Biologie; De ongrijpbare complexiteit

J. JOOSSE (1930) was hoogleraar dierkunde aan de Vrije Universiteit te Amsterdam. Hij is voorzitter van de sectie biologie en van het clusterbestuur instituten levenswetenschappen van de Akademie van Wetenschappen

"In de biologie zijn de laatste jaren de verrassingen veel groter geweest dan de fantasieën van mensen die geprobeerd hebben voorspellingen te doen. Welke vragen onbeantwoord zijn gebleven is toch min of meer voorspellen wat er nog moet gebeuren en dat is een hachelijke onderneming.

"Een paar voorbeelden. De toepassing van de chemie en de natuurkunde in de biologie wordt nu vanzelfsprekend gevonden. Maar ik begon te studeren in de jaren dat de structuur van het DNA nog moest worden ontdekt. Voor die tijd speelde chemie helemaal niet zo'n belangrijke rol in de biologie. Maar neem nu de PCR-techniek (polymerase chain reaction) waarmee je één eiwitmolecuul uit een organisme kunt bestuderen. Of de patch-clamp techniek, waarmee je ionenstromen in een membraan kunt meten. Dat had toch niemand kunnen denken.

"Tot de grote vragen in de levenswetenschappen behoort de werkingswijze van de hersenen, die van de mens in het bijzonder natuurlijk. Wijzelf werken aan de hersenen van de poelslak en die zijn al zo ingewikkeld dat we ons steeds beperken tot een klein onderdeeltje ervan. Als we de werking van de hersenen zouden begrijpen, dan zouden we misschien wat kunnen doen aan de toenemende agressie, het gevolg van de toenemende dichtheid door overbevolking. We hebben er geen idee van hoe het komt dat de mens zich zo gedraagt bij toenemende dichtheden.

"Een tweede grote probleem is de ecologie. Hersenonderzoekers zeggen dat zij het ingewikkeldste levende systeem wat er is onderzoeken, maar ecologen leggen diezelfde claim. Het is erg moeilijk om een samenhangend ecologisch beeld te ontwerpen. Je kunt wel enkele samenhangen eruit lichten, maar hoe representeer je het geheel? Hetzelfde geldt voor de evolutie.

"In zijn algemeenheid is het grote probleem in de biologie de complexiteit, het netwerk van interacties. Je kunt het stratenplan van Amsterdam zien, maar begrijp je dan ook hoe het verkeer in de spits zich verplaatst? Met moderne hulpmiddelen kun je je veel gemakkelijker ergens een beeld van vormen dan vroeger. Neem een driedimensionale curve, die bevat zóveel informatie... Of met tomografie kun je series doorsneden zichtbaar maken.

"Maar toch blijft de vraag: kunnen we ons een beeld vormen hoe onze hersenen functioneren? Ik weet het niet, ik weet niet of dat kan. Veel mensen denken dat het antwoord is gelegen in een goed gelijkend computermodel, maar of dat werkelijk zo is... Waarom hebben de menselijke hersenen zoveel repeterende eenheden, wat is de functie daarvan, hoe interacteert dat? Het kleine stukje slakkehersenen waaraan wij werken valt al nauwelijks in beeld te krijgen, laat staan de menselijke hersenen.'

"Wie biologie gaat studeren doet dat vaak uit verwondering. Wat een mooi diertje is dat! Of: dat zo'n klein vogeltje toch eieren legt! De overgang van de student van verwondering naar willen begrijpen is heel groot en essentieel. Sommigen maken die stap nooit, dat zijn in mijn ogen de veldbiologen. De anderen komen vaak in de fysiologie terecht of in de biochemie. Je hebt gedragwetenschappers, die alleen willen weten hoe het gaat, maar die niet geïnteresseerd zijn in het binnenste van de black box.

"Ik ben indertijd begonnen met de slak. Ik heb altijd gedacht dat een slak zo sterk verschilt van de vertebraten, dat je geen overeenkomsten zou vinden boven het celniveau. Maar wat we nu hebben gevonden is dat een slak ook insulines heeft, die haast niet onderscheidbaar zijn van menselijk insuline! Insuline is dus kennelijk een heel oud molecuul. En diezelfde slak heeft ook een vasopressine, eenzelfde hormoon dat ook in onze hersenen zit. Er zijn dus genen die universeel voorkomen in het dierenrijk.

"Verwantschappen in de biologie zijn minder gemakkelijk vast te stellen dan je denkt. Het grote probleem in de systematiek is dat je je gegevens verzamelt bij bestaande soorten, aan de topjes van de evolutionaire boom, de uiterste twijgen. Maar hoe die twijgjes via takken en zware zijtakken naar de stam verlopen, dat weet je nooit zeker omdat zich dat nu eenmaal in het verleden heeft afgespeeld.'

"Voor mij was het een grote openbaring in het DNA-werk dat het genoom helemaal niet constant is. Het is gewoon een kokende soep, er is haast niets dat op zijn plaats blijft. Het knappe van een organisme is dat hij toch zo constant blijft. Bij ieder nieuw individu wordt weer geprobeerd om het te veranderen. Het nadeel daarvan is dat een enkel individu niet levensvatbaar kan zijn. Maar het voordeel is dat voortdurend wordt getest of het organisme wel optimaal is afgestemd op zijn omgeving.

"Jarenlang is de achting van fysici en chemici voor biologen vrij gering geweest. Ze zagen de grote variatie aan biologische objecten als een manco. Je kreeg bij metingen altijd een grote standaarddeviatie. En dan dachten ze: ach, die biologen, hè? Maar nu beseffen we dat die variabiliteit juist de essentie van het leven is. Dat moet je dus zien als een positief punt - dat een dier- of een plantesoort met een brede variatie aan eigenschappen erin slaagt om te overleven. Het is een overlevingsstrategie.'

Gelooft u dat ooit begrepen zal worden hoe een organisme aan zijn definitieve vorm komt. Dus dat alle cellen op de juiste plaats terecht komen en dat de vorm van organen constant blijft?

"Dat lijkt me in principe oplosbaar. Er wordt nu zeer geavanceerd onderzoek gedaan om de communicatie tussen de cellen te begrijpen. Er worden aan de lopende band nieuwe boodschapperstoffen gevonden waarmee de cellen elkaar beïnvloeden, veelal kleine eiwitmoleculen. De morfogenese maakt een enorme vlucht. Men denkt dat dit snel tot een inzicht zal leiden. Dit is een van de biologische vragen die spoedig opgelost zullen worden.'

Zou de vorm van een oog alleen het gevolg zijn van uitwisseling van boodschapperstoffen door nabuurcellen? Dat lijkt me nogal kras!

"Kras? Het woord kras gebruik je in de biologie alleen maar bij het zien van een eindresultaat. Als je een kind geboren ziet worden, waaraan alles het doet, een klein mensje al, als je dat ziet dan kun je alleen maar denken: dat is toch een wonder. Maar als je dat eindresultaat opdeelt in vele tussenstapjes, dan gelooft elke wetenschapper dat het wel verklaarbaar is. Dus van het oog kun je heel goed begrijpen dat een bepaald eiwitmolecuul de groei van de nabuurcellen remt en een ander molecuul juist andere cellen doet delen en zo voort en dat dat geheel de vorm van het oog bepaalt. Een tekort of een teveel aan een bepaald eiwitmolecuul kan erfelijk zijn, waardoor ook verklaard kan worden dat een bepaalde oogafwijking van ouder op kind overgaat.'

"Ik ben heel benieuwd wat het menselijk genoom-project gaat opleveren. Zoals het er nu naar uitziet wordt het gewoon opgevat als een grootschalig sequence project. Ik was toevallig in Cold Spring Harbour waar Watson werkt toen men het project lanceerde. Hij zei: het is voornamelijk een managementprobleem, hoe krijg je voor elkaar dat de verschillende laboratoria dezelfde standaarden aanleggen, de juiste plekken bekijken. Eenzelfde managementprobleem als Schwarzkopf in de Golfoorlog had.

"Maar waarom niet het complete genoom van Escherichia coli onderzocht of van Drosophila? Dat zou biologische gezien veel zinvoller zijn. Daar weten we veel meer van en we kunnen er proeven mee doen. Maar men neemt iets wat de politici aanspreekt. Net als het Apollo-project. Wat heb je eraan als je eenmaal op de maan bent? Ja, grondmonsters nemen, vlaggetje planten en nooit meer terug.

"Daarom ben ik wel eens bang dat het met het menselijk genoom-project net zo zal gaan als de decade van het kanker-onderzoek, een paar decennia geleden. Dat heeft weinig opgeleverd, het was te vroeg, moesten we achteraf vaststellen, we wisten toen nog te weinig van het DNA. Dat zou nu ook wel eens kunnen gelden voor dit project. Want wat weten we nu van genregulatie? We weten niet eens waar introns voor dienen.'