Duur-zame energie

Volgens een onderzoek uit Oxford, uitgevoerd samen met Nobelprijswinnaar en Amerikaans econoom Stiglitz, worden veel banen gecreëerd door te focussen op de overgang naar hernieuwbare energie. De bouw van windmolenparken en zonnepanelen met de aanleg van infrastructuur zou het mogelijk maken om 3 keer meer banen te creëren dan wanneer traditionele fossiele energie wordt gebruikt. Dergelijk werk vergt namelijk veel mankracht.

Onderaan het artikel waarin dit te lezen was stond bij wijze van kritiek ook dat Italië neutraal is gebleven voor wat betreft de maatregelen die genomen kunnen worden om door te gaan zoals voorheen, zodra de Covid-19-crisis voorbij is, of om van koers te veranderen, richting een duurzame economie. Persoonlijk vind ik het een goede positie, aangezien het budget voor de verschillende uitgaven van de staat noodzakelijkerwijs bijna volledig zal moeten worden geconcentreerd op de strijd tegen de Covid-19-pandemie en de economische gevolgen daarvan.

Luchtvervuiling Milaan van vóór de corona-pandemie. Photograph: Claudio Furlan/LaPresse via ZUMA Press/REX/Shutterstock

In Nederland is er een groep van activisten, Urgenda genaamd, die via juridische procedures bepaalt dat de overheid zich moet houden aan een reductie van CO2 om een ​​bepaalde waarde, die als acceptabel wordt beschouwd, niet te overschrijden. Dankzij deze groep, die dus uit een man en een paardenkop bestaat en die geen democratische vertegenwoordiging heeft, ook al zijn ze enorm populair onder de groenen, schieten nu overal in het land biomassa-centrales uit de grond. Biomassa wordt beschouwd als hernieuwbare energie. Biomassa is gelijk aan pellets, aan vernietigde bossen. Om de CO2-uitstoot zo laag mogelijk te houden, subsidieert de Nederlandse overheid het gebruik van biomassa, omdat Europa deze energiebron tot hernieuwbaar heeft bestempeld. De vermindering van CO2 in de atmosfeer zou alleen plaats kunnen vinden tijdens de aangroei van bossen, aangezien nieuwe bomen weer CO2 zullen gaan opnemen. Er wordt een soort lening genomen op de toekomst.

In deze context maakten Michael Moore en Jeff Gibbs een documentaire, Planet of the Humans,  waarin de vernietiging van de bossen aan de kaak wordt gesteld. In feite hekelen ze de hele ‘groene’ beweging in die zin dat ze door het kapitalisme tot slaaf is gemaakt zonder dit te beseffen. We zien verschillende keren jonge mensen die protestborden omhoog houden met de woorden “we willen 100% hernieuwbare energie”, waarbij ze alle energie bedoelen die niet fossiel is, dat wil zeggen zonne-energie en windenergie. Volgens Ozzie Zehner, een wetenschapper in UC Berkeley, bedraagt de op deze manier verkregen energie minder dan de energie die wordt gebruikt om met fossiele bronnen diezelfde panelen en molens te bouwen.

In het recente verleden maakten Moore en Gibbs deel uit van sympathisanten van groene activisten en linksen, maar met deze film hebben ze veel vijanden onder hen gemaakt. Als het waar is wat ze in de film laten zien, hebben ze over de hele wereld vijanden en zullen ze zich een tijdje moeten verstoppen. De officiële wetenschap erkent zelf het probleem van klimaatverandering en vergemakkelijkt het nemen van maatregelen ter bestrijding van CO2-uitstoot. In de praktijk betekent dit dat de wetenschap het gebruik van hernieuwbare energiebronnen en biomassa bevordert en goedkeurt om de stijging van CO2 tegen te gaan. Het keurt ook de constructie van elektrische auto’s goed met het gebruik van grondstoffen uit andere continenten. Er zijn nu multinationals actief in de biomassa-industrie die worden geprezen door de wetenschap, door (groene) politiek en door groen links.

Dit wetende kunnen we niet langer gewoon voorstander zijn van hernieuwbare bronnen en een ‘duurzame economie’. De groenen haalden gewoonlijk uit tegen grote olieproducerende multinationals, maar we moeten ook oppassen voor de markt van de hernieuwbare industrie. Dat Italië dus nog niet duidelijk heeft gekozen voor een op fossielen gebaseerde economie of, integendeel, voor een hernieuwbare economie – voor de komende tijd na Covid-19 – mag niemand teleurstellen. Zoals vaak gebeurt, vertraagt ​​Italië zijn keuzes, maar het kan ook een voordeel zijn anderen te laten experimenteren. De econoom Stiglitz mag dan uitrekenen dat er 3 keer meer arbeidsplaatsen komen met een duurzame economie, maar het hierboven geschetste plaatje laat zien dat er veel meer komt kijken bij dit wellicht steriele met computermodellen opgestelde rekensommetje.

Uit:

– EuropaToday Dario Prestigiacomo

– Elsevier Weekblad Simon Rozendaal

– YouTube; Planet of the Humans Moore and Gibbs

Coronavirus, zijn we schuldig of slachtoffer?

Illustratie van de Geschiedenis van Pandemieën (voorzover bekend), van het internet, bron onbekend

Gedurende deze tijd van social distancing en, zoals het geval is in sommige landen, van een lockdown, kan worden gezegd dat deze periode van isolement voor velen ook een moment van reflectie is over hun leven en over de situatie waarin de wereld zich bevindt. Het is een tijd om je voor te bereiden op een ander leven, waarin je misschien meer bewust bent van je gedrag met betrekking tot het milieu, het klimaat en de verandering ervan en met een groter besef van de waarde van vele privileges die al sinds lang zijn verworven. We voelen ons collectief schuldig omdat we de aarde hebben geëxploiteerd, het milieu hebben vervuild en we voelen het gewicht van een grote verantwoordelijkheid. In feite is er geen ontsnapping mogelijk, we lijken nu definitief verantwoordelijk te zijn voor klimaatverandering. We kunnen zeggen in het Antropoceen aangekomen te zijn, niet alleen vanwege de vervuiling en ons indrukwekkend plastic spoor, maar vooral omdat we, als de wereldwijde temperaturen blijven stijgen, denken dat het onze schuld is en als ze dalen, denken we dat dit te wijten is aan onze klimaatstrategie. De mens voelt zich heden ten dagen 100% verantwoordelijk voor het klimaat.

 

Dit sentiment komt naar voren in het nieuws op televisie, in kranten en in social media. Met de komst van het Covid-19 coronavirus lijkt het erop dat we weer een ander voertuig hebben gevonden voor ons schuldgevoel. De komst van dit virus zou aantonen hoe slecht we tot nu toe hebben geleefd, en hoeveel het de schuld is van overbevolking, van ons slechte beheer van het milieu en de vernietiging van ecosystemen. Op dit punt voel ik me gedwongen om het virus en de mens te verdedigen: min of meer dodelijke virussen hebben altijd bestaan ​​en zijn een constant gezelschap geweest van de mens gedurende zijn migratie over de wereld, zelfs toen de bevolking nog beperkt was en we nog heel weinig impact op de planeet, haar biosfeer en haar bewoners hadden. Het Covid-19 is daarom onschuldig, in feite is het niets meer dan een microscopisch deeltje bestaande uit verschillende macromoleculen dat zelfs niet in staat is buiten zijn gastheer te leven. De mens staat echter, met al zijn technologie en wetenschap, met lege handen voor dit virus, dat ​​onschuldig is. Wij zijn niet slecht of schuldig, we zijn slachtoffers van de wapenwedloop dat het mechanisme van de natuur vormt.

Dezelfde natuur die we zo bewonderen als we de bloei van bloemen in het voorjaar zien, en die we nu nog meer bewonderen, nu we in isolement zijn en de dieren en planten hun ruimte heroveren.

Met het oog op navigatie

Sommige dieren kunnen zich oriënteren op het gepolariseerd licht van de zon of de maan. Andere gebruiken daarentegen het magnetisch veld van de Aarde. In het volgende filmpje laat Marcus Byrne zien hoe de mestkever zich oriënteert op de zon en, gedurende de nacht, op gepolariseerd maanlicht.

Later werd aangetoond dat de mestkever in nachten zonder maanlicht zich ook kan oriënteren op de Melkweg. Dit is voornamelijk te danken aan zijn formidabele gezichtsvermogen blijkt uit de verschillende experimenten.

Mestkevers oriënteren zich gedurende nachten zonder maanlicht op de Melkweg

Wordt met behulp van spiegels de straling van de zon veranderd, dan vervolgt het beestje zijn weg in tegenovergestelde richting. Wordt door een scherm de polarisatie van maanlicht verstoord, dan verliest de kever elk richtinggevoel en doolt in het rond. Ook met het gebruik van artificiële koepels met oplichtende melkwegstelsels is de richting van voortbeweging te beïnvloeden. Bij het verliezen van grip op de mestbal en zodra de externe lichtbronnen veranderen ‘danst’ de kever even op zijn mestbal om zijn as te bepalen ten opzichte van de nieuwe input, om daarna in een andere richting door te lopen. Dit sterk ontwikkelde oriëntatievermogen heeft te maken met de noodzaak om zich zo snel mogelijk en dus in rechte lijn met een buitgemaakte mestbal te verwijderen van de plek waar andere mestkevers zich verzameld hebben. Ze stelen immers de mestballen van elkaar.

 

Navigatie op het magnetisch veld rond de Aarde is een heel ander hoofdstuk. Vorige maand is er een onderzoek gepubliceerd door Qin et al. van Peking University waarin aangetoond wordt dat fruitvliegjes in de cellen van hun kopje (hersenen + retina?) naaldvormige staafjes bezitten. Deze staafjes zijn gevormd door een eiwitcomplex met ijzer en zwavel. Dit zou de eigenlijke sensor van het magnetisch veld zijn die in samenwerking met het eiwitcomplex Cry (Cryptochromes) de gevoeligheid ten aanzien van de richting van het magnetisch veld bepaalt.

Het biokompas model van magnetoreceptie en navigatie bij dieren. a, Cry/MagR magnetosensor complex op nanoschaal met intrinsieke magnetische polariteit dat werkt als licht afhankelijk biokompas. Lineaire polymerisatie van Fe – S clusters bevattende magnetoreceptors (MagR) leidt tot de vorming van staafvormige biokompas (centrum, geel), omgeven door fotogevoelige cryptochromes (Cry, buitenste laag, blauw). b, Dwarsdoorsnede van a, die aangeeft dat electron transport van de FAD groep in Cry naar het Fe – S cluster in MagR als gevolg van licht stimulatie mogelijk is. c, Het biokompas model van magnetoreceptie. In navigatiesystemen bij dieren, het Cry/MagR magnetosensor complex kan een biologisch kompas vormen dat informatie ontvangt van het magnetisch veld van de Aarde, zoals polariteit (gelijk een conventioneel kompas), intensiteit en inclinatie. De weergave van het oppervlak van de Cry/MagR structuur (blauw en geel) werd in dit onderzoek met EM (elektronenmicroscoop) bevestigd. Het intrinsieke magnetisch moment van de magnetosensor zou een polariteitskompas kunnen vormen voor het ‘waarnemen’ van de richting van het magnetisch veld van de Aarde. De capaciteit om de intensiteit en het spontane bijstellen van de magnetosensor in magnetische velden waar te nemen (zoals links weergegeven), kan de basis vormen voor een intensiteitssensor en inclinatiekompas. De magnetische polen van de Aarde (zwarte pijlen) compenseren de rotatie as (zwarte lijn). De inclinatiehoek (aangegeven met ‘l’) en de intensiteit van het veld zijn weergegeven naar de richting en lengte van de pijlen (rood in het Noordelijk halfrond en blauw in het Zuidelijk halfrond). De magnetosensors MagR en Cry/MagR van twee soorten, de monarch vlinder (Danaus plexxipus, boven rechts) en een duif (Columbia livia, onder rechts), werden in dit onderzoek getest wat het model van een evolutionair geconserveerd biokompass onderstreept. Uit Qin, S. et al. 2015

Dat Cry een belangrijke rol moest spelen was al bekend aangezien fruitvliegjes zonder dit eiwit hun gevoeligheid voor het magnetisch veld verliezen. Maar welke structuur nu precies de sensor vormde wist men tot nu toe niet. Deze nieuwe structuur is MagR genaamd. De volgende figuur laat de structuur van het biokompas (Cry + MagR) zien.

 

Veel wetenschappers zijn sceptisch ook omdat vergelijkbare moleculen in veel andere dieren voorkomen waaronder ook de mens. De onderzoekers zouden ook niet in vivo aangetoond hebben dat de structuur daadwerkelijk als sensor dient. Een kritiek betrof het feit dat er niet verder gezocht is naar hoe de signalen doorgegeven en uitgewerkt worden in het brein. Dat is een eigenaardige claim want de vondst van deze sensor is, als deze ook door anderen correct bevonden wordt, een belangrijke vondst, waar velen zo snel mogelijk van willen weten. Bovendien dreigde een collega-wetenschapper al met de gegevens ervandoor te gaan. De man is ontslagen.

Interessant aan de uitgebreide studie is dat er in silico gezocht werd in het genoom naar sequenties die een eiwit zouden opleveren met de juiste eigenschappen. Een interessante werkwijze.

Het biokompas eiwitcomplex bevindt zich bij de duif in de retina. Misschien ‘zien’ de vogels het magnetische veld wel in plaats van het ‘waar te nemen’ of te ‘voelen’ (to sense).

 

Uit:

• Artikel in io9: Dung beetles use de milky way for navigation
• Nature News: Discovery of long-sought biological compass claimed
• Qin, S. et al. 2015. A magnetic protein biocompass. Nature Materials. (2015) in ReadCube
• Dacke, M., Nilsson, D.-E., Scholtz, C., Byrne, M., and Warrant, E. Animal behaviour: Insect orientation to polarized moonlight.Nature 424, 6944 (2003).

Nieuws over de eerste bloemplanten

Omdat ik al enige tijd erg veel werk heb gehad in de tuin (en met vakantie geweest ben), is een blogbericht dat met evolutie van de eerste bloemen te maken heeft wel passend.

Een week geleden werd er een wetenschappelijke studie (in Proceedings of the National Academy of Science ofwel PNAS) gepubliceerd waarin er in een oude verzameling van fossielen een plant gevonden is die de oudste *bedektzadige (of bloemplant) zou kunnen zijn. Er was in het verleden veel verwarring over de classificatie en datering van deze fossielen, die meer dan 100 jaar geleden gevonden waren in Spanje. Maar na een gedetailleerde studie blijkt de plant zaden te dragen, het kenmerk van bloemplanten. Het gaat om de plant Montsechia vidalii die lijkt op zijn afstammeling het Hoornblad (Ceratophyllum) dat ook wel in aquaria als plantje wordt gehouden. Het Montsechia plantje leefde reeds 125 tot 130 miljoen jaar geleden in de zoetwatermeren van bergstreken in Spanje ten tijde van de dinosauriërs.

Een groot specimen van Montsechia Image credit: David Dilcher

Net als het hedendaagse Ceratophyllum (hoornblad) produceert ook zijn voorvader Montsechia geen bloembladen of nectarhoudende delen, want de plant leeft zijn hele cyclus onder water. Montsechia, dat zowel lange als kortbladerige vormen kent, draagt een enkel zaad, dat ondersteboven gedragen wordt en per paar aan het uiteinde van een tak groeit.

Montsechia, dat zowel lange als kortbladerige vormen kent, draagt een enkel zaad, dat paarsgewijs aan de uiteinden van de takken verschijnt en  ondersteboven gedragen wordt.
Image credit: Oscar Sanisidro

Montsechia heeft net als het nog steeds levende Ceratophyllum geen wortels. Er zit een gaatje in de stamperwand dat stuifmeel toelaat onder water binnen te komen in plaats van een functionele stempel, typisch horend bij bestuiving in het merendeel van de bedektzadigen. Waterplanten, die in het merendeel van de gevallen afstammen van landplanten, modificeren hun vegetatieve vorm om in deze omgeving te gedijen. De reproductieorganen van waterplanten zijn vaak meer conservatief en laten vaak overblijfselen zien van de morfologie van de op het land levende voorouders. Ceratophyllum is daarentegen heel anders van vorm en staat op moleculair niveau ook erg ver van bestaande bedektzadigen af. De auteurs proponeren daarom dat Montsechia en Ceratophyllum inderdaad belangrijker zijn als basis voor de evolutie van de bedektzadigen, dan tot nu toe gedacht werd. Ze suggereren dat de conditie als waterplant wellicht niet resulteert van voorouderlijke bedektzadigen, maar dat de eigenschap zaad te kunnen ontwikkelen zich bij deze planten oorspronkelijk voordeed in het water.

Modern hoornblad

Ik werd er op gewezen dat andere studies aantonen dat bepaalde vormen van stuifmeel, die typisch zouden zijn voor bedektzadigen, reeds 250 miljoen jaar geleden bestonden. Dat maakt nogal een groot verschil met 150 miljoen jaar geleden. De theorie die heden de meeste steun heeft is dat Amborella aan de basis staat van de evolutie van de bedektzadigen of Angiospermae. Maar dat is eventueel iets voor een volgend bericht.

*De bedektzadigen (Angiospermae), zijn de grootste groep landplanten en vormen wat wij doorgaans bloemplanten noemen. Zij reproduceren zich door middel van bloemen en zaden. De andere groep zijn de naaktzadigen (Gymnospermae), die nooit echte vruchten produceren, zoals de coniferen.

Bernard Gomez, Véronique Daviero-Gomez, Clément Coiffard, Carles Martín-Closas, and David L. Dilcher
Montsechia, an ancient aquatic angiosperm
PNAS 2015 : 1509241112v1-201509241.

Stilstaande evolutie, de nulhypothese

Evolutie van leven veronderstelt een ontwikkeling van organismen. De evolutietheorie van Darwin stelt dat soorten ontstaan door natuurlijke selectie. Het is moeilijk te testen of er bij afwezigheid van selectie toch evolutie plaatsvindt. Bijna elke omgeving of niche betekent competitie voor schaarse voedselbronnen en daaruit volgt een survival of the fittest. Nu heeft een groep onderzoekers organismen gevonden die al meer dan 2 miljard jaar niet geëvolueerd zijn. Het gaat hierbij om zwavel bacteriën.

Zij bestudeerden met speciale instrumenten zoals Raman spectrografie en confocale laser scan microscopie fossiele gesteenten van de zeebodem en vonden daarin fossiele filamenten van zwavel bacteriën. Wanneer ze deze vergeleken met de huidige zwavel bacteriën die op andere locaties leven zagen ze duidelijke overeenkomsten in de vorm en lengte van de filamenten. Zie de onderstaande figuur.

Hedendaagse en precambriaanse filamenteuze zwavelcyclerende micro-organismen. A en E Hedendaagse microben 7 – 9 micrometer in diameter vergeleken met fossielen van het 2,3 miljard jaar oude Turee Creek gesteente (B en F) en het 1,8 miljard jaar oude Duree Creek gesteente (C,D,G en H)

 

De gesteenten, die in het Australische Turee Creek en Duck Creek gevonden werden, dateren van resp. ca. 2,3 miljard jaar en 1,8 miljard jaar geleden. Deze perioden volgen op de Great Oxidation Event (GEO) en de ontwikkeling van deze zwavel bacteriën wordt gezien als een antwoord op de langzame toename van zuurstof in de atmosfeer. Daardoor konden deze bacteriën sulfaat (SO4^2-) en nitraat (NO^3-) metaboliseren, stoffen die alleen na oxidatie van zwavel en stikstof beschikbaar zijn. De tegenwoordige zwavel bacteriën, die zoveel op hun fossiele voorouders lijken, bevinden zich in de bodem in een relatief zuurstofloze omgeving, maar profiteren van het sulfaat en nitraat uit de iets hoger gelegen diepten. Zij nemen deel aan de zwavelcyclus waarin bacteriën het sulfaat reduceren tot waterstofsulfide, dat opnieuw geoxideerd kan worden tot het element zwavel met behulp van zuurstof uit de bovenliggende lagen. Het zwavel kan dan weer geoxideerd worden tot sulfaat door andere bacteriën.

De betreffende zwavel bacteriën worden gekenmerkt door hypobradytelic lifetyles ofwel, een leefstijl die niet veranderd is gedurende meer dan 2 miljard jaar. Deze onveranderde leefstijl vindt men ook bij de cyanobacteriën, die zeer competitief waren door de productie van het toenmalige voor veel organismen giftige zuurstof. Voor de zwavel bacteriën geldt dat er, sinds het ontstaan van de eerste microbiële groepen, weinig tot geen stimulering was tot aanpassing aan veranderende condities. Het zijn bewoners van relatief koude, rustige, zuurstofvrije sedimenten, waar geen dagelijks licht doordringt. Deze condities zijn hetzelfde sinds de vroege geschiedenis van de Aarde. Een omgeving die dus niet veranderde.

Het is daarom verleidelijk deze zwavel bacterie gemeenschappen als bewijs te zien van de “negatieve” nulhypothese van Darwiniaanse evolutie: als er geen verandering plaatsvindt in de biofysische omgeving van een goed aangepast ecosysteem, dan zou er geen soortvorming, geen evolutie van de vorm, de functie of de metabolische eisen van biotische componenten zijn. Maar er moet rekening gehouden worden met het feit dat de morfologie van de bacteriën uit convergente evolutie voortkomt en dat het metabolisme en de genomen van de precambriaanse bacteriën wellicht anders was. Het DNA kan helaas niet vergeleken worden. Er zijn bovendien relatief weinig fossielen gevonden, waardoor er ‘missing links’ lijken te bestaan. Mochten er meer van dergelijke fossielen gevonden worden die dit gat wat kunnen dichten dan zal het mogelijk zijn de nulhypothese voor Darwiniaanse evolutie te bevestigen.

Eerdere hier verschenen berichten behandelen zwavel bacteriën die elektriciteit in de zeebodem genereren en geven wat extra informatie over hun metabolisme en leefwijze (1, 2) .

 

Uit:  J. W. Schopf, A. B. Kudryavtsev, M. R. Walter, M. J. Van Kranendonk, K. H. Williforde, R. Kozdone, J. W. Valleye, V. A. Gallardol, C. Espinozal, D. T. Flannery; Sulfur-cycling fossil bacteria from the 1.8-Ga Duck Creek Formation provide promising evidence of evolution’s null hypothesis; PNAS 5 january 2015 J. William Schopf, doi: 10.1073/pnas.1419241112

Plasticiteit in evolutie

Volgens een aantal evolutiebiologen zou de evolutietheorie, zoals deze sinds de Nieuwe Synthese van 1942 wordt beschouwd, uitgebreid moeten worden met een aantal moderne inzichten. Er wordt altijd al aan de evolutietheorie getwijfeld, bijgeschaafd en gemorreld, maar doorgaans heeft dit niet veel resultaten voortgebracht. Voorstanders van een modernere versie, die Extended Synthesis moet heten, zijn van mening dat er zich veel nieuwe ontwikkelingen in de biologie, de moleculaire biologie en ecologie hebben voorgedaan en dat daarom de evolutietheorie uitgebreid dient te worden. Daar bestaat een enorme discussie over waar niet lang geleden een artikel over in Nature verscheen. Daarin werden de meningen van de opponenten tegenover elkaar gezet.

polypterus bichir

Er komt in deze discussie ook het onderwerp plasticiteit aan bod: plasticiteit van het fenotype, dat helemaal losstaat van het genotype en die zich voordoet binnen de levensloop van een organisme. Is er vervolgens sprake van erfelijkheid van dit fenotype dan wordt dit fenomeen ook wel genetische assimilatie genoemd. Het mooiste voorbeeld van plasticiteit is geobserveerd door Standen et al. in hun studie op kwastsnoeken polypterus bichir. Men spreekt ook wel van adaptatie die voorafgaat aan mutatie in plaats van eerst mutatie en dan adaptatie.

Deze vissen bezitten vinnen die het aspect van ledematen hebben en ook als zodanig gebruikt worden wanneer het dier zich op land verplaatst. De vis bezit ook primitieve longen. Standen et al. onderzochten in hoeverre het fenotype van deze vissen zich aanpaste wanneer de dieren op het land grootgebracht werden. Ze werden daartoe van kleins af aan op kleine kiezel geplaatst en vochtig gehouden door een fijne waterspray. Er deden zich na acht maanden op deze manier te leven interessante veranderingen voor. Ten eerste ‘leerden’ de vissen beter lopen. Ze hieven zich meer op hun voorvinnen/voorpoten op om zodoende makkelijker stappen te nemen. Ten tweede werden contacten tussen beenderen in de ‘nek’ wat losser waardoor de kop meer vrijelijk beweegbaar werd. En ten derde werd het sleutelbeentje langer en sterker, waardoor de dieren beter bestand waren tegen de zwaartekracht. Hoewel er hier geen sprake is van erfelijkheid aangezien het gaat om veranderingen binnen het leven van enkele organismen in plaats van verschillende generaties, zijn het stuk voor stuk veranderingen die ook in het fossielenbestand worden teruggevonden in de eerste tetrapoden die aan land gingen. De visachtige voorouders van deze tetrapoden waren zeker geen polypterus, maar ze hebben er ongetwijfeld sterk op geleken. Deze studie werd in Nature gepubliceerd en er werd een video van gemaakt die hier te zien is (de muziek is helaas niet zo geweldig):

Er zijn nog meer voorbeelden van deze plasticiteit zoals in zogenaamde ‘tweevoetige’ muizen. Een speciale renmolen in de kooien stimuleerde de muizen vooral te lopen met hun achterpoten. Dit veroorzaakte langere achterpoten en grotere heupkoppen; exact de veranderingen die plaatsvonden bij de voorouders van de mens toen deze rechtop gingen lopen.

Andere mogelijke voorbeelden zijn convergente evolutie, zoals deze vaak gezien wordt bij stekelbaarsjes met

veldmuis op achterpoten

betrekking tot het verlies van de beenplaten. In het algemeen echter gaat het bij convergentie om gelijke omgevingen die leiden tot gelijke evolutionaire resultaten. In deze gevallen zou het opnieuw kunnen gaan om plasticiteit van het fenotype, waarbij gelijke voorwaarden leiden tot vergelijkbare plastieke antwoorden in de voorouderlijke soorten. Natuurlijke selectie zou deze trajecten vervolgens versterken, waarbij de ‘tendens’ tot een bepaald fenotype vast komt te liggen in het genotype. Dit is met bovenstaande studies nooit aangetoond en niemand claimt dat er bewijs bestaat voor dit mogelijke proces van genetische assimilatie. Maar plasticiteit wordt door een aantal biologen gezien als een fenomeen dat niet in de tekstboeken mag ontbreken. Volgens deze wetenschappers gaat het dus in evolutie vaak zoniet altijd om eerst adaptatie en vervolgens mutatie in plaats van andersom, eerst mutatie en daarna adaptatie.

 

h/t to Kees Jaspers

Uit: Adapt first, mutate later. Colin Barras New Scientist 17 january 2015

Kevin Laland,Tobias Uller,Marc Feldman,Kim Sterelny,Gerd B. Müller,Armin Moczek,Eva Jablonka,John Odling-Smee,Gregory A. Wray,Hopi E. Hoekstra,Douglas J. Futuyma,Richard E. Lenski,Trudy F. C. Mackay,Dolph Schluter,Joan E. Strassmann Does evolutionary theory need a rethink? Nature 514, 161–164 (09 October 2014) doi:10.1038/514161a

Evolutionary developmental biology: Dynasty of the plastic fish. John Hutchinson. Nature 513, 37–38 (04 September 2014) doi:10.1038/nature13743 (with audio)

Developmental plasticity and the origin of tetrapods. Emily M. Standen, Trina Y. Du & Hans C. E. Larsson. Nature 513, 54–58 (04 September 2014) doi:10.1038/nature13708

 

In slaap zinken

dagelijkse verticale migratie

Ons slapen en waken en de verticale migratie van zoöplankton in de oceanen hebben eenzelfde mechanisme en oorsprong gemeen. Het gedrag van zoöplankton wordt gekenmerkt door dagelijkse verticale migratie. Hierbij migreert het plankton ’s nachts naar het oppervlak of ondiep water om zich te voeden met fytoplankton of ander zoöplankton.

Men heeft lange tijd verondersteld dat deze migratie samenhing met licht en donker. Maar het blijkt dat ook zoöplankton dat op veel grotere diepten verblijft, waar geen licht doordringt, met hetzelfde ritme op en neer migreert. Men vraagt zich al geruime tijd af hoe dit plankton kan ‘weten’ dat het moet migreren als er geen licht genoeg is om de overgang van dag en nacht te kunnen onderscheiden. Er bestaat de hypothese dat dit op grote diepte levend plankton het migreren van het zoöplankton aan het oppervlak ‘voelt’ of ‘hoort’.

Nu verscheen er recent een artikel in Cell, waarin men aantoonde dat larven van een zeeworm Platynereis dumerilii, een soort zoöplankton, migreren als gevolg van een variatie in melatonine. Het verzwakken van het licht aan het eind van de dag veroorzaakt een toename van melatonine in de zenuwcellen van het brein. Deze toename is een gevolg van een cascade van fototransductie waar net als bij de gewervelden gebruik gemaakt wordt van opsines. De larven bewegen zich voort door kleine haartjes heen en weer te bewegen. Ze bewegen gedurende de dag langzaam omhoog, maar met het toenemen van melatonine gedurende de nacht, wordt dit bewegen langzaam gestaakt en de diertjes zinken weer naar de beneden. De toename van melatonine heeft tot gevolg dat er een gestaag ritme van elektrische ontladingen ontstaat. Dit ritme overstemt de slag van de neuronen die de beweging van de haartjes controleren waardoor de beestjes zinken.

Het blijkt dat deze dieren, net als mensen, onderhevig kunnen zijn aan een jet lag. De cyclus blijft doorgaan zelfs als de diertjes tijdens hun dagritme in het donker geplaatst worden. Zoals uiteengezet in de tweede alinea, zou dit fenomeen heel goed de verklaring kunnen zijn voor het feit dat plankton op grote diepte, waar licht afwezig is, toch dagelijks verticaal migreert. Het plankton op grote diepte betreft waarschijnlijk volwassen exemplaren waarbij op jongere leeftijd de klok is afgesteld.

pekelkreeftje

Tot nu toe werd de rol van melatonine voornamelijk bestudeerd in gewervelden. Dit is een van de eerste onderzoeken die ongewervelden bestuderen voor wat betreft de rol van melatonine in hun gedrag. Er zijn nog meer studies nodig in andere ongwervelden. Het zal vervolgens misschien mogelijk zijn conclusies te trekken. Men stelt al wel hypothesen op over de mogelijkheid dat dit mechanisme van migratie de evolutionaire basis vormt voor ons slaapritme. Ook wij ‘verzinken’ elke nacht in een diepe slaap. Er doet zich dan een analoog fenomeen voor: de thalamus, een soort doorgang van de zintuigen naar het brein, produceert dan een gestaag ritme waardoor haar neuronen bezet zijn. Deze kunnen dan geen signalen doorgeven naar de rest van het brein.

Een ander recent onderzoek bekijkt een mogelijk effect van deze dagelijkse verticale migratie. Studies in grote tanks toonden aan dat het op en neer zwemmen van artemia salina, een pekelkreeftje, behoorlijke stromingen kunnen veroorzaken. Deze studie pleit er voor dat een dergelijk fenomeen als parameter meegenomen zou moeten worden in modellen over het klimaat dat immers bepaald wordt door oceaanstromingen.

Al deze ideeën en gegevens samen doen de gedachten toch weer teruggaan naar het beroemde boekje Gaia van James Lovelock; het klimaat van onze planeet hangt wellicht af van het slaap- en waakritme van haar organismen.

Bekijk ook deze prachtige video over plankton:

Uit:

Cell: Melatonin Signaling Controls Circadian Swimming Behavior in Marine Zooplankton (free access)

New York Times (Carl Zimmer)

Scitable by Nature Education: What Makes Plankton Migrate?

Science News: Can sea monkeys stir the sea?

Deel twee van een verkenning van de biofysica

Een overzicht naar aanleiding van de tweede groep van zes hoofdstukken uit het boek ‘Physics in Mind; a quantum view of the brain’  (2013) van Werner R. Loewenstein

Dit deel beschouwt de drijfveer van evolutie ofwel mutatie. Vervolgens de ionenkanalen of digital demons die de neuronale ontwikkeling mogelijk maakte en daarmee de opkomst van het bewustzijn. Computing door computers en door neuronen. En uiteindelijk het specifiek menselijke, de ontdekking van de diepe werkelijkheid ofwel de rede.

Een getrouw beeld van de werkelijkheid? (Paul Cézanne: Le Mont Sainte-Victoire)

Loewenstein beschouwt de eiwitten als de driedimensionale extensie van het eendimensionale genoom. Het DNA is slechts een opslag van informatie en heeft eigenlijk geen enkele rol in cognitie. De eiwitten die erdoor gecodeerd worden vormen de driedimensionale cognitieve demons die de spil vormen van de vector van het leven: het opvangen van kwantums en het doorgeven van hun energie via de eiwitdemons in de reële driedimensionale wereld.

Het is desalniettemin het DNA dat aan de basis staat van de mutaties die de drijvende kracht achter de evolutie van complexiteit vormt. Mutaties zijn random. Ze worden veroorzaakt door random fotonen met hoge energie of door reactieve moleculen uit de omgeving waarin het DNA ligt. De Uv-straling, X- en γ-fotonen zijn de kwantum generatoren van mutaties. Deze fotonen kunnen de basen in het DNA beschadigen of indirect reactieve moleculen creëren die daarop met het DNA reageren. Ze zijn vrij zeldzaam omdat het DNA redelijk goed beschermd is tegen Uv-straling door het water in de cellen en omdat X- en γ-fotonen zeldzaam zijn. Bovendien wordt de schade zo goed mogelijk gerepareerd door reparatie-enzymen. De mutaties die hieraan ontsnappen, komen mogelijk via het RNA in de eiwitten terecht. Na een aantal berekeningen komt Loewenstein uit op een probabiliteit van 0.91 error-free transmission voor een proteïne van 1000 aminozuren. Hij beschouwt dit als hoog omdat het veel hoger ligt dan men zou verwachten uit statistische mechanica en dit is te danken aan de reparatiemechanismen. De cognitieve proteïnen en katalytische enzymen staan onder selectieve druk. Daarom is op basis van het niet coderende DNA of DNA dat codeert voor proteïnen met mechanische functie, uitgerekend dat het ‘mutatieritme’ per gen elke 200.000 jaar een nieuwe proteïnevariant voortbrengt. Als mensen zien wij hier dus weinig van, we zijn er ook nog maar kort, de meeste van onze genen bestonden al toen wij op het toneel verschenen. Deze genen waren reeds geoptimaliseerd door natuurlijke selectie. Deze fine-tuning is de ultieme functie van de random kwantum generator en zal nooit stoppen. Alles dat deze generator voortbrengt wordt in de driedimensionale wereld getest in competitie met andere mutanten.

Behalve de kwantum generator van mutaties is er een tweede generator van mutaties die alles te maken heeft met duplicaties en exon shuffling. Deze opereert naast de kwantum generator maar bezit daarentegen geen vast ritme. Hij gaat met sprongen te werk. Deze mutaties versnellen de moleculaire complexiteit enorm. De gedupliceerde DNA-fragmenten of genen kunnen door de kwantumgenerator verder af- of bijgesteld worden (fine-tuning) waardoor gedupliceerde genen kleine verschillen bezitten. Een voorbeeld daarvan zijn de vier verschillende rodopsinen van het zicht die elk een verschillende golflengte optimum bezitten. Ook belangrijk zijn composities van lange genen door het achter elkaar schakelen van duplicaten. Deze worden gekenmerkt door introns en zijn van groot belang voor de evolutie van hogere cel organisatie. Ze zouden wel eens aan de wieg van de meercellige organismen hebben kunnen staan.

Tot slot werken deze generators gratis. De kwantumgenerator betrekt informatie uit de kosmos (fotonen) en de tweede generator combineert al deze stukken DNA. Ze halen alles uit het DNA dat er in zit. Bovendien, zodra de driedimensionale spelers (de eiwitten) aan de beurt komen is er geen extra informatie nodig. Het vouwen van de proteïnen is helemaal afhankelijk van hun sequentie in aminozuren, ze vallen als vanzelf in hun basisconfiguratie.

Een ander kwantumaspect van de biologie betreft de metalloproteïnen zoals het cytochroom c. In het centrum van dit eiwit bevindt zich een atoom ijzer dat elektronen doorgeeft en waarbij de elektronen door een deel van het eiwit tunnelen. Men heeft lang gedacht dat het een puur chemisch proces was, maar John Hopfield toonde in 1977 aan dat het om electron tunneling gaat. Dit is een heus kwantumfenomeen en brengt een extreem hoge snelheid en efficiëntie voort. Deze door evolutie gegenereerde ‘uitvinding’ vormde ooit een hoogtepunt in elektrische transmissie. De metalloproteinen zijn zeer overvloedig aanwezig en ook sterk geconserveerd. Maar met het ontstaan van meercelligheid kon dit principe niet werken omdat de afstanden waarover getunneled zou moeten worden te groot zijn. Voor de transmissie van elektrische impulsen in neuronen kon dit systeem dus niet volstaan. Met de groei van de eerste neuronen heeft evolutie digital demons uitgevonden. Het zijn de ionenkanalen die dubbele cognitieve eenheden zijn: ze kunnen zowel onderscheid maken tussen de verschillende ionen als tussen de lokale voltages in het membraan. Ook hier zijn er geen informatiekosten aan verbonden. De passage van de ionen hangt af van het gradiënt dat door het metabolisme van de cel in stand wordt gehouden. De gevoeligheid voor het voltage is ingebouwd in het kanaal door middel van een sensor in de structuur van het eiwit. Het kanaal opent wanneer het membraanvoltage een bepaalde drempel bereikt. Het kanaal staat open of dicht, laat ionen door of niet en is daarmee een digital demon. Deze demons zijn nieuwkomers op het evolutionaire toneel, maar hadden groot succes. Dat is te zien aan hoe massaal ze voorkomen in de neuronen. Ze staan aan de basis van de snelle en efficiënte propagatie van het digitale elektrische signaal langs de neuronen. Daar zijn grote afstanden mee gemoeid en snelle computatie kan zo plaatsvinden.

Digital demons langs pijn-registrerende periferische neurons Uit Nature

De ontwikkeling van deze laatste demons liet de schijnbaar onbedwingbare ontwikkeling toe van het zenuwstelsel, en daarmee van het bewustzijn. Ook bewustzijn, waarvan wij denken daar het primaat van te bezitten, ontwikkelde zich langzaam. Het is zeker uitsluitend voorbehouden aan organismen met neuronen, maar wanneer en in welke dieren het precies verscheen is onduidelijk. De eerste neuronen zullen er twee of drie geweest zijn die samen informatie loops vormden en verantwoordelijk waren voor snelle reflexen. Enkele nazaten daarvan vinden we nog in de wervelreflex. Het aantal neuronen nam toe en vormde al gauw een neuronaal netwerk dat een geheugen en computercapaciteit had. Dit moet gezien worden in de tijdvector waarbij informatie uit het verleden het mogelijk maakt de toekomstige situatie in te schatten. Kortom het neuronale netwerk wordt een anticipeermachine. Om verwarring te voorkomen gaat dit niet over foresight in evolutie of foreseeing (voorspellen van) de toekomst, maar over forecognition. Deze kwaliteit is van groot belang in ‘the struggle for life’ en laat het toe een speer te lanceren naar een prooi, de aankomende seizoenen te herkennen aan de sterren of te zien dat er slecht weer op komst is. Loewenstein brengt na een uitgebreide beschrijving van de Universal Turing Machine, de conclusie naar voren dat ons brein geen exacte weergave van de realiteit geeft. Ons brein is een natuurlijke computer die gevormd is door natuurlijke selectie en die dient te overleven in ‘the struggle for life’. Het brein ontwikkelde zich om toekomstige gebeurtenissen te berekenen, en er op te anticiperen. Het brein dient niet zozeer een getrouw beeld van de wereld te geven, maar een bruikbaar beeld, bruikbaar voor het overleven en het welzijn van het organisme.

De enorme hoeveelheid aan informatie in ons geheugen zorgt ervoor dat er een immens groot aantal combinatorische mogelijkheden zijn die een nimmer ophoudende bron van inventiviteit vormen. Die capaciteit ontwikkelde zich zeer recent in de evolutie, wellicht niet eerder dan 40.000 jaar geleden met de verschijning van de Cro Magnon en zijn instrumenten. Dit vormt het laatste stadium van het neuronale netwerk. De mens kon zich eindelijk verheffen boven de zintuigelijke horizon en dingen zien die daarvoor aan hem verborgen waren. Het gaat dan niet om visueel zien, maar het zich bewust worden van een diepere realiteit, pure rede, the mind’s eye. Het is mogelijk uitsluitend met de rede wetenschappelijke ontdekkingen te doen.

h/t to Gert Korthof die onder mijn blog over Kwantumbiologie wees op dit boek.

Een voorzichtig begin in biofysica

Een overzicht gebaseerd op de eerste zeven hoofdstukken uit het boek ‘Physics in Mind; a quantum view of the brain’ (2013) van Werner R. Loewenstein

De vector van leven, zoals deze door Loewenstein genoemd wordt, is gebaseerd op het licht dat ons bereikt vanaf de zon. We weten al langer dat het zonlicht fotosynthese mogelijk maakt en dat dit de basis voor het leven vormt op Aarde. Maar de beschrijving van de mechanismen die daar aan ten grondslag liggen, uitgespeld tot op het kwantum, is een geheel nieuwe benadering van dit fenomeen.

Figuur 1: Een artistieke weergave van het Light-harvesting complex van de purple bacteria

In de ontvangers van het licht, chlorofyl en β-caroteen, ofwel moleculaire ‘vallen’ liggen de elektronen als het ware klaar om geëxciteerd te worden door fotonen, ofwel de lichtkwantums. Dit brengt vervolgens een cascade aan moleculaire verschuivingen voort die de excitatie van de elektronen omzet in energie die vervolgens bruikbaar is voor het in gang zetten van het metabolisme dat de groei van de fotosynthetische organismen bevordert en het leven op Aarde draaiende houdt. De informatievector vanuit de kosmos vormt, eenmaal gearriveerd op Aarde, een circulaire vector zodra de informatie deel gaat uitmaken van het leven. Deze informatiecirkels liggen ingebed in het macromoleculaire domein. Er zijn mooie voorbeelden van macromoleculen die verantwoordelijk zijn voor de circulaire informatiestroom.

Deze macromoleculen worden door Loewenstein ‘demons’ genoemd naar de bekende Maxwell’s demons. Het vergt teveel ruimte om de Maxwell demon hier te beschrijven, maar een kort schema van een dergelijke demon is het volgende. Het gaat om een eiwit en een substraat die als een handschoen om een hand past en wel met zo’n hoge specificiteit (hij selecteert het substraat uit een myriade aan andere moleculen) waardoor men kan spreken van ‘cognitie’, dat wil zeggen een selectie uit verschillende keuzes en een winst aan informatie, een netto voordeel. Zoals te zien is in figuur 2 verandert de demon van gestalt als gevolg van de interactie met het substraat dat daardoor weer loslaat. Om opnieuw terug naar af te gaan en gestalt 1 te hervinden wordt een ATP geconsumeerd. Dit adenosine trifosfaat is het universele biologische betaalmiddel dat via fotosynthese gegenereerd wordt door de zon. Kortom de informatie van de zon wordt via ATP overgedragen aan de demon, reden waarom het een cognitieve entiteit genoemd kan worden.

Figuur 2: De cognitieve cirkel van een eiwitdemon. De demon (D) en zijn moleculaire gezel (M) gaan door een cirkel (a>b>c>d>a) waarin elektromagentische interactie met de gezel een switch veroozaakt van gestalt 1 naar gestalt 2; informatie onttrokken aan het organisch fosfaat (Ip) laat de terugkeer naar de oorspronkelijke gestalt 1 toe.

Hier ziet Loewenstein de evolutionaire continuïteit tussen het kosmische en het biologische. Het is moeilijk aan te wijzen waar het een eindigt en het ander begint, maar Loewenstein stelt voor de biologische start te leggen bij de driedimensionale macromoleculaire demons (RNA; ribozymen?). Deze levensvector zal doorgaan totdat de zon over vier miljard jaar opgebrand is.

Tot zover de proteindemon in het algemeen. Van deze demons bestaan veel soorten. Zo zijn er sensory demons die van belang zijn voor het zicht, de reuk, het gehoor enz., of kanaaldemons zoals de ionenkanalen. De eerste halen informatie op uit de omgeving, daarbij worden boodschapper moleculen gestuurd naar de tweede die deze informatie digitaliseren om hem door te geven aan het brein. Het mooiste voorbeeld is het oog. Het kan daarbij gaan om een klein aantal lichtgevoelige cellen in een schelpdier, maar we kunnen net zo goed uitgaan van het menselijk oog. De kwantums die door het oog opgevangen worden zijn fotonen. Fotonen kunnen al naar gelang hun golflengte lopen van de extreem korte γ-stralen (0.01 nanometer) tot de kilometers lange radiogolven. Maar onze ogen zijn ‘natuurlijk’ uitsluitend gevoelig voor het zichtbare deel dat loopt van 400 nanometer in het paars via alle tussenkleuren als geel en oranje rond de 600 nm tot 720 in het paars-rood. Onze ogen zijn gebouwd voor de waarneming, niet zozeer van het zonnelicht zelf, als van het licht dat weerkaatst uit onze omgeving. Een foton dat van de zon richting Aarde komt, wordt door een atoom geabsorbeerd zodra een elektron met een overeenkomende hoeveelheid energie naar een hoger orbitaal verhuist. Het foton verdwijnt daarmee, wordt virtueel en verschijnt weer zodra het elektron terugvalt naar het lagere orbitaal. Nu zijn ogen heuse kwantumsensoren. Wij ‘zien’ uitsluitend die fotonen die niet geabsorbeerd worden, dus gras absorbeert rood licht en wij zien het resterende groen.

Hoe onttrekken de demons van het zicht informatie uit de kwantumwereld en hoe maken ze elektriciteit van fotonen. Het werkt in elk geval niet zoals een fotocel die elektrisch stroom levert zodra er licht op valt. Daar vindt namelijk eenvoudige transductie plaats: één foton valt op de cesium plaat en een elektron komt eruit. Dit heeft weinig met cognitie te maken. Ieder foton is daarvoor geschikt. Een zichtdemon kiest zijn foton al naar gelang de golflengte, een blauwe of juist een rode. De demon maakt daarvoor gebruik van het pigment retinal, met alternerende dubbele en enkele verbindingen. Dit lijkt erg op caroteen, het primordiale fotopigment. Inderdaad, ons lichaam maakt retinaal aan van een caroteen, vitamine A. En net als in de antieke foton-‘vallen’, chlorofyl en β-caroteen, bezit het retinal elektronen die kritiek geplaatst zijn zodat ze fotonen kunnen vangen van een bepaalde golflengte. Het eiwit van de demon waarin het retinal gecentreerd ligt is rodopsine, dat afgesteld is op zichtbare golflengten. Het retinal ligt gedraaid rond een van haar dubbele bindingen en zodra het een foton vangt gaat deze draaiing eruit. Dit is een foto-mechanische transductie; het foton zorgt ervoor dat het retinal beweegt. Omdat het retinal ingebed ligt in het rodopsine en er aan gelinkt is wordt deze beweging doorgegeven aan deze demon. Deze stuurt daarop de messengers die op hun beurt andere demons activeren; het signaal wordt geamplificeerd. Dit hele proces van activatie van retinal tot die van rodopsine is uiterst efficiënt en duurt 200 femtoseconden met een efficiëntie van 0.7. Deze waarden zijn ongehoord in de gewone chemische reacties en behoren daarmee exclusief tot het kwantumrijk.

Verandering van conformatie van retinal onder invloed van licht. “RetinalCisandTrans” by RicHard-59 – Own work. Licensed under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 via Wikimedia Commons –

Het is voor de evolutie van ons oog en dan in het bijzonder van rodopsine interessant te onderstrepen dat de gevoeligheid voor de golflengtes precies daar ligt waar de zonnestralen het meest van leveren, namelijk het zichtbare deel tussen de 720 en 400 nm. De hoogste sensibiliteit van retinal ligt rond geel ofwel 590 nm, daar ligt ook de sterkste zonnestraling. Wij zien dan ook geen fac-simile van de werkelijke wereld maar een discriminerend plaatje dat ons helpt in ‘the struggle for life’. De overeemkomst in quanta van het elektromagnetische veld (de fotonen van de zon) en de quanta van de atomen (de elektronen orbitalen) geeft gratis informatie over de omgeving, die wij daardoor kunnen zien.

Omdat dit boek boordevol informatie staat tot dusver een samenvatting van de eerste zeven hoofdstukken van ‘Physics in Mind’. Wordt vervolgd.

h/t to Gert Korthof die onder mijn voorgaande blog over Kwantumbiologie wees op dit boek.

 

Diepzeefossielen in de Alpen

Er worden voortdurend nieuwe ontdekkingen gedaan op allerlei niveau van leven. Zo wordt onderzocht hoe ons genoom in elkaar steekt, wat nu precies genen zijn en hebben we nog slechts een vaag idee hoeveel leven er in de oceanen zit. Op allerlei gebied zien we het topje van een ijsberg die doet vermoeden dat er heel veel te ontdekken en te bestuderen is.

In dat opzicht staat de biologie nog steeds in haar kinderschoenen. Gek genoeg zijn er wetenschappers die denken dat er in hun vakgebied niet veel nieuws meer te ontdekken valt. Er stond een interview aan George Ellis, een beroemd fysicus, in een blog van de Scientific American, waarin hij stelt dat men op het gebied van de kosmologie eigenlijk alles nu wel gemeten en gezien heeft. Alleen de gaten zouden opgevuld kunnen worden. Hij zegt dan betreffende de aarde en de oceanen als analogie het volgende:

“…exploring the Earth: once upon a time we had only fragmentary knowledge of what is there. Then we obtained a global picture of the Earth’s surface, including detailed satellite images of the entire land mass. Once you have seen it all, you have seen it all; apart from finer and finer details, there is nothing more to find. You might respond, but we can’t see to the bottom of the oceans. However, we do indeed now have quite good maps of the ocean floor too, through various sounding techniques.”

Dit is waarschijnlijk als analogie bedoeld voor hoe het gesteld is met de astrofysica en de kosmologie. Het is zeer spijtig te horen dat men er daar al ongeveer helemaal uit is en heb ook moeite dit te geloven. Dat je een plaatje hebt van hoe de wereld, het heelal, er in grote lijnen uitziet, wil nog niet zeggen dat je ‘alles al gezien hebt’. Het is nog lang niet duidelijk hoe de levensprocessen precies werken en het is dan ook vreemd om te stellen dat zodra je het ‘gezien’ hebt je er alles al van weet.

diepzeefossiel

In de biologie is dat heel anders gesteld. Het citaat van Ellis laat ook zien dat je met een visie als die van een fysicus niet ver komt als je zo oppervlakkig kijkt. Het kan zijn dat hij tevreden is met wat hij weet na een leven lang onderzoek, maar veel onderzoekers beginnen nog maar net en stellen zich heel andere en diepere vragen.

Een mooi voorbeeld van hoe weinig we nog weten komt juist van de oceaanbodem. Daar bevindt zich een totaal onbekend ecosysteem, dat in het verleden een grote variëteit aan diersoorten heeft voortgebracht. Tot nu toe dacht men dat veel diepzeedieren zich ontwikkelden vanuit ondiepe kustwateren en vervolgens naar de diepzeebodem migreerden. Het tegendeel lijkt waar te zijn. Men vond in de Alpen zo’n 2.500 soorten fossiele diepzeedieren die duidelijk niet afhankelijk waren van licht en daar zich naar alle waarschijnlijkheid uit diepzeevoorouders ontwikkelden. Dit laat zien dat de diepzee een enorme biodiversiteit herbergt waar we slechts een idee van beginnen te krijgen. Zo blijkt maar dat de oceaanbodem ‘zien’ met satellieten niet betekent dat je er ook alles over weet. Integendeel, het onderzoek begint pas.

 

Uit:

Physicist George Ellis Knocks Physicists for Knocking Philosophy, Falsification, Free Will in Scientific American

Fossil discovery in Alps challenges theory that all deep sea animals evolved from shallow water ancestors in Physorg