NRC Handelsblad, 6 Juni 1987 — De portier bij het hek van het Max Planck Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen trekt even zijn wenkbrauwen op wanneer ik naar de heer Eigen vraag. “Proféssor Eigen,” corrigeert hij met nauwelijks waarneembare nadruk, “zit daar”, en hij wijst naar een zakelijk gebouw achter op het terrein.
***
Het Institut ligt als een betonnen kasteel te midden van zwierige heuvels. Het is zeer groot, en heeft een wereldnaam – evenals Eigen zelf die in 1967 de Nobelprijs voor Scheikunde ontving wegens zijn verdiensten bij het onderzoek naar de snelheid van chemische reacties, de zogenaamde relaxatiemethoden.
De snelste weg naar Eigen voert merkwaardigerwijs door de afdeling ‘Afgifte Goederen’, waar een werkzame sfeer heerst. Ik dwaal via enkele gangen vol Biofysische apparaten, met levende Biofysici daarachter. Dit is de wereld van Kennis en Vernuft, en ik sla een blik op het apparaat dat mij aan het einde van het gesprek door Eigen als de Evolutiereactor wordt geopenbaard.
Manfred Eigen, net 60 jaar geworden, js minzaam en klein. Hij vertelt dat hij sedert zijn 18de in Göttingen woont en studeert. Direct na de Tweede wereldoorlog ontsnapte hij uit krijgsgevangenschap en wandelde van Salzburg naar Göttingen om daar les te krijgen van legendarische natuurkundigen als Max Planck en Werner Heisenberg. In deze dynamische populatie gedijde Eigen voorspoedig, en ondanks vele aanbiedingen van Amerikaanse universiteiten is hij Duitsland trouw gebleven.
Hij houdt zich nu bezig met bepaalde aspecten van de populatiedynamica, in het bijzonder op het gebied van de evolutie van macromoleculen.
Het Spel
In 1975 verscheen zijn boek Das Spiel, dat volgende week onder de titel Het Spel in bet Nederlands verschijnt. Het handelt over toeval in relatie met natuurwetten, en biedt de lezer onder meer aan de hand van enkele bordspelen een cursus dobbel-zelf-statistiek, die tot verhoogd inzicht kan leiden bij het nadenken over natuur, evolutie, sociale structuren , taal en muziek. Het kan zonder moeite worden bijgezet in de reeks boeken over natuurwetenschappen die niet (alleen) over natuurwetenschappen gaan – de bekendste representant hiervan is het boek Gödel, Escher, Bach van Douglas Hofstadter.
— Wat wilt u met ‘Het Spel’ uitleggen?
“Ik wilde uitleggen dat alles wat ‘in het echt’ gebeurt, een samenspel is van ‘kans’ en ‘noodzakelijkheid’, om maar eens de titel van bet beroemde boek van Jacques Monod aan te halen. Monod was een goede vriend van me, we discussieerden veel over evolutie maar waren het nooit helemaal met elkaar eens, want ik vond dat hij te vee! de nadruk op het aspect ‘kans’ legde. Ik weet zeker dat in de biologische evolutie de ‘selectie van de best aangepaste’ wordt geïnduceerd door kans, maar kans is zeker niet het proces zelf. Het proces van evolutie wordt gereguleerd door natuurwetten.”
— Wat is een natuurwet?
“Wanneer een molecuul in een hogere energietoestand komt, spreek je over een kans daartoe, die betrekking heeft op dat ene molecuul. Maar wanneer je naar vele moleculen tegelijk kijkt kun je het gemiddelde van die kansen berekenen, en dan ontstaat er een natuurwet. Die wet gaat altijd op, en daar verandert die ene kans van dat ene molecuul niets aan.
“Vergelijk het met mijn dood. Ik weet niet wanneer ik dood ga, en u waarschijnlijk ook niet. Maar onze levensverzekeraar weet dat precies, want die neemt de dood van duizenden mensen als gemiddelde, maakt enkele statistische sommen en wordt vervolgens rijk!
Deterministisch
“Wat ik nu wilde aantonen is dat een dergelijke gedachtegang ook opgaat voor bijvoorbeeld de biologie. Ik geloof niet dat de biologie volledig deterministisch is, volledig bepaald. Er zijn in de biologie sommige wetten die zeer sterk door kans worden beïnvloed. Bijvoorbeeld wanneer een kansproces zichzelf versterkt – een amplificatie van wat er gebeurt, bijvoorbeeld bij een bevolkingsexplosie.”
— En u simuleert dat met een dobbelsteen plus wat spelregels.
“Dat achten we een geschikte methode. Je gooit met een dobbelsteen, dat genereert de kans. Je kan zitten broeden op verschillende spelregels. Ruthild Winkler, de mede-auteur van dit boek, heeft die spelen ontworpen. We wilden heel duidelijk maken dat er verschillende manieren zijn om op een kans te reageren. Wij toonden aan dat alle natuurwetten vertaald kunnen worden in een spel, en deze spelen representeren dan ook echt de resultaten zoals we die in de natuur tegenkomen!
“Wij waren overigens niet de eersten die dat deden. Uw beroemde Paul Ehrenfest heeft in 1907 al het zogenaamde ‘Ehrenfest Urn Model’ opgesteld. Dat model toont aan: waar je ook met een ‘systeem’ begint, het bereikt na verloop van een aantal ‘zetten’ een evenwicht. Met dat spelletje begonnen we, en daarna ontwikkelden we de andere. We dachten: evenwicht, mooi, heel belangrijk in de natuur, maar kunnen we ook selectie of evolutie uitbeelden met een dobbelsteen en een speelbord? Ja, dat kon. Het bleek dat we de Ehrenfestregels eenvoudig maar hoefden om te draaien.”
Evolutie
— En toen?
“Toen kregen we een soort evolutie. Je speelt met een bord met 8 maal 8 velden, en een twee achtkantige dobbelstenen met ieder 8 getallen. De ene dobbelsteen duidt de coördinaat op de x-as aan, en de andere geeft de coördinaat van de y-as. Je gooit krijgt bijvoorbeeld het getal 4 en 7, dan tref je het veld met de coördinaten 4,7. Daar ligt een fiche op. Je hebt twee soorten fiches, blauwe en groene.
“Het spel van Ehrenfest gaat dan als volgt: als je een blauw fiche treft, haal je die er af en vervangt hem door een groen. Wanneer je begint met veel meer blauwe dan groene fiches, en ‘het systeem’ dus duidelijk uit evenwicht is, zal de kans een blauwe te treffen veel groter zijn dan als je een groene raakt. Dus zal je in het begin meer blauwe door groene vervangen, tot evenwicht wordt bereikt. Daar kom je niet meer uit, kleine fluctuaties daargelaten.
“Wanneer je deze regels omdraait en je zegt: ik haal niet de blauwe weg, maar ik verdubbel de blauwe ten koste van een groene, krijg je een ‘bevolkingsexplosie’ van blauw – een ‘sterkere soort’ groeit ten koste van een ‘zwakkere’. Als je het Ehrenfestspel met de Explosieregels combineert, krijg je echt iets dat op een natuurlijke selectie lijkt.”
— Welk spel vindt u zelf het leukst?
“Sommige zijn leuker te spelen dan andere, maar ik vind de eerste drie uit bet boek het aardigst, omdat ze ons het meest vertellen. Ik noem ze de basisspelen, die ons precies laten zien dat er drie en precies drie manieren zijn om op een kans te reageren. Ze heten: Dwaalvlucht, de Urn van Ehrenfest en Catastrofe.
“Stel dat bet speelbord zich in een bepaalde staat bevindt met een bepaalde verdeling van blauwe en groene fiches. In de ‘Urn van Ehrenfest’, zoals ik net uitlegde, ga je altijd naar een evenwicht tussen blauw en groen, de fluctuatie zal te niet worden gedaan. En ook: hoe groter de fluctuatie, des te sneller deze weer verdwijnt.
“‘Dwaalvlucht’ leert ons dat de natuur ook kan reageren met: niets doen. Laat maar fluctueren! En ook dit vinden we terug in natuurwetten, Albert Einstein heeft er mee te maken gehad.
“De derde heet Catastrofe, waarbij een fluctuatie versterkt zal worden. Bijvoorbeeld op macroniveau: hoe meer mensen hoe meer geboorten en daardoor dus nog meer mensen en nog meer geboorten. Ook kernreacties werken zo. Deze drie antwoorden heeft de natuur op een geboden fluctuatie. Alle andere spelen uit het boek grijpen hierop terug.
Club van Rome
— U hebt het boek 12 jaar geleden geschreven, dat was de tijd van de Club van Rome, grenzen aan de groei. Daar hebt u sommige spelen bij aangepast. Twaalf jaar later hebben we het over slimme automaten, genetische manipulatie, de kosmos. Zou in de Nederlandse versie niet een paar eigentijdse varianten ingelast moeten worden, een Big Bang spel of zo? Een spel met ontsnapte genen?
“De principes achter natuurwetten zijn niet veranderd, die staan nog recht overeind in het boek. We zouden wel wat nieuwe inzichten hebben kunnen geven, hoewel het meeste wat we nu weten er toch wel in staat.
“Een punt dat ik beslist uitgebreid zou hebben is een verhaal over het begrip ‘kans’ in de evolutie. Wat we nu weten, onder meer door werk wat we hier doen in het Instituut, is dat de kans om tot een zinnige – levensvatbare mutatie komen niet zo vreselijk klein is als bijvoorbeeld de astronoom Fred Hoyle postuleert. Die heeft de kosmos nodig om onze aarde met leven te bevruchten, het is de theorie van leven uit de ruimte. Maar wij menen zeker te weten dat de periode van oersoep tot eerste cel veel korter duurde dan tien jaar geleden werd aangenomen op grond van ‘zo maar’ kansen met elkaar vermenigvuldigen.
“Wij denken nu dat in minder dan een miljard jaar het leven op aarde zover was dat er en soort oercel was. De rest van de evolutie – van cel tot mens – duurde vier maal zo lang.
“Dat komt omdat we nu weten dat een bepaalde succesvolle mutant niet alleen staat, als een soort steile bergpiek in een overigens vlak ‘populatie-landschap’. Nee, deze ‘wildtype’ mutant is omringd met mutanten die sterk op hem lijken – die in het gebied van zijn DNA, waar het om gaat, ook gemuteerd zijn. De DNA-sequenties ter plaatse lijken zeer op die van het wildtype. Deze ‘stille mutanten’, die samen met het wildtype een ‘quasisoort’ vormen, groeien net zo snel of bijna net zo snel als de wildtype mutant .
“Ik stel nu, dat wanneer een bepaalde theoretische mutant, die bijvoorbeeld tien plaatsen verder op de DNA-streng zou moeten muteren om nóg succesvoller te worden dan het mij bekende wildtype, nooit zou kunnen ontstaan als hij helemaal uit het wildtype zou moeten muteren. Die kans is veel te klein. Maar als er in de ‘quasisoort’ een mutant voorkomt die al op plaats negen is gemuteerd, is de stap naar plaats tien veel kleiner.
“Denk hierbij weer aan het populatielandschap: er is dan geen sprake meer van een eenzame ‘wildtypepiek’ in een vlakte, maar van een glooiend berglandschap vol ondersteunende mutanten die de bergruggen vormen. En een nog hogere top – de theoretische mutant nummer 10 – hoeft niet helemaal door het dal, maar slechts door een klein kommetje in de bergrug beklommen te worden. Dit beeld van kansen in de evolutie zouden we aan het boek toegevoegd hebben.”
— Dus dat er leven is ontstaan is nog zo gek niet als we dachten.
“Het is nog altijd gek genoeg om ons te verbazen. Maar op het niveau van RNA en DNA begrijpen we voldoende om het na te doen in het laboratorium, in onze evolutiereactor.”
Tautologie
— Met dit denkbeeld suggereert u dat er een ‘sturend’ element in het evolutieproces om de hoek komt. Dus het product van evolutie is niet uitsluitend op het werpen van de dobbelsteen gebaseerd. Met andere woorden: evolutie is niet een tautologie, in de zin van ‘de overlevende overleeft’, of: ‘wat is dat is’.
“Je kunt van een spel zeggen: hij wint omdat hij wint. Daar is geen reden voor, behalve dat de dobbelsteen hem ‘liet winnen’. De kansen schiepen de voorwaarde dat hij volgens de gestelde regels won. Dat is een tautologie.
“Je kunt je zo’n vraag bij alles stellen. Waarom is de lichtsnelheid zo snel als de lichtsnelheid? Waarom is de constante van Planck zo groot als hij is? Dat zijn tautologische vragen: ‘Het is nu eenmaal zo’.
“Maar bij evolutie zie ik meer. Gegeven een planeet als de aarde, gegeven de chemie die we hebben, gegeven de natuurwetten: we kunnen voorspellen dat er iets als zichzelf reproducerende systemen uit voort zullen komen, en dan heb je een gen. Dat, samen met fluctuaties in de natuur – de kans – geeft de basis tot evolutie. Sterker: het kon haast niet anders dat er zichzelf reproducerende genen zouden ontstaan. En dat ging dan ook vrij snel zoals we konden aantonen.
“We kunnen nu zeggen: de survivor is niet alleen survivor zonder meer, we verklaren het logische van het ‘survivor-zijn’ in termen van het populatielandschap zoals ik dat schetste – met bepaalde dynamische parameters. Zo’n kwalitatieve uitspraak vind ik geen tautologie.
— U zegt: gegeven de planeet aarde, de natuurwetten. Iets als natuurwetten zijn toch ook geëvolueerd? Waarom is licht zo snel als zij is?
“Dat is heel moeilijk. Fysici denken dat sommige zaken echt fundamenteel zijn, en als ze dat niet zijn gaat dat ver buiten onze kennis. Maar je zou een vraagteken kunnen zetten bij zaken zoals de eenheid van elektrische lading, de massa van een elementair deeltje. In de eerste drie minuten na de Big Bang zal er wel van alles uitgeprobeerd zijn, dan spreek je van evolutie. Aan de andere kant denk ik dat er zeer weinig vrijheid in die keuzes zat, veel minder dan in de biologische evolutie.”
— Nu wil ik van u, als dobbelsteendeskundige, graag weten of God dobbelde of niet. Einstein zei dat hij dat NIET deed.
“Ik denk dat God wel dobbelde, en dat hij dat bovendien deed volgens de regels die hij eerst zelf had opgesteld.”
— The Big Randomizer?
“En de Big Ruler, ja. Sinds Kant weten we dat de wetenschap God niet kan bewijzen, maar de wetenschap kan ook niet zeggen dat hij er niet is.”
Belgen
— God is dan een gesloten systeem, dat zijn eigen regels stelt. Hofstadter denkt ook in ‘strange loops’; kent u zijn boek ‘Gödel, Escher, Bach‘?
“Ja, ik was er door geïnspireerd, maar ik moet er ook van zeggen dat ik het niet overal met hem eens ben. Bijvoorbeeld als hij gaat beweren dat de mens zijn eigen hersenen nooit helemaal zal kunnen begrijpen. Dat is niet waar. Ik kan met een heleboel recht zeggen dat ik uw hersens wel kan bestuderen en ook kan begrijpen.
“Hofstadter heeft het over gesloten systemen, in de zin van de Belg die zegt: alle Belgen zijn leugenaars. Dat is een probleem wanneer je Belg bent – als het systeem gesloten is – maar zodra we daarboven uitstijgen, kunnen we het probleem oplossen. Desnoods kijken honderd mensen naar uw hersenen, de wetenschap kun je zien als een ‘superbrain’.
— Kan wetenschap dan iets zeggen over wetenschap?
“Jazeker, want de hele wetenschap is ook een open systeem, dat verandert per minuut! De tekeningen van Escher – de hele gang hangt er hier vol mee – kun je ook oplossen als je zijn trucjes doorziet. Wat ik dan ook probeer is de meer dynamische staat van onze wereld benadrukken, het open systeem dat evolueert.”
— U hebt een plaat gemaakt, als pianist, met het symfonieorkest van Bazel, las ik. Wat is uw lievelingscomponist? De ‘aleator’ John Cage?
“Nee, ze zeggen dat ik Mozart als lievelingscomponist heb. Dat is ook wel zo, denk ik, maar ik houd van zeer veel componisten. Ik vind de muziek van Cage zeer interessant en ik vind de manier waarop hij werkt boeiend, maar ik ben niet altijd gecharmeerd van het resultaat. Maar u weet: zelfs Mozart dobbelde. Aan hem wordt een handleiding toegeschreven waarin hij uitlegde ‘Hoe iedereen, zelfs hij die niet muzikaal is, contradansen of anglaises kan componeren’. En dan geeft hij wat spelregels.
“Mozart was echt een genie. Weet u wat de Engelen in de Hemel deden? Die speelden Bach zolang God er bij zat, maar als God naar bed ging speelden ze lekker Mozart.”
Het Spel. Natuurwetten bepalen het toeval.
Bert Bakker, 1987.
ISBN 90 351 02 134