Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: informatie

ik ben geen informatiesysteem

Een gastbijdrage van leonardo da gioiella

Cees Dekker, onze nanobioloog, heeft een prachtige prijs gewonnen. Hij heeft besloten van dat geld een levende cel te bouwen, en heeft dat aangekondigd in het RD, het dagblad dat men gewoon is te lezen in reformatorische kringen.
Dat heeft een reactie van Peter Borger opgeleverd. In dat zelfde dagblad. En hoewel ik de uitkomst van de reactie van Borger wel kan volgen – die ziet dat niet zitten – is zijn argumentatie niet de mijne. Het is Borger zoals we hem kennen: van dik hout zaagt men planken, nogal negatief. Ook sarcastisch … verzuurd zou ik haast zeggen.

Borger werkt op een ander terrein van de biologie dan Dekker. Maar, vanuit de geestelijke hoek waar Borger en Dekker beide zitten, zou je niet verwachten dat Dekker leven wil creëren – die gaat de zondeval nog eens dunnetjes overdoen – en zou je een heel andere argumentatie verwachten van Borger: die heeft het over informatiesystemen die niet na te bouwen zijn vanwege hun gecompliceerdheid, en navenant tijdsgebrek.
Borger sluit daarmee aan bij één van de laatste woorden van Richard Feynman – nagelaten op een blackboard! –  die Dekker vreemd genoeg in positieve zin citeert: What I cannot create, I do not understand.

Let wel, die geloofskwestie is niet mijn strijdperk.

Wat mij ineens raakte was dat en Borger en Dekker én de evolutionist community op één lijn zitten.
De handboeken van de officiële evolutiebiologie spreken van het centrale dogma. Mijn boek zegt letterlijk: DNA interacts with the cell and the environment to determine the phenotype. [… DNA] must be transcribed into messenger RNA, ribosomal RNA, and other functional sequences. The mRNA is then translated into … En dat gaat zo nog even door.
Er komt code aan te pas, en er is sprake van decoding.
Dekker heeft het over robotjes – eigenlijk nanomachientjes – en systemen van biomoleculen.
En bij Borger komt het hoge woord er uit: informatiesystemen. De hoge woorden, om precies te zijn: Leven is gebaseerd op gedetailleerde informatieopslag en informatieverwerkende systemen.
Natuurlijk niet zijn hoge woord.
Ik noem dat het hoge woord.
Ofwel, de druppel die voor mij, in mijn gedachtegang die ik afliep, de emmer deed overlopen.

Mijn strijdtoneel hier is dus de officiële leer van de evolutie, die cellen, en organismes, en organen, en uiteindelijk mensen ziet als informatiesystemen.
Het moet afgelopen zijn met het gebazel over computers en informatiesystemen. Wat mij betreft gooien ze de leer van de evolutie maar op hun kop als dat moet, laat ze de handboeken maar herschrijven, andere metaforen bedenken – alles prima.
Deze onzin moet afgelopen zijn.

Ik ben geen informatiesysteem.
Zoals Harry geen kunstmatig intelligent wezen is. Nou ja, als psycholoog zal ie wel eens kunstmatig intelligent gedaan hebben. Vast.
Zoals Rob niet geprogrammeerd is. En als er al iets geprogrammeerds aan hem is, dan heeft ie dat zelf door jarenlange studie gedaan: zijn muscular memory.

Denk even aan de implicaties hé.
Zoals een random process een randomizer veronderstelt, en daarmee een bouwer van die randomizer, zo veronderstelt een informatiesysteem een bouwer; én, ik weet daar iets van, gegeven het gecompliceerde karakter daarvan – zie Borger – een team van bouwers.
En denk niet dat het wel meevalt, omdat er nu eenmaal foutjes worden gemaakt bij het doorgeven van het DNA. Ofwel, zeg niet tegen mij: de soep wordt niet zo heet gegeten leonardo.
Zoals iedereen weet: bugloze informatiesystemen bestaan niet – en dat is er niet beter op geworden met het modulair opzetten van programma’s en systemen. Zelfs de meest eenvoudige programma’s hebben wel een lek.
Dus neem het maar verschrikkelijk, ontzettend erg serieus.

Maar vooral dit.
Informatiesystemen zijn hartstikke deterministisch. Afhankelijk van het signaal dat er in gaat wordt er iets geproduceerd dat heel erg vastligt.  En dat Marleen met andere output komt dan ik bij een overeenkomstige waarneming, is alleen maar omdat zij een ander informatie-verwerkend systeem heeft dan ik …
… of is … poeh … die existentiële vraag kan ik nu even niet aan.
En laat U niet misleiden door het begrip fuzzy logic. Dat bestaat niet echt. Als een programma verschillende gedragingen laat zien op een zelfde inputsignaal, heeft de programmeur dat opgeschreven – met een zeer onfuzzy randomizertje.

Ofwel, en daar hebben we de crux: weg met de vrije wil!

Ik geef toe, ik ben daar zelf debet aan – dat ze denken dat ik geen vrije wil heb, bedoel ik. Ik ben daarin altijd te lankmoedig geweest. Ik heb altijd gezegd: ik weet het niet, van die vrije wil. En ik bedacht een doekje voor het bloeden.
Nu is het afgelopen.
Basta:
Tot aan mijn pensionering was er altijd wel iemand die zei: kom – en ik kwam.
Of iemand die zei: ga – en ik ging.
Nu doe ik niet meer mee.
Nou ja, ik deed altijd al niet mee, maar dat was niet zo goed zichtbaar. Ik was een zeer meegaand, altijd constructief en positief ventje.
Maar denk niet dat ik niet dwars kan zijn. Het DNA van mijn vader staat daar garant voor. Die stapte, toen de boer tijdens de landarbeid iets onaanvaardbaars aan hem vroeg onder de conditie: anders kan ik je hier niet langer laten werken beste man, op zijn fiets en zei: dan bekijk je het maar. En dat in de crisisjaren! En zijn DNA is redelijk compleet overgekomen.

Richard Feynman liet ons deze wijsheid na, aan het einde van zijn leven, op een blackboard: What I cannot create, I do not understand.
En ik voeg daar aan toe:

celletje_bouwen

Ik ben geen informatiesysteem!
Nou ja, ik informeer jullie bij tijd en wijle graag over dwalingen des geestes die zo nu en dan de ronde doen, en ook wel hardnekkig hun rondje blijven draaien – die oprispingen uit heart and mind van die kruiwagen vol kikkers die society heet, high of low om het even.

Update 2015-05-26 16:14

RD: interview Cees Dekker

RD: opinie Peter Borger

RD: opinie René Fransen

TUDelft: grant voor kunstmatige cellen

Advertenties

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.

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

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 –

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.

 

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

%d bloggers liken dit: