Streven. Jaargang 60

[p. 354]

Het geheim van het leven
Geert Verschuuren

Tegenwoordig weet bijna iedere scholier dat mensen uit cellen bestaan, dat cellen uit moleculen zijn opgebouwd en dat moleculen een aaneenschakeling van atomen zijn. Deze kennis is het resultaat van een lange, respectabele en succesvolle traditie in de natuurwetenschappen: haal alles uit elkaar, tot in de kleinste onderdelen. Uiteenrafelen en analyseren, daar is de wetenschap goed in.

Uiteindelijk, zo lijkt het wel, zou elke onderzoeker zich alleen nog maar moeten bezighouden met het kleinste van het kleinste. En dat zijn atomen - of nog liever quarks, want daaruit zijn die atomen weer opgebouwd. En al het andere, zoals cellen en organismen, kunnen we gevoeglijk achter ons laten. Dat is zo ongeveer het programma en het ideaal van het reductionisme. ‘Small is beautiful’.

Extremisten

Aanhangers van deze filosofie beweren dat de eigenschappen van een samenstel van onderdelen altijd volledig berusten op de eigenschappen van die onderdelen. Het enige dat er werkelijk toe doet, zijn de kleinste onderdelen. Reductionisten zijn dan ook van mening dat de ‘hogere’ niveaus van de werkelijkheid - zoals het niveau van organismen of het niveau van cellen - volledig teruggebracht kunnen worden tot het laagste niveau - dat van atomen en quarks. Om het eens met een voorbeeld te zeggen: achter Karl Marx gaat niets anders schuil dan quarks.

En toch zijn er nog altijd wetenschappers die zich niet met atomen en moleculen bezighouden, maar met cellen, of zelfs met organismen, om nog maar niet te spreken van ecosystemen. Vormen zij een uitstervend ras, de laatsten der biologen? Of hebben de tegenstanders van de reductionisten, de zogenaamde holisten, toch gelijk als zij beweren dat een cel meer is dan de som van de samenstellende moleculen - of dat

[p. 355]

een organisme meer is dan de som van de samenstellende cellen? De tegenstelling tussen reductionisten en holisten heeft het bovenstaande probleem een meer algemene strekking gegeven: is het geheel gelijk aan de som van de samenstellende delen, of is het geheel meer dan de delen? Het antwoord op deze vraag is niet zo simpel als de ‘extremisten’ vaak denken. Waarom niet?

De tegenstelling tussen reductionisten en holisten dateert al uit de geschiedenis van de embryologie rond de eeuwwisseling. De discussie werd op gang gebracht door de eerste experimenten met embryo's in hun twee- of viercellig stadium. Het bleek dat door het doden (aanprikken) van één van de vier cellen van een kikkerembryo de verdere ontwikkeling van het embryo niet of abnormaal verliep. Dat was goed nieuws voor reductionisten. Zie je wel, zeiden ze, de delen bepalen het geheel. Hun verklaring was eenvoudig: één van de vier cellen kan alleen maar de erfelijke factoren voor een kwart organisme bevatten. Als een deel niet meer functioneert, is ook het geheel aangetast. Volgens deze opvatting wordt de ontwikkeling door onderdelen uit de cel gestuurd. Het zijn de delen die het geheel bepalen.

Maar er werden ook andere experimenten gedaan en die waren koren op de molen van de holisten. Zodra namelijk de twee of vier cellen van een zeeëgel-ei door schudden van elkaar werden gescheiden, bleek dat de geïsoleerde cellen toch een normale embryonale ontwikkeling konden doormaken. Zie je wel, zeiden de holisten, het geheel bepaalt de delen. Uit dit experiment blijkt immers duidelijk dat de besturing van de embryonale ontwikkeling van búiten de cel komt. ‘Iets’ vertelt de losgeraakte cel dat het zelfstandig tot een nieuw organisme moet uitgroeien. Dat moet wel een signaal van buiten de cel zijn, afkomstig van het organisme als geheel. Sommige holisten spraken zelfs van een immaterieel levensbeginsel dat levensverschijnselen zou besturen, regelen en afstemmen op een doel - en daarom worden die holisten wel eens vitalisten genoemd.

Een tijdloos conflict

Wie heeft er nu gelijk? Aan de ene kant staan de reductionisten, de verdedigers van de delen van het geheel. Zij beweren dat elke volgende ontwikkelingsstap volledig op rekening komt van het DNA. Dit standpunt wordt momenteel bij uitstek gehuldigd door de moleculairbiologen. Zij vormen een groeiend contingent van biologen die de erfelijkheidscode steeds verder uiteen hebben gerafeld. Zij hebben ontdekt dat de onderdelen van de code veel gevarieerder en ingewikkelder zijn dan vaak wordt gedacht. Zo blijken er, naast gewone genen,

[p. 356]

ook regulatieve genen te zijn die gewone genen aan- en uitschakelen. Verder kunnen DNA-segmenten van plaats veranderen en daarmee de activiteit van andere genen beïnvloeden. Tenslotte is gebleken dat DNA-segmenten een zodanige herschikking kunnen krijgen dat uit minder dan duizend genen miljoenen verschillende eiwitten (antistoffen) gemaakt kunnen worden. Kortom, het geheel bestaat slechts uit onderdelen, al zitten die ‘ingenieus’ in elkaar.

Aan de andere kant van het conflict staan de holisten, de verdedigers van het geheel van de delen. Tegenwoordig is de term holisme bijna een vies woord geworden, omdat het zoveel verschillende ladingen dekt. Maar dat is niet helemaal terecht. Holisten beklemtonen het geheel; zij zullen het ‘initiatief’ tot een nieuwe ontwikkelingsstap eerder of uitsluitend leggen bij de gehele structuur of de totale organisatie van het organisme. Het DNA-systeem is immers aangewezen op signalen van omringende cellen en organen; deze vertellen het DNA welke genen op welk moment moeten worden geactiveerd. Over het gehele organisme, bijvoorbeeld van kop naar staart, ligt een gradiënt, die de afzonderlijke cellen vertelt waar ze zich ergens in het embryo bevinden en welke genen ze ‘dus’ moeten activeren. Zonder het geheel kunnen de delen niets. Sommige holisten beweren zelfs dat de genetische code uitsluitend van buitenaf wordt bestuurd.

Misschien kunnen we iets leren uit dit historische conflict. Intussen is gebleken dat de embryologie, en waarschijnlijk de hele biologie, zich niet laat persen in het keurslijf van het reductionisme of het holisme. Enerzijds blijkt het DNA een regelsysteem te zijn dat veel minder star is dan vaak werd of wordt gedacht. Dat heeft de reductionistische aanpak ons toch maar duidelijk gemaakt. Anderzijds is het DNA-systeem niet volledig autonoom, maar krijgt het uit het omringende celplasma en de omringende cellen, weefsels en organen externe signalen, die bepaalde genen op de juiste plaats en op het juiste tijdstip activeren. Dat inzicht hebben we toch maar aan de holistische benadering te danken.

Geen geheime krachten

Nu kunnen we terug naar de oorspronkelijk vraag: is het geheel tóch meer dan de som van de samenstellende delen? Nee, althans niet in die zin dat er extra onderdelen aan te pas zouden moeten komen. Want anders komen we in de verleiding om aan de samenstellende delen nog een extra onderdeel toe te voegen - zoiets als een immaterieel principe. Vitalisten deden en doen dat graag; zij zoeken al jaren naar iets extra's dat de delen bij elkaar houdt en stuurt. Wat ze aandragen

[p. 357]

zijn meestal vage, onvatbare principes waar een wetenschapper weinig of niets mee kan doen. Zo in deze trant: een cel is een verzameling moleculen plus ‘leven’; en een organisme is een verzameling cellen plus ‘geest’. Maar hoe onderzoek je zoiets ongrijpbaars als ‘leven’ of ‘geest’?

Al eeuwenlang horen we beweren dat levenskrachten in staat zouden zijn om van levenloze stoffen levende wezens te maken. Aristoteles had al eens beweerd dat zonlicht, rottend vlees en zelfs modder in staat waren levende wezens voort te brengen. Pas in de 17e eeuw begonnen enkele biologen daaraan te twijfelen. Als er ergens ‘plotseling’ leven ontstaat - zo weten we nu - moeten daar al eitjes van dieren of sporen van bacteriën aanwezig zijn geweest, al kunnen die zich soms gemakkelijk aan ons oog onttrekken. En uiteindelijk waren het de proeven van Louis Pasteur die onomstotelijk hebben aangetoond dat daar waar geen organismen zijn, ook geen organismen kunnen ontstaan - of althans zeker niet door zoiets ongrijpbaars als ‘levenskrachten’. Conclusie: het geheel is niets anders dan de som der delen.

En toch is het geheel in een bepaald opzicht tevens méér dan de som der samenstellende delen. Tegenwoordig weet iedereen dat als je in een reageerbuis moleculen bij elkaar voegt, je nog geen cel krijgt; en als je cellen samenvoegt, krijg je hoogstens een weefselkweek, maar geen organisme. Blijkbaar is een cel ‘meer’ dan een verzameling moleculen en is een organisme ‘meer’ dan een klomp cellen. Maar wat is dat ‘meer’ dan?

Het geheim van het leven

Misschien kan een voorbeeld ons helpen. Neem de krantefoto van een gezicht. Door nauwkeurig op de afzonderlijke puntjes te letten kan men nooit een gezicht waarnemen. Waarom niet? Is het gezicht soms ‘meer’ dan de afzonderlijke puntjes? Het antwoord is nee, want alles wat we nodig hebben om een gezicht te zien zijn de puntjes die de drukker heeft afgedrukt. En toch is het gezicht ‘meer’ dan de puntjes, want het gezicht is geen eigenschap van de puntjes als zodanig, maar van de wijze waarop alle puntjes tezamen zijn gerangschikt. Het ‘meer’ zit 'm in de structuur en de onderlinge relaties zijn iets anders dan eigenschappen. Twee mensen met goede eigenschappen leveren niet altijd een goede relatie op en je creëert niet automatisch het beste voetbalteam door de beste voetballers bij elkaar te zetten. Blijkbaar zijn de eigenschappen van een samenstel niet te herleiden tot de eigenschappen van de onderdelen, maar wel tot de relaties die de onderdelen met elkaar hebben.

[p. 358]

Zoiets geldt ook voor een cel of een organisme. Zij hebben een bepaalde, bijna unieke structuur van onderdelen, die te samen in een bepaalde relatie tot elkaar staan. Het is dus buitengewoon belangrijk hoe de moleculen in een cel, of de cellen in een organisme, zijn geordend. Binnen zo'n structuur kan er iets heel merkwaardigs gebeuren: een bepaalde ordening van moleculen levert een cel op; en binnen dat samenstel kunnen onderdelen worden vervangen zonder het geheel aan te tasten, zolang de structuur maar onaangetast blijft. Het bestaan en de werking van een lichaamscel, bijvoorbeeld, is niet alleen een gevolg van het bestaan en de werking van de celonderdelen, maar ook van het bestaan en de werking van het gehele organisme, waar deze cel een onderdeel van uitmaakt. Het gaat met zo'n cel niet alleen mis als de celonderdelen niet meer goed werken, maar ook als het gehele organisme niet meer goed functioneert.

Nu is het ook duidelijk waarom de inbreng van fysici en chemici in de biologie zo groot is. Het is namelijk belangrijk om de bouwstenen van het leven steeds verder tot in detail te onderzoeken. Dat is de weg ‘omlaag’, tot in de kleinste details, en die weg wordt bewandeld door (bio-)fysici en (bio-)chemici. Maar aan de andere kant zullen we ook altijd ‘echte’ biologen nodig hebben, want we mogen de structuur van grotere gehelen nooit uit het oog verliezen; en dat is de weg ‘omhoog’. Deze weg leidt naar cellen, organismen, populaties en ecosystemen.

Twee-richtingsverkeer

Dit twee-richtingsverkeer (‘bottom-up’ en ‘bottom-down’) zal wel van alle tijden zijn, al is de laatste tijd de weg ‘omlaag’ bijzonder in trek. En dat heeft weer te maken met de vele successen die bij de afdaling zijn geboekt, omdat uiteengerafelde structuren nu eenmaal gemakkelijker te onderzoeken zijn dan grote, complexe systemen. Bloed in een reageerbuis (‘in vitro’) is gemakkelijker te onderzoeken dan bloed in het lichaam (‘in vivo’). Maar laten we niet vergeten dat bloed in een reageerbuis al dood bloed is.

Omdat de weg ‘omlaag’ zo bijzonder succesvol is geweest, kennen we allemaal de populaire slogan ‘Het geheim van het leven schuilt in het DNA’. Tijdens hun ‘afdaling’ hebben biochemici en moleculairbiologen namelijk ontdekt dat veel van de verschijningsvormen van een organisme zijn terug te voeren tot minieme details van het DNA-molecule. Wat uiteenrafelen al niet kan opleveren!

Maar we vergeten zo gemakkelijk dat we op de weg ‘omlaag’ de weg naar ‘omhoog’ achter ons hebben gelaten. ‘Onderweg’ verliezen we dan al snel uit het oog dat dit ‘verheerlijkte’ DNA-molecule slechts

[p. 359]

een onderdeeltje is van een veel groter geheel. Het DNA is slechts één van de vele schakels in een ingewikkeld proces van informatieoverdracht binnen de cel. Voor het aanmaken van de juiste eiwitten in een cel is er niet alleen DNA nodig, maar daarnaast nog vele andere onderdelen zoals ribosomen, RNA en enzymen. En bovendien vergeten we gemakkelijk dat dit proces op zijn beurt sturende signalen moet ontvangen van het organisme in zijn geheel. Met andere woorden: DNA (bijvoorbeeld in een reageerbuis) is waardeloos zolang het geen deel uitmaakt van een groter systeem.

Wie beweert dat het geheim van een organisme in zijn DNA schuilt, zou dus met evenveel recht de omgekeerde slogan kunnen lanceren: ‘Het geheim van het DNA schuilt in het organisme’. Uitgedrukt in een beeld: het hangt er maar vanaf vanuit welke kant van de telescoop je kijkt - vanuit de kant die vergroot of vanuit de kant die verkleint. Met de ene kant is er een gezicht te zien, met de andere kant alleen de puntjes waaruit het gezicht is opgebouwd. Helaas willen de gebruikers van de ‘wetenschappelijke telescoop’ nog wel eens vergeten dat er een andere kant is.

Om verder te lezen

P.A. Weiss, The Science of Life, Futura Publ. Co., New York, 1973.

G. Verschuuren, Filosofie van de biologische wetenschappen (Serie Wetenschapsfilosofie), Martinus Nijhoff, Leiden, 1986.