Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (1)

Bladeren geven donkere schaduw:
wordt alle licht gebruikt voor fotosynthese?

In zijn column in de Volkskrant van zaterdag schreef Bas Haring over zijn ontdekking dat de efficiëntie van fotosynthese slechts één procent was. Verbazingwekkend volgens hem, dat een proces waarvan al het leven op aarde afhankelijk is, zo'n lage efficiëntie heeft. Zonnecellen, daarentegen halen met gemak 10%. Hij concludeert dat je daarom voor de productie van energie beter zonnecellen kunt gebruiken dan biobrandstof. Hij besluit met: "Als het leven zoals we dat kennen allemaal berust op een proces met een efficiëntie van 1%, en er bestaat een alternatief dat vele malen efficiënter is, met silicium en staal, is het dan niet denkbaar dat een toekomstige natuur zich daarop baseert?".

efficiëntie

Om te beginnen klopt het getal 1% niet, want een klein beetje onderzoek  leert dat de efficiëntie van fotosynthese varieert van 3 - 6% en afhankelijk van de omstandigheden varieert van minimaal 0.1% tot maximaal 8%. Dat ziet er dus al heel anders uit! Maar goed, als je elektriciteit wilt produceren, dan winnen zonnecellen het van planten. Geen wonder, want zonnecellen worden gemaakt om zo veel mogelijk elektriciteit te produceren. En de huidige zonnecellen doen dat aardig efficiënt [1]. Maar, de elektriciteitsopbrengst, is dat een eerlijke vergelijking? Planten zijn niet gemaakt om elektriciteit te maken. Planten maken koolstofverbindingen (glucose) en zuurstof van water en CO₂. Volgens die maatstaf winnen planten het van zonnecellen.

biobrandstof

Je kunt je terecht afvragen of biobrandstof (biodiesel) uit planten efficiënt is. Dit zou een zinnige vraag zijn als je bijvoorbeeld auto's met benzinemotor en elektromotor vergelijkt. Nog steeds een lastige vergelijking want fossiele brandstoffen (fotosynthetische oorsprong!) zijn er al, die liggen op ons te wachten, en accu's moeten opgeladen worden met door de mens geproduceerde elektriciteit. Maar elektriciteit en accu's zijn niet te gebruiken voor grote vrachtwagens, vliegtuigen en schepen, want die hebben vloeibare brandstof nodig. Efficiëntie is daar niet van doorslaggevende betekenis.

een toekomst voor robots?

Zijn robots die hun energie uit de zon halen een mogelijke vervanging voor het biologische leven op aarde, omdat zonne-energie efficiënt geoogst kan worden, zoals Haring denkt?
Die robots zouden dan wel gebruik maken van efficiënt gewonnen zonne-energie, maar aangezien Kunstmatige Intelligentie als mislukt beschouwd mag worden (dat geeft hij zelf toe), zouden die die robots dom zijn. Die hebben geen toekomst. Een andere reden is pijnlijk duidelijk geworden bij werkzaamheden in de zwaar beschadigde kerncentrales in Japan. Mensen moesten in hoog radioactieve omgevingen hun werk doen, steeds afgewisseld door collega's om de opgelopen straling tot een minimum te beperken. Als je bedenkt dat Japanse wetenschappers voorop lopen in het maken van speelgoed robots tot levensechte menselijke robots, dan is hun onvermogen om robots te maken die ingezet zouden kunnen worden in die kerncentrales duidelijk gedemonstreerd.
Verder: zonnecellen en robots moeten ook geproduceerd en onderhouden worden en dat kost materialen en energie. Terwijl een plant een totaaloplossing is voor energie, constructie en reproductie van zichzelf. Want fotosynthese levert niet alleen de energie maar ook de bouwstenen (koolstofverbindingen) om een organisme op te bouwen. En zichzelf reproducerende robots zijn al helemaal een gigantische technische uitdaging. De energetische efficiëntie is daarbij helemaal niet de doorslaggevende factor.

artificial photosynthesis

Als je natuurlijke fotosynthese ergens mee kunt vergelijken dan is het met artificial photosynthesis: door de mens gemaakte foto-chemische systemen die met behulp van zonlicht water splitsen en van de H en CO₂ koolstofverbindingen maken. Dit is een eerlijke vergelijking omdat bij zonnecellen maar één beperkende factor een rol speelt: zonlicht. Bij fotosynthese zijn er meerdere beperkende factoren naast zonlicht zoals CO2 en water. Eén fabrikant claimt een 10x hogere efficiëntie ten opzichte van natuurlijke fotosynthese. De vraag is wat de betrouwbaarheid en levensduur van deze 'artificial leaf' is.

creationisten

Ik ben eigenlijk benieuwd hoe creationisten het feit verklaren dat fotosynthese zo inefficiënt is. Vergelijk hun verwerping van junk-DNA. De Schepper is almachtig en alwetend en de schepping is perfect. Ik ben benieuwd wat ze daarvan gaan maken.

evolutie

Eén procent efficiëntie: is dat laag? Kennelijk is die lage fotosynthetische efficiëntie zonder meer voldoende geweest om de aarde in ruimte mate van levende organismen te voorzien: miljoenen soorten en hele ecosystemen (planten, herbivoren, carnivoren) zijn er door mogelijk gemaakt. Het is nog erger: de meerderheid van plantensoorten heeft een C3 fotosynthese systeem wat minder efficiënt is dan C4 fotosynthese. Aan de andere kant zijn er schaduwplanten die heel efficiënt omgaan met weinig licht. Ze doen dat waarschijnlijk veel efficiënter dan zonnecellen. Een aantal aanpassingen aan extreme milieu's: waterplanten (zowel zoet- als zoutwater) die fotosynthese in water uitvoeren, woestijnplanten die fotosynthese uitvoeren bij extreem hoge temperaturen en lichtintensiteit en efficiënt met water omgaan; bergplanten en arctische planten. Er bestaat dus een diversiteit van aanpassingen aan omstandigheden.

Er is nog een belangrijke reden waarom planten geen hogere efficiëntie hebben. Planten zijn geen glucose fabrieken! Ze gebruiken fotosynthese voor groei. Beperkende groeifactoren zijn de beschikbaarheid van bouwstoffen (C, N, S, P, water, mineralen), metabolisme en celdelingssnelheid (kopiëren DNA). Zolang een hele serie factoren beperkend zijn heeft een snellere fotosynthese geen zin.
Het lijkt er op dat er een mechanisme bestaat dat fotosynthetische snelheid beperkt wanneer zonlicht boven een bepaalde intensiteit komt ("light saturation point"). Als er voldoende zon is wordt bv. de CO₂ concentratie beperkend. Als je dan het CO₂ gehalte in de lucht verhoogt krijg je een hogere fotosynthetische efficiëntie.
De hamvraag is: waarom zou je efficiënt omgaan met zonlicht als er een overvloed van is? Het zou je fitness niet verhogen ten opzichte van je buurman die minder efficiënt met zonlicht omgaat.

Eigenlijk zou je grote bewondering moeten hebben voor het feit dat blinde evolutionaire processen zoiets wonderlijks als het benutten van de energie van fotonen afkomstig van de zon hebben uitgevonden en daarmee de basis voor het leven op aarde gelegd hebben.

Noten

1. Tenminste onder bepaalde voorwaarden zoals dat de zonnepanelen niet te heet mogen worden!
   

Bronnen

Bas Haring 'Misschien is er toch wel een toekomst voor robots', Volkskrant Wetenschapskatern zaterdag 2 juli 2011. 

(Bas Haring is de auteur van een boek over evolutie: Kaas en de Evolutietheorie)

Vorige / volgende blogs Bas Haring

De voederconversie van Bas Haring; Bas Haring. Biodiversiteit. Volkskrant.

Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (2)

Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (3) 

Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (4)

Godsdienstvrijheid versus dierenleed

Marianne Thieme

Via een link kwam ik terecht op de site Debat gemist? Het complete 5 uur durende debat over het wetsvoorstel verbod op onverdoofd slachten van Marianne Thieme (Partij voor de Dieren) in de Tweede Kamer (zie ook tekstweergave). Ik heb het hele debat gevolgd: het was een bijzondere ervaring. Mijn respect voor tweedekamerleden is met sprongen gestegen: het debat duurde tot 4 uur 's nachts! Ik kan me niet herinneren dat ik 's nachts hoefde te werken!
Het voordeel van het volgen van zo'n debat is dat je alles uit de eerste hand hebt, en niet tweede-hands uit de media.

Waar gaat het om?

Marianne Thieme wil de uitzonderingspositie opheffen die islamitische en joodse slagers hebben, nl. dat ze het dier (kip, schaap, koe) niet vooraf hoeven te verdoven voordat ze het de keel doorsnijden om het te laten leegbloeden.
Ze noemen dat 'ritueel slachten'. 'Normaal' slachten betekent in Nederland dat dieren eerst verdoofd worden vóórdat ze gedood worden, om een pijnlijke doodstrijd te voorkomen. Verdoof je niet, dan onderwerp je ze aan bewuste doodstrijd die op kan lopen tot meer dan een minuut. Leegbloeden betekent nl. dat het dier niet onmiddellijk dood is en daarom bij bewustzijn blijft. Bij verdoving vooraf (met een ijzeren pin in de hersenen schieten) zijn ze ook niet onmiddellijk dood, maar zijn ze in ieder geval buiten bewustzijn. En zonder bewustzijn kun je geen pijn ervaren.

Godsdienstvrijheid versus dierenleed?

Een patstelling ontstaat: de christelijke partijen CDA, CU, SGP houden vol dat onverdoofd slachten een religieuze traditie is, en dus betekent het verbod een aantasting van hun -in de grondwet vastgelegde- godsdienstvrijheid. Het zou zelfs om de essentie van het beleven van hun godsdienst gaan. Voorstanders van de nieuwe wet zeggen dat het gaat om vermijdbaar dierenleed en dat godsdienst nooit een reden mag zijn om dieren onnodig te laten lijden. Bovendien staat de grondwet -onder bepaalde voorwaarden- inperkingen toe op de godsdienstvrijheid. Hoe deze impasse te doorbreken?

Loopgravenoorlog

Er ontstaat een loopgravenoorlog. Men betrekt de stellingen en graaft zich steeds dieper in. De christelijke partijen (NB: er zijn géén islamitische of joodse politieke partijen in de tweede kamer) verdedigen godsdienstvrijheid met een felheid alsof het wetsvoorstel de eerste stap is naar een complete afschaffing van de godsdienstvrijheid in Nederland. De Partij voor de Dieren zegt dat in de wet staat dat pijn en stress bij dieren zoveel mogelijk vermeden moet worden, en ritueel slachten is daar al jarenlang een uitzondering op. Voor dieren mag het niet uitmaken wat het geloof van hun slachter is (Ouwehand, PvdD). Geloof mag nooit een vrijbrief zijn om dieren onnodig leed toe te brengen (Dibi, GroenLinks). Hoe kom je hier uit?

Weinig verheffende strategieën

Partijen beginnen zich in te graven en verlagen zich tot benedenmaatse, onverkwikkelijke methodes. De ChristenUnie (mevr. Wiegman-van Meppelen Scheppink) doet een emotioneel oproep door te verwijzen naar 'de pijn'  die gevoeld wordt uit de religieuze hoek. 'Pijn' is in dit verband een bijzonder ongelukkige term. Het zijn natuurlijk de dieren waarvan de lichamelijke integriteit aangetast wordt, niet mensen. Perspectief in het oog houden! Nog teleurstellender wordt het wanneer de CU de wetenschappelijke consensus gaat aanvallen, die zegt dat er een brede overeenstemming is onder de wetenschappers dat onverdoofd slachten dieronvriendelijk is. Het is ongelooflijk maar opeens komt er een diepgevoelde anti-wetenschappelijke attitude naar boven: "wetenschap geeft geen zekerheden, maar is een voortdurend debat over omstreden hypotheses" (4:25:46). Het woord "wetenschapsfundamentalisme" wordt letterlijk gebruikt als verwijt. Onthullend hoe er in de CU gedacht wordt over wetenschap! (1).
De SGP (E. Dijkgraaf) doet ook een duit in het zakje: "ontbreken wetenschappelijke consensus over pijn lijden" en "daarom mag niet op basis van fictie zo'n vergaande inperking van godsdienstvrijheid worden doorgevoerd". Fictie! En: "je kan niet onomstotelijk bewijzen dat het wel of niet pijnloos is". Hoe diep kun je zinken? Dat is toch wreed? en onbarmhartig! Hoe gevoelloos! We hebben het hier over levende wezens met een vermogen pijn te voelen (2). Ieder mens begrijpt toch dat het niet prettig is wanneer je bij vol bewustzijn de keel wordt doorgesneden? Wil mevr. Wiegman ook eerst onomstotelijke wetenschappelijk bewijzen zien dat verkrachting schadelijk is, voordat het verboden wordt? Nog een andere weinig verheffende strategie van mevr. Wiegman was medelijden op te wekken door te wijzen op het feit dat joden en moslims minderheden zijn. Dus: zijn zij de zwakkere partij? Mevr. Wiegman vergeet dat die minderheden in bezit zijn van vlijmscherpe messen, terwijl kippen, varkens, schapen en koeien doorgaans niet. Die dieren kunnen zichzelf absoluut niet verdedigen. Zij zijn totaal kansloos, weerloos. De dieren zijn de vergeten minderheden.
Van Ormel (CDA) komt met een compromis: dieren mogen 45 seconden lijden ten behoeve van de godsdienstvrijheid. Hij gaf overigens een emotieloos betoog.

Aan de andere kant meldt Thieme dat er verschillende opvattingen zijn binnen de Joodse gemeenschappen over verdoofd slachten. Er bestaan variaties op het thema. Sommige geloofsgemeenschappen staan verdoving toe. Met andere woorden: er bestaat geen religieuze consensus. Tevens komt ze met gezaghebbende organisaties (zoals Kon. Ned. Maatschappij voor Diergeneeskunde) die allemaal rapporteren dat onverdoofd slachten dierenleed veroorzaakt. Het is tragisch dat ze gedwongen is om wetenschappelijk te bewijzen dat onverdoofd slachten dieronvriendelijk is.
Haar medestander is overigens Graus (PVV), iemand met jarenlange praktijk ervaring en die al jaren eerder tevergeefs een dergelijk wetsvoorstel heeft ingediend en principieel spreekt over 'ritueel martelen'.

Wat valt er allemaal onder godsdienstvrijheid?

Het opvallende is dat de christelijke partijen menen dat ze geen redenen hoeven te geven voor godsdienstige opvattingen. Ook niet wanneer ze in conflict komen met een algemeen gedeeld normbesef in de samenleving namelijk zoveel mogelijk dierenleed vermijden. Ze hoeven geen reden te geven waarom onverdoofd slachten tot godsdienst behoort. Het gaat al 3000 jaar zo.  Ze (met name CU) willen niet dat die religieuze voorschriften getoetst worden door overheid of wetgever! Godsdienstvrijheid is dus kennelijk een soort open-einde-regeling: alles mag er onder vallen zonder opgave van redenen. Dit is bizar: dieren moeten onverdoofd geslacht worden omdat dat onder godsdienst valt. En omdat godsdienstvrijheid een grondrecht is, mogen ze dieren onverdoofd slachten. Tot nu toe. Maar waarom moeten dieren onverdoofd geslacht worden: welk hoger doel, moraal of redelijk belang wordt hiermee gediend? Worden gelovigen gelukkig als dieren op die manier aan hun einde komen? Hoe kan een slachtmethode die voor de rest van Nederland verboden is, op eens acceptabel zijn als het in een religieuze context gebeurt? Dit kan niet kloppen.
Als gelovigen geen reden kunnen geven waarom ze onverdoofd moeten slachten, anders dan het een eeuwen oude traditie is, dan hebben ze géén sterk punt.

Tegenstrijdigheid

Opeens zie ik een zeer grote tegenstrijdigheid: de christelijke partijen (met name CU) willen absoluut onomstotelijk wetenschappelijk bewijs dat onverdoofd slachten dierenleed veroorzaakt, terwijl ze zelf geen enkele reden of argument voor religieuze praktijken willen geven! Religieuze voorschriften mogen niet eens getoetst worden! Dit is tegenstrijdig en onacceptabel.

Essentie van godsdienst?

Als onverdoofd slachten werkelijk tot de essentie van de islamitische en joodse geloofsbeleving behoort -zoals gezegd wordt-, waarom zijn joden en moslims dan nooit aanwezig bij de slacht? Het is een ritueel dat uitsluitend door slagers wordt uitgeoefend. Waarom wordt een religieus ritueel zonder gelovigen uitgevoerd? Of omgekeerd: waarom vindt de rituele slacht niet in de synagoge of moskee plaats? Essentieel voor hun geloofsbeleving? Dat is het punt van Graus: de gelovigen hebben zelfs nog nooit gezien hoe een dier geslacht wordt, hoe het tegenspartelt, vecht tegen de dood, en het bloed metershoog tegen de muren opspat. De hele slacht wordt onzichtbaar uitgevoerd voor de gelovige. Het kan dus moeilijk volgehouden worden dat ritueel slachten centraal staat in de praktijk van hun geloofsbeleving.

God

"We spreken over verschillende voorwaarden bij de joodse en islamitische religie" zegt Ormel (CDA). Aangezien Nederlandse christenen niet ritueel slachten, hebben gelovigen in Nederland dus drie verschillende slachtmethodes. Maar als die godsdiensten naar dezelfde God verwijzen, waarom geeft God tegenstrijdige instructies aan de drie Nederlandse godsdiensten? Nog zo een: waarom verbiedt God de joden en moslims varkens te eten en mogen christenen het wel? (3)

Conclusie

In Nederland wordt godsdienstvrijheid over de ruggen van dieren uitgevochten. En dat is tragisch.

Postscript 16:39 uur

"De Tweede Kamer heeft het voorstel aangenomen om onverdoofd ritueel slachten te verbieden. Een meerderheid van 116 leden steunde het wetsvoorstel van de Partij voor de Dieren" (NOS). Er waren 30 tegenstemmers. Gefeliciteerd Partij voor de Dieren! Een historische dag. Een voorbeeld voor andere landen!

Postscript 29 juni

Zie ook dit persbericht van de Partij voor de Dieren.

Noten

1. Zou de evolutietheorie ook onder 'wetenschapsfundamentalisme' vallen? U kunt hier zoeken op het woord 'wetenschapsfundamentalisme'.
2. een vermogen pijn te voelen dat ver uitstijgt boven een foetus van een paar maanden.
3. Varkens hebben geluk gehad: "Waarom heeft de Schepper varkensvlees verboden? Het is bekend dat de Islam het eten van varkensvlees verbiedt en als zonde beschouwt. Voor de praktiserende moslims betekent het feit dat dit verbod niet verder met gedetailleerde redenen is uiteengezet, ...  , noch kan hij zeggen dat hij precies weet waarom het verboden is." "De exacte redenen en de diepe wijsheid van 'het waarom" bij het verbod op varkensvlees zijn alleen bekend bij Allah" (Moslimweb)

Herman Philipse over het design argument in ABG

Filosoof Herman Philipse bespreekt twee boeken over het design argument in de nieuwste Academische Boeken Gids #87. Het eerste boek van Elliott Sober (Evidence and Evolution, 2008) en het tweede is van Sahotra Sarkar (Doubting Darwin? 2007). Het zijn beide wetenschapsfilosofen. Zijn voorkeur gaat uit naar Sober.
Philipse betoogt dat veel biologen van mening zijn dat we pas met de evolutietheorie van Darwin konden afrekenen met het design argument van Paley. Dat dacht ik ook tot een paar jaar geleden. Creationisten vallen eindeloos Darwin aan. Zij zien Darwin als hun grootste vijand. Zo blogde ik: Darwin was niet de eerste die de letterlijke waarheid van de Bijbel ondermijnde (19 apr 2010). Bijbelkritiek is ouder dan Darwin.

Terug naar Philipse: er was ook al iets mis met Paley's design argument vóór Darwin. Paley's argument zegt dat het oog geschapen is (waarom altijd het oog? zijn de labia minora, labia majora niet ontworpen?) Volgens Philipse ligt het probleem hierin:

"Volgens de gebruikelijke definitie van 'God' is God almachtig. Indien hij dus het oog wilde scheppen, is het zeker dat hij daartoe in staat was en het ook deed. (...) het zwakke punt is gelegen in de aanname dat God het oog (...) wilde scheppen. Zo'n hulphypothese over Gods intenties moet steunen op onafhankelijk bewijsmateriaal. Ze kan niet louter worden afgeleid uit het feit dat ogen bestaan. We moeten dus los van de schepping een toegang hebben tot Gods intenties. (...) We kunnen Gods intenties niet achterhalen".

Daarom faalt Paley's design argument. Daar hebben we Darwin niet voor nodig. Tot zover de filosofen Philipse, Sober en Sarkar.

Vraagje
God is per definitie almachtig en indien hij dus het oog wilde scheppen, is het zeker dat hij daartoe in staat was. Is dit een grap? Hebben we onafhankelijk bewijsmateriaal dat God almachtig is? Hebben we los van de schepping toegang tot Gods eigenschappen? Als we dat mogen oplossen door het per definitie aan te nemen, waarom dan nog moeilijk doen over de kwestie of hij het oog wilde scheppen?

Nog een paar vraagjes
Als God in staat was een perfect oog te scheppen, waar komt dan Retinitis pigmentosa vandaan? Het is één van de meest algemene vormen van blindheid en komt wereldwijd voor bij 1 op de 4.000 mensen (bron). Alle oogziekten samen levert wereldwijd 40 miljoen blinde mensen op (bron). Filosofen (en theologen) zijn zo heerlijk abstract! Heeft God het oog 1x bedacht en 4x geschapen? (Adam en Eva). Kennelijk kon of wilde God Adam en Eva niet tegelijkertijd scheppen. Maar de een na de ander.
Filosofen als Paley zijn zo heerlijk abstract: heeft God alléén het oog geschapen of ook de gekruisde oogzenuwen? de blinde vlek? visuele cortex? alle optische illusie's? en zo zijn er nog een paar duizend vragen... zoals zou het een troost zijn voor blinden dat het oog niet door evolutie ontstaan is maar geschapen? Schept God zonder handen? Scheppen zonder handen is dat onderdeel van zijn almacht? Iemand moet die vragen stellen. Er is nooit een degelijke theorie van de schepping geweest.

De rest van ABG
De rest is ook zeer de moeite waard: Hoe slapen dieren? (moeilijker te beantwoorden dan je denkt), Hoe meet je geluk? (ook lastiger dan je denkt), De medicijntestindustrie (een pijnpunt), Mogen we nog vlees eten? (partijdig artikel), Wij zijn meer dan ons brein (ons geheugen zit niet alleen in onze hersenen, maar ook in ons mobieltje!). T.z.t. zullen de artikelen online verschijnen.