Digitale Nummerierung und Gliedmaßenentwicklung

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Sarfatis angebliche Probleme für die Evolution

Answers in Genesis hat die Evolutionsbiologie jetzt in die Enge getrieben. In einem Artikel aus dem Jahr 2002, Ostrich eggs break dino-to-bird theory, erklären sie, dass die Entwicklung zeigt, dass die Evolution völlig falsch ist, da sich die Entwicklungspfade bei verschiedenen Tieren völlig unterschiedlich verhalten und nicht das Ergebnis schrittweiser Transformationen sein können.

Das erste Argument gegen die Evolution ist das alte Problem der avianen Finger. Vögel könnten nicht von Dinosauriern abstammen, weil sie die falsche Fingerreihenfolge haben!

Die Forschung zeigte eindeutig, dass bei Vögeln nur die Finger zwei, drei und vier (entsprechend unserem Zeige-, Mittel- und Ringfinger) sich entwickeln. Dies steht im Gegensatz zu den Dinosaurierhänden, die sich aus den Fingern eins, zwei und drei entwickelten. Feduccia wies darauf hin:

„Dies stellt ein neues Problem für diejenigen dar, die behaupten, Dinosaurier seien Vorfahren moderner Vögel. Wie kann sich beispielsweise eine Vogelhands mit den Fingern zwei, drei und vier aus einer Dinosaurierhand entwickeln, die nur die Finger eins, zwei und drei besitzt? Das wäre fast unmöglich.“

Das zweite Problem ist, dass Frösche und Menschen Hände auf völlig unterschiedliche Weise entwickeln, auf Arten, die noch unterschiedlicher sind als die Reihenfolge der Finger.

Dies ist nicht das einzige Beispiel, bei dem oberflächlich homologe Strukturen sich tatsächlich auf völlig unterschiedliche Weise entwickeln. Eines der am häufigsten angeführten Beweise für die Evolution ist das Pentadaktyl-Limben-Muster, d. h. die fünfzehigen Gliedmaßen, die bei Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren vorkommen. Dennoch entwickeln sie sich bei Amphibien und den anderen Gruppen auf völlig unterschiedliche Weise. Um dies zu veranschaulichen: Der menschliche Embryo entwickelt eine Verdickung an der Gliedmaßen-Spitze, die als AER (apikale Ektodermalrinne) bezeichnet wird; anschließend teilt sich die programmierte Zelltod (Apoptose) die AER in fünf Bereiche auf, die sich dann zu Fingern und Zehen entwickeln. Im Gegensatz dazu wachsen bei Fröschen die Finger von Knospen aus nach außen, während sich die Zellen teilen (siehe Diagramm rechts).

Diese Probleme scheinen unlösbar, doch es gibt eine Lösung. Es scheint mir, als sei Jonathan Sarfati beim ersten Problem hoffnungslos verwirrt (ich kann ihm das nicht wirklich vorwerfen – es ist eine komplexe Frage, die seit zwei Jahrhunderten Gegenstand wissenschaftlicher Debatten ist), und beim zweiten Problem ist er einfach völlig falsch (und dafür kann ich ihm die Schuld geben. Tsch, tsch.)

Digitenfolge

Also, lassen Sie uns zunächst das knifflige Problem der Digit-Identität in der Evolution angehen. Strecken Sie Ihre rechte Hand vor sich aus, Handfläche nach unten. Ihr Daumen sollte nach links zeigen, und nach Konvention ist das Digit I. Zählend von links nach rechts ist Ihr Zeigefinger Digit II, der Mittelfinger Digit III, der Ringfinger Digit IV und Ihr kleiner Finger Digit V. Wir haben die primitive pentadaktyle (fünfzeilige) Hand, sodass es relativ einfach ist, festzustellen, wer wer ist. Die Schwierigkeiten ergeben sich bei Arten, die die Anzahl ihrer Digit reduziert haben – wenn sie ihre dreizeilige Hand ausstrecken, müssen wir feststellen, welche Digit fehlen, bevor wir den verbleibenden Fingern Nummern zuweisen.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Anatomie des Erwachsenen zu betrachten. Wenn Sie auf Ihre Hand schauen, bemerken Sie wahrscheinlich, dass Ihr Daumen quantitativ anders ist als die anderen Finger: Er hat nur zwei Gelenke, statt drei. Dies ist üblich, dass der erste Finger (Digit I) weniger Phalangen oder Segmente hat als die anderen, und dies ist die Art von Eigenschaft, die es Anatomen ermöglicht festzustellen, ob der erste Finger vorhanden ist oder nicht. Rechts sehen Sie beispielsweise die rechte Hand des Raubtiers Deinonychus mit seiner Nummerierung der Finger, von DI zu DII zu DIII, eine Zuordnung, die auf der Anatomie basiert. Sie können sehen, dass der 'Daumen', DI, weniger Phalangen hat als die anderen.

Sie können versuchen, dasselbe mit den Fingern von Vögeln zu tun, aber das ist schwieriger. Die Vogelzehen sind reduziert und zu jenem spitzen Gebilde verschmolzen, das Sie am Ende eines Hühnerflügels finden, und es bedarf eines Experten, um zu klären, welche Knochen dort miteinander verschmolzen sind. Anatomiker haben es versucht, und zwar zunächst und vor langer Zeit (Meckel kam zu diesem Schluss 1825), und entschieden, dass die Knochen mit DI, DII und DIII nummeriert sind, genau wie die, die wir bei dreifingrigen Dinosauriern sehen… also kein Dilemma, oder?

Falsch. Es gibt einen anderen Weg, die Identität dieser Knochen zu betrachten, und zwar durch Beobachtung ihrer Entwicklung. Was einige Vögel tun, ist, anzufangen, fünf Finger zu bilden – sie bilden vier oder fünf kleine Knötchen aus Knorpel, die Kondensationen genannt werden, und schalten dann die Entwicklung einiger davon ab. Was ein alter Anatom bemerkte (Owen, 1836), war, dass eine der Kondensationen, die verworfen wurde, die erste war – was bedeutet, dass die Vogelzehen tatsächlich aus Kondensation II, Kondensation III und Kondensation IV abgeleitet sind. Die Daten sind in dieser Zeit der molekularen Marker noch stärker: Die Vogelzehen entstehen embryonal aus der zweiten, dritten und vierten knorpeligen Kondensation.

Dies ist nun eine Komplikation für die Evolution. Wir haben dreifingerige Dinosaurier und dreifingerige Vögel, doch es scheint, als wären es nicht dieselben Finger. Die Vorfahren der Vögel müssten ihren verworfenen Finger IV wiederbelebt haben, dann Finger I eliminiert haben, bevor sie das gesamte Ensemble ohnehin zu einem knöchernen Gemisch verschmolzen hätten. Das ist überhaupt nicht parsimonisch. (Natürlich ist es noch weniger parsimonisch, mehr als ein Jahrhundert an Daten, die die Evolution stützen, wegzuschmeißen, wie Jonathan Sarfati es von uns verlangt.)

Es gibt eine weitere, bessere Erklärung, die Wagner und Gauthier entwickelt haben, die mir alles klar macht, zumindest.

Beachten Sie, dass Anatomen zunächst den Ziffern I, II und III für Vogelgliedmaßen aufgrund ihrer Form zuordneten, später jedoch aufgrund der Embryologie auf II, III und IV korrigieren mussten. Dinosaurier-Ziffern werden aufgrund ihrer adulten Form den Ziffern I, II und III zugeordnet (was zugegebenermaßen deutlich weniger mehrdeutig ist als die adulten Vogelziffern)! …Aber wie steht es mit deren Embryologie? Hätten wir Zugang zu Informationen über die Expression molekularer Marker und frühe Kondensationen im Dinosauriergliedmaß, müssten wir deren Ziffern revidieren?

Wir haben keine fetalen Dinosaurierhände, an denen wir experimentieren könnten, aber unser wachsendes Wissen darüber, wie Gliedmaßen sich entwickeln, deutet darauf hin, dass dies möglicherweise der Fall ist. Dieses Diagramm illustriert die Entwicklungssequenz der Hand bei einem Krokodil (a) und einem Strauß (b).

Was Sie sehen, ist das Muster der frühen Kondensationsvorgänge im Gliedmaßenbereich. Wir Tetrapoden haben ein Standardmuster: Die allererste Ziffer, die sich als Verlängerung des Gliedmaßens entwickelt, ist Kondensation IV, Ihr Ringfinger, der den sogenannten metapterygialen Achsen bildet. Als nächstes bildet sich der kleine Finger (CV) als kleines Nachgedanken an einer Seite der metapterygialen Achse, und eine neue Kondensationsachse hakt über die Handfläche, wobei der Mittelfinger (CIII) als Nächstes folgt, dann der Zeigefinger (CII) und zuletzt der Daumen (CI). Aus entwicklungsbiologischer Sicht sind die einfachsten Ziffern, die verloren gehen können, dieser seltsame kleine CV und der Daumen, CI. CI ist die allerletzte zu bildende Ziffer, sodass Sie seine Bildung durch eine Änderung des Entwicklungszeitplans in einem Prozess, der als Heterochronie bezeichnet wird, stoppen und einfach die Entwicklung dieser Achse, die über die Handfläche hakt, frühzeitig unterbrechen können. Das können Sie bei dem Strauß sehen, der einfach die Bildung von Fingern nach CII stoppt, sodass CI nicht gebildet wird. Die schwierigste Ziffer, die verloren gehen kann, ist CIV, weil sie sozusagen der Dreh- und Angelpunkt des Prozesses ist – alle anderen Ziffern folgen auf IV, sodass es schwierig wäre, IV zu unterdrücken, ohne alle anderen Ziffern zu verlieren. (Wer hätte gedacht, dass der Ringfinger so zentral und wichtig für die Handentwicklung ist?)

Die Nummerierung des Dinosaurierglieds ist ein Problem, dann… sie deutet darauf hin, dass sie kein Digit IV haben, was wie eine komplizierte und unwahrscheinliche Sache aussieht, die man tun müsste. Aber sie haben doch einen ‘Daumen’, oder Digit I. Wie lösen wir diesen scheinbaren Widerspruch?

Die Antwort lautet, dass zwei Entwicklungsprozesse ablaufen. Der erste ist die Bildung der Kondensate, CI bis CV. Dieser Prozess unterteilt den terminalen Bereich in eine angemessene Anzahl von Abschnitten, spezifiziert aber nicht tatsächlich die Identität der Finger. Der zweite Prozess weist jedem dieser Abschnitte eine Finger-Identität zu, und dieser Prozess ist in gewissem Maße unabhängig vom ersten und verwendet ein anderes Set von Signalen. Wolpert et al. haben dies bei modernen Embryonen beobachtet:

Beispielsweise wird die Identität der Fingerknochen in einer überraschend späten Phase der Gliedmaßenentwicklung festgelegt, und die Identität bleibt auch dann noch labil, wenn die Primordien der Fingerknochen bereits gebildet wurden. Es scheint nun, dass die Identität der Fingerknochen durch das Interdigitalmesenchym festgelegt wird und eine BMP-Signalgebung erfordert. Es gibt zudem Hinweise darauf, dass Mechanismen, die über einen diffundierenden Morphogen hinausgehen, zur Ausbildung des initialen Knorpelmusters beitragen, das anschließend durch ein Signal aus der polarisierenden Region modifiziert wird…

Was Wagner und Gauthier vorschlagen, ist, dass dreifingrige Dinosaurier diese Reduktion dadurch erreichten, indem sie die beiden leichtesten Finger zu verlieren, CI und CV, ablegten, sodass wir, wenn wir sie nach denselben Kriterien zählten, die wir bei modernen Vögeln verwenden, Kondensationen II, III und IV besitzen. Was auch geschah, war jedoch, dass es einen Rahmenverschiebung im Mechanismus gab, der die Fingeridentität zuweist, sodass sich CII als DI, CIII als DII und CIV als DIII entwickelt.

Der Frameshift ist nicht nur eine Idee, die aus dem Nichts gegriffen wurde, eine bequeme Handbewegung, um ein Problem zu verschwinden lassen. Wir haben ein Beispiel von einem Tier, das seine Finger auf zwei reduziert, einen flugunfähigen Vogel, den Kiwi.

Ein ähnlicher Verschiebung der Fingeridentität mit Kondensationsverlust ist an der Hand des rudimentären Flügels beim Kiwi erkennbar. Kiwis haben nur zwei Finger, und in Abwesenheit (oder nahezu Abwesenheit) des Fingers DI (CII) kann der Finger DII (CIII) manchmal die Anzahl und Form der Phalangen zeigen, die für den Finger DI natürlich sind, statt für den Finger DII oder eine Kombination von Merkmalen beider Finger. Es ist ebenso aufschlussreich, dass bei Kiwis die dritte Kondensation (CIII) niemals zu einem dritten Finger (DIII) führt. Eine natürliche Variation dieser Art demonstriert unmissverständlich, dass es keine eins-zu-eins-Beziehung zwischen Fingeridentität (D) und Kondensationsidentität (C) gibt.

Der Zeitpunkt dieses Übergangs lässt sich auf die saurische Phylogenie projizieren, und alles ergibt Sinn und ist konsistent. Und es erfordert nicht, dass man die alberne Reihenfolge der biblischen Erzählung ernst nimmt, wonach Vögel vor allen Landtieren erscheinen.

Fingerentwicklung

Was ist mit Sarfatis zweiter Beweislinie gegen die Evolution, dass Frösche und Menschen völlig unterschiedliche Mechanismen verwenden, um ihre Gliedmaßen zu bilden?

Einfache Antwort: Es ist alles Unsinn. Es ist eine offensichtliche Verleugnung grundlegender Informationen, die Sie in jedem Lehrbuch der Entwicklungsbiologie finden werden.

Wir haben jetzt ein ziemlich gutes Verständnis der Grundstruktur der Gliedmaßenentwicklung in mehreren Tetrapoden-Stämmen, und sie alle verwenden dieselben Werkzeuge. Im Gegensatz zu Sarfatis Implikation besitzen sie alle apikale ektodermale Kämme (mit einigen seltenen Ausnahmen bei wenigen hochspezialisierten, direkt entwickelnden Fröschen) und Zonen polarisierender Aktivität; sie alle nutzen denselben Satz von Molekülen, einschließlich FGF-4 und FGF-8 sowie dieselben Hox-Gene und Retinsäure und BMPs. Wenn es eine Sache gibt, die wir wissen, dann ist es, dass die Gliedmaßenentwicklung erstaunlich gut konserviert ist.

Es ist wahr, dass Frösche weniger Apoptose zwischen ihren Zehen aufweisen als wir, aber das liegt daran, dass sie Schwimmfüße haben. Unterdrückt man die Apoptose bei anderen Wirbeltieren, erhält man das gleiche Phänomen, die Beibehaltung von membranösen Zehenweben. Es gibt einen einfachen funktionalen Grund, warum sie sich in dieser Hinsicht unterscheiden, und er nutzt eine gemeinsame Eigenschaft der Gliedmaßenentwicklung bei allen Tetrapoden aus.

Ich kann Sarfati bei der Schwierigkeit, die Ziffernnummerierung zu ordnen, nachempfinden – sie ist subtil und tückisch und hat schlauere Menschen als wir beide verwirrt. Doch die ablehnende Haltung von Uninformierten gegenüber einigen der einfachsten und klarsten Beispiele für gemeinsame Mechanismen in der Entwicklung, etwas, das Sie in jedem einführenden Biologie-Lehrbuch finden können… das ist schwer zu verzeihen.