Waarom het leven natuurkunde is, geen scheikunde

In de geschiedenis van de wetenschap zijn er veel voorbeelden van eenvoudige perspectiefwisselingen die leiden tot diepgaande inzichten in de aard van de kosmos. De uitvinding van de telescoop is misschien een voorbeeld. Een andere is het besef dat chemische energie, thermodynamische energie, kinetische energie en dergelijke allemaal manifestaties zijn van hetzelfde spul. U kunt hier zeker uw eigen favoriete exemplaren aanleveren.

Een van de belangrijkste voorbeelden in de 20e-eeuwse wetenschap is dat biologie het resultaat is van evolutie, en niet andersom. Op die manier is evolutie als denken een proces, een algoritme zelfs; zij het met een onvoorstelbare kracht. Benut evolutie en er is weinig dat je niet kunt bereiken.

In de afgelopen jaren zijn computerwetenschappers begonnen de verbazingwekkende kracht van evolutie te benutten. Eén ding dat ze keer op keer hebben ervaren, is de blinde vooruitgang van de evolutie. Zet een genetisch algoritme aan het werk en het zal het evolutionaire landschap verkennen, op zoek naar lokale minima. Wanneer het er een vindt, is het niet zeker of het de best mogelijke oplossing is of dat het zich binnen een ontroerende afstand bevindt van een evolutionaire afgrond die een oplossing van een geheel andere orde van grootte vertegenwoordigt.

Dat duidt op de mogelijkheid dat het leven zoals het zich op aarde heeft ontwikkeld slechts een lokaal minima is in een enorm landschap van evolutionaire mogelijkheden. Als dat het geval is, bestuderen biologen een jammerlijk klein deel van iets groters. Veel groter.

Vandaag krijgen we een belangrijk inzicht in deze stand van zaken dankzij een fascinerend artikel van Nigel Goldenfeld en Carl Woese van de Universiteit van Illinois. Goldenfeld is een natuurkundige van opleiding, terwijl Woese, ook een natuurkundige, een van de grote revolutionaire figuren in de biologie is. In de jaren zeventig definieerde hij een nieuw koninkrijk van leven, de Archae, en ontwikkelde hij een theorie over de oorsprong van het leven, de RNA-wereldhypothese, die veel bekendheid of bekendheid heeft gekregen, afhankelijk van je standpunt.

Samen suggereren ze dat biologen op een radicaal nieuwe manier over hun vakgebied moeten nadenken: als een tak van de fysica van de gecondenseerde materie. Hun basisvermoeden is dat het leven een opkomend fenomeen is dat optreedt in systemen die ver uit balans zijn. Als je dit uitgangspunt accepteert, rijzen er meteen twee vragen: welke wetten beschrijven dergelijke systemen en hoe komen we eraan.

Goldenfeld en Woese zeggen dat de gesloten manier van denken van biologen over dit onderwerp wordt belichaamd door de uitdrukking: al het leven is chemie. Niets is minder waar, zeggen ze.

Ze hebben een interessante analogie om hun zaak onder de aandacht te brengen: het voorbeeld van supergeleiding. Het zou gemakkelijk zijn om naar supergeleiding te kijken en je voor te stellen dat het volledig kan worden verklaard door de eigenschappen van elektronen terwijl ze in en uit de buitenste atomaire orbitalen gaan. Je zou verder kunnen gaan en zeggen dat supergeleiding allemaal atomen en scheikunde is.

En toch is de echte verklaring veel interessanter en diepgaander. Het blijkt dat veel van de problemen van supergeleiding worden verklaard door een theorie die de relatie beschrijft tussen elektromagnetische velden en orde op lange afstand. Wanneer de symmetrie in deze relatie wegvalt, is het resultaat supergeleiding.

En het gebeurt niet alleen in materialen op aarde. Dit soort symmetriebreking doet zich voor op andere exotische plaatsen, zoals de kernen van quarksterren. Supergeleiding is een opkomend fenomeen en heeft weinig te maken met het gedrag van atomen. Een chemicus zou stomverbaasd zijn.

Volgens Goldenfeld en Woese is het leven als supergeleiding. Het is een opkomend fenomeen en we moeten de fundamentele natuurwetten begrijpen die het gedrag bepalen. Bijgevolg kan alleen een discipline die verwant is aan de natuurkunde zulke wetten onthullen en de biologie zoals die tegenwoordig wordt beoefend, valt niet in deze categorie.

Dat is een moedig en provocerend idee dat voor de nieuwste generatie biofysici misschien niet als een complete verrassing komt. Voor de anderen zou het een oproep tot wapens moeten zijn.

We volgen de resultaten met belangstelling.

Referentie: arxiv.org/abs/1011.4125 : Life Is Physics: Evolutie als een collectief fenomeen ver van evenwicht

zich verstoppen