25 November 2017

Robbert Dijkgraaf: alles wat je wilde weten over symmetrie binnen 50 minuten. DWDD University.

Robbert dijkgraaf: normaal (midden),
zijn Rechter kant dubbel (Links), zijn L-kant dubbel (R)
vooral de asymmetrische mond veroorzaakte verschil!
Vrijdagavond 24 november 2017 direct na het 8 uur journaal gaf Robbert Dijkgraaf al weer zijn 7e DWDD University college, dit keer over symmetrie. In een hoog tempo kwam werkelijk (bijna) alles voorbij: symmetrisch tuin, binnenhuis, en steden ontwerpen, Kepler-sneeuwvlok, zeester, radiolaria, griepvirus, appel, kaki, bijenraat, kippengaas, piramides, Griekse veelhoeken, voetbal, buckyball, Laatste Avondmaal, gulden snede, zonnebloem, Nautilus schelp, rubik cube, behangpatronen, muziek, Chladni-patronen, gezichtspiegelingen (zie foto), "Links-Rechts is een afspraak, in tegenstelling onder-boven" [1], Rorschach test, kurketrekker, asymmetrische ligging inwendige organen zoals hart, lever en milt; DNA, suikers, eiwitten, aminozuren, zoetstof, softenon, zwakke kernkrachten, elementaire deeltjes van Emmy Noether.

De uitzending was live en alles verliep vlekkeloos, zonder versprekingen of mislukte experimenten en alles in een hoog tempo. De toeschouwers kregen niet de kans om zich te vervelen. Zo'n perfecte voorstelling moet een enorme voorbereiding gekost hebben van een heel team van adviseurs en technici. Soms lag het tempo zo hoog dat cameramensen er niet in slaagden een experiment goed in beeld te krijgen. Ik had graag links of verwijzingen naar literatuur of internet gehad over de onderwerpen. Dat gaat helaas niet in zo'n uitzending.
Links-draaiend DNA dat U in de spiegel ziet,
komt in geen enkel levend wezen op aarde voor
Behalve mijn behoefte naar meer details en wetenschappelijke achtergronden, kon ik hem op één onjuistheid / onvolledigheid betrappen: "Links-draaiend (left-handed) DNA zit in geen enkel levend wezen op aarde". Dijkgraaf acht het onwaarschijnlijk dat er ergens in het heelal een planeet bestaat waar het DNA naar links draait. Maar: volgens wikipedia: "At least three DNA conformations are believed to be found in nature, A-DNA, B-DNA, and Z-DNA." Rechtsdraaiend B-DNA is het meest voorkomend standaard Watson-Crick model van DNA. Z-DNA is left-handed DNA. Dit left-handed DNA is aangetoond in het menselijk chromosoom 22. Daarnaast komen er vele alternatieve synthetische DNA vormen voor. Maar goed, bij benadering had Dijkgraaf gelijk.

Wat ik verder nog moet navragen / uitzoeken: het toxische effect van softenon  zou veroorzaakt zijn door een mengsel van L- en R-draaiende moleculen. Volgens Dijkgraaf zouden alle farmaceutisch werkzame stoffen één kant uitdraaien. Maar volgens wikipedia (softenon): " in het lichaam gaat de ene enantiomeer heel snel over in de andere en ontstaat het mengsel van de S- en de R-vorm.". Maar als dat geldt voor softenon, zou het dan niet gelden voor alle geneesmiddelen?

Tenslotte, nog een leuk effect van symmetrie wat Dijkgraaf noemde en wat mooi aansluit bij mijn vorig blog over het meten van bewustzijnsgraden: perfecte symmetrie geeft informatie redundantie. Als bijvoorbeeld een bloem volledig symmetrisch is, heb je in principe veel minder informatie nodig om de bloem te specificeren dan wanneer het een onregelmatige bloemvorm zou zijn. etc. Dat moet ik verder uitdiepen. 
Is de genetische instructie van je Linker en Rechter hand (voet) hetzelfde? Maar ze zijn niet hetzelfde! Of toch wel? Ze zijn elkaars spiegelbeeld. Het is maar net hoe je ze op elkaar legt. Hoe doet het embryo dat? Eén ding is zeker: de hand zelf is niet symmetrisch. Idem: de ogen.

meisje met identieke ogen.
Deze foto is niet van Dijkgraaf, ik heb het rechter oog
(op de foto!) vervangen door kopie van het linker oog.

Het embryo hoeft niet te 'weten' wat links en rechts is, maar moet wel weten dat het spiegelbeeldige handen, voeten en ogen moet maken. Het is mogelijk dat de genetische instructies voor linker en rechter hand en oog hetzelfde zijn, maar dat de context, de omliggende cellen, bepalen of het een linker of rechter exemplaar wordt. Op die manier verklaar je waarom de oogkleur van beide ogen bijna altijd hetzelfde is en waarom handen in alle andere opzichten zo veel op elkaar lijken.

Noten

  1. Robbert Dijkgraaf: "Stel je moet iemand aan de telefoon uitleggen wat Links en Rechts is als je niet ergens aan kunt refereren. Hoe doe je dat?" Dat kan niet. Gaaf voorbeeld! Rechts is de hand waarmee je schrijft werkt niet als je niet weet met welke hand die persoon schrijft. Misschien de plaats van je hart? Maar er zijn zeldzame gevallen waar het hart rechts zit.

8 comments:

Bert Morrien said...

Links is is de richting waarin de sterren gaan kijkend naar de poolster; rechts is de richting waarin de sterren gaan kijkend naar het Zuiderkruis.

gert korthof said...

Bert, ik vrees dat dat toch niet werkt: de sterren maken een cirkelvormige beweging rond de poolster. zie bv:
https://en.wikipedia.org/wiki/Pole_star#/media/File:Sterneamwalberla2.jpg
en dat is dus geen simpele links-rechts beweging.
Ik denk dat je dan beter uit bent met de beweging van de zon van links naar rechts, dus: de zon beweegt naar rechts, rechts = waar de zon naar toe gaat. kijkend in de richting van de zon. Eventueel te vervangen door de maan. ik denk dat je niemand hoeft uit te leggen wat de zon of de maan is. Overigens: ik had niet aan de sterrenhemel gedacht in dit verband.

Overigens vond ik dat Dijkgraaf Kepler's hypothese voor de verklaring van sneeuwvloksymmetrie ten onrechte als flauwekul bestempelde. Kepler gebruikte een mathematische methode (stapeling van bolletjes, iedere bol heeft zes buren) om de symmetrie te verklaren. Dat water niet 'uit bolletjes' bestond kon hij niet weten in die tijd ! en het chemisch structuur model (zeshoekig) voor water die Dijkgraaf liet zien komt verdacht veel in de buurt van een bol! Je moet iemand beoordelen in de context van zijn tijd, en misschien was Kepler wel de eerste die een wiskundige verklaring gaf voor 6-voudige symmetrie van de sneeuwvlok. En daarom verdient Kepler een compliment, in plaats van uitgelachen te worden! Eigenlijk een anachronistische blunder van Dijkgraaf.

gert korthof said...

Rechts = richting van wijzer op de klok direct na 12 uur

Bert Morrien said...

Gert,

Ik moet je toch teleurstellen, google maar eens op afbeeldingen met
anticlockwise clock
dan zie je wel waarom.
Met die sterren zit je wèl goed als je alleen maar naar de hoogste sterren kijkt. Dat had ik er blijkbaar bij moeten zeggen.

gert korthof said...

Bert, het is een win-win situatie voor ons allebei: ons begrip 'rechts' is uiteindelijk gebaseerd op de schijnbare draairichting van zon, maan en sterren ten gevolge van de vaste draairichting van de aarde. Onze gangbare 'rechtsdraaiende' klokken zijn gebaseerd op zonnewijzers op het noordelijk halfrond.

(ken jij een land waar de officiële klokken counter-clockwise draaien? dan nog zou dat een uitzondering zijn)

Bert: "als je alleen maar naar de hoogste sterren kijkt." is analoog aan mijn 12 uur (in feite van 11:45 tot 12:15 ). Generaliseerbaar voor de richting van de urenwijzer van kwart voor tot kwart over het hele uur.
Jouw sterren (en de maan) zijn voor 's nachts, de zon en zonnewijzer voor overdag, de standaard klok voor dag en nacht.

https://en.wikipedia.org/wiki/Clockwise
https://en.wikipedia.org/wiki/Sunwise

Ik denk wat Dijkgraaf wilde demonstreren is dat de fysische natuurwetten neutraal zijn ten opzichte van draai-richting: of de aarde nu linksom of rechtsom om de zon draait, of om zijn eigen as, de wetten van Newton, zwaartekrachtwetten, energiewetten blijven hetzelfde.

Bert Morrien said...

Gert,

Ik geloof niet dat Dijkgraaf dit zo gezegd heeft want de natuur lijkt een voorkeur voor linkshandige chiraliteit te hebben.
"Only left-handed fermions and right-handed antifermions interact with the weak interaction. In most circumstances, two left-handed fermions interact more strongly than right-handed or opposite-handed fermions, implying that the universe has a preference for left-handed chirality, which violates a symmetry of the other forces of nature."
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chirality_(physics)

Nog even over die klokken: misschien hadden we linksdraaiende klokken gehad als die in Australie uitgevonden zouden zijn.

gert korthof said...

Bert: hebben de eigenschappen van elementaire deeltjes als left-handed fermions invloed op de eigenschappen op moleculair niveau zoals DNA, suikers, aminozuren? Dat zie ik nergens duidelijk staan. Kan volgens mij ook niet: want er bestaat zowel left-handed DNA (zeldzaam) als right-handed DNA (normaal), en Thalidomide is een racemisch mengsel, bestaande uit gelijke delen van de R-enantiomeer en de S-enantiomeer. Hoe kan die eigenschap van thalidomide verklaard worden door eigenschappen op (sub-)atomair nivo?
en:
Amino acids can occur in L- and D-forms, but only L-forms are used by cells.
Dat het leven alleen L-handed aminoacids gebruikt, bewijst dus niet dat R-handed aminoacids niet kunnen bestaan. Ze bestaan wel:
Every amino acid (except glycine) can occur in two isomeric forms, because of the possibility of forming two different enantiomers (stereoisomers) around the central carbon atom.
Dan zie ik niet hoe symmetrie (sub)atomaire eigenschappen de handedness van moleculen kunnen verlaren.
Maar goed, ik ben geen elementaire deeltjes fysicus, dus ik hou een slag om de arm.

Bert Morrien said...

Gert,

Het gaat over reacties die met zwakke kernkrachten samenhangen -zeg maar radioactief verval- en ik geloof niet dat die van biologische betekenis zijn. Voor de kosmologie lijkt het mij een andere zaak, zeker als men nog geen verklaring heeft voor de dominantie van materie boven antimaterie.