door prof.dr. J.P.M. Lelkens
Communio 30, nr. 3 mei-juni 2005
Inleiding
Lang heeft men zich afgevraagd waarom nakomelingen in een aantal opzichten op de vader lijken, in andere opzichten op de moeder of op een der grootouders. Eveneens waarom het boeren en tuinders lukte dieren en planten te kruisen voor het verkrijgen van nieuwe exemplaren met betere of gewenste eigenschappen. Hoewel de ontdekkers van de microscopie, de Nederlanders Antoni van Leeuwenhoek en Jan Swammerdam. Al in de zeventiende eeuw de grondslag legden voor de moderne biologie, duurde het nog tweehonderd jaar voordat men enig inzicht kreeg in de basisprincipes van de erfelijkheidsleer of de genetica. (1)
De proeven van Mendel
Het was de Augustijner monnik Gregor Mendel (1822-1884) die ontdekte op welke wijze eigenschappen binnen een soort op het nageslacht worden overgedragen. In 1865 publiceerde hij de resultaten van zijn acht jaar durend onderzoek. Het meest bekend zijn zijn kruisingen van erwten-planten (Pisum sativum), die slechts in één eigenschap van elkaar verschilden, namelijk in het leveren van respectievelijk ronde of hoekige zaden. Hij koos voor deze planten omdat ze zelfbestuivend of zelfbevruchtend zijn, dat wil zeggen dat hun bloem zodanig is gevormd dat het stuifmeel van een andere bloem haar stempel niet kan bereiken. De eicellen van zo’n bloem worden dus door het eigen stuifmeel bevrucht en zijn dus raszuiver ofwel zaadvast, dat wil zeggen dat ze uitsluitend nakomelingen met hetzelfde kenmerk voortbrengen. Mendel liet nu deze twee soorten niet zichzelf bevruchten, maar ging ze kruisen door stuifmeel van de planten met de ronde erwten over te brengen op de stempel van die met de hoekige erwten (en omgekeerd). Het resultaat was een eerste generatie (F1; F van filius= zoon, kind) erwten die allemaal rond waren. In uiterlijk verschilden ze niet van hun ronde ouder (P generatie; P van parens= ouder). Ze leken dus raszuiver te zijn. Ze waren het echter niet en hun bastaardnatuur kwam tot uiting toen hij de F1 generatie zich door zelfbestuiving liet vermenigvuldigen. Van de erwten verkregen in de F2 generatie was 75% rond en 25% hoekig. Ook de F3, ontstaan door zelfbestuiving van de F2, liet dezelfde 3 op 1 verhouding in ronde en hoekige nakomelingen zien. Hieruit leidde hij af dat de eigenschap (erffactor) ‘rond’ dominant, overheersend was ten opzichte van de erffactor ‘hoekig’ die hij recessief noemde. Deze laatste eigenschap is dus wel aanwezig maar verborgen.
Mendel was dus de eerste die een relatie legde tussen het fenotype (de uiterlijke verschijningsvorm) en de aanwezigheid van het genotype (de erfelijke aanleg in de vorm van erffactoren). Mendel’s verklaring, vertaald in de huidige terminologie, was de volgende. Hij noemde de dominante erffactor A en de recessieve a. Hij nam aan – en kreeg daarin later ook gelijk – dat de erffactoren dubbel aanwezig zijn maar in de ei- en zaadcellen (de gameten) slechts het halve aantal. Door de kruising ontstaat de bastaard Aa, die er echter uitziet als A omdat A dominant is. Zowel de stuifmeelkorrels als de eicellen van de stamper zullen half om half A en a bezitten. Bij bevruchting door zelfbestuiving ontstaan dan vier mogelijkheden: AA, Aa, aA (=Aa) en aa. Van de ontstane erwten zullen er dus telkens 3 rond zijn (omdat A dominant is) en 1 hoekig.
De chromosomen
Later kwam men tot de slotsom dat de door Mendel ontdekte erffactoren bij de mens gelocaliseerd waren in de chromosomen: staafvormige lichaampjes, gelegen in de celkern en gevonden door Waldeyer in 1888. Het menselijk lichaam bestaat uit triljoenen) cellen en iedere lichaamscel bezit 46 chromosomen die in 23 paren zijn gerangschikt en waarvan 22 paren identiek of autosomaal zijn, dat wil zeggen dat op elk chromosoom van ieder paar dezelfde erffactoren – thans genen geheten – liggen. Mendel had dus gelijk: genen zijn in tweevoud aanwezig. Paar 23 is het geslachtschromosoom en dit is bij de man en de vrouw verschillend. Bij de vrouw bestaat dit paar uit 2 rechte staafjes en bij de man uit één staafvormig en één gebogen chromosoom. Het is gebruikelijk het staafvormige aan te duiden als een X-chromosoom en het gebogen als een Y-chromosoom. Een vrouw bezit dus een XX- en de man een XY-paar.
We spreken nu wel over chromosomen als ‘staafjes’, maar in werkelijkheid zijn het dunne draadjes die, als een kluwen opgerold, in de celkern liggen. (2) Wij zien de chromosomen alleen als staafjes vlak voordat de cel zich gaat delen. Een celdeling begint altijd met een deling van de chromosomen. De kluwen wordt uiteengetrokken en de draadjes verdichten zich tot ze er (in de zogenaamde metafase) uitzien als staafjes. Bij de gewone celdeling, de mitose, splijt ieder chromosomenpaar overlangs in tweeën, zodat de beide dochtercellen ieder weer het normale aantal chromosomen bevatten, dus 46. Na de celdeling veranderen de staafjes geleidelijk weer in een kluwen dunne draadjes (telofase). (3) Maar, zult u wellicht opmerken, als alle lichaamscellen 46 chromosomen bevatten dan komt bij de bevruchting als zaad- en eicel samensmelten, één cel (de zygote) tot stand met 2×46 = 92 chromosomen.
Dit nu is niet het geval want de geslachtscellen of gameten – dat zijn de ei- en zaadcellen – bevatten slechts 23 chromosomen en geen 46 zoals alle andere lichaamscellen. Hoe komt dit? Dit komt omdat tijdens de ontwikkeling van ei- en zaadcellen een meiose (reductiedeling) plaatsvindt waardoor het aantal chromosomen wordt gehalveerd. Ook dit is een bevestiging van het vermoeden van Mendel dat de gameten slechts de helft van het aantal erffactoren bevatten.
Alle eicellen die een vrouw produceert bevatten dus één X-chromosoom, terwijl de zaadcellen van een man voor 50% een X- en voor 50% een Y-chromosoom bevatten. Na de bevruchting – de samensmelting van ei- en zaadcel – zullen dus voor de helft kinderen worden geboren met XX en voor de helft met XY. In werkelijkheid worden op elke 100 meisjes, 105 jongens geboren. Waarom, is onbekend.
In werkelijkheid vinden er twee reductiedelingen achterelkaar plaats waardoor er uit één onrijpe gameet niet 2 maar 4 geslachtscellen met het halve aantal chromosomen ontstaan. (4) Een cel met het halve aantal chromosomen noemt men een haploïde cel en de gewone lichaamscel met 46 chromosomen diploïd.
