Behe's Black Box

Hach, ich freue mich schon so darauf, wie das wieder runtergespielt, ignoriert und geleugnet werden wird...

[Bild-Quelle: Max Planck Institute for Biophysical Chemistry]

One of evolutionary biology's greatest challenges is deciphering the origins of complex structures. Now, scientists have unraveled the steps in the evolution of the bacterial flagellum, a tiny, whiplike structure used in swimming and host invasion. A new study shows the flagellum is the result of successive duplications of a single gene in the ancestor of today's bacteria, a finding that not only answers an important question about the evolution of complex structures but also provides additional ammunition to counter arguments from evolution's foes. [...]

The study underscores several important tenets of evolution, says evolutionary biologist Michael Lynch of the University of Indiana in Bloomington. "Complexity builds out of simplicity, and this is a well-documented argument for how that can happen," he says. It also provides a straightforward counterexample to claims from "intelligent design" proponents that the flagellum could not have evolved from a single gene, adds cell biologist Ken Miller of Brown University (ScienceNOW, 18 October 2005). "By testing the hypothesis of common ancestry of the flagellum in so many different species, the researchers clearly show these genes were derived from one another through gene duplication."

[Quelle: ScienceNOW]

Der Original-Artikel ist frei erhältlich bei PNAS (.pdf). Aus der Diskussion:

Comparisons of the complete genome sequences of flagellated bacteria revealed that the flagellum is based on an ancestral set of 24 core genes for which homologs are present in genomes of all bacterial phyla. The most striking finding from our analysis is that these core genes originated from one another through a series of duplications, an inference based on the fact that they still retain significant sequence homology. The individual core genes show phylogenetic histories congruent with one another, and this core flagellar phylogeny is largely consistent in its deepest branches with the phylogenetic relationships as currently resolved for Bacteria. Taken together, these results indicate that the core set of flagellar genes arose and was assembled from a single or few ancestral sequences, and that the individual genes diversified, before the shared ancestor of Bacteria.

Mit anderen Worten: neeh neneneh neh.

MfG,

JLT

[edit] Offensichtlich gibt es einige Probleme mit diesem Artikel, jedenfalls wird er von Nick Matzke [Panda's Thumb] harsch kritisiert. Er geht so weit zu sagen, dass es seiner Meinung nach in dieser Form nicht hätte veröffentlicht werden dürfen.
Tja, schade. Bleibt abzuwarten, was andere dazu zu sagen haben. Weitere Reaktionen finden sich z. B. hier (auch die Kommentare sind interessant) und hier.[/edit]

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Liu and Ochman, Stepwise formation of the bacterial flagellar system. PNAS April 24, 2007 Vol. 104 No. 17 pp. 7116-7121

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UPDATE: 21.04.2007

Nick Matzke hat einen weiteren Post gebracht, in dem er seine Kritik an dem PNAS-Paper weiter ausführt. Sein Fazit ist das folgende:

I conclude that FliC and FliI are not homologous. Therefore not all core flagellar proteins are homologous. Therefore they didn’t come from a single ancestral ur-flagellar gene. Therefore the conclusion of Liu & Ochman is wrong. Case closed.

Die Nicht-Homologie ist ausreichend, um die Folgerung, ALLE das Flagellum codierenden Gene stammten durch Genduplikationen von einander ab, ungültig zu machen. Damit hätte der Artikel in dieser Form nicht veröffentlicht werden dürfen.

Für alle diejenigen, die sich jetzt vor Freude in die Hose machen, sei aber auch das Folgende noch kurz erwähnt:

It is none too clear, but I think what they are trying to say here is that with the E. coli K-12 genome, they got:

(a) 14 15 homologies found between 10 flagellar proteins (out of 24 total flagellar proteins)

(b) and 24 homologies found between ?? flagellar proteins (they don’t say how many) and 4,000 nonflagellar proteins

Because (a) is a higher proportion than (b), the authors say that “on average” the within-flagellum homologies are more common. OK I guess. This doesn’t establish anything about all the flagellar proteins evolving via internal duplications – if you’ve got external homologies then you have evidence that flagellar proteins could have once had an nonflagellar ancestors.

Die Hypothese, das alle Flagellen-Gene von einem einzigen Vorläufer stammen, mag also falsch sein, aber wie Matzke zusammen mit Pallen in einem Nature Reviews Genetics Microbiology-Artikel ('From The Origin of Species to the origin of bacterial flagella'. Nature Reviews Microbiology 4, 784-790 (October 2006) .pdf, Volltext) selbst feststellte:

Despite this diversity, it is clear that all (bacterial) flagella share a conserved core set of proteins. Of the forty or so proteins in the standard flagellum of S. typhimurium strain LT2 or E. coli K-12, only about half seem to be universally necessary (TABLE 1). This reduced flagellum is still a challenge to explain, but if one accepts that all current flagellar systems diverged from their last common ancestor (the ur-flagellum), why stop there? All flagellins show sequence similarity indicative of common ancestry (homology). But then all flagellins also share homology with another component of the flagellar filament, the hook-associated protein 3 (HAP3) or FlgL (as is evident from the application of InterProScan to FlgL from E. coli). Therefore, although the ur-flagellum contained flagellin and HAP3, these two proteins must have evolved from a common ancestor in a simpler system that contained only one flagellin-HAP3 homologue. Similarly, six proteins from the rod (FlgB, FlgC, FlgF and FlgG), hook (FlgE) and filament (HAP1/FlgK) show sequence similarities indicative of common ancestry. Therefore, the flagellar rod–hook–filament complex has clearly evolved by multiple rounds of gene duplication and subsequent diversification, starting from just two proteins (a protoflagellin and a proto-rod/hook protein) that were capable of polymerization into an axial arrangement.

Die Autoren des PNAS-Artikels identifizierten durch Vergleich der Genome von 41 Bakterienarten mit Flagellum 24 Gene, die für den Aufbau des Flagellums unverzichtbar sind und bestätigen damit Pallen und Matzkes Fund.
Darüber hinaus haben schon Pallen und Matzke Homologien zwischen einigen der beteiligten Protein festgestellt und geschlussfolgert, dass diese durch Genduplikation und Diversifikation aus nur zwei Proteinen hervorgegangen sind. Und auch Liu und Ochman haben unbestreitbare Homologien gefunden, die diese Schlussfolgerung noch unterstreichen.

Nochmal zum Mitlesen: Matzkes Kritik bezieht sich auf die Schlussfolgerung des PNAS-Artikels, die seiner Meinung nach nicht durch die präsentierten Daten gestützt wird. Damit verschwinden die festgestellten Homologien aber nicht, die zumindest für einige der 24 Core-Gene einen gemeinsamen Vorfahren nahelegen.

Interessant übrigens auch, dass es kein ID-Vertreter war, der diesen Artikel zuerst kritisiert hat, sondern einer dieser "leichtgläubigen Evolutionisten". Man beachte auch, dass Matzke tatsächlich Daten zeigt, um die aufgestellte Behauptung zu widerlegen und nicht nur schwammig daherredet wie z. B. Behe es beim Discovery Institute macht.

Even if all those parts are made of metal, and even if they derived serially from each other or from some primordial piece of metal, that doesn’t even begin to explain how a mousetrap could be built step by step by a random process. In the same way, even if all the proteins of the flagellum derived serially one from the other, or from some magical precursor protein, that doesn’t even try to explain how a flagellum could be built step by step by a Darwinian process.

Erstens ist der Prozess nicht "random". Wie Behe selbst sehr gut weiß, gibt es sowas wie Natürliche Selektion, die eben NICHT zufällig ist. Zweitens IST Genduplikation mit anschließender Diversifikation ein "Darwinian process", der eben das erklärt! Im weiteren Verlauf (tatsächlich im nächsten Satz) ignoriert Behe dann, dass hier nicht Homologien eines einzigen Proteins bei unterschiedlichen Bakterienarten (die ein Hinweis auf einen Common ancestor wären), sondern vor allem Homologien von verschiedenen Proteinen innerhalb von Arten untersucht wurden, die eben NICHT auf einen common ancestor der verschiedenen untersuchten Bakterienarten hinweisen, sondern darauf, dass die homologen Proteine aus einem einzigen Protein hervorgegangen sind.

Let me emphasize the point: Common descent is one thing. Random mutation and natural selection is something completely different. Evidence for common descent is NOT evidence for RM/NS. At the very best, protein sequence comparisons may say something about common descent, but they aren’t support for Darwin’s crucial claim that the startlingly elegant, functional complexity of life arose by random mutation culled by natural selection.

Und um das ganze noch zu toppen, macht er dieses Argument, das in etwa so intelligent ist wie das "wenn Menschen von Affen abstammen, warum gibt es immer noch Affen"-Argument.

3) In their scenario, the prodigy protein gave rise to all the core parts of the flagellum billions of years ago, before the common ancestor of major classes of bacteria. Yet since that time it has not been heard from. A single protein which blossoms to give one coherent, astoundingly complex structure and then, its work complete, is never heard from again — that hardly seems like what one should expect on Darwinian grounds.

Auf die Menschen-Affen-Evolution bezogen hieße dies, dass Menschen und Affen keinen gemeinsamen Vorfahren haben können, weil der gemeinsame Vorfahre nicht mehr existiert. Hmmm. Is' klar.

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Weitere Updates gibt es hier und hier.