Moleculaire demonen, de cognitieve eiwitten

Zoals beschreven in ‘Physics in Mind’ van Werner R. Loewenstein, waar ik de drie voorgaande blogs aan wijdde (1,2,3,), wordt er informatie doorgegeven via cognitieve demonen of eiwitten naar andere intracellulaire structuren. Dit idee is eigenlijk al best oud en werd voor het eerst duidelijk beschreven door Jacques Monod, in zijn beroemde boek ‘Toeval en onvermijdelijkheid’ (1970) in het hoofdstuk over Maxwell’s demons. Daarin beschrijft hij hoe deze cognitieve moleculen te werk gaan om tot slot te verwijzen naar Maxwell’s demons.

Maxwells demon

Voor de duidelijkheid een korte schets van Maxwell’s demons. Deze ogenschijnlijke paradox werd ontworpen door de natuurkundige James Clerk Maxwell die het bestaan van microscopische duiveltjes veronderstelde. Een dergelijk duiveltje zou in staat zijn tussen twee door een schot van elkaar gescheiden compartimenten selectief moleculen met een hoge snelheden (met hoge energie) door te laten. Deze laatsten accumuleren zodoende aan een zijde van het schot en de temperatuur van het betreffende compartiment zou daardoor rijzen ten opzichte van het compartiment met langzame deeltjes. Dit zou allemaal zonder energieverbruik gaan. Nu is dit natuurlijk onmogelijk en inderdaad Léon Brillouin en Szilard begrepen dat het duiveltje onderscheid moet kunnen maken tussen de snelle en langzame deeltje. Dit vooraf verkrijgen van informatie kost energie die in dit geval gelijk is aan de vermindering van entropie als gevolg van de differentiële selectie van de snelle en langzame moleculen. Een andere zienswijze, meer vanuit de informatica-wereld, veronderstelt dat het duiveltje elke keer gereset dient te worden om opnieuw een snel molecuul te kunnen herkennen. En ook dat kost energie. Het duiveltje gaat dus niet gratis te werk.

Dit soort demons met cognitieve eigenschappen bevinden zich in onze cellen als eiwitten die een substraat herkennen door er een stereospecifieke en niet covalente binding mee aan te gaan. Zij zijn in staat deze moleculen uit een myriade aan andere moleculen te herkennen. Ze zijn dus in staat deze moleculen te herkennen en te discrimineren. In dit verband lanceert Monod ook het concept van teleonomie. Hij stelt dat levende organismen zich onderscheiden van alle andere systemen in het universum omdat ze gekenmerkt worden door een project. Teleonomie is een typische eigenschap van globulaire eiwitten (en enkele RNA’s) die in staat zijn eiwitten te herkennen in tegenstelling tot de invariantie van het ‘dode’ DNA. Ze herkennen hun substraat, ondergaan een verandering van conformatie (vorm), laten het eventueel afgeleverde of veranderde substraat weer los en nemen hun oorspronkelijke conformatie aan door de consumptie van energie in de vorm van een chemisch potentiaal (meestal een ATP). Dit is analoog aan het resetten van Maxwells demon.

Nu is er in het boek van Loewenstein geen enkele verwijzing naar Monod en dat is op zijn minst vreemd zoniet een ernstige nalatigheid. Deze demons staan aan de basis van de teleonomie ofwel het vergaren van informatie en de verwerking daarvan – een centraal punt in het boek van Loewenstein. Zoals Monod zegt gaat het hierbij om de gelijkstelling tussen informatie en negatieve entropie. Dit is voor de demons van essentieel belang omdat zij orde creëren. Elke demon voert een programma uit waarbij deze orde creëert en energie consumeert.

Uit: Physics in Mind. A Quantum View of the Brain (2013) door Werner R. Loewenstein (2013)

Toeval en onvermijdelijkheid (1970) Jacques Monod

Ratzinger, Dawkins, Odifreddi, Monod, en meer…

Het is geen vers nieuws meer, maar er is een dialoog op gang gekomen tussen Joseph Ratzinger en Piergiorgio Odifreddi, een Italiaans wiskundige.

Piergiorgio Odifreddi

De ex-paus heeft een brief geschreven aan Odifreddi. Het is een reactie op een essay van Odifreddi met de titel, “beste Paus, ik schrijf je” (“Caro papa, ti scrivo”) dat weer een kritiek is op de werken van Ratzinger.

De brief van Ratzinger gaat over veel onderwerpen zoals, de historiciteit van Jezus, de verbinding tussen religie en rede en vooral over de waarde van de wetenschap.

Ratzinger zegt dat er heel wat science-fiction in de evolutietheorie te vinden is. Richard Dawkins met zijn “the selfish gene” noemt hij een klassiek voorbeeld van science-fiction. Hij haalt ook een stuk van Jacques Monod (Nobel 1965) aan uit zijn beroemde boek “Toeval en onvermijdelijkheid” en zegt daarvan dat de schrijver dat stuk er ingezet heeft wetende dat het om science-fiction gaat. Het betreft een citaat waarin Monod beschijft hoe de gewervelden tetrapoden ontstonden uit vissen die langzaamaan de vloedlijn, de kust, verkozen. Waar zouden volgens de ex-paus de gewervelde tetrapoden vandaan gekomen zijn ? Had Johannes Paulus II niet al ingezien dat de evolutietheorie op zeer sterke basis staat inmiddels. Daar denkt Ratzinger blijkbaar weer heel anders over.

Het lijkt erop dat Ratzinger opnieuw dezelfde fout maakt als indertijd de kerk tegen Galileo. De kerk was toen, zoals Feyerabend al beweerde, zo strikt wetenschappelijk en aan de wetenschappelijke methode gebonden dat ze de wetenschappelijke ideeën van Galileo niet konden accepteren omdat daar de bewijzen niet sterk genoeg voor waren.

Er is plotseling dus veel kritiek op “The selfish gene” van Richard Dawkins niet alleen van de ex-paus. Onder andere van Laurence (Larry) Moran en van een blogger van the Guardian, Andrew Brown die op zijn buurt weer door Jerry Coyne bekritiseerd wordt. Kortom, een heen en weer van argumenten. Een mooie ode aan Monod daarentegen is het boek van Sean Carroll die vandaag bij Larry Moran op bezoek was.

Het is interessant te zien dat een relatief oud boek als dat van Dawkins nog steeds zoveel stof doet opwaaien. Dawkins lacht in zijn vuistje nu zijn bestseller opnieuw zoveel aandacht krijgt net voor de uitgave van zijn nieuwe autobiografie.