Enkele dagen geleden ging het hier (1) over een analogie tussen de onderwerpen van (aan de ene kant) het ontstaan van leven en (aan de andere kant) het evolueren van leven. Het ontstaan van het leven gaat over hoe uit simpele materie (moleculen en atomen) levende materie op het eenvoudigste niveau kon ontstaan: zeg bacteriën. Het evolueren van leven gaat over hoe uit heel eenvoudig leven (bacteriën) heel complex leven kan ontstaan: zeg mensen.
Voor beide geldt dat ze niet een probleem zijn in de zin dat ze iets onmogelijks zijn (“strijdig met de entropiewet”), want zoals we zagen: dat is niet zo. Ze zijn wel een probleem in de zin dat ze voldoende onwaarschijnlijk zijn om, als ze dan toch voorkomen, te willen weten hoe dat precies in zijn werk is gegaan.
Het verschil tussen beide onderwerpen is nu dat we voor de evolutie van leven een theorie met een werkend mechanisme hebben (2), terwijl we voor het ontstaan van leven geen theorie hebben. Hetgeen lezer Delirium destijds (zoals aangehaald in de post van enkele dagen geleden) deed besluiten dat het wachten was op het genie dat voor het ontstaan van leven zou doen wat Darwin voor het evolueren van leven deed.
Delirium drukte dat probleem voornamelijk uit in termen van entropie - waarover ik tenslotte zelf begonnen was. Soms vraag ik me echter af of we het probleem, inclusief de analogie tussen beide, niet ook kunnen uitdrukken in termen van pure wiskunde (lees: wat ik onder die term versta). Dat zou er ongeveer als volgt uitzien. Er bestaat een stuk getaltheorie die gaat over willekeurige variatie. Neem een gegeven hoeveelheid (zeg: "nul") die doorheen de tijd kleine wijzigingen ondergaat. Bijvoorbeeld per tijdseenheid neemt het met ofwel één eenheid toe of af. Dat geeft dan reeksen die er als volgt kunnen uitzien:
0,1,0,1,0,1,0,1... OF:
0,-1,-2,-3,-4,-5... OF:
0,1,2,3,2,1,0,1,2,3... enz.
Nu zie je meteen dat deze reeksen geen willekeurige reeksen zijn. De theorie zegt dat als je wel willekeurige reeksen neemt, de gemiddelde waarde van de reeks getallen in de buurt van nul blijft, maar de gemiddelde afstand van nul die je na een bepaald aantal pogingen krijgt zal groter worden naarmate je langer probeert. Dus nu kan onze reeks er bijvoorbeeld uitzien als volgt:
0, -1, 0, 1, 2, 1, 0, 1, 0, -1, -2, -1, -2, -3,...
Met de tijd zie je grotere (absolute) cijfers, maar in totaal zal je gemiddelde rond de nul blijven slingeren. (Iedereen is overigens meer dan welkom om correcties, specificaties of toevoegingen te geven – dit blog dient tenslotte gedeeltelijk om luidop over dit soort dingen na te denken. Probeer het wel zo te schrijven dat het ook voor geïnteresseerde maar ongecijferde leken leesbaar blijft, dank u.)
De laatste reeks beschrijft één aspect van evoluerend leven. Elke generatie zet nieuwe generaties op de wereld, die in kleine opzichten verschillen van de vorige. Dus kunnen ze een beetje complexer zijn, of een beetje minder complex, en die variatie is willekeurig. Maar als de getallenreeks de complexiteit van het evoluerend leven voorstelt, dan mist ons stukje wiskunde nog iets. Het mist dat er een ondergrens is aan de complexiteit die een biologische structuur moet hebben om levensvatbaar te zijn. Als een nakomeling van een organisme op het simpelst mogelijk niveau naar nog simpeler variëert zal die niet overleven, en zich dus niet voortplanten.
Dat heeft op dat stukje wiskunde een welbepaald effect. De gemiddelde afstand (van de reeks getallen) van een bepaald gemiddelde zal nog steeds fluctueren. Maar nu zal dat gemiddelde zelf met de tijd verder van het beginpunt weg bewegen. Het zal niet langer fluctueren rond nul, maar weg van de nul: in de richting van meer complex, dus. En dit omdat er een ondergrens is, puur abstract geredeneerd (3).
In dat geval kunnen we “zuiver abstract geredeneerd” een grafiek opmaken die een goede beschrijving is van de geschiedenis van het leven. Zeg dat de X-as de tijd voorstelt. Vanuit het nulpunt vertrekken twee lijnen: eerst dat gemiddelde dat geleidelijk van het beginpunt in stijgende lijn wegbeweegt. En de tweede grafiek, een heel stuk hoger, is de lijn die het meest complex organisme van dat moment voorstelt. Op die hoogste lijn kunnen sterke fluctuaties naar boven, of naar beneden voorkomen. Toen de dinosaurussen uitstierven, denk ik toch, kreeg die grafiek een serieuze knauw.
Tussen de lijn van “het meest complexe leven van dat moment” en het biologisch minimumpunt kan je de “oneindig veel lijnen” tekenen, van alle levende organismen op al die momenten. Zij stellen evolutionaire geschiedenissen voor van organismen die minder complex zijn dan het meest complexe. De overgrote meerderheid daarvan is zelfs nog steeds minimaal complex: de bacteriën. En als deze (of een soortgelijke) mathematische beschrijving een goede beschrijving is van de geschiedenis van het leven, dan hebben we die mathematische beschrijving onafhankelijk van de fysische (de evolutietheorie) beschrijving.
En nu is de vraag: is de toestand voor het ontstaan van het leven ook hier niet analoog? De chemie heeft ook een ondergrens: het atoom. Als bijgevolg met de tijd de gemiddelde complexiteit (of welk criterium ook relevant is) van combinaties van atomen stijgt, dan is het ontstaan van het leven misschien ook slechts één stap in dat proces van complexer worden? Kunnen we als hypothese stellen dat het ontstaan van leven een quasi noodzakelijke manier was om moleculen te blijven dragen, waarvan we mathematisch beredeneerd hadden dat ze gemiddeld wegbewegen van het nulpunt? Waarna het verder evolueren van dat leven vanzelfsprekend alleen maar een nieuwe stap in datzelfde proces was.
Dit is, ik geef het natuurlijk meteen toe, science fiction. Maar soms kan je, door duidelijk te maken wat je al van iets weet, iemand helpen inzien wat je nog meer moet weten, opdat je vorderingen maakt. Eeuwige dankbaarheid..., enzovoort.
--------------------------------------------------
(1) http://speelsmaarserieus.blogspot.com/2007/03/het-ontstaan-van-het-leven.html
(2) http://speelsmaarserieus.blogspot.com/2006/03/dingen-die-iedereen-zou-moeten-weten-3.html
(3) Voor dit stuk laat ik me uitvoerig inspireren door Gould, Life's
Grandeur, 1997, en Gould, Wonderful Life, 1991
2 opmerkingen:
Mijn visie op dit moment is dat je de zaken te platonisch opsplitst. Namelijk in leven met evolutie en voor-leven zonder evolutie. Met wat ik links en rechts heb opgepikt is er een tussenstadium waar we nog niet van leven kunnen spreken maar al wel van evolutie.
Er bestaan namelijk molecules die werkzaam zijn als katalysator in een reactie die als eindresultaat opnieuw een dergelijke molecule oplevert. Dat betekent dat de aanwezigheid van een dergelijke molecule de aanmaak van meer dergelijke molecules enorm versterkt.
Nu wat gebeurt er als we twee dergelijke molecules zouden hebben in een omgeving waar beide reacties mogelijk zijn? Dan zal de molecule met het beste autokatalyserend vermogen de overhand krijgen. Het enige wat we nu nog nodig hebben om van evolutie te kunnen spreken is dat er af en toe "fouten" gebeuren waardoor er varianten van die molecules ontstaan. En ik zie geen reden om aan te nemen dat dat niet het geval zou zijn.
Dat van die zwart-wit opdeling kan ik alleen maar erkennen. Maar ik vind het toch een goed hulpmiddel om mijn punt te schetsen. Het gaat me immers om het contrast tussen onze kennis van verschillende fasen van het proces.
Intussen is de veel meer genuanceerde visie die je schetst natuurlijk zeer interessant. Immers, hoe meer je juist geen zwartwit realiteit hebt, maar integendeel in kleine stukjes uitgesmeerde veranderingen, hoe meer we het ons als een materiëel proces kunnen voorstellen.
Een reactie posten