Logo DBNL
Streven. Vlaamse editie. Jaargang 54 (1986-1987)

Streven. Vlaamse editie. Jaargang 54

(1986-1987)– [tijdschrift] Streven. Vlaamse editie–rechtenstatus Auteursrechtelijk beschermd

Vorige Volgende

Wetenschappelijk wereldbeeld in enkelvoud of meervoud?
Henk Jans

Naar aanleiding van G. Bodifée's Het vreemde van de aarde wezen wij er in een vorige bijdrage op dat de impasse die ontstaan is tussen klassieke thermodynamica en biologie alleen nog opgelost kan worden via ‘open systemen’, systemen die doorlopend materie of energie met hun omgeving uitwisselen1. Die studie was lange tijd verwaarloosd: ‘Men beschouwde het niet-evenwicht als een tijdelijke manier en minder interessante overgangstoestand van een systeem dat op weg is naar een toestand van evenwicht’ (Bodifée, 137). Eigenlijk heeft men pas sinds de jaren zestig werk gemaakt van de studie van systemen die zich ver buiten het evenwicht bevinden. Voor zijn onderzoek op dat gebied ontving Ilya Prigogine in 1977 de Nobelprijs scheikunde. Zijn resultaten waren verbluffend. In open systemen, ver buiten het evenwicht, blijkt de overgang van wanorde naar orde allesbehalve onmogelijk of uiterst onwaarschijnlijk te zijn. Afhankelijk weliswaar van toevallige en dus onvoorspelbare, aanvankelijke ‘storingen’ binnen het systeem, door Prigogine fluctuaties genoemd, ontstaan spontaan ordelijker fysico-chemische structuren die zich op eigen kracht behoorlijk lang in stand weten te houden.

De vanzelfsprekendheid van de wanorde

De Zweedse ambassadeur die destijds de Nobelprijswinnaar meedeelde dat hij onderscheiden was ‘om zijn bijdrage aan... de theorie van de dissipatieve structuren’, bekende dat hij niets begreep van het wetenschappelijk bargoens dat hij van zijn papiertje aflas. Ook Bodifée geeft halverwege zijn betoog toe dat ook zíjn lezer zich allicht ‘vertwijfeld afvraagt waar de draad van het betoog ligt... De stap van de moleculaire biologie naar de thermodynamica lijkt wel een sprong van de twintigste naar de negentien-

de eeuw (...) een sprong weg van de vragen die ons (bezighouden)’. Maar al kan het een omweg lijken ‘toch kunnen we niet om de thermodynamica heen kijken’ (107). Om de goede reden dat de inzichten die wij daaraan te danken hebben ‘van zo universele betekenis (zijn) dat zij rechtstreeks betrekking hebben op alles wat in het heelal gebeurt, het leven inbegrepen’ (ibid.). Al is men zich daarvan pas geleidelijk bewust geworden: ‘Door de abstracte vorm waarin het begrip entropie aanvankelijk zijn intrede deed, drong de diepere betekenis ervan slechts moeizaam door tot een publiek van niet-specialisten’ (118).

Over die klassieke thermodynamica is al zoveel kwaad gesproken, dat het tijd wordt eens te onderstrepen wat voor unieke doorbraak zij voor het wetenschappelijk denken betekend heeft. Voor het eerst bestudeerde men niet langer het exact gedetermineerde gedrag van individuele deeltjes, die trouwens ontelbaar en onvatbaar zijn, maar het systeem van miljarden dergelijke deeltjes tegelijk. In de thermodynamische beschouwingswijze vertoont het geheel als systeem ‘een gedrag en bezit eigenschappen die niet op het niveau van de onderdelen terug te vinden zijn’ (108). Meer nog, zo'n systeem als geheel bleek, op macroscopisch niveau, empirisch verifieerbare kenmerken en wetmatigheden te vertonen die afgeleid konden worden uit statistisch-mathematische veronderstellingen omtrent het aantal, de massa en de bewegingsenergie van de in het proces betrokken, ongrijpbare deeltjes. En die empirisch-theoretische benadering maakte de weg vrij voor een nieuwsoortige theoretische interpretatie die culmineerde in Boltzmanns formulering van de entropiewet.

Terecht merkt Bodifée op dat die wet niet een abstracte of theoretische, maar een uiterst praktische, proefondervindelijke aangelegenheid was. Zij had o.m. alles te maken met het onvermijdelijk beperkte rendement van alle stoommachines die ongeordende warmte-energie in geordende mechanische energie beogen om te zetten. De entropiewet bepaalt en beperkt nog steeds ook de meest recente vormen van energie-opwekking en -omzetting die wij kennen.

Om het bij een simpel voorbeeld te laten: bevinden een koud en een warm lichaam zich samen in een geïsoleerd vat (zonder energieoverdracht dus van noch naar de buitenwereld) dan verloopt de energiestroom altijd van warm naar koud, totdat beide lichamen zich, in een definitief thermisch evenwicht, op dezelfde, gemiddelde temperatuur bevinden. Doordat er geen temperatuurverschillen meer zijn, kan er geen nuttige arbeid meer worden verricht. De omgekeerde ontwikkeling, terug naar de gescheiden temperaturen, naar de oorspronkelijke ‘orde’ dus, is wel niet in strijd met de eerste thermodynamische wet van het behoud van de (oorspronkelijke

totale hoeveelheid) energie, maar blijkt in feite nooit voor te komen. Dit soort bevindingen nu kon uitgebreid worden tot alle energie- en materie-uitwisselingen in alle gesloten systemen: in een gesloten systeem verlopen de fysico-chemische processen zo dat materie en energie steeds gelijkmatiger over het hele systeem verdeeld raken en blijven.

Pas nadat dit spontane gedrag, op grond van veelvuldige experimenten, als een inductief verworven wetmatigheid erkend en door Clausius in zijn entropiewet vastgelegd was, zou de geniale Boltzmann aan deze empirische wetmatigheid een nieuwe, theoretische fundering geven in termen van waarschijnlijkheid. Boltzmanns interpretatie komt op het volgende neer. Een gesloten systeem evolueert, onvermijdelijk en onomkeerbaar naar de ‘oneindig’ waarschijnlijkste energie- en materieverdeling tot een permanent evenwicht is bereikt. En dat evenwicht is tegelijk de toestand van de grootst mogelijke wanorde. Een louter toevallige evolutie in omgekeerde zin is wel niet ‘absoluut’ onmogelijk, maar is - exact-mathematisch aanwijsbaar - zo onwaarschijnlijk, dat het ons niet hoeft te verwonderen dat we die overgang van wanorde naar orde nooit zien optreden.

Bodifée rondt dit wat abstract lijkende onderwerp af met twee pertinente opmerkingen. Boltzmanns interpretatie

‘moet gerekend worden tot één der belangrijkste revoluties in de geschiedenis van het menselijk denken. Voor het eerst speelt het begrip waarschijnlijkheid in de natuurkunde een fundamentele rol. Waarschijnlijkheid is niet langer een onvolmaakt hulpmiddel dat we hanteren in afwachting van aanvullende kennis die zekerheid moet brengen. Waarschijnlijkheid wordt zelf een fundamentele drijfkracht van de natuur; ze is oorzaak van gebeurtenissen en geeft richting aan de processen’ (117).

De tweede opmerking gaat nog verder:

‘De geldigheid van de tweede wet van de thermodynamica mag dan niet absoluut zijn, in werkelijkheid zal er nooit een afwijking van betekenis worden geconstateerd. Er is reden om aan te nemen dat deze wet de enige wet is waarvan we volstrekt zeker kunnen zijn. (...) Deze (wet) steunt immers (...) op een logica, zelfs een evidentie. Essentieel zegt de tweede wet dat wat zich naar alle waarschijnlijkheid zal voordoen, de toestand is met de grootste waarschijnlijkheid. Dit is niet alleen logisch, dit is vanzelfsprekend. Begrepen vanuit de statistische medianica is de tweede wet van de thermodynamica zo eenvoudig en evident dat ze bijna overbodig wordt’ (120)

De thermodynamische paradox van het leven

Met deze herwaardering van de thermodynamica is het probleem van het

ontstaan van de uitermate ordelijke structuren van het leven nog scherper gesteld, maar dan wel binnen een onontkoombare, wetenschappelijke context.

‘Waar een systeem aan zichzelf overgelaten evolueert onder invloed van de krachten in zichzelf aanwezig, zakt het onverbiddelijk weg in een toestand van maximale entropie. Een toestand van evenwicht. De evidentie van de tweede wet sluit uit dat we ons vergissen. Waarnemingen van de meest uiteenlopende fysische en chemische processen bevestigen dat we ons niet vergissen. (...) Alles is een onvermijdelijk afglijden, een onomkeerbaar verval. En uit deze onafwendbare puinhoop richt het leven zich op. (...) In ontelbare gedaanten groeien en bewegen de levende wezens op het aardoppervlak (...) en bouwen alsmaar ingewikkelder structuren op. (...) In plaats van een afglijden naar homogeniteit en evenwicht zorgt het leven voor groei en metamorfose, (...) voor complexiteit en individualiteit’. De levende wezens weigeren ‘het evenwicht dat de natuur hen voorstelt’ en rukken ‘door hun activiteit de hele aarde uit het evenwicht’ (121).

Wilde men iets begrijpen van deze averechtse evolutie, die zich intussen als een grandioos feit imponeert, dan diende men werk te maken van de experimentele studie van open systemen. In een interview bekende Prigogine destijds dat het vooral zijn contacten met biologen en geologen waren die hem, de klassieke thermodynamicus, ertoe brachten zich indringend met het gedrag van open systemen in te laten. Geologie en biologie, vooral waar zij samen de opeenvolging in de tijd van de levensvormen proberen te reconstrueren, bestuderen inderdaad onomkeerbare en eenmalige processen, die naar iets heel anders hebben geleid dan naar een voortdurend toenemende wanorde of steeds minder gedifferentieerde structuren!

Een eerste uitweg uit de impasse leek zo voor de hand te liggen: de entropiewet geldt uitsluitend voor gesloten systemen. Alleen in een gesloten systeem moét de entropie toenemen. Misschien, zo redeneerde men, kan die entropiewet onverminderd gehandhaafd worden, als we maar veronderstellen dat de ‘verboden’ afname van entropie en toename van orde binnen het sub-systeem gepaard gaan met een globale toename van entropie en wanorde binnen het super-systeem, dat zowel dit weerbarstige subsysteem als zijn nabije of verre omgeving, desgevallend het heelal zelf omwat? Die veronderstelling bleek, tot enorme opluchting van de wetenschap, te kloppen!

‘Bij een open systeem is het de som van de entropie van het systeem en zijn omgeving die toeneemt. Als er meer entropie wordt afgevoerd dan geproduceerd, daalt de entropie van het systeem maar stijgt die van het heelal toch. Een spontane ordening van de materie blijkt dus toch wel mogelijk. Dit moet ook wel als we ons rekenschap geven van de vele vormen van orde die we aantreffen, ook in de anorganische en extraterrestrische natuur’ (129).

Met opvallend gemak vormen zich b.v. ijskristallen. Maar die ontstaan alleen doordat ze voldoende warmte en energie aan hun omgeving afstaan, zodat die omgeving, door haar opwarming, de vereiste toename van moleculaire wanorde en entropie kan realiseren. Alles lijkt dus dik in orde te zijn:

‘De toegenomen orde binnen een (open) systeem gaat steeds ten koste van die van de omgeving. In elk geval blijft de tweede wet gelden doordat de toegenomen wanorde in de omgeving groter is dan de gerealiseerde orde binnen het systeem’ (ibid.).

Wat hebben wij met deze geruststellende interpretatie gewonnen? Levende wezens zijn op zijn minst niet langer thermodynamische onmogelijkheden:

‘Levende wezens zijn immers, zonder uitzondering, open systemen. Ze nemen voedsel op uit hun omgeving en verspreiden onbruikbaar geworden stoffen opnieuw in de omgeving. Er is een constante doorstroming van materie en energie. Elke cel is een open systeem. De hele aarde is een open systeem; het zonnelicht stroomt de biosfeer binnen, infra-rode afval-straling wordt terug de ruimte ingestuurd’ (129).

Men hoefde nog alleen na te gaan - in de verwachting het telkens weer bevestigd te zien - of ook alle biochemische processen compatibel zijn met de gevestigde thermodynamische wetten, als men maar de hele rekensom maakt van alle entropieproduktie en -transport binnen het levend wezen én tussen dat wezen en zijn omgeving. Nemen wij b.v. het biochemisch proces van de fotosynthese van de planten, dat over heel de aarde spontaan en massaal doorgang vindt. Daarbij worden, met behulp van de zonnelichtenergie, water en koolzuur opgenomen en omgezet in glucose en zuurstof (welke laatste aan de omgeving wordt afgestaan). In feite is het een uiterst ingewikkeld proces dat via vele tussenstadia en (moleculaire) tussenprodukten verloopt. Een gewoon mengsel van water en koolzuur, met zonnelicht beschenen, levert niets op; maakt men evenwel de volledige balans op van alle tijdens die fotosynthese geproduceerde en afgevoerde entropie, dan blijkt ook dit biochemische proces de thermodynamische wetten perfect te respecteren.

Op het eerste gezicht lijkt alles ‘dan toch in orde te zijn, was het niet dat we het probleem verplaatst hebben. De biochemische processen beantwoorden dan wel aan de thermodynamische principes, maar dat blijkt enkel een gevolg te zijn van hun gecoördineerd optreden. Het is door de complexiteit en de perfecte samenwerking van de vele betrokken readies dat de syntheses doorgang kunnen vinden, waarbij de entropie sterk daalt’. Het is deze coherentie die de eigenlijke biologi-
sche orde uitmaakt die verklaard moet worden. ‘Maar diezelfde coherentie is juist noodzakelijk om de orde te kunnen realiseren. Wat verklaard moet worden, presenteert zichzelf als de verklaring. We zitten in een cirkelredenering, die niets meer verklaart’ (133).

Die paradox kunnen we illustreren aan de hand van het verschil tussen de groei van een kristal en een levend wezen.

Ook ‘bij de vorming van een kristal wordt entropie afgevoerd en in de omgeving verspreid. Eenmaal gevormd, stopt de produktie van entropie want het evenwicht werd bereikt. Een levend wezen (daarentegen) is het toneel van voortdurende chemische readies en produceert onophoudelijk en aan hoog tempo entropie. Het moet deze entropie in hetzelfde tempo ook weer in de omgeving uitstoten onder de vorm van warmtestraling en afvalstoffen. (...) In onze poging voor het verschijnsel van het leven een wetenschappelijke uitleg te vinden, hebben we de paradox vergroot’ (136).

De logica van de spontane zelf-organisatie

De thermodynamische paradox van het leven zou pas iets van zijn weerbarstig karakter verliezen, toen Prigogine en zijn medewerkers zich gingen wijden aan de laboratoriumstudie van open systemen in een toestand die vér verwijderd is van het evenwicht: ‘Aanvankelijk verwachtte eigenlijk niemand hier fundamenteel nieuwe gedragingen te vinden. Het viel echter anders uit’ (138). Men ontdekte de dissipatieve structuren2.

Wat dit nieuwe begrip inhoudt, wordt duidelijk uit een eenvoudig voorbeeld dat Prigogine zelf meermalen citeert. Wat gebeurt er wanneer een vloeistoflaagje van onderen wordt verwarmd? Gebeurt dat voorzichtig, dan breidt de warmte zich geleidelijk, op nog steeds wanordelijk moleculaire schaal, over de hele vloeistof uit, terwijl de vloeistof, macroscopisch bezien, in rust blijft en een relatief temperatuurverschil tussen boven- en onderkant bewaart. Wordt dit temperatuurverschil echter, door intensere verwarming onderaan of sterkere afkoeling bovenaan, te groot, dan treden plotseling zgn. convectiestromen op: miljarden moleculen gaan stijgen of dalen en zich in dezelfde richting bewegen. De permanente en ‘storende’ aanvoer van energie wordt in nieuwe, gedifferentieerder structuren, met één woord in meer orde omgezet. Dat dergelijke processen ‘gepaard (kunnen) gaan met een drastische reorganisatie van het systeem’ (139)

reeds in 1901 ontdekt door de Franse fysicus H. Bénard: de convectiestromen kunnen de vorm aannemen van een regelmatig, geometrisch patroon van naast elkaar gerangschikte convectiecellen, waarbinnen de vloeistof in een bepaalde zin circuleert, en die structuur blijft bewaard zolang de aanvoer (én afvoer of dissipatie) van energie duurt. Bénard-cellen zijn ‘de manifestatie van een spontane zelf-organisatie van de materie in een toestand van niet-evenwicht’ (142). Ordelijke(r) structuren die dank zij een dergelijke, continue dissipatie van energie ontstaan, noemt Prigogine dissipatieve structuren. Zoveel is duidelijk: ‘De geordende structuur die verschijnt, wordt door de aan gang zijnde processen binnen het systeem zelf onderhouden. (...) In elk geval dient het systeem open te zijn. Materie, energie of beide moeten toegevoegd en afgevoerd kunnen worden. Entropie moet steeds afgevoerd worden’ (139).

In de anorganische wereld komen relatief eenvoudige dissipatieve structuren veelvuldig voor: ‘Schapewolkjes in de atmosfeer (altocumulus) zijn een bekend voorbeeld. (...) De banden en gordels in de Jupiteratmosfeer, die zich evenwijdig aan de equator uitstrekken, zijn Bénard-cellen die door de rotatie van de planeet zijn uitgerekt’ (141-142). De ontdekking van dissipatieve structuren leidde vanzelf tot de ambitieuze idee om voortaan ‘de georganiseerde, open, niet-evenwichtsystemen die de levende wezens zijn, als dissipatieve structuren op te vatten’ (139). Al blijft het waar ‘dat de complexiteit van een Bénard-cel zeer bescheiden is naast die van zelfs de meest eenvoudige biologische cel’ (143), toch meent men nu, als door een kier, enig zicht gekregen te hebben op het mogelijk ontstaan van de veel complexer biologische structuren.

Intussen werden er trouwens heel wat ingewikkelder en verwonderlijker, eveneens louter anorganische dissipatieve structuren ontdekt, met name de zgn. ‘chemische klokken’. Dit zijn fysico-chemische systemen waarbinnen met een verbluffende regelmaat bepaalde chemische reacties nu eens in de ene, dan weer in de omgekeerde richting verlopen. De eerste ontdekking hiervan dateert van 1950. De Russische scheikundige B.P. Belousov had gemerkt dat de kleur van een chemisch mengsel op cyclische wijze schommelt tussen geel en kleurloos (het systeem kwam blijkbaar niet tot evenwicht!). Het manuscript waarin hij zijn buitenissige bevindingen meedeelde, werd door de uitgever geweigerd: dit was gewoon onmogelijk, onverenigbaar met alle bekende thermodynamische en chemische wetten. Belousovs onderzoek werd in de jaren zestig hernomen door de biochemicus A.M. Zhabotinsky en zou pas in het werk van Prigogine zijn volle draagwijdte manifesteren, op een moment dat de biologie zich realiseerde welke belangrijke rol dergelijke ‘oscillerende’ chemische reacties spelen in het

metabolisme van de levende cellen. Prigogine zelf acht het mechanisme van de chemische klok bijzonder verhelderend voor het opmerkelijke levensverschijnsel van de biologische klok: de cyclische schommelingen van materie- en energietransport die, zelfs bij gelijkblijvende uitwendige invloeden, optreden in levende wezens, weefsels of cellen.

Twee belangrijke kenmerken van dissipatieve structuren dienen nog benadrukt te worden. Het eerste betreft de onvoorspelbaarheid ervan: het feit dat b.v. Bénard-cellen zullen optreden is perfect voorspelbaar, maar welke precieze vorm ze zullen aannemen is dat niet. Dat hangt af van de vraag welke aanvankelijke fluctuatie zich als één mogelijkheid onder vele zal doorzetten en het hele systeem in haar greep zal krijgen:

‘Bij de totstandkoming van een dissipatieve structuur ontstaat complexiteit binnen het systeem, maar er is een wezenlijke onbepaaldheid verbonden aan de precieze vorm ervan. Eenmaal de structuur gerealiseerd, ontwikkelt ze zich volgens de ingeslagen weg, maar vooraf is niet uit te maken welke richting die weg zal uitgaan. Op die manier ontwikkelt zich een “geschiedenis” binnen het systeem’ (143).

Het tweede kenmerk betreft de vrij nauwe grenzen waarbinnen dissipatieve structuren kunnen ontstaan en behouden blijven. Stijgt de energietoevoer en met name de temperatuur te sterk, dan is de structuur daar niet tegen bestand en ontstaat opnieuw moleculaire wanorde. Beide aspecten vat Bodifée op kernachtige wijze samen:

‘Blijkbaar is een dissipatieve structuur een organisatie van de materie die geklemd zit tussen de structuurloze homogeniteit van het evenwicht en de chaos van een te groot niet-evenwicht (144).

Rest dan nog de vraag hoeveel dichter wij daarmee gekomen zijn bij de onthulling van het ‘mysterie’ van het leven. Bodifée's eerste antwoord klinkt nogal bescheiden:

‘Het voorkomen van de onwaarschijnlijke en geordende structuren in de biologische context verliest iets van zijn raadselachtigheid in het licht van de theorie van de dissipatieve structuren. Nergens is ook zo duidelijk voldaan aan de voorwaarden voor het ontstaan ervan als in het milieu en het medium zelf van het leven, de biosfeer, het organisme, het protoplasma. Levende wezens en ecosystemen zijn open systemen die permanent in een toestand van niet-evenwicht verkeren. (...) De ingewikkelde en functionele structuren binnen een cel, de morfogenese van een organisme, het samenhangend en gesynchroniseerd gedrag van een levend wezen zijn uitingen van deze spontane ordening, veel complexer dan een convectie-cel of chemische klok maar wellicht wezenlijk van dezelfde aard’ (151).

Tussen de onderzochte dissipatieve structuren en de complexiteit van een echt levende cel gaapt nog wel een erkende kloof van feitelijke ignorantie,

‘maar toch is er iets veranderd. Er is inzicht gerezen waar voordien enkel mysterie bestond. Het noodzakelijk onverklaarbare, of zelfs “on-natuurlijke” van een levend wezen, is weggenomen. Al is er nog geen gedetailleerde verklaring, dan is er nu toch het besef dat het verschijnsel van het leven niet uitgesloten moet zijn omwille van zogenaamde wetmatigheden van de natuur, van welke aard ook’ (152).

Nog belangrijker lijkt mij een laatste overweging die Bodifée met dit begrip van het leven als een ver gevorderde dissipatieve structuur verbindt:

‘Leven, als complexe dissipatieve structuur, moet daarom een macroscopisch verschijnsel zijn. In de zin waarin dit hier wordt opgevat, is ook de meest minuscule bacterie een macroscopisch systeem. Leven op atomair niveau kan niet mogelijk zijn. (...) Hier heerst enkel de chaos van de thermische en toevallige bewegingen. (...) Een dissipatieve structuur is een vorm of gedrag dat kenmerkend is voor een globaal systeem (...).’ Het is nodig ‘de logica te begrijpen van systemen op hun eigen niveau (...). Wat leven is, dient verklaard te worden vanuit de dynamiek en de doelstellingen van de cellen, de organismen, en de populaties; niet enkel door het blootleggen van de onderliggende mechanismen. Al te dikwijls werd getracht een levend wezen te begrijpen door dissectie en chemische analyse. De theorie der dissipatieve structuren (...) kan een fundamenteler bijdrage leveren tot het antwoord op de vraag wat leven is, dan biochemie of anatomie ooit in staat zijn te doen’ (155).

Nieuwe kijk op oorsprong en evolutie van het leven

Op suggestieve wijze gaat Bodifée tenslotte ook in op de hypothesen omtrent het ontstaan van de ‘eerste’ levende wezens uit de abiotische toestand van onze aarde. Bij dit soort overwegingen doet zich een grote moeilijkheid voor. Het leven dat wij thans waarnemen, zelfs in zijn meest primitieve vormen, stelt een dermate laat en gevorderd stadium in de evolutie voor, dat de aanvankelijke vormen hoogst waarschijnlijk allang nergens meer aan te treffen zijn. Toch zou, dank zij een (uitgewerkte) theorie van de dissipatieve structuren nu een brug zijn gelegd

‘tussen biologie en thermodynamica, tussen darwiniaanse evolutie en de tweede wet. (...) Het is mogelijk geworden de specifiek biologische aspecten van deze planeet anders op te vatten dan als ongerijmdheden. Voor spontane vernieuwingen en creativiteit werd een plaats gevonden in het wetenschappelijk gedachtengoed’ (172)3.

Volgens de recente, synthetische visie zouden zich uit de tamelijk stabiele en minder complexe dissipatieve structuren van anorganische oorsprong, door louter toevallige fluctuaties ontstaan, de uitzonderlijk stabiele en veel complexere, biologische structuren ontwikkeld (kunnen) hebben. De huidige strategie van het leven is bekend: die berust op de innige samenwerking tussen de genetische informatie, opgeslagen in het DNA, en de veelzijdige activiteit van de soortspecifieke proteïnen. Aan de onvoorspelbare maar ‘beslissende’ fluctuaties van de dissipatieve structuren beantwoorden dan de eveneens louter toevallige maar verreikende mutaties in de overigens zeer stabiele structuur van het DNA. En volgens de klassieke, neodarwiniaanse evolutietheorie zijn het de mutaties, welke dank zij de natuurlijke selecties door het levend wezen ‘verdragen’ en positief verwerkt werden, die op lange tot heel lange termijn leiden tot de ontwikkeling en het ontstaan van nieuwe organen, soorten. De hamvraag wordt dan echter: ‘Op welke wijze kunnen echter chemische systemen, die nog niet onderhevig zijn aan een darwiniaanse selectie’ überhaupt tot stand komen en ‘een ontwikkeling doormaken naar structuren die zich stabiliseren en toch blijven evolueren? De vraag is in wezen die naar de oorsprong van het leven’ (159).

Nu is er, met het oog op de hypothetische reconstructie van de eerste levende wezens, de jongste decennia zowel empirisch als theoretisch heel wat werk verzet. Allerlei laboratoriumproeven, te beginnen met de ophefmakende experimenten van Harold Urey en Stanley Miller in 1953, hebben aangetoond dat tal van chemische bestanddelen die thans als elementaire bouwstenen in alle levende wezens voorkomen, zich met opvallend gemak in de prebiotische, zuurstofloze oeratmosfeer van de aarde gevormd (kunnen) hebben4. Dit is echter slechts een eerste stap in de goede richting. Grotendeels ontsluierd werden eveneens de zgn. polymerisatie-mechanismen, waardoor de elementaire bouwstenen geassembleerd worden tot grotere moleculen, met name de eigenlijke proteïnen - een organisatieniveau waarop pas echt biologische processen mogelijk worden. Een van de opmerkelijkste van die mechanismen is de afdruk-polymerisatie, waarbij een bestaande polymeer de verspreide bouwstenen of monomeren zijn eigen orde en volgorde ‘opdringt’ en aldus een kopie maakt van zichzelf.

Op theoretisch vlak heeft vooral Manfred Eigen modellen ontworpen van

aan elkaar gekoppelde polymerisatie-mechanismen, die hij ‘zichzelf reproducerende katalytische hypercycli’ noemde5.

‘Het principe zelf van de hypercyclus is gebaseerd op één der geniaalste uitvindingen gedaan door de natuur: samenwerking tussen systemen tot wederzijds voordeel. Moleculen van uiteenlopende soort en samenstelling verenigen zich in een processysteem om elkaars voortbestaan te helpen verzekeren. (...) De Hypercycli van Eigen geven aan hoe nucleïnezuren en eiwitten elkaar kunnen hebben gebruikt om gezamenlijk te evolueren’ (163). Al veel langer bestaat het vermoeden dat eiwitten ‘de eerste biologische betekenisvolle manifestaties van zelf-organisatie’ geweest zijn, die echter nog het vermogen tot zelfvoortplanting misten. ‘Nucleïnezuren, die historisch waarschijnlijk pas later een rol gingen spelen, bezaten dit vermogen wel. Geholpen door de eiwitten, slaagden de nucleïnezuren erin kopies te maken van zichzelf door middel van een afdrukpolymerisatiemechanisme’ (168).

Eenmaal aangenomen dat hypercycli naar Eigens model konden ontstaan, kunnen zich daarin opnieuw fluctuaties of mutaties avant la lettre voordoen, kopieerfouten die de integriteit van de nieuwe hypercyclus vooralsnog niet aantasten. Tussen de oudere en nieuwe hypercycli wordt het dan

‘een darwiniaans spel dat zijn fouten binnen redelijke perken houdt en vooral, dat leert gebruik maken van de fouten die toch optreden en die het onverwacht voordeel opleveren’ (162-163).

Een belangrijke consequentie van deze veronderstelde ontwikkeling - van dissipatieve structuren over hypercyclus naar echt leven - is de volgende: tijdens dat hele proces worden er naar aanleiding van de toevallige fluctuaties of mutaties voortdurend definitieve ‘keuzen’ gemaakt, die dan bepalen in welke, voortaan exclusieve richting de mechanismen van het leven zich zullen (moeten) ontwikkelen.

‘Het “vertaalsysteem” voor de informatie opgeslagen in de nucleïnezuren wordt voorgoed vastgelegd. Verbeteringen in het systeem worden nog wel geduld maar radicale alternatieven zijn uitgesloten want die zijn niet langer verzoenbaar met de superstructuur die zich heeft opgebouwd. Op die wijze moet de universele genetische code zich hebben ingesteld. Alle levensvormen op aarde gebruiken thans zonder uitzondering dezelfde taal om de informatie voor de opbouw van hun eiwitten in nucleïnezuren op te slaan. Dit is niet omdat dit de enige realiseerbare mogelijkheid zou zijn of omdat het van bij de aanvang het enige systeem was, maar wel omdat een selectiemechanisme werkte dat actief bleef tot één systeem de absolute overhand kreeg’ (169).

De hier geschetste, synthetische visie is indrukwekkend en lijkt heel coherent:

‘Het lijkt alsof we met de dissipatieve structuren, en meer bepaald met de complexe georganiseerde structuren als hypercycli, de biologische dimensie in de natuur hebben gevonden. Maar is het verschijnsel van het leven daarmee wel echt begrepen? (...) Heeft een hypercyclus een eigen identiteit, een lichaam, onderscheidbaar van de omgeving als een vogel in de lucht? Heeft hij een persoonlijkheid?’ (165).

Op ten minste twee punten schiet het model nog te kort.

‘Alle levensvormen op aarde zijn opgebouwd uit cellen, compartimenten gescheiden van de omgeving door een membraan en met een complexe interne structuur. (...) De hogere organisatie, die de hypercyclus optilt van loutere processtructuur tot biologische cel, moet nog worden opgebouwd’ (ibid.). Wat zo'n hypercyclus evenmin in staat is te doen, ‘is een verandering te selecteren die pas in een later stadium een voordeel kan opleveren. (...) Manfred Eigen zelf heeft erop gewezen dat hypercycli in dit opzicht tekort schieten’ (167).

Bodifée vermeldt echter niet dat juist dit laatste punt, ook in de recente neodarwiniaanse evolutietheorie, een bijzonder delicaat en hevig betwist punt gebleven of geworden is.6.

De klassieke neodarwiniaanse ‘nieuwe synthese’ van de jaren veertig was inderdaad in een serieuze impasse geraakt door haar stelling dat elke, per definitie louter toevallige mutatie slechts dan gehandhaafd blijft, wanneer zij een onmiddellijk overlevingsvoordeel in de ‘strijd om het bestaan’ en een betere aanpassing aan het milieu oplevert voor het gemuteerde organisme. Gaandeweg zag men zich verplicht aan te nemen dat vele zgn. neutrale mutaties, die aanvankelijk niet het geringste voordeel en zelfs enige ‘hinder’ opleveren, toch bewaard blijven, en zich met verloop van tijd zelfs dusdanig kunnen versterken dat ze, als hun uur gekomen is, definitief doorbreken in de vorm van nieuwe, uiterst geperfectioneerde organen of organismen. Die neutrale, in principe louter toevallige en van elkaar volstrekt onafhankelijke mutaties zouden dan (moeten) verklaren hoe b.v. uit de reptielenschubben de geraffineerde vogelveren en uit de reptielenpoten de uiterst functionele vogelvleugels zijn ontstaan, ondanks het feit dat de wezens die aanvankelijk slechts met enkele van dergelijke mutaties ‘in de goede, uiteindelijke zin’ voorzien waren, daar geen enkel voordeel van hadden of er zelfs uitgesproken hinder van ondervonden.

Voor sommige biologen en paleontologen is deze verklaring zo onbevredigend, dat zij zich opnieuw beroepen op regelrechte evolutiesprongen, zgn. macro-mutaties. Daarin zouden ‘hoopvolle monsters’ ontstaan, die als een buitenissige minderheid weten te overleven om pas nadien, op een nieuwe wijze, nieuwe levensdomeinen in te palmen7. Waar Jacques Monod nog met klem beweerde dat het samenspel van een vrijwel eindeloze reeks puur toevallige en onafhankelijke mutaties enerzijds en de noodzaak van de aanvaarding of verwerping daarvan door de bestaande organismen anderzijds de enige definitieve verklaring van het evolutiegebeuren kon zijn, erkende zijn collega Francois Jacob dat er aan dit verklaringsmodel iets wezenlijks schort. Volgens Jacob is er een veel nauwere binding nodig tussen mutatie en functie om in bepaalde groepen van hogere dieren de zgn. orthogenetische evolutie te verklaren8. Daaronder verstaat men de ontwikkeling van een reeks kenmerken die tegelijk in versneld tempo in één bepaalde richting blijven evolueren, en b.v. geleid (moeten) hebben tot de samenhangende en gezamenlijke evolutie van de veren, de vleugels, de borstkam en de vliegspieren van de vogels. Ook Monod erkende het orthogenetische feit, maar hij maakte zich van het probleem af door het slechts ‘schijnbaar georiënteerd’ te noemen. Jacob daarentegen sprak zijn overtuiging uit dat de thans bekende mechanismen te weinig efficiënt zijn om dit proces te verklaren, en dat er met name ‘een tijd voor nodig is die de duur van ons zonnestelsel ver overtreft’9.

Wat men nu reeds het ‘neo-darwinisme’ begint te noemen, is dus ook nog niet in het reine gekomen met de door Bodifée herhaaldelijk gesignaleerde ‘doelgerichtheid’, niet alleen in de opbouw en het gedrag van het individuele levende wezen, maar ook in het verloop van het hele evolutiegebeuren zelf tot en met het ontstaan van de mens. In die zin kan men zijn conclusie beamen: ‘Wat ik slechts wil benadrukken, is dat in de geordende chemische systemen van hypercycli reeds iets van de aard zelf van wat leven is, teruggevonden wordt’ (166).

Wereldbeeld in enkelvoud of meervoud?

Zoals Prigogine, spreekt Bodifée echter ook de verwachting uit dat de

thermodynamica die ons het concept van de dissipatieve structuren opgeleverd heeft, daarmee ‘het theoretisch raamwerk’ zou geleverd hebben ‘voor een begrijpen van het levensverschijnsel’ (171). Zoals men het ontstaan en de ontwikkeling van b.v. een termietennest kan beschrijven als een dissipatieve structuur, ontstaan uit toevallige, elkaar versterkende fluctuaties (157), zou het ontstaan en de ontwikkeling van menselijke nederzettingen, van een dorp of een stad, eveneens in dat conceptuele schema ondergebracht kunnen worden (177). Mij dunkt dat hier wat te veel verwacht wordt van een te geforceerde uitbreiding van het nieuwe concept. Tegen de uitdrukkelijke bedoelingen van beide auteurs in, duikt hier m.i. toch weer het gevaar op van het zoveelste reductionistische verklaringsmodel, dat even goed gehanteerd zou kunnen worden voor een Bénard-cel, een chemische klok, een levende cel, om het even welk dier, de mens én de maatschappelijke en culturele ontwikkeling van de menselijke samenleving.

Dat dit gevaar niet denkbeeldig is, bleek uit de interpretatie die door prof. G. Van Binst van de VUB meteen met Prigogine's ontdekkingen verbonden werd. Op de vraag wie wij mensen zijn en wat onze samenleving voorstelt ligt volgens hem ‘nu ten minste een rationeel en coherent antwoord in het vooruitzicht’, aangezien ‘de nieuwe thermodynamica veel verder reikt dan het zuiver fysico-chemisch vlak’ en ‘ons met name ook zal toelaten de sociologische evolutie van de mens te begrijpen, waarin de chemische signaalstoffen van b.v. termieten- en bijengemeenschappen vervangen worden door andere communicatiemiddelen als het woord, de taal’10. Intussen heeft de beruchte sociobiologie van R. Dawkins en E.D. Wilson een dergelijke reductionistische visie al op de spits gedreven11. Het enige wat er in de levende wereld aan de hand is, zou de verbeten competitie zijn tussen ‘egoïstische genen’ waarvan elk probeert in een volgende generatie meer kopieën van zichzelf te produceren dan zijn mededingers. De individuele organismen, hun al dan niet sociaal gedrag (tot en met het cultureel, ethisch, politiek gedrag in de menselijke samenlevingen en de ideeën die daarbij gemanipuleerd worden) zouden niets anders zijn dan overlevingsmechanismen, waardoor bepaalde genen erin slagen zich ten koste van andere door te zetten. Terwijl Darwin de eliminatie van minderwaardige mensenrassen door hoger ontwikkelde volkeren nog beschouwde

als een onvermijdelijke natuurlijke evolutie12, gaat het in de socio-biologie nog alleen om de eliminatie van inferieure door superieure genen.

Wat dit punt betreft, verwacht ik meer heil van een genuanceerder houding als die van b.v. de Franse bioloog J. Dorst van Parijs:

‘Is het moment gekomen om een integratie voor te stellen van de verschillende benaderingen van de wereld die ons omgeeft, in een globaal denkschema? De bekoring daartoe is groot, en enkelen, met name eminente fysici, zijn ervoor bezweken. Die pogingen zijn ijdel, illusorisch en gevaarlijk, want ze dreigen de wetenschapslui te discrediteren en de filosofen in impasses te leiden. We zijn niet zo ver af van de valse wetenschappen, een van de plagen van onze tijd... Men zou o.m. ook moeten wijzen op andere uitdrukkingsmogelijkheden (van 's mensen kennis en waardering van de wereld) b.v. de artistieke... In werkelijkheid zijn de mensen niet gebaat met het vermengen van de “genres” met het oog op bedrieglijke syntheses. Het is beter parallelle wegen te volgen en de verschillende, langs deze wegen verkregen antwoorden met elkaar te confronteren... Het is tenslotte het geheel daarvan dat de naam humanisme verdient, een notie die vandaag de dag in jammerlijk verval is. Het begint al bij de jeugd: vroeger, in de humaniora-opleiding, kregen de wetenschappelijke disciplines zeker niet de plaats die ze verdienen; nu leert men technieken aan zonder de jonge mensen te tonen hoe veelvuldig en complementair de benaderingen van de wereld en het denken zijn’13.

Bodifée pleit ook zelf nadrukkelijk voor een minder reductionistische benadering van de gevarieerde levensverschijnselen.

‘Zonder terug te vallen op ouderwetse vitalistische theorieën’ mag of moet ook de wetenschapsmens erkennen: ‘Wat de biologische wetenschappen bestuderen, zijn de onderliggende mechanismen, niet de essentiële drijfveren van het leven. Biochemie, fysiologie en genetica hebben veel informatie verzameld over het functioneren van de organismen, maar deze informatie, hoe interessant ook, verklaart het wezen zelf van het leven niet, evenmin als akoestiek en trillingsleer de symfonieën van Beethoven verklaren. (...) Wetenschap, kortom, faalt hier. (...) (Zij) stelt dat zij de natuur objectief en onbevooroordeeld benadert (...) Van de (...) chemische mechanismen in een biologische cel wordt in detail rekenschap gegeven, maar de doelgerichte handelingen, de onberekenbare eigenzinnigheid en spontaneïteit van het leven worden over het hoofd gezien of als illusies afgewimpeld. Op basis van die houding komt de wetenschap tot het besluit dat er in (...) de natuurkundige theorieën geen plaats moet zijn voor doelgerichtheid in de verschijnselen, laat staan voor romantische waarden als schoonheid bijvoorbeeld’ (86).

Tussen haakjes: wat dit laatste punt betreft is er misschien al een kentering aan de gang. M. Wildiers wees erop (in een conferentie in de VS, 1982) dat ook sommige rasechte wetenschapslui aan een herwaardering

van het paradigma van de schoonheid toe zijn14. Niemand minder dan Prigogine verklaarde dat wij ons meer en meer verwijderen ‘van de klassieke beschrijving van de wereld als een automaton, om terug te keren tot het Griekse paradigma van de wereld als een artistieke schepping (a work of art)’15.

Bodifée maakt een nog verder reikende overweging:

‘Dat ieder van ons, wetenschapsmensen inbegrepen, dagelijks het tegendeel ervaren, is de tragiek en de schande van een wetenschap die er niet in slaagt te overtuigen waarom de ene waarneming wel en de andere niet telt. Het consequent volhouden van deze houding heeft mee geleid tot de grote kloof die thans bestaat tussen het wetenschappelijk denken enerzijds, en het artistiek, humaan en religieus denken anderzijds’ (86).

Aan het eind van het boek wordt dit misschien iets te harde oordeel wat getemperd door twee pertinente opmerkingen:

Ongetwijfeld hebben natuurkunde en scheikunde juist grote successen geboekt ‘door het overboord zetten van alle teleologische principes’ en is het eveneens evident ‘dat men in de moleculaire mechanismen van de organismen geen teleologische elementen terugvindt maar wel de werkzaamheid van bekende natuuurkrachten’ (180).

Waartoe heeft dan de evolutie van het leven op onze aarde voor de onbevangen waarnemer tenslotte geleid? Om het nog maar eens met het (hier ingekorte) raccourci van de auteur samen te vatten:

‘De onbepaaldheid die intrinsiek is aan de instabiliteiten van een processysteem maakt de evolutie van het leven mogelijk. Met de toenemende complexiteit van het leven (...) treffen we een onbepaaldheid aan die gepaard gaat met een meer expliciete vrijheid dan het geval is bij molecules en cellen. Het hoogontwikkeld zintuigen zenuwstelsel van de mens laat gewaarwordingen van het organisme toe die zo indringend en uitdrukkelijk zijn dat ze als bewustzijn ervaren worden. In combinatie met dit bewustzijn en met het streven naar eigenheid dat vooral de meest ontwikkelde biologische structuren kenmerkt, ontwikkelde zich in de mens de vrijheid tot vrije wil. (...) Zelf gekozen streefdoelen komen in de plaats van darwiniaanse selectiecriteria’ (179).

Met deze ultieme ontwikkeling weet de ‘objectieve’ wetenschap geen raad.

‘Sinds de geboorte van de moderne wetenschap (...) werd het principe van de teleologie vervangen door het objectiviteitsprincipe: er bestaat geen doel dat door de natuur wordt nagestreefd. (...) Het succes van de wetenschap is gebaseerd op het afzweren van de Aristoteliaanse doelgerichtheid en het in de plaats daarvoor formuleren van oorzakelijke relaties’ (180).

Maar is deze zogenaamde objectiviteit als enig paradigma wel vol te houden in een biologische wetenschap die álle levensverschijnselen, de menselijke inbegrepen, uitputtend heet te verklaren?

‘Het radicaal ontkennen van biologische doelgerichtheid als verklarend beginsel is een blinde vlek in het moderne wetenschappelijke wereldbeeld. (...) Het is perfect mogelijk dat er doelgerichtheid bestaat op het niveau van het organisme zonder dat deze terug te vinden is in de onderdelen ervan. (...) Er is geen reden om huiverig te zijn voor het opnemen van het principe van doelgerichtheid in het wetenschappelijk wereldbeeld. Integendeel, het is niet alleen onontkoombaar, denk ik, het is wenselijk’ (180-181).

Die huiver van de wetenschap om doelgerichtheid te aanvaarden is nog zeer algemeen verbreid. Van het optische apparaat dat ons menselijk oog voorstelt zegt J. Monod zelf dat ‘het arbitrair en steriel zou zijn te willen ontkennen dat het oog het eindpunt (l'aboutissement) van een ontwerp is, terwijl we aan een fotoapparaat wel een dergelijke oorsprong moeten toekennen’ (o.c., p. 22). Maar aangezien de wetenschap alle finalisme wil vermijden, is ‘teleonomie het woord dat wij “par pudeur objective” voor dergelijke gevallen kunnen gebruiken’. (Rede bij zijn ambtsaanvaarding als hoogleraar, 3 november 1967). Volgens de boven geciteerde J. Dorst worstelt de biologie nog steeds met dit lastige probleem van de doelgerichtheid:

‘De recente ontdekkingen van de biologie stellen opnieuw het delicate probleem van het finalisme. De evolutie van de levende wereld getuigt meer en meer van een bepaalde “logica”, elke vorm schijnt uit een andere voort te komen als om een systeem te voltooien, te perfectioneren of aan nieuwe omstandigheden het hoofd te bieden. Elke etappe van de evolutie vindt haar vertrekpunt in de vorige en schijnt zich door te zetten volgens een vooropgesteld plan... De processen die de embryologen ons onthulden, zijn al even troeblerend. De embryogenese volgt precieze lijnen die de meest objectieve waarnemer verbijsteren door een soort voorbestemmingen, waarvan elk doorgang vindt volgens plannen, ontworpen lang vóór de materializering van de organen. Op grond van hun waarnemingen hebben de biologen de term teleonomie uitgevonden. Maar zou dat niet veeleer een kwestie van semantiek zijn?’ (o.c., p. 28).

Bij wijze van conclusie

De lezer heeft, hoop ik, intussen allang door dat ik Het vreemde van de aarde als een bijzonder stimulerende, tot diepgaande gedachtenwisselingen uitnodigende lectuur heb ervaren. Ik heb de auteur zo vaak en uitvoerig zelf aan het woord laten komen, omdat hij een aantal wetenschappelijke bevindingen en verklaringen op kernachtige wijze voor een zo ruim mogelijk publiek toegankelijk wist te maken. En dát lijkt mij een zaak van vitaal belang te zijn. In de Angelsaksische wereld bestaat allang een opmerkelijke traditie: wetenschapsmensen van het hoogste niveau schromen niet hun ontdekkingen en ideeën voor een zo groot mogelijke lezerskring bevattelijk te maken. Een dergelijke, soms laatdunkend populair-wetenschappelijk genoemde kennisoverdracht speelt in de samenleving een onvervangbare rol. Het is nu eenmaal zo dat wetenschappelijke ontdekkingen of ideeën vroeg of laat, soms op ingrijpende wijze, het denken en doen van onze samenleving bepalen: zowel het wereldbeeld en de daarmee verbonden waarden die een samenleving gaat aankleven of verwerpen, als de technologische toepassingen die zij kiest of zich laat opdringen. In beide gevallen is enige autonome, niet uitsluitend op het gezag van de deskundigen gegronde beeld- en besluitvorming van zoveel mogelijk leden van de samenleving van het grootste belang. In het Nederlandstalige gebied zijn werken van de aard en het gehalte van dat van G. Bodifée nog eerder een zeldzaamheid. Om die reden verdient de auteur onze bijzondere waardering.


Vorige Volgende

Over dit hoofdstuk/artikel

auteurs