Het schijnt dat voorstanders van Intelligent Design PZ Myers hebben uitgedaagd om ’10+1′ vragen over evolutiebiologie te beantwoorden, terwijl hij op bezoek is in Glasgow. PZ heeft de lijst hier gepubliceerd. Eén vraag in het bijzonder trok mijn aandacht, omdat het over longen ging (het onderwerp van een recente post van mijzelf), dus ik dacht dat ik zelf maar eens een poging zou wagen om die te beantwoorden.
9) Als, zoals vaak door Darwinisten wordt beweerd, de keelholten en -kammen inderdaad nauwkeurig kunnen worden beschouwd als rudimentaire kieuwspleten (waarmee onze gedeelde voorouders met vissen worden aangetoond), waarom is het dan zo dat het “kieuwspletengebied” bij de mens zelfs geen gedeeltelijk ontwikkelende spleten of kieuwen bevat, en geen ademhalingsfunctie heeft? Bij vissen zijn deze structuren letterlijk spleten die openingen vormen om water in en uit de inwendige kieuwen te laten stromen die zuurstof uit het water halen. Bij menselijke embryo’s lijken de keelholten echter geen “oude structuren” te zijn die zijn omgevormd tot “nieuwe structuren” (zij ontwikkelen zich niet tot homologe structuren zoals longen). In plaats daarvan omvat het ontwikkelingslot van deze locaties een grote verscheidenheid aan structuren die deel gaan uitmaken van het gezicht, botten die in verband worden gebracht met het oor, gezichtsuitdrukkingsspieren, de thymus, schildklier en bijschildklieren (bijv. Manley en Capecchi, 1998).
Laten we eerst de echt flagrante fout uit de weg ruimen. Onze vraagsteller zegt dat faryngeale zakjes “zich niet ontwikkelen tot homologe structuren zoals longen.” Bzzzzzzzt! Fout! Longen zijn niet homoloog aan kieuwspleten – ze hebben niets dat ook maar in de buurt komt van een gemeenschappelijke evolutionaire geschiedenis. Ik denk dat je longen & kieuwen als analoog zou kunnen omschrijven, omdat ze beide betrokken zijn bij gasuitwisseling, maar verder gaat het niet. Longen zijn gevormd als uitsteeksels van de darm, niet van de keelholte.
Naar de vleeswaren. De vraagsteller verwart vrolijk keelzakken met kieuwspleten, vermoedelijk om zo die ‘kieuwen -> longen’ stroman te kunnen opzetten. Keelzakken komen in een of andere vorm voor bij alle chordaten, al is het maar tijdens de embryonale ontwikkeling. Zoals de naam al zegt, zijn het uitstulpingen van de keelholte. Maar ze doorboren niet allemaal de lichaamswand, of functioneren in de gasuitwisseling. Bij cefalochordaten zoals Branchiostoma (persoonlijk vind ik de oude naam Amphioxus welluidender), worden de zakjes spleten die door de wand van de keelholte gaan & en zich openen in de omringende lichaamsholte (het coelom). Deze structuren hebben geen functie bij de gasuitwisseling – deze vindt plaats via de dunne opperhuid die het lichaam van het dier bedekt & lijnen zijn coelom (die open is naar de zee). In plaats daarvan fungeren de keelgaten als een filter-voedingsmechanisme, waarbij voedseldeeltjes worden opgevangen uit de waterstroom die er overheen stroomt. Hetzelfde geldt voor zakpijpen.
Ja, bij vissen lopen de keelholten door naar de buitenkant van het lichaam, en de weefsels tussen de “spleten” ontwikkelen zich tot de kieuwstaven van been of kraakbeen die de tere filamenten van de kieuwen zelf ondersteunen. Die kieuwstaven zijn belangrijk, omdat we kunnen nagaan hoe ze zich ontwikkelen, niet alleen bij vissen, maar ook bij kikkers, reptielen, vogels en zoogdieren. En wat vinden we?
Kaakloze vissen, ook wel agnathans genoemd, hebben, net als prikken, wel een bek maar (nogal contra-intuïtief) geen kaken. Jonge exemplaren zijn filter-feeders, net als Branchiostoma, maar volwassen lampreien vertonen vampirische neigingen, waarbij ze zich met hun getande lippen vastgrijpen aan passerende vissen en met een tanddragende tong aan de prooi raspen tot ze het bloed kunnen opzuigen. Uit embryologisch onderzoek blijkt echter dat de eerste twee sets kieuwen bij agnathans homoloog zijn aan de kaken van alle andere vissen – ze werden heel lang geleden voor een andere functie gebruikt. De eerste set vormt de ‘mandibulaire’ kaakbeenderen, terwijl de tweede set de hyo-mandibulaire boog wordt genoemd & en helpt de kaak van een vis met de schedel te verbinden. Eén verklaring voor deze coöptatie is dat er een verandering in de omschakeling van het Hox-gen mee gemoeid was, waardoor nieuwe manieren om aan voedsel te komen mogelijk werden (een mutatie, met andere woorden. Wat de beproefde bewering ontkracht dat mutaties altijd schadelijk zijn.
En we kunnen het lot volgen van andere sets kieuwstaven – en de bijbehorende circulatoire lussen – bij kikkers en reptielen, vogels en zoogdieren. De keelholten zijn homoloog met de verschillende kleine klieren die men in de hals aantreft (thymus, schildklier en bijschildklier). Het kraakbeen van de luchtpijp en het strottenhoofd zijn uiteindelijk afgeleid van de kieuwstaafweefsels. En herinner je je de hyomandibulaire boog bij vissen? Die is geëindigd als de stapes in uw middenoor.
Oh ja, ik noemde het sanitair. Bij vissen heeft elke kieuwspleten een bijbehorende set bloedvaten (5 bij de meeste haaien – op Massey ontleedden we ze als onderdeel van de eerstejaars biolaboratoriums). Lewis Held (2009) merkt op dat
Menselijke embryo’s doen de moeite om vijf paar aortabogen te maken (die ooit bloed naar vijf paar kieuwen stuurden), maar vernietigen er vervolgens twee volledig**. Deze Sisyfus-stompzinnigheid is alleen logisch als een historische beperking: het moet genetisch gezien gemakkelijker zijn geweest om het bestaande loodgieterswerk opnieuw te configureren dan om het helemaal af te breken en opnieuw te beginnen.
(**De overgebleven aortabogen worden de vaten die zuurstofrijk bloed naar de longen, het hoofd en het lichaam brengen.)
Lewis Held (2009) Quirks of human anatomy: an evo-devo look at the human body. Cambridge University Press. ISBN 978-0-511-59384-0 (e-book, Kindle edition)