Dit is het derde deel in een reeks artikelen van de hand van prof. Bruinsma. Hier is het eerste, tweede en derde artikel te vinden.

NIET-REDUCEERBARE COMPLEXITEIT

Zelfs al zouden er winstmutaties bestaan, dan nog kunnen deze niet zonder meer leiden tot hoger ontwikkelde organen of organismen. Om nog één keer de voorzichtige Darwin te citeren:

Als aangetoond kan worden dat er een complex orgaan bestaat dat onmogelijk gevormd kan zijn door zeer vele opeenvolgende kleine veranderingen, dan zou daarmee mijn theorie afgedaan hebben (Origin of Species, p.154).

En dat is nu precies het geval. Een voorbeeld: je arm kun je alle kanten op bewegen, omdat je schouder een kogelgewricht heeft. Dat geldt ook voor je heup, maar gelukkig niet voor je knie, anders zou je hoogstens zwalkend kunnen lopen. Je knie heeft een scharniergewricht, zodat je onderbeen alleen naar voren en achteren kan scharnieren. Dat gewricht is erg complex, nog afgezien van knieschijf, kapselbanden e.d. Eigenlijk is de knie een scharnierend schuifgewricht, dat zowel kan rollen als schuiven. Met twee knobbels onder aan je dijbeen, die passen in twee holten boven op je scheenbeen, kan je knie buigen, maar in principe kunnen die twee beenderen daarmee ook langs elkaar heen glijden, waardoor je knie uit elkaar zou kunnen vallen. Dat wordt verhinderd door twee kruisbanden, die aan weerszijden aan beide botten vastzitten en binnen het scharnier elkaar passeren. Aanhechtingsplaatsen en lengten van die kruisbanden liggen geometrisch precies vast om zowel verrekking als uitglijden te verhinderen. Elke voetballer weet wat er gebeurt, als zo’n kruisband wordt beschadigd!

Welnu, een dergelijk systeem, waarvan hier alleen het principe is beschreven, kan onmogelijk geleidelijk tot stand komen. Het moet in één keer in alle onderdelen precies goed aanwezig zijn om te kunnen functioneren. Een organisme, waarin het kniegewricht onvolledig aanwezig zou zijn, ‘in de loop van zijn ontwikkeling van lager naar hoger’, zou zich niet kunnen voortbewegen, laat staan voortplanten. Dit is een voorbeeld van niet-reduceerbare complexiteit: de ingewikkeldheid van het systeem kan niet worden verminderd, onvolledigheid van één van de elementen maakt het hele systeem onbruikbaar, alles moet tegelijk en volledig in één individu aanwezig zijn. Een recombinant of een mutant die aan zo’n voorlopig, nog in ontwikkeling verkerend, onwerkzaam orgaan energie en materiaal zou verspillen, verliest de struggle for life.

Een ander voorbeeld. Op een van de tropische Hawaï-eilanden zag ik tot mijn verbazing een Goudplevier rondscharrelen, een landvogel uit het Noordpoolgebied. Hoe kon dat? Het blijkt dat deze pacifische soort, die leeft in Alaska en Oost-Siberië, zich daar in de poolzomer volvreet, ‘opvet’, tot zijn lichaamsgewicht met de helft is toegenomen (stel je voor, jij met je 60 kg zo’n 30 kg vet erbij!). Dan vliegt de Goudplevier naar het zuiden om aan de koude poolwinter te ontkomen; niet, zoals te verwachten van een vogel die niet kan zwemmen of drijven, langs de kustlijn van Amerika of Azië, maar recht de Grote Oceaan op. Door weer en wind koerst hij rechtstreeks op de minieme Hawaï-eilanden af, 4500 km over zee. Deze eilanden hebben vroeger nooit dichter bij de Noordpool gelegen. De Goudplevier vliegt 90 uur onafgebroken met 50 km per uur. Niet langzamer, dan duurt de vlucht te lang en wordt hij te moe; ook niet sneller, want dan verbrandt hij zijn vet te oneconomisch. Als je uitrekent hoe snel hij onderweg zijn vet verbruikt, moet dat ongeveer 800 km vòòr Hawaï opgebruikt zijn: plons. Dat hij het toch juist haalt, komt doordat de vogels groepsgewijs vliegen, als ganzen in een V-formatie die de luchtweerstand efficiënt vermindert. Welnu, zo’n gedrag kan nooit door een geleidelijke evolutie zijn ontstaan: als in dat vogelkopje nog maar één stukje informatie onvolledig zou zijn, zou er geen pacifische Goudplevier bestaan, hij zou òf doodvriezen in de poolwinter òf verdrinken in de oceaan: dat is niet-reduceerbare complexiteit.

Dit is een voorbeeld uit de oecologie, het ene uiterste van de biologie; interessant is ook de, uiteraard strikt gelijktijdige, aanpassing aan elkaar van geheel verschillende organismen als bijv. bloemplanten en de hen bestuivende diersoorten. Aan de andere kant van de biologie, de moleculair-biologische, is de genetisch gereguleerde enzymsynthese, die we al bij het ontstaan van het leven tegenkwamen, een goed voorbeeld van een complex systeem dat niet kan werken als één der elementen niet volledig ontwikkeld is. Dit principe van de niet-reduceerbare complexiteit vinden we in de gehele levende natuur, van bacterie tot mens, van eiwitsynthese en celdeling tot orgaanbouw en gedrag. De levende natuur is, in tegenstelling tot de levenloze, vol van zulke systemen, waarvan niet één element kan worden gemist zonder dat de gehele functie volledig uitvalt. Buiten de levende natuur treffen we deze niet-reduceerbare complexiteit alleen, maar dan ook veelvuldig, aan bij door de mens ontworpen systemen. Michael Behe, een Amerikaans biochemicus, die dit principe in 1996 formuleerde, gaf als voorbeeld een muizenval. Voor een doorsnee muizenval zijn zeven onderdelen nodig, zoals een plankje, een veertje, een haakje voor het stukje kaas, enz.; ontbreekt één van deze elementen, dan heb je geen muizenval, geen muis die er in trapt. Vaak zijn zulke door de mens ontworpen technologische constructies heel ingewikkeld en bevatten zij ook regulatiemechanismen die werken met mee- en tegenkoppelingen. Bijv. een meetapparaat stelt vast dat een vloeistofniveau te laag daalt; het geeft daarop een signaal aan een toevoerklep die dan meer opent, eventueel ook aan een afvoerklep die meer gaat sluiten. Nadert het niveau een bovengrens, dan geeft de meter tegenovergestelde signalen af, zodat een bepaald niveau binnen zekere grenzen wordt gehandhaafd. Het apparaat is zodanig af te stellen, dat de fluctuatie niet te groot wordt, maar ook niet te klein, anders gaan de kleppen klepperen en treedt te veel slijtage op. Bij plant en dier komen ook veel van zulke regelsystemen voor, die balansen in het lichaam moeten handhaven; zij zijn vaak van hormonale aard. Denk maar aan de regeling van bloeddruk, hartslag, spijsvertering, spierbeweging, slaapritme en immuunsystemen; of aan de kiemrust van zaden en de groei en veroudering van stengels, bladeren, bloemen en vruchten.

Johan Bruinsma (Amsterdam, 1927) studeerde van 1945-'52 biologie aan de universiteit van Amsterdam en promoveerde daar in 1958 op de stofwisseling van vetplanten. In 1958 kwam hij bij het Centrum voor Plantenfysiologisch Onderzoek in Wageningen, waarna hij van 1968-'89 hoogleraar plantenfysiologie was aan de universiteit aldaar. Sinds zijn wedergeboorte in de jaren '80 is hij lid van de Vrije Evangelische Gemeente te Bennekom. Johan Bruinsma is getrouwd, heeft drie getrouwde kinderen en acht kleinkinderen tussen 18 en 28 jaar.

Zie de huisregels welk commentaar wordt opgenomen!

Mede mogelijk dankzij