Eva Jablonka is hoogleraar aan het Cohn Institute for the History and Philosophy of Science and Ideas van de universiteit van Tel Aviv. Samen met Marion J. Lamb schreef ze Epigenetic Inheritance and Evolution (1995) en Evolution in Four Dimensions: Genetic, Epigenetic, Behavioral, and Symbolic Variation in the History of Life (2006). In dit laatste boek bespreken en verklaren de auteurs recente ontdekkingen over genen, genetische ontwikkeling en evolutie, en ontwikkelen ze aan de hand daarvan een nieuw beeld van waar de natuurlijke selectie in de evolutie nu precies op ingrijpt. De afzonderlijke genen, waarvan vroeger gedacht werd dat er eigenschappen in opgeslagen liggen, blijken deel van een ‘genetisch netwerk’ van op elkaar inwerkende switches en genen, zoals de evo-devo heeft aangetoond (zie het voorgaande interview). Dit netwerk kan evenwel niets zonder de cel waarin het ligt ingebed. En de afzonderlijke cellen van een lichaam kunnen weer niets zonder elkaar. En de afzonderlijke lichamen, et cetera, tot de biosfeer aan toe.

Een mogelijke kritiek op evo-devo kan zijn dat het werkt met het oude idee van ‘command and control’: de switch geeft het commando en het gen voert dat uit, en laat daardoor aan de switch weten dat het zijn bevel heeft uitgevoerd, waarna de switch nogmaals een commando geeft of zwijgt. Dit idee van feedbackmechanismen in het genoom wordt door Jablonka en Lamb niet afgewezen, maar verfijnd tot een volledige netwerktheorie. Ze stellen de vraag hoe de communicatie tussen genen nu eigenlijk verloopt. Daarbij onderzoeken ze de inbreng van de omringende cel, van het lichaam waarvan de cellen deel zijn, en van de natuurlijke en sociale omgeving waarin die lichamen leven.

Daarmee raken Jablonka en Lamb aan een taboe in het neodarwinisme, het idee namelijk dat de omgeving een genetische variatie in het genoom kan sturen, terwijl de veroorzaakte veranderingen kunnen worden doorgegeven aan volgende generaties. Dit idee heet ‘overerving van verworven eigenschappen’ en staat ook bekend als lamarckisme. Taboe eraan is dat de evolutie een richting zou hebben, want gericht kan aansturen op adaptatie van een organisme aan zijn milieu. Volgens het huidige neodarwinisme kan dat nu juist niet. Variatie is willekeur, de evolutie heeft geen einddoel, de mens is een schitterend ongeluk. Bij dat dogma plaatsen Jablonka en Lamb vraagtekens. Wie niet alleen op afzonderlijke genen let, maar op de interactie tussen genen en de cel waarin ze liggen ingebed, ziet dat er naast een genetische dimensie van de evolutie ook een aan de cel gebonden, ‘epigenetische’ dimensie bestaat. Bovendien hebben Jablonka en Lamb oog voor de invloed van gedrag op de evolutie, ja zelfs voor culturele of ‘symbolische’ invloeden erop, met als voorbeeld de taalontwikkeling bij de mens.

In een telefoongesprek met Tel Aviv ondervroeg ik een uur lang professor Jablonka, waarbij we beiden gebruikmaakten van een tweede taal, het Engels, dat onze bedoelingen niet altijd even precies liet doorkomen als we soms wilden. Voor de fijne details verwijs ik naar de boeken vermeld aan het eind van het interview.

AM: Er lijkt sprake te zijn van een paradigmaverschuiving of op zijn minst van een tendens in de richting van een nieuwe synthese in de evolutiebiologie, waarin meer aandacht is voor ontwikkeling. Evolutie gaat tegenwoordig niet alleen over natuurlijke selectie, maar ook over de vraag hoe variatie tussen organismen en soorten mogelijk is. Deze variatie wordt meestal als iets willekeurigs gezien, maar u bent er meer en meer van overtuigd dat ze een bepaalde richting volgt. Van genen is lang aangenomen dat ze relatief stabiel zijn, maar u zegt dat variatie en mutatie eerder regel dan uitzondering zijn. U beschrijft vreemde celmechanismen die genmutaties proberen te herstellen op het niveau van het dna en rna. Is er werkelijk een paradigmaverschuiving gaande?

EJ: Het hangt ervan af aan wie je het vraagt. Sommige mensen hebben het liever niet over paradigmaverschuivingen of revoluties en beweren dat de evolutiebiologie net een bananenrepubliek is, dat er om de zo veel jaar weer iemand roept dat er een revolutie is, maar dat uiteindelijk alles bij het oude blijft, bij het oude vertrouwde darwinisme van de Moderne Synthese. Dat is volgens mij een karikaturale voorstelling van zaken, een handige poging om vast te houden aan de conventie door de ‘revolutionairen’ belachelijk te maken. Er is wel degelijk een verschuiving gaande in de moderne biologie, zowel op algemeen als op theoretisch vlak, omdat de evolutietheorie – een zeer fundamentele theorie – ingrijpend wordt herzien.

De Moderne Synthese die tussen 1940 en 1960 moeizaam tot stand is gekomen voldoet naar mijn idee niet langer. Dat betekent niet dat we die synthese helemaal moeten verwerpen, want er zijn toen veel nieuwe inzichten ontstaan waaraan we vasthouden. Maar onze opvattingen over fundamentele onderwerpen – wat erfelijkheid is, wat er wordt overgeërfd, hoe dat gebeurt en hoe variatie ontstaat – zijn heel anders dan in de jaren vijftig. En omdat onze opvattingen over erfelijkheid veranderd zijn, moeten we ook onze kijk op de evolutie bijstellen, want die twee zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Als erfelijkheid ontwikkelingsaspecten heeft, als er erfelijke variaties voorkomen die tijdens de ontwikkeling worden gevormd, dan is het tijd voor een andere synthese van ontwikkeling, erfelijkheid en evolutie dan vijftig jaar lang gebruikelijk was. En daar wordt op allerlei gebieden al aan gewerkt.

U zei dat selectie niet meer zo belangrijk is. Hopelijk heb ik niet die indruk gewekt. Selectie is naar mijn idee zeer zeker van belang, maar de variatie waarop ze inwerkt komt niet geheel richtingloos tot stand. De waargenomen variatie, waarop de selectie inwerkt, is het resultaat van interne mechanismen en is over het algemeen niet volkomen random. Daarmee wil ik niet zeggen dat er geen willekeurige variatie zou bestaan. Willekeur is een grote scheppende kracht, omdat er geheel nieuwe, onverwachte levensvormen uit kunnen ontstaan: de toekomst is niet zomaar een voortzetting van het verleden. Willekeur bestaat en heeft altijd een zekere invloed, maar langzaam maar zeker beginnen we ook in te zien dat dit niet het hele verhaal is of kan zijn. Evolutie wordt op allerlei manieren beïnvloed door ontwikkelingsprocessen, en dan doel ik vooral, maar niet uitsluitend op epigenetische systemen.

De eerste van de vier evolutionaire dimensies in uw boek is de genetische dimensie…

Maar de genetische dimensie staat niet op zichzelf. Als je ervan uitgaat dat genetische variatie wordt beïnvloed door ontwikkelingsprocessen, zul je ook de systemen moeten beschrijven die bijdragen aan het ontstaan van deze variatie. Ontwikkelingssystemen doen hun werk in het organisme op het niveau van de cellen, dus niet alleen dat van het genoom. Epigenetische systemen ‘exploiteren’ het genetisch materiaal, dat als voedingsbodem dient.

Maar in uw boek is zelfs de genetische dimensie al veel complexer dan de gebruikelijke voorstelling van hoe genen werken en muteren…

In het oude model wordt uitgegaan van genoomreplicatie waarbij soms fouten optreden, of van allerlei mutagene stoffen die op het genetisch materiaal inwerken, waardoor er ook fouten ontstaan. Variaties waren gewoon fouten. En omdat die nu eenmaal willekeurig zijn, werd de scheppende kant van de evolutie geheel toegeschreven aan de natuurlijke selectie. Tegenwoordig begrijpen we beter wat er zich in het genetisch systeem afspeelt. Laat me dat toelichten met een verschijnsel dat overal ter wereld in laboratoria wordt onderzocht.

Je neemt een plantensoort en kruist die met een andere. Het resultaat is een hybride. In deze hybriden treedt soms een duplicatie van het aantal chromosomen op. Zo’n hybride noemen we een allopolyploïde. In het dubbele genoom van de hybride gebeurt van alles, er vinden ingrijpende veranderingen plaats, zowel van epigenetische als genetische aard. Het DNA muteert. En het interessante is dat deze mutaties, tenminste in een aantal gevallen, niet willekeurig blijken te zijn. Als je van dezelfde soorten nogmaals een hybride maakt en de chromosomen tot duplicatie aanzet, zie je weer precies hetzelfde veranderingsspectrum in het DNA ontstaan.

Over wat voor veranderingen hebben we het dan?

Over grootschalige reorganisatie, duplicatie en vermenigvuldiging. Soms verandert maar liefst 10 procent van het genoom. Je zou kunnen zeggen dat het hele genoom opnieuw wordt georganiseerd, gestructureerd. Omdat zulke mutaties herhaalbaar zijn, kun je ze niet afdoen als willekeurig. Zeggen dat ze daarom adaptief zijn, gaat echter te ver. We weten domweg nog niet genoeg om te kunnen zeggen of die mutaties worden beïnvloed door signalen uit de omgeving en of er mechanismen zijn die op zulke signalen reageren met aanpassing. Maar van willekeur is beslist geen sprake. Daarvoor is het allemaal veel te specifiek, te herhaalbaar. Een stochastisch proces is het ook niet, al zit er zeker een statistische kant aan. Een ander voorbeeld is vlas, een eenjarige plant die op bepaalde voedingsstoffen reageert met mutaties in terugkerende sequenties in het genoom. Er verandert iets in genenclusters in het ribosomale DNA in het genoom. Ook dat zijn herhaalbare processen.

Het DNA wordt dus direct beïnvloed door externe omstandigheden?

Inderdaad. We begrijpen nog niet precies hoe het werkt of wat het inhoudt, maar het gebeurt, dat is al een hele tijd bekend. We hebben lang gedacht dat deze mutaties uitzonderingen waren, maar nu beginnen we er een patroon in te ontdekken dat grote consequenties voor de genetica in het algemeen kan hebben. In reactie op stress gebeuren zulke dingen vrij vaak. Zoals Barbara McClintock al jaren geleden schreef, lijken er aangeboren mechanismen te bestaan die onder druk van de omstandigheden het genoom aanpassen en reorganiseren. McClintock dacht dat het adaptieve mechanismen waren. Ik ben daar niet zo zeker van. Maar misschien had ze gelijk. Dat had ze meestal. Wat er in het genetisch systeem gebeurt, is veel interessanter dan we voor mogelijk hadden gehouden. Natuurlijk moet je wel kunnen aanwijzen onder welke omstandigheden dit soort mutaties voorkomen. Je moet ook een verklaring kunnen geven voor de zeer plaatselijke mutaties die door replicatiefouten optreden. Et cetera.

Ik maak uit uw boek op dat de genetica vroeger werd gekenmerkt door een sterke neiging tot reductionisme: men staarde zich blind op het gen. U hoort bij een nieuwe lichting biologen die de genetica weer complex maken…

Sommige mensen denken dat alleen de complexiteit van de genetica toeneemt, maar de genetica zelf verandert ook. Het is niet langer zo dat het afzonderlijke gen de eenheid is waarop selectie en evolutie inwerken. Bij het genetische aspect van de evolutie moet je denken aan genetische netwerken, het samenspel van en de wisselwerking tussen de genen. Een kleine variatie in één enkel gen heeft daarbij meestal geen gevolgen voor de selectie. Het doet er niet zo veel toe of je nu de ene of de andere allel hebt. Dat zijn de klassieke mutaties, minieme, willekeurige variaties, bijvoorbeeld een A in plaats van een T. Ze kunnen een verandering in het fenotype veroorzaken, maar het gebeurt zelden. Dat soort veranderingen is meestal het gevolg van variaties in het genetisch netwerk. Is dit genetisch netwerk nu de eenheid waarop selectie en evolutie inwerken, zoals vaak binnen de evo-devo wordt gesteld? Volgens mij niet. De interactie tussen genen vindt niet rechtstreeks plaats, maar verloopt via hun producten, het rna en de eiwitten. Er is dus niet zozeer sprake van netwerken tussen genen als wel van ontwikkelingsnetwerken binnen de cel. Het type netwerk is de selectie-eenheid. Dat leidt tot een heel andere benadering van de evolutie.

Overigens probeer ik uw eerste vraag over de paradigmaverschuiving niet te ontwijken: ja, ik denk dat er op dit moment zo’n verschuiving plaatsvindt. Ik weet dat veel mensen het niet met me eens zullen zijn en dat er verschillende opvattingen bestaan over de betekenis van het woord paradigma. Ik denk dat paradigmaverschuivingen in de biologie van een heel andere orde zijn dan in de natuurkunde, waarover Thomas Kuhn het had. Ik wil nu niet precies definiëren wat het begrip paradigma in de moderne biologie betekent, maar ik denk dat er in de biologie wel degelijk een ingrijpende verandering plaatsvindt en dat die vooral wordt gevoed door de moleculaire biologie.

Hoe is het mogelijk dat al die nieuwe inzichten in de ontwikkeling van cellen juist nu ontstaan? Komt dat door de technologie, bijvoorbeeld door het human-genome-project?

Niet per se door het genoomproject. Er zijn de laatste tijd allerlei andere recente technologische ontdekkingen gedaan in de moleculaire biologie. In ons boek trekken Mary Lamb en ik een vergelijking met de uitvinding van de microscoop. Er ging toen een wereld voor ons open, we moesten alleen nog op een nieuwe manier leren kijken. Ook nu worden we tot een omslag in ons denken gedwongen door alle nieuwe technieken uit de biotechnologie. Dat geldt vooral voor de genetica. Wat we nu in de biologie waarnemen, is een revolutie, een vloed van nieuwe inzichten en feiten. De meeste wetenschappers die zich ermee bezighouden zijn echter geen evolutiebioloog, maar moleculair of experimenteel bioloog. Theoretische evolutievraagstukken interesseren hen niet. Of de genetica al dan niet reductionistisch of neodarwinistisch is, zal hun een zorg zijn. Alleen biologiefilosofen en evolutiebiologen zijn daarin geïnteresseerd, maar dan wel hartstochtelijk. Ik hoor bij die laatste groep en denk dat zulke vragen belangrijk zijn.

En centraal in het nieuwe discours over wat u de genetische dimensie van de evolutie noemt, staat het genetisch netwerk.

Wij spreken liever van ‘celontwikkelingsnetwerk’, het samenspel tussen genen en hun producten. Er vindt interactie plaats tussen DNA-sequenties, tussen de stoffen die door het DNA worden aangemaakt en allerlei elementen in de cel, en er is zelfs sprake van signalen uit de omgeving waarop het netwerk reageert. Voor de verklaring van bepaalde veranderingen in bepaalde eigenschappen kijken we naar dit celontwikkelingsnetwerk in plaats van naar afzonderlijke genen.

De tweede dimensie van de evolutie is wat u epigenetische erfelijkheid noemt. Kunt u aan de hand van een voorbeeld uitleggen wat dat inhoudt? Het lijkt zich te onttrekken aan de oude tegenstelling tussen epigenese en preformatie.

Epigenese is een notie uit Aristoteles’ wereldbeeld en betekent dat levende wezens tijdens hun ontwikkeling veranderen van vorm, kwalitatief. Preformatie betekent dat een reeds bestaande vorm zich alleen nog ontplooit, kwantitatief, en dat ontwikkeling groei is van een reeds bestaande vorm. De epigenetica waarover wij het hebben is iets heel anders. De term werd kort na 1940 bedacht door de bioloog Conrad Waddington. Waddington wilde de strekking van het begrip epigenese verbinden met de genetica en bedacht toen de term epigenetica (epi betekent meestal op of boven). Epigenetica heeft betrekking op processen die verband houden met genetica, maar de genetica in strikte zin overstijgen.

In uw boek staat een gedachte-experiment over een planeet die wordt bevolkt door dieren die allemaal anders zijn maar allemaal hetzelfde genoom hebben. Is dat mogelijk?

Denk eens aan de cellen in ons lichaam. De huidcel, de levercel en de niercel zijn allemaal volkomen anders. Als je ze onder de microscoop bekijkt en je ze voorstelt als diertjes, is elk van deze diertjes volkomen verschillend. Maar ze delen en reproduceren zich allemaal met hetzelfde DNA. De levercel, de huidcel en de niercel vertonen ondanks hun gemeenschappelijke DNA grote verschillen die ook na de deling blijven bestaan. De dochtercel van de huidcel blijft een huidcel en de dochtercel van de levercel een levercel. Hoe kan dat? Dat kan omdat niet alleen het DNA wordt overgeërfd, maar ook de activiteitspatronen, de manier waarop de genen ‘aan’ en ‘uit’ worden gezet. Dat is erfelijkheid op het niveau van de cel.

In onze boeken bedienen we ons van een analogie met muziek: als we het DNA beschouwen als de partituur van een muziekstuk, is het epigenetische systeem de uitvoering van de partituur. De noten kunnen van de ene aan de andere generatie worden doorgegeven, maar dat geldt ook voor de uitvoering, bijvoorbeeld als er een opname van bestaat, die wordt verspreid via radiozenders en cd’s. Wat wij zeggen is dat zowel de partituur als de uitvoering wordt doorgegeven aan de volgende generatie.

Beide processen – het doorgeven van de partituur en het doorgeven van de uitvoering – hebben hun eigen technieken. De epigenetische biochemie werkt door middel van andere processen dan de genetische. Toch is er, en dat benadrukken we, altijd interactie tussen de beide systemen, al kunnen ze elkaar op bepaalde momenten en onder bepaalde omstandigheden ook alleen maar ‘observeren’. Als je naar evolutie op de lange termijn kijkt, is er altijd sprake van interactie tussen partituur en uitvoering, tussen genoom en celtype, netwerktype. Een enkele keer kan er onder druk van de omstandigheden in korte tijd een sterke interactie optreden. Een voorbeeld betreft een bijzondere vorm van kanker die in een bepaalde familie werd ontdekt. Sommige vormen van kanker zijn het gevolg van een genetische mutatie: er ontstaat aanleg tot het ontwikkelen van kanker doordat er iets is veranderd in bepaalde stukjes DNA. Maar in dit geval was de verandering epigenetisch. In deze onfortuinlijke familie was door variatie in het methyleringsproces een erfelijke vorm van kanker ontstaan.

Er waren extra methylgroepen aan het DNA gebonden?

Ja, maar aan de DNA-code was niets veranderd. Dat was een belangrijke ontdekking. We moeten beseffen dat dit soort zaken mogelijk is, dan kunnen we er misschien iets tegen doen. Een ander, zeer verhelderend voorbeeld van de wijze waarop een verandering in de omgeving kan leiden tot het ontstaan van eigenschappen die weer worden doorgegeven aan de volgende generatie, komt uit briljante experimenten met ratten. Er werden bepaalde chemicaliën die in de industrie worden gebruikt (een fungicide en een insecticide) toegediend aan drachtige wijfjes. De mannetjes die daaruit werden geboren ontwikkelden een aandoening aan de teelballen, en het nageslacht daarvan ook, en zo verder tot de derde generatie langs de mannelijke lijn. De mannetjes kwamen echter nooit direct in aanraking met de chemicaliën; die werden slechts één keer toegediend aan de moeder, respectievelijk grootmoeder, respectievelijk overgrootmoeder. Toch hadden de chemicaliën invloed op de ontwikkeling van de teelballen, van vader op zoon op zoon. En een mutatie was het niet, want de ziekte ontwikkelde zich bij 90 procent van het nageslacht en niet bij alle nakomelingen.

Toen de onderzoekers het DNA in het sperma onderzochten, ontdekten ze ook hier extra methylgroepen. Kennelijk was er door de chemicaliën iets veranderd in de epigenetische elementen van het sperma. Dat betrof waarschijnlijk niet alleen DNA-methylering, maar ook histonenmodificatie – die dingen gebeuren meestal tegelijk (histonen zijn de eiwitten waar de dubbele DNA-spiraal zich omheen windt). De chemicaliën hadden opnieuw de epigenetische toestand van de chromosomen veranderd zonder daarbij het DNA te veranderen, en het gevolg werd doorgegeven aan ten minste drie generaties. Dit betekent dat we heel voorzichtig moeten zijn met deze chemicaliën, die nu nog gewoon in de industrie worden gebruikt. Niet in zulke hoge concentraties als in het experiment, maar wie weet kunnen lagere concentraties een cumulatief effect hebben in de loop van de tijd en de generaties.

Zo zijn er ook veel voorbeelden van epigenetische variaties in planten. Omdat die variaties erfelijk waren, dacht men eerst dat ze zich hadden voorgedaan in het genoom, maar bij nader onderzoek bleken het toch epigenetische variaties te zijn. Intussen wordt de lijst van voorbeelden almaar langer. Toen Marion Lamb en ik in 1995 ons eerste boek schreven, hadden we er veertig. Nu zijn de voorbeelden gewoon niet meer te tellen; alleen al in de plantenhybriden die ik net noemde zitten zo veel genoomsegmenten waarin zich epigenetische veranderingen hebben voorgedaan, er zijn zo veel gevallen. Te veel om op te noemen.

Toch wordt er in recente boeken over evolutionaire ontwikkelingsbiologie, bijvoorbeeld The Plausibility of Life van Marc Kirshner en John Gerharts (2005) of de boeken van Sean B. Carroll met geen woord over epigenetica gerept.

Dat vinden ze niet nodig, ze hebben het er liever niet over.

Dat klinkt alsof epigenetica de verzwegen waarheid van de eigentijdse biologie is.

Vraag me niet waarom. Ik vind het een lacune, iets waardoor hun evo-devo-synthese vrij beperkt blijft. Ik neem aan dat ze niets van het epigeneticaconcept willen weten, omdat ze het lamarckiaans vinden. Het idee van erfelijke variatie die tijdens de ontwikkeling wordt gevormd riekt naar allerlei theorieën die we lang geleden overboord hebben gezet, en dat vertrouwen ze niet. Het zijn evolutiebiologen en trouwe aanhangers van de theorie zoals die in de Moderne Synthese gestalte krijgt, al wijzen ze een gedeeltelijke herziening van die theorie niet af. Ik ben geen profeet maar denk dat het slechts een kwestie van tijd is tot de nieuwe ideeën en inzichten meer gehoor vinden. Een van de beste biologieboeken van de laatste tijd is Developmental Plasticity and Evolution (2003) van Mary Jane West-Eberhard. Het is een gezaghebbend boek, waarin wél aandacht wordt besteed aan epigenetische overerving, al wordt het belang ervan gerelativeerd omdat deze vorm van overerving niet frequent genoeg, niet stabiel genoeg zou zijn. Dat is symptomatisch. Volgens mij heeft ze het mis. Het belang van de epigenetica zal uiteindelijk algemeen worden erkend. Daar ben ik optimistisch over. We kunnen er gewoon niet omheen.

Wat is dan het probleem?

Epigenetica is een erg ruim begrip. Epigenetische overerving houdt in dat ontwikkelingsvariaties die niet afhankelijk zijn van variatie in de DNA-code, worden doorgegeven aan het nageslacht. In de context van de ontwikkeling, van wat er in de levercel of huidcel gebeurt, kan iedereen zich daar wel in vinden. Maar zodra je begint over ontwikkelingsvariaties die aan volgende generaties worden doorgegeven, is men minder enthousiast. De gedachte was altijd dat dat niet mogelijk was, want erfelijke variatie was stochastisch, willekeurig, blind voor de ontwikkelingsgeschiedenis van het organisme en zijn voorouders.

Toen wij naar buiten traden met het idee dat epigenetische overerving niet alleen belangrijk is voor ontwikkelingsprocessen maar ook voor de evolutie, waren de reacties sceptisch en soms zelfs smalend. Tegenstanders probeerden te bewijzen dat onze experimenten en redeneringen niet deugden, en toen dat niet lukte, beweerden ze dat de overdracht van epigenetische variatie op organismen zeldzaam en dus niet relevant was. Ze vonden dat wij in lamarckiaanse termen dachten en dus een beetje dom waren, of oneerlijk of in de war, dat wij Darwin – de schoonheid en overtuigingskracht van zijn theorie – niet goed hadden begrepen. In die situatie komt nu langzaam verandering.

Het is duidelijk dat het concept van natuurlijke selectie niet onder vuur ligt. Die selectie speelt zich nu zelfs af op verschillende niveaus. We weten steeds meer over epigenetische mutaties, de mechanismen daarvan en hun overdracht naar volgende generaties. Zolang we die mechanismen niet kenden was er natuurlijk weinig steun voor het idee van overerfbare epigenetische variatie, want je kon er in de praktijk niets mee. Nu we die mechanismen beginnen te doorgronden en ermee kunnen experimenteren, wordt het een stuk makkelijker te aanvaarden dat epigenetische overerving het gevolg is van een aantal biologische fenomenen die het bestuderen waard zijn, zowel in het kader van de evolutie als van de ontwikkeling.

En het belangrijkste mechanisme is de DNA-methylering, wat u de epigenetische markering van het chromatine (de chromosomen) noemt.

Methylering is denk ik niet het belangrijkste mechanisme, maar wel het makkelijkst te manipuleren. Daarom is er ook zo veel aandacht voor. Maar de andere chromatinemarkeringen, de gemodificeerde histoneiwitten, zijn volgens mij net zo belangrijk. Ook de epigenetische processen waarin rna-tussenkomst een rol speelt, zijn van groot belang. Dat proces van rna-tussenkomst heeft weer invloed op de methylering en chromatinemarkering. De complexen van rna, eiwitten en enzymen maken onder bepaalde omstandigheden ook gebruik van het genetisch instrumentarium in de cellen. In alle cellen komen enzymen voor die DNA in stukjes kunnen knippen en vermeerderen. Zo’n genetisch instrumentarium kan onder bepaalde omstandigheden, zoals tijdens de hybridisering van planten, worden ingezet om DNA te modificeren.

In uw boek over de vier dimensies van de evolutie schrijft u dat er bij natuurlijke selectie op dit epigenetische niveau selectie plaatsvindt op basis van de mogelijkheid van het DNA om zich te laten veranderen of manipuleren.

Selectie vindt plaats op meerdere niveaus. Je hebt selectie op variaties in de DNA-code, op epigenetische variaties (zoals methyleringspatronen), en op de mogelijkheid van het DNA-systeem om te veranderen door gebruik te maken van de epigenetische systemen, dus selectie op de erfelijkheidsstrategieën zelf.

Dat brengt ons op de derde evolutionaire dimensie: gedrag. U hebt samen met Eytan Avital het boek Animal Traditions (2003) geschreven. Hierin haalt u het bekende voorbeeld aan van de Engelse koolmeesjes die in de jaren twintig van de vorige eeuw melk leerden drinken uit de flessen die in Engeland elke ochtend voor de huisdeur werden neergezet. U noemt dat als voorbeeld van de invloed van gedrag op het genoom. Ik snap dat evolutiebiologen daar een beetje zenuwachtig van worden, want dat klinkt heel erg naar Lamarck en naar het overerven van aangeleerde eigenschappen. Zijn er andere voorbeelden van gedrag dat direct inwerkt op het ontwikkelingsnetwerk in de cellen of op de genetische en epigenetische structuren waarover wij het hebben?

Eytan Avital en ik hebben nooit beweerd dat dierlijke gedragstradities de genen direct beïnvloeden. Wat we hebben gezegd is dat gedrag de voorwaarden schept waaronder de selectie van genen plaatsvindt. Als dieren een nieuwe, louter uit gedrag bestaande traditie ontwikkelen, scheppen ze daarmee hun eigen biotoop, die ze in de loop van de tijd, in de loop van vele generaties bestendigen. En die bestendigde biotoop wordt dan geleidelijk de omgeving waarin elke vorm van natuurlijke selectie plaatsvindt, op elk niveau, ook dat van de genen. Daarom noemen we gedrag het paard voor de kar, anders gezegd: je begint niet met toevallige nieuwe genetische variaties die daarna worden geselecteerd. Eerst is er het gedrag dat de omgeving laat ontstaan waarin de genen worden geselecteerd. En daarna kunnen er natuurlijk – al dan niet willekeurige – genetische of epigenetische varianten worden geselecteerd.

Gedrag kan nog iets anders doen. Stel dat je de sociale omstandigheden van dieren verandert door domesticatie. Het domesticatieproces kan tot grote hormonale veranderingen leiden wanneer er bijvoorbeeld wordt geselecteerd op aangepast, door hormonen beïnvloed gedrag, om de dieren tammer te maken. Als je daarop selecteert, kunnen de dieren psychologische stress ontwikkelen, die weer leidt tot variatie in het DNA van gewone lichaamscellen en geslachtscellen. Die variatie kan alle richtingen uit gaan, maar het belangrijkste is dat het variatiespectrum er breder door wordt. Darwin dacht dat overigens ook.

Heel interessant zijn in dit opzicht de experimenten met zilvervossen die Dimitry Belyaev en zijn collega’s in Rusland hebben uitgevoerd. Hij temde zilvervossen en ontdekte dat er tijdens dat proces van alles aan de vossen veranderde. Naast het gedrag veranderde ook de kleur van hun vacht, het beendergestel, het aantal keren per jaar dat een wijfje vruchtbaar werd… Er traden ook allerlei erfelijke veranderingen op, epigenetische mutaties. Conclusie: selectie op een gedragsverandering kan erfelijke gevolgen hebben. In Animal Traditions hebben we niet veel aandacht besteed aan deze mogelijkheid. In Evolution in Four Dimensions wel.

Het lijkt me een sterk argument. Het gaat in de evolutietheorie altijd om enerzijds interne variatie en anderzijds externe selectie door de omgeving. De dieren of planten worden niet in staat geacht zelf hun omgeving en daarmee hun eigen selectie te beïnvloeden.

Dat idee is nu heel erg in. Er wordt veel gepraat over het concept ‘biotoopcreatie’, dus dat het dier zijn eigen biotoop schept, die dan weer invloed uitoefent op de selectie. Odling Smee heeft het erover. En West-Eberhard, die zegt dat genen achter de evolutie aan gaan. Dat is mooi gezegd. Genen volgen de evolutie, want eerst verandert het fenotype. Wanneer een dier in een nieuwe omgeving terechtkomt, probeert het zich eerst op alle mogelijke manieren aan te passen, fysiologisch, met zijn gedrag, hoe dan ook. Het actieve dier, het dier dat iets nieuws probeert en daarin het best is, wordt geselecteerd. Pas daarna komen alle genetische variaties, en dat zijn er veel. Als er in de populatie erfelijke variatie voorkomt die aan het succesvolle gedrag bijdraagt, worden die dieren geselecteerd die zich om wat voor reden ook (omdat ze het snelst zijn of de minste nadelige neveneffecten vertonen) het best aan de nieuwe omgeving weten aan te passen. Selectie begint dus met het fenotype, niet met het genotype. Dat is geen bijzonder controversiële gedachte en deze maakt tegenwoordig dan ook steeds meer opgang.

Er stond nog een eenvoudige maar zeer overtuigende gedachte in uw boek – en dat brengt me op de vierde dimensie, het symbolische niveau – namelijk dat onze taal genetische of epigenetische invloed heeft en als het ware met de genen spreekt. De historische ontwikkeling van ons taalvermogen is tegelijk de evolutie van ons spraaksysteem, het strottenhoofd waarmee we kunnen spreken. Uit de interactie tussen een culturele en een natuurlijke ontwikkeling groeide het hele apparaat met stembanden en spieren en al, en tegelijk een steeds grotere vaardigheid om symbolische informatie uit te wisselen en een complexe cultuur te ontwikkelen.

De evolutie van ons taalvermogen fascineert me al heel lang. Samen met taalkundige Daniel Dor, een collega van mij, heb ik het idee ontwikkeld van een linguïstische evolutie op cultureel niveau, die de genetische evolutie van ons spraakvermogen heeft aangejaagd. De selectie daarbij heeft niet direct op de genen ingewerkt, maar liet een zich constant ontwikkelende linguïstische niche ontstaan, een soort schuivende horizon. Evolutiebiologen als Boyd en Richerson hebben het wel over de co-evolutie van genoom en cultuur, maar stellen het culturele aspect voor als een stabiele, statische toestand, een traditie, geen bewegend doel. Het bijzondere van de evolutie van ons taalvermogen is echter dat het een cultureel proces is dat heel dynamisch en veranderlijk is, maar ook een algemene trend heeft, een min of meer gelijkblijvende richting. De taalniche is niet stabiel, maar altijd in beweging. Dat is er juist zo uniek aan. Taal is in de loop van de culturele evolutie steeds complexer geworden, en dat heeft de genetische componenten van het erfelijkheidssysteem beïnvloed, zij het niet willekeurig. De veranderende taalcultuur heeft de genen in een heel bepaalde richting gestuurd, over een pad dat is aangelegd door deze culturele evolutie zelf.

Een vorm van zelfdeterminatie. De symbolische dimensie van de evolutie beïnvloedt zowel onze spraakorganen als de hersenen waarmee we interpreteren wat er wordt gezegd. Is het denkbaar dat ook de komst van het schrift in onze culturele geschiedenis, dus de overgang van een mondelinge naar een schriftelijke cultuur, genetische of epigenetische gevolgen zal krijgen?

Dat is erg lastige vraag, met verregaande implicaties. Het schrift is natuurlijk een enorm belangrijke culturele uitvinding, die naar mijn idee best tot genetische selectie kan leiden. Maar voor genetische selectie heb je een omgeving nodig waarin geletterden in het voordeel zijn ten opzichte van ongeletterden. Het is maar de vraag of die omgeving er ooit zal komen. Het punt is dat we bij de mens te maken hebben met een zeer complex cognitief systeem dat ontzettend veel bijproducten kan hebben, en als je dan van één zo’n bijproduct vraagt of het tot genetische veranderingen kan leiden, zou ik zeggen: ja, dat kan. Maar als je me vraagt: is het ook waarschijnlijk, zou ik nee antwoorden. Geletterdheid op grotere schaal is gewoon nog te jong om tot genetische selectie te kunnen hebben geleid. Pas in de laatste eeuwen zijn grote groepen mensen gaan lezen en schrijven. Taal bestaat al veel langer, onder alle mensen, en heeft wél tot genetische verandering geleid. Taal heeft onze omgeving zodanig veranderd dat er een blijvende invloed van uitgaat op de richting die de genenselectie volgt.

Nog een laatste vraag: uw theorie gaat over evolutie in vier dimensies waartussen wisselwerking en uitwisseling plaatsvindt op alle niveaus, van de celkern tot de directe omgeving en zelfs nog breder, de omringende cultuur. Het gemeenschappelijke en wellicht zelfs verbindende element bij dit alles lijkt mij informatie. Er wordt tenslotte informatie overgeërfd. In ontwikkelings- en evolutiesystemen heb je vier soorten informatie: genetische en epigenetische informatie, gedragsinformatie en symbolische informatie. Pas als je het hele spectrum overziet, heeft het zin om na te denken over de manier waarop ontwikkeling en evolutie, of gedrags- en erfelijkheidssystemen elkaar beïnvloeden.

Voor mij en Marion Lamb is informatie een erg belangrijk concept, maar we kennen er niet de betekenis aan toe die het in de informatietheorie heeft. Niet omdat die theorie niet zou deugen, maar omdat ze te veel vooronderstellingen bevat over het systeem van informatie-uitwisseling. Bij ons staat de interpretatie centraal, de interpreterende ontvanger. Onze definitie van informatie is: alles wat kan worden geïnterpreteerd. Het is dankzij de ontvanger dat iets informatie kan worden genoemd. Wij hanteren een informatiebegrip uit de systeemtheorie, dat past bij zich ontwikkelende systemen. Informatie ligt niet zomaar ergens vast. Als er niemand is die het interpreteert, is het geen informatie. Informatie hoort bij een interpretatiesysteem, en dat is hier een levend systeem, een systeem dat gemaakt wordt door levende wezens.

Het genoom bevat geen genetische of epigenetische informatie als er niet ook een interpreet is, en die interpreet is het ontwikkelingsnetwerk in de cel?

Het is de cel, ja, en het organisme als geheel. En ook op nog grotere schaal, de omgeving, bestaat informatie alleen als die door het organisme wordt geïnterpreteerd. Als je zegt dat alle informatie ligt opgeslagen in de genetische code, in de letters cgat, ga je ervan uit dat er een celmechanisme is dat die code kan ontcijferen, dat er sprake is van transcriptie en translatie, enzovoort. En als je beweert dat een omgeving of biotoop informatie bevat, neem je aan dat de organismen die daar leven de mogelijkheid – de verwerkingssystemen – hebben om die informatie te interpreteren en erop te reageren. Er bestaat geen informatie zonder interpretatie.