Moet de evolutietheorie grondig herzien worden?

©Nature 8 Oct 2014

Does evolutionary theory need a rethink? is de kop van een opvallend artikel in de Nature van 8 Oct 2014. Het is geschreven door 15 auteurs, zo lijkt het, maar het bestaat uit twee delen. Het eerste deel betoogd dat de evolutietheorie grondig herzien moet worden (8 auteurs) en het tweede deel betoogd dat dat helemaal niet nodig is (7 auteurs). 

Het is geen research artikel, maar een opinie artikel. Wat de aanleiding is weet ik niet. Hier een korte impressie van het artikel. Het is ondoenlijk om hier een evenwichtig, goed onderbouwd oordeel te vellen over het vraagstuk. Het gaat hier in feite over de ontwikkeling van de evolutietheorie sinds Darwin in 1859 zijn Origin of Species publiceerde.

De voorstanders van de herziening (ik noem ze 'de progressieven') verwijten een deel van hun collega's (ik noem ze 'de conservatieven') dat ze de evolutietheorie na Darwin versmald hebben tot populatiegenetica. Hier komt het op neer: random genetische variatie, natuurlijke selectie, aanpassing. Evolutie werd en wordt door hen simpelweg gedefinieerd als verandering van genen in de loop van de tijd. Maar daardoor raken een aantal zaken die niet herleid kunnen worden tot genen buiten zicht. En die zaken beinvloeden evolutie wel, en die moeten dan ook erkend worden als drijvende krachten van evolutie. Deze vier:

1. developmental bias: [phenotypische] variatie wordt gestuurd door de embryonale ontwikkelingswijze en is daarom niet random
2. phenotypic plasticity: de omgeving bepaald rechtstreeks het fenotype van het individu (buiten genen om)
3. niche construction: organismen veranderen hun omgeving en daardoor beinvloeden ze natuurlijke selectie
4. extra-genetic inheritance: organismen erven méér over dan alleen hun genen (ook wel epigenetica genoemd)

Als U dat te technisch wordt, hier is de rode draad: genen zijn niet alleen-bepalend voor evolutie. De progressieven claimen dat ze een aantal verschijnselen beter kunnen verklaren dat het standaard model. Ze gaan zelfs zover te claimen dat hun 4 mechanismes de centrale feiten van evolutie, aanpassing en soortvorming, kunnen verklaren. Het wordt hoog tijd dat dit erkend wordt menen ze.

All is well

De 'conservatieven' menen -heel toepasselijk- 'all is well'! Ze beginnen hun betoog met een enigszins misleidende opmerking over Darwin. Darwin had zich al gerealiseerd in een van zijn laatste boeken over wormen dat wormen hun eigen milieu creëren. Een lesje voor de Niche Construction theoretici: er is niets nieuws onder de zon. Darwin had eigenlijk al een Niche Construction theory and wij evolutiebiologen hebben dat altijd al gevolgd. Die opmerking is niet geheel terecht want in zijn meest gelezen en invloedrijkste hoofdwerk The Origin of Species komen wormen niet aan bod [1]. Verder zeggen ze dat in de jaren 1936 – 1947 (klassieke) genetica geïntegreerd werd in de evolutietheorie. Dat is waar, maar dat genetica tot een solide begrip van aanpassing en soortvorming leidde lijkt mij behoorlijk overdreven. Het klopt dat de ontdekking van DNA in 1953 een grote revolutie teweegbracht in de evolutietheorie. De conservatieven voeren dit op als bewijs dat de evolutietheorie niet in steen gebeiteld is en continu verandert.
De vier processen die de progressieven opvoeren (zie boven) hebben voldoende aandacht in de evolutietheorie (ze geven enige bewijzen uit de literatuur) en daarom is een nieuwe revolutie en een nieuwe naam voor de evolutietheorie niet nodig [5]. Het is niet gebrek aan aandacht, maar van voldoende bewijs voor de 4 alternatieve processen dat het probleem is. Bovendien zijn hebben veel evolutiebiologen eigen verlanglijstjes van onderwerpen die ook meer aandacht verdienen. Maar daar kunnen we niet aan beginnen. Evolutiebiologie is levendig, modern en open-minded. Maakt U zich geen zorgen. Alles komt goed.

De progressieven verwijten de conservatieven dat in hun evolutietheorie alles om genen en DNA draait (minachtend: 'gene-centric'). Maar dat is toevallig –zowel theoretisch als empirisch– het meest solide gedeelte van de hele evolutietheorie! Evolutie is niets anders dan natural selection, drift, mutation, recombination and gene flow. De vier alternatieve niet-Darwiniaanse processen zijn slechts kleine toevoegingen aan deze hoofdprocessen en zijn niet essentieel voor evolutie. Alleen onder bepaalde omstandigheden kunnen ze invloed op evolutie uitoefenen. Eerlijk gezegd zijn punt 1 en 4 sowieso nog lang niet voldoende onderbouwd om opgenomen te worden in de evolutietheorie. Geen gepraat! Aan het werk!

De conservatieven reageren alsof zij in de regering zitten. De progressieven worden tot oppositie gedwongen. Uw problemen hebben onze aandacht en alles wat nuttig en waar is hebben we al opgenomen in ons beleid. Wij nodigen U uit om constructief met ons mee te werken aan de toekomst van ons mooie land.

Er zit een grote tegenstrijdigheid in de boodschap van de gevestigde orde: Darwin heeft, en in navolging van Darwin, hebben wij altijd al aandacht aan Uw kritiekpunten besteed, én die punten zijn niet belangrijk en slecht onderbouwd.

Ikzelf vind de evolutietheorie zoals voorgesteld door 'de gevestigde orde' een verarming. Als 'natural selection, drift, mutation, recombination and gene flow' de kern is van de evolutietheorie, dan zijn we niet veel verder gekomen dan de populatiegenetica van de jaren dertig. We hoeven ons niet te verbazen dat dit zijn weerslag vindt in de evolutiehandboeken die studenten voorgeschoteld krijgen [3]. Evolutiehandboeken worden door 'de gevestigde orde' geschreven. Zoals ik eerder op dit blog [2] en op mijn website [4] heb beschreven, is evolutie een planetair verschijnsel en moet ook in die context bestudeerd en onderwezen worden. En zelfs dat is niet voldoende. De alles-overkoepelende context van biologisch evolutie is Big History: voortgekomen uit kosmologische evolutie en zich voorzettend in menselijke culturele evolutie. 

Mijn droom: een evenwichtig evolutiehandboek dat door beide partijen is geschreven... 

 

Noten

1. Je kunt makkelijk een search doen op de site Darwin Online van  John van Wyhe. Het woord 'worm' komt maar 4x in The Origin voor, waarvan 1 in de literatuurlijst en de andere 3 zijn niet relevant.
2. blog: Big History: een synthese van kosmologie, evolutie, en cultuurgeschiedenis 
3. blog: Evolutiehandboeken beoordeeld vanuit het Big History perspectief. Tien miljard jaar in de prullenbak?
4. o.a. hier: About this site en verspreid over de hele WDW website.
5. Over de Extended Evolutionary Synthesis zeggen de  'conservatieven' tegenstrijdige dingen: 
   1) "But we do not think that these processes deserve such special attention as to merit a new name such as ‘extended evolutionary synthesis’."
   2) "We, too, want an extended evolutionary synthesis, but for us, these words are lowercase because this is how our field has always advanced."

What is Life? Addy Pross. Boek bespreking.

Addy Pross: What is Life?

De theoretisch chemicus Addy Pross heeft een geslaagd en intrigerend boek geschreven over de What is Life? vraag. Fundamentele principes staan centraal en chemische details zijn afwezig. De paperback is april 2014 verschenen. Ik heb met volle tevredenheid de Kobobooks ebook versie gebruikt. Vooral de zoekfunctie is een enorme bonus.

70 jaar geleden hield de beroemde fysicus Erwin Schrodinger een beroemd geworden lezing What is Life? Addy Pross heeft het probleem opnieuw aangepakt met de kennis van nu. En met zijn originele kijk op de zaak. Het is een boek dat ik afgelopen zomer gelezen en herlezen en samengevat heb, omdat de onderwerpen Wat is leven? Hoe is het ontstaan? Kun je leven maken? ontzettend spannend is en mij al jaren bezighouden.

Drie onderling verbonden vragen. Met What is Life? bedoelt Pross
 niet zozeer een definitie, maar een aantal opvallende eigenschappen van het leven
gebaseerd op een achterliggende theorie.

Het boek is bovendien een bijzonder goed voorbeeld van hoe je wetenschap uit kunt leggen aan geinteresseerde leken. Vaak gebruikt hij goed gekozen metaforen om technische zaken uit te leggen. Hoewel chemie centraal staat, komen er geen chemische formules in voor die moeilijker zijn dan H2O en wordt je niet bedolven worden onder chemische namen. Zelfs de overbekende bases in DNA (Adenine, Cytosine,..) worden uitsluitend met hun afkortingen A,T,C,G,U aangeduid. 

Ik vond het boek zo belangrijk dat ik een review voor mijn WDW website heb geschreven. Het is alweer een tijd geleden dat ik een boek zo belangrijk vond dat ik de moeite nam om een review te schrijven. Dat review (in het Engels) geeft een samenvatting en kritiek. Dat ga ik hier niet herhalen. Hier volsta ik met waarom ik het boek zo belangrijk vind. Addy Pross heeft de draft versie van mijn review gelezen, en hij heeft er zeer positief op gereageerd. Hij vond het review 'thoughtful', 'clear and incisive', 'pertinent and requiring some response'. Absoluut een beloning voor mijn moeite dat de auteur van een boek wil reageren!

Waarom ik het boek zo nuttig vind

Het aardige is dat Pross niet schuwt om wetenschappelijke publicaties naar het ontstaan van het leven te kritiseren. Hij doet dat op basis van zijn onderscheid 'historisch' versus 'ahistorisch' onderzoek. Voor mij was dat een nieuw en belangrijk onderscheid. (Achteraf weet je natuurlijk alles). 

Het historische onderzoek heeft de ambitie de precieze omstandigheden bij het ontstaan van het leven te reconstrueren. En welke opeenvolgende stappen er geweest moeten zijn. Het probleem met dit soort onderzoek is dat het nooit bewezen of weerlegd kan worden. Het kan er zéér plausibel uitzien, maar niemand kan weerleggen dat het zo gebeurd is. Want dit soort historie is niet toegankelijk omdat het geen fossielen heeft nagelaten. Het is nl. allemaal 'softe chemie'. Bovendien zijn er tegenstrijdige scenario's voorgesteld: de ene in de diepzee en de andere aan klei-oppervlaktes. Het verschil kan niet groter zijn, zegt Pross. Die kunnen niet tegelijk waar zijn. Daar zit dus een fundamenteel probleem. Maar dat lees je niet in de publicaties zelf. Ik vond dit één van de meest waardevolle inzichten in het boek. Voor mij dan.

Het 'ahistorische' betekent het onderzoeken van chemische reacties in het lab die mogelijk kunnen leiden tot levensvormen. Dit heeft meer kansen van slagen vindt Pross. Je hebt hier te maken met eeuwig geldende natuurwetten die ook 3,5 miljard jaar geleden gegolden hebben. Beroemde voorbeelden zijn de experimenten van Spiegelman, Joyce en von Kiedrowski met RNA. Je gaat dit soort publicaties met andere ogen bekijken.

hydrothermale bronnen scenario

Het historisch/ahistorisch onderscheid kun je profijtelijk toepassen op de recente publicatie van Nick Lane over naar ionenpompen in hydrothermale diepzee bronnen [1]. Is dit onderzoek historisch of ahistorisch? of beide? Onmiskenbaar zijn hydrothermale bronnen een hypothese over het ontstaan van het leven. Dus historisch. Dus: niet verifieerbaar? Vragen dringen zich op: zijn er aanwijzingen dat deze bronnen 3 - 4 miljard jaar geleden op aarde bestonden? Is dit vraagstuk überhaupt empirisch toegankelijk? Is er enige zekerheid over te verkrijgen? Zijn de modellen van Nick Lane te weerleggen met empirische informatie? 
Wat betreft de ahistorische aspecten: zijn ionenpompen misschien een universele wetmatigheid? Zo ja, dan zou je die chemische wetmatigheden in principe in het laboratorium kunnen onderzoeken. Dan is het een weerlegbare hypothese.
Of kun je ze op de zeebodem ter plekke te onderzoeken? (zal wel erg lastig zijn!).
Het nuttige van Pross is dat je zonder zijn boek dit soort cruciale, fundamentele vragen niet gauw gesteld zou hebben. De auteurs van dat soort artikelen doen het ook niet. Beste auteurs: waar zijn jullie mee bezig: historisch of ahistorisch onderzoek? :-)

Wat is de drijvende kracht?

 
Een enorm belangrijke vraag van Pross, misschien wel de belangrijkste van het hele boek, en van het hele vakgebied 'Origin of Life': wat drijft chemische systemen zich te ontwikkelen tot levende systemen? Waarom worden ze complexer? Welke fysische of chemische kracht drijft bepaalde chemische systemen zich te ontwikkelen van simpel naar complex? Nota bene tegen de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica in. Tegen de tendens in van degradatie, simplificatie, chemische inertheid, dood. Als je deze vragen niet stelt, ben je bezig met toe redeneren naar het bekende eindresultaat, de levende cel. Je moet de vraag oplossen waarom eenvoudige systemen uit zichzelf complexer worden. Die vraag wordt volgens Pross in het vakgebied niet voldoende serieus genomen. Het is de sleutel tot het begrijpen van het ontstaan van leven. Voor mij was het een opsteker. Daarom vind ik het boek belangrijk.

Er zijn meer belangrijke inzichten uit zijn boek te halen. Pross zegt nog een aantal pittige zaken over evolutie en biologie in het algemeen. 

Conclusie: ik heb blijvende inzichten ontleend aan Pross' boek. Dat zal het mogelijk maken bestaande en toekomstige publicaties over de Origin of Life kritischer te lezen. Dat is de grote verdienste van Pross.

Noten

1. Nick Lane et al A Bioenergetic Basis for Membrane Divergence in Archaea and Bacteria PLOS 2014. Dit is het artikel waar Marleen over geblogd heeft: De eerste ionenpompen en de oorsprong van leven, Op Zoek naar De Klepel, augustus 13, 2014 

Het complete review van Addy Pross What is Life? op mijn WDW website.

Vorige blogs over dit onderwerp

Een nieuwe definitie voor 'leven' 15 juli 2014.

Postscript 8 okt 2014

Nog een aardig artikel om te analyseren met behulp van Pross' onderscheid historisch/ahistorisch: Early bioenergetic evolution, 10 June 2013 (getipt door Gerdien op blog Rene).
Merk op dat het artikel nota bene begint met een (impliciete) definitie van 'leven':   

Life is the harnessing of chemical energy in such a way that the energy-harnessing device makes a copy of itself. 

Let op: het woord 'cell' komt er niet in voor (in overeenstemming met Pross).  Let op: a copy of itself komt overeen met 'replicative chemistry'.
Dit is duidelijk historisch: "Many settings have been proposed as the site for the chemical synthesis for life's building blocks" en zou dus oncontroleerbaar moeten zijn volgens Pross. Idem historisch: oceans or ponds of organic soup, organics delivered from space.

Het creëren van building blocks is duidelijk een fase vóór replicative chemistry: "Many settings have been proposed as the site for the chemical synthesis for life's building blocks" omdat building blocks zichzelf niet kunnen repliceren. Dan gelden in die fase ook andere chemische principes. Ik weet niet of Pross daar aandacht aan besteedt. Het creëren van building blocks is ahistorisch, omdat het in het lab nagebootst kan worden, en de 'settings' is vnl historisch.
Het wordt aan de lezer overgelaten om de rest van het artikel te analyseren m.b.v. Pross.

Further Reading

A review of Addy Pross 'What is Life?' by Gert Korthof, 6 Oct 2014.

 

Zomergast Ionica Smeets, Wilfried de Jong, Fibonacci, Ananas, God

Ionica Smeets en Wilfried de Jong in Zomergasten 17 aug 2014

Een geslaagde zomeravond uitzending zondag 17 augustus 2014 met 'wiskundemeisje' en wetenschapsjournalist Ionica Smeets. Wilfried de Jong was de gastheer. Hij deed het erg goed. 

Ik haal er één item uit. Gezien mijn jarenlange bemoeienis met Darwin, evolutie en Intelligent Design, zal het U niet verbazen dat één opmerking van Wilfried de Jong bij mij insloeg als een bom. Het onderwerp: het aantal spiralen op een ananas die een Fibonacci reeks 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ... vormen. Naar aanleiding daarvan merkte hij op:

"Dat zou je spontaan streng gelovig maken. Dat iemand dit heeft uitgedacht. Iemand nog veel ouder dan Fibonacci. Een 'Fibonacci op een wolk'! (...)
Want als de oerknal heeft plaatsgevonden, hoe kom je dan tot zulke precieze dingen?"

Een geweldige, onthullende, ontroerende opmerking. Heerlijk! Om van te smullen! Zeer waarschijnlijk is het een authentieke, spontane ingeving, maar wetenschappelijk naief. Naief, omdat het een variant is op de eeuwenoude, achterhaalde en niet uit te roeien vraag of het heelal ontworpen is. Toch begrijp ik de vraag wel. Voor een leek is het mysterieus dat een plant een wiskundige reeks kan maken. Wiskunde is door mensen uitgevonden. Wiskunde is moeilijk, het is iets voor nerds. Dus de ananas-ontwerper moet op z'n minst een geniale wiskundige zijn. Een begrijpelijke reactie van een niet-wetenschapper. Over het antwoord van Ionica straks meer. En op het eind laat ik zien dat de ontwerper-gedachte getypeerd wordt door inconsequent denken. Maar eerst wat nuanceringen.

Eerst wat nuanceringen

Toen Ionica de spiralen op een meegebrachte ananas liet zien, maakte Wilfried spontaan de (cruciale!) observatie dat die ananas "een kleine afwijking had. Het is een beetje gekke ananas. Sommige spiralen zijn wel een beetje moeilijk te zien". Inderdaad, ik heb thuis bij mijn eigen exemplaar geconstateerd dat er vaak 'een knik' zit in de spiraal. Er zijn dan wel 8 of 13 spiralen te tellen, de spiralen zelf zijn slordig gevormd [3]. Of het altijd Fibonacci getallen zijn, zou je toch wel 100 en liefst 1000 ananassen moeten scoren! Dat weet Ionica ook wel.

Wat is een afwijkende ananas? Bestaan er 'standaard' en 'afwijkende' ananassen? In de natuur is variatie de norm. Voor Darwin was variatie de basis van zijn evolutietheorie. Zelfs in een cultuurgewas als de ananas is variatie niet verdwenen. Als je het youtube filmpje van Vi Hart eens nauwkeuriger bekijkt, dan blijkt ze te zeggen:

"De drie groepen spiralen op elke ananas vormen bijna altijd een Fibonacci-reeks. Heel soms is het een Lucas-reeks, maar altijd drie getallen in een reeks."

Kijk! Dan worden de mogelijkheden al wat ruimer om patronen te herkennen. Is het niet de ene, dan is het wel de andere reeks. (De Lucas reeks verschilt van de Fibonacci reeks door de twee begingetallen).
Nog een noodzakelijke nuancering: de Fibonacci getallen reeks is oneindig lang. Dan zijn twee of drie getallen 8, 13, 21 wel een èrg magere afspiegeling van de oneindigheid. Het zijn bovendien ook nog kleine getallen. Fibonacci getallen worden oneindig groot. En tenslotte: de Fibonacci reeks wordt gevormd door simpele optelling van de twee voorgaande getallen. Eenvoudiger kan het niet. Hogere wiskunde als aftrekken, delen, kwadrateren, worteltrekken komt er niet aan te pas.

Realistisch?

Ik vond een terloopse, maar in dit verband cruciale, opmerking in het boek The Algorithmic Beauty of Plants [1]. Dat boek gaat over L-systemen. Dat zijn algoritmes uitgevonden door prof. Lindenmayer, waar ik ooit college bij gelopen heb (Utrecht). Die algoritmes genereren het systeem waarop bladeren aan de stengel van planten bevestigd zijn. Dit vond ik in het boek:

"Alternatively, random selection of similar surfaces could have been employed to prevent the excessive regulairty of the resulting image." (p. 104. [1])

Onthullend: excessive regulairty!  Om de planten realistisch te maken moet er een klein beetje random variatie aan de algoritmes toegevoegd worden! Anders zouden ze er als ... tsja, als computertekeningen uit zien!  

"Want als de oerknal heeft plaatsgevonden, hoe kom je dan tot zulke precieze dingen?" Antwoord: ze zijn minder precies dan je denkt. Planten zijn niet perfect mathematisch gevormd. Als planten door een computer gegenereerd worden, zie je onmiddellijk dat ze niet levens-echt zijn. Dit random aspect vind je ook terug in de meer geavanceerde recentere computer modellen van plantengroei [4].

Hoe moeilijk is Fibonacci te maken?

Hoe moeilijk is het eigenlijk voor een plant om een Fibonacci patroon te vormen? Er zijn planten waar opeenvolgende paren bladeren een hoek van 90 graden vormen (bijv.: de bekende kamerplant siernetel): is 90 graden moeilijker of makkelijker dan 137,5 graden? 

de belangrijkste 4 bladstanden (phyllotaxis).
Voor verklaring zie hier. De tweede is de siernetel

Of: is het makkelijker voor een menselijke embryo om precies 5 vingers aan iedere hand te maken? Of een hoofd met precies 2 ogen, 1 neus, 1 mond, en 2 oren in de juiste proporties en in de juiste posities op het hoofd? Ik denk dat Fibonacci patronen makkelijker zijn, juist omdat ze zo voorspelbaar, mechanistisch, deterministisch, ja, wiskundig zijn. Daarom kan de plant het met een voorgeprogrammeerd cellulair algoritme doen. Omdat er geen wiskundige formule is voor de constructie van het hoofd, nemen we aan dat een hoofd niet moeilijk te maken is. Maar dat hoeft natuurlijk niet zo te zijn.

Hoe kan een plant een Fibonacci reeks maken?

Ionica gaf als antwoord aan Wilfried de Jong: 

"Ik denk dat er wel een goede evolutionaire redenen is om op deze manier te groeien."

Nu, of er goede 'evolutionaire redenen' zijn, daar zijn de deskundigen het nog niet over eens. Als je het als een fitness probleem opvat, dus functioneel probleem, dan lijkt het op een optimalisatieprobleem. Bijvoorbeeld: hoe kun je met de minste lege tussenruimtes zoveel mogelijk zaden op een oppervlakte plaatsen? (dat is een wiskundig packing problem). Of: hoe kun je bladeren aan de stengel rangschikken met de minste schaduw voor onderliggende bladeren? (controversieel)
Als je kijkt naar directe oorzaken, dan vind je verschillende mechanismes en modellen in de wetenschappelijke literatuur. De ontwikkelingsbioloog Brian Goodwin heeft dit al 20 jaar geleden uiteengezet in zijn populair-wetenschappelijk boek How the Leopard Changed Its Spots (zie mijn review + speciale update n.a.v. de uitzending). 

phyllotaxis: om-en-om;  spiraal,  tegenover-elkaar;  krans

De Fibonacci spiraal verklaart Goodwin aan de hand van het fysische model van Douady and Couder die laten zien dat een Fibonacci patroon ontstaat wanneer je magnetische geladen druppeltjes in een schaaltje met een vloeibaar medium laat vallen. Het patroon ontstaat door onderling afstotende interacties van de druppels die zich vrij kunnen bewegen in het medium. Puur fysische krachten dus. Puur fysische krachten kunnen onder bepaalde condities Fibonacci patronen vormen. Goodwin suggereert dat cellen in een groeipunt van een plant zich op dezelfde manier gedragen. Het eindresultaat van het puur fysische mechanisme vertoont in ieder geval frappante overeenkomsten met het biologische mechanisme.

Richard Smith (2006) phyllotaxis model.
bij auxine maximum (rood) ontstaat nieuw orgaan
A: tweede orgaan gaat ontstaan, B: derde gaat ontstaan

Een recente publicatie [2] (zie plaatje hierboven) beargumenteert de centrale rol van de distributie van het plantenhormoon auxine over cellen van een groeipunt. Naburige cellen remmen elkaar. Een lokaal maximum van auxine veroorzaakt een nieuw orgaan. Wordt de onderlinge afstand groter dan is de remmende invloed kleiner, en kunnen nieuwe cellen/organen ontstaan. Het Fibonacci-patroon is niet van te voren in miniatuur aanwezig, maar ontstaat tijdens het groeiproces. Dit model kan getest worden met auxine-remmers. Er zijn additionele factoren betrokken die het patroon stabiliseren en er zijn mutanten. Mutanten zijn belangrijk: zegt iets over de genen die het aansturen.
Het grappige dat dit model ook weer een computer model is dat zowel rekent als 3-D plaatjes tekent, en uiteindelijk Fibonacci patronen produceert. En een hoop andere phyllotaxis patronen afhankelijk van de condities.

Het beste antwoord

Een 'Fibonacci op een wolk' is het antwoord van een dominee. Een dominee verklaart een regenboog met God, niet met Newton. Het antwoord van een wetenschapper is dat 'Ontwerper' als verklaring al eeuwen geleden uit de wetenschap is verdwenen. Zelfs als we geen volledig wetenschappelijk verklaring hebben, is de God-theorie wetenschappelijk onacceptabel, overbodig, ad hoc. Het heeft geen voorspellend vermogen, en het frustreert wetenschappelijke onderzoek. Het is niet eens een theorie. 

Toegift voor de wiskundige ananasliefhebber

fout: symmetrisch

fout (idem)

te vierkant

Op het internet vind je veel 'foute' ananassen. Fout volgens de wiskunde (volgens Ionica). De eerste twee zijn symmetrisch, de derde is niet symmetrisch maar de 'cellen' zijn nogal vierkant. De makers van het kinderprogramma Spongebob hadden het kennelijk ook niet begrepen, want een ananas heeft géén bilaterale symmetrie (volgens Vi Hart).

Toen ik onderstaande plaatje tegenkwam in het boek van Philip Ball The Self-made Tapestry, moest ik onmiddellijk denken aan de ananas. Zó zou de ananas er ideaal gesproken uit moeten zien!

 

Géén ananas! maar hexagonale cellen in een vloeistof (bron)

De werkelijkheid is iets anders:

een echte ananas: slordige zeshoeken...

deze komt aardig in de buurt van zeshoekige cellen...

Vraag voor de wiskundige ananasliefhebber: moeten volgens wiskundige principes de 'cellen' van de ananas zeshoekig zijn om spiralen te kunnen vormen? of kunnen het ook vierkanten of driehoeken of ... zijn? Werd niet verteld in de uitzending.

links: veel ruimte, rechts: weinig tussenruimte (bron)
hexagonaal i.p.v. cirkels heeft geen tussenruimte!

En: schrijft de wiskunde een specifieke hoek voor die spiralen moeten maken? En wat is de invloed van de vorm van de ananas op de spiralen? Dat zal samenhangen met de vorm van de cellen (bloemen).

Hier zie ik een paar enigszins evenwijdige verticale lijnen.
Overgangsvorm naar echte spiralen? (bron)

Overbekend hexagonaal patroon. Zowel verticale lijnen als
Rechtse en Linkse diagonalen zijn te zien. Is dit de ideale ananas???

Probleempje 

Het bovenstaand hexagonaal patroon heeft schuine naar links en rechts hellende lijnen, maar ook verticale rijen (6 stuks). De schuine lijnen lopen evenwijdig. Maar vouw je het patroon tot een cilinder, dan krijg je naar links en rechts draaiende spiralen. Dan heb je volgens mij een ideale wiskundige ananas. Maar er is een probleem. Het zou wel eens zo kunnen zijn dat je bij symmetrische patronen zoals bovenstaand altijd evenveel R- als L-draaiende spiralen hebt. Biologisch is daar niks mis mee, maar dan zijn het géén Fibonacci spiralen, want die moeten bijv. 8L en 13R spiralen hebben. Is dat de reden dat Ionica en Vi Hart zo met stelligheid beweren dat symmetrische ananassen geen Fibonacci-ananassen kunnen zijn? Maar kunnen ananassen dan wel hexagonale cellen hebben? Zo niet, wat is de vorm van de cellen dan wel? Wie kan hierover uitsluitsel geven?

Ondertussen vond ik dit schema van Hans Bär:

Wat duidelijk wordt is dat er op de linker 'spiraal' 8 cellen en op de rechter spiraal 5 cellen geplaatst kunnen worden. De linker spiraal heeft een kleinere hellingshoek (welke?), waardoor er meer cellen op geplaatst kunnen worden. Waarom hij overlappende driehoeken gebruikt is mij niet duidelijk (dennenappel?). Dat werkt in ieder geval niet voor de ananas omdat je op die manier geen goede vlakvulling krijgt. Wel wordt duidelijk uit deze figuur dat er geen bilaterale symmetrievlak kan zijn met verschillende hellingshoeken. Grappig dat hij de cellen in een rechte lijn heeft getekend! (vergelijk met mijn hexagon figuur!). De weergave van 0 tot 360° is ook aardig gedaan.

Toegift: het inconsequente 'ontwerper-denken'

Stel dat er een Ontwerper van het heelal zou zijn, waarom zou die Ontwerper uitgerekend een ananas en niet de mens uitgekozen hebben om wiskundig te ontwerpen? Is een ananas belangrijker dan de mens? Hmmm. Kun je überhaupt van een cultuurgewas, dat al 6000 tot 9000 jaar gekweekt en geselecteerd wordt door mensen, zeggen dat het door God geschapen is? Hmmm. En als er een geheime boodschap in verborgen zit ("the fingerprint of God"), hoeveel mensen zullen spontaan Fibonacci in een ananas herkennen? Helaas: Fibonacci zelf kan de ananas niet gekend hebben, want de de ananas kwam pas ná 1493 naar Europa. Jammer voor Fibonacci. Dus niemand vóór Fibonacci (1170 - 1250) kan de reeks herkend hebben. Trouwens, het Bijbelboek 'Genesis' rept niet over de Fibonacci-reeks. Maar goed, je kunt je er altijd uit redden met: Gods wegen zijn ondoorgrondelijk. 

Iemand heeft dit uitgedacht:

Icosahedral Capsid Protein van een virus (ViralZone)
de classificatie van virussen is op geometrische figuren gebaseerd!

Ik weet nog iets dat perfect mathematisch is ontworpen: virussen! Virussen zijn Regelmatige veelvlakken (Platonic solid). Er bestaan vijf regelmatige veelvlakken, die al bekend waren bij de Griekse filosofen. Voorbeelden: het herpes virus heeft de vorm van icosahedron. Zou Wilfried de Jong bij het zien van deze geometrisch gevormde virussen ook spontaan uitroepen: Dat zou je spontaan streng gelovig maken. Dat iemand dit heeft uitgedacht ? 

Hoe plausibel is het dat de ananasplant en vele andere planten doelbewust volgens een wiskundige reeks ontworpen zijn? God zou een universum gemaakt hebben dat gebaseerd is op een wiskundige reeks van een mens (een wiskundige) in plaats van dat God het zelf uitgevonden zou hebben? Dus dan zou het de God-reeks moeten heten. Hoe plausibel is het gezien alle afwijkingen? En hoe selectief is de waarneming. Waarom heeft God de maiskolf niet spiraalvormig ontworpen, maar 'nette' evenwijdige rijen gegeven? Waarom zijn appels en bananen niet volgens Fibonacci ontworpen? Waarom bestaat een spinneweb niet uit Fibonacci spiralen? i.p.v. concentrische cirkels? 

Waarom heeft mais evenwijdige rijen en geen spiralen?

Is het hele idee falsifieerbaar? Dus: alles wat niet uit Fibonacci spiralen bestaat is niet ontworpen? Als je consequent denkt! En waarom de keuze voor Fibonacci? Waarom het heelal niet op priemgetallen baseren? Wie geeft het antwoord?
Voor Fibonacci-fans: dit zijn Fibonacci-tijden: 8:13 en 13:21 en 21:34 ! Vergezocht? Leuk? Onzin? Een 7-daagse week lijkt een universeel gegeven in alle culturen, maar 7 is géén Fibonacci getal! Vervelend. Maar het zit wel in de Lucas reeks! Dus toch ontworpen? Alles is toegestaan als het maar 'wiskundig' is? Is het toeval dat de mens 5 (Fibonacci getal!) vingers per hand heeft? Of heb je altijd tenminste twee (opeenvolgende) getallen nodig? Voor de liefhebbers is er een speciale wikipagina Fibonacci numbers in popular culture!

Intelligent Design

ID-ers en creationisten beweren dat je Fibonacci overal tegenkomt in de natuur! (google maar even). Ik had een merkwaardige ervaring met de Amerikaanse ID-er en wiskundige William Dembski. Hij had de moed of brutaliteit om een criterium op te stellen waaraan je 'design' in de natuur kunt vaststellen. Toen ik hem er op wees dat Fibonacci in het plantenrijk voorkwam en aan zijn design-criteria voldeed, was hij in verlegenheid gebracht. Zijn design-criterium moest verschijnselen met een natuurlijke verklaring er uit filteren. Hij kende het voorbeeld niet (!) en wilde het tegelijkertijd ontkennen en bevestigen. Ik had hem zogenaamd niet begrepen. Hier kun je het nalezen.
Maar Intelligent Design komt niet alleen in de christelijke wereld voor, ook de moslims hebben Fibonacci ontdekt: God's Design in all things. Een rammelde website: Michael Behe wordt David Behe genoemd en dat is nog het minste.

De hele uitzending Zomergasten is nu op youtube te vinden! 

 

Noten

1. P. Prusinkiewicz, Aristid Lindenmayer (1990). 'The Algorithmic Beauty of Plants'. (toen erg duur, nu als gratis pdf op internet)
2. Richard S. Smith et al  (2006) A plausible model of phyllotaxis, PNAS 2006.
3. Als de Ontwerper het aantal spiralen exact kan laten ontstaan, waarom zou hij dan ook niet perfect mathematisch gevormde spiralen kunnen laten ontstaan? 
4. Noise and Robustness in Phyllotaxis (2012): "... all organisms are affected by natural stochastic variability..."

Vorig blog over Ionica Smeets

Ionica Smeets geniale verdediging van de zuivere wiskunde 29 maart 2011

Zie ook

Is er orde in de natuur? blog 2 Feb 2015

Gehakkelde Aurelia

Gehakkelde Aurelia, 7 Sept 2014 ©GK

Te mooi om niet te laten zien!

De vlinder is o.a. te herkennen aan de onregelmatige vleugelranden 
(vandaar de naam?)
Je moet altijd een beetje geluk hebben met vlinderfotografie,
ze blijven nooit lang op één plek zitten. 
Dus: gewoon snel veel foto's nemen. 
Deze is gefotografeerd op een heideveldje in het Willem Arnts bos
met een eenvoudige compact camera. 

Is filosofie nuttig? Pleidooi voor het beëindigen van een stammenoorlog

"Dat de filosofie niets oplevert is onjuist: de hele democratische vrije maatschappij, waarin wetenschappers heerlijk in vrijheid hun onderzoek kunnen doen, is van vezel tot kruimel een filosofen-machine. Ontwikkeld door filosofen. Geen wetenschapper aan te pas gekomen. Bovendien hoeft filosofie niets anders op te leveren dan goede ideeën, het is immers filosofie en geen scheikunde?: wel, goede ideeën zijn er in overvloed, meest bedacht door filosofen." (Jan Riemersma) (mijn bold)

Dit citaat komt weliswaar uit een comment, en is niet een volledig uitgewerkt betoog. Maar het gaat mij om de gedachte die er achter zit. De aanleiding was een filosofie-onvriendelijke opmerking  van Neil deGrasse Tyson, presentator van de beroemde serie 'Cosmos', in een debat over sommige filosofen. Tyson hekelde een bepaald soort nutteloze filosofie die al lang kan en behoort te worden vervangen door empirisch onderzoek. Let op: hij zei dit dus niet in de serie Cosmos! Maar sommigen zagen hun kans schoon om naar aanleiding daarvan de hele serie Cosmos in een kwaad daglicht te zetten. Of misschien wel de hele wetenschap (dezelfde wetenschap die mogelijk gemaakt werd door de filosofie!). Dit is natuurlijk fout. Tyson deed géén uitspraak over alle filosofie en alle filosofen. Zijn zgn. 'aanval op de filosofie'  interpreteer ik als: vraagstukken die je door waarneming en experiment kunt oplossen moet je niet met filosofie proberen op te lossen. Voor de rest kan filosofie heel nuttig zijn.

Wat is het nut van filosofie?

In het algemeen: wat is het nut van filosofie? Volgens filosoof Jan Riemersma hebben we de democratische staat aan filosofen te danken. Hij 'vergeet' hierbij bijvoorbeeld de filosoof Plato:

"Not all instrumental arguments favor democracy. Plato (Republic, Book VI) argues that democracy is inferior to various forms of monarchy, aristocracy and even oligarchy on the grounds that democracy tends to undermine the expertise necessary to properly governed societies. ... " Stanford Encyclopedia of Philosophy

Dus: niet iedereen heeft de kennis, ervaring en intelligentie om een land te besturen. Maar in een democratie kan een persoon gekozen worden die dat allemaal niet heeft door mensen die dat ook niet hebben [1].


Tijdperk
Plato leefde in een tijdperk waarin slavernij normaal was en democratie zeker niet vanzelfsprekend. En hij was niet in staat om slavernij te veroordelen en democratie als beste staatsvorm aan te prijzen [1]. Dus: het hangt van het tijdperk af of filosofen nuttige dingen gezegd hebben. Filosofen worden beïnvloed door het tijdperk en de samenleving waarin ze leven. Hetzelfde geldt overigens voor de bijbelschrijvers. Filosofie is niet tijdloos. De historische ontwikkeling van de menselijke beschaving en in welke fase van die ontwikkeling de filosoof zich bevindt is een belangrijke toevoeging.

Hoe kan dat? Aangezien filosofen werken met logische, tijdloze argumenten? Waarom is logica niet voldoende? Dat is een interessant vraagstuk. Dat ga ik nu niet beantwoorden [2], [3]. Worden filosofen beinvloed door de maatschappij of beinvloeden zij de maatschappij? Of allebei? Ook te veelomvattend voor nu.
Ik noem nu alleen even een paar filosofen die ik ken en die grote invloed gehad hebben op het denken over de maatschappij en waarvan je moeilijk kunt voorstellen dat ze een paar eeuwen eerder geleefd hadden en dan nog dezelfde filosofie hadden.

Een paar voorbeelden

1. John Stuart Mill: On Liberty (heb ik in mijn studententijd gelezen en ik was diep onder de indruk!) en The Subjection of Women. Het nut van filosofen voor mens en maatschappij!
2. Peter Singer: The Expanding Circle (2) en (1) heb ik over geblogd. Expanding: historisch proces. Opvattingen over dieren hebben zich ontwikkeld in de geschiedenis.
3. Denis Diderot, Voltaire, Jeremy Bentham, David Hume (zie o.a. blog Philipp Blom: Het Verdorven Genootschap ): Verlichtingsfilosofie die niet een paar eeuwen eerder denkbaar was
4. Spinoza als voorbereider van de 'Age of Enlightenment'. Kwam voor in mijn blog Diarmaid MacCulloch en A History of Christianity 19 apr 2010 en: Diarmaid MacCulloch vertelt enthousiast over godsdienstoorlogen 15 juli 2012.
5. List of atheist philosophers ! En of filosofie nut heeft! en of wikipedia nut heeft!
6. Steven Pinker: van belang o.a. vanwege The Humanitarian Revolution en The Rights Revolution die maken de historische dimensie duidelijk. Zie o.a. mijn blog Steven Pinker (2) Verklaringen voor de afname van alle vormen van geweld. 
7. Filosoof Daniel Dennett (begon met 'Darwin's Dangerous Idea') heeft enorm veel betekend om evolutionair denken ingang te vinden onder vakgenoten en het grotere publiek. Idem: filosoof Michael Ruse.
8. ...

Dus ...

Het belangrijkste, denk ik, wat ik probeer te zeggen is:  er zit een tijdsdimensie, een historische ontwikkeling in de filosofie (denken in het algemeen) [4], wat de oorzaken daarvan ook mogen zijn. Misschien is er wel beïnvloeding door techniek en wetenschap. Het denken over democratie, mensenrechten, vrouwenrechten, dierenrechten, kinderrechten zijn filosofische revoluties. Vaak onder woorden gebracht, versterkt, of zelfs in gang gezet door filosofen. Wat dat betreft: geen kwaad woord over filosofen!

En ten tweede: als de wetenschap inderdaad de vrucht is van de filosofie, dan zou de filosofie trots moeten zijn op wat ze heeft voortgebracht, en omgekeerd zou de wetenschap dankbaar moeten zijn dat ze ooit is voortgekomen uit mensen (zo'n twee tot drieduizend jaar geleden) die nadachten, en vragen stelden over de wereld en met theorieën kwamen, en die filosofen werden genoemd. Dat is toch een veel positievere en vruchtbaardere opvatting dan een stammenoorlog tussen wetenschap en filosofie?

 

Postscript 23 april 2021

In Nature 23 april 2021 verscheen een aardig artikel van een jonge wetenschapper: How philosophy is making me a better scientist. Ze geeft een aantal lees tips die zij als nuttig had ervaren in haar wetenschappelijk werk (logica, wetenschapsfilosofie, ethiek). Het artikel is gratis.

Noten

1. toegevoegd 28 maart 2020:  Plato had wel degelijk een punt. Hèt bewijs dat democratie rampzalige gevolgen kan hebben is dat iemand als Trump president van Amerika kan worden. Iedere presidents kandidaat zou een examen moeten afleggen om te bewijzen dat hij/zij  algemene kennis van de wereld heeft. En begrijpt wat het nut van wetenschap is. En het nut van filosofie: hij/zij moet drogredenen (fallacies) kunnen herkennen, kritiseren en vanzelfsprekend zelf vermijden. Want met drogredenen kunnen er maatregelen doorgevoerd worden met zeer schadelijke gevolgen.
2. Waarom is logica niet voldoende? Omdat mensenrechten, etc. een ethisch probleem is. Het heeft met moraal te maken. [ toegevoegd 28 maart 2020 ]
3. Nu zou ik zeker zeggen dat drogredenen herkennen en vermijden het grootste nut is van de filosofie! En zou ik verwijzen naar mijn blogs over de drogredenen van Frans de Waal: Killing Animals in the Age of Empathy. Frans de Waal, a leading primatologist explains why he eats animals. en: Zijn wij slim genoeg om te begrijpen waarom Frans de Waal nog steeds vlees eet? [ toegevoegd 28 maart 2020 ]
4. Misschien is die 'historische ontwikkeling' niets anders dan het kritiseren en verbeteren van de denkbeelden van de vorige generatie. En dat kost tijd. En moeite. En moed. En originaliteit, en misschien wel genialiteit. Omdat logica vaak tegen persoonlijke en economische belangen in gaat. [toegevoegd 28 maart 2020 ]

Een nieuwe definitie voor 'leven'. Patrick Forterre: virussen zijn levend!

Patrick Forterre
virussen zijn levend!

Als je mensen vraagt is een virus levend? dan krijg je als antwoord: dat hangt er vanaf welke definitie van leven je hanteert. Of je krijgt als antwoord: het hangt er vanaf aan wie je het vraagt. Inderdaad, als je het aan Patrick Forterre vraagt, dan zijn virussen levend. En als je het aan Tibor Ganti vraagt zijn virussen niet levend.

Is een definitie subjectief? Ja, een definitie is subjectief. Ja, een definitie geven is filosofisch [1]. Maar, dat wil niet zeggen dat er geen goede of slechte definities bestaan. Een goede definitie moet globaal vastleggen wat we tot nu toe levende organismes hebben genoemd. En er geen niet-levende dingen onder laten vallen. Als de definitie een groep organismes uitsluit is hij slecht.

Stel dat we leven definiëren als alle koolstof-gebaseerde entiteiten die direct of indirect van zonne-energie afhankelijk zijn. Dan heb je vrijwel 99% van al het leven te pakken: planten, dieren, bacteriën, virussen. Echter, je sluit daarmee chemotrofe organismes uit. Die zouden dan volgens de definitie niet levend zijn. En dus is het een slechte definitie.

Waarom metabolisme essentieel is

Tibor Ganti
virussen zijn niet levend!

Een goede definitie van het leven zoomt in op essentiële kenmerken van het leven. Een essentieel kenmerk van het leven is dat het energie nodig heeft om te blijven bestaan. Dat sluit aan bij het ervaringsfeit dat je moet eten om niet dood te gaan. Daar zit een diepgaande fysische theorie achter: leven is een toestand 'far-from-equilibrium' [2]. Dat wil zeggen: de moleculen en de structuren (cellen, organen, lichamen) die daarmee opgebouwd worden vervallen tot een verzameling elementaire chemische bouwstenen (C,H,N,O,P,S,...) wanneer er geen uitwendige bron van energie beschikbaar is om die toestand die leven heet te onderhouden [2]. Die evenwichtstoestand heet 'dood'. Maar er is niet alleen externe energie nodig, ook een mechanisme om die uitwendige energie te benutten om de levende toestand in stand te houden. Dat mechanisme of dat proces noemen we metabolisme. Daarmee is metabolisme een essentieel kernmerk van leven. Metabolisme definieert leven. Het is dus géén willekeurig, subjectief, oppervlakkig, toevallig, secundair, niet-essentieel, uiterlijk kenmerk! Metabolisme houdt de levende toestand in stand. Metabolisme is hét hoofdkenmerk van leven. De cel (de ruimtelijke begrenzing) en het erfelijk materiaal (DNA,RNA) zijn de andere twee hoofdkenmerken [3]. Die cel en erfelijke informatie zijn (enigszins subjectief gezegd) nodig om het metabolisme in stand te houden en te reguleren. Dit alles in het kort. Zie mijn Ganti review voor details.

Is een virus levend?

De definitie van 'leven' van de virus expert Patrick Forterre [4], bevat géén metabolisme:

"A living organism can thus be defined as: "a collection of integrated organs (molecular machines/structures) producing individuals evolving through natural selection" [4].

Dit is een zeer compacte definitie. Erfelijkheid komt er niet eens in voor. Het gevolg van deze compacte definitie is dat virussen levend zijn. Dat is ook zijn bedoeling. Het cruciale punt is dus of je metabolisme opneemt in de definitie van leven of niet. Doe je dat wel dan vallen virussen erbuiten (Ganti). Doe je dat niet, dan vallen virussen erbinnen (Forterre). Tenminste, zo lijkt het.

Is de definitie met metabolisme een subjectieve keuze? Nee. Zoals hierboven aangestipt is, is metabolisme essentieel voor leven. Sluit Forterre bacteriën, planten, dieren dan uit? Nee, natuurlijk niet. De definitie is zo ruim en ambivalent dat die er ook allemaal binnen vallen. Maar zijn definitie mist de essentie van leven. Daardoor is het een slechte definitie [8]. Forterre ziet over het hoofd dat virussen indirect profiteren van het metabolisme van zijn 'gastheer'.

Complicatie's van de oude definitie

Er zijn twee complicaties met het 'metabolisme' als hoofdkenmerk van leven:

1. 'bacteriele sporen' of 'zaden' hebben géén metabolisme. Het is een tijdelijke rusttoestand die overigens langere tijd kan duren. Sporen en zaden zijn niet dood, want ze kunnen later tot leven komen. Is dat een probleem voor de definitie-met-metabolisme? Nee, het is een pseudo-probleem omdat zaden en sporen géén organismen zijn, maar fases in de levenscyclus van een organisme. Het is een conceptuele misvatting. Daarom vallen sporen en zaden niet rechtstreeks onder de definitie. Sporen en zaden zijn een schakel tussen twee fases waarin metabolisme noodzakelijk aanwezig is. Een zaad of spore is 100% afhankelijk, want het wordt geproduceerd door een volwassen organisme dat zelf metabolisme heeft. Inzien dat sporen en zaden géén organismen zijn, was voor mij de doorbraak in het denken over dit 'probleem'. (...) Daarom heeft het geen voordeel om metabolisme uit de definitie weg te laten. Integendeel, het is een groot nadeel om een essentieel kenmerk van het leven weg te laten.
2. het parasitaire karakter: parasieten hebben in verschillende mate hun metabolisme uitbesteed aan de gastheercel. Dat kan heel ver gaan: de obligaat intracellulaire parasieten zoals de bacteriën rickettsia en chlamydia worden als levend beschouwd terwijl ze geen eigen metabolisme zouden hebben [5,6]. Als je dit uitzoekt blijkt ricketttsia wel degelijk eigen ATP te produceren en vermoedelijk eigen eiwitsynthese uitvoert. Dus metabolisme. Chlamydia beschikt over onderdelen van het metabolisme en verspreidt zich via sporen. Zijn extreme parasieten een argument tegen metabolisme in de definitie van leven? Ik denk het niet, want a) ze hebben wel degelijk een gereduceerd metabolisme, b) hun metabolisme is sterk geïntegreerd met het gastheer-metabolisme zodat onderscheid soms moeilijk wordt. Hoe dan ook: ze bestaan dankzij metabolisme. Op een planeet zonder metabolisme heb je geen leven, zelfs geen virussen, en uiteraard geen obligaat intracellulaire parasieten.

 

Nieuwe opvatting over virussen  

(toegevoegd 26 juli 2014)
Forterre introduceert een nieuwe opvatting over virussen ('the real viral organism'):

"the viral factory corresponds to the real viral organism, whereas the virion corresponds to the mechanism used by the virus to spread from one cell to others and that to confuse the virion with the virus would be the same as to confuse a sperm cell with a human being." [4]

De 'viral factory' is de plek waar het virus gerepliceerd wordt. De relatie virion en virus is vergelijkbaar met de relatie zaadcel en menselijk lichaam? Er is een gigantisch verschil tussen een zaadcel en een mens! Een virus heeft helemaal niet zoiets als een haploïde zaadcel en een miljarden-cellig diploïd lichaam!

"The confusion between the virus and the virion was first criticized by Claudiu Bandea who considered that the intracellular phase of the virus life cycle is the ontogenetically mature phase of viruses (Bandea 1983). As Bandea wrote in a landmark paper “in this phase the virus shows the major physiological properties of other organisms: metabolism, growth, and reproduction. Therefore, life is an effective presence”." [4]

'Virions' werden eerder gedefinieerd als: 'the viral particles produced during infection', dus de inerte deeltjes vergelijkbaar met sporen van bacteriën.
Welnu, als de intracellulaire fase in de cyclus van een virus de 'volwassen fase' is, en als die fase metabolisme inhoudt, waarom neem je dan 'metabolisme' niet op in je definitie van leven? Het lijkt er dus op dat Forterre wat betreft de definitie zelf slachtoffer is van de verwarring van 'virus' en 'virion' die hij aan anderen toeschrijft! Hij laat 'metabolisme' weg omdat hij kennelijk nog denkt in de oude opvatting van virusen zijn inerte deeltjes!

Je kunt 'virussen' als 'levend' opvatten op voorwaarde dat je alle fases in hun levenscyclus beschouwt en een virus dus niet gelijkstelt met het inerte virusdeeltje (virion). Een virus is dan een nog extremere parasiet als rickettsia en chlamydia. Een virus heeft zijn totale metabolisme uitbesteed aan een gastheercel. Dus een virus is een metabolisme-parasiet (vergelijk met een koekoek!) en een informatie-parasiet omdat hij ook niet alle genetische informatie bezit die nodig is voor replicatie.

Nieuwe definitie van leven:  

( herschreven 26 juli 2014 )
 
De nieuwe definitie: Levende entiteiten hebben tenminste in één fase van hun levenscyclus metabolisme. Levende organismes kunnen dus een fase hebben zonder metabolisme [13].

Dit is een gedeeltelijke definitie omdat ik me focus op metabolisme. Maar belangrijk genoeg voor dit moment. Het is een ogenschijnlijk kleine, maar belangrijke correctie op de definitie van Ganti [3] (eigenlijk de eerste correctie die ik mij permitteer op de definitie van Ganti!). In Ganti's definitie zijn virussen geen levende entiteiten. Dat komt waarschijnlijk omdat hij dacht aan de inerte virusdeeltjes (virions). In de nieuwe definitie zijn virussen levend wanneer ze opgevat worden als entiteiten met cycli, net als bacteriën die spores produceren, en als obligaat metabolisme-parasieten [9]. 

De wijziging is dus dat virussen conform moderne inzichten ('reuze virussen', 'giant viruses') niet meer worden opgevat als inerte deeltjes, en de eis van metabolisme wordt iets 'flexibeler' geformuleerd, maar zeker niet verwijderd of afgezwakt. Het voordeel van deze werkwijze is dat metabolisme niet weggelaten hoeft te worden uit de definitie van het leven, zoals Forterre doet. Metabolisme weglaten is onacceptabel omdat metabolisme onmisbaar is voor het leven [10]. Nog een voordeel is dat virussen 'dezelfde behandeling' krijgen als de gewone parasieten en geen uitzondering meer zijn. 
Ook kan de aparte categorie 'potentially living but not dead' (Ganti) vervallen, omdat sporen een fase in de levenscyclus van bacteriën zijn net zoals virions een fase in de levenscyclus van virussen zijn. Eigenlijk heb je dan de 4 categorieën van Ganti [14] niet meer nodig, maar slechts twee: levend en niet-levend. Dat is een vereenvoudiging en omdat het overbodige onderscheidingen weglaat en een minder ad hoc karakter heeft. 
Door virussen onder de definitie van 'leven' te laten vallen verdwijnt ook het probleem te verklaren hoe het kan dat virussen evolueren en überhaupt een evolutionaire stamboom hebben, die bovendien nauw verweven is met de Tree of Life [11]. 
Ook wordt hiermee de toch enigszins onbevredigende opvatting van James Griesemer en Eörs Szathmáry [12] dat virussen niet levend zijn, maar wel kunnen evolueren, overbodig. In de nieuwe opvatting zijn virussen levend en kunnen ze evolueren.

 

Dankwoord
Ik heb veel te danken aan Marleen Roelofs omdat ze blogde over Lag de oorsprong van leven bij virussen?, ze mij op kundige wijze tegensprak en mij een artikel van Patrick Forterre toezond. Waarvoor allemaal hartelijk dank!

26 juli: wijzigingen doorgevoerd naar aanleiding van de discussie.

Noten

1. Marleen citeert Forterre in bold: "Belangrijk: The question, “are viruses alive?” is typically a philosophical question, meaning that it is our choice to decide if viruses are living entities or not" waarschijnlijk om te benadrukken dat het een subjectieve en geen empirische kwestie is. Maar zo onschuldig is die keuze niet!
2. "The equilibrium sytems are dominated by small molecules such as CO2, H2O, N2, NH3, and so on." H.J. Morowitz  ‎(1999) A theory of biochemical organization, metabolic pathways, and evolution. (pdf is gratis)
3. Zie mijn review van The Principles of Life van Tibor Ganti waarin dit systematisch maar kort wordt beschreven.
4. Patrick Forterre (2010) Defining Life: The Virus Viewpoint, Orig Life Evol Biosph. Apr 2010; 40(2): 151–160. See: § What is Life?
5. "Viruses do not have their own metabolism, and require a host cell to make new products. They therefore cannot naturally reproduce outside a host cell – although bacterial species such as rickettsia and chlamydia are considered living organisms despite the same limitation. " (wikipedia).
6. Marleen: "Er zijn heel wat parasieten die hun levenscyclus niet kunnen voltooien zonder hun gastheer. En die worden wel degelijk als levende organismen beschouwd."
7. "in 1983 by Claudiu Bandea who wrote that ‘the living phase of the virus is the intracellular phase of its life cycle’ in: Patrick Forterre (2010) Giant Viruses: Conflicts in Revisiting the Virus Concept. (met dank aan Marleen voor de pdf). Die visie dat virussen een 'life cycle' hebben was een eye-opener voor mij! Mijn voorkeur is: 'virussen veroorzaken metabolisme' in plaats van 'virussen hebben een metabolisme'.
8. De definitie is slecht o.a. omdat hij te vaag is, te weinig specifiek, er geen metabolisme in voorkomt, en omdat er evolutie in voorkomt. Het gedeelte "a collection of integrated organs (molecular machines/structures)" klinkt als: een verzameling dingetjes die iets met elkaar doen. Zie voor details van de kritiek: 'Comparison with other definitions of life'-paragraaf in: [3].
9. Het is dus conceptueel fout om te stellen: "De virions zijn wat mij betreft net zo levend als zaden en sporen." (hier) omdat virions en zaden geen organismes zijn maar fases in de cyclus van organismen. Daarna volgt: "In zaden zit een embryo dat wel degelijk een wellicht slapend metabolisme heeft." NB of het nu waar is of niet van dat slapend metabolisme, dit wijst er op dat metabolisme kennelijk belangrijk is!!
10. Citaat Marleen: "As Bandea wrote in a landmark paper “in this phase the virus shows the major physiological properties of other organisms: metabolism, growth, and reproduction." (mijn bold). NB: metabolisme wordt hier belangrijk gevonden. Welnu, dan moet het ook in de definitie!
11. Citaat Marleen: "Viruses have co-evolved with members of these three domains according to the scheme of Darwinian evolution".
12. Zie figuur 'Overlapping but non-identical sets of units of evolution and units of life', afkomstig van de editors James Griesemer en Eörs Szathmáry, in: [3]. Ik doe hier geen uitspraak over andere aspecten van de figuur.
13. Dit was mijn oorspronkelijke definitie: "Levende entiteiten hebben óf een eigen metabolisme óf zijn geheel of gedeeltelijk afhankelijk van het metabolisme van een andere levende entiteit."
14. De vier categorieën zijn: (1) living; (2) potentially living but not dead (resting seeds, dried-out or frozen micro-organisms); (3) dead (irreversible change from a living to a non-living state); (4) non-living (physical and chemical systems). De categorie 'dood' is identiek aan 'niet-levend' dus die is niet noodzakelijk.