07 March 2018

Over het boek Naar alle onwaarschijnlijkheid. Toeval in de wetenschap en filosofie van Klaas Landsman (1)

Klaas Landsman (2018)
Naar alle onwaarschijnlijkheid.
Toeval in de wetenschap en filosofie

Theoretisch fysicus prof Klaas Landsman schreef een fascinerend boek over toeval in de natuurkunde, kosmologie, evolutie, filosofie en religie zoals niemand anders in Nederland het had kunnen doen.

fine tuning

Na een inleidend hoofdstuk over het begrip coïncidentie begint Landsman met het idee Fine Tuning van de kosmos voor het leven. Om dit op een wetenschappelijk verantwoorde manier te kunnen doen, behandelt hij eerst de Algemene Relativiteitstheorie, het Standaardmodel van de deeltjesfysica en kosmologie. Dit is voor een bioloog zonder meer een pittig hoofdstuk. De dierentuin van elementaire deeltjes, met o.a. down-quark en up-quark, is voor mij duizelingwekkend zelfs angstwekkend ingewikkeld. Een bioloog hoeft dit allemaal niet te begrijpen om zijn werk te kunnen doen [2]. Wat van belang is dat wij ons leven te danken hebben aan x fundamentele constanten die zo onwaarschijnlijk precies zijn 'afgestemd' dat atomen, moleculen, sterren en planeten zijn ontstaan. Nemen we dit soort conclusies aan, dan weten we voldoende om de rest van het verhaal te kunnen volgen.

Het hoofdstuk over Fine Tuning vond ik zeer de moeite waard. Ik heb in het verleden veel over het onderwerp gelezen, maar de aanpak van Landsman is origineel. Hij maakt een verhelderende maar compacte analyse van Fine Tuning, verwerpt uiteindelijk zowel Fine Tuning als het Multiversum (!) en met name de conclusies die men er doorgaans uit trekt, omdat ze beide op een aantal denkfouten berusten. Dat doet hij niet zomaar. Hij geeft het idee Fine Tuning een kans. Hij vraagt: wat als Fine Tuning toch een zinnig concept zou zijn? Wat kunnen we dan van Fine Tuning leren? Het is voor mij een hoofdstuk dat ik zeker vaker zal lezen. Er wordt het nodige denkwerk vereist. Mijn gevoel is dat hier een gezaghebbende bespreking van Fine Tuning op tafel ligt.

natuurkunde

Klaas Landsman
Toeval is niet altijd een onderdeel van natuurwetten geweeest: Newton's wetten waren deterministisch. Boltzman introduceeerde toeval in natuurwetten. Einstein introduceerde als eerste toeval in de kwantummechanica. Het aardige van de uiteenzetting van Landsman is dat het niet als kant-en-klare theorie wordt gepresenteerd maar als een historische ontwikkeling met veel onzekerheden en (persoonlijke) controverses. Het blijkt dat Landsman werkt aan een oplossing voor de Schrödingers kat paradox. Dat behoort tot zijn vakgebied Foundations of Quantum Theory.


evolutie

In het hoofdstuk 'Toeval in evolutiebiologie' behandelt Klaas Landsman de rol van het toeval in evolutie. De rol van toeval wordt goed belicht, maar gaat enigszins ten koste van de rol van natuurlijke selectie. Bijvoorbeeld: neutralisme (whistleblower Kimura) vind hij erg belangrijk en fascinerend. Over het neutralisme van Kimura schrijft hij: "bracht hem tot de ketterse conclusie dat de klassieke darwinistische selectie via het recht van de sterkste nauwelijks een rol speelt in de evolutie... " [1]. Dat er later correcties (afzwakkingen) van Kimura's model zijn gekomen staat niet in de hoofdtekst, maar zet hij in een eindnoot (33).
Landsman noemt ook Stephen Jay Goulds 'rewinding the tape of life' [10] die uitstekend past binnen het thema toeval in evolutie.

De rol van toeval in evolutie heeft voor Landsman een speciale betekenis. In de epiloog schrijft hij: "Ook evolutie vind ik fascinerend omdàt het proces door toeval wordt aangestuurd" in plaats van dat het een voorgeprogrammeerd, deterministisch, doelgericht proces is. Voor hem betekent het dat evolutie een open-einde-proces is, dat nieuwe dingen kan voort brengen. Dus toeval heeft bij hem in dit verband een positieve betekenis. Dit contrasteert hij met de christelijke visie waarin alles doelgericht moet zijn.

Landsman noemt geen literatuur die de rol van toeval relativeert zoals convergentie [4]. Convergentie is het meerdere malen onafhankelijk ontstaan van dezelfde aanpassingen in diverse families in de Tree of Life. Het oog is een goed voorbeeld. Het beeldvormend oog met lens is niet minder dan 50 tot 100 maal ontstaan in de evolutie. D.w.z. het oog van alle hedendaagse organismen is niet via gemeenschappelijke afstamming van een verre voorouder afkomstig, die toevallig de juiste mutaties had. Toeval sluit dus niet uit dat evolutie meerdere malen dezelfde aanpassing voortbrengt. Je zou kunnen zeggen dat het ontstaan van het cameraoog onvermijdelijk was.
Verder heeft mathematisch bioloog Stuart Kauffman [3] betoogd dat het ontstaan van het leven in het universum geen toevalligheid is maar onvermijdelijkheid.

Nergens maakt Landsman fouten op het gebied van de evolutiebiologie, hij heeft de nodige literatuur geraadpleegd ([8], waaronder één leerboek [6]). Soms kwam ik een enkel boek tegen dat ik niet kende, maar de moeite waard lijkt (Chance in Evolution [7]). Bij sommige passages kan ik kanttekeningen plaatsen [5] [9]. De paragraaf 'De moleculaire structuur van mutaties' suggereert een uitleg van het mechanisme van mutaties op chemisch niveau. Maar dat is er niet. Toen hij het boek schreef kon Landsman nog niet weten dat chemische tautomerie van de bases A,T,C,G ten grondslag ligt aan mutaties in het DNA (zie mijn vorige blog Het is nu bewezen dat DNA noodzakelijkerwijs mutaties genereert. DNA mutability by design). Het zou goed passen in het betoog van een theoretisch fysicus [11].

In een volgende blog zal ik aandacht besteden aan het hoofdstuk 'Toeval en religie'. [12]

Noten

  1. Klopt niet helemaal: Kimura heeft het over DNA sequence niveau, niet morfologisch! Zie mijn review. Kimura was een whistle-blower en revolutionair; gooide een knuppel in het hoenderhok. De orthodoxe neo-Darwinisten waren de gevestigde orde en het doelwit van de aanval. KL laat zich een beetje meeslepen. Het ware beter dat zijn afzwakking niet in een noot maar in de hoofdtekst was terecht gekomen. Het 'recht van de sterkste' is een foute uitdrukking.
  2. Naar aanleiding van de uitspraak "beschrijvingsniveau van de fysica is irrelevant voor de mens". Speculatief: zou leven mogelijk zijn met atomen en moleculen zonder dat die weer uit nog kleinere deeltjes bestaan? Zijn die deeltjes echt nodig? Fotosynthese misschien? Gekscherend: het zal organismen een worst wezen hoeveel elementaire deeltjes er zijn, als ze maar voedsel, partner en een slaapplaats hebben. Misschien zijn ze nodig voor fysische processen in de zon en als je per se alles uit een oerknal wilt laten ontstaan.
  3. De populaire versie is: At home in the Universe. De wetenschappelijke versie is: The Origins of Order. Self-organization and selection evolution.
  4. Zie wikipedia artikel convergent evolution. Paleontoloog Simon Conway Morris heeft nogal aan de weg getimmerd met convergentie: Life's Solution. Inevitable Humans in a Lonely Universe; Fitness of the Cosmos for Life: Biochemistry and Fine-Tuning; The Runes of Evolution, How the Universe Became Self-Aware. Maar zie ook: George R. McGhee (2011) 'Convergent Evolution: Limited Forms Most Beautiful'.
  5. Ziekte van Huntington: hierbij speelt mee dat bij een veel voorkomende vorm van Huntington de ziekte verschijnselen pas optreden op oudere leeftijd nadat de drager zich heeft voortgeplant. Daardoor heeft natuurlijke selectie er geen vat op. We worden ouder dan vroeger. 
  6. Ridley (2004) 3d ed. textbook Evolution. Zie voor overzicht van moderne texbooks Evolution hier.
  7. Chance in Evolution. Edited by Grant Ramsey and Charles H. Pence (met bijdrages van specialisten)
  8. Han Brunner (2016) When Chance Strikes: Random Mutational Events as a Cause of Birth Defects and Cancer  
  9. Landman schrijft: "Mutaties moeten ooit een keer ontstaan en zijn van oorsprong dus altijd somatisch, " dat is een vreemd gebruik van het woord somatisch. In ieder geval zijn somatische mutaties evolutionair van minder belang. Het zijn mutaties in de geslachtscellen (germline) die impact hebben op de volgende generaties.
  10. S. J. Gould: 'rewinding the tape of evolution would not guarantee the re-occurrence of the human species' in zijn boek Full House. Volgens wikipedia: "Gould's thesis in Wonderful Life was that contingency plays a major role in the evolutionary history of life." (in Wonderful Life). Zie ook mijn review van Gould.
  11. In het Trouw interview komt hij héél dicht in de buurt: "Zo'n replicatiefoutje af en toe zit als het ware ingebakken in de structuur van het DNA, alleen de locatie is toevallig."
  12. Nog even geduld aub: ik ben voor de tweede (!!) keer geveld door het griepvrius! (11 mrt). Over fine tuning gesproken: het menselijk lichaam is niet gefinetuned om bestand te zijn tegen een extreem simpel virus!

Bronnen/Literatuur


8 comments:

Leonardo said...

Gert, Je vermeldt THE CHALLENGE OF CHANCE, van Landsman en Van Wolde, als bron. Dat boek heb ik ook in mijn bezit. Is dit nieuwe (Nederlandstalige) boek een vertaling daarvan, of een commentaar/aanvulling?

Marleen signaleerde mij jouw post.
Ik ga je bespreking in ieder geval lezen, en kom wellicht terug met een opmerking.

gert korthof said...

Hoi leonardo, nee dit boek is uitsluitend van Landsman zelf en is dus geen vertaling. Het is geschreven naar aanleiding van de 'Week van het toeval' twee jaar geleden in Nijmegen. "Landsman zat in de organisatie, kreeg daardoor een bredere interesse in het toeval, maar miste in het boek een bindende visie. Toen besloot hij dat allesomvattende boek over toeval dan maar zelf te schrijven" (Trouw). Marleen, bedankt voor de signalering!

harry p said...

Gert,

ik had Landsman tegelijk gekocht met (de vertaling van) Rovelli's l'Ordine del tempo
lees nu eerst dat boek uit voor ik verder ga met Klaas

grappig dat ze allebei het voorbeeld van het kaarten erbij halen- maar op een zeer interessant punt totaal van mening verschillen, zover ik nu kan zien


heb dus nu al een hoop vragen.

hoop nu maar dat je nu niet te snel een nieuwe blog begint want ik ga ook nog een weekje op vakantie, dan heb ik altijd weinig tijd om te lezen!

tot volgende week!


gert korthof said...

Harry, speciaal voor jouw en omdat ik nog aan het uitzieken ben van de tweede! griepaanval! :-( zal ik sowieso pas volgende week een vervolg publiceren! Prettige vakantie. PS: ik neem altijd boeken mee op vakantie! :-)

Marleen said...

Veel verwijzingen zijn naar relatief nieuwere boeken, maar ik wilde er toch even aan herinneren dat Jacques Monod’s boek, essai van een natuurfilosofie van de moderne biologie
uit 1971 de titel had:
Le Hasard et la Necessité
Ofwel
Toeval en onvermijdelijkheid en dat hij een van de eersten was die met deze termen speelde.
Staat er in jouw boek misschien een verwijzing naar Gert?

In zijn collectie van artikelen, gepubliceerd samen met Ellen van Wolde, eindigt hij zijn artikel over de fine- tuning van het Universum met de zin: “Our Universe has not been fine-tuned for life; life has been fine-tuned to our Universe.” Een zeer juist beeld van de werkelijkheid.

Aan het eind van dit deel wordt inderdaad Monod’s boek geciteerd.

gert korthof said...

Hoi Marleen. Ik ken het boek van Monod, ik heb het indertijd in Nederlandse vertaling gelezen. In de wikipedia staat: "He was also a proponent of the view that life on earth arose by freak chemical accident and was unlikely to be duplicated even in the vast universe. His very striking suggestion was that this accident may not have been simply of low probability but of identically zero probability, a unique event that will never be repeated".

Ik denk dat weinig wetenschappers hem dat tegenwoordig nazeggen. Ik denk dat de meesten aannemen dat er zoveel exo-planeten in het universum bestaan dat het bijna onvermijdelijk is dat er elders leven is.

En Klaas Landsman citeert uit Monod in het hier besproken boek: "Het universum was niet in verwachting van het leven, en de biosfeer evenmin van de mens."

Dat impliceert dat het ontstaan van het leven vrijwel niet toegankelijk is voor wetenschappelijk onderzoek en onverklaarbaar zal blijven en niet in het laboratorium na te bootsen is...

Marleen said...

Gert,

Het zou jammer zijn als de wetenschap zich liet weerhouden of ontmoedigen door het idee dat het leven slechts door een ‘freak chemical accident’ ontstaan zou zijn. Maar zelfs al zou het leven vaker kunnen ontstaan of ontstaan zijn in het Universum, dan nog zouden we dat nauwelijks kunnen bestuderen omdat het te ver van ons verwijderd zal zijn in tijd en ruimte en omdat de overgangen tussen ‘dood’ en ‘levend’ niet opgemerkt zullen worden.

Nick Lane vertelt in een van zijn lezingen dat micro-organismen zich wellicht kunnen ontwikkelen, ook al vergt dat een hoop geluk en tijd. Dat er zich meercellige organismen ontwikkelen waarbij de ene prokaryoot door de ander wordt opgeslokt en er mee in symbiose gaat (mitochondriën), houdt hij onmogelijk voor herhaling vatbaar. Het leven zoals wij dat kennen is volgens hem onmogelijk te vinden in het Universum.

Een erg mooi citaat van Monod door Landsman overgenomen.

We hadden ooit een discussie over de definitie van het leven met die van Patrick Forterre als referentie. De discussie is nog steeds niet gesetteld, ook omdat er steeds meer reuzen-virussen gevonden worden die beschikken over vrijwel alle codes en eiwitten om zelf eiwitten te fabriceren; vaak ontbreken de ribosomen - de reden waarom zij parasiteren op andere cellen. Men vraagt zich dus nog steeds en opnieuw af waar de grens tussen dood en levend nu eigenlijk ligt.

gert korthof said...

Marleen, allemaal uitstekende punten, maar ik wil graag een paar kleine kanttekeningen maken.

Origin of Life: ja we kunnen nooit meer nagaan welke historische gebeurtenissen tot het eerste leven hebben geleid (het fossiliseert niet!), MAAR zoals Addy Pross (2014) zegt: je moet scherp onderscheid maken tussen historische gebeurtenissen en herhaalbare verschijnselen in het lab die je experimenteel oneindig vaak kan herhalen omdat de natuurwetten hetzelfde zijn gebleven toen en nu.

Symbiotic merger: Ik ken de claim van Nick Lane, en ook Mark Ridley dat de endosymbiotic merger een uniek historisch ongeluk was. MAAR: er is een tweede merger: photosynthetic eukaryotes (green plants, green algae, red algae, diatoms, and many others ) all owe their ability to use sunlight to a second, super-important symbiogenetic merger. Dus is een merger geen unieke gebeurtenis. Lynn Margulis zal je vertellen dat het de gewoonste zaak van de wereld is :-)

Definitie van het leven: altijd boeiend. Ik vraag me af als het voordeel heeft voor een virus om groot te zijn, waarom zijn niet alle virussen groot? en als het voordelig is om klein te zijn, waarom zijn niet alle virussen klein? Ach, het zal wel hetzelfde zijn als met olifanten en spitsmuizen!
Dank voor je comments!