Robbert Dijkgraaf in DWDD college: fotosynthese heeft constructiefoutje

...maar door een soort constructiefoutje kunnen
ze het groene licht niet absorberen.. (11:47e min)

Op vrijdag 2 december 2016 hield professor Robbert Dijkgraaf een zeer geslaagd college in de DWDD University serie. Beslist de moeite waard om terug te kijken. Het onderwerp was dit keer Licht. Ik vind dit tot nu toe het meest succesvolle college. 

Waarschijnlijk omdat ik veel herkenbare dingen tegenkwam, verschijnselen die we allemaal in het dagelijkse leven kunnen ervaren. Teveel om op te noemen: kosmologische, natuurkundige, chemische, biologische, psychologische, en kunsthistorische aspecten van licht. Alles geïllustreerd met filmpjes, experimenten en voorwerpen. Het hoogst bereikbare in het genre populair-wetenschappelijk college c.q. entertainment. Hij 'moest' beloven het volgende jaar weer een college te geven. Onderwerp onbekend. Maar ik kan me haast niet voorstellen dat dit college te overtreffen is.

Hij maakte één terloopse opmerking die me niet losgelaten heeft, en die me nog steeds bezig houdt. Volgens professor Dijkgraaf wordt door een soort constructiefoutje groen licht niet gebruikt door planten bij de fotosynthese. Planten zijn heel goed in het benutten van rood, geel en blauw, maar niet van groen licht. Omdat ze groen licht niet absorberen, maar reflecteren. "Als je planten in groen licht zet, groeien ze niet" zegt Dijkgraaf. Fraaie opmerking!

chlorophyll heeft een opvallend dieptepunt in het groen (wiki)

Dat is de reden dat de natuur er groen uitziet, dat we spreken over groenvoorziening, groenbeheer, openbaar groen, groene stroom, groen gas, groenste politicus, etc.  

Een constructiefoutje?

Prof. Dijkgraaf noemt het 'een constructiefoutje' zonder verdere toelichting. Klopt dit? Eén blik op de grafiek hierboven maakt duidelijk dat chlorophyl ongevoelig is voor groen licht, terwijl het logisch zou zijn, dat daar een piek zou zitten. Als we die piek zouden aantreffen, zouden we niet verbaasd zijn. Want daar zit de meeste [1] ook energie. Chlorophyl lijkt geen logische keuze als je zonne-energie optimaal wilt benutten. Na miljoenen jaren evolutie zou je toch een betere keuze verwachten. Deze evolutionaire puzzel is al bekend sinds dit soort grafieken zijn gemaakt. En dat is vele tientallen jaren.

Hoe erg is dit constructiefoutje?

Ik voel me -het klinkt raar- geroepen fotosynthese te verdedigen. Als er een constructiefoutje in het fotosynthetisch apparaat van planten zit, dan heeft dat niet verhinderd dat planten de basis vormen van het ecosysteem op aarde. Mensen eten koeien en koeien eten gras. Zonder gras geen vlees. Alle dieren zijn direct of indirect afhankelijk van planten. Zonder planten, geen dieren. Je kunt dus zeggen dat planten-met-een-constructiefoutje de aarde leefbaar hebben gemaakt! Planten maken het leven van 7 miljard mensen mogelijk. En die planten produceren ook nog zuurstof. Zonder zuurstof geen grote intelligente dieren. In hete gebieden geven bomen schaduw voor mens en dier. De hoogste Sequoia sempervirens is 115 meter hoog. Dat zijn geen geringe prestaties voor een systeem met een constructiefoutje. Maar toch. Het blijft aan je knagen. Ik wil een verklaring.

Eigenlijk kun je pas van een fout spreken als het systeem kapot is of een risico op falen heeft. Zoals dat balkon dat door een constructiefout van de vijfde verdieping naar beneden stortte. Of als een vliegtuig crasht door ontwerp- of constructiefouten. Maar het fotosynthese systeem is niet kapot! Het werkt! Er is ook geen risico op falen. Fotosynthese is een robuust systeem. Je zou fotosynthese hoogstens inefficiënt kunnen noemen.

Kan het beter?

Het fotosynthese systeem is niet kapot, maar de keuze voor chlorofyl vraagt om een verklaring. Je ziet een dal in de grafiek waar je een piek verwacht. Kan het anders? Zijn er betere moleculen? Dat heeft professor Dijkgraaf helaas niet onthuld! Kun je een chlorofyl variant ontwerpen die ook nog groen absorbeert zonder verlies van andere gunstige eigenschappen? (zoals stabiliteit van het molecuul). Dat lijkt me typisch een vraag voor een fysicus!

Er bestaat wel een ander molecuul dat groen absorbeert: bacterio-rhodopsine. Dat is een lichtgevoelig molecuul dat door een speciaal soort bacteriën wordt gebruikt. Vroeg in de evolutie van het leven bestond er op retinal gebaseerde fotosynthese dat wel groen licht gebruikte. Die bacteriën zagen er paars uit (Purple Earth hypothesis). Maar dit systeem wordt niet door planten gebruikt. 

Blauwalgen benutten een groter deel van het lichtspectrum dan de meeste algen en landplanten doordat ze beschikken over pigmentstructuren die zonlicht met een golflengte van 550–620 nanometer –het groene deel– kunnen benutten. (8 aug 2022 toegevoegd)

In de kunstmatige fotosynthese (Artificial photosynthesis) zijn er vele ideeën om fotosynthese te verbeteren. Er zijn kleine successen geboekt, maar die werken goed in het laboratorium met hoge CO2 concentraties, maar niet in de vrije natuur met veel lagere CO2 concentraties. Ook zijn er claims dat een zgn. 'artificial leaf' tien maal zo efficiënt is in fotosynthese als een natuurlijk blad. Dit kunstmatig blad splitst water in waterstof en zuurstof, net als bij fotosynthese, maar produceert géén glucose en glucose is 'het doel' van fotosynthese. Het is interessant, maar niet vergelijkbaar met fotosynthese.

Zwarte bladeren

"Een plant zou het liefst zwart willen zijn" vertelde prof. Dijkgraaf. Weer zo'n rake opmerking. Ja, want dan absorbeert (gebruikt?) hij al het zichtbare licht. Dan zouden alle planten er zwart uitzien. Er bestaan planten met zwarte bladeren:

Begonia darthvaderiana (bron)

Begonia darthvaderiana is een schaduwplant in het oerwoud van Borneo. Hij absorbeert alle golflengtes licht. Mar gebruikt hij zo ook?
 

Canna Australia

De Canna Australia is zwart door pigmenten die niet deelnemen aan de fotosynthese (prof  Alexander Ruban). Het ziet er mooi uit, maar je hebt er niets aan voor de fotosynthese.

Licht is meestal niet beperkend

De vraag waarom planten niet of nauwelijks groen licht benutten lijkt er vanuit te gaan dat licht een beperkende factor is in het leven van een plant. En dat je alle energie uit licht moet halen om te overleven. Hoe meer licht hoe beter. Maar als je de literatuur bestudeert, dan blijkt dat helemaal niet zo te zijn. Te veel licht beschadigt de kwetsbare fotosynthetische moleculen. Er is een verzadigingspunt waar boven licht niet meer benut kan worden. De plant kan de hoeveelheid fotonen gewoon niet snel genoeg verwerken. Goed vergelijkbaar met te harde wind en storm die windturbines beschadigen, waardoor ze stilgezet moeten worden. Planten die maximaal aan de zon zijn blootgesteld beschikken over systemen om een teveel aan licht om te zetten in warmte. 
Een belangrijke reden waarom te veel licht nutteloos is, ligt in het feit dat de functie van foto-synthese geen elektriciteitsproductie is zoals bij een zonnepaneel, maar de synthese van glucose. Een beperkende factor daarbij is CO2 transport naar de plek waar het nodig is in de cel. Dat zou verklaren waarom planten sneller groeien bij meer CO2 in de atmosfeer. Een andere beperkende factor is het enzym Rubisco dat te langzaam CO2 opneemt.

De enige planten die wel een gebrek aan licht hebben zijn schaduwplanten die op de bodem van het oerwoud groeien. Zij hebben dezelfde fotosynthese pigmenten, maar andere aanpassingen om het licht optimaal te benutten. We zouden echter niet verbaasd zijn als deze planten een groen-gevoelig chlorophyl hadden gehad. We zouden dat een mooie aanpassing noemen!

Evolutionaire verklaring

 
Een mogelijke verklaring voor de groene puzzel is dat het fotosynthese systeem, met name chlorophyl, een erfenis is uit het verre verleden. Er zijn eencellige, in het water levende planten, die in plaats van chlorophyl een pigment hebben dat groen absorbeert (bacterio-rhodopsin). Op die manier kunnen groen-absorberende en rood-absorberende cellen in hetzelfde milieu leven zonder elkaars licht weg te vangen. Een licht specialisatie zou je kunnen zeggen. De vraag is dan waarom chlorophyl in alle landplanten terecht is gekomen en bacterio-rhodopsin niet. Alleen omdat alle landplanten -toevallig- van de groene voorouder afstammen? Het had ook andersom kunnen zijn?
We kunnen niet zeggen dat evolutie niets geprobeerd heeft. Er zijn 11 chlorophyl varianten, ieder met net iets andere eigenschappen. Maar allemaal zijn ze niet goed in het absorberen van groen licht. Misschien is een chlorophyl variant die ook groen licht absorbeert natuurkundig gewoon niet mogelijk. En dan houdt alles op. Ook de rode pigmenten kennen hun varianten.
We moeten misschien rekening houden met het kosten-baten verhaal. Misschien zijn er betere oplossingen, maar zijn die te duur. Dat wil zeggen dat ze meer energie kosten dan ze opleveren. De vraag is dus niet: kan het beter, maar levert het méér op dan het kost? Ook kunnen voor de hand liggende oplossingen niet bereikbaar zijn voor een stap-voor-stap mutatie en natuurlijke selectie proces. Evolutie kan niet het hele systeem van de grond af aan opnieuw ontwerpen. Het moet uitgaan van bestaande oplossingen.

Fotosynthese is 'een wonder'

Ik voel me geroepen fotosynthese te verdedigen. Fotosynthese is wonderlijke uitvinding: licht gebruiken om uit CO2 en water glucose en zuurstof te maken. Deze uitvinding maakt een planeet leefbaar! Al het dierlijk leven is er van afhankelijk. En dan is het een tikje arrogant om te zeggen dat het een constructiefoutje is. Vooral als we het zelf niet beter kunnen. Bovendien heb ik het vermoeden dat Robbert Dijkgraaf zich niet verdiept heeft in de details van fotosynthese.
Fotosynthese is een waanzinnig complex systeem. Er zijn honderden enzymen en genen bij betrokken. Zo complex dat fotosynthese geen rol kon spelen bij het ontstaan van het eerste leven. Bovendien vindt het hele fotosynthese proces plaats in chloroplasten. Dat zijn kleine compartimenten binnen de cel van de plant die in het verre evolutionaire verleden zelfstandige fotosynthetiserende ééncelligen waren.

De gloeilamp en de auto

Vergelijk de nu (bijna) uitgestorven gloeilamp: een succesvolle uitvinding van natuurkundigen om licht te maken, maar zéér inefficiënt. De meeste energie wordt omgezet in warmte! Typisch een constructiefoutje! 
Eerlijkheidshalve moet ik toegeven dat de gloeilamp ons jarenlang van licht heeft voorzien. Hij was niet stuk, ook al werd zijn levensduur kunstmatig verkort. Waarschijnlijk was er geen materiaal voorhanden dat efficiënter licht kon produceren. Misschien was het een beperking van voorhanden materialen. De LED werkt volgens een heel ander principe. Maar dat is meer het vakgebied van Robbert Dijkgraaf. 
Evenzo zou het heel goed kunnen zijn dat de beperkingen van fotosynthese bepaald worden door de fundamentele fysische eigenschappen van moleculen als chlorophyl. Dus iedereen die het heeft over een constructiefoutje van fotosynthese, heeft de plicht om met een molecuul te komen dat groen licht absorbeert én een hogere efficiëntie heeft, én op zijn minst alle gunstige eigenschappen van chlorophyl heeft.

Nog een frappant constructiefoutje: fossiele brandstof auto's hebben een energie efficiëntie van 14%–30%. Niet indrukwekkend. Vergelijk dat eens met de hybride auto: 25%–40% en de elektrische auto: 74%–94%! (bron). In plaats van een constructiefoutje kun je dit beter toeschrijven aan een fundamentele beperking van de verbrandingsmotor. Dus uiteindelijk weer natuurkunde!

Tenslotte

Het lijkt wel dat ik veel kritiek heb en het college van Robbert Dijkgraaf slecht vind. Niets is minder waar. Het gaat hier tenslotte maar over één opmerking. Ondanks die ene losse opmerking over dat zogenaamde constructiefoutje, is zijn college een hoogtepunt in het populair-wetenschappelijk genre. We moeten daar trots op zijn dat we dat in Nederland hebben.

Update 26 januari 2017

uit: Barrow, Tipler: The Anthropic Cosmological Principle, p. 556

De bovenste lijn is de relatieve energie van zonlicht met een maximum tussen de 440 en 600. De linkse absorptiepieken van de chlorophylls (blauw, tussen 400 en 500) vallen redelijk goed in het maximum van de energie van de zon. De rode absorptiepieken vallen buiten de hoogste energie van de zon (600 - 800) maar pakken nog altijd méér energie dan in het groene gebied (500 - 600). In theorie zou chlorophyll groen licht beter kunnen gebruiken dan het nu doet. Maar de blauwe absorptiepieken doen het gewoon goed.

 

Laatste update 22 juli 2022

Noten

1. Met dank aan Marleen die me wees op deze fout. Een constructiefoutje! [maandag 23 januari ]

Vorige blogs over dit onderwerp

1. Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (1) 4 juli 2011
2. Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (2) 6 juli 2011
3. Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (3) 9 juli 2011
4. Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (4) 16 juli 2011

Aanbevolen literatuur

• Solar Radiation and Photosynthetically Active Radiation is een zeer nuttig overzicht!
• Redesigning photosynthesis to sustainably meet global food and bioenergy demand (PNAS) geeft een overzicht van manieren waarop chemici fotosynthese zouden kunnen verbeteren
• De Engelse wikipedia pagina photosynthesis is uiteraard belangrijk als algemeen overzicht, en speciaal de pagina Photosynthetically active radiation bespreekt het spectrum van het licht dat voor fotosynthese gebruikt kan worden.

Er zijn eigenlijk drie soorten 'Trees of life' (stambomen van het leven)

Er zijn eigenlijk drie soorten 'Trees of Life'. In mijn vorige blog Darwin, Haeckel, Hitchcock: wie was de eerste met een echte 'Tree of Life'? vergeleek ik Trees of Life (stambomen van het leven) van Edward Hitchcock, Charles Darwin en Ernst Haeckel. De 'stamboom' van Hitchcock is een geologische-paleontologische stamboom (de eerste), terwijl de stambomen van Darwin en Haeckel dat niet waren (de tweede soort).

fig 1: Ernst Haeckel (1874) Pedigree of Man
Engelse editie

Figuur 1 laat Haeckel's beroemde stamboom van de afstamming van de mens zien. Het is misschien wel de meest beroemde Tree of life in de vorm van een natuurgetrouwe eik. De mens staat heel onbescheiden aan de top en is een rechtstreekse afstamming van ééncelligen aan de basis.
Het is ook een stamboom zonder geologische tijdperken. In  de rechtermarge staan geen tijdperken maar diergroepen. Het is geen geologische en geen chronologische stamboom, omdat vissen, vogels en insecten, laat staan ééncelligen, niet tot bovenaan komen. Alsof ze allemaal uitgestorven zijn. Dit doet me erg denken aan de The great chain of being, een ladder waarop het leven omhoog klimt van primitief naar hoog ontwikkeld. Met de mens uiteraard aan de top. De rest van het leven is halverwege blijven steken. Bij Haeckel worden de treden van de ladder gevormd door primitieve Protozoa, Ongewervelden, Gewervelden, Zoogdieren, Mensapen en de Mens. Verrassend: de beroemde Tree of Life van Ernst Haeckel lijkt verdacht veel op de niet-evolutionaire Middeleeuwse ladder terwijl Haeckel het bedoelde als evolutionaire Tree! Het grote verschil is dat de Great Chain of Being een statisch beeld is (een hierarchie van levensvormen), terwijl Haeckel's hetzelfde beeld gebruikt om een dynamisch proces uit te beelden. Nog een verschil is dat Haeckel de ladder zijtakken heeft gegeven. De stamboom van Haeckel is eigenlijk een overgangsvorm van 'The Great Chain of Being' naar een evolutionaire stamboom.

Terzijde: interessant is dat in fig. 1 vogels een zijtak van reptielen zijn! Dus: vogels stammen af van reptielen. Een modern inzicht. Deze stamboom (fig 1) komt slechts in één modern evolutiestudieboek voor [1].

Maar mijn punt is dat zo'n natuurgetrouwe boom per definitie niet chronologisch correct kan zijn. Want dan zouden alle takken op de bovenste horizontale as moeten uitkomen.

fig 2: Haeckel: paleontologische stamboom
van de vertebraten © Britannica

Later vond ik ook nog een stamboom van Haeckel met een geologische tijdschaal (links aangegeven in figuur 2). In dit geval een stamboom van de gewervelden. Het hele idee dat het op een boom moet lijken is losgelaten. We zien netjes vissen, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren tot aan de top komen. Zo zie je dat het nog levende soorten zijn. Haeckel heeft dus beide type stambomen gemaakt. Maar figuur 2 is niet consequent in geologische dateringen. Zo zijn Marsupials (buideldieren: kangoeroe, etc) niet uitgestorven zoals lijkt in de figuur. Goed, dat zien we door de vingers. Tenslotte heeft Darwin nooit dit soort stambomen gemaakt. Ook niet in latere drukken van zijn Origin of andere werken. Eigenlijk best opvallend. Geen tekentalent?

Er is één uitzondering op mijn stelling dat een natuurgetrouwe boom nooit een geologische correcte boom kan zijn:

figuur 3: Stamboom van hagedis-achtigen
met cirkelvormige geologische tijdschalen
Theodore W. Pietsch: Trees of Life.[2]
pag 234-235

De horizontale lijnen (uit fig. 2) worden gebogen lijnen. Dat gaat zo: als je de uiteinden van alle takken van een echte boom verbindt met een lijn krijg je een halve cirkel. Als je dat doet gedurende een aantal jaren krijg je een aantal concentrische halve cirkels. Op deze manier kun je een echte boomfiguur combineren met correcte geologische tijdperken zoals: Pleistoceen, Eoceen, Jurassic, Permian. Alle soorten aan de buitenkant zijn hedendaagse soorten. De basis, en de binnenste halve cirkel, is het oudst. Vertakkingen en uitsterven zijn correct aan te geven. Dus zowel verwantschappen als chronologische-geologische informatie. In dit geval voor hagedis-achtigen, maar dat kan voor al het leven gedaan worden. Het levert een fraaie en informatieve figuur op. Maar je ziet hem zelden.

Tegenwoordig wordt een 'complete' stamboom van het leven gemaakt op basis van DNA. Op een andere manier is het niet te doen. Dat is de derde vorm van de Tree of Life.

figuur 4: Trees of Life: (a) 'klassieke' (b) moderne.
Carl Zimmer (2001) Evolution: the triumph of an idea,
p. 102, p. 107. [3]

Deze stambomen lijken nog het minst op de klassieke bomen. Ze bevatten de drie hoofdgroepen van het leven op aarde. Figuur 4b is een gereviseerde versie. Daar zie je iets wat nooit in echte bomen te zien is: takken vergroeien met elkaar (blauwe lijnen). Merk op dat dieren (in rood) een onopvallend klein takje vormen aan het uiteinde van een lange tak. Een grote tegenstelling met de anthropocentrische bomen van de late 19e en vroeg 20e eeuw!

Samenvatting

Er zijn eigenlijk drie soorten Stambomen van het Leven (Trees of Life), en vier als je de hybride meetelt:

1. de Tree of Life stamboom lijkt op een echte boom (figuur 1)
2. de geologische-chronologische stamboom (figuur 2)
3. een combinatie van 1 + 2  (een hybride!) (figuur 3)
4. de moderne Tree of Life gebaseerd op DNA. Deze lijkt het minst op een boom (figuur 4)

Update: de tekst is iets gewijzigd op 3 jan 2017.

Vorig blog over dit onderwerp

Darwin, Haeckel, Hitchcock: wie was de eerste met een echte 'Tree of Life'?

 

Noten

1. Bruce Lieberman, Roger Kaesler (2010) Prehistoric Life. Evolution and the fossiel record. p. 77. Dit is een evolutiestudieboek met de nadruk op fossielen.
2. Theodore W. Pietsch: Trees of Life. A Visual History of Evolution. Een catalogus van alle Trees of Life die Pietsch heeft weten te vinden in bibliotheken en archieven. Een visuele gids met korte toelichtingen.
3. Carl Zimmer (2001) Evolution: the triumph of an idea. Dit is een prachtig geillustreerde populaire introductie in evolutie en is tegenwoordig gezien het jaartal van verschijnen goedkoop op de kop te tikken.

Vogels in de Japanse kunst (2)

Naar aanleiding van een setje fraaie Japanse prenten ('kerstkaarten'):

Kôno Bairei,1893
'Colourful bird' (Bekking-Blitz uitgever).
Rijksmuseum:  Japanse kwikstaart

Deze kaart heeft als titel: 'Colourful bird', maar U had natuurlijk al een witte kwikstaart herkend. Het Rijksmuseum heeft hem in bezit en klassificeert hem als een 'Japanse kwikstaart'. Verschilt niet veel van de 'Nederlandse':

witte kwikstaart (Nederland)

Kôno Bairei,1893
Colourful bird, Rijksmuseum: 'Zangvogel op bloeiende tak'

Rijksmuseum klassificeert deze als 'Zangvogel op bloeiende tak', maar U had hem natuurlijk al herkend als rijstvogel:

Rijstvogel (wikipedia)

Ze worden hier als kooivogel gehouden.

Kôno Bairei,1893
Groene vogel, Rijksmuseum

Deze vogel die het Rijksmuseum benoemt als 'Groene vogel' lijkt een beetje op een Nederlandse spotvogel of tuinfluiter. Ik denk dat een Japanese white-eye nog het meest in de buurt komt vanwege de opvallend witte ring rond het oog:

JAPANESE WHITE-EYE

maar de witte streep van oog naar vleugelrand is op de foto niet te zien en: "This bird species is rarely found on the ground" (wikipedia). Als U een betere suggestie heeft hoor ik het graag. In sommige foto's op het internet is een klein beetje wit onder de vleugelrand te zien, maar het loopt nooit door tot het oog.

De kaarten zijn uitgegeven door Amnesty, Rijksmuseum, Bekking-Blitz uitgevers. Hier is een overzicht van Japanse vogels.

Ik vond het leuk U een paar kaarten te laten zien en de vermoedelijk juiste namen te geven!

De beste wensen voor 2017!

Vorige post

• Vogels in de Japanse kunst, 02 March 2013
  

Darwin, Haeckel, Hitchcock: wie was de eerste met een echte 'Tree of Life'?

Charles Darwin (1859) Origin of Species

Dit is de enige illustratie in Darwin's Origin of Species. Deze tekening geeft een abstracte illustratie van het ontstaan van soorten en ondersoorten, inclusief uitsterven. Op de verticale as worden generaties aangegeven door horizontale lijnen (I – XIV). Dat zijn geen geologische tijdperken, maar wel chronologisch. Beneden de oudste, boven de recente. Je zou het een Tree of Life kunnen noemen, maar zijn bedoeling is niet concrete planten en diergroepen weer te geven, maar uitsluitend het principe van soortvorming te illustreren. De illustratie begint dan ook niet met de oorsprong van het leven [5].

In Nature verscheen op 1 december een 'ingezonden brief' van twee Duitse wetenschapshistorici waarin aandacht gevraagd werd voor het feit dat 150 jaar geleden de Duitse bioloog Ernst Haeckel de eerste echte stamboom van het leven had gepubliceerd [1]. Deze illustratie geven ze erbij:

Ernst Haeckel (1866): Tree of Life.
Duidelijk is te zien dat alle leven van één levensvorm afstamt.
Er is geen geologische tijd as, het is semi-chronologisch.

 

Natuurlijk erkennen de auteurs dat Charles Darwin als eerste het idee had voor de Tree of Life (stamboom van het leven), maar Darwin publiceerde een abstract schematische Tree of Life zonder namen van planten of dieren, en zonder geologische tijdperken (zie illustratie in het begin van dit blog). Haeckel zou de eerste zijn die in een illustratie liet zien dat al het leven van één primitieve voorouder afstamde. Dat plaatje is beroemd geworden. Eén plaatje zegt meer dan duizend woorden...

Prof. Uwe Hoßfeld and Dr. Georgy S. Levit
staan trots voor een uitvergrote Haeckel stamboom [4]

Ik wist dat de Amerikaanse geoloog Hitchcock veel eerder een soort Tree of Life had gepubliceerd, dus ik klom in de pen en stuurde een ingezonden brief naar Nature. Het plaatsen van dit soort brieven is laagdrempeliger dan onderzoeksartikelen; ze worden niet voorgelegd aan een panel van experts (peer-review), maar de beslissing is aan Nature redacteuren en ze worden alleen online geplaatst. Deze procedure is eenvoudiger en sneller. Na anderhalve week kreeg ik netjes bericht dat mijn bijdrage niet geplaatst was wegens ruimtegebrek [2]. Nature gaf me wel de vriendelijke suggestie om zelf een online commentaar te plaatsen op hun website. Dat heb ik gedaan. Het staat hier direct onder de brief van Hoßfeld en Levit. Je moet wel ingelogd zijn om in een commentaar te kunnen plaatsen, maar je kunt het lezen zonder ingelogd te zijn.

Dit is de Tree of Life van geoloog Hitchcock:

Tree of Life van geoloog Edward Hitchcock (1840)

Hitchcock's Tree is gebaseerd op fossielen in de geologische aardlagen. Hij was geoloog! Je ziet dat Hitchcock een aparte Tree voor planten en dieren heeft gemaakt en dat beide Trees niet 1 maar meerdere levensvormen aan de basis hebben. Verdere kenmerken: hij geeft geologische tijdschalen aan, er is continuïteit van de oudste levensvormen tot hedendaagse; er zijn vertakkingen en er zijn uitstervingen. Vertakkingen betekenen nieuwe soorten. Dit is allemaal opvallend gezien het feit dat Hitchcock dit in 1840 publiceerde en dus niets wist van Darwin's evolutietheorie! Puur fossielen inpluggen in een geologische tijdschaal. En dan krijg je iets wat op een Tree of Life lijkt.

Als je Hitchcock's (1840) Tree vergelijkt met die van Haeckel (1866), dus na Darwin gepubliceerd is, dan zien we verschillen: (1) Haeckel's Tree heeft één basis (de stam) en niet vele (zoals bij Hitchcock); (2) Haeckel heeft één Tree voor planten en dieren (niet zoals bij Hitchcock), (3) Haeckel's stamboom is een semi-chronologische stamboom, het bevat géén geologische tijdperken; niet alle planten en diergroepen eindigen bovenaan, (4) het uitsterven van groepen is niet te zien. De meeste plant- en diergroepen bij Haeckel eindigen ergens halverwege, terwijl ze niet zijn uitgestorven. Bijvoorbeeld Mollusca (slakken) eindigt halverwege. Dat klopt niet, want die bestaan nog steeds. De factor tijd is niet consequent in beeld gebracht [3]. Is dat wel een goede Tree of Life? Ook in andere stambomen van Haeckel eindigen de meeste groepen niet bovenaan.  Haeckel tekende eigenlijk een té natuurgetrouwe boom.

Het nadeel van de boom metafoor is dat deze moeilijk te combineren is met de geologische tijdschaal. Uitgestorven en nog levende plant- en diergroepen zijn er niet tegelijkertijd in te passen. Bijvoorbeeld: de dinosauriërs, zoals de uitgestorven Tyrannosaurus Rex, eindigen noodzakelijk ergens halverwege de tijd as. Bacteriën zijn vroeg in de evolutie ontstaan en bestaan nog steeds, maar zijn lastig op te nemen in de boom metafoor omdat een tak nodig zou zijn die van de basis naar de top loopt. Aan de top is sowieso veel te weinig ruimte.

echte eik: meeste takken eindigen
niet aan de top, maar ergens halverwege

Toch heeft de boom metafoor voordelen: de vertakkingen symboliseren dat een nieuwe soort zich afsplitst van een bestaande soort. En dat kan steeds herhaald worden. En lagere takken zijn eerder ontstaan dan hogere takken. Dus met de boom metafoor kun je de relatieve tijdstippen van ontstaan van groepen aangeven. En daarmee hun onderlinge verwantschappen. En dat is belangrijk.

Ik schreef een email naar de auteurs van het artikel. Ik vond dat ze ten onrechte Hitchcock diskwalificeerden en Ernst Haeckel, een Duitser, die bovendien aan de Jena universiteit werkte, net als beide auteurs [4], de prioriteit gaven van de eerste gedetailleerde Tree of Life waarin alle leven van één oervorm afstamt. Ze reageerden met de redenering: Hitchcock had wel een soort Tree of Life getekend, maar de hele context was creationisme! Dus die Tree was geen echte evolutionaire Tree. Dus telde die Tree niet echt mee. Haeckel tekende een échte evolutionaire Tree.

Ik vind dat niet geheel fair ten opzichte van Hitchcock: hij publiceerde vóór Darwin, terwijl Haeckel had geprofiteerd van Darwin's Origin of Species. Dat is geen eerlijke vergelijking. Als je uitsluitend naar de tekening kijkt dan hebben  Hitchcock's stambomen kenmerken van een echte evolutionaire stamboom: ze lopen door zonder onderbrekingen van verleden tot het heden, ze vertoonden zo nu en dan vertakkingen (branching), en uitsterven (doodlopende takken).
De kritiek dat Hitchcock een creationistische achtergrond had is waar, maar dat was niet te zien in zijn tekening! Waar je hoogstens en achteraf gezien terecht kritiek op kan hebben is dat de mens letterlijk staat afgebeeld als de kroon der schepping: er is een kroon zichtbaar (zie afbeelding hierboven).

Haeckel: afstamming en migratie van de mens
(Natürliche Schöpfungsgeschichte, The History of Creation) bron

Haeckel's Paradise (uitvergroting)

Het is ironisch dat juist Haeckel in een tekening van de afstamming van de mens (1870), de locatie van de eerste mensen 'Paradise' (paradijs) genoemd had! (zie afbeelding hierboven). Nota bene een atheïst als Haeckel gebruikt Bijbelse begrippen als 'Paradise' in een wetenschappelijke publicatie. Verder had Haeckel in zeker 3 andere stambomen consequent de mens centraal aan de top van de stamboom gezet. Dat is dus een antropocentrische stamboom. Nota bene een typische christelijke gedachte: de mens als kroon der schepping! Dit moet je Haeckel toch wel zwaar aanrekenen. Zeker 11 jaar na Darwin. Dat Hitchcock de mens ook een kroon gaf is geen wonder in een pre-Darwiniaanse tijd met een christelijk-bijbels wereldbeeld.

Dus de claim van Uwe Hossfeld en Georgy Levit dat "Haeckel was the first to introduce a Darwinian phylogenetic tree" moet wel van de nodige kanttekeningen voorzien worden. Die dubbele stamboom van Hitchcock heeft misschien wel een grotere waarde, juist omdat ze vóór Darwin gemaakt is, en dus niet door evolutionair denken beïnvloed kan zijn. Hitchcock kon zich uitsluitend op fossiele data baseren. En hij zette fossielen consequent neer in geologische aardlagen. Dat maakt de stamboom zo informatief en bijzonder. Hij had geen theorie, zoals Haeckel, die een stamboom voorschreef. En toch tekende Hitchcock een stamboom met alles er op en er aan. Darwin tekende het principe van soortvorming met een consequent doorgevoerde tijdas, maar zonder oorsprong van het leven in zijn tekening te zetten. 
Haeckel nam bij zijn eerste tekeningen van de Tree of Life de boom-metafoor te letterlijk waardoor het tijds aspect grotendeels verloren ging. Paradoxaal genoeg is een Tree of Life die op een echte boom lijkt, géén goede weergave van de evolutie van het leven op aarde!

Noten

1. Uwe Hossfeld, Georgy S. Levit (2016) Phylogeny: 'Tree of life' took root 150 years ago, Nature 540, 38 (01 December 2016) (vrij toegankelijk). Eronder staat mijn comment.
2. Ik vroeg me stiekem af of dat misschien kwam omdat de prioriteit van het Tree of Life idee de Engelsman Darwin werd ontnomen en naar een Amerikaan ging (Nature is tenslotte een Brits blad). Haeckel was sowieso ná Darwin, dus er werd geen prioriteit van Darwin afgenomen. Je komt er niet achter. 
3. Ook in de beroemde "great oak", een stamboom van de mens ('Entwickelungsgeschichte des Menschen') geeft Haeckel in plaats van geologische tijdperken de namen van diergroepen op de vertikale as aan. (zie in afbeelding hier). In andere stambomen heeft hij wel geologische tijdperken aangegeven. Hij heeft nl. vele stambomen getekend! Een fantastisch overzichtswerk van alle Trees of Life is: Theodore Pietsch (2012) Trees of Life. A visual history of evolution.
4. Zie artikel: The tree of life has its roots in Jena, Friedrich Schiller University Jena, 1 Dec 2016. Beide auteurs maken nogal wat reclame voor Haeckel en zijn trots dat ze 'een artikel in Nature hebben gepubliceerd'. In werkelijkheid is het geen artikel maar een ingezonden brief die geplaatst is door een Nature redacteur. [20 Dec 2016]
5. Deze inleiding heb ik op 21 december toegevoegd plus enige toevoegingen in de tekst. Zonder Darwin's tekening kun je Darwin, Haeckel en Hitchcock niet goed vergelijken! [ 21 Dec 2016 ]

Een vreemde vogel

vreemde vogel: de dakreiger

Dat het een vogel is, is duidelijk. Maar het is wel een vreemde vogel. Ziet er een beetje prehistorisch uit. Weird. Een vreemd naar beneden hangende kop ,en een scherpe knik in de hals. In de vleugels zit ook een scherpe knik. En dan die lange stelten van poten die er onderaan bungelen. Te lang om op te vouwen onder je veren? Bepaald geen aerodynamische en elegante vormgeving. En wat doet zo'n vogel op een dak? Bij/op een schoorsteen? Wat is het?

(De foto is niet gemanipuleerd!)

NB: Het zal we erg onhandig zijn om met het onderste deel van je poten naar voren gevouwen te vliegen, ook al vouw je je tenen samen. 

bron

bron

Pterodactylus overeenkomsten: grote vleugels, lange stevige snavel, redelijk lange poten die naar achter steken, onhandige vliegend. Misschien moeten de vliegende reconstructies van Pterodactylus afgebeeld worden met een ingetrokken hals naar het voorbeeld van de blauwe reiger! De poten van de Pterodactylus zijn wat korter dan de reigers en hij was dus niet een echte steltloper. 

Een blauwe reiger komt beter tot zijn recht staande aan de slootkant. En lopen kan hij ook prima.

(Met dank aan Egbert voor de suggestie Pterodactylus.)

Het probleem van het kwaad eindelijk opgelost. Of toch niet?

Wat is het probleem van het kwaad? ('problem of evil'). Dit is een zeer compacte beschrijving toegeschreven aan de Griekse filosoof Epicurus:

1. Is God willing to prevent evil, but not able? Then he is not omnipotent. 
2. Is he able, but not willing? Then he is malevolent. 
3. Is he both able and willing? Then whence cometh evil? 
4. Is he neither able nor willing? Then why call him God?

In het Nederlands:

1. Wil God het kwaad*) voorkomen, maar is hij daartoe niet in staat? Dan is hij niet almachtig.
2. Is God daartoe wel in staat, maar wil hij het niet? Dan is hij kwaadwillend en dus niet algoed.
3. Kan hij het en wil hij het? Waarom bestaat er dan kwaad? 
4. Kan hij het niet en wil hij het niet? Waarom noemen we hem dan God?

*) 'kwaad' is hier geen abstract filosofisch-theologisch concept maar een optelsom van alle ziektes (erfelijke en besmettelijke), aangeboren lichamelijke afwijkingen, honger, pijn (tijdelijke en chronische), moord, abortus (spontaan en geïnduceerd), euthanasie, seksueel misbruik (kinderen, vrouwen), slavernij (inclusief moderne vormen), huiselijk geweld, oorlog, racisme, vrouwenonderdrukking, harddrugsverslaving, doorrijden na een dodelijk ongeluk, en natuurrampen zoals: overstromingen, tsunami's, orkanen, aardbevingen, dodelijke bliksem inslagen.

Four-year-old Jessica Whelan has been fighting
neuroblastoma for 13 months.
"I feel both sadness and relief in informing you all that
Jessica finally found peace at seven o’clock this morning.
No longer does she suffer, no longer does she
feel the pain of the physical constraints of her body." (parents)

 

Om te ontsnappen uit het bovenstaand dilemma schrijven sommige theologen en filosofen theodicees. De Filosooof heeft een theodicee geschreven [1]. Het bestaat uit 2 delen: het eerste deel eindigt redelijk positief met de conclusie:

"H [theist]: … maar nogmaals, over één ding zijn we het eens: er is geen reden voor het lijden van dit meisje. Laat daar geen misverstand over bestaan. Ik geloof, net als jij, dat het zinloos is om te speculeren over de ‘verborgen redenen’ die God zou kunnen hebben." [1]

Daar ben ik het mee eens. Na dat eerste deel gaat het stuk plotseling over op een ander onderwerp ("H: Maar waar ik nu nieuwsgierig naar ben ..."). Met de conclusie uit het eerste deel wordt niets gedaan. Er wordt niet op voortgebouwd. Hoe zeer je ook getroffen bent door het lijden van dit meisje, de AAA-God heeft haar na een gevecht van 13 maanden laten sterven. Wat je eigen mening ook moge zijn, feit is dat God haar heeft laten sterven. God heeft niet ingegrepen. [9]
De vraag wordt niet gesteld of een meisje op een pijnlijke manier te laten sterven moreel is. Als de Algoede Almachtige Alwetende God (voortaan: AAA) dit meisje laat lijden zonder goede reden, dan is dat toch immoreel? Is zinloos lijden sowieso niet immoreel? Je hebt toch de morele plicht om een kind in nood te redden? Als je niets doen niet immoreel mag noemen, wat is er dan nog wel immoreel? Dan heb je het begrip 'moraal' betekenisloos gemaakt. Je hebt de moraal op zijn kop gezet. Dat is toch de vernietiging van de moraal? De conclusie lijkt onvermijdelijk, maar wordt niet expliciet opgeschreven.

Dit is een belangrijk kritiekpunt op zijn betoog: waarom beperkt de Filosoof zich tot dat ene meisje? Zij is niet het enige meisje ter wereld die aan kanker overlijdt! Er zijn er honderden. En er zijn ook jongetjes die overlijden aan kanker. In de VS zullen er dit jaar 1250 overlijden kinderen aan kanker [1]. Maar kanker is niet het enige probleem voor kinderen.

"Van elke 500 baby’s die er in Nederland per dag worden geboren, overlijden er vier, ... Dat zijn meer dan 1400 baby’s per jaar. 65% overlijdt in de buik van de moeder." [3]

In Afrika sterven elke dag 440 zwangere vrouwen [7] dus met een foetus in de buik. Ander voorbeeld: in Afrika werd een meisje van 8 jaar besneden. Zonder verdoving, met een bot en simpel mesje. Haar angst, haar pijn, haar huilen en geschreeuw. Het ging door merg en been [7].

Maar dat is niet het enige. Door menselijke falen komen sterven kinderen, zoals bijvoorbeeld de Amerikaanse vader die per ongeluk een kind achterliet in zijn afgesloten auto die een paar uur in de brandende zon stond [4]. De Alwetende moet het gezien hebben, maar greep niet in. Ieder mens die dat gezien zou hebben, zou ingegrepen hebben. Het is je morele plicht om een kind in nood te redden.
Maar waarom zouden we ons moeten beperken tot kinderen? Tellen volwassenen niet mee? etc etc etc. tot de hele mensheid en dieren.

Tweede deel

In het tweede deel van zijn betoog gaat de Filosoof toch een reden bedenken [5], een theodicee dus, en is kennelijk het hele meisje vergeten. Maar waarom zou die theodicee niet gelden voor dat ene meisje dat aan kanker stierf? Als zijn theodicee een algemene verklaring is voor het feit waarom de AAA-God het lijden toestaat, dan moet dat ene meisje daar ook onder vallen. Zijn theodicee is ook van toepassing op dat ene meisje. Maar de Filosoof had in het eerste deel geconcludeerd dat er geen reden is voor het lijden van dat ene meisje. Hier is een conflict, een strijdigheid.

Omgekeerd, als je vertrekt van het gebrek aan redenen om dat ene meisje 13 maanden te laten lijden en dan te laten sterven [6], waarom zou dat niet van toepassing zijn op de rest van de mensheid? Waarom is dat ene meisje zo speciaal, een uitzondering? Omdat we de foto hebben gezien? Niet in te zien. Dus, het oordeel over dit ene meisje vernietigt zijn theodicee en omgekeerd.
Anders gezegd: uit het lijden van het kleine meisje, waarvoor God geen reden kan hebben, volgt dat God voor het lijden van alle mensen geen reden kan hebben. Maar een theodicee zou antwoord moeten geven waarom God het lijden zou toestaan. Die is er dus niet. Dus er is geen theodicee.

Alle theodicees worden veroorzaakt door het AAA-concept. Dus als we het AAA-concept verwerpen, is de noodzaak voor theodicee verdwenen. Als we beide verwerpen is er niets verloren, behalve een filosofisch concept, de AAA-God, dat al 2000 - 3000 jaar voor problemen zorgt. Als je dat AAA concept inclusief bijbehorend theodicee, laat vallen, wordt ook de moraal niet vernietigd. In tegendeel. We hebben het AAA-concept niet nodig om een moraal te hebben, zoals de filosoof Peter Singer heeft aangetoond [8].

Nabeschouwing

Bovenstaande argumenten zijn niet 'atheïstisch' omdat ik er niet van uit ga dat God niet bestaat. Waar ik wel van uit ga ik is een gemeenschappelijke moraal zoals die in Nederland algemeen voorkomt: misstanden bestrijden, anderen geen schade berokkenen, rechtvaardigheid, gelijkheid voor de wet, democratie, humanitaire hulp voor degenen die het nodig hebben. Ook gebruik ik geen theologische argumenten. Ik beschouw de AAA-God als een filosofisch concept dat je zoals alle filosofische concepten kan en moet kritiseren.
Het blijft me steeds weer verbazen wat de vérstrekkende en negatieve gevolgen zijn van het aannemen van de AAA-God. Mensen die de AAA-God aannemen hebben de neiging om een bedoeling te zoeken achter de ellende in de wereld. (degenen die de AAA-God niet aannemen zien de ellende als neveneffect van  de menselijke natuur en andere natuurverschijnselen en menen dat je alle ellende ondubbelzinnig moet bestrijden). Naar een bedoeling zoeken komt het duidelijkst naar voren in het accepteren van ziektes als polio en het weigeren om zich te vaccineren (Staphorst, Biblebelt). De hoger opgeleide AAA-gelovigen trekken meestal niet dié consequentie, maar doen hetzelfde op een iets abstracter filosofisch niveau door middel van een theodicee. Een theodicee probeert immers ook een verklaring te geven waarom God ziekte, ongeluk en dood toelaat. Het resultaat is dat deze theïstische filosofen, die nooit iets misdaan hebben, en nooit met de politie in aanraking zijn gekomen, het niet immoreel vinden dat een Algoed, Alwetend en Almachtig bovennatuurlijk wezen precies doet wat een moreel persoon niet zou doen of niet zou moeten doen: niet ingrijpen wanneer het ethisch geboden is. 

Nog erger: ze ontnemen het AAA-wezen, dat de hoogste morele instantie is, alle verantwoordelijkheid! Dat AAA-wezen kan Algoed zijn zonder iets te doen. Ze verdedigen dat Hij niet ingrijpt, nooit ingrijpt. Staat God boven de (morele) wet? Nog erger: ze vinden het normaal dat dit AAA-wezen geen verantwoording aflegt, niets van zich laat horen, geen tekst en uitleg geeft. Dat AAA-wezen ziet toe hoe mensen die in Hem geloven wanhopig de ene na de andere verklaring (theodicee) uitproberen om maar vat op de situatie te krijgen. Hij blijft zwijgen. Wanneer een machthebber hier op aarde hetzelfde zou doen, zou ieder mens zo'n houding -het wegkijken bij ellende- onmiddellijk veroordelen.

PS 10 december 2016

Ik zag gister 9 december een aflevering van de fantastische Aircrash investigation serie. Na een langdurig juridisch proces van de nabestaanden heeft de luchtvaartmaatschappij Air MidWest, als unicum in de geschiedenis van de luchtvaart, haar verantwoordelijkheid genomen en excuses aangeboden voor de fouten die ze gemaakt heeft, waardoor er 21 mensen omgekomen zijn. De piloten hadden geen fouten gemaakt. De AirMidWest had gefaald in het toezicht op onderhoud. Welnu, dat is wat we verwachten van mensen, dat ze hun verantwoordelijkheid nemen. En dat verwachten we niet van God?
-Tweede: In de zaak tegen Geert Wilders heeft het hof Wilders verweten dat hij zich niet verantwoord heeft in de rechtszaal. In Nederland vinden we het normaal dat iemand zich verantwoord voor zijn uitlatingen. Dat verwachten we niet van God?
-Derde: Is God een "alleenheerser die aanbeden wil worden"?

Postscript 11 december 2016

Volle kerk in Nigeria ingestort, zeker 60 doden. (NOS)
In de Nigeriaanse stad Uyo zijn zeker zestig kerkgangers omgekomen toen het kerkgebouw tijdens een dienst instortte. Maar mogelijk komt het aantal slachtoffers veel hoger uit: een ziekenhuisdirecteur schat dat ten minste 160 mensen om het leven zijn gekomen
Het is al de tweede keer in twee jaar tijd dat een kerkgebouw in Nigeria instort. In 2014 kwamen tientallen mensen om het leven toen een kerk instortte in de stad Lagos.
Vraag: waarom verhinderd de Almachtige Alwetende Algoede niet dat zijn eigen gelovigen omkomen? Die gelovigen deden toch niets verkeerd? Die verdienen toch niet de doodstraf?

Vorige blogs over dit onderwerp:

• De auto van Elliott Sober en het probleem van het kwaad 25 mei 2012 
• Filosoof David O'Connor over het probleem van het kwaad 22 mei 2012

Noten

1. Soepschildpadden en atheisten (tweegesprek) dinsdag 6 december 2016
2. "About 10,380 children in the United States under the age of 15 will be diagnosed with cancer in 2016 ... About 1,250 children younger than 15 years old are expected to die from cancer in 2016". Key statistics for childhood cancers. 
3. Het is een prachtig kind. Waarom is hij overleden? nrc 22 april 2016
4. "The National Highway Traffic Safety Administration says that more than three dozen children die of hyperthermia in cars each year in the United States.". (kinderen sterven door oververhitting omdat ze zijn achtergelaten in een afgesloten auto in de brandende zon)
5. -
   
6. Laten we uit humanitair oogpunt aannemen dat dat ene meisje alle liefde en hulp verdient.
7. Amref Flying Doctors: Besnijden is een eeuwenoude traditie, zeker ook bij de Samburu. Maar gek genoeg weet eigenlijk niemand wat er precies gebeurt, hoeveel lijden het veroorzaakt" Gespleten gehemelte kan de dood betekenen.
8. Peter Singer (1997) The Drowning Child and the Expanding Circle, New Internationalist, April, 1997. Hij heeft het niet over theodicee en baseert zijn ethiek niet op een god. Humanistische ethiek.
9. 10 dec 2016: dit drong later pas goed tot me door. schuingedrukte zinnen zaterdag toegevoegd.