De wispelturigheid van de natuur

Eind maart verscheen er een studie waaruit bleek dat een virus, Lambda genaamd, een van de centrale genetische ‘dogma’s’ aan zijn laars lapt. Op de schoolbanken leer je immers dat elk gen, bestaande uit DNA, voor een code staat. Vervolgens wordt deze via een complex biologisch proces omgezet in een specifiek soort eiwit. Dat eiwit kan dan door het organisme worden gebruikt. De regel is dat elk stukje code met één proteïne overeenkomt. Het Lambda-virus volgt deze regel echter niet, en lijkt in staat te zijn om meerdere eiwitten uit hetzelfde stukje code te halen.

Dit feit is verbazend. Moeten we onze handboeken dan herschrijven? Is onze kennis van de moleculaire biologie achterhaald? Bij biologen zie je vaak een andere reactie. De geschiedenis van de biologie zit vol van uitzonderingen die de meest elegante principes van de biologen schenden.

Een goed voorbeeld uit de moleculaire biologie is het ‘centrale dogma’, in 1958 geformuleerd door de beroemde bioloog Francis Crick. Dit principe stelt dat DNA enkel kan omgezet worden in RNA en RNA slechts in proteïnen. Het verbiedt een omzetting in de omgekeerde richting: proteïnen kunnen nooit worden omgezet in een DNA-code.

Al snel bleek de natuur inventiever te zijn dan de menselijke schema’s. Zo bestaan er zogenaamde ‘retrovirussen’, die precies in staat zijn om RNA te hertalen naar DNA. Ook zogenaamde prionen, vreemd opgevouwen eiwitten die onder meer verantwoordelijk waren voor de gekkekoeienziekte, volgen dat schema niet. Ze zijn in staat om zichzelf ‘voort te planten’ zonder dat er DNA of RNA aan te pas komt.

Een mogelijke repliek is dat virussen en prionen technisch gezien niet ‘levend’ zijn, aangezien ze te klein en niet complex genoeg zijn om in dezelfde categorie als levende organismes te vallen. In die zin zou het centrale dogma nog wel gelden voor al het ‘werkelijke’ levende (hoewel de grens tussen virus en bacterie niet altijd even duidelijk is).

Het zijn dit soort oplossingen die inderdaad de toon zetten in de biologie. Tegenvoorbeelden leiden niet tot een verwerping van het principe, maar eerder tot een nuancering: de wet blijft een handige leidraad voor de meeste gevallen.

Bestaan er dan geen universele wetten voor het leven? Regels, principes of eigenschappen die je in elk organisme kan vinden en die levende wezens onderscheiden van dode materie? Op zulke vragen zijn doorheen de geschiedenis van de biologie diverse antwoorden gegeven.

De Amerikaanse filosofe en historica Evelyn Fox Keller vertrekt in Making Sense of Life (2002) bijvoorbeeld van de volgende verwondering: door haar eigen achtergrond in natuurkunde, dacht ze in haar lessen biologiestudenten te imponeren met een reeks elegante wiskundige modellen over hoe levende cellen zich zouden moeten gedragen.

De studenten waren niet onder de indruk. Sterker nog, ze waren wantrouwig: kan je met zo’n abstract model niet alles aantonen? Zijn er niet altijd uitzonderingen? Is het geen hoogmoed te denken dat de menselijke verbeelding alle pistes van het leven kan voorspellen?

Hetzelfde wantrouwen vind je zelfs terug bij Crick. In zijn autobiografie Geniaal Gekkenwerk (1988) schrijft hij bijvoorbeeld: “Elegantie en grote eenvoud, vaak uitgedrukt in zeer abstracte wiskundige formules, zijn nuttige gidsen in de fysica, maar in biologie kunnen dit soort intellectuele principes zeer misleidend zijn.” Waarom? Wel precies omdat evolutie een heel wispelturig proces is, dat altijd wel voor uitzonderingen zorgt.

Tegelijk toont Keller aan dat er tegengeluiden zijn geweest. De Britse wiskundige Alan Turing schreef bijvoorbeeld in 1952 een beroemd artikel waarin hij precies tracht aan te tonen dat de eigenschappen van een cel kunnen worden afgeleid uit enkele simpele chemische wetmatigheden. Maar zulke abstracte benaderingen van biologie hebben nooit de aandacht gekregen die ze verdienden. Ze werden vaak niet weerlegd, maar simpelweg genegeerd.

Wat je in de recente decennia echter kan waarnemen is dat ambities zoals die van Turing sterker op de voorgrond komen. In de nieuwste ontwikkelingen binnen de moleculaire biologie wordt de zoektocht naar ultieme wetmatigheden van het leven weer opgenomen. Keller schreef dan ook precies haar boek om uitdrukking te geven aan deze verschuiving.

In de jaren 80 kwam bijvoorbeeld al de discipline ‘Artificial Life’ tot stand, geïnspireerd door de opkomst van de computer. Apologeten van deze discipline geloofden dat computers ons voorbij de wispelturigheid van de natuur zouden brengen. Met computers kan je totaal andere vormen van leven simuleren, voorbij de toevalligheden van het leven op aarde. Het einddoel is een ‘universele biologie’ geldig voor elke vorm van leven, eender waar.

Synthetische biologie is een recenter voorbeeld. Terwijl bovenstaande wetenschappers hun geld zetten op computersimulaties, voegen synthetische biologen daar ‘materiële simulaties’ aan toe. Ze proberen via de scheikunde alternatieve vormen van leven in elkaar te steken in het laboratorium. Een aantal van hen geloven dat ze via het heropbouwen van het leven in een laboratorium de algemene biochemische principes kunnen achterhalen.

Het zou zelfs een licht kunnen werpen op de oorsprong van het leven, dat van een historische vraag transformeert in een experimenteel probleem: kan de wetenschap de overgang van dode materie naar een levend organisme in het laboratorium nabootsen?

Hun eerste resultaten lijken het geloof in zulke biochemische wetmatigheden paradoxaal te ondergraven. Zo zijn wetenschappers er al in geslaagd het DNA-alfabet uit te breiden met nieuwe letters. Het idee dat al het leven geketend is aan een vast DNA-alfabet met vier ‘letters’ (A, C, G en T), blijkt niet te kloppen. Het lijkt chemisch mogelijk te zijn deze letters te vervangen door alternatieven, of zelfs uit te breiden.

Voor de synthetische biologen betekent dit alvast niet een einde van hun geloof in deze achterliggende principes. Het toont voor hen slechts aan dat de principes op een nog fundamenteler niveau schuilgaan. Ze blijven dus vlijtig verder zoeken. Maar tot dusver lijkt de natuur ze nog altijd qua creativiteit een stapje voor te zijn.