Organisatie - 5 maart 2009

WELKE ROL SPEELT DARWIN IN JE WERK?

Waar levenswetenschap wordt bedreven, is Darwin nooit ver weg. Eigenlijk is iedereen binnen Wageningen UR op de een of andere manier wel met evolutie bezig. Resource vroeg vier wetenschappers naar Darwin in hun dagelijks werk. Hoe actueel is Darwin?

opinie_0_732.jpg
Evolutie, dat is toch competitie en dat de beste maar mag winnen? Ja en nee. Er wordt ook heel wat samengewerkt in de natuur. Evolutiebioloog dr. Duur Aanen bestudeert de evolutie van die samenwerking. Een mooi voorbeeld van samenwerking tussen soorten is de zogeheten mutualistische symbiose van termieten met schimmels. ‘In feite is het een vorm van landbouw’, legt Aanen uit. ‘Insecten die schimmels kweken om ze vervolgens op te eten.’ Een ‘spectaculaire vorm van evolutie’, vindt hij. Beide soorten kunnen namelijk niet meer zonder elkaar. Ze zijn volledig op elkaar aangewezen. Aanpassing in optima forma.
Maar toch zijn er ook conflicten. Termieten en schimmels reproduceren zich onafhankelijk van elkaar. Elke nieuwe kolonie termieten moet op zoek naar zijn eigen schimmels. Aanen bestudeert onder andere hoe ze dat doen. Het kan namelijk ook anders. ‘Koppeling tussen beider reproducties zou minder conflict geven. Er zíjn ook voorbeelden van symbioses tussen insecten en schimmels waar dat het geval is.’
Als voorbeeld van sociale evolutie, de samenwerking tussen individuen binnen een soort, noemt Aanen de mieren. Darwin hield zich daar al mee bezig. ‘Voor veel fenomenen schetste Darwin de grote lijnen. Met nieuwe technieken worden nu de details ingevuld.’ Maar sommige fenomenen kon zelfs Darwin niet voorzien. Aanen: ‘Samenwerking tussen DNA uit de celkern en de mitochondrieën bijvoorbeeld.’ Maar ook daar is er strijd, weet Aanen. ‘Mitochondrieën die hun eigen belang laten prevaleren boven dat van de plant. Het inzicht dat natuurlijke selectie op heel veel verschillende niveaus speelt is relatief nieuw. Maar wel één en al Darwin.’

Darwin is overal, zegt prof. Louise Vet onomwonden. Uiteraard in de evolutionaire ecologie, het vakgebied waarin zij als bijzonder hoogleraar kijkt naar de relaties tussen organismen en hun omgeving, gezien vanuit de eigenschappen die hun levens- en voortplantingskansen bepalen. Maar ook tot ver buiten de biologie. ‘Darwin heeft een enorme betekenis gehad voor de maatschappij. De evolutietheorie is overal doorgedrongen. In de psychologie, de sociologie, de humaniora, de economie, de literatuur.’
Een half jaar geleden, ter voorbereiding op het Darwinjaar, pakte Vet On the Origin of Species nog maar eens uit de kast. ‘Nee, geen verrassingen tegengekomen. Ik ben erg strikt in de leer geweest bij Darwin. Maar wel opvallend was dat het zo mooi is geschreven en zo makkelijk leest. Het is proza. Je vergeet dat je met wetenschappelijke lectuur bezig bent. Typisch negentiende-eeuws. Dat kan tegenwoordig niet meer. Darwin kan echt mooi schrijven.’
Niks nieuws dus in het boek. Maar Darwin blijft toch wel actueel. Neem de epi-genetica. ‘Er is nu bewijs dat de activiteit van sommige genen direct wordt beïnvloed door stressfactoren in het milieu. En dat deze veranderde genactiviteit doorgegeven kan worden aan de volgende generatie. Overerving van verworven eigenschappen. Toch een beetje Lamarck revisited. Hij werd er destijds heel erg om verguisd. De epi-genetica gaat niet zover als Lamarck. Maar er zijn processen die we nog niet helemaal begrijpen. We gaan daar in het najaar een symposiumdag aan besteden.’
Darwin is overal. Des te teleurstellender vindt Vet de resultaten van de Resource-enquête. De twijfel aan Darwin onder studenten en medewerkers. ‘Ik schrok me dood van die cijfers. Heb ik dan helemaal niks bereikt met mijn evolutionaire ecologie? We zijn een ontwikkelingsland aan het worden. Evolutiebiologie moet een verplicht basisvak worden in Wageningen.’

Evolutie en wiskunde, wat moet je je dáár nou bij voorstellen? Veel meer dan je zou denken. Neem nou evolutionaire algoritmen. Een mooi stukje wiskundig gereedschap om ingewikkelde optimalisatieproblemen mee op te lossen, legt statistiekprofessor Cajo ter Braak uit. Na-apen is het in feite. Evolutionaire algoritmen bootsen het natuurlijke proces van evolutie na. Maar dan wel een tandje sneller. ‘Want evolutie moet natuurlijk wel een beetje opschieten. Als het een eeuw gaat duren, daar heb je niks aan’, zegt Ter Braak.
Evolutionaire algoritmen zijn rekenformules die werken op basis van variatie en selectie; ziedaar het evolutionaire element. ‘Normaal gesproken werk je in de wiskunde naar één oplossing toe. Een optimum. Maar met evolutionaire algoritmen maak je generaties van veel mogelijke oplossingen. Het gaat erom dat die oplossingen in opeenvolgende generaties van elkaar leren. Het genereren van variatie, van nieuwe mogelijke oplossingen, is de bron van het leerproces.’ Net als in de evolutie wordt die variatie relatief blind gegenereerd. Het algoritme selecteert vervolgens op basis van een fitnesscriterium. Variatie en selectie dus, het evolutieproces in een notendop.
De praktische toepassingen van deze algoritmen zijn in principe eindeloos. Als het proces maar sneller werkt dan andere oplossingsmethoden, zegt Ter Braak. Ook een soort ‘survival of the fittest’. Robot Ruud bijvoorbeeld, de wiedrobot van PRI, is volgens Ter Braak in feite een evolutionaire computer. De robot moet zich voortdurend aanpassen aan veranderende omstandigheden. ‘De kern is dat je een complex model hebt met veel onbekenden. Met voorinformatie en nieuwe data probeer je het model beter te maken. In kleine stapjes. We werken vaak met een in de tijd veranderend fitnesscriterium, van eenvoudig naar ingewikkeld. Je moet niet in één keer een mens proberen te maken. Je moet eenvoudig beginnen en dan het pad vinden naar moeilijker problemen.’

De mens als de kroon op de evolutie? Nou, vergeet het maar, is de boodschap van dr. Gerard Jagers op Akkerhuis . Wij zijn niet meer dan een stap in die evolutie. De ingewikkeldste klasse op dit moment, maar meer niet. En de opvolger is al bekend: een technisch neuraal netwerkorganisme. Zeg maar: de robot. Volgens de onderzoeker van Alterra volgt dat logisch en onontkoombaar uit zijn operator hypothese, een evolutietheorie voor deeltjes. Hij is al ruim vijftien jaar bezig met het vervolmaken van die theorie, die begon met een studie aan de VU. In feite is het een schema dat alle bekende fysische deeltjes en alle organismen onderbrengt in één hiërarchische ordening. Operatoren, noemt hij de afzonderlijke elementen. ‘Een rangschikking van simpel naar ingewikkeld. Met zogeheten closures als grenzen tussen de ene en de andere klasse. Een soort periodiek systeem van operatoren.’ Jagers op Akkerhuis als de nieuwe Mendelejev.
Maar wat kun je ermee? Als elke wetenschappelijke theorie heeft de operator hypothese voorspellende kracht. ‘Dat was de grote verrassing: de rangschikking blijkt interne orde te hebben. Je kunt extrapoleren naar boven en beneden.’ Aan de onderkant betekent dat het grote niets. ‘Er komt niks na de quarks, de gluonen en al die andere elementaire deeltjes. Daaronder zitten geen eindige structuren meer.’ Het is dan ook spannend wat de zoektocht van de Large Hadron Collider in Genève oplevert. ‘Hopelijk vinden ze niks kleiner dan de quarks, want dan kan mijn schema de prullenbak in.’ Aan de bovenkant van het spectrum komt onvermijdelijk de robot. Het kunstmatige brein, dat in alle opzichten superieur is aan de mens. En dat brein gaan wij zelf maken. Evolutie voorbij Darwin.

Re:ageer