste deze situatie op met het principe van homeostatische clusters van kenmerken. Hij stelde dat een soort beschreven kan worden door een verzameling van kenmerken, maar dat een individu niet alle kenmerken moet bezitten om tot een soort gerekend te worden.

Stel dat de wilde eend beschreven wordt door tien kenmerken (om het even simpel te houden), waarvan zeven het mannetje beschrijven en zes het vrouwtje (sommige kenmerken zijn natuurlijk gemeenschappelijk), dan kunt u ‘wilde eend’ als entiteit beschouwen.

Evolutie
Probleem opgelost?

Niet dus, een essentie (in dit geval de homeostatische cluster van kenmerken) is tijdloos en eeuwig.

Een chemisch element met atoomnummer 6 is altijd koolstof, waar en wanneer we het ook tegenkomen.

Maar soorten zijn niet tijdloos en eeuwig, soorten ondergaan evolutionaire veranderingen.

Filosofen hebben twee oplossingen voor dit probleem:

soorten als historische entiteiten of als individuen.

Alle kenmerken die tot nu toe gebruikt werden om soorten te beschrijven waren intrinsiek, ze komen voort uit het individu zelf.

Maar er zijn ook extrinsieke kenmerken die bepaald worden door uitwendige invloeden.

Ik ben bijvoorbeeld de broer van mijn zus (klinkt logisch, toch?). Het feit dat ik een broer ben, is geen intrinsieke eigenschap, maar wordt bepaald door de relatie die ik heb met iemand anders (in dit geval mijn zus).

Op dezelfde manier kan een soort extrinsieke kenmerken hebben doordat alle individuen afstammen van een bepaalde gemeenschappelijke voorouder.

De onderlinge relatie tussen de individuen is de (historische) essentie van de soort.

Een andere zienswijze is soorten als individuen. Een individu heeft een bepaalde positie in tijd en ruimte. Er is een begin en een einde, hiertussen verandert het individu voortdurend. Dezelfde redenering kan toegepast worden op soorten: een soort ontstaat (speciatie) en verdwijnt (extinctie), hiertussen verandert de soort voortdurend (evolutie). Deze zienswijze is erg populair bij biologen, terwijl filosofen eerder vastklampen aan het essentialisme.

De soort als individu.

De soort als individu.

°

Biologisch Soort Concept
Genoeg gefilosofeerd, tijd om het eens langs de biologische kant te bekijken.

Iedereen kent natuurlijk het Biologische Soort Concept (BSC) van Ernst Mayr:

“Een soort is een groep populaties waarvan de individuen het potentieel hebben om onderling vruchtbare nakomelingen te produceren.”

Het bekendste voorbeeld behandelt paarden en ezels. Zij behoren tot verschillende soorten omdat de nakomelingen van een kruising tussen paard en ezel onvruchtbaar zijn.

Hoewel het Biologische Soort Concept veel gebruikt werd, heeft het enkele nadelen.

Ten eerste, sommige populaties (die tot dezelfde soort gerekend worden) leven gescheiden van elkaar en wetenschappers kunnen dus nooit vaststellen of leden van die populaties onderling ( op natuurlijke wijze ) kunnen kruisen.

Vaak is het onbegonnen werk om alle mogelijke combinaties uit te proberen.

Ten tweede, er zijn heel wat vruchtbare kruisingen bekend tussen individuen die tot verschillende soorten behoren.

Robert Kraus (Wageningen Universiteit) en collega’s toonden bijvoorbeeld aan dat diverse eendensoorten onderling extensief kruisen, met uitwisseling van genetisch materiaal als resultaat.

Volgens het Biologisch Soort Concept behoren alle betrokken eendensoorten dan tot één enkele soort, hoewel ze morfologisch zeer verschillend zijn.

Ten derde, dit soortconcept kan enkel toegepast worden op soorten die zich seksueel voortplanten.                                                   Aseksuele organismen worden simpelweg genegeerd.

“IN THEORIE WEET MEN DUS WAT EEN SOORT IS, MAAR IN DE PRAKTIJK BLIJKT HET AARTSMOEILIJK OM SOORTEN AF TE BAKENEN”

Theorie versus praktijk
Omdat het Biologisch Soort Concept niet altijd toepasbaar of praktisch is, werden andere concepten geformuleerd.

In 1997 verzamelde Richard Mayden (Saint Louis University, Missouri, USA) alle soortconcepten.

Op dat moment waren er minstens 24 concepten in gebruik. (2)

Hij ontdekte het probleem dat had geleid tot deze enorme diversiteit aan soort concepten: het gebrek aan een scheiding tussen theorie en praktijk.

In theorie weten alle biologen wat een soort is, maar in de praktijk is het zeer moeilijk om individuen in soorten te verdelen.

Mayden stelde voor om een onderscheid te maken tussen een primair, theoretisch soortconcept en secondaire, praktische soortconcepten.

Als primaire concept bracht hij het Evolutionaire Soort Concept (ESC) van George Gaylord Simpson naar voren. Dit concept stelt het volgende:

“een soort is een voorouder-afstammeling lijn die onafhankelijk van andere lijnen evolueert met zijn specifieke evolutionaire rol en betekenis.”

Alle andere soortconcepten zijn secundair en kunnen in de praktijk gebruikt worden.

Kevin de Queiroz (Smithsonian Institution, Washington DC, VS) werkte dit principe verder uit en introduceerde het tegenwoordig veelgebruikte General Lineage Concept‘.

Dit concept is zeer technisch met heel wat complexe terminologie (vandaar dat ik het voorlopig hierbij zal laten), maar lijkt sterk op het Evolutionaire Soort Concept van Simpson.

In theorie weet men dus wat een soort is, maar in de praktijk blijkt het aartsmoeilijk om soorten af te bakenen. Dit heeft te maken met de manier waarop soorten ontstaan.

Er zijn diverse modellen van soortvorming geformuleerd, maar elke situatie is hoe dan ook uniek.

Richard G. Harrison (Cornell University, Ithaca, VS) vatte dit idee samen in de ‘Life History Approach waarbij elke soort een specifieke levensgeschiedenis heeft waarvan de afzonderlijke fasen overeenkomen met verschillende soortconcepten.

Om dus te bepalen of twee individuen behoren tot verschillende soorten, moet men de evolutionaire geschiedenis van de betrokken soorten eerst achterhalen.

°

Bronmateriaal:


Boyd, R. (1999) Homeostasis, Species and Higher Taxa. In Wilson, R.A. Species: New interdisciplinary essays. MIT Press, Cambridge.
de Queiroz, K. (1998). The general lineage concept of species: Species criteria and the process of speciation. In Howard, D.J., Berlocher, S.H. Endless forms: Species and speciation. New York: Oxford University Press. pp. 57–75.
Ghiselin, M.T. (1997) Metaphysics and the Origin of Species. State University of New York Press, Albany.
Kraus R.H.S et al. (2012) Widespread horizontal genomic exchange does not erode species barriers among sympatric ducks. BMC Evolutionary Biology, 12:45.
Mayden, R. L. (1997). A hierarchy of species concepts: The denouement in the saga of the species problem. In Claridge, M.F., Dawah, H.A., Wilson, M.R. Species: The units of biodiversity. London: Chapman and Hall. pp. 381–4.
Mayr, E. (1942). Systematics and the Origin of Species, from the Viewpoint of a Zoologist. Cambridge: Harvard University Press.

Richards, R.A. (2010) The Species Problem: A Philosophical Analysis. Cambridge University Press.

The Species Problem Philosophical Analysis Richard Richards[1]   pdf

De foto bovenaan dit artikel is gemaakt door Moni Sertel (cc via Flickr.com).

 

_________________________________________________________________________________________

APPENDIX  

AANVULLINGEN EN KOMMENTAREN 

°

OVER SUBSOORTEN  (en   klassieke  kweek en kruisings- programma’s om  “verloren soorten”  terug te brengen )

…..

(een opinie over iets wat mij stoort in natuurbescherming:)

Ik erger me persoonlijk aan biologen die soorten puur willen houden, en daarin ook zeer fanatiek zijn. Ik begrijp het wel, want het resulteert vaak, uiteindelijk, in het verlies van een soort, in ieder geval het uiterlijk, qua genen weet ik niet.

De wilde eend bijvoorbeeld is op een aantal plekken geintroduceerd, en paart er flink op los met zijn exotische verwanten, zoals bijvoorbeeld de wenkbrauweend. Biologen spreken dan van genetische vervuiling, wat nogal doet denken aan een bepaalde politieke stroming, en organiseren in gevallen uitroeiings campagnes om hun soort te behouden van de ondergang.

Een aantal dieren in de dierentuin mogen niet worden geherintroduceerd in het wild omdat ze niet raszuiver zouden zijn.

Ik denk dan, de omgeving selecteerd uiteindelijk wel het beste type. Subsoorten zijn ook ontstaan uit één type, de vraag is alleen of wij dat zouden meemaken als subsoorten zich nu vermengen.

En daarnaast, ik heb geleerd van diezelfe biologen dat genetische diversiteit goed zou zijn, dus waarom geldt dat niet bij bijvoorbeeld de tijger (dierentuin) of de wilde eend en variaties?

Nog zoiets, beschermers van de wolf zijn dolblij dat wolven populaties die genetisch verschillend zijn, zoals de Italiaanse en Spaanse populatie, zich vermengen. Hoezo is dat geen genetische vervuiling?

Het zal ook wel de angst zijn dat een soort “het te goed doet”.

Of de ideologie dat invloed van mens onnatuurlijk is, wat paradoxaal is omdat we tegenwoordig vrijwel al het leven beinvloeden op de wereld. (Het overgrote gedeelte natuur in Nederland is bijvoorbeeld gemaakt door mensen handen en kan zonder de mens zichzelf niet in stand houden (denk aan naaldbossen en heide))

Avatarauteur  Jente  

……. Mijn onderzoek draait rond hybridisatie bij ganzen en ik denk dat zuivere soorten een illusie zijn

Ja ganzen kunnen er wat van. Op waarneming.nl staat een 20-tal hybrides.

Een ander voorbeeld: wisenten en bisons hebben bloed van onze runderen. In ieder geval de Russische populatie in de Kaukasus.

Bij tijgers is het trouwens wel zo dat de Sumatraanse tijger kleiner is, een aanpassing aan het leefgebied. Dus een Siberische tijger loslaten op Sumatra is dan weer niet zo’n goed idee. Maar ik vind het extreem als een grotendeels Sumatraanse tijger niet kan worden geherintroduceerd omdat het deels bloed heeft van bijvoorbeeld een Bengaalse tijger.

En ik denk ook dat biologen het aanpassingsvermogen van dieren onderschatten. Het gedomesticeerde varken veranderde al snel weer in het wild-type zwijn, en doet het uitstekend in bijvoorbeeld Australie en de Verenigde Staten. Die verwilderde varkens zijn dan wel vaak bont.

(Voorbeeld ) Hogzilla was a male hybrid of wild hog and domestic pig that was shot and killed by Chris Griffin in Alapaha, Georgia, United States, on June 17, 2004

It was originally considered a hoax
http://upload.wikimedia.org/wi…

Ik lees net op wikipedia dat de wilde zwijnen in Europa ook voor een deel gedomesticeerd bloed hebben.

http://www.natuurbericht.nl/?i…

Bij  de Duitse wilde zwijnen populaties  komen nog regelmatig bonte voor.

Er zijn nog veel interessante wetenswaardigheden over dit onderwerp.

Het is nu algemeen bekend dat wij DNA hebben van neanderthalers, maar de Aboriginals hebben bijvoorbeeld ook DNA van H. Denisova.

Bij de rode wolf was het onduidelijk of het een aparte soort was of een hybride tussen coyote en wolf. Ondertussen wordt het wel beschouwd als aparte soort.

De coyotes van de oostkust zijn wel echt hybrides tussen coyote en wolf, volgens wat ik nu net heb gelezen.

De wetenschap gaat zo snel dat ik soms dingen lees die na een jaar al weer niet correct zijn.

En het schijnt dat er zwarte wolven zijn omdat het ontstaan is bij honden en dat via honden de wolven ( twee nauw verwante soorten )  het gen voor zwarte vacht kregen.

De zwarte vacht schijnt wolven beter bestand te “maken” tegenover ziektes.

°

Ik wijs hierbij op de herhaalde  hoogstwaarschijnlijke    kruisingen ( genoomonderzoeken van Svante Paabo )van de vroege homo sap  mens met andere vertegenwoordigers van nauw verwante ( uitgestorven )  mensachtigen(neanderthaler / Denisova  / Erectus ?  )  … Ook hier scheen die  uitwisselingen van genen  een voordeel te hebben geboden   ( maar soms ook een nadeel  —> de verhoogde vatbaarheid  van  zuid amerikanen  voor diabetes bijvoorbeeld  ( afkomstig van   een   oost- aziatische neanderthaler populatie  , ook gevonden rond Denisova  en waarvan het beschikbare  gedeelte van het  relevante  genoom is ge- sequensed  )

(1)  FILOSOFISCHE  SITUERING VAN DE  GEBRUIKTE   TERMEN  

Of  de ” dingen”  werkelijk zijn ( zoals we   ze  ons voorstellen ) of slechts  menselijke “ideen” (–> Plato en de universalia leer      )of zelfs alleen maar (nuttig bevonden ) hersenspinsels  en projekties   zijn  of   hoogstens constructies (met eventueel enige vereenvoudigde  en gelimiteerde weergave van (connecties met ) de werkelijkheid —> Model )werden traditioneel filosofisch ook   behandeld door  het zogenaamde  kennistheoretische    ” Realisme <–>nominalisme  debat  “ 

http://nl.wikipedia.org/wiki/Nominalisme

” …..Het nominalisme is een theologische/filosofische stroming uit de tweede helft van de Middeleeuwen. Deze stroming binnen de metafysica acht de individuele dingen als werkelijk en niet de universele gestalte ervan. Niet de boomheid is werkelijk, maar de individuele boom  …. 

“t ….Het nominalisme stond tegenover het middeleeuwse realisme (homoniem voor verschillende stromingen), waarin vooral wordt gedacht in termen van het zijn en dat juist de universalia (algemeen voorkomende abstracte begrippen als kleur, smaak en dergelijke) beschouwt als werkelijk. Universalia zijn die kenmerken van een bepaald voorwerp, die het maken tot het bepaalde voorwerp dat het is. ( = essentialisme   dus )

De in alle bomen terugkerende gestalte van de boomheid is werkelijk en niet zozeer de individuele boom.

Volgens die richting is dus –>  een tijger , een tijger omdat hij deel heeft aan de “tijgerheid “—> de foto bovenaan dit artikel neemt ook deel aan de “tijgerheid ” maar dan niet de “volledige tijgerheid ” ….Maar wat de volledige ‘tijgerheid ‘inhoud , weten we (nog) niet   ( ook de tijger niet ) 

°

( de biologen spreken niet van‘ tijgerheid ‘ maar van “tijgerachtigen “ en dat heeft te maken met geneste hierarchieen  )

Nested Hierarchies

Common ancestry is conspicuous.
Evolution predicts that living things will be related to one another in what scientists refer to as nested hierarchies—rather like nested boxes. Groups of related organisms share suites of similar characteristics and the number of shared traits increases with relatedness. This is indeed what we observe in the living world and in the fossil record and these relationships can be illustrated as shown below.

cladogram illustration showing nested hierarchies

In this phylogeny, snakes and lizards share a large number of traits as they are more closely related to one another than to the other animals represented. The same can be said of crocodiles and birds, whales and camels, and humans and chimpanzees. However, at a more inclusive level, snakes, lizards, birds, crocodiles, whales, camels, chimpanzees and humans all share some common traits.

Humans and chimpanzees are united by many shared inherited traits).

But at a more inclusive level of life’s hierarchy, we share a smaller set of inherited traits in common with all primates. More inclusive still, we share traits in common with other mammals, other vertebrates, other animals.

At the most inclusive level, we sit alongside sponges, petunias, diatoms and bacteria in a very large “box” entitled: living organisms.

—>  Menselijke constructies   = 

Definities (=begrenzingen) zijn bijna altijd man made, :  gemaakt als hulp- of werkhypothese. Echte grenzen komen in de natuur maar zelden voor.

DNA-barcode maakt snelle ontdekking nieuwe  en determinatie  van  reeds   bekende  soorten , mogelijk of minstens gemakkelijker

Door het genetisch profiel van dieren en planten in een snel te lezen streepjescode te vatten is de ontdekking van nieuwe variëteiten en een betere bescherming van de biodiversiteit mogelijk.
—> Maar critici vrezen misbruik door multinationals.
Picture

DNA-barcodering is een nog zeer jonge discipline die biologische soorten wil identificeren aan de hand van een stukje DNA dat alle soorten delen (bij dieren het zogeheten CO1-gen).

°

Stofwisselingsgen CO-1, is  een stukje mitochondriaal DNA van ruim 600 baseparen. Individuen van één  diersoort hebben nagenoeg hetzelfde CO-1-gen. Bij mensen verschilt de streepjescode op slechts een tot twee van de 648 plaatsen. Tussen chimpansees en mensen daarentegen verschilt het gen op zestig plaatsen, tussen mensen en gorilla’s op zeventig plaatsen.

Eind vorig jaar(2003)  verschenen twee wetenschappelijke publicaties waarin de methode op de pijnbank werd gelegd, en werd vergeleken met de traditionele, taxonomische manier van soortbeschrijving.

-In één studie werd de streepjescode van 260 soorten Noord-Amerikaanse vogels bepaald. Alle vogelsoorten hadden zoals verwacht een verschillende streepjescode, op vier na. Die hadden twee aan twee hetzelfde CO-1-gen.

Dezelfde soorten, luidde de conclusie dan ook.

– In een andere studie, waar onder meer Paul Hebert aan meewerkte, werden exemplaren van de Costaricaanse vlindersoort ‘Astraptes fulgerator’ onder de streepjescode-lezer gelegd.

Niet één soort, luidde de conclusie, maar tien verschillende soorten.

Taxonomen hadden zich laten misleiden door de identieke verschijningsvorm van de volwassen vlinders – alle tien hebben ze beige vleugels, met een blauw centrum. Onderzoekers vermoedden al langer dat er iets niet in de haak was met de Astraptes – de vlinders komen voort uit verschillende rupsen, en hebben bovendien een verschillend dieet.

De streepjescode werkt, willen de onderzoekers maar zeggen.

Het is een bruikbaar gereedschap om soorten van elkaar te onderscheiden.

Haken en ogen zitten er evenwel ook aan de methode.

Zo is het nog maar de vraag of recent van elkaar afgesplitste soorten wel worden herkend.

Bovendien is al duidelijk dat één streepjescode niet genoeg is, legt Erik van Nieukerken van het natuurhistorisch museum Naturalis in Leiden, en deelnemer aan het symposium in Londen, uit:

“Voor amfibieën werkt CO-1 niet als streepjescode. Binnen één soort varieert dat gen veel te veel. Ook bij planten werkt CO-1 niet als identificatieplaatje. Daar zal een ander gen, afkomstig uit de bladgroenkorrels, voor worden gebruikt.

In Londen werd de start van drie megaprojecten bekendgemaakt. De komende jaren moeten de streepjescodes van álle bekende vogels (tienduizend soorten) en vissen (23 duizend soorten) bepaald worden.

Daarnaast zal de streepjescode van achtduizend zaaddragende planten op Costa Rica worden bepaald.

Worden taxonomen nu overbodig, als iedere avonturier met een draagbaar apparaatje soorten kan determineren en wellicht nieuwe soorten kan ontdekken?

Daar maakt Van Nieukerken zich niet ongerust over.

“Taxonomie is nu een versnipperde wetenschap. Kennis is verspreid over duizenden artikelen en voorwerpen in musea en bibliotheken. Op deze manier komt die informatie voor iedereen beschikbaar. Democratisering van taxonomische kennis, dus.

°

Als men al die DNA-stukjes in kaart heeft gebracht, zal men met een scanapparaatje meteen kunnen achterhalen tot welke soort een plant of dier behoort.

“Het zal de biodiversiteit van het land helpen documenteren, zodat we nadien beter beschermingsplannen kunnen maken“, zegt onderzoekster Lidia Cabrera van het Biologisch Instituut van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico (UNAM).

Mexico behoort tot de top 5 van landen met de grootste biodiversiteit ter wereld.  Het herbergt 108.519 soorten, waarvan 72.327 dieren, 29.192 planten en 7000 schimmels.

Revolutie voor taxonomen.

“Het bepalen van een soort op een betrouwbare en snelle manier zal een revolutie betekenen voor de manier waarop we de ons omringende natuur waarnemen en voor de wetenschappen die haar bestuderen, zoals de ecologie en de taxonomie“, zegt Manuel Elías van Ecosur.

Het Mexicaanse project heeft tot dusver gegevens van 20 procent van de vissen, van 70 procent van de vogels en van 10 procent van de planten.

De databank van MexBOL moet uiteindelijk openbaar worden.

Niet iedereen in Mexico is gelukkig met het project.

“Het fundamentele probleem is dat het wordt voorgesteld alsof het alleen maar een onderzoeksproject is, terwijl het een reeks organismen classificeert waarin de multinationals in de farmaceutische industrie en de synthetische biologie geïnteresseerd zijn”, zegt Silvia Ribeiro, directeur Latijns-Amerika van de Actiegroep Erosie, Technologie en Concentratie (ETC). “Er bestaat geen enkele waarborg in dit verband.” Ze wijst erop dat er in het internationale Biodiversiteitsverdrag van 1992 niets staat over artificiële creatie op basis van biologisch materiaal.

Maar daarvoor bestaat het Nagoya-protocol over de toegang tot genetische rijkdommen, dat in 2010 door 116 landen werd ondertekend en in werking treedt zodra 50 landen het hebben geratificeerd.

In Mexico was er eind jaren negentig al heel wat ophef rond het verzamelen van genetisch materiaal.Ecosur, de Amerikaanse Universiteit van Georgia en het Britse Molecular Nature waren in 1997 het project ICBG-Maya gestart in de zuidelijke deelstaat Chiapas. Dat moest onder meer tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen op basis van natuurproducten leiden.

Sociale en inheemse organisaties protesteerden. Ze vreesden dat het de deur zou openzetten naar biopiraterij en het commerciële gebruik van biologisch materiaal. Vooral de zending van zevenduizend stalen naar de Universiteit van Georgia leidde tot grote bezorgdheid. De VS hebben het Biodiversiteitsverdrag en het Nagoya-protocol niet ondertekend. Amerikaanse bedrijven zouden het genetisch materiaal commercieel kunnen exploiteren. Door het protest werd ICBG-Maya in 2000 stopgezet.

Ook bij DNA-barcodering spelen de VS een belangrijke rol, zeggen critici. Het internationale Consortium voor de Barcode van het Leven (CBOL), dat in 2004 is opgericht, heeft zijn secretariaat in het National Museum of Natural History in Washington.

Volgens onderzoeker Lidia Cabrera is misbruik niet mogelijk.

“Het gaat maar om een klein DNA-fragment, dat technologisch gezien NIET  gebruikt kan worden om genetisch gemodificeerde gewassen te maken. Daarvoor moet men de  totale plant kennen en de kenmerken van de soorten.”

“Ik zie niet in hoe een stukje gen de commerciële bedoelingen van grote bedrijven kan dienen”,

zegt ook Elías.

Maar volgens Silvia Ribeiro is”geen enkele voorzorg genomen tegen het patenteren van welke modificatie van de genetische code ook.”

Barcode van het Leven

Het internationale project voor DNA-barcodering wordt vaak als de Barcode van het Leven aangeduid. Het ontstond in 2003 aan het Instituut voor Biodiversiteit van de Universiteit van Guelph in Canada, onder impuls van bioloog Paul Herbert.

Een jaar later werd het Consortium voor de Barcode van het Leven opgericht. Mexico trad tot het consortium toe in 2009.

De databank telt al meer dan 1,2 miljoen exemplaren van ruim 100.000 soorten. In 2015 wil CBOL de barcodes van minstens een half miljoen soorten hebben.

Wereldwijd zijn er meer dan achtduizend van dergelijke DNA-projecten aan de gang.

De resultaten worden  besproken  de   internationale conferenties over DNA-barcodering. en op het blog van de universiteit  van rockefeller 

http://phe.rockefeller.edu/barcode/blog/

°

Als je de soort benadert als een verzameling individuen loop je er inderdaad tegenaan dat er dan binnen de soort essentiële verschillen zijn, vooral tussen mannelijk en vrouwelijk. Je kan dat oplossen door te stellen dat de soort uit 2 (of meer) verzamelingen bestaat: man en vrouw.

*De definitie van Ernst Mayr:(Biologisch soort concept ) 

“Een soort is een groep   populaties waarvan de individuen het potentieel hebben om onderling vruchtbare nakomelingen te produceren.” Blijkt een goede werkhypothese en je kan aan de bezwaren tegemoetkomen door scherper te definiëren, zoals:

Een soort is een eenheid van voortplanting, waarbinnen de voortplanting hoofdzakelijk of uitsluitend plaatsvindt.  (*)

Dat geldt dan ook voor een  aantal vogelsoorten, die  toch  onderling vruchtbaar zijn.

* ( mijn Kommentaar ) De begrenzing ( de barrière ) van dergelijke soorten   ligt daar dus niet alleen  bij de  fysieke vruchtbaarheid, ( bijvoorbeeld is het moeilijk voorstelbaar dat een chihuahua en een deense dog ooit  zullen paren (op natuurlijke wijze )…….maar door bijvoorbeeld    niche invulling  😦 zoals bij veel insecten ) voedselkeuze , kolonisatie van nieuwe gebieden  … etc … verschillen in  vruchtbaarheidsperiodes  ( bron,stperiodes )  volgend op  aanpassingen  van de populatie  aan  de lokale  omstandigheden …. en zelfs  door het bestaan van   RING-species  wanneer het bijvoorbeeld  gaat om kosmopolieten  met lokale ecomorfen (of rassen , om maar eens een beladen woord te gebruiken  ) en of  variabel gedrag en verschillende    “culturele normen  ” 

Er  zijn  niettemin  hybride soorten en  dan  wordt dat probleem ( van het tussen twee stoelen zitten  )dus soms opgelost.

Die voortplantingseenheid kan men ook in historisch perspectief zien en dan is er verband met de genetische afstammingslijnen. ( stambomen en fylogenetica )

De voortplantingseenheid functioneert niet overal even sterk  doordat dieren die op grote afstand wonen niet met elkaar  kunnen paren.maar ze kunnen  toch met elkaar verbonden door     tussenliggende  verwanten –  buurtschappen van beide populaties of    ondersoorten van dezelfde soort  —>  RING species …

Een goed voorbeeld is bijvoorbeeld  de  mens zelf   

ringspecies  &  subspecies

ringspecies 2

Himalayan ringspeciesEr is dan vaak wel genetische uitwisseling tussen de populaties en als die er niet  meer is dan kan de eenheid nog geruime tijd blijven bestaan, in feite dan als potentiële voortplantingseenheid. Ook hier is de historisch achtergrond van de soort als voortplantingseenheid van belang.

Ook de ongeslachtelijke voortplanting geschiedt binnen de eenheid van de soort. Hoewel dat minder relevant lijkt omdat ongeslachtelijke voortplanting primair genetisch identieke individuen voortbrengt langs de afstammingslijnen. Toch voldoet de definitie daar dan,( denk ik.)—> Alleen is er  onderscheid te maken tussen microscopische wezen en  zogenaamde  “grotere” zichtbare soorten die zich voortplanten dmv clonen (wortelstekken ) en zelfs diersoorten die bestaan uit uitsluitend vrouwelijke dieren  (en die het moeten hebben van maagdelijke geboortes  of parthenogenese  ….

> bv wiptail lizards  ) er wel genetische uitwisseling mogelijk ( met andere soorten dan  —> HGTof horizontale genoverdracht ….deze soorten staan dan ook dichter bij de wortels van de boom en vormen daar (genetisch gezien een netwerk  )

*OPMERKING : De meeste  van de soort-concepten zijn (historisch )  opgesteld door zooologen …. Microbiologen en botanici  zullen veel frekwenter  allerlei  andere  concepten gebruiken   en dat volgt uit de aard van hun  vakgbied en de daar waargenomen  en gedocumenteerde   feiten  : neem bijvoorbeeld de  voortplantingsystemen en verbanden    bij  verschillende  “soorten ” paardenbloemen    

(2)

http://scienceblogs.com/evolvingthoughts/2006/10/01/a-list-of-26-species-concepts/

A list of 26 Species “Concepts”

 John S. Wilkins  October 1, 2006

Here is a working list of species concepts presently in play. I quote “Concepts” above because, for philosophical reasons, I think there is only one concept – “species”, and all the rest are conceptions, or definitions, of that concept. I have christened this the Synapormorphic Concept of Species in (Wilkins 2003). More under the fold:

A Summary of 26 species concepts

There are numerous species “concepts” (i.e., conceptions of “species”) at the research and practical level in the scientific literature. (Mayden 1997) has listed 22 distinct species concepts along with synonyms, which provides a useful starting point for a review. I have added authors where I can locate them in addition to Mayden’s references, and instead of his abbreviations I have tried to give the concepts names, such as biospecies for Biological Species, etc. (following George 1956), except where nothing natural suggests itself. There have also been several additional concepts since Mayden’s review, which I have added the views of Pleijel and Wu, and several new revisions presented in Wheeler and Meier (2000). I also add some “partial” species concepts – the compilospecies concept and the nothospecies concept. I distinguish between two phylospecies concepts that go by various names, mostly the names of the authors presenting at the time (as in the Wheeler and Meier volume). To remedy this terminological inflation, I have christened them the Autapomorphic species concept and the Phylogenetic Taxon species concept.

1. Agamospecies

Synonyms: Microspecies, paraspecies, pseudospecies, semispecies, quasispecies, genomospecies (for prokaryotes Euzéby 2006) Principal authors: Cain (1954), Eigen (1993, for quasispecies) Specifications: Asexual lineages, uniparental organisms (parthenogens and apomicts), that cluster together in terms of their genome. May be secondarily uniparental from biparental ancestors.

2. Autapomorphic species

See: Phylospecies Principal authors: Nelson and Platnick (1981); Rosen (1979) Specification: A geographically constrained group of individuals with some unique apomorphous characters, the unit of evolutionary significance (Rosen); simply the smallest detected samples of self-perpetuating organisms that have unique sets of characters (Nelson and Platnick); the smallest aggregation of (sexual) populations or (asexual) lineages diagnosable by a unique combination of character traits (Wheeler and Platnick 2000).

3. Biospecies

Synonyms: Syngen, speciationist species concept Related concepts: Biological species concept, Genetic species, isolation species Principal authors: John Ray, Buffon, Dobzhansky (1935); Mayr (1942) Specifications: Inclusive Mendelian population of sexually reproducing organisms (Dobzhansky 1935, 1937, 1970), interbreeding natural population isolated from other such groups (Mayr 1942, 1963, 1970; Mayr and Ashlock 1991). Depends upon endogenous reproductive isolating mechanisms (RIMs).

4. Cladospecies

Synonyms: Internodal species concept, Hennigian species concept, Hennigian convention Principal authors: Hennig (1966; 1950); Kornet (1993) Specifications: Set of organisms between speciation events or between speciation event and extinction (Ridley 1989), a segment of a phylogenetic lineage between nodes. Upon speciation the ancestral species is extinguished and two new species are named.

5. Cohesion species

Synonyms: Cohesive individual (in part) (Ghiselin and Hull) Principal authors: Templeton (1989) Specifications: Evolutionary lineages bounded by cohesion mechanisms that cause reproductive communities, particularly genetic exchange, and ecological interchangeability.

6. Compilospecies

Synonyms: None Related concepts: Introgressive taxa Principal authors: Harlan (1963), Aguilar (1999) Specifications: A species pair where one species “plunders” the genetic resources of another via introgressive interbreeding.

7. Composite Species

Synonyms: Phylospecies (in part), Internodal species (in part), cladospecies (in part) Principal authors: Kornet (1993) Specifications: All organisms belonging to an internodon and its descendents until any subsequent internodon. An internodon is defined as a set of organisms whose parent-child relations are not split (have the INT relation).

8. Ecospecies

Synonyms: Ecotypes Related concepts: Evolutionary species sensu Simpson, Ecological mosaics Principal authors: Simpson (1961); Sterelny (1999); Turesson (1922); Van Valen (1976) Specifications: A lineage (or closely related set of lineages) which occupies an adaptive zone minimally different from that of any other lineage in its range and which evolves separately from all lineages outside its range.

9. Evolutionary species

Synonyms: Unit of evolution, evolutionary group Related concepts: Evolutionary significant unit Principal authors: Simpson (1961); Wiley (1978); (1981) Specifications: A lineage (an ancestral-descendent sequence of populations) evolving separately from others and with its own unitary evolutionary role and tendencies (Simpson).

10. Evolutionary significant unit

Synonyms: Biospecies (in part) and evolutionary species (in part) Principal authors: Waples (1991) Specifications: A population (or group of populations) that (1) is substantially reproductively isolated from other conspecific population units, and (2) represents an important component in the evolutionary legacy of the species.

11. Genealogical concordance species

Synonyms: Biospecies (in part), cladospecies (in part), phylospecies (in part) Principal authors: Avise and Ball (1990) Specifications: Population subdivisions concordantly identified by multiple independent genetic traits constitute the population units worthy of recognition as phylogenetic taxa

12. Genic species

Synonyms: none Related concepts: Genealogical concordance species, genetic species (in part), biospecies (in part), autapomorphic species (in part) Principal author: Wu (2001b; 2001a) Specifications: A species formed by the fixation of all isolating genetic traits in the common genome of the entire population.

13. Genetic species

Synonyms: Gentes (sing. Gens) Related concepts: Biospecies, phenospecies, morphospecies, genomospecies Principal authors: Dobzhansky (1950); Mayr (1969); Simpson (1943) Specifications: Group of organisms that may inherit characters from each other, common gene pool, reproductive community that forms a genetic unit

14. Genotypic cluster

Synonyms: Polythetic species Related concepts: Agamospecies, biospecies, genetic species, Hennigian species, morphospecies, non-dimensional species, phenospecies, autapomorphic phylospecies, successional species, taxonomic species , genomospecies Principal author: Mallet (1995) Specifications: Clusters of monotypic or polytypic biological entities, identified using morphology or genetics, forming groups that have few or no intermediates when in contact.

15. Hennigian species

Synonyms: Biospecies (in part), cladospecies (in part), phylospecies (in part), internodal species Principal authors: Hennig (1966; 1950); Meier and Willman (1997) Specifications: A tokogenetic community that arises when a stem species is dissolved into two new species and ends when it goes extinct or speciates.

16. Internodal species

Synonyms: Cladospecies and Hennigian species (in part), phylospecies Principal author: Kornet (1993) Specifications: Organisms are conspecific in virtue of their common membership of a part of a genealogical network between two permanent splitting events or a splitting event and extinction

17. Least Inclusive Taxonomic Unit (LITUs)

Synonyms: evolutionary group (in part), phylospecies Principal authors: Pleijel (Pleijel 1999; Pleijel and Rouse 2000) Specifications: A taxonomic group that is diagnosable in terms of its autapomorphies, but has no fixed rank or binomial.

18. Morphospecies

Synonyms: Classical species, Linnaean species. Related concepts: Linnean species, binoms, phenospecies, monothetic species, monotypes, types, Taxonomic species Principal authors: Aristotle and Linnaeus, and too many others to name, but including Owen, Agassiz, and recently, Cronquist (1978) Specifications: Species are the smallest groups that are consistently and persistently distinct, and distinguishable by ordinary means (Cronquist). Contrary to the received view, this was never anything more than a diagnostic account of species.

19. Non-dimensional species

Synonyms: Folk taxonomical kinds (Atran 1990) Related concepts: Biospecies, genetic species, morphospecies, paleospecies, successional species, taxonomic species Principal authors: Mayr (1942; 1963) Specifications: Species delimitation in a non-dimensional system (a system without the dimensions of space and time, Mayr 1963)

20. Nothospecies

Synonyms: hybrid species, reticulate species Related concepts: Compilospecies, horizontal or lateral genetic transfer Principal author: Wagner (1983) Specifications: Species formed from the hybridization of two distinct parental species, often by polyploidy.

Phylospecies

Synonyms: Autapomorphic phylospecies, monophyletic phylospecies, minimal monophyletic units, monophyletic species, lineages Related concepts: Similar to internodal species cladospecies, composite species, least inclusive taxonomic units. Principal authors: Cracraft (1983); Eldredge and Cracraft (1980); Nelson and Platnick (1981); Rosen (1979) Specifications: The smallest unit appropriate for phylogenetic analysis, the smallest biological entities that are diagnosable and monophyletic, unit product of natural selection and descent. A geographically constrained group with one or more unique apomorphies (autapomorphies). There are two versions of this and they are not identical. One derives from Rosen and is what I call the Autapomorphic species concept. It is primarily a concept of diagnosis and tends to be favoured by the tradition known as pattern cladism. The other is what I call the Phylogenetic Taxon species concept, and tends to be favoured by process cladists.

21. Phylogenetic Taxon species

See: Phylospecies Principal authors: Cracraft (1983); Eldredge and Cracraft (1980); Nixon and Wheeler(1990) Specifications: A species is the smallest diagnosable cluster of individual organisms within which there is a parental pattern of ancestry and descent (Cracraft); the least inclusive taxon recognized in a classification, into which organisms are grouped because of evidence of monophyly (usually, but not restricted to, the presence of synapomorphies), that is ranked as a species because it is the smallest ‘important’ lineage deemed worthy of formal recognition, where ‘important’ refers to the action of those processes that are dominant in producing and maintaining lineages in a particular case (Mishler and Brandon 1987).

22. Phenospecies

Synonyms: Phena (sing. phenon) (Smith 1994), operational taxonomic unit (OTU) Related concepts: Biospecies, genetic concordance species, morphospecies, non-dimensional species, phylospecies (in part), phenospecies, successional species, taxonomic species, quasispecies, viral species, genomospecies (bacteria) Principal authors: Beckner (1959); Sokal and Sneath (1963) Specifications: A cluster of characters that statistically covary, a family resemblance concept in which possession of most characters is required for inclusion in a species, but not all. A class of organisms that share most of a set of characters.

23. Recognition species

Synonyms: Specific mate recognition system (SMRS) Related concepts: Biospecies Principal author: Paterson (1985) Specifications: A species is that most inclusive population of individual, biparental organisms which share a common fertilization system

24. Reproductive competition species

Synonyms: Hypermodern species concept , Biospecies (in part) Principal author: Ghiselin (1974) Specifications: The most extensive units in the natural economy such that reproductive competition occurs among their parts.

25. Successional species

Synonyms: Paleospecies, evolutionary species (in part), chronospecies Principal authors: George (1956); Simpson (1961) Specifications: Arbitrary anagenetic stages in morphological forms, mainly in the paleontological record.

26. Taxonomic species

Synonyms: Cynical species concept (Kitcher 1984) Related concepts: Agamospecies, genealogical concordance species, morphospecies, phenospecies, phylospecies Principal author: Blackwelder (1967), but see Regan (1926) and Strickland et al. (1843) Specifications: Specimens considered by a taxonomist to be members of a kind on the evidence or on the assumption they are as alike as their offspring of hereditary relatives within a few generations. Whatever a competent taxonomist chooses to call a species.

References

Aguilar, Javier Fuertes, Josep Antoni Roselló, and Gonzalo Nieto Feliner (1999), “Molecular evidence for the compilospecies model of reticulate evolution in >Armeria> (Plumbaginaceae)”, Systematic Biology 48 (4):735-754.

Atran, Scott (1990), The cognitive foundations of natural history. New York: Cambridge University Press.

Avise, J. C., and R. M. Ball Jr (1990), “Principles of genealogical concordance in species concepts and biological taxonomy”, in D. Futuyma and J. Atonovics (eds.), Oxford Surveys in Evolutionary Biology, Oxford: Oxford University Press, 45-67.

Beckner, M (1959), The biological way of thought. New York: Columbia University Press.

Blackwelder, Richard E. (1967), Taxonomy: a text and reference book. New York: Wiley.

Cain, Arthur J. (1954), Animal species and their evolution. London: Hutchinson University Library.

Cracraft, Joel (1983), “Species concepts and speciation analysis”, in R. F. Johnston (ed.), Current Ornithology, New York: Plenum Press, 159-187.

Cronquist, A (1978), “Once again, what is a species?” in LV Knutson (ed.), BioSystematics in Agriculture, Montclair, NJ: Alleheld Osmun, 3-20.

Dobzhansky, Theodosius (1935), “A critique of the species concept in biology”, Philosophy of Science 2:344-355.

—— (1937), Genetics and the origin of species. New York: Columbia University Press.

—— (1950), “Mendelian populations and their evolution”, American Naturalist 74:312-321.

—— (1970), Genetics of the evolutionary process. New York: Columbia University Press.

Eigen, Manfred (1993), “Viral quasispecies”, Scientific American July 1993 (32-39).

Eldredge, Niles, and Joel Cracraft (1980), Phylogenetic patterns and the evolutionary process: method and theory in comparative biology. New York: Columbia University Press.

Euzéby, J.P. (2006), List of Prokaryotic Names with Standing in Nomenclature 2006 [cited 17/2/2006 2006]. Available from http://www.bacterio.cict.fr/.

George, T. N. (1956), “Biospecies, chronospecies and morphospecies”, in P. C. Sylvester-Bradley (ed.), The species concept in paleontology, London: Systematics Association, 123-137.

Ghiselin, Michael T. (1974), The economy of nature and the evolution of sex. Berkeley: University of California Press.

Harlan, J. R., and J. M. J. De Wet (1963), “The compilospecies concept”, Evolution 17:497-501.

Hennig, Willi (1950), Grundzeuge einer Theorie der Phylogenetischen Systematik. Berlin: Aufbau Verlag.

—— (1966), Phylogenetic systematics. Translated by D. Dwight Davis and Rainer Zangerl. Urbana: University of Illinois Press.

Kitcher, Philip (1984), “Species”, Philosophy of Science 51:308-333. Kornet, D (1993), “Internodal species concept”, J Theor Biol 104:407-435.

Kornet, D, and JW McAllister (1993), “The composite species concept”, in, Reconstructing species: Demarcations in genealogical networks, Rijksherbarium, Leiden: Unpublished phD dissertation, Institute for Theoretical Biology.

Mallet, J (1995), “The species definition for the modern synthesis”, Trends in Ecology and Evolution 10 (7):294-299.

Mayden, R. L. (1997), “A hierarchy of species concepts: the denoument in the saga of the species problem”, in M. F. Claridge, H. A. Dawah and M. R. Wilson (eds.), Species: The units of diversity, London: Chapman and Hall, 381-423.

Mayr, Ernst (1942), Systematics and the origin of species from the viewpoint of a zoologist. New York: Columbia University Press.

—— (1963), Animal species and evolution. Cambridge MA: The Belknap Press of Harvard University Press.

—— (1969), Principles of systematic zoology. New York: McGraw-Hill.

—— (1970), Populations, species, and evolution: an abridgment of Animal species and evolution. Cambridge, Mass.: Belknap Press of Harvard University Press.

Mayr, Ernst, and Peter D. Ashlock (1991), Principles of systematic zoology. 2nd ed. New York: McGraw-Hill,.

Meier, Rudolf, and Rainer Willmann (1997), “The Hennigian species concept”, in QD Wheeler and R Meier (eds.), Species concepts and phylogenetic theory: A debate, New York: Columbia University Press.

Mishler, Brent D., and Robert N. Brandon (1987), “Individuality, pluralism, and the Phylogenetic Species Concept”, Biology and Philosophy 2:397-414.

Nelson, Gareth J., and Norman I. Platnick (1981), Systematics and biogeography: cladistics and vicariance. New York: Columbia University Press.

Nixon, K. C., and Q. D. Wheeler (1990), “An amplification of the phylogenetic species concept”, Cladistics 6:211-223.

Paterson, Hugh E. H. (1985), “The recognition concept of species”, in E. Vrba (ed.), Species and speciation, Pretoria: Transvaal Museum, 21-29.

Pleijel, Frederik (1999), “Phylogenetic taxonomy, a farewell to species, and a revision of Heteropodarke (Hesionidae, Polychaeta, Annelida)”, Systematic Biology 48 (4):755-789.

Pleijel, Frederik, and G. W. Rouse (2000), “Least-inclusive taxonomic unit: a new taxonomic concept for biology”, Proceedings of the Royal Society of London – Series B: Biological Sciences 267 (1443):627-630.

Regan, C. Tate (1926), “Organic evolution”, Report of the British Association for the Advancement of Science, 1925:75-86.

Ridley, M (1989), “The cladistic solution to the species problem”, Biology and Philosophy 4:1-16.

Rosen, Donn E. (1979), “Fishes from the uplands and intermontane basins of Guatemala: revisionary studies and comparative biogeography”, Bulletin of the American Museum of Natural History 162:267-376.

Simpson, George Gaylord (1943), “Criteria for genera, species and subspecies in zoology and paleontology”, Annals New York Academy of Science 44:145-178.

—— (1961), Principles of animal taxonomy. New York: Columbia University Press.

Smith, Andrew B. (1994), Systematics and the fossil record: documenting evolutionary patterns. Oxford, OX; Cambridge, Mass., USA: Blackwell Science.

Sokal, Robert R., and P. H. A. Sneath (1963), Principles of numerical taxonomy, A Series of books in biology. San Francisco,: W. H. Freeman.

Sterelny, Kim (1999), “Species as evolutionary mosaics”, in R. A. Wilson (ed.), Species, New interdisciplinary essays, Cambridge, MA: Bradford/MIT Press, 119-138.

Strickland, Hugh. E., John Phillips, John Richardson, Richard Owen, Leonard Jenyns, William J. Broderip, John S. Henslow, William E. Shuckard, George R. Waterhouse, William Yarrell, Charles R. Darwin, and John O. Westwood (1843), “Report of a committee appointed “to consider of the rules by which the nomenclature of zoology may be established on a uniform and permanent basis””, Report of the British Association for the Advancement of Science for 1842:105-121.

Templeton, Alan R. (1989), “The meaning of species and speciation: A genetic perspective”, in D Otte and JA Endler (eds.), Speciation and its consequences, Sunderland, MA: Sinauer, 3-27.

Turesson, Göte (1922), “The species and variety as ecological units”, Hereditas 3:10-113.

Van Valen, L (1976), “Ecological species, multispecies, and oaks”, Taxon 25:233-239.

Wagner, Warren H. (1983), “Reticulistics: The recognition of hybrids and their role in cladistics and classification”, in N. I. Platnick and V. A. Funk (eds.), Advances in cladistics, New York: Columbia Univ. Press, 63-79.

Waples, R S (1991), “Pacific salmon, Oncorhynchus spp., and the definition of ‘species’ under the Endangered Species Act”, Marine Fisheries Review 53:11-22.

Wheeler, Quentin D., and Rudolf Meier, eds. (2000), Species concepts and phylogenetic theory: a debate. New York: Columbia University Press.

Wheeler, Quentin D., and Norman I. Platnick (2000), “The phylogenetic species concept (sensu Wheeler and Platnick)”, in Quentin D. Wheeler and Rudolf Meier (eds.), Species concepts and phylogenetic theory: A debate, New York: Columbia University Press, 55-69.

Wiley, E. O. (1978), “The evolutionary species concept reconsidered”, Systematic Zoology 27:17-26.

—— (1981), “Remarks on Willis’ species concept”, Systematic Zoology 30:86-87.

Wilkins, John S. (2003), “How to be a chaste species pluralist-realist: The origins of species modes and the Synapomorphic Species Concept”, Biology and Philosophy 18:621-638.

Wu, Chung-I (2001a), “Genes and speciation”, Journal of Evolutionary Biology 14 (6):889-891. —— (2001b), “The genic view of the process of speciation”, Journal of Evolutionary Biology 14:851-865.

LINKS

GENETIC SPECIES  CONCEPT 

–>  Baker, R. J., and R. D. Bradley. 2006. Speciation in mammals and the genetic species concept. Journal of Mammalogy 87(4):643-662.                                                              http://www.mammalogy.org/uploads/Baker%20and%20Bradley%202006.pdf

 –>  Aardig onderzoek waarbij 2 soorten toch 1 soort blijkt te zijn                http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02724634.2013.782875#tabModule

HOX GENEN

GENETICA  

HOX GENEN LINKS  <–archief document

De Hox-genen zijn een groep regulatorgenen , die betrokken zijn bij de allereerste ontwikkeling van een individu, in het stadium van enkele cellen. Op verschillende plekken langs de lichaamsas komen verschillende combinaties van Hox-genen tot expressie, die de ontwikkeling van die plek tot een bepaald lichaamsdeel – bijvoorbeeld een kop, een achterlijf, een borstsegment – starten.

Bijzondere transcriptiefactoren

De eiwitten die door de Hox-genen geproduceerd worden, zijn bijzondere transcriptiefactoren. Ze zijn onder meer bijzonder omdat ze, in tegenstelling tot andere transcriptiefactoren, niet specifiek zijn voor een bepaald gen. Producten van Hox-genen beinvloeden de genexpressie van hele groepen regulatorgenen, die weer zorgen voor de specialisatie van (groepen) cellen tot een bepaald celtype en weefsel.

We vinden (nagenoeg) exact dezelfde Hox-genen in alle dieren terug; een aanwijzing dat het zeer essentiele genen zijn, die bovendien vroeg in de evolutie zijn ontstaan. Planten hebben een andere groep regulatorgenen die een vergelijkbare functie vervullen.

°

http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/IIIC6cComplexity2.shtml

http://www.nature.com/scitable/topicpage/hox-genes-in-development-the-hox-code-4140

°

2004

HOX  GENEN    DINO  & VOGEL  VINGERS 

Een wetenschappelijk artikel waarin wordt beweerd dat vogels in tegenstelling tot wat ornithologen en embryologen beweren de vingers I,II en III hebben (Birds Have Dinosaur Wings: The Molecular Evidence, is het tegencommentaar ook al gepubliceerd. En ook in het wetenschappelijk tijdschrift: JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY. De schrijvers zijn Frietson Galis, Martin Kundrát en Johan A.J. Metz.

De theorie van Vargas en Fallon in het kort
Introductie
Hox genen en vingeridentiteit
Twee scenario’s
De reactie van Frietson Galis et al.
Analyse van gemuteerde kippen en muizen
Phalanx nummer, vingeridentiteit en Hox genen
Analyse van andere gemuteerde ledematen van kippen
Prepollex in vleugels van vogels?
Discussie
Oplossing voor dit probleem?
Frame shift hypothese
Theropoden met vingers II,III en IV?
Aannemelijkheid van evolutionaire overgangen

Introductie

Vargas en Fallon beweren dat de gecombineerde expressie van Hoxd12 en Hoxd13 genen een betrouwbare marker zijn voor zowel de condensatie waaruit de vinger nummer I zich ontwikkelt bij amnioten (vinger I ontstaat uit condensatie I) als wel de condensatie waaruit een vinger met vingeridentiteit I zich ontwikkelt (dwz met dezelfde identiteit als een volgroeide vinger I) ongeacht de condensatie waaruit deze zich ontwikkelt.
Het tweede deel van het voorstel van Vargas en Fallon is moeilijk te testen door de grote verscheidenheid in identiteiten van vingers I onder amnioten wat tot uitdrukking komt in een grote verscheidenheid in vorm, aantal vingerkootjes en afmeting. Frietson Galis et al. gaan ervan uit dat de vingeridentiteit kan worden vastgesteld aan de hand van het aantal vingerkootjes, de grootte, vorm en structuur van de volgroeide vinger.

Hox genen en vingeridentiteit

Tijdens de ontwikkeling van ledematen spelen Hox genen een belangrijke rol in het anterio-posterior (A-P (van voor naar achter)) patroon van de ledematen, waaronder de vingers. Er is de laatste jeren veel vooruitgang geboekt in het herkennen van vingeridentiteiten maar de precieze rol van het Hox gen daarin is nog steeds onduidelijk. Het is moeilijk om de rol van Hox genen in de A-P patroonvorming te ontsluieren omdat signalering van deze genen onderdeel is van een gecompliceerde en dynamisch veranderende “feedback-loop” waarbij vele andere genen betrokken zijn. Alleen als de Hox genen al eerste tot uitdrukking komen en op een duidelijke gedifferentieerde manier correlerend met de vingeridentiteit, kan worden aangenomen dat zij het lokale netwerk sturen dat leidt tot de vorm van de vinger.

Vargas en Fallon wijzen op interessante overeenkomsten van de Hoxd12 en Hoxd13 expressiepatronen in de zich ontwikkelende vingers/tenen van muizen en kippen. Hoxd13 is in alle condensaties van de groeiende vingers aanwezig terwijl Hoxd12 niet aanwezig is in de voorste condensatie van de overgebleven vingers. Dit is de tweede condensatie in een kippenvleugel, de eerste is maar zeer kortstondig aanwezig en verdwijnt. Bij de handen en voeten van muizen en de voet van kippen is het de eerste condensatie. Geel is Hoxd12 en hoxd13 en Rood is alleen Hoxd13.

Twee scenario’s

Vargas en Fallon stellen in hun eerste scenario voor dat bij vogels en zoogdieren de afwezigheid van het Hoxd12 gen, gecombineerd met de aanwezigheid van het Hoxd13 gen niet alleen een marker voorstelt van de verst naar voren gelegen condensatie van de overgebleven vingers/tenen maar specifiek van de condensatie van vinger I. D.w.z. Het lokale Hox expressiepatroon wijst op condensatie van vinger I bij amnioten, ongeacht de verschillen in identiteit van de volgroeide vinger I tussen taxa en tussen voor- en achterbenen. Logische gevolgtrekking hiervan is (volgens Vargas en Fallon) dat de tweede condensatie van de groeiende vogel de condensatie van vinger I moet zijn en de eerste condensatie de prepollex. In dit scenario zouden vogels de vingers I,II en III hebben en niet zoals aangenomen door ornithologen en embryologen de vingers II,III en IV. Dit zou een langslepend conflict oplossen hoe vogels met vingers II,III en IV zouden hebben kunnen evolueren uit theropode dinosaurussen met vingers I,II en III. Dit probleem komt door het verschil tussen een homologe interpretatie van vingers bij vogels dat is gebaseerd op een vroege amniote ontwikkeling, en een dat is gebaseerd op de volgroeide homologie van vingers van vogels en theropode dinosaurussen, waarbij de vingers I,II en III schijnen te zijn overgebleven terwijl vinger IV en V zijn gereduceerd.
In een alternatieve scenario stellen Vargas en Fallon dat de data van gemuteerde dieren ook de Frameshift hypothese ondersteunt van Wagner en Gauthier (’99). Deze hypothese stelt dat de vingers van vogelvleugels een homeotische verandering ondergaan van identiteit zodat een volgroeide vinger I zich ontwikkelt uit de condensatie waaruit vroeger vinger II groeide, en vinger II uit condensatie III enz. Deze hypothese was specifiek ontwikkeld om het hierboven beschreven probleem van de vingeridentiteit bij vogels en theropode dinosaurussen op te lossen. Vargas en Fallon hypothetiseren nu dat bij amnioten de afwezigheid van Hoxd12 gecombineerd met de aanwezigheid van Hoxd13 een indicatie is voor de condensatie waaruit een vinger/teen zich ontwikkeld met de identiteit van vinger I, en niet van vingers/tenen II,III,IV en V, ongeacht de positie van de vingercondensatie. Zij hebben hun hypothese getest op veelvingerige gemuteerde kippen, Silkie an Talpid.

Analyse van gemuteerde kippen en muizen

Ondersteunt de data van polydactyle kippen de hypothese?

De meest voorkomende variant in Silkie kippen (mutanten) heeft een extra teen met drie kootjes nog voor teen nummer I. De extra teen is morfologisch bijna gelijk aan teen II,III en IV van een normale voet. De meeste wetenschappers interpreteren de Silkie polydactyl als een gedeeltelijk spiegelbeeld van de voet met teen II vóór teen I (teen: 2-1-2-3-4). Zij baseren dit op de mate van diversiteit van tenen onder homozygous (met stabiele erfelijke eigenschappen) silkie kippen en hybride (kruising) rassen met normale tenen. Zo komen Hoxd12 en Hoxd13 patronen inderdaad gespiegeld voor in de condensatie van het duplicaat van teen II.
Als de polydactyl variant van Silkie kippen inderdaad als een gedeeltelijk gespiegeld duplicaat moet worden geïnterpreteerd, ondersteunen de Hoxd12 en Hoxd13 patronen in de zich ontwikkelende extra teen de hypothese van Vargas en Fallon niet omdat het waarschijnlijk upstream de Hox expressie wordt geïnduceerd voor dag 8 van het embryo, waardoor de mogelijkheid bestaat dat ook de vingeridentiteit door dezelfde upstream stimulanten wordt beïnvloed en dus ten minste gedeeltelijk onafhankelijk is van de Hox expressie. Dus is het belangrijk om eerst te onderzoeken of de Silkie polydactyl als spiegelbeeld moet worden gezien en wat tot deze duplicatie aanzet voordat Silkie kippen ten gunste van de hypothese van Vargas en Fallon kan worden gebruikt.

In Talpid mutante kippen hebben de ledematen veel vingers/tenen die de morfologie van in het wild voorkomende kippen hebben verloren en zijn samengegroeid. De A-P polariteit is gestoord en verzwakt, dat algemeen wordt aangenomen verband houdt met het verlies van de wild-type identiteit. In de voet hebben de tenen voornamelijk drie teenkootjes, hoewel sommige kootjes (en sommige tenen) tijdens de ontwikkeling verdwijnen door apoptosis (voorgeprogrammeerd afsterven van een cel na bereiken van een bepaalde ouderdom). Vargas en Fallon nemen aan dat de eerste teen naar achteren is geplaatst in voeten van Talpid mutanten, omdat in alle tenen het aantal teenkootjes hetzelfde is (drie) net zoals de laatste tenen van wildtype (normale, in het de natuur voorkomende) tenen. Hoxd12 en Hoxd13 zijn aantoonbaar in alle tenen vanaf dag 7 en dit is in overeenstemming met de hypothese van Vargas en Fallon, als het ten minste waar is dat de eerste teen de identiteit van de andere, meer naar achteren gelegen tenen heeft aangenomen. Frietson Galis et al. vinden dat alleen het aantal teenkootjes niet genoeg is om tot deze conclusie te komen gezien het feit dat alle tenen hun wildtype morfologie hebben verloren, waaronder de eerste teen. De aanname van de verplaatsing van identiteit van de eerste teen naar achteren, wordt niet ondersteund door de meerderheid van anatomische karakteristieken die de identiteit van een teen bepalen.


Van links naar rechts; Talpid vleugel, wildtype vleugel, Talpid voet en wildtype voet.

Phalanx nummer, vingeridentiteit en Hox genen

Voor wat betreft de relatie tussen phalanx nummer en de identiteit van een vinger is het belangrijk op te merken dat in kippenvleugels, het aantal vingerkootjes is verminderd ten opzichte van Archaeopteryx. Toch is de evolutionaire vermindering die in de middelste vinger plaats vond van vogels van drie naar twee kootjes nooit reden geweest te concluderen dat de identiteit van de vinger is veranderd naar de meest vooraan gelegen vinger, door de verschillen in andere anatomische karakters. Daar komt nog bij dat ook de Hox12 en Hox13 expressies dit niet ondersteunen, omdat in de vleugel van de kip Hox12 en Hox13 alle twee voorkomen in de condensatie van de tweede en derde overgebleven vinger. Dus houd de combinatie van Hoxd12 en Hoxd13 in kippenvleugels verband met de ontwikkeling van vingers met een, twee en drie vingerkootjes. Daarom is er geen nauwe correlatie tussen het nummer van de vinger en Hoxd12 en Hoxd13 genenexpressies in de ledematen van kippen.

Analyse van andere gemuteerde ledematen van kippen

Analyses van andere kippen- en muizenmutanten levert het bewijs dat identiteit van vinger/teen I (waaronder een phalanx nummer van twee) ogenschijnlijk tot ontwikkeling kan komen met Hox12d en, daarbij nog, dat de identiteiten van vingers II,III en IV (waaronder een phalanx nummer van drie) zich kan ontwikkelen zonder Hoxd12. Daarom is er onder gemuteerde ledematen geen nauwe correlatie tussen Hoxd12 en Hoxd13 genenexpressies en de identiteit van ledematen (waaronder het aantal kootjes). Zo is er nagenoeg geen enkele verandering in identiteit van vingers bij gemuteerden waarin Hoxd12 geheel afwezig is.

Handen in dorsaal aanzicht van wildtype muis en drie mutanten. Het verlies van Hoxd11 en Hoxd12 bij de gemuteerden is nauwelijks van invloed op het phenotypus (alle uiterlijke eigenschappen) van de vingers, een functionele overvloedigheid suggererend in de achterste Hox genen. Het phenotypus van de ledemaat met Hoxd13-/- is wat meer vervormd. De resultaten verminderen de betrouwbaarheid van Hoxd12 en Hoxd13 patronen als enige indicatoren van de identiteit van vingers onder mutanten.
Analyse van deze en andere gemuteerde ledematen laten zien dat Hoxd12 en Hoxd13 een belangrijke rol spelen in het stramien van de A-P identiteit van vingers/tenen. Maar zij ondersteunen niet de conclusie dat de aanwezigheid van Hoxd13, samen met de afwezigheid van Hoxd12 bij vingers/tenen van gemuteerde muizen en kippen moleculair bewijs leveren voor de ontwikkeling van een vinger met identiteit I die een meer naar achteren gelegen vingeridentiteit uitsluit.

vijf initiële condensaties in de vleugel van een vogel

Prepollex in vleugels van vogels?

De samengroeiende vingers van een vleugel ontwikkelen zich, net zoals in de voeten, uit de middelste drie van de vijf initiële mesenchymale condensaties. Vargas en Fallon stellen dat de voorste condensatie, die maar zeer kortstondig aanwezig is, de prepollex voorstelt in plaats van vinger I zoals algemeen aangenomen. Dit is hoogst onwaarschijnlijk, omdat dit zou betekenen dat er condensaties zijn waaruit vingers groeien voor de prepollex (0) en vingers I,II,III en IV maar niet voor vinger V. Er is een algemeen consensus dat de prepollex veel eerder verloren is gegaan dan vinger V in de voorouderlijke lijn van vogels en reptielen. Daar komt nog bij dat een evolutionaire vermindering van vingers normaal gesproken erg langzaam en geleidelijk in zijn werk gaat. Deze twee factoren bij elkaar suggereren dat er nog altijd een condensatie aanwezig zou moeten zijn van de als laatste verdwenen vinger V in plaats van de prepollex. De interpretatie van een prepollex condensatie stemt ook niet overeen met het vertakkingspatroon van teencondensaties in de voeten van kippen en vleugels en van andere amniote ledematen die ook suggereren dat de overgebleven vingers van een vleugel van een vogel zich ontwikkelen uit condensaties II,III en IV (zie Fig-3). Dit ondersteunt het concept dat vogelvingers de nummers II,III en IV hebben in een fylogenetische homologische manier.

Discussie

De data van Hoxd12 en Hoxd13 expressies in ledematen van mutanten laten helaas geen onderscheid toe tussen de hypothese dat de meest vooraan gelegen vinger in de vleugel van een vogel homoloog is aan vinger I van andere amniote dieren en het alternatief dat het homoloog is aan vinger II, zowel in een fylogenetische als in een ontwikkelings zienswijze. De verstoorde aard van het vingerpatroon in de meeste behandelde mutanten maken een goede evaluatie van de stelling van Vargas en Fallon moeilijk. Een directe test van de hypothese zou zijn om Hoxd12 en Hoxd13 gen-expressiepatronen te testen in andere amnioten dan kippen en muizen. In het bijzonder van species die onafhankelijk vinger I in de armen of benen hebben verloren in de evolutie (Struisvogels, Honden en veel reptielsoorten). Het zou verder ook handig zijn om Hox gen-patronen in een nog vroeger stadium te onderzoeken, waaronder ook het Hoxd11 gen, als de vingeridentiteit nog niet vastgelegd is, hoewel het is aangetoond dat in latere stadia een deel van de specificatie nog niet onherroepelijk is. Helaas kan de latere Hox activiteit niet meer causaal in verband worden gebracht met de initiële specificatie van de vingeridentiteit, hoewel het natuurlijk mogelijk is dat het ermee correleert.

Omdat de data van gemuteerde ledematen geen bedreiging vormt voor de hypothese die is gebaseerd op embryologische data, dat de vingers van vogels homoloog zijn met II,III en IV van andere amnioten, blijft het probleem bestaan van hoe vogels met vingers II,III en IV kunnen zijn geevolueerd uit theropoden die naar aangenomen wordt vingers I,II en III hebben. Dit schijnbaar conflict tussen embryologische ontwikkeling en paleontologische data betekent niet dat we de afkomst van vogels uit theropode dinosaurussen in twijfel moeten trekken. Al in 2003 hebben Frietson Galis et al. twee mogelijke theorieen besproken, a) de al genoemde Frame shift hypothese, en B) de mogelijkheid dat ook dinosaurussen vingers II,III en IV hebben gehad.

De Frame shift hypothese

Ook de Frameshift hypothese heeft verscheidene problemen. De homeotische verwisseling van identiteit alleen (Frameshift) kan niet direct door identiteitsveranderingen in vier opeenvolgende vingers worden bereikt. Voor een Frameshift is ook nodig; a)het terugdraaien van de evolutionaire reductie van vinger IV in een volledig functionele vinger (een polydactilische verandering) en b)het voortbrengen van vingerreductie in vinger I (een oligodactilische verandering). Beide, polydactilische- en oligodactilische veranderingen worden sterk begrenst als een enkele stap in een mutatie en zijn nog nooit gedocumenteerd bij amnioten op een species level, ondanks dat ze algemeen voorkomen binnen species (hoge intraspecific -komt voor binnen een soort-, en geen interspecific -meerdere soorten- variatie). Daar komt nog bij dat een homeotische identiteitsverandering van vingers I,II en III in vingers II,III en IV bij theropoden zonder verdere anatomische veranderingen schijnbaar niet tot een adaptief voordeel leidt. Daarom lijkt het waarschijnlijk dat niet één maar meerdere, sterk onnatuurlijke mutaties nodig zijn om de Frameshift te bewerkstelligen, zonder dat er tot nu toe aanwijzingen zijn voor een selectief voordeel dat deze veranderingen zou begunstigen.

Theropoden met vingers II,III en IV ?

Het scenario waarin theropoden vingers II,III en IV zouden hebben is óók problematisch. Analyse van fossiele data wijst sterk op een reductie van de vingers IV enV bij vijfvingerige theropoden. De reductie van vinger IV is echter nog niet helemaal zeker en gezien de gaten in de fossiele theropode vondsten uit het Jura kan een bilaterale reductie van vingers I en V niet worden uitgesloten. Daarom denken Frietson Galis et al. dat de hypothese dat theropoden vingers II,III en IV hebben gehad beter onderzocht moet worden.

Aannemelijkheid van evolutionaire overgangen

Larsson en Wagner (2003) zijn het niet met Frietson Galis et al. eens en stellen dat de veronderstelde lage mechanistische aannemelijkheid van de Frameshift hypothese niet zo relevant is en mogelijk komt doordat onze wetenschappelijke kennis nog te kort schiet. Hier stellen Frietson Galis et al. weer tegenover dat de aannemelijkheid van evolutionaire transities op basis van morphogenetische- of selectieve gronden een essentieel bestanddeel moet zijn van iedere poging om zulke transities in een fylogenetische context te reconstrueren. Ook wijzen zij erop dat Wagner en Gauthier (’99) de Frameshift theorie naar voren hebben gebracht om de evolutionaire overgang van theropode handen met vingers I,II en III naar handen van vogels met vingers II,III en IV op mechanistische wijze aannemelijk te maken. Daar komt nog bij dat rekening houden met de aannemelijkheid van evolutionaire transities eigenlijk een routinehandeling is (hoewel meestal niet als zodanig erkent) in het construeren van cladogrammen als keuzes moeten worden gemaakt tussen meervoudig verlies of meervoudig verkrijgen van complexe karaktertrekken. Beide scenario’s hebben op het ogenblik nog te weinig overtuigend bewijs. Hopelijk zal nieuw paleontologische data een overtuigende adaptieve scenario voor de Frameshift opleveren, of voor een bilaterale reductie in de handen van theropode voorouders van vogels (vingers (II,III en IV) of voor een geheel andere hypothese. Daarbij zal het verder testen van de hypothese van Vargas en Fallon bij amniote species waarbij onafhankelijk het aantal vingers verminderd is, nieuwe informatie over de moleculaire basis van evolutionaire vinger vermindering opleveren, en dus, over de overgang van theropode vingers naar vingers van vogels. Op dit moment echter blijft het enigma bestaan.

Hox genes, digit identities end the theropod/bird transition
Frietson Galis1, Martin Kundrát2 and Johan A.J. Metz1,3

1. Institute of Biology, Leiden University, The Netherlands
2. Department of Zoology, Natural Science Faculty, Charles University, Prague, Czech Republic
3. Adaptive Dynamics Network, Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15515040

http://biologyofcognition.files.wordpress.com/2008/11/vargasfallon2005b.pdf

http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(13)00512-5

Figure 1 Diagram of components of tetrapod forelimb.

Box 1 Identification of manual (hand) digits of major theropod clades.

Birds and crocodiles are two living lineages of the Archosauria, which includes the extinct Dinosauria and several extinct lineages (Figure 2). It is widely accepted that birds are a subgroup of the Dinosauria. More specifically, birds are nested within tetanuran theropods, which include such famous dinosaurs as Tyrannosaurus rex and Velociraptor mongoliensis. Birds are, therefore, tetanurans.

Tetanuran theropods have three fingers, but the three fingers of non-bird tetanurans are clawed and differ considerably from those of most birds. The four-fingered ceratosaurian theropods are the sister-group to the three-fingered tetanuran theropods. The first finger of ceratosaurians is reduced [8] and has no phalanges in some taxa such as Aucasaurus[9], and is completely vestigial in Limusaurus[10]. More basal theropods such as coelophysids have five fingers with a reduced fourth digit, and at least in Coelophysis bauri[5] a vestigial metacarpal V.

Theropod manual digits are also identified based on anatomical position, morphology, and gene expression patterns. Although position is arguably the most definitive criterion for identifying and comparing homologous digits in different species, it is based on the assumption that the position of adult structures is unperturbed relative to early embryonic progenitors. In fact, when a central digit is removed genetically in the mouse embryo, the remaining digits come closer together in the mature skeleton, showing that positional identification can be difficult [11,12]. Given the variation in normal digit number and morphology of homologous digits between various classes of amniotes, universal criteria for comparing digit homologies are hard to define. Expression domains of developmental genes are another way to distinguish the identity of digits that look similar morphologically, as gene expression domains tend to be conserved during development of homologous structures. However, these comparisons also have limitations; unless there are genes that are essential to specify individual digit identities, expression profiles of genes used as markers are necessarily only correlative, and cannot define digit identity.

Frameshift hypothesis and lateral shift …Frameshift hypothesis and lateral shift hypothesis.Red shading refers to fully formed digits, green shading refers to highly reduced digits, and dashed lines indicate vestigial digits that are absent in the adult. Note that both the frameshift hypothesis (A) and lateral shift hypothesis (B) require re-emergence of a fully formed, functional digit at position 4. However, the lateral shift hypothesis suggests that the homeotic changes are piecemeal and incomplete, and thus digits II, III, and IV of the first three-fingered theropods are not identical to the digits I, II, and III of four-fingered theropods.

Figure 2 Hand evolution across theropod phylogeny.

Figure 3 Frameshift hypothesis and lateral shift hypothesis.

°

Hoe de vis handen en voeten kreeg  ?

11 december 2012  
De verschuiving van zeedier naar landdier is een belangrijke stap in de geschiedenis van het leven.

zie ook   acanthostega.docx (2.3 MB)          Ichtyostega  dockx

EVO DEVO  

In het decembernummer van Cell Press staat een artikel waaruit blijkt dat de ontwikkeling van handen en voeten is ontstaan door de toevoeging van nieuwe DNA elementen die bepaalde genen activeerden.

Uit de bevindingen leren we meer over de modificatie van genexpressie, aldus Dr. José Luis Gómez-Skarmeta of the CSIC-Universidad Pablo de Olavide-Junta de Andalucía, in Seville Spanje.

Vervolgens kun je zo een verklaring geven voor genetische aandoeningen die geassocieerd zijn met een verkeerde vorming van onze organen tijdens de ontwikkeling.

cell press

Overexpressie van het Hox13B gen, geeft meer vorming van cellen in de vinnen van zebravisjes.

Hoe vinnen uiteindelijk in handen en voeten zijn veranderd, komt deels door het zogenoemde ‘Hoxd13′ gen. Een gen dat een belangrijke rol speelt bij het onderscheiden van lichaamsdelen in het tipje van de vin van een zebravis embryo.

Het geeft namelijk nieuw bindweefsel en minder vinweefsel. Zo zijn handen en voeten mogelijk ontstaan.

download

Throwing a simple genetic switch was enough to turn one of this zebra fish embryo’s fins into a primitive limb with a bulge where a future hand or foot might have grown. Credit: Freitas et al/Developmental Cell 2012

Working with zebra fish, researchers in Spain added a genetic switch called an enhancer to turn up activity of a gene called Hoxd13 at the tips of developing fins. Fish usually lack these genetic switches, but adding them and making more Hoxd13 than usual produced rudimentary limbs that had more cartilage and less fin material(1)

Ancestors of four-legged creatures may have acquired these enhancers, leading to limb development. (2)

http://www.sciencenews.org/view/generic/id/346972/description/News_in_brief_Fins_to_limbs_with_flip_of_genetic_switch

Wanneer je de Hoxd13 genen van muizen in een zeebravis plaatst, zet de overexpressie van het gen aan tot het vormen van armpjes en beentjes. Dus dit is mogelijk het sleutelgen voor die vorming, aldus dr. Casares een collega van Gómez-Skarmeta.

Bron: Cell Press
Artikels:    Freitas et al.:

1.- Making limbs from fins 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S153458071200531X

Our limbs evolved from fish fins as vertebrates colonized aquatic shallows and land. If we understood the genetics underlying this transition, could we build a limb on a fish?

Freitas et al., 2012 show that boosting Hoxd13 expression can bring zebrafish one step closer to terra firma.

2.- “Hoxd13 contribution to the evolution of vertebrate appendages.” 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1534580712004789

REACTIES : 

1.-Dit zijn (nog) geen “ledematen”, tenzij de natuurlijke selectie hen als voordelig voor die vissen zou herkennen, of op zijn minst kan  laten passeren als functioneel neutraal.Ik gok zelfs  dat deze zebravissen  ernstig worden  belemmerd in hun vermogen om zich te verplaatsen,alhoewel ik  graag zou zien dat die gok verkeerd is   . Ik denk ook  dat het paper niet  zegt dat     “ledematen onstaan door eventjes  een schakelaar om te draaien of  eraan toe te voegen    ”

2.- Ik vind dit een uitstekend voorbeeld van hoe zeer kleine veranderingen in een voldoende complex systeem kunnen leiden tot substantieel nieuwe functies. Het lijkt onwaarschijnlijk lijkt dat  het  deze specifieke manipulaties zijn wat leidde leidde tot ledematen, maar het is boeiend om zien hoeveel van dat “vermogen ” reeds impliciet in de bestaande genetische  uitrusting kunnen  aanwezig zijn   geweest. –

17 April 2013

http://www.livescience.com/28797-coelacanth-genome-sequenced.html

The fish, called a coelacanth, seems to carry snippets of DNA (= called an ” enhancer”  that was present in both coelacanths and four-legged creatures, but missing in other fish.)  that can turn on genes that code for forelimbs and hind limbs in mice. The new discovery could shed light on how four-legged creatures, called tetrapods, evolved.

Ontwikkeling ledematen 

LEDEM2B[1]  <– PDF (Neil Shubbin ) 

http://kops.ub.uni-konstanz.de/bitstream/handle/urn:nbn:de:bsz:352-opus-106697/the_evolution_and_maintenance.pdf?sequence=1

JUNK DNA ; ENCODE

Note Junk DNA  doc, Notes J

JUNK DNA  Dockx archief  ….

nature12132[1] junk DNA

http://sandwalk.blogspot.be/2008/02/theme-genomes-junk-dna.html

 

,   evolutie, Wetenschap , , , , , , , ,

 

25 juli 2014

‘Ruim 90 procent van menselijk DNA heeft geen functie’

(1)

Grote stukken erfelijk materiaal lijken niet meer te zijn dan biologische bagage die over miljoenen jaren is verkregen.

Dat beweren Britse onderzoekers van de Universiteit van Oxford in PLoS Genetics.

“Wetenschappelijk gezien hebben we geen bewijs (1) dat 92% van ons genenbestand ook maar iets bijdraagt aan onze biologie”,(2) aldus onderzoeker Gerton Lunter tegenover the Guardian.

Al langer was bekend dat slechts 1 procent van het erfelijk materiaal in de mens is verpakt in genen die voor de productie van cruciale eiwitten zorgen om cellen – en daarmee het menselijk lichaam – in leven en gezond te houden.

Het nieuwe onderzoek suggereert dat nog eens 7 procent van het menselijk DNA eveneens belangrijk is in zijn rol om te bepalen waar, hoe en wanneer genen tot uiting komen.

Neushoorns

De onderzoekers kwamen tot hun conclusie na het vergelijken van het erfelijk materiaal van mensen met dat van diverse diersoorten in diverse takken van de evolutionaire stamboom, zoals muizen, honden, paarden en neushoorns.(3)

Wanneer DNA door diersoorten onderling wordt gedeeld en ook in verschillende afsplitsingen van de evolutionaire stamboom bewaard blijft, impliceert dat dat de genen een waardevolle rol spelen.

Volgens Lunter kan hieruit worden afgeleid dat slechts 8,2 procent van het menselijk DNA ‘functioneel’ is, en belangrijk genoeg was om bewaard te blijven tijdens de evolutie.

Tarwe

Toch waken de wetenschappers ervoor te laatdunkend te doen over de grote hoeveelheid ongebruikt genetisch materiaal. “Het is niet zo dat de natuur er per se naar streeft dat soorten een zo klein mogelijk genenbestand hebben. Tarwe heeft bijvoorbeeld een veel groter genenbestand dan wij”, aldus Lunter.

“Een mens is geen ontwerp.(5) We zijn geëvolueerd, en dat is nu eenmaal een rommelig proces. Het overige DNA is in feite gewoon opvulling. Maar het is geen afval, of een last. Op een dag zou het best wel eens van pas kunnen komen.”

Definitie

Overig is de definitie van wat ‘functioneel DNA’ precies is nogal arbitrair. In de nieuwe studie zijn genen functioneel als ze invloed hebben op ons vermogen tot gezonde reproductie.(1e)

Andere wetenschappers hanteren een bredere definitie en oordelen dat een groot deel van de overgebleven 92 procent van het DNA alsnog op een bepaalde manier actief is in het lichaam.(4)

Daarbij horen bijvoorbeeld niet-evolutionair overgeërfde genen die betrokken zijn bij het ontstaan van ziektes zoals laat beginnende Alzheimer.

(Door: NU.nl)

*

 

  •  (1) …..De titel  van dit stuk  is een onjuiste interpretatie van wat er door de wetenschappers beweerd wordt. ‘Geen wetenschappelijk bewijs’ is niet hetzelfde als ‘niet'(of in dit geval )  als ” GEEN “
  • …De kop vh artikel zegt hoogstwaarschijnlijk meer over de huidige stand van de DNA-wetenschap en de biologie  dan over ons lichaam?….                              Neuh, het zegt meer over de journalisten bij NU. ……
  • (1b) …..Klinkt als een harde schijf van een computer.Waarbij 8,2% van de inhoud bestaat uit bestanden om het systeem draaiende te houden, en de rest de gegevens (tekstbestanden, spreadsheets, muziek, films, foto’s, etc. ) zijn die de gebruiker heeft gemaakt/verzameld
  • Een sprekend rommelig persoon (= ook een gebruiker ) verpakt zijn code-woorden   in een hoop rommel. en soms is rommel ook gewoon maar  rommel ( die al dan niet een leven lang werd verzameld ).
  • (1c)Maar zoals altijd lopen vergelijkingen mank en kunnen ze  niet onbeperkt verder worden doorgetrokken om tot valabele conclusies te komen   ….  op moleculair niveau is  levende stof  een  geheel van  chemisch systemen en daartussen zit geen “klassieke  ” hardware …..Bovendien is er geen “gebruiker ” van de “levende stof  “… Er zit geen  homunculus aan een of ander stuur of toetsenbord   of een “besturende geest ” ….
  • (1b)…..Totdat het een functie krijgt!  –> Waar ik aan denk is de  mutatie of  ‘kopieerfout’ in ‘niet nodige’ DNA die bij het kopiëren kan ontstaan.
    Dan kan er namelijk wel een nieuwe functie ontstaan.
    Of die ‘fout’ positief of negatief voor ons is wil ik even buiten beschouwing laten.
    De evolutie kan op deze manier rustig verder gaan zonder heel veel rigoureuze stappen te moeten nemen.  
  • (1c)……Overigens  kan je onder de opgespaarde rommel in de kelder of op zolder , nog dingen vinden die een  inventief  knutselaar nog best kan gebruiken of een fervent  verzamelaar   kan herangschikken tot een  “beter bruikbare “collectie  … Overtollige(=redundante ?)  en  “gebroken “( maar te herstellen )  CHEMISCHE  “info-“dragers in het DNA   worden  vast gebruikt in de  moleculaire evolutie als bouwsteen voor een of andere  “aanpassing”?
  • (1d)…..Waar het bij dit soort discussies om gaat is het duidelijk definieren van functie. Als ik op zolder een heleboel troep heb liggen, kapot / gebroken / geen batterijen / whatever. Dan zou je kunnen zeggen dat die troep geen functie heeft. Maar wat als blijkt dat doordat ik op zolder zoveel troep heb liggen dat mijn huis beter geisoleerd is in de winter? Heeft die troep dan een functie? Of ben ik het die er een functie aan toekent?
  • = Zo ook met stukken troep in ons DNA. We weten dat veel stukken van oude virale infecties zijn. Deze virussen kunnen nooit meer wat doen, ze zijn stuk, het is troep. Stel dat deze stukken nu toevallig een invloed hebben op functionele genen eromheen. Kun je dan spreken van een functie?
  • (1e)Ook ik heb mijn vraagtekens bij de in dit onderzoek gehanteerde definities. Neemt niet weg dat we waarschijnlijk zullen vinden dat inderdaad een groot deel van ons DNA verwijderd of veranderd zou kunnen worden zonder dat dit levensvatbaarheid of voortplanting beinvloedt.

 

  • (2) ….Een paar jaar terug beweerde wetenschappers nog dat 98% van het DNA ‘junk’ was.
    Men is er ook achter gekomen dat (delen van wat vroeger  bij het ) junk’-DNA(hoorde )  in het lichaam een belangrijke rol speelt doordat het speciale vormen van RNA (ribonucleïnezuur) produceert die essentieel zijn voor het leven.
    Dus ‘nutteloos’ is nogal een boute stelling.(Maar niettemin is niet al het DNA  daarom perse “nuttig “)
  • (2b)Dat alles  neemt niet weg dat er een bepaald percentage van het DNA simpelweg geen andere rol speelt dan ruimte innemen op het chromosoom. Het is goed mogelijk dat dit percentage vrij groot is. Hoe groot precies, daar kunnen de meningen over verschillen, en daar zal toekomstig onderzoek ook nog het een en ander over te vertellen hebben.
  • (2c)van 93 % van het DNA weten we niet wat het doet, dus is het overbodig ?Goed, het is best mogelijk dat een deel van die 93 % alleen maar dient om de andere delen op voldoende afstand te houden, en dat dus de basenvolgorde niet van belang is, maar is het daarom overbodig?
    Als je dat vindt, moet je eens het bovenstaande copy-pasten en dan de spaties weghalen.
    Zal je zien dat het toch lastiger te begrijpen is.
  • Er moet niet iets “begrepen” worden door een individuele  gebruiker  … het zijn slechts  chemische opdrachten die  worden uitgevoerd en die het fertiele voortplanten niet in de weg staan ( en natuurlijk geeft het helemaal   niet als die opdrachten niet worden uitgevoerd bij  een  persoon die zich al heeft voortgeplant  )Het gaat in de evolutie namelijk  om populaties en doorlopende kluwens  van  stamlijnen  en  niet om “individuen “; dat zijn slechts voertuigen voor de  overlevende  populatie(s) genen-die zodoende  worden  doorgegeven  naar de genenpool  van de  opeenvolgende generatie(s )van de populaties  van veel  “individuen ” in de onmiddelijke toekomst … Een individu is een beperkt houdbare  (zichzelf hopelijk voortplantende )container  van de  potentieel  doorgeefbare genen die gebouwd werd door de genen van de (mogelijk al overleden ) directe  ouders en  voorouders

 

  • (3) ….als een mens en een neushoorn stukken identiek DNA hebben dan hebben die gelijke stukken  WEL een functie”.
  • Met andere woorden: wanneer twee organismen zoveel overeenkomsten hebben in hun ‘bouwplan’, dan zou hun beider DNA nog veel meer op elkaar moeten lijken wanneer alles een daadwerkelijke  functie heeft.
  • Overigens kun je functionaliteit van een stuk DNA niet bepalen alleen aan de hand van conservatie. Er zijn genoeg functionele genen die tussen deze soorten vrij sterk gedivergeerd zijn.
  • Bovendien vraag ik me af tot welke  groepvan het DNA  ,   LTRs, centromeren en telomeren worden gerekend.

 

  • (4)….Andere wetenschappers stellen, ook als dat de definitie van ‘functioneel’ wat ruimer moet worden genomen, en dat daarom het percentage van DNA dat op enigerlei wijze onze voortplanting en evolutie beinvloedt wellicht wat groter is.
    –> Maar dat neemt niet weg dat er zelfs dan nog steeds een substantieel deel is dat geen andere rol heeft dan ruimte innemen in chromosomen.                                            
  • (4b)—> De bevindingen in dit onderzoek suggereren  niet dat van  90% van het DNA de rol nog niet bekend was, maar dat het eenvoudigweg geen rol heeft, anders dan ruimte innemen op het chromosoom.
  • (4c)–> Dat wil  dus wederom  niet zeggen dat het noodzakelijk “waar” (4d)is, wat de wetenschappers hier stellen. Afhankelijk van de definitie zou men een groter of kleiner getal dan 90% kunnen opperen. Ook verder onderzoek zal dit getal nog beinvloeden.
  • (4d)—> Geen respect voor misplaatste twijfel over de wetenschappelijke methode.
  • Het gaat niet om waarheden. De enige plek die over “waarheden” gaat is de wiskunde….Het gaat erom in de rest van de wetenschappen  of iets werkt. De relativiteitstheorie ( een kombinatie van wiskunde en  waarnemingen ) werkt bijvoorbeeld. Niet alleen in het nu, maar ook in de toekomst. Het voorspelt metingen extreem nauwkeurig. Keer op keer. En deze prestatie van de wetenschap rechtvaardigt de term ‘waarheid’.
  • Waarheid is trouwens  niet een of andere religieuze en/of doctrinaire “absolute”   waarheid  want dat is  slechts  het produkt  van   wens – en/of  magisch denken   of  (kortom) een produkt van  onze psychologie en  ons aangeleerd (of aangeboren )  onvoorwaardelijk  respect voor  autoriteit en de traditie  
  • Ik zet overigens   het – vereren van bomen, ontvoeringen door aliens claimen of de islam of christendom  etc …etc …..    – op één lijn= Het zijn allemaal  ( door hun aanhangers ) niet -falsifeer gemaakte  (bij)geloven 
  • ….tenslotte  is er de  drogreden van  de   omgekeerde bewijslast. Niet ik hoef te bewijzen dat er geen God(en)is. Dat is onmogelijk, net als bewijzen dat er geen onzichtbare koffiepot om pluto draait. Degenen die stellen dat er een god(en) is, dienen dit te bewijzen. En zo lang dit niet lukt, moeten ze het  privé te houden.
  • Iedereen  heeft recht op zijn eigen mening   ….. Alle respect daarvoor…… en recht op zorg verstrekking   als  het een psychiatrische stoornis / cognitieve dissonantie   blijkt in het spel te zijn die erg  storend  de  dagelijkse werkelijkheid ontkent  , de verdere gezondheid bedreigd  en/of het  gewenste (of minstens degelijk geachte  ) maatschappelijke weefsel fundamenteel  bedreigd   .
  • Kritisch zijn is  prima; het is o.a.  de houding om niet klakkeloos iets voor waar aan te nemen en/of  zelf onderzoek te doen of minstens onderzoeken   na te lezen (4e) Als het het geloof betreft, is dat voor velen  zomaar “de waarheid. “Maar dat is dan niet dezelfde kritische houding . Geloof wordt dan klaarblijkelijk, min of meer, wel klakkeloos aangenomen.
  • De wetenschappelijke methode is overigens in zichzelf al extreem kritisch  Religie en wetenschap zijn GEEN  twee gelijkwaardige meningen (die tegenover elkaar staan. )De wetenschap is in haar aard gebaseerd op waarnemingen, onderzoek en is zelfkritisch. Ze stuurt zichzelf bij wanneer het de verkeerde kant op blijkt te gaan. Religie daarentegen is in haar aard gebaseerd op niets meer dan geloven (het woord zegt het al). Dat vind ik een groot verschil. 
  • (4e)Het enige wat jou ervan weerhoudt om alles zelf te onderzoeken is een gebrek aan tijd daarvoor. Maar je kunt wel degelijk een volledig vrije keuze maken in wat je gaat onderzoeken en daar vervolgens diep induiken. Sterker nog, dat gebeurt dagelijks in de wereld door vele duizenden mensen

 

  • (5) ‘De mens is geen ontwerp’ is een metafysische uitspraak, geen wetenschappelijke.
  • (5b) MAAR …..  Aangezien alles duidt op een ongeleid – of slechts door natuurlijke principes geleid – wordingsproces voor de mens en alle andere dieren en levende wezens is de uitspraak “de mens is geen ontwerp” niet meer dan een gezonde wetenschappelijke bevinding….Het is gewoon een wetenschappelijke uitspraak, gestaafd door decennia keurig onderzoek. En  waarom eigenlijk zou dat “metafysisch “moeten zijn? Als je ONTWERP duidelijk definieert valt daar heel goed een uitspraak over te doen. Zonder dat er geloof aan te pas komt.Dat is nou net het punt. Er is geen wetenschappelijke definitie van ‘ontwerp’. Als je die wel hebt hoor ik die graag …. inclusief wetenschappelijke referenties.

 

 

 

Slechts 8,2 procent van ons genoom is functioneel

dna

Slechts 8,2 procent van ons DNA is functioneel. Tot die conclusie komen Engelse onderzoekers.

Het zijn hele andere cijfers dan twee jaar geleden, toen onderzoekers nog beweerden dat 80 procent van ons DNA een belangrijke functie had.

In 2012 stelden onderzoekers dat ongeveer tachtig procent van ons genoom een biochemische functie had.(–> encode )  Maar het onderzoek is omstreden.

Zodra de onderzoekers activiteit op een stukje DNA zagen, concludeerden ze dat het stukje DNA een biochemische functie had. En daar zijn lang niet alle wetenschappers het mee eens: dat er activiteit is, wil nog niet zeggen dat het stukje DNA ook functioneel is. Daarvoor moet je aantonen dat de activiteit die het stukje DNA vertoont, ook belangrijk is.

Evolutie
Onderzoekers van de Oxford University hebben dat nu gedaan. Ze maakten daarvoor handig gebruik van de evolutie. Ze achterhaalden welk deel van ons genoom in een periode van 100 miljoen jaar verandering na verandering heeft weten te vermijden. Want, zo redeneerden de onderzoekers, als DNA niet verandert, wijst dat er immers op dat het één of andere belangrijke functie heeft en om die reden moet blijven zoals het is.

Natuurlijke selectie
De onderzoekers bestudeerden het genoom van verschillende zoogdieren: muizen, konijnen, honden, paarden, mensen, enzovoort. “Door de evolutie van deze soorten heen ontstaan mutaties in het DNA en natuurlijke selectie gaat die veranderingen tegen om nuttige DNA-sequenties intact te houden,” vertelt onderzoeker Gerton Lunter.

“WE ZIJN GENEIGD OM TE VERWACHTEN DAT AL ONS DNA IETS DOET. IN WERKELIJKHEID DOET SLECHTS EEN KLEIN DEEL IETS”

Klein beetje functioneel
Uit het onderzoek van de wetenschappers blijkt dat 8,2 procent van het menselijke genoom functioneel is. “We kunnen niet vertellen waar elk stukje van dit functionele DNA zich in ons genoom bevindt, maar onze aanpak is vrij van aannames en hypotheses,” stelt Lunter. “Zo is het niet afhankelijk van wat we van ons genoom weten of wat voor specifieke experimenten zijn gebruikt om de biologische functie te identificeren.” Als 8,2 procent van ons genoom functioneel is, wat is de rest dan? Dat is zogenoemd junk DNA. “We zijn geneigd om te verwachten dat al ons DNA iets doet,” stelt onderzoeker Chris Rands. “In werkelijkheid doet slechts een klein deel iets.”

Niet allemaal even belangrijk
De onderzoekers wijzen erop dat niet alle stukjes DNA die tot het functionele DNA behoren even belangrijk zijn. Iets meer dan één procent van het menselijk DNA is verantwoordelijk voor de eiwitten die bijna alle belangrijke biologische processen in het lichaam regelen. De overige zeven procent is betrokken bij het aan- en uitzetten van genen die eiwitten coderen. “Welke eiwitten waar en wanneer aangezet worden, moet gecontroleerd worden en de zeven procent gaat daarover,” legt Rands uit.

Zoals gezegd bestudeerden de onderzoekers niet alleen de functionaliteit van het menselijk genoom. Ze keken ook naar het genoom van onder meer muizen, paarden en honden. Uit het onderzoek blijkt dat zoogdieren die nauwer aan elkaar verwant zijn ook een groter deel van hun functionele DNA gemeen hebben. Wanneer we het genoom van muizen en mensen naast elkaar leggen, vallen de overeenkomsten echter mee. Slechts 2,2 procent van ons functionele DNA delen we met muizen. Dat komt doordat het regelgevende DNA (de zeven procent) in de tachtig miljoen jaren waarin muizen en mensen zich afzonderlijk ontwikkeld hebben, sterk veranderd is. “Regelgevend DNA is veel dynamischer dan we dachten,” stelt Lunter. “Het feit dat we slechts 2,2 procent van ons DNA gemeen hebben met muizen laat echter niet zien dat we heel anders zijn,” benadrukt onderzoeker Chris Ponting. “We zijn niet zo speciaal. Elk zoogdier heeft ongeveer dezelfde hoeveelheid functioneel DNA. En ongeveer dezelfde verdeling van functioneel DNA dat heel belangrijk en minder belangrijk is.”

 

 

°

2012

http://www.sciencepalooza.nl/2012/09/%e2%80%98junk%e2%80%99-dna-heeft-eindelijk-een-functie/#comments

30.09.2012

JUNK  DNA en FUNCTIES   
‘Junk’ DNA heeft eindelijk een functie

8 reacties

Jarenlang werden de stukken DNA tussen onze genen letterlijk weggezet als afval – junk DNA.  Deze term werd in 1972 door de Japanse wetenschapper Ohno geopperd; hij voorspelde dat er een bovengrens  was aan  het aantal genen in zoogdieren (30.000) en dat de rest van het DNA niks doet. Hij bleek met zijn voorspelling niet ver naast het correcte aantal te zitten.

Maar uit een grote publicatie begin september van 30 artikelen met veel nieuwe informatie over ons genoom, blijkt dat ons junk DNA niet langer zonder nut is, maar een zeer grote regulerende rol heeft over onze genen. Het lijkt erop dat we nu zelfs meer variatie hebben in deze regulerende DNA-elementen dan in onze genen. Verschillen tussen individuen kunnen we nu waarschijnlijk ook beter verklaren.

Human Genome Project
Na voltooiing van het Human Genome Project in 2003 bleek de mens twintig- tot vijfentwintigduizend genen te bezitten; slechts het dubbele van een ‘simpel’ organisme als de fruitvlieg. Genen worden gebruikt om alle eiwitten in ons lichaam te produceren (en noemen we daarom protein-coding DNA). Maar genen beslaan slechts 2% van ons genoom. Het overige non-coding DNA (en dus niet junk DNA), leidt niet tot de vorming van eiwitten. Er heerste veel onbegrip over de functie van non-coding DNA.

Wetenschappers begrepen maar niet waarom, na een evolutionair proces van miljarden jaren, er zoveel onnuttige informatie in ons DNA zou zitten.

  1. OPGELET  twee wijdverbreide misverstanden liggen ook hier op de loer    nml. dat

    1) we dachten dat er veel junk-DNA was alleen maar omdat we geen functie konden bedenken en

    1. ENCODE krijgt in dit stuk, net als in erg veel andere beschrijvingen die ik elders heb gezien, teveel toegeschreven: er was al langer vermoed dat delen van  het “junk” DNA wel degelijk een functie kunnen hebben (zie epigenetica ) . Als men dat niet had vermoed, zou het consortium helemaal niet zijn opgezet…..

    2) dat we nu de functie weten voor 80% van het menselijk genoom.

    ° de  uitspraken  van ENCODE over junk-DNA zijn   vreselijk overdreven.

    Het is niet zo dat we hele lappen van het genoom als “junk” hebben gelabeld omdat we niet wisten wat het deed. Er zijn een aantal argumenten die aantonen dat er wel degelijk veel junk in ons genoom zit:

    1) Ons genoom KAN niet helemaal functioneel zijn, omdat onze soort dan zou bezwijken aan mutatiedruk.

    2) Er bestaat een grote hoeveelheid variatie in genoomgrootte: Salamanders hebben een 10-maal groter genoom dan wij, longvissen 30-maal. Het is onwaarschijnlijk dat dat allemaal functioneel is (dit staat bekend als de C-value paradox)

    3) Een groot deel van het menselijk genoom (40-50%) bestaat uit defecte transposons, zoals Alu. Deze elementen hebben zich waarschijnlijk uit zelfzuchtige motieven vermenigvuldigd (parasitair DNA).

    De ENCODE-resultaten hebben daar niets aan veranderd. Ze hebben laten zien dat veel stukken DNA eiwitten binden, zoals transcriptiefactoren en histonen, zoals Sidhartha boven prima beschreven heeft, maar ze hebben niet aannemelijk gemaakt dat al die schakelaars ook daadwerkelijk een cellulaire functie hebben:

    Om de analogie met schakelaars door te trekken: het is net zoals oude huizen vaak lichtschakelaars hebben die niet meer aangesloten zijn.

ENCODE
Onderzoekers begonnen al gauw te speculeren dat de sleutel tot onze complexheid als organisme wel eens in het onbegrepen stuk DNA zou kunnen zitten.

Zo werd negen jaar geleden het ENCODE consortium opgericht, een samenwerking van ruim 400 wetenschappers uit 32 onderzoeksinstituten. ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) had zich ten doel gesteld alle functionele elementen van het genoom te achterhalen. Deze aanpak heeft een schat aan informatie opgeleverd over de functies van non-coding DNA. De belangrijkste conclusie uit het hoofdartikel:  

80% van ons DNA vervult een biochemische functie in onze cellen.

(Over dit getal bestaat overigens nog  enige discussie: sommige wetenschappers vinden dat ENCODE wel een erg ruime definitie van het woord ‘functie’ heeft genomen.)

  1. reactie   “....Over dit getal bestaat overigens nog wel enige discussie...”

    Dat is wat zacht uitgedrukt. Van wat ik heb gelezen in de blogosfeer, is deze uitspraak van encode  volledige nonsens. Veel wetenschappers zijn het erover eens dat hoe nuttig de ENCODE-resultaten ook zijn, het helemaal niets zegt over junk-DNA. De storm van artikelen over “het einde van junk-DNA” wordt algemeen beschouwd als een mislukte PR-stunt.

    T. Ryan Gregory van GenomicronS heeft een lijstje bijgehouden van alle hype en de kritiek.

DNA-schakelaars en DNA-vouwing

Een van de interessantste vindingen zijn de 4 miljoen schakelaars in ons DNA die de activiteit van genen aan en uit kunnen zetten. Deze schakelaars kunnen zowel vlakbij (promotors) als verder weg (enhancers) van het gen zitten (zie plaatje).

In verschillende lichaamsceltypen zijn andere combinaties van deze functionele DNA-elementen actief, waardoor in elk celtype andere genen aan of uit staan.

Elk lichaamsceltype heeft zo dus een eigen genetische identiteit. Dit is ook nodig want in bijvoorbeeld een levercel moeten hele andere processen plaatsvinden dan in een huidcel.

Met deze nieuwe kennis in het achterhoofd heeft één ENCODE onderzoeksteam de vouwing van DNA in de cel onderzocht.

Aan DNA-schakelaars moeten eerst speciale eiwitten (transcriptiefactoren) binden om genen te activeren. Daarvoor zal het DNA – normaal met hulp van zogenaamde histon-eiwitten strak opgevouwen in de kern (zie plaatje) – op die plekken eerst ontvouwen moeten zijn. Wanneer DNA ontvouwen  wordt, een teken dat het wordt gebruikt in de cel, is het ook gevoeliger voor een enzym (DNase) dat het DNA op die plek in stukken knipt. Door gebruik te maken van deze eigenschap kun je uitvinden welke stukken DNA actief zijn in een bepaalde cel. Er wordt eigenlijk een soort ‘vingerafdruk’ van de cel gemaakt, iets wat de onderzoekers van ENCODE ook hebben gedaan. Door cellen nu bloot te stellen aan gifstoffen en/of geneesmiddelen kan men bestuderen hoe de ‘vingerafdruk’ verandert en daarmee achterhalen welke genen betrokken zijn.

De resultaten van ENCODE kunnen ook gebruikt worden om met een frisse blik oude onderzoeken opnieuw te bekijken. Een goed voorbeeld zijn de DNA-onderzoeken die het afgelopen decennium zijn uitgevoerd om de genetica van ziekten beter te begrijpen, zogenaamde genome-wide association studies. Hierbij werd gezocht naar mutaties in het hele genoom die gecorreleerd waren aan het voorkomen van een bepaalde aandoening.

In deze studies werden veel zogenaamde SNP’s gevonden, een verandering van één enkele letter in het DNA.

Een ENCODE onderzoeksteam heeft data van deze studies gekoppeld aan hun eigen data en vond dat slechts 12 procent van de SNP’s in genen zat. Het merendeel ligt echter in het non-coding DNA, en waarschijnlijk op een plek waar DNA-schakelaars liggen.

Door ENCODE kan men nu onderzoeken welke genen hierdoor worden beinvloed.

ENCODE zal ons nieuwe aanwijzingen geven over de oorzaken van verschillende ziekten en het zal hierdoor het biomedische  onderzoek in een flinke stroomversnelling brengen.

( de auteur van het artikel )

  1. Laat ik beginnen met te zeggen dat jullie kritiek over hoe ENCODE te veel eer krijgt en/of een overdreven PR heeft gevoerd , een terechte is. Daarom heb ik ook toegevoegd dat er wel enige discussie is over hun uitspraak dat ze van 80% van het genoom hebben bepaald dat het een biochemische functie heeft. Ik had er ook een link bijgevoegd en ik heb ook bewust voor deze link gekozen omdat het een ‘graceful and measured’ stuk was zoals wetenschapsblogger Ed Yong hier schrijft.

    http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2012/09/08/ive-got-your-missing-links-right-here-09-september-2012/

    Ed Yong geeft nog een aantal andere links naar blogs met kritiek op ENCODE.

    En hier nog een andere link naar een artikel van de hand van Faye Flam.

     http://ksj.mit.edu/tracker/2012/09/skeptical-takes-elevation-junk-dna-and-o

    Het artikel van Ed Yong geeft nog iets anders aan: namelijk, hoe moeilijk het is om in een stuk alle nuances en voorbehouden te stoppen, zowel het enthousiasme als de scepsis over het project te vangen, en er een coherent geheel van te maken voor een algemeen publiek én een wetenschappelijk publiek.

    Vooral dit laatste kan ik beamen.

    ENCODE  ZELF

    ENCODE logo.png

    ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements)

    http://en.wikipedia.org/wiki/ENCODE

    Junk-DNA

    De belangrijkste vondst van het  ENCODE PROJEKT  is dat in het menselijk ‘junk-DNA’ maar liefst vier miljoen genetische schakelaars liggen besloten. Deze schakelaars bepalen of een gen meer of minder actief wordt, zoals de dimmer op een schemerlamp.

    Het systeem van genetische schakelaars blijkt extreem complex. De computerberekeningen om de data te analyseren duurden bij elkaar opgeteld meer dan 300 jaar.

    ENCODE geeft een voorbeeld  van een   niet -coderende sequenties  met   biochemische functie

    http://eoswetenschap.eu/artikel/junk-dna-krijgt-eerherstel

    7 september, 2012

    …….. Een voorbeeld van één ‘verborgen’ functioneel element is een stukje RNA (een vorm van DNA die een boodschap kan overbrengen) dat voorlopig nog ‘incRNA’ wordt genoemd, en dat als een kleine schakelaar functioneert voor de genen die in de buurt liggen. ‘

    De incRNA’s werken als minuscule schakelaars in een gigantisch complex elektronisch netwerk. Zij bepalen welke proteïnen er door de genen worden aangemaakt, waar ze worden gemaakt (in welke soort cellen) en op welk tijdstip’, legt de Amerikaanse hoofdonderzoeker John Stamatoyannopoulos van de University of Washington in Seattle tijdens een telefonische persconferentie uit.

    ‘We kenden de incRNA’s al langer, maar het is dankzij ENCODE dat we ze voor het volledige menselijke genoom en voor verschillende biologische contexten beter hebben leren kennen. Ze treden nu echt op de voorgrond.

    En dat geldt ook voor de andere functionele elementen die we hebben kunnen identificeren in het junk-DNA.

    Ik zou zelfs durven zeggen dat we op termijn de status van het gen als kleinste eenheid van erfelijke informatie moeten gaan herzien, want deze elementen spelen zeker ook een niet te onderschatten rol in de overerfbaarheid van fysieke eigenschappen.’ 

ENCODE  en de  wereld van DNA

03 maart 2013

Het is oorlog in de wereld van de genetica. Het Encode-project, dat vorig jaar wereldwijd het DNA-onderzoek op zijn kop zette door te zeggen dat er meer DNA functioneel is dan men eerder dacht, ligt onder vuur bij collega-genetici. 

“Dit is geen werk van wetenschappers. Dit is het werk van een groep slecht opgeleide laboranten”.

Met deze woorden gaat Dr. Dan Graur van Houston University (Texas) de onderzoekers van het Encode-consortium te lijf in het vakblad Genome Biology and Evolution.

“Alles was Encode beweert is fout. Om te beginnen zijn hun statistieken vreselijk”, verkondigde de wetenschapper in de Britse krant The Guardian.

http://gbe.oxfordjournals.org/content/early/2013/02/20/gbe.evt028.full.pdf+html

http://blogs.scientificamerican.com/the-curious-wavefunction/2013/02/21/encode-applemaps-and-function-why-definitions-matter/

http://www.guardian.co.uk/science/2013/feb/24/scientists-attacked-over-junk-dna-claim

Encode (Encyclopedia Of DNA Elements, red.) is een project waarbij negen jaar lang meer dan vierduizend vorsers hebben gewerkt aan het ontrafelen van het menselijk DNA.

Tot voor kort was men ervan overtuigd dat slechts drie procent van het DNA functioneel is, .

De overige zevenennegentig procent werd bestempeld als ‘junk-DNA’. De onderzoekers van Encode verstomden echter in september 2012 de wetenschappelijke wereld. Zij concludeerden dat tachtig procent van het menselijke DNA een cruciale functie heeft in het lichaam.

Toch niet zo nutteloos

Encode verklaarde dat achttien procent van die nutteloos geachte DNA werkt als een soort schakelbord dat genen aan- en uitschakelt. Dit bepaalt of een cel een darmcel, spiercel dan wel niercel zal worden. Ook regelt het junk-DNA de hoeveelheid proteïnen die een bepaald gen moet produceren.

Die resultaten liggen nu onder vuur.

Graur en enkele onderzoekers van Johns Hopkins University (Baltimore) noemen de cijfers van Encode absurd.

“Omdat een stuk DNA biochemische activiteit vertoont, heeft het nog geen noemenswaardige functie in de cel”, aldus Graur.

Encode zou veel te snel concluderen dat DNA functioneel is.

Graur argumenteert dat de data van Encode niet betrouwbaar zijn en dat het project vooral slaagde op vlak van marketing en het creëren van een massahype.

Onderzoeksbudget is doorn in het oog

Dr. Ewan Birney van het Europees Instituut voor Bio-informatica is een van de onderzoekers achter Encode. Hij noemt de kritieken onterecht.

“De manier waarop men ons aanvalt, is oneerlijk en ongemotiveerd. Dr. Birney benadrukt dat de focus op de bijeengesprokkelde data moet liggen en niet op de hypotheses.

Volgens hem legt de discussie een te grote nadruk op het begrip ‘functioneel’.

De overvloedige data die zijn team heeft verzameld is bruikbaar voor geneeskundige en wetenschappelijke toepassingen in de toekomst. Volgens Birney is het grote budget waarover het Encode-consortium kon beschikken een doorn in het oog van Graur en andere critici.

Dr. Kevin Verstrepen, verbonden aan de KU Leuven en de VUB, zegt dat de waarheid ergens in het midden ligt.

“Graur haalt goede argumenten aan. De drie procent van ons DNA dat de genen bepaalt, is vrij resistent voor veranderingen. Fouten in ons DNA hebben meestal een negatief effect. In de functionele drie procent komen die fouten zelden voor. In het junk-DNA komen wel veel veranderingen voor. Dat ze zo vatbaar zijn voor veranderingen, is een indicatie dat ze geen sterke functie hebben.”

Evolutionaire speeltuin

Dr. Verstrepen haalt aan dat junk DNA, een term van Francis Crick, een te negatieve betekenis heeft gekregen.

Verstrepen beklemtoont dat ze misschien geen grote functie hebben, maar kunnen gezien worden als een evolutionaire speeltuin: ze bieden basismateriaal om verder te evolueren.

Verstrepen zegt dat de Encode-onderzoekers correct werk hebben geleverd.

“Heel veel erfelijke ziektes kunnen we niet plaatsen op het functionele DNA, maar op wat we junk DNA noemen. Dat DNA is misschien niet cruciaal, zoals het Encode-consortium beweert, maar heeft vaak wel een functie.”

Volgens hem is het in zekere zin waar dat Encode te sterke conclusies heeft getrokken en deze nogal krachtig geformuleerd heeft. Aan de andere kant stelt hij dat het niet eenvoudig is nuances aan te brengen wanneer je heel ingewikkelde genetische materie naar een breed publiek wil brengen.

Dr. Graur moet ook in eigen borst kijken wanneer hij Encode beschuldigt. “Met de stijl waarin hij Encode aanvalt maakt hij zich schuldig aan dezelfde praktijken die hij Encode verwijt”, aldus Verstrepen. V

Volgens hem heeft het consortium genoeg kanalen om zich te verdedigen. Deze discussie kan dan ook zelf nog tot interessante bevindingen leiden. (JB) 

Cryptogenomicon

http://selab.janelia.org/people/eddys/blog/?p=683

1.- Onderzoekers in de biologie weten al vijftig jaar dat genen worden gecontroleerd door regulerende elementen in niet-coderende DNA.
2.- Het is duidelijk dat in ieder geval de belangrijkste ENCODE papers niet zoiets beweren als wat de kranten publiceren
3.- Het menselijk genoom bezit veel junk-DNA

Maar genoomgrootte varieert nogal veel tussen verschillende soorten ….
Je zou kunnen denken dat blijkbaar meer complexe organismen, zoals de mens , meer DNA zouden moeten bezitten dan eenvoudiger organismen zoals eencellige amoeben, maar dat blijkt niet waar te zijn.
Salamanders hebben 10 X meer DNA dan wij; LONGVISSEN ongeveer 30 X meer.
____Misschien weten we niet echt weten hoe “complexiteit” te definiëren of te meten: misschien zijn we gewoon te antropocentrisch wanneer we denken dat we zelf een voorbeeld van ” grote (indien al niet de beste )
complexiteit ” zijn . Wie zegt dat amoeben minder complex zijn dan de mens? Ooit gekeken naar een amoebe? ____

De belangrijkste constatering is niet alleen dat heel verschillende wezens zeer verschillende genoom -maten bezitten maar vooral dat zelfs “hierarchisch geneste “soorten zeer verschillend genoom -maten kunnen hebben.

Dit feit, verrassend destijds, smeekte om een goede uitleg.
Als er twee soorten onderling vergelijkbaar zijn , maar waarbij hun genoom tot 10x kan verschillen in grootte, wat is al dat extra DNA dan voor nodig ?

Deze observatie over genoom maten (genaamd de ‘C-waarde’ paradox, om technische redenen) ondersteunde het idee dat een genoom misschien snel kon uitbreiden (en/of krimpen) (op een evolutionaire tijdschaal)
als gevolg van een aantal neutrale (niet-adaptieve) processen – Ofwel :
dat misschien vele organismen DNA zonder directe functionele effecten op het organisme zelf , moesten dulden ….. DNA dat evolutionair werd gecreëerd , in stand gehouden(en replicerend doorgegeven ) ;
in het bijzonder door ingebouwd geraakte neutrale mutaties en/ of zelfs parasitaire mechanismen in het(gastheer) genoom

Iemand noemde dat allemaal “junk” DNA, en dat was waarschijnlijk een ongelukkige term, want dat heeft veel mensen van bij het begin woest gemaakt ; het is immers nogal beledigend om iemand te vertellen dat zijn
prachtige huis vol staat vol met troep.

Een belangrijke ontdekking die een bevredigende verklaring van de C-waarde paradox leverde , was de ontdekking dat genomen, vooral die van dieren en planten , grote aantallen transposons (mobiele) elementen
bevatten .

Die Mobiele genetische elementen repliceren zich op de (meestal lichte) kosten van hun gastheer -genoom-replicatie mechanismen .

Zo bezit ongeveer 10% van het menselijke genoom ongeveer
een miljoen kopieën van het kleine beweegbare element genaamd Alu.

Een ander groot deel van het genoom bestaat uit een mobiele element L1.
Transposons zijn gelieerd aan virus-achtige taktieken , en we denken dat ze voor het grootste deel parasitair van aard zijn . Ze infecteren een genoom, repliceren zich , verspreiden en vermenigvuldigen zich ,
en uiteindelijk zullen ze sterven, muteren, en vervallen een/of , hun DNA-sequenties verliezen .

Soms zal een zich replicerend en hoppend Alu element aankomen op een andere plaats(locatie) in  het gastheer  genoom
waarbij het iets in dat genoom  om zeep helpt . Maar meestal zal een nieuwe Alu sprong gewoon ergens in de junk belanden zonder merkbaar effekt ( omdat het geen   echte of noodakelijke  functie binnen het gastheer genoom , vervult )

Het leek erop dat als we kijken naar al de verschillende genoom -maten, bijna alles van die” raadselachtige” grootte variaties kan worden wordt verklaard door het genoom te beschouwen als volgestouw met verschillende aantallen van krachtige en verschillende transposons.

Sommige wezens, zoals kogelvis, hebben slechts lage transposon – belastingen
Sommige wezens, zoals salamanders, longvis, amoeben, maïs, en lelies, zijn beladen met enorme aantallen transposons.

Het menselijk genoom bestaat ongeveer voor 50% uit transposon-afgeleide sequenties _____ net op de 50% grens waarbij iemand kan gaan beweren : “het menselijk genoom is meestal junk”
en iemand anders evengoed kan zeggen “het menselijk genoom is meestal geen junk “.

In 1980, verschenen twee belangrijke papers – door Orgel en Crick , en door Sapienza en Doolittle – mooi en uitgebreid en met het argument dat het genoom “egoïstisch”( selfisch ) of “junk” DNA, bevat ….. grotendeels transposon-afgeleide sequenties en in soms vrij grote hoeveelheden

Ze waren wel zo voorzichtig te verklaren  dat , bijvoorbeeld, het verrassend zou zijn als de evolutie niet af en toe sommige nuttige functies uit deze deze grote hoeveelheid extra DNA-sequentie zou kunnen ineen prutsen
Sterker nog, we vinden nu vele interessante voorbeelden van transposon-afgeleide spullen die worden/werden gecoöpteerd voor organismale functies (maar dit zijn de uitzondering, niet de regel).

Zonder te proberen om hatelijke of pedant academisch te zijn , houd ik er rekening mee dat  ze beide papers en  hun auteurs onvermeld laten noch citeren  /
Dat  betekent, (ongeacht wat we lezen in de kranten) dat ENCODE eigenlijk niet probeerde hun (goed ondersteunde ) gegevens (over het junk DNA ) te interpreteren

Transposon afgeleide sequenties zijn het schoolvoorbeeld van “junk DNA” omdat we positief kunnen identificeren wat transposon-afgeleide sequenties zijn en wat niet , dmv een geautomatiseerde analyse en reconstructie van de evolutionaire geschiedenis van transposon- invasies van de  genomen.
Er is kans op ander niet-functioneel DNA “junk” in het DNA die we op dit moment niet kunnen herkennen , maar het belangrijkste punt is dat de dode restanten van vele transposons iets voorstellen wat we met een hoge mate van waarschijnlijkheid (nog steeds ) kunnen indentificeren –

Niet-coderende DNA is deels junk, deels regulatorisch , deels onbekend

Het is cruciaal om te beseffen  dat “niet-coderende” DNA  GEEN  synoniem is   voor “junk” DNA.  Het  huidige model  van het menselijke genoom, dat ENCODE nu systematisch en volledig bevestigd en  heeft  uitgebreid, is dat het ongeveer 1% eiwit-codering(, in misschien ongeveer 20.000 “genen”) gemiddeld ongeveer 1500 basen omvat  (waarbij het begrip ” gen ” amorf, maar nuttig is , we kennen er eentje   als we eentje  zien ).

Genen worden aan-en uitgezet door regulerende DNA-gebieden, zoals promoters en versterkers(enhancers )  – zoals  reeds al vijftig jaar werd uitgewerkt r, te beginnen met hoe bacteriële virussen(bacteriofagen )  werken .

Bij dieren en  mensen, zitten er ( denkt de auteur )  misschien 10-20 regulerende gebieden per gen, elk misschien 100-300 basen lang, dus, heel ruw, misschien in de orde van ongeveer 1000-6000 grondslagen van coderende informatie tenbehoeve van regulatorische  sdequenties per  1500 codering bases in een gen.

I’m only giving hand-wavy back of the envelope notions here because it’s actually quite difficult to pin these numbers down exactly; our current knowledge of regulatory DNA sequences in detail is distressingly incomplete. Ik ben alleen het geven van de hand golvende achterkant van de envelop begrippen hier, want het is eigenlijk heel moeilijk om deze cijfers vastpinnen precies; onze huidige kennis van regulerende DNA-sequenties in detail is bedroevend onvolledig. That’s something that ENCODE’s trying to help figure out, in systematic fashion, and where a lot of ENCODE’s substantive value is. Dat is iets dat ENCODE probeert figuur te helpen, in een systematische manier, en waar veel ENCODE de inhoudelijke waarde. The point is, we already knew there was likely at least as much regulatory DNA as coding DNA, and probably more; we just don’t have a very satisfying handle on it all yet, and we thought we needed an ENCODE project to survey things more comprehensively. Het punt is, we al wisten dat er waarschijnlijk minstens zoveel regulerende DNA als coderend DNA, en waarschijnlijk meer, we gewoon niet hebben een zeer bevredigend handvat op het nog allemaal, en we dachten dat we nodig hadden een CODEREN project te overzien dingen uitgebreider.

So when you read a Mike Eisen saying “those damn ENCODE people, we already knew noncoding DNA was functional” , and a Larry Moran saying “those damn ENCODE people, there is too a lot of junk DNA” , they aren’t contradicting each other. Dus als je leest een Mike Eisen zeggen “die verdomde ENCODE mensen, wisten we al niet-coderende DNA was functioneel” , en een Larry Moran zegt “die verdomde ENCODE mensen, er is te veel junk-DNA ‘ , zijn ze niet tegenspreken elke andere. They’re talking about different (sometimes overlapping) fractions of human DNA. Ze hebben het over verschillende (soms overlappende) fracties van menselijk DNA. About 1% of it is coding. Ongeveer 1% van het coderen. Something like 1-4% is currently expected to be regulatory noncoding DNA given what we know (and our knowledge about regulatory sites is especially incomplete). Iets als 1-4% wordt momenteel verwacht dat de regelgeving niet-coderende DNA gegeven wat we weten (en onze kennis over de regelgeving sites is vooral incompleet) zijn. About 40-50% of it is derived from transposable elements, and thus affirmatively already annotated as “junk” in the colloquial sense that transposons have their own purpose (and their own own biochemical functions and replicative mechanisms), like the spam in your email. Ongeveer 40-50% van het is afgeleid van transposons, en dus bevestigend reeds geannoteerd als “junk” in de omgangstaal zin dat transposons hebben hun eigen doel (en hun eigen biochemische functies en replicatiemechanismen), net als de spam in uw e-mail . And there’s some overlap: some mobile-element DNA has been co-opted as coding or regulatory DNA, for example. En er is enige overlap: sommige mobiele-element DNA werd gecoöpteerd als codering of regulatoire DNA, bijvoorbeeld.

Now that still leaves a lot of the genome. Nu dat laat nog veel van het genoom. What’s all that doing? Wat is dat allemaal doen? Transposon-derived sequence decays rapidly, by mutation, so it’s certain that there’s some fraction of transposon-derived sequence we just aren’t recognizing with current computational methods, so the 40-50% number must be an underestimate. Transposon-afgeleide sequentie snel vervalt, door mutatie, dus het is zeker dat er een aantal fractie van transposon-afgeleide volgorde nog niet herkennen met de huidige computationele methoden, zodat het 40-50% nummer moet een onderschatting zijn. So most reasonable people (ok, I) would say at this point that the human genome is mostly junk (“mostly” as in, somewhere north of 50%). Dus de meeste redelijke mensen (ok, ik) zou op dit punt zeggen dat het menselijk genoom is meestal junk (“meestal” als in, ergens ten noorden van 50%).

At the same time, we still have only a tenuous grasp on the details of gene regulation, even though we think we understand the broad strokes now. Op hetzelfde moment, we hebben nog slechts weinig greep op de details van de genregulatie, hoewel we denken dat we nu begrijpen de grote lijnen. Nobody should bet against finding more and more regulatory noncoding DNA, either. Niemand zou inzetten tegen het vinden van meer en meer regelgeving niet-coderend DNA, ofwel. The human genome surely contains a lot of unannotated functional DNA. Het menselijk genoom bevat zeker veel unannotated functionele DNA. The purpose of the ENCODE project was to help us sort this out. Het doel van het ENCODE project was om ons te helpen dit uitzoeken. Its data sets, and others like them, will be fundamental in giving us a comprehensive view of the functional elements of the human genome. Zijn datasets, en anderen zoals zij, zal fundamenteel zijn in het geven van ons een uitgebreid overzicht van de functionele elementen van het menselijk genoom.

ENCODE’s definition of “functional” includes junk ENCODE’s definitie van “functionele” omvat junk

ENCODE has assigned a “biochemical function” to 80% of the genome. CODEREN heeft een “biochemische functie” tot 80% van het genoom toegewezen. The newspapers add, “therefore it’s not junk”, but that’s a critically incorrect logical leap. De kranten voegen, “daarom is het niet junk”, maar dat is een kritisch onjuiste logische sprong. It presumes that junk DNA doesn’t have a “biochemical function” in the sense that ENCODE chose to operationally define “function”. Zij veronderstelt dat junk-DNA niet een “biochemische functie” in de zin dat ENCODE ervoor gekozen om operationeel “functie” te definiëren. So in what sense did ENCODE define the slippery concept of biological function, to allow them to assign a human genome fraction (to two significant digits, ahem)? Dus in welke zin heeft ENCODE bepalen de glibberige begrip van biologische functie, om hen in staat stellen om een ​​menselijk genoom fractie (tot twee significante cijfers, ahem) toe te wijzen?

ENCODE calls a piece of DNA “functional” if it reproducibly binds to a DNA-binding protein, is reproducibly marked by a specific chromatin modification, or if it is transcribed. CODEREN noemt een stuk DNA “functionele” als het reproduceerbaar bindt aan een DNA-bindend eiwit, reproduceerbaar wordt gekenmerkt door een specifieke chromatine modificatie, of als het wordt getranscribeerd. OK. OK. That’s a fine, measurable operational definition. Dat is een prima, meetbare operationele definitie. (One might wonder, why not just call “DNA replication” a function too, and define 100% of the genome as biochemically functional, but of course, as Ewan Birney (the ENCODE czar) would tell you, I would never be that petty. No sir.) I am quite impressed by the care that the ENCODE team has taken to define “reproducibility”, and to process their datasets systematically. (Men kan zich afvragen, waarom niet gewoon bellen “DNA-replicatie” een functie ook, en bepalen 100% van het genoom als biochemisch functioneel, maar natuurlijk, als Ewan Birney (de ENCODE tsaar) je zou vertellen, zou ik nooit dat kleine . Nee meneer.) Ik ben behoorlijk onder de indruk van de zorg die de ENCODE team heeft genomen om “reproduceerbaarheid” te definiëren, en om hun datasets systematisch te verwerken.

But as far as questions of “junk DNA” are concerned, ENCODE’s definition isn’t relevant at all. Definitie, maar voor zover de vragen van “junk DNA” betreft, ENCODE is niet relevant bij allen. The “junk DNA” question is about how much DNA has essentially no direct impact on the organism’s phenotype – roughly, what DNA could I remove (if I had the technology) and still get the same organism. De “junk DNA” vraag is over hoeveel DNA heeft in wezen geen direct effect op fenotype van het organisme – ruwweg, wat DNA kon ik verwijderen (als ik de techniek) en nog steeds hetzelfde organisme. Are transposable elements transcribed as RNA? Zijn transposons getranscribeerd als RNA? Do they bind to DNA-binding proteins? Hebben ze binden aan DNA-bindende eiwitten? Is their chromatin marked? Wordt hun chromatine gemarkeerd? Yes, yes, and yes, of course they are – because at least at one point in their history, transposons are “alive” for themselves (they have genes, they replicate), and even when they die, they’ve still landed in and around genes that are transcribed and regulated, and the transcription system runs right through them. Ja, ja, en ja, natuurlijk zijn ze – omdat minstens op een punt in hun geschiedenis, transposons zijn “leven” voor zichzelf (ze hebben genen, ze repliceren), en zelfs wanneer ze sterven, hebben ze nog steeds in landden en om genen die worden getranscribeerd en gereguleerd, en de transcriptie-systeem loopt dwars door hen heen.

Thought experiment: if you made a piece of junk for yourself — a completely random DNA sequence! Gedachte-experiment: als je een stuk schroot voor jezelf gemaakt – een volstrekt willekeurige DNA-sequentie! — and dropped it into the middle of a human gene, what would happen to it? – En liet het in het midden van een menselijk gen, wat zou er gebeuren om het te? It would be transcribed, because the transcription apparatus for that gene would rip right through your junk DNA. Het zou worden getranscribeerd, omdat de transcriptie apparaat voor dat gen recht zou rippen via uw junk-DNA. ENCODE would call the RNA transcript of your random DNA junk “functional”, by their technical definition. ENCODE zou het RNA-transcript van uw willekeurige DNA junk “functioneel”, door hun technische definitie noemen. And if even it weren’t transcribed, that would be because it acted as a different kind of functional element (your random DNA could accidentally create a transcriptional terminator). En als zelfs dat niet getranscribeerd, dat zou zijn omdat het fungeerde als een ander soort functioneel element (een willekeurige DNA kan per ongeluk maak een transcriptiebeëindiger).

The random genome project De willekeurige genoomproject

So a-ha, there’s the real question. Dus a-ha, er is de echte vraag. The experiment that I’d like to see is the Random Genome Project. Het experiment dat ik graag zou willen zien is de Random Genome Project. Synthesize a hundred million base chromosome of entirely random DNA, and do an ENCODE project on that DNA. Synthetiseren honderd miljoen base-chromosoom van geheel willekeurige DNA, en geen CODEREN project op dat DNA. Place your bets: will it be transcribed? Plaats uw inzet: het zal worden overgeschreven? bound by DNA-binding proteins? gebonden door DNA-bindende eiwitten? chromatin marked? chromatine gemerkt?

Of course it will. Natuurlijk zal het.

The Random Genome Project is the null hypothesis, an essential piece of understanding that would be lovely to have before we all fight about the interpretation of ENCODE data on genomes. De Random Genome Project is de nul-hypothese, een essentieel stuk van begrip dat mooie voordat we aan alle strijd over de interpretatie van de gegevens te coderen op genomen zou zijn. For random DNA (not transposon-derived DNA, not coding, not regulatory), what’s our null expectation for all these “functional” ENCODE features, by chance alone, in random DNA? Voor willekeurige DNA (niet transposon-afgeleide DNA, geen codering, geen regelgeving), wat is onze null verwachting voor al deze “functionele” ENCODE functies, alleen door toeval, in willekeurige DNA?

(Hat tip to The Finch and Pea blog, a great blog that I hadn’t seen before the last few days, where you’ll find essentially the same idea.) (Hoed topje naar De Vink en Pea blog, een geweldige blog die ik niet eerder had gezien de laatste paar dagen, waar je in wezen hetzelfde idee vindt.)

Evolution works on junk Evolutie werkt op junk

Even if you did the Random Genome Project and found that a goodly fraction of a totally random DNA sequence was “functional”, transcribed and bound and chromatin-marked, would this somehow diminish your view of the human genome? Zelfs als je dat deed de Random Genome Project en vond dat een flink deel van een totaal willekeurig DNA-sequentie was “functioneel”, getranscribeerd en gebonden en chromatine-gemarkeerde, zou dit een of andere manier verminderen uw weergave van het menselijk genoom?

Personally, I don’t think we can understand genomes unless we try to recognize all the different noisy, neutral evolutionary processes at work in them . Persoonlijk denk ik niet dat we kunnen begrijpen genomen tenzij we proberen om alle verschillende erkennen luidruchtig, neutraal evolutionaire processen aan het werk in hen . Without “noise” — without a background of specific but nonfunctional transcription, binding, and marking — evolution would have less traction, less de novo material to grab hold of and refine and select, to make it more and more useful. Zonder “ruis” – zonder een achtergrond van specifieke, maar niet-functionele transcriptie, binding, en markering – evolutie zou minder grip hebben, minder de novo materiaal te houden van en te verfijnen grijpen en te selecteren, om het meer en meer bruikbaar te maken. Genomes are made of repurposed sequence, borrowed from whatever happened to be there, including the “junk DNA” of invading transposons. Genomen zijn gemaakt van hergebruikt volgorde, geleend van wat er gebeurd om er te zijn, met inbegrip van de “junk DNA” van binnenvallende transposons.

As Sydney Brenner once said, there’s a difference between junk and garbage; garbage is stuff you throw out, junk is stuff you keep because it just might be useful someday. Zoals Sydney Brenner zei ooit, er is een verschil tussen rommel en vuilnis, vuilnis is dingen die je eruit gooien, junk is dingen die je te houden, want het zou wel eens nuttig zijn.

Conflict of interest/full disclosure: I was a member of the national advisory council to the NIH National Human Genome Research Institute at the time ENCODE was conceived and planned – so I’m not quite as innocent and disinterested in policy questions of NIH NHGRI big science projects and media engagement strategy as this post may have made it sound. Belangenconflict / full disclosure: ik was een lid van de nationale adviesraad voor de NIH National Human Genome Research Institute op het moment ENCODE is bedacht en gepland – dus ik ben niet zo onschuldig en belangeloze in beleidsvragen van NIH NHGRI grote wetenschappelijke projecten en media engagementstrategie als deze post kan het geluid gemaakt hebben.

http://sandwalk.blogspot.be/search/label/Genes

Mijn foto

18 september 2012

ENCODE project is een mijlpaal, maar 80% functioneel dna roept vragen op

Nota  : 

  • ……when further questioned as to how much of this ‘functional’ DNA was actually important or necessary to cell processes one of the leads of the Genome project , downgraded the estimate to around 40% (which is probably finger-in-the-air but gives an idea).

Op 20 september 1952 werd door Alfred Hershey en Martha Chase aangetoond dat DNA en niet eiwit de drager van de erfelijke informatie is: dat is exact 60 jaar geleden! Nog maar 60 jaar!

2012

Het ENCODE project (Encyclopedia of DNA Elements) is een mijlpaal in het genetisch onderzoek van de mens. Genetica begon met Mendel en met name met de herontdekking van Mendel in 1900. Ongeveer 50 jaar later werd de chemische structuurformule van DNA ‘ontdekt’ (of beredeneerd? of voorspeld?) door James Watson en Francis Crick (1953), en nog eens 50 jaar later (2001) werd de complete basevolgorde van het menselijke dna vastgesteld (Human Genome Project). In 2012, dat is maar 11 jaar later werd vastgesteld welke delen van het menselijk dna ‘actief’ zijn (ENCODE). ‘Actief’ is iets anders dan het aantal genen dat de mens heeft.

Hoeveel genen heeft de mens?

2001

In 1999 dus 2 jaar voor de afronding van het HGP, schatte de bekende evolutie-bioloog John Maynard Smith het aantal genen van de mens op 60.000 tot 80.000 [1]. Als het om eiwit-coderende genen gaat is dit in onze ogen belachelijk hoog, maar het was toen de gangbare opvatting [2]. ‘Genen’ waren toen vrijwel synoniem met ‘eiwit coderend dna’. Er waren zelfs nog hogere schattingen. Eén jaar vóór de afronding van het Human Genome Project werd het aantal genen teruggebracht van 120.000 naar 81.000. Midden jaren 80 stond in verscheidene handboeken het berekend aantal van 100.000 genen [3]. In het boek dat Nature ter gelegenheid van de afronding van het Human Genome Project in 2001 publiceerde wordt er gesproken over 30.000 – 40.000 genen [3]. Enigzins teleurgesteld werd er bij gezegd: only about twice as many as in worm or fly! Let op de grote spreiding! Het waren schattingen (predictions). Dit is toch best opvallend als je bedenkt dat de dna sequence bekend was. Uit die tijd dateert ook het beroemde percentage van 1,5% van het menselijke dna dat codeert voor eiwitten.

‘Niet-coderend’ dna
In 2001 was er niet veel aandacht voor niet-coderende genen, d.w.z. genen die alleen RNA produceren en geen eiwit. De schatting was dat er ‘duizenden’ niet-coderende RNAs zouden bestaan, maar met zekerheid slechts enkele honderden [3:p.105).

ENCODE: hoeveel genen heeft de mens?
Volgens ENCODE [4]:

20.687 protein-coderende genen
18.441 RNA-genen
_____________________
39.128 genen totaal    (*1)

Grappig dat we met dit aantal weer terug zijn op het peil van 2001! En dan heb ik nog niet meegerekend dat eiwit-coderende genen gemiddeld ongeveer 4 verschillende eiwitten produceren (tgv alternative splicing) waardoor er plm. 80.000 eiwitten worden geproduceerd, waardoor we terug zijn bij de schattingen van eind jaren 90. Zou je kunnen zeggen. Wat zeker opvalt is dat het aantal RNA-genen enorm omhooggeschoten is ten opzichte van 10 jaar geleden. Bijna net zoveel als ‘gewone’ genen. En dan heb ik nog niet genoemd 11.224 pseudogenen: ‘dode’ genen waarvan een deel soms in sommige celtypen in sommige individuen afgelezen wordt. Die tel ik even niet mee.

Hoeveel dna is functioneel?
De controversiële claim van ENCODE is dat 80% van het menselijk dna ‘biochemisch functioneel’ is. Maar hun definitie van ‘functioneel’ is heel ruim:

“Operationally, we define a functional element as a discrete genome segment that encodes a defined product (for example, protein or non-coding RNA) or displays a reproducible biochemical signature (for example, protein binding, or a specific chromatin structure).” [4]                  (2)

Vrij vertaald: 80% van het menselijk dna ‘doet iets’. Dit is een veel ruimere defintie dan gebruikelijk in de (evolutie)biologie. In de evolutie betekent ‘functioneel’ dat iets survival value heeft (fitness). Maar de taak die ENCODE zichzelf gesteld heeft is alle activiteit van alle dna vast te stellen in dat is inclusief modificaties van histonen die aan dna vastzitten. En ook als het dna maar in één celtype actief is. Zo heeft ENCODE de activiteit in 147 verschillende celtypes getest. Dat is nieuw. Het gaat om de totaliteit. Wil je een compleet overzicht dan moet je alles meenemen. Zo is die 80% ontstaan.

Nog maar een paar jaar geleden stond in een standaardwerk [5] dat van een typisch genome één derde (33%) wordt afgelezen (dat heet: transcriptome omdat het op transcriptie gebaseerd is, dat is de productie van RNA). Volgens ENCODE is dat nu 62%. De rest is betrokken bij histonen, en andere eiwitten die aan dna binden. Van die 62% is de meerderheid intronen, want die worden ook afgelezen, maar daarna er uit geknipt (splicing).

Maximum aantal genen?
Zou het menselijk genoom echt 100.000 ‘genen’ kunnen hebben? [10] Of een miljoen??? Volgens Manfred Eigen [6] kan een organisme niet onbeperkt veel genen hebben omdat die informatie iedere generatie betrouwbaar gecopieerd moet worden en mutaties zullen zich op den duur ophopen zodat de originele informatie verloren zal gegaan. Anders gezegd: het aantal informatie dragende bases heeft een maximum. Dat wordt bepaald door de mutatiefrequentie. De maximale mutatiefrequentie is het omgekeerde (reciprocal) van het aantal informatie dragende bases. Dus heb je een mutatiefrequentie van 1 op de miljoen dan zal het maximum aantal informatieve bases 1 miljoen zijn.

We moeten dus genen omrekenen in bases. Schattingen in de literatuur voor het totaal aantal relevante bases (exons) van de mens is 30 miljoen bases (30 Mb) verdeeld over 180.000 exons [7]. Als je het aantal RNA genen erbij optelt zou je grofweg op 60 miljoen bases komen (schatting!). Verder hebben we nog dna dat betrokken is in gen regulatie. Volgens ENCODE [8] zou dat tenminste zo veel bases in beslag nemen als eiwit-coderende genen, dus tenminste nog eens 30 miljoen. Totaal: tenminste 90 miljoen bases. Uit de literatuur [9] blijkt dat de mutatiefrequentie in de orde van 1 op de 100 miljoen is. De menselijke soort zou dus net zoveel significant dna hebben dat hij kan onderhouden. Te mooi om waar te zijn? Gezien het feit dat het berekeningen op de achterkant van een bierviltje gemaakt zijn, lijkt dat inderdaad te mooi om waar te zijn!

Postscript  
(19 – 23 sept):

Als we die 80% functioneel dna omrekenen naar bases: 80% van 3,2 miljard bases =  2,56 miljard bases, dan is niet in te zien hoe die bases onderhouden kunnen worden als er een mutatiefrequentie is van 1 : 100 miljoen (1 : 10-8) per generatie! Het menselijke genome zou maximaal 100 miljoen bases functioneel dna kunnen bevatten. Dat is 3,1% van het totale dna. ENCODE komt neer op ruim 25x hoger! Daar kom ik zeker nog een keer op terug!

Populatiegeneticus en evolutiebioloog Joe Felsenstein heeft bevestigd dat de error threshold een onafhankelijk argument tegen 80% functioneel dna in het menselijk genome is (hier).

Een onafhankelijke (ruwe) berekening gebaseerd op “very roughly, maybe on the order of about 1000-6000 bases of noncoding regulatory information per 1500 coding bases in a gene” (Sean Eddy):

aantal bases in genen:        20.687 x 1500 = 31.030.500 bases
aantal bases in regulators: 20.687 x 3500 = 72.404.500 bases
totaal:                                                           103.435.000 bases
in het menselijk genome die er toe doen.

Dus 103 miljoen komt heel aardig overeen met mijn berekening gebaseerd op het idee van Manfred Eigen [6] (nl 100 miljoen)!

Postscript 3 Okt 2012
“Mammalian conservation suggests that ~5% of the human genome is conserved due to noncoding and regulatory roles ” [11]. Dit is dus méér dan alleen eiwit-coderende genen (“Short noncoding RNAs are as strongly constrained as protein-coding regions”) en méér dan de schatting 3,1% hierboven.
Een onafhankelijk manier om het percentage functioneel dna te bepalen is misschien het perc. dna dat in zoogdieren geconserveerd (constrainted, conserved) is?

Noten

  1. John Maynard Smith (1999) The Origins of Life  (p.16).
  2. Mark Ridley (2000) Mendel’s Demon meldt 60.000 genen, tabel op p. 82.
  3. Carina Dennis, Richard Gallagher (2001) The Human Genome. Palgrave. p. 19; p.67; p.72; p.110; p.112.
  4. The ENCODE Project Consortium: ‘An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome‘, Nature 57-74 6 sep 2012 (Open Access). “we annotated 8,801 small RNAs and 9,640 long non-coding RNA (lncRNA) loci” dus totaal 18.441 RNA genen.
  5. James Watson et al (2008) Molecular Biology of the Gene (sixth ed.), p.705.
  6. Manfred Eigen (1996) Steps Towards Life, p.20:  “the longer a sequence is, the more accurate its reproduction must be, otherwise errors accumulate in successive generations and the original information is lost”.
  7. Targeted Capture and Massively Parallel Sequencing of Twelve Human Exomes.
  8. “raising the possibility that more information in the human genome may be important for gene regulation than for biochemical function.” zie: [4].
  9. Joris A. Veltman & Han G. Brunner (2012) De novo mutations in human genetic disease Nature Reviews Genetics 13, 565-575 (August 2012).
  10. In: Peter Sudbery (1998) Human Molecular Genetics, p. 36 wordt genoemd dat het theoretisch maximum bij de mens 100.000 genen zou zijn gebasserd op o.a. het aantal gemuteerde genen dat tolerabel zou zijn (maar is schatting!).
  11. Lucas D. Ward (2012) Evidence of Abundant Purifying Selection in Humans for Recently Acquired Regulatory Functions, Science 28 September 2012

uit de reacties 

(*1)

Wat ik niet gemeld had was dat het totaal aantal bases in het menselijk genoom 3,2 miljard bases is. Daarom neem ik aan dat die 80% van 3,2 miljard is, dus 2,56 miljard. Dit is vele malen meer dan de 90 miljoen bases waar ik op uit kom.

Als die 2,56 miljard van belang zijn voor de fitness van het individu dan zou een dergelijke hoeveelheid informatie moeilijk of niet intact gehouden kunnen worden in de loop van de menselijke evolutie gezien de mutatiefrequentie. Het probleem dat ik beschreef in mijn blog wordt dus vele malen groter. In feite is 2,56 miljard significante bases niet intact te houden. Dat is het probleem.

(2)De controversiële claim van ENCODE is dat 80% van het menselijk dna ‘biochemisch functioneel’ is.

Het is  heel duidelijk hoe ze via een optelsom van de verschillende celtypen aan de 80% komen. Ewan Birney suggereerde dat als men meer celtypen zou meenemen in het onderzoek, men zelfs tot 100% ‘functioneel’ DNA zou kunnen komen.

Je hebt het over niet-coderende genen en omdat de terminologie in ENCODE toch al zo lastig is, is het misschien beter alles vanaf het begin van de discussie duidelijk te maken. Ik dacht dat per definitie genen eiwit-coderend waren.

RNA dat niet afgelezen wordt is geen gen. Dat wordt niet zo genoemd, ook in het artikel van ENCODE niet. Ze hebben het over RNA-elementen. Neemt niet weg, zoals ENCODE ook laat zien, dat dit niet een functie kan hebben.

°……Het begrip ‘RNA genes’ is geen interne contradictie. Je vindt het begrip bv hier: Non-coding RNA genes and the modern RNA world
Als genen stukken dna zijn met een begin en eind, die gereguleerd worden, net als coderende genen op bepaalde tijdstippen in bepaalde celtypen worden afgelezen, evt introns kunnen bezitten, wat is er fout aan het begrip rna genen?

De berekening op het bierviltje zou best eens kunnen kloppen.

Het is interessant dat ENCODE 2007 het heeft over’ biologically active’ en ENCODE 2012 over ‘biochemically active’ (jouw Zouden ze dat ‘verbeterd’ hebben ?

°  Nog even een linkje naar dit blog van ‘the finch and pea’ van Mike White. Een mooie nabeschouwing over het junk DNA en een     kritiek op het ijverig uitrekenen van de percentages. Vooral de laatste alinea is prachtig.
http://thefinchandpea.com/2012/09/20/the-non-functional-concept-of-genome-function/#more-6686

°  Echter ,  hun definitie van ‘functioneel’ is heel ruim:
“Operationally, we define a functional element as a discrete genome segment that encodes a defined product (for example, protein or non-coding RNA) or displays a reproducible biochemical signature (for example, protein binding, or a specific chromatin structure).” [4]

Gerdien de Jong

Vrij vertaald: 80% van het menselijk dna ‘doet iets’.

Dat is een heel vrije vertaling, maar het geeft wel aan waar het probleem met ‘functional’ hier ligt. ‘A reproducible biochemical structure‘ kun je niet zonder meer vertalen in ‘iets doen’.

http://selab.janelia.org/people/eddys/blog/?p=683
“Thought experiment: if you made a piece of junk for yourself — a completely random DNA sequence! — and dropped it into the middle of a human gene, what would happen to it? It would be transcribed, because the transcription apparatus for that gene would rip right through your junk DNA. ENCODE would call the RNA transcript of your random DNA junk “functional”, by their technical definition.”

° Om te concluderen dat DNA ‘iets doet’ moet je laten zien wat het doet: dat is niet gebeurd. 

° Inderdaad de definitie van functioneel is het probleem. Testen wat het fenotypisch effect is van duizenden rna transcripts en duizenden dna-eiwit complexen is werk voor duizenden biologen van deze en de komende generaties.

Nog interessanter dan een stukje random dna in een gen laten integreren is het ‘The random genome project: Synthesize a hundred million base chromosome of entirely random DNA, and do an ENCODE project on that DNA’. Dat is niet zomaar interessant, het is het verplichte CONTROLE experiment!

Zonder dat kun je de data van ENCODE niet interpreteren. Maw je moet weten wat een groot stuk random dna voor activiteiten vertoond met de ENCODE testen. Ik heb geleerd dat controles de essentie zijn van een wetenschappelijk experiment. Zo’n controle heeft ENCODE niet gedaan. Wel reproduceerbaarheid, maar dat is niet genoeg. 

°Maar wat nu als die biochemische modificaties van dna en histonen die ENCODE gevonden heeft, geen enkel effect hebben op het fenotype van de drager? op zijn gezondheid? op de evolutionaire fitness (aantal nakomelingen)? dwz evolutionair neutraal zijn?

°Waarom mag iets niet evolutionair neutraal zijn?. Als iets “displays a reproducible biochemical signature (for example, protein binding, or a specific chromatin structure)”, is het dan niet gewoon ook belangrijk, onafhankelijk of het iets doet met het fenotype etc?

°…..Het gaat er niet om of het belangrijk is, maar dat de auteurs duidelijk moeten zijn: iets ‘functioneel’ noemen terwijl je in de verste verte de functie niet kent, is misleidend of tenminste uitermate verwarrend.

°ENCODE doet goed onderzoek maar hun taalgebruik is ontzettend verwarrend. gedeetelijk komt dit ook omdat het genoom op biochemisch niveau zelf zeer verwarrend is. Maar je hoeft het daarom nog niet verwarrend te omschrijven!!!

In de evolutiebiologie zijn we al gewend aan split genes: introns middenin genen die wel afgelezen worden maar daarna uitgeplitst en afgebroken. en we zijn gewend aan neutrale variatie in base verschillen (Kimura).

Maar er worden kennelijk ook vele stukken dna afgelezen (=transcriptie) ver buiten plekken waar een gen ligt. Daarvan zegt ENCODE dus dat ze evolutionair neutraal zijn: ze hebben geen aantoonnare functie (geen eiwit of regulator functie):
“no specific benefit to the organism” = dragen niet bij aan de evolutionaire fitness. Daarom is het zeer verwarrend om dat desondanks ‘biologically active‘ te noemen.
ENCODE suggereert dat die stukken dna ‘probeersels’ zijn van evolutie: doet het iets waar het organisme achteraf baat bij heeft (fitness verhogend) en dan gaat selectie dat bevorderen. Zoiets is aangetoond voor bijv. transposons die heel soms per ongeluk een gunstig effect hadden op het organisme.
Maar we blijven voorlopig met een genoom zitten dat een heleboel activiteiten vertoond waarvan we geen flauw idee hebben waar het goed voor is.

 

 

 

 

DNA needs to interact with proteins and RNA to direct the activity of a cell. ENCODE is attempting to catalog these interactions.

http://arstechnica.com/staff/2012/09/most-of-what-you-read-was-wrong-how-press-releases-rewrote-scientific-history/
http://arstechnica.com/science/2013/05/carnivorous-plant-has-deleted-most-of-its-junk-dna/

 

°