'Chemie en biologie zijn geen gescheiden werelden'

“Ik probeer niet het hele proces van niet-leven naar leven te omvatten, maar ik concentreer me op twee stappen in dat proces: voortplanting en evolutie. Iedereen is het er wel over eens dat die beide kenmerken essentieel zijn om te spreken van leven. Ik wil begrijpen hoe die processen op moleculair niveau werken, hoe is dat vermogen ontstaan? We weten dat voordat er leven was, er allerlei verschillende moleculen aanwezig waren en gevormd konden worden. Ik concentreer me echter niet op specifieke moleculen, maar ik kijk op een meer abstract niveau. Wat is er nodig om te zorgen dat verschillende moleculen samen grotere structuren gaan vormen die zich kunnen vermenigvuldigen en aanpassen? Voor mij draait het om chemische evolutie; wat betekent evolutie op het niveau van moleculen?”

Lijkt dat op evolutie zoals we die kennen uit de biologie?

“Ja, dat denk ik wel en ik probeer ook de principes uit de evolutionaire biologie toe te passen op chemische systemen. Chemie en biologie zijn geen gescheiden werelden, we maken allemaal deel uit van dezelfde realiteit en ik denk daarom dat dezelfde regels gelden. Het probleem is dat we die regels nog niet herkennen als we naar moleculen kijken.”

Kun je een voorbeeld geven van een principe uit de biologie dat je gebruikt?

“Soortvorming is een goed voorbeeld. We weten uit de evolutionaire biologie dat de beschikbaarheid en variatie in voedsel een belangrijke drijvende kracht is achter specialisatie en soortvorming. Als er maar een voedselbron is, zal de soort die dat voedsel het snelst en best kan verwerken, dominant worden. Voor andere soorten is dan geen ruimte meer. Maar als er veel variatie in voedsel is, is de kans groot dat er verschillende soorten ontstaan, omdat er meer ruimte is voor specialisatie en minder competitie voor die ene voedselbron. Denk aan de beroemde vinken met de verschillend gevormde snavels die Darwin beschreef.”

Hoe vertaal je dit naar het niveau van moleculen?

“Je gaat dan verschillende bouwstenen aanbieden die allemaal ringen en vezels kunnen vormen, ook in gemengde vorm, maar die verschillen in reactiesnelheid. De replicator die het snelst reageert en consumeert zal in eerste instantie dominant worden, maar wat gebeurt er als de voorkeursbouwsteen opraakt? Volgt er dan aanpassing of wint een andere replicator die misschien langzamer groeit, maar die minder kieskeurig is en met verschillende bouwstenen kan werken? Door steeds kenmerken en omstandigheden aan te passen hoop ik te ontdekken wat nou de meest bepalende factoren zijn om soortvorming te laten optreden.”

Waar baseer je je keuzes op? Hoe zorg je dat je modellen nog raken aan de chemische werkelijkheid?

“Het is geen volledige willekeur, ik baseer me op de data uit de chemische experimenten uit de groep van Otto. Dat is mijn uitgangspunt en dan kies ik replicatoren die wel iets verschillen van de bestaande, maar ook weer niet zo veel dat ze niet met elkaar zullen reageren. Daarin kun je wel geïnformeerde keuzes maken. Tegelijkertijd blijft het een keuze, dus je weet het nooit. Maar er is doorlopend uitwisseling tussen de experimenten in het lab en de resultaten uit mijn modellen, waardoor ik mijn schattingen en keuzes steeds weer kan verbeteren.”

Wat hoop je uiteindelijk te kunnen leren uit je modellen?

“Mijn ultieme doel is om de universele regels van evolutie te achterhalen.”

Dat is wel heel ambitieus.

“Ja, en dat zal ook niet zomaar lukken. Mijn project loopt nog twee jaar door en ik hoop in die tijd te leren wat je nodig hebt om bijvoorbeeld in een systeem met tien verschillende replicatoren de condities zo te kiezen dat uiteindelijk vijf soorten ontstaan en zich verder ontwikkelen. Als het me lukt om te voorspellen welke experimentele omstandigheden je nodig hebt om zo’n resultaat te bereiken, zou dat echt een enorme stap zijn.”

&list=PL9XlXqAu3_5HK17hWIEXPuNUfvjjfX9z7&index=7&t=0s