“Als ik de werking van een auto onderzocht, zou ik een mutant willen vinden die ervoor zorgt dat de auto sneller gaat”

Hij begint er zelf over, direct nadat hij een korte, diplomatieke vergelijking gemaakt heeft tussen Engels en Nederlands bier: het is toch wel erg mooi om een Heinekenprijs te krijgen wanneer je zo’n beetje al je onderzoek doet aan de hand van gist.

“Maar,” preciseert hoogleraar microbiologie Paul Nurse wat later op de middag, “ons type gist vind je niet in bier, ik geloof dat ze het in Jamaica in de rum stoppen, en in goedkope Franse wijn kun je het tegenkomen.”

We staan dan over een paar petri-schaaltjes met ‘zijn’ gist gebogen, want tegen die tijd zijn we toegekomen aan een rondleiding door het laboratorium van het in het hartje van Londen gevestigde Imperial Cancer Research Fund, waarvan Nurse directeur is.

Een deur met een ruit waarvoor een heel klein luxaflexje hangt, is de enige scheiding tussen het lab en de werkkamer van Nurse, die op 27 september de dr. H.P. Heinekenprijs voor Biochemie en Biofysica ontvangt. In die werkkamer wordt de thee vanzelf met melk geserveerd, en praat Nurse (1949) met verve en vrolijkheid over de grondslagen van het leven.

Want daar komt het op neer. “Sinds 1973 – dat is al meer dan twintig jaar, vreselijk als je erbij nadenkt,” realiseert hij zich, “werk ik aan gist. En dat heeft één reden. Als student dacht ik: de basiseigenschap van alles wat leeft is dat het zich kan voortplanten. En de simpelste manier zie je bij een enkele cel. Die gaat van één naar twee cellen. Dat is een fundamentele eigenschap van het leven.”

“Ik ben dus geïnteresseerd in reproduktie. En indertijd dacht ik: als ik begrijp hoe dat gaat bij gist, dan wordt het makkelijker te snappen hoe het bij andere cellen werkt. Daar kreeg ik gelijk in.”

Een droom

Dat kun je wel zo stellen. Nurse zou een paar van de basismechanismen voor de deling van élke cel blootleggen, althans: elke cel waarin het kernmateriaal bij elkaar gehouden wordt door een kernmembraan, de zogeheten eukaryoten.

Alle planten en dieren (inclusief mensen) vallen daaronder, behalve blauwwieren en bacteriën. Dat zijn onderzoek zou uitdraaien op het vinden van heel algemene principes kwam voor Nurse niet helemaal onverwacht.

“Ik herinner me wel gesprekken daarover,” mijmert hij, “dat we dachten dat wat we vonden bij gist misschien wel relevant voor mensen zou kunnen zijn. Ik geloofde het niet echt, het was meer een droom, iets dat in de verte schitterde. Dat had ik wel vanaf het begin. Maar als je het rationeel bekijkt: zoveel geluk heeft een mens normaal gesproken niet.”

Het geluk zat hem onder meer in nieuwe technieken. Toen Nurse begon, moest het nog allemaal met de klassieke genetica gebeuren. Pas eind jaren zeventig, begin jaren tachtig werd het mogelijk afzonderlijke genen te identificeren, te isoleren. Maar voor het uitgangspunt maakt dat niet uit. Want als je wilt begrijpen hoe cellen delen, hoe begin je dan? Wel, daar waar het fout gaat. “Je zoekt mutanten”, zegt Nurse, “afwijkende cellen, die niet goed delen. Daar zit de sleutel.”

Levensvatbaar

En om te kunnen begrijpen op welk slot die past, moet er eerst iets verteld worden over de celcyclus. Nurse: “Om überhaupt van één cel naar twee te komen, moeten bepaalde dingen altijd gebeuren. Anders zijn die twee nieuwe cellen niet levensvatbaar. Het meest essentiële materiaal zijn de chromosomen, het erfelijk materiaal dat de genen bevat.”

“Bij iedere reproduktie heb je de volgende twee dingen. Ten eerste moet er van al die chromosomen een kopie worden gemaakt. Dat kopiëren of repliceren van het DNA heet de S-fase, waarbij die S – heel saai – voor ‘synthese’ staat. Daarna moeten die gerepliceerde chromosomen gescheiden worden, om er twee dochtercellen uit te laten ontstaan. Dat proces heet mitose, en we noemen dat de M-fase. Dit is niks nieuws, want dat was allemaal al tussen pakweg 1850 en 1950 beschreven.”

“Wat ik uiteindelijk vond was de sleutel voor het in gang zetten van die gebeurtenissen, én de sleutel die ervoor zorgt dat alletwéé die dingen, dus zowel de S- als de M-fase, optreden in elke celcycus.” Dat is een indrukwekkend eindresultaat, en Nurse wil heel graag vertellen over de weg daarheen, omdat je er zo prachtig aan kunt zien dat onderzoek zich slecht laat voorspellen.

Dat punt zit hem hoog, want hij komt er een paar maal op terug. Nurse is een directeur die niet wil dicteren. “Nieuwsgierigheid moet de drijfveer zijn”, zegt hij, “ik zoek goede mensen, en die laat ik hun neus achterna gaan. Je kúnt goed onderzoek niet afdwingen, je moet de creativiteit de ruimte geven, anders sterft die af. Da Vinci en Vermeer hadden ook niet een of andere commissie die ze vertelde wat ze precies moesten doen.”

En hij wijst naar het hoekje Italiaanse reprodukties en het hoekje Vlaamse en Hollandse kunst, die de muren van zijn kamer opsieren.

Hollen

“Het onderzoeksproces is interessant,” gaat hij verder, “ook al heb je achteraf altijd de neiging te hollen naar het eind. Hoe ging dat nou bij ons? Dat isoleren van die mutanten is een heel krachtig instrument. Er zijn héél veel genen die allemaal verschillende activiteiten in cellen reguleren.”

“Neem gist, dat heeft tussen de vijf- en de tienduizend genen. Dat is relatief weinig, maar toch een heleboel om in te gaan zoeken. Overigens heeft de mens er tussen de vijftig- en de honderdduizend [NOOT: het zouden er nog veel minder blijken te zijn, LK]. Dat is maar tien keer zoveel als gist, terwijl we toch graag denken dat we meer dan tien keer zo interessant zijn als een gistcel.”

“Maar goed. We verwachtten dat er een beperkt aantal genen verantwoordelijk was voor die celcyclus. Hoeveel? Het zouden er vast geen honderden zijn, maar iets tussen pakweg de een en de tien. Hoe identificeer je die nu?”

“Onze oorspronkelijke aanpak was de meest voor de hand liggende. Die was nuttig, maar niet doorslaggevend. Ik zocht naar mutanten die niet goed deelden, die niet in staat waren de S-fase of de M-fase te ondergaan. Daarmee vond ik tussen de vijftig en honderd genen die een rol speelden in die processen.”

“Dan heb je de spelers, maar welke zijn cruciaal? Daarvoor moet je een ander soort vragen gaan stellen. Ik vergelijk het wel eens met de werking van een auto. Stel dat je erachter probeert te komen hoe die werkt. Dan kun je allerlei defecten vinden die tot gevolg hebben dat een auto niet meer rijdt. Als je de wielen eraf haalt, of de motor eruit, dan doet hij het niet meer. Haal je daarentegen een deur weg, dan verandert er niet veel. Dus die methode levert wel wát informatie op, maar als je wilt weten waar het regelingsmechanisme zit, dan heb je er niet genoeg aan de auto te laten stoppen.”

Gaspedaal

“Als ik de werking van de auto onderzocht, zou ik een mutant willen vinden, een defect dat ervoor zorgt dat de auto juist sneller gaat. Op die manier zou ik bij het gaspedaal kunnen uitkomen, en erachter kunnen komen dat naarmate je dat pedaal dieper indrukt, de auto harder gaat rijden.”

“Dus in plaats van dat je eenvoudigweg de machine kapot maakt, probeer je hem op een andere manier te laten werken, een manier die iets onthult over de controle over het geheel. Dus ik zat op een gegeven moment mutanten te zoeken die sneller deelden dan normaal.”

“Cellen groeien altijd, maken massa, en als ze een bepaalde grootte hebben, gaan ze delen. Ik keek dus naar cellen die deelden voordat ze groot genoeg waren. Ongelooflijk simpel. Met behulp van die mutanten kon ik een heel beperkte set genen definiëren, die overlapte met mijn oorspronkelijke verzameling..”

“Zo. Nu heb ik het verteld alsof ik ervoor ging zitten en het van te voren allemaal zo bedacht had. Maar dat is niet waar. Wat ik eigenlijk deed was onder de microscoop zoeken naar cellen die niet wilden delen, en dus heel groot werden. Maar af en toe zag ik ineens een cel die bij een veel kleinere omvang deelde.”

“Pas toen ben ik de kleintjes gaan verzamelen, en kon ik er die logica van net op loslaten. De natuur had het in voorraad, en mij viel het op. Vandaaruit kon ik verder, en het bleek een cruciale stap te zijn. Langs deze weg vond ik een gen dat ik cdc2 noemde. Cdc stond voor ‘cel-delings-cyclus’, en het was toevallig het tweede gen dat ik identificeerde.”

“Zo gaat dat met die namen. Als je dat gen uitschakelt, deelt de cel niet meer. Een mutant van datzelfde gen versnelde het delen juist. Die heb ik een leukere naam gegeven: de wee-mutant. Ik werkte op dat moment in Schotland, en wee is Schots voor ‘klein’.” (en Engels voor ‘plasje’ en ‘piesen’, redactie)

Stomverbaasd

“Dat gen hadden we dus gevonden, en toen deden we totaal onverwacht een tweede ontdekking. Je hebt dus die twee belangrijke fases in de celcyclus: de S-fase en de M-fase, en dat zijn heel verschillende soorten gebeurtenissen. Je zou verwachten, dat is de normale gang van zaken, dat je genen hebt die belangrijk zijn voor het een, en weer andere genen die belangrijk zijn voor het ander.”

“Tot onze grote verrassing was ons gen belangrijk voor allebei. Ik was stomverbaasd.”

“Daar zat ik met dat cdc2-gen, en het was absoluut noodzakelijk voor de S-fase, maar het reguleerde óók het in gang zetten van de M-fase.”

“En uiteindelijk bleek het zelfs nog een derde belangrijke functie te hebben. Dat is iets lastiger uit te leggen. Kijk, een gistcel is niet erg opwindend. Hij heeft niet veel mogelijkheden.”

“Eentje is dus dat hij zichzelf kan reproduceren, maar hij kan als hij wil nog iets: samengaan, versmelten met een cel van de andere sekse. Dan ontstaat er wat in jargon een ‘diploïde zygote’ heet, die ook weer gaat delen.”

“Maar de beslissing om zich te vermenigvuldigen, op een van die twee manieren, moet op een bepaald moment in de cyclus genomen worden. Ik kwam erachter dat dat nét voordat dat cdc2-gen in werking trad gebeurde. Als ik, met behulp van een mutant, de zaak vlak voor de S-fase blokkeerde, dan ging de cel niet alleen die S-fase niet in, maar je bracht hem op die manier af van élke vorm van reproduktie. Ook die seksuele verbintenis ging hij niet meer aan. Al die eigenschappen bleken in één gen te zitten.”

Bak gistcellen

En vervolgens bleek dat ene gen ook nog eens overal in de natuur terug te vinden te zijn. Over de manier waarop hij daar achterkwam, kan Nurse plastisch vertellen: “Toen we eenmaal dat gen gevonden hadden, werd het belangrijk te weten hoe het precies werkte. Nou bestaat een gen uit DNA, en rond 1980 ontstond voor het eerst de techniek om stukjes DNA te isoleren en te klonen.”

“We hebben toen een boel tijd besteed aan een methode om het DNA dat we in een reageerbuis hadden, zover te krijgen dat het door een gistcel kon worden opgenomen.”

“En toen dat gelukt was, was het simpel. We namen een bak vol gistcellen met een defect cdc2-gen, die dus niet konden groeien, en ook niet konden delen. Daar kieperden we het in kleine stukjes gehakte DNA – misschien wel 30.000 fragmenten – overheen, en dan was het een kwestie van afwachten waar een kolonie nieuwe cellen zou groeien. Want daar had het correcte DNA (dat we ‘gemerkt’ hadden, zodat we het terug konden vinden) dan het kapotte stukje vervangen, anders zouden ze niet zijn gaan delen. In die ontstane kolonie hebben alle cellen het goede gen, en dat kun je dan weer terug isoleren.”

“Dat geeft een entree. Je kunt dan bijvoorbeeld de genetische code uitzoeken. Elk gen bestaat uit een lange aaneenschakeling van vier aminozuren: A,C, T en G. De volgorde daarvan is de code voor wat een gen doet. We hebben toen de hele volgorde van dat cdc2 uitgezocht, en dat was indertijd gloednieuw. Heb je die volgordes of sequenties eenmaal, dan kun je ze vergelijken met andere genen. Zo zijn we ook andere dingen op het spoor gekomen.”

Stoutmoedige gedachte

“Maar we wilden zo graag weten of wat we gevonden hadden ook ergens anders relevant voor was. Toen hebben we ons uit de naad gewerkt voor een bizar experiment, waarvan niemand dacht dat het zou werken, en iedereen zei dat het krankzinnig was. Inmiddels wordt het veel gedaan, maar toen was het een veel te stoutmoedige gedachte.”

“Namelijk deze: als er nou eens een menselijk gen was dat hetzelfde doet? Het enige dat we hoefden te doen om daar een antwoord op te krijgen was menselijk DNA nemen, dat op dezelfde manier als het gist-DNA in stukjes hakken en dat dan bovenop die defecte gistcellen leggen.”

“Het duurde even voor we dat konden, maar toen bleek het vrijwel meteen te werken. Daarna haalden we dat menselijk gen eruit, en zochten de sequentie uit. Die bleek heel erg op die van gist te lijken. Het menselijk gen kon het gistgen ook helemaal vervangen.”

“Ineens hadden we gistcellen gemaakt die konden groeien met een menselijk gen. We konden bestuderen hoe een menselijk gen werkte in gist.”

“En dat ene experiment laat al zien dat de basisbesturingsprocessen overal hetzelfde zijn. Dat is later ook zo uitgekomen, toen is men overal gaan kijken, en is dit een groot onderzoeksterrein geworden.”

“Maar dat was wel een fantastisch gevoel. Uiteindelijk is gebleken dat mensen niet één enkel cdc2-gen hebben, maar een kleine familie van waarschijnlijk drie aan elkaar gerelateerde genen, waarvan de een meer gespecialiseerd is in het in gang zetten van de M-fase, een andere is voor de S-fase, en de derde doet zoiets als ‘je ervoor klaarmaken’. Mensen hebben dus meer specialisatie dan gist, maar die drie genen kunnen elkaar wel vervangen.”

“Waarom? Daar kun je over speculeren, en het leuke is dat niemand kan bewijzen dat je ongelijk hebt. Misschien is het gewoon onze complexiteit. We hebben wel hetzelfde basisplan, maar we moeten op veel meer prikkels reageren, en onze cellen zijn veel diverser.”

“Als we ons snijden moeten cellen gaan delen, maar we willen niet dat onze neus tot in het oneindige doorgroeit. Dat is een erg gecompliceerd programma.”

Chemo-preventie

Het is duidelijk, wat Nurse doet is fundamenteel onderzoek van het zuiverste water. In hoeverre het toepasbaar is voor kankeronderzoek (hij werkt tenslotte voor het vrijwel geheel op giften draaiende Koninklijk Kanker Onderzoek Fonds) is nog lang niet altijd duidelijk, maar dat het verkeerd delen van cellen bij kan dragen aan kankervorming ligt voor de hand.

“Kanker is enorm ingewikkeld, want eigenlijk zijn het honderden verschillende ziektes,” zegt Nurse. “Ik denk er wel eens over na dat je misschien iets gemeenschappelijks kunt vinden als je genetische veranderingen als uitgangspunt neemt. Dan zou je ook eerder kunnen ingrijpen, chemo-preventie in plaats van chemotherapie toepassen.”

De trend in de hele biochemie is richting universele principes. Maar die geven nog niet altijd antwoord. Ook de vraag waarom zenuwcellen anders dan alle andere cellen niet kunnen delen “is wel al gesteld, maar nog niet beantwoord,” vat Nurse samen.

Het zijn ook anderen die eraan werken, Nurse heeft zich inmiddels op een nieuw basisprincipe gestort: hoe komen cellen aan hun vorm? Ook nu begint hij weer bij afwijkingen, weer in gist. Hij heeft al een paar types. We mogen ze onder de microscoop bewonderen: kleine rondjes, T-mutanten en bananen-mutanten. “Levende dingen moeten zichzelf organiseren in de ruimte en in de tijd. Ik wil weten hoe ze dat doen.”

Als Nurse dat uitvindt, zal hij nog een prijzenkast (“Nee, ik hou de deurtjes dicht, anders staat het zo protserig”) voor nog meer glimmende medailles en bekers moeten aanschaffen.

Nootje: Nurse won in 2001 met twee anderen de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde.

Op zoek naar het brein van de cel

Canada, Toronto, het Mount Sinai Hospital, tien uur ’s ochtends. Een man met een kratje vol paperassen en fotolijstjes komt het al half lege laboratorium uitlopen. Opgerolde mouwen, voortvarende pas, hier wordt driftig verhuisd. Maar de verhuizer lijkt wel erg op een foto die te zien valt op de Internet–site van het ziekenhuis waar we zijn.

Enigszins verbaasd laat hij zich tegenhouden bij de deur. Ja, hij is inderdaad Tony Pawson. Mensen uit Amsterdam? Voor de Heinekenprijs? Ach, dat is waar ook, totaal vergeten! 

Het blijkt allemaal niets uit te maken. Binnen tien minuten zitten we, met koffie, in Pawsons nog volkomen kale nieuwe werkkamer, en is hij begonnen aan een geestdriftig college. Hij begeleidt zijn verhaal met zoveel gebaren en schetsen op de geleende blocnote, dat zijn koffie er steenkoud van wordt.

Het gaat over de basis van alle leven: over cellen. Hoe die in elkaar zitten, op welke manieren ze met elkaar communiceren, hoe ze ‘weten’ wat ze moeten doen. De van oorsprong Britse prof.dr. Anthony James Pawson (1952) is hoofd van de afdeling Moleculaire Biologie en Kankeronderzoek van het Samuel Lunenfeld Onderzoeksinstituut dat in het Mount Sinai Hospital gevestigd is, en de winnaar van de dr. H.P. Heinekenprijs voor Biochemie en Biofysica.

Jongensachtig

Het komt allemaal doordat hij op school niet genoeg heeft opgelet, beweert de moleculair bioloog met een jongensachtige lach, die in het gesprek steeds zal opklinken. Pawson: “Ik wist niet goed hoe het hoorde, dat je geacht werd op een bepaalde manier tegen de interne organisatie van cellen aan te kijken. Toen ik in 1986 voor het eerst mijn onderzoek presenteerde voor collega’s stond er een gerenommeerde onderzoeker op – ik zal zijn naam niet noemen – en die zei: ‘Wat u zegt is ketterij! En als u gelijk heeft dan moeten we onze hele kijk op de biologie omgooien.’ Hij bedoelde het natuurlijk als kritiek, maar op dat moment dacht ik: hé, ik ben echt iets op het spoor.”

Inmiddels staan Pawsons bevindingen in alle leerboeken. In essentie komt het hierop neer: de doorgifte van informatie in cellen is niet simpelweg een kwestie van alleen een rechtlijnige opeenvolging van actie–reactie–actie–reactie enzovoort. Het lijkt eerder op een soort netwerk, of een spinneweb, waarbinnen min of meer eigenstandig opererende ‘modules’ een cruciale rol spelen. Maar om dat te snappen moeten we terug naar de oorsprong, zegt hij.

Kink in de kabel

Pawson: “We beginnen het leven allemaal als één enkele cel. Die moet groeien, delen, er moeten nieuwe cellen gemaakt en die moeten zich bovendien kunnen specialiseren, anders krijg je alleen maar een klomp. Het moeten bijvoorbeeld bloedcellen kunnen worden, zenuwcellen, levercellen en nog veel meer. Hoe ze dat doen, weten we niet. Dat is een van de fundamentele raadselen van de biologie.”

‘Wat we wel weten, is dat dat hele ontwikkelingsproces vraagt dat de cellen in ons lichaam met elkaar communiceren. Dat is een basisonderscheid tussen meercellige organismen – ook hele simpele – en bijvoorbeeld bacteriën en gist. En zoals met alle communicatie, binnen elke relatie gaat, ís er altijd de mogelijkheid dat er een kink in de kabel komt, dat de zaken niet goed overgebracht worden. Veel ziektes waaraan we lijden hebben daarmee te maken. Virussen bijvoorbeeld, kunnen dat communicatiesysteem als het ware inpikken en dan gebruiken voor hun eigen doeleinden.”

“Met die communicatie begint het aldus. Stel, je hebt twee cellen. Dan kan de één een signaalmolecuul loslaten voor de ander. Een eenvoudig voorbeeld is insuline – dat trouwens in de jaren twintig hier in Toronto ontdekt is –  maar er zijn tienduizenden moleculen die dit doen. De schatting is: ongeveer tien procent van alle proteïnen die gemaakt worden.”

En normaal gesproken zijn die signaalmoleculen proteïnen, ofwel: eiwitten. Pawson legt voor de duidelijkheid ook nog even uit hoe we daar ook alweer aan komen: “In de celkern zitten de chromosomen, dus wat we van onze ouders erven. Die chromosomen bestaan uit DNA–moleculen en ze zijn als het ware ‘onderverdeeld’ in genen. Nou doet dat DNA zelf niks, het draagt alleen informatie. De standaard-analogie is dat het een soort blauwdruk is, een code die vertaald kan worden in eiwitten. Elk gen maakt zijn eigen eiwit, en die doen alles. Als het DNA het bouwplan is, dan bouwen de eiwitten het huis kun je zeggen.”

Oren van de cel

“Wil nou insuline zijn doelcel bereiken, dan moet die doelcel zelf ook een bepaald eiwit maken: een insulinereceptor. Zonder receptoren, ‘ontvangers’,  kunnen cellen niet reageren op de boodschappen van andere cellen.”

“Receptoren zijn een soort oren van de cel. Ze zitten aan de buitenkant, en vormen de verbinding met de binnenkant, de celkern. Op basis van wat de kern ‘hoort’, reageert die. Hij gaat bijvoorbeeld groeien. Dit soort communicatie is van belang voor alle gewone fysiologische processen.”

En dat kan dus ook fout gaan. Een signaalmolecuul zet als het ware de aan/uit–knop van de receptor op ‘aan’. Hoe dat precies in zijn werk gaat, is een van de dingen die Pawson onderzocht heeft.

Maar het schakelaartje kan ook door andere oorzaken in de aan–stand terecht komen, en dat kan desastreuze gevolgen hebben. Door mutaties in een gen kunnen er bijvoorbeeld veel te veel receptoren aangemaakt worden, dan groeien ze in groepjes, en kan de volgorde van de aminozuren (waaruit alle eiwitten zijn opgebouwd) een subtiele verandering ondergaan, waardoor de receptoren op ‘actief’ worden gezet, ook al is er helemaal geen signaal geweest.

“Net of de cel stemmen hoort”, zet Pawson de communicatie-analogie door. Als het gaat om receptoren die de cel moeten aanzetten tot groeien en delen (dan heten die receptoren overigens ineens ‘groeifactoren’), dan krijg je dus ‘ten onrechte’ groeiende en delende cellen. Zo’n proces ligt vaak ten grondslag aan het ontstaan van kanker.

Beslissen

“Mutaties en andere catastrofes kunnen leiden tot allerlei afwijkingen, bijvoorbeeld in het afweersysteem,” zegt Pawson, “en natuurlijk hoop je dat een beter begrip van die dingen je ooit de mogelijkheid geeft erin in te grijpen. De vraag die wij stelden was: wat gebeurt er in een cel als die receptoren geactiveerd worden? En denk er daarbij wel aan dat een gewone cel heel veel verschillende signalen, uit verschillende bronnen ontvangt, niet alleen maar een insulinemolecuul ofzo.”

“Op de een of andere manier moet de informatie geïntegreerd worden, en moet de cel beslissen wat hij gaat doen, hoe hij zich wil gedragen. Dat roept de vraag op: is er een binnen die cel een informatieverwerkend proces? Of je kunt zeggen: wat voor ‘brein’ dat de informatie interpreteert, zit er in een cel?”

Daar begon iets van te dagen toen ze aan de slag gingen met een bepaalde groep receptoren, waar al het een en ander van bekend was. Pawson: “Die receptoren – insuline is er daar een van –  zetten aan tot een activiteit in de cel die we tyrosine kinase noemen. Tyrosine is een aminozuur, en de chemische samenstelling daarvan kan door kinases veranderen: die brengen er namelijk fosfaten op aan. Dat is de functie van alle kinases, het zijn groepjes enzymen, dus eiwitten die voor bepaalde typen chemische reacties zorgen.”

“Die veranderde samenstelling van tyrosine leidt tot een ander gedrag. En later komen dan andere enzymen de fosfaten er weer afhalen. Dat is dus zo’n schakelaar. En dat wisten we allemaal al in de jaren tachtig. Wij wilden weten: wat doen die fosfaten dan?”

Pawson kwam tot een vreemde ontdekking. Wanneer de receptoren waar het om ging in groepjes bij elkaar zaten, dan bleken ze vooral fosfaten aan te brengen op zichzelf. De gebiedjes op de tyrosine–aminozuren waar géén fosfaten zaten, bleken het belangrijkste doelwit van de kinases. “Het is bijna incestueus”, lacht Pawson. “De kinases brengen fosfaten aan op hun eigen tyrosine. Dat was een grote puzzel. En die bracht ons bij het SH2–domein.”

Legoblokjes

Het SH2–domein. De oorsprong van die weinig  tot de verbeelding sprekende naam zijn in de nevelen van de geschiedenis verdwenen, maar het is wel waar Pawson zijn roem en reputatie aan te danken heeft. Het bleek het eerste van een hele reeks domeinen of ‘modules’, en daarmee de eerste aanwijzing dat eiwitten die binnenin de cellen werken en die informatie overbrengen helemaal uit modules zijn opgebouwd.

Pawson vergelijkt ze het liefst met legoblokjes. “Stukjes die je er in hun geheel uit haalt, met een speciale functie, die ze ergens anders precies zo kunnen vervullen.” SH2 is een structuur die bestaat uit ongeveer honderd aminozuren, en heel veel eiwitten hebben zo’n domein.

Maar wat doet een SH2–domein dan? Pawson: “SH2 herkent tyrosine–aminozuren direct, dat wil zeggen, als er tenminste fosfaten op zitten. Die werken als het ware als een magneet, en creëren een ‘bindingsplaats’. SH2 komt er dus alleen op af als een receptor al geactiveerd is, en dat zet dan weer een keten reacties in de kern in gang. Dit is het type domein dat dingen bij elkaar brengt, maar je hebt er ook die chemische reacties tot stand brengen, bijvoorbeeld een domein dat we SH3 genoemd hebben.”

“Maar locatie is alles, net als op de huizenmarkt. De manier waarop informatie in de cel georganiseerd is, hangt uiteindelijk af van het bij elkaar brengen van eiwitten, en dat had niemand gedacht.”

Goede domein

“En er is nog iets. Dat lijkt even verwarrend, maar het is heel interessant. Die domeinen doen nog meer. Ze herkennen niet alleen de tyrosine–aminozuren met fosfaten, maar óók de paar aminozuren die direct na de tyrosine komen.”

“Je hebt verschillende SH2–domeinen, die allemaal gemeen hebben dat ze op die fosfaten op tyrosine afkomen, maar ze verschillen in hun mogelijkheden de aminozuren daarachter te herkennen. Dat geeft je ook een element van specificiteit: dit herkenvermogen zorgt ervoor dat alleen het goede domein aan de receptor zal binden. Dit is dus een soort code. Want of de receptor de ‘signaalroutes’ binnenin de cel al dan niet activeert, hangt af van de aminozuren die in de buurt zitten van dat tyrosine–met–fosfaten.”

“De verschillende domeinen ‘lezen’ dus informatie op de receptoren, en als wat ze zien ze bevalt dan gaan ze erop af. En dit is toch echt wel opwindend. Je moet natuurlijk niet overdrijven, maar het doet denken aan het aflezen van de genetische code in het DNA. Er zijn momenten dat ik denk dat we net zoiets te pakken hebben.”

“Het punt is namelijk ook dat je niet zo veel hebt aan het kennen van de lineaire volgorde van alle aminozuren. Die zitten op heel complexe manieren opgevouwen, maar die domeinen kunnen die lineaire informatie wél aflezen.”

Soortgelijke processen en mechanismen bleken zich overal voor te doen. Het aantal verschillende domeinen groeit nog steeds. Er blijken onder andere heel veel SH2–domeinen te zijn. Sommige reguleren groei, andere differentiatie en weer andere het metabolisme van de cel.

En de domeinen zijn de sleutel tot de manier waarop informatie verwerkt wordt door cellen. “Het gaat door een soort netwerk”, zegt Pawson, “of een web van eiwitten die op elkaar inspelen, en dat doen ze via die modules. Zo werkt het. Er zijn inmiddels heel veel voorbeelden van.”

Naar believen

“Dat je die modules op allerlei plaatsen kunt inzetten, is natuurlijk praktisch. Als je het vanuit de cel bekijkt dan is het net of die zegt: als je nou één ding zou willen, oké, maar als ik al die verschillende dingen tegelijk moet doen, dat wordt me te gecompliceerd, dan zet ik gewoon die kant-en-klare domeinen in. Het is een beetje een ruwe, maar wel doeltreffende aanpak. We sturen die modulen naar believen rond, naar daar waar ze gebruikt kunnen worden.”

“Ach, hoe werkt biologie? Je begint met een zootje, een zwarte doos, en je vraagt je af: zijn er fundamentele principes aan het werk? Ik denk dat dit er een is, dat dit ons vertelt wat de basismanier is waarop de dingen gedaan worden. En welke rol een dergelijk simpel principe speelt binnen complexe gebeurtenissen is de volgende vraag. Daar zijn we net mee begonnen.”

Pawson mijmert nog even door over zijn vak: “Biologische informatie is eindig. Het ligt natuurlijk voor de hand, maar niet iedereen had eraan gedacht. Momenteel wordt de volgorde uitgezocht van alle genomen, dus van al het DNA van een organisme. Van het bekende onderzoekswormpje de nematode weten we het inmiddels al helemaal, maar met de mens schiet het ook op.”

“Als je dat eenmaal hebt dan heb je in principe alle informatie die je nodig hebt. Het zou je dus ook alle eiwitten en alle modules moeten geven. Dat moet gebruikt worden om echt uit te zoeken hoe de cel in elkaar zit, en ook om ingewikkelder vragen te lijf te gaan. Hoe zorgt dit alles bijvoorbeeld voor biologische diversiteit, hoe stuurt het de vorming van de hersenen aan, of hoe laat het cellen op insuline reageren?”

‘Proteoom’

“Je kunt je voorstellen dat we naast het genoom uiteindelijk ook het ‘proteoom’  zullen kennen: de complete set proteïnen. Dat proteoom zal heel groot zijn, als je bedenkt dat elk gen meerdere eiwitten kan maken, en dat wij allemaal zo’n 80.000 genen hebben [NOOT: dat zou een veel te hoge schatting blijken, LK]. Aan die 80.000 ‘informatie-eenheden’ heb je sowieso niet genoeg. Wij hebben tien-tot-de-macht-twaalf zenuwcellen in onze hersenen. Daar komt je niet als elk eiwit of elke module maar één ding doet. Het móet in combinaties werken.”

Zenuwcellen zijn Pawsons nieuwe doelwit. Hij weet al dat het SH2–domein bij die cellen niet een directe verbinding met de celkern legt, maar contact maakt met het ‘skelet’ van de cel. En er zijn twee soorten signaalmoleculen: ‘aantrekkingsmoleculen’ en ‘afstotingsmoleculen’.

De rest gaat uitgezocht worden in het nieuwe laboratorium waarheen er net vandaag verhuisd werd. Dat lab mag ook rekenen op een deel van de Heinekenprijs.

“Het is een beetje een merkwaardige periode nu,” zegt Pawson, rondkijkend op de nieuwe verdieping, en met een mengeling van verbazing en melancholie in zijn stem. “Inmiddels is het allemaal zo geaccepteerd… Het is net of je een kind hebt dat door iedereen geadopteerd wordt. Tot voor kort vlogen we er meteen op af als iemand weer een nieuw domein ontdekt had ofzo, maar nu gebeurt er zoveel dat ik niet meer overal zelf achteraan kan. Dat is ook jammer.”

“Hoeveel vervuiling kan een systeem aan?”

Groene erwtensoep, zo ziet veel zoet water eruit in Nederland. “Het ecosysteem is echt veranderd”, zegt prof. dr. Riks Laanbroek van het NIOO in Nieuwersluis. Hij vertelt over hoe dat komt, en waarom het niet verandert, maar hij legt ook uit wat de aardappeltjes van het schedefonteinkruid hebben aan de woelende poten van de kleine zwaan. Het blijkt dat watervlooien vis die er niet meer is nog steeds ruiken, en dat een meer verkouden kan zijn.

“Er is van alles misgegaan met het zoete water in Nederland. Op veel plaatsen is het groene erwtensoep geworden. De stikstof- en de fosfaatlozingen uit de jaren zestig en zeventig, en nog een aantal andere dingen, hebben het ecosysteem echt veranderd.”

Prof. dr. Riks Laanbroek begint vanzelf middenin de zaken waar het in zijn dagelijks werk om draait: het onderzoeken van zoetwaterorganismen in hun onderlinge samenhang  en in relatie tot hun omgeving. Het bijbehorend jargon omvat twee woorden: ecologie, of onder vakbroeders ook wel oecologie (de term voor de wisselwerkingen tussen alle organismen en hun milieu) en limnologie (de natuurkunde, scheikunde en biologie van zoetwaterorganismen daarbinnen).

Laanbroek is sinds 1993 directeur onderzoek van het Centrum voor Limnologie, de Nieuwersluise afdeling van het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek (NIOO), waar ook het ‘hoofdkantoor’ van dit KNAW-instituut gevestigd is. In de tuin vol kastanjebomen, waar op de dag van het gesprek zon en mist aldoor om voorrang met elkaar strijden, staat nog steeds de prachtige oude villa Vijverhof, maar Laanbroeks werkkamer bevindt zich in het nieuwbouwgedeelte.

“Onze vraagstellingen liggen buiten”, zegt Laanbroek (46), “en daar vallen dingen op. Bijvoorbeeld dat het ecosysteem niet het vermogen heeft gehad zo te reageren dat het oude evenwicht hersteld werd. We zitten nog steeds met een algenplaag, of eigenlijk zijn het cyanobacteriën, die ook wel blauwwieren genoemd worden, al is het geen wier.”

“Die cyanobacteriën doen het heel goed op fosfaten, en door lozingen uit de agrarische sector, de huishoudens en de industrie zit de bodem daar vol mee. Dat fosfaat komt vrij, en is voedsel voor de cyanobacteriën. Maar die gaan op een gegeven moment dood, en zakken dan naar de bodem. In Nederland zijn er veel ondiepe meren waar de wind grote invloed heeft.”

“In de Loosdrechtse Plassen en het Tjeukemeer bijvoorbeeld, komt het water door de wind  in beweging, en krijg je opwervelingen die het licht wegnemen. Vroeger hadden we een stabiel ecosysteem met onderwaterplanten, maar we zijn nu naar een nieuw systeem gegaan, met grote hoeveelheden cyanobacteriën die het licht wegnemen, zodat er geen planten meer op de bodem kunnen groeien. Als je dat waarneemt dan raak je geïnteresseerd in de mechanismen die dat bepalen.”

Zout water

Want schoon zoet water is letterlijk van levensbelang. “De vraag ernaar wordt steeds groter,” legt Laanbroek uit. “Naarmate er meer mensen komen, is er meer zoet water nodig. Voor van alles. Niet alleen om te drinken en wassen en dergelijke, maar ook voor de industrie en voor agrarische activiteiten.”

“En er komen steeds meer problemen, ook in Europa. In Portugal en Spanje bijvoorbeeld, is de laatste jaren erg weinig regen gevallen. Als je dan toch aldoor het zoete water wegpompt, dan wordt het op een gegeven moment van onderaf weer aangevuld met zout water. Dat is daar nu aan het gebeuren. En in Hongarije en Slowakije zijn er problemen met de Donau, die vervuild is. Een duurzaam beheer van zoetwater-ecosystemen wordt steeds noodzakelijker. Binnen de EU zien ze dat nu ook. Daar zijn wij ook bij betrokken. Ik was laatst op een EG-vergadering, en in het volgende Europese onderzoeksprogramma – dat zijn die kaderprogramma’s – wordt zoet water een groot punt.”

“Om water te kunnen recycelen heb je kennis nodig van het ecosysteem, moet je de grenzen waartussen het zich beweegt kennen. Hoeveel vervuiling kan een systeem aan? Wanneer is de zaak nog terug te draaien? Om dergelijke fundamentele vragen gaat het.”

“Overigens is in grote delen van Europa de industrie inmiddels goed op weg met het recycelen van water, alleen in de landbouw is daar nog geen sprake van. Daar laten ze alles in de sloot weglopen, vanwaar het uiteindelijk in zee verdwijnt. En dan zijn er de rioleringssystemen in de steden. Een paar nieuwe projecten werken nu met twee soorten kranen in huis, waardoor je de wc kunt doorspoelen met regenwater, in plaats van dat er telkens vele liters goed drinkwater worden weggespoeld.”

Ruzies om licht

Het belang van het type onderzoek dat vanuit Nieuwersluis plaatsvindt, is duidelijk. Laanbroeks eigen hart ligt het meest bij de fundamentele vragen. Telkens als hij vertelt over de samenhang en het op elkaar inwerken van verschillende organismen lichten zijn ogen even op.

Hij schetst nog even het NIOO: “De bedoeling is dat het instituut zo veel mogelijk leefmilieus ‘dekt’: dus zowel grond als water als lucht. In Heteren richten ze zich daarbij op individuen, en de vestiging in Yerseke houdt zich bezig met grootschalige stromen, patronen van koolstof, stikstof en nog een heleboel meer.”

“Bij limnologie hier draait alles om communities, leefgemeenschappen of combinaties van populaties. Daarbinnen zitten natuurlijk individuele organismen, die reageren op impulsen. Je hebt de genetische kant: een deel van een populatie kan door een mutatie veranderen. Als dat gebeurt, hoe zit dat dan? Waarom redt een mutatie het? Wat is de samenhang met populaties van andere organismen die daar ook zitten? Je wilt de interacties begrijpen, de ruzies om licht en voedsel, en dergelijke, en de gevolgen daarvan voor het ecosysteem.”

“Een mooi voorbeeld is de plant-dierinteractie. Een van de drie werkgroepen hier doet daar onderzoek naar, onder leiding van Marcel Klaassen. Het is nog een jonge groep die heel specifiek naar de kleine zwaan kijkt. Die vogel overwintert hier, maar broedt in Siberië.”

“In het voorjaar trekt hij daarheen, en elk najaar komt hij weer terug naar West-Europa. Dat haalt hij alleen niet in één keer. Hij maakt onder meer tussenstops in Denemarken en de Baltische Zee. Daarvoor moet hij goed kunnen plannen. Hij mag niet te vroeg in Siberië arriveren, als alles nog ijs is, maar ook niet te laat, want er moet voldoende tijd zijn de jongen groot te brengen, en de zomer duurt daar maar kort.”

“Dat is de energetica van de zwaan. Een deel van die beesten is gemerkt, en we kunnen ze dus volgen. In het Lauwersmeergebied kunnen ze tegenwoordig op de week nauwkeurig voorspellen wanneer de zwanen arriveren.”

Schedefonteinkruid

“Maar er zit ook een duidelijke plantenkant aan dit onderzoek. Die zwanen voeden zich voor hun reis met zogeheten tubers. Dat zijn heel energierijke knolletjes van het schedefonteinkruid, een onderwaterplant die –overigens steeds minder – voorkomt in de ondiepe wateren in Nederland. Die tubers groeien onder de grond, als een soort aardappeltjes.”

“Nu is een van de vragen wát nu bepaalt dat de planten op een bepaald moment die knolletjes gaan aanmaken. Het schedefonteinkruid ‘overwintert’ ermee: de plant sterft na het vormen van de aardappeltjes af, en die lopen dan in het volgende seizoen weer uit. Het moment hangt onder andere af van de lengte van de dag, blijkt. En de productie sluit dus goed aan bij het tijdstip waarop de zwanen moeten vertrekken om, met die tussenstops, toch op tijd in Siberië te zijn. Maar het is een grappige interactie. Want je vraagt je natuurlijk af hoe dit systeem stand kan houden: wat is het belang van de plant bij opgegeten worden door die zwanen?”

“Wel, dat zit ‘m in het feit dat het schedefonteinkruid een pionierplant is, die in het sediment graag zijn eigen gang wil gaan. De grote poten van de zwaan woelen het sediment op, maar hij gaat niet door totdat alle knolletjes op zijn. Voor degene die overblijven, betekent dat dat ze weinig concurrenten hebben, en dus rustig kunnen gaan ‘pionieren’. Het schedefonteinkruid heeft dus met andere woorden ook baat bij deze populatiebeïnvloeding.”

Varkensmest uit Brabant

Nieuwe ontwikkelingen zijn er ook bij de oudste onderzoeksgroep in Nieuwersluis, waar de interactie tussen verschillende organismen wel héél duidelijk is: het bestuderen van wie wie eet, ofwel het voedselketenonderzoek.

“Vanaf het begin van de zestiger jaren tot het begin van de jaren negentig heeft het Limnologisch Instituut een aantal meren gemonitort,” vertelt Laanbroek. “Daardoor kennen we de randvoorwaarden van de Loosdrechtse plassen, het Tjeukemeer en in iets mindere mate het IJselmeer, heel goed. Het gaat om dingen als hoe snel koolstof wordt omgezet in een meer, hoe lang het duurt voordat stikstof is doorgevoerd. Daarmee wil je de consequenties van menselijk handelen kunnen inschatten. Als je bijvoorbeeld de varkensmest uit Brabant nou eens in Loosdrecht zou dumpen, wat zou er dan gebeuren met het hele ecosysteem?”

“In principe zit het zo: je hebt het (plantaardige) fytoplankton, dat onder meer bestaat uit algen en die cyanobacteriën, en dat wordt gegeten door het (dierlijke) zoöplankton, dat op zijn beurt weer als voedsel dient voor vissen die zelf weer door andere vissen gegeten worden.”

“We willen bijvoorbeeld weten in hoeverre de kwaliteit van het fytoplankton het succes van het zoöplankton bepaalt. Watervlooien of daphnia’s, zijn binnen dat zoöplankton een belangrijk onderzoeksobject, omdat je ze makkelijk kunt kweken in een laboratorium.”

“Zo hebben we de afgelopen jaren gekeken naar de effecten van verzadigde vetzuren. Er waren aanwijzingen in de buitenlandse literatuur dat die een rol speelden in het plankton. Dus hebben we met verzadigde vetzuren verrijkte algen aangeboden aan daphnia’s, en vervolgens hun aantallen nakomelingen geteld. Het bleek dat die vetzuren weliswaar een rol spelen, maar dat de fosfaten nog steeds veel belangrijker zijn.”

Vreetdruk

“Maar we kijken ook verderop in de voedselketen, naar de relatie tussen het zoöplankton en vis. De daphnia bedenkt allerlei dingen om aan de vreetdruk van de vissen te ontkomen.”

“Ze moeten een precair evenwicht zien te houden. Als ze klein zijn, zien de vissen ze kennelijk niet, en worden ze niet opgegeten. Maar ze moeten ook weer niet té klein zijn, want dan zijn juist heel geschikt voer voor allerlei ongewervelden.”

“En er zijn verschillende soorten watervlooien. Je hebt er die doen aan ‘verticale migratie’. Watervlooien zitten in diepere plassen het liefst bovenaan, bij de oppervlakte, waar de actieve algen zijn en het licht, maar ja, daar zitten de vissen ook. Sommige soorten en klonen lossen dat op door overdag naar de bodem te zakken, en ’s nachts, als de vissen ze niet kunnen zien, naar boven te komen om te eten. Maar waarom doen niet alle soorten en klonen dat? Zit er dan toch ook een nadeel aan dat migreren? Daarmee raak je aan heel fundamentele vragen, en met de antwoorden kun je wel bijdragen aan een goed beheer van de watergebieden.”

Interessant vindt Laanbroek ook het nog nieuwe onderzoek naar wat infochemicals genoemd worden. “Een Nederlands woord hebben we nog niet echt,” zegt hij, “het is Engels voor chemische stoffen die een informatiebron zijn. Hoe ze precies werken, weten we nog niet, maar die watervlooien ruiken of er ergens vis zit.”

“Vissen scheiden een stof af waar daphnia’s op reageren, bijvoorbeeld met dat migreren. Hoe weten we dat nou? Ze doen het ook in een aquarium waar we de vis uit gehaald hebben. In ‘viswater’ reageren watervlooien alsof die vissen er gewoon zijn. En in de interactie tussen algen en het zoöplankton spelen infochemicals ook een rol. Sommige algen gaan samenklonteren in de buurt van zoöplankton, zodat het als het ware te grote happen worden voor dat plankton. Waaruit die infochemicals bestaan, is nog niet duidelijk. Is het feces? Ellen van Donk gaat daar nu onderzoek naar doen.”

Haperen

Laanbroek, die ook bijzonder hoogleraar bodemmicrobiologie in Nijmegen is,  leidt zelf de derde werkgroep, die microbiële gemeenschappen onderzoekt. “We kijken dus naar microben,” vertelt hij. “De opbouw, de structuur, de diversiteit, de functie van de microbiële gemeenschap.”

“We veronderstellen bijvoorbeeld dat die cyanobacteriën slecht afbreekbaar zijn. Want waarom verdwijnen ze niet? Kennelijk hapert er iets, het oude ecosysteem met de waterplanten wil maar niet terugkomen. Wat zit er in de gemeenschap dat voorkomt dat de cyanobacteriën worden afgebroken?”

Het is pas sinds kort dat bacteriën en bacteriepopulaties uit de natuur goed onderzocht kunnen worden. Sinds de moleculaire genetica bestaat, en sinds je bacteriën kunt kleuren, en ze kunt tellen met een ‘flowcytometer’, is duidelijk geworden hoeveel nadelen er kleven aan laboratoriumonderzoek.

Laanbroek: “Het is gebleken dat we met het kweken van kolonies in het lab hooguit een of twee procent van de bacteriën uit het systeem halen. Degene die het goed doen in een petrischaal maken maar een heel klein deel van het geheel uit.”

“In plaats van honderd miljard heb je een miljard bacteriën op de plaat. Of die ook het belangrijkste zijn voor het ecosysteem is maar helemaal de vraag. De moleculaire genetica schiet hier te hulp. DNA kun je uit het water halen, vervolgens vermenigvuldig je het, en daarmee kun je dan een ‘fingerprint’ maken. Daarmee krijg je een overzicht van de DNA-patronen in een bepaald water op een gegeven ogenblik. Op andere momenten kun je dat dan herhalen. Sinds eind ’95 hebben we hier gelukkig de laboratoriumfaciliteiten om zelf die fingerprints te maken. Dat laten doen is erg duur.”

Met die nieuwe methoden kwam men erachter dat de bacteriegemeenschap in het water in de Loosdrechtse Plassen het hele jaar tamelijk constant is, maar dat er in het IJselmeer een grotere heterogeniteit bestaat. “In Medemblik is de samenstelling van het water weer anders dan in de Markermeer,” vertelt Laanbroek. “Er zijn verschillende soorten cyanobacteriën, en die blijven ook niet het hele jaar op dezelfde plaats. Er zit dynamiek in alle bacteriën, blijkt. We kunnen met koolstofmetingen ook nagaan of ze meer algen of meer in het water beland afval van landplanten binnenkrijgen. Dat helpt ook weer een beeld te krijgen van de structuur van de gemeenschap.”

Verkouden meer

“Intrigerend is ook de rol van virussen. We willen de situatie in het veld bestuderen, maar die bootsen we soms na in het lab, in zogenoemde enclosures, afgesloten vaten. Vorig jaar hadden we in november water uit Loosdrecht opgevist, en dat hebben we toen opgewarmd naar zomertemperatuur, en we hebben het zomerlicht gegeven.”

“Toen raakten we van de ene op de andere dag ineens de cyanobacteriën kwijt, zoals je soms ook in de meren ziet gebeuren. Ineens is de troebele soep helder, een enorme verandering in het patroon van de bacteriën.”

“Via de elektronenmicroscoop zagen we toen dat het water vol virussen zat. Iemand hier had het erover dat het meer verkouden was. Hoe het precies in zijn werk gaat, begrijpen we nog niet, en ingrijpen op het systeem door virussen uit te zetten lijkt geen goed idee. Maar misschien kan dit op den duur helpen om afgesloten waterreservoirs schoon te houden.”

Naast de cyanobacteriën onderzoekt de groep van Laanbroek nog een gemeenschap: “Dat zijn de nitrificerende bacteriën. Het mooie daarvan is dat ze overal zitten, maar van de pakweg 10.000 soorten bacteriën die we kennen zijn er misschien maar twintig nitrificerend, en dat kunnen we nu in het veld zichtbaar maken, in het lab lukte dat slecht.”

“Wat is nitrificeren? Wel, deze bacteriën kunnen ammoniak omzetten in nitraat. Ammoniak en nitraat zijn allebei vormen van stikstof. Ammoniak is een immobiel ion dat zich in de bodem bevindt, en daar betrekkelijk goed zit, bij wortels enzo. Krijg je nou te veel ammoniak, bijvoorbeeld door overbemesting, dan raakt de bodem verzadigd, en wordt ammoniak omgezet in nitraat. Nitraat is een niet-immobiel, negatief geladen ion, en dat gaat naar het oppervlaktewater. Daar krijg je dan eutrofiëring, voedselverrijking, en dat heeft al die extra algen tot gevolg. Nitraat in het grondwater verontreinigt het drinkwater. En bij die nitrificatie komen ook broeikasgassen vrij. Die processen willen we dus graag goed begrijpen. In ieder geval weten we inmiddels dat infochemicals ook bij nitrificerende bacteriën een rol spelen. Daar ligt echt een mooi nieuw terrein.”

Eeuwige jeugd en de dood

In 2004 won Elizabeth Blackburn de Dr. A.H. Heinekenprijs voor de Geneeskunde, reden voor een vraaggesprek in Akademie Nieuws, dat ook in de NRC verscheen. Op 5 oktober 2009 werd bekend dat ze voor hetzelfde onderzoek de Nobelprijs voor Geneeskunde krijgt. Ze deelt hem met haar collega Carol Greider, die ook genoemd wordt in het interview én met Jack Szostak, in 2008 winnaar van de H.P. Heinekenprijs voor Biochemie en Biofysica.

‘Noage’, oftewel ‘geen leeftijd’ heet de crème van Dior die prof. Elizabeth Blackburn (56) tegen het einde van het gesprek van een plank vist. Het potje zit nog in cellofaan, en pas nu kijkt ze goed naar wat er allemaal op staat. ‘Rénovateur Jeunesse’, ‘Renewel Serum’. Het cosmeticabedrijf belooft een verjongingskuur, en al benadrukt Blackburn dat ze helemaal niets van doen heeft gehad met het product, het ‘actieve ingrediënt’ in Noage dat door Dior optitelomerase gedoopt is, heeft wel degelijk veel met haar te maken.

De veelgelauwerde, van oorsprong Australische Blackburn, die hier aan de University of California in San Francisco bij de afdeling biochemie en biofysica haar eigen laboratorium heeft, staat buiten de wetenschappelijke wereld ook bekend als de ‘Koningin van de Telomeren’ en de ontdekster van de ‘Bron van de Eeuwige Jeugd’. Telomeren – Grieks voor eind-delen – zijn de uiteinden van chromosomen, de slierten met erfelijk materiaal in celkernen. Dat daar iets bijzonders mee was, werd in de jaren dertig van de vorige eeuw al duidelijk, maar Blackburn was de eerste die eind jaren zeventig met toen gloednieuwe technieken inzicht verschafte in hun structuur: de eindjes bleken te bestaan uit ellenlange herhalingen van een simpel stukje DNA.

Dat bracht een onderzoekssneeuwbal aan het rollen die nog steeds doorgroeit. Zeer tot de verbeelding spreekt de ontdekking dat de lengte van telomeren vaak afneemt met de leeftijd van een organisme (waaronder de mens) en dat telomerase – een speciaal enzym waarvan het bestaan door Blackburn voorspeld én vervolgens bewezen werd – ze kan verlengen. In een wereld waar de obsessie met jong blijven alleen maar groter lijkt te worden, kun je verwachten dat de industrie bovenop dat soort nieuwe kennis springt. Ook ver voordat precies duidelijk is hoe de verbanden liggen, en ongeacht potentiële gevaren (kankercellen barsten bijna allemaal van de telomerase).

“Weet je dat ze vijftig dollar vragen voor zo’n potje!” zegt Blackburn lachend. “Dat heb ik gezien in duty free shops op vliegvelden.” Ze neemt het verder niet erg serieus. “We zien het hier in het lab vooral als een grap. Een puur recreatief bijproduct van ons onderzoek. Het kan mensen misschien hoop geven, wat mooi is, maar ik denk eigenlijk dat ze zich instinctief ver zullen houden van alles met telomerase als ze weten dat dat in kankercellen in grote hoeveelheden voorkomt. Ik heb wel gepraat met de mensen van Dior. Ze zijn gefascineerd door telomerase, en ze doen tests, hebben scheikundige expertise in huis. Maar hoeveel echte wetenschap er nou in zit? Ze mogen alles beweren, zo lang ze maar niets claimen over gezondheid.”

Echte wetenschap, goede wetenschap, die woorden vallen een aantal keer tijdens het gesprek op Blackburns lichte werkkamer in het nieuwe gebouw van waaruit je downtown San Francisco kunt zien liggen – in het vroegere havengebied zal nog decennialang verder gebouwd worden aan de nieuwe Mission Bay-campus. Elizabeth Blackburn, die in Melbourne biochemie studeerde, houdt duidelijk echt van onderzoek doen. Ze spreekt zelfs met warmte over het eencellige wimperdiertje tetrahymen. Dat is de parasiet waarmee haar telomerenonderzoek begon, in het Britse Cambridge waar ze haar PhD haalde bij (dubbele) Nobelprijswinnaar Fred Sanger. “Dat is een schattig organisme, dat lekker in de duistere wateren van vijvers leeft, en kurkentrekkerrondjes maakt bij het zwemmen. Ik vertel altijd graag dat het in zeven verschillende seksen voorkomt. Het is alleen wat conservatief, het komt er op neer dat het homofoob is, want het paart met alle zes de andere geslachten, alleen niet met een exemplaar van zijn eigen geslacht.”

En het heeft erg korte chromosomen. Geen onbelangrijk punt, als je bedenkt dat één mensenchromosoom bijvoorbeeld ongeveer net zo lang is als die mens zelf, zoals Blackburn nog even in herinnering roept. Dat alleen al maakte tetrahymena relatief geschikt om de vroegste technieken voor het kraken van de DNA-code (dat wil zeggen: de volgorde vaststellen van de vier vaste chemische bouwstenen adenine, guanine, cytosine en thymine, beter bekend als A,G,C en T) op los te laten. “Eigenlijk wist toen nog niemand hoe dat moest, maar Fred Sanger begon het net uit te vinden in zijn lab”, schetst Blackburn de toestand halverwege de jaren zeventig. “En ik vond het ontzettend opwindend om welke DNA-sequentie dan ook te kunnen bepalen. Iets dat je in de praktijk kon doen. De uiteinden van de chromosomen waren net iets toegankelijker voor de nieuwe technieken dan de rest.”

Zo werden telomeren haar terrein. Door onder meer het werk in de jaren dertig en veertig van Nobelprijswinnares Barbara McClintock (Blackburn: “Ik heb haar ontmoet, ze is iets van negentig geworden, een geweldig inspirerend iemand”) met maïs was wel duidelijk dat chromosomen zonder hun speciale uiteinden aan elkaar vastplakken, van structuur veranderen of zich anderszins vreemd gaan gedragen. Ze proberen ook om hun telomeren te beschermen en te repareren. “Maar niemand had enig idee van de DNA-structuur”, zegt Blackburn.

Dat de telomeren van tetrahymena bleken te bestaan uit een ellenlange herhaling van steeds hetzelfde korte stukje DNA (namelijk TTGGGG), kwam dus als een verrassing . En al vrij snel werd duidelijk dat het om een bijna universeel principe ging. Blackburn: “Alleen bacteriën, die zijn slim, die hebben cirkelvormige chromosomen, dus geen uiteinden.” Maar de telomeren van planten, dieren, mensen, zijn allemaal lange herhalingen van eenzelfde DNA-sequentie. Bij mensen (en muizen) is het bijvoorbeeld TTAGGG. Gemiddeld bestaat een tetrahymena-telomeer uit zeventig keer hetzelfde patroon(tje), bij mensen gaat het om zo’n tweeduizend ‘TTAGGG’s’.

Maar dat is een gemiddelde. Allerlei onderzoek wees op den duur uit dat de lengte niet alleen varieert tussen soorten, maar vaak ook tussen verschillende cellen binnen een organisme. En er was al het ‘eind-kopieerprobleem’ waar James Watson, een van de ontdekkers van de wenteltrapstructuur van DNA, begin jaren zeventig op gestuit was. Hij had opgemerkt dat de enzymen die een kopie maken van het DNA van een cel niet in staat waren ook het laatste eindje te doen. Na elke celdeling hebben de twee nieuwe cellen dus iets kortere telomeren dan hun ‘moeder’. Daaruit ontstond het idee dat telomeren ook als een soort klok van de levensduur te zien zijn. Raken de telomeren op, dan legt een cel het loodje, want chromosomen kunnen niet zonder die beschermeindjes.

Alleen valt dat niet te rijmen met onder meer het bestaan van eencelligen. Die hebben immers het eeuwig leven, in die zin dat ze in principe tot in eeuwigen dage opnieuw kunnen delen. Toen ook nog (min of meer toevallig) ontdekt werd dat telomeren soms ook geleidelijk langer werden, werd Blackburns vermoeden dat er een enzym moest bestaan dat telomeren kan aanvullen zo sterk dat ze zich helemaal op het vinden daarvan ging richten. “Ik had net een vaste aanstelling gekregen op Berkeley, ik had fondsen, en ik voelde me moedig”, lacht ze. “Dus ik ging experimenten doen, een heleboel. Wacht, ik zal je het laatste laten zien. Jij ziet waarschijnlijk alleen vlekken, maar dit was zo cool.”

Blackburn pakt er een foto van een röntgenfilm bij, die inderdaad voor de niet-ingewijde weinig verheldert. Dus legt ze uit: “Dit zijn tetrahymena. Daar neem je er een hele hoop van, die vermaal je – heel naar – en dan laat je er chemische reacties op los en ga je op zoek naar enzymactiveit. Ik gebruikte stukjes artificieel DNA als aas. Ik wist natuurlijk hoe de telomeren van tetrahymena eruit zien. En bij deze hier wist ik absoluut zeker dat ik beet had.”

Telomerase bestond en het vulde telomeren aan. Waarna er nog een lange weg volgde, die Blackburn grotendeels samen met de vlak daarna in het lab gearriveerde Carol Greider aflegde. Het enzym in kwestie, telomerase gedoopt, bleek heel anders dan andere te zijn. En heel ingewikkeld. “Normaal bestaan enzymen alleen uit proteïnen, maar telomerase is een samenwerkingsverband tussen proteïnen en RNA. Allebei zijn nodig om het telomeren-DNA te maken. Het RNA levert ook het sjabloon waarvan het DNA gekopieerd wordt. Dat is iets dat we eigenlijk alleen kenden van retrovirussen, zoals HIV, iets van slechteriken, maar het blijkt essentieel voor het leven te zijn.”

Er zijn inmiddels drie families bekend die het door een genetisch defect zonder telomerase moeten stellen. “Het komt heel zelden voor”, vertelt Blackburn, “maar het is heel naar. Die mensen gaan op vroeg-middelbare leeftijd dood. Het eerste zie je meestal iets aan hun huid, die wordt niet goed vervangen. En hun immuunsysteem gaat achteruit. Hun beenmerg raakt uitgeput, en waarschijnlijk is het probleem dat hun stamcellen opraken.” Ook worden ze als tieners al grijs, wat volgens Blackburn samenhangt met de kleine stamcellen in je haarfollikels. Die hebben telomerase nodig.

Stamcellen, geslachtscellen, eencelligen, ze hebben gemeen dat ze zich tot in het oneindige moeten kunnen blijven delen. Zonder telomerase lukt dat niet. “We zouden allang uitgestorven zijn, maar we zijn er nog”, voert Blackburn nog een argument voor het bestaan van het enzym aan. Overigens is sinds een tijdje duidelijk dat telomerase anders dan eerst gedacht ook zit in ‘gewone’ cellen, waarvan de telomeren na verloop van een aantal delingen korter worden. “Een heel klein beetje heb je kennelijk nodig om de boel in vorm te houden.”

Telomerase heeft nog lang niet al zijn geheimen prijsgegeven, net zo min als telomeren dat hebben gedaan (Blackburn: “Ik zou heel graag het gevoel hebben dat ik echt begreep wat een telomeer is.”), maar Blackburn somt met plezier wat zaken op die van belang lijken te zijn “vanuit mensenperspectief”. Ja, er is een verband tussen telomeerlengte en hoe oud je wordt, en uit tweelingonderzoek is gebleken dat die lengte ten dele genetisch bepaald is, “in het genetisch rad van fortuin zit”, zoals Blackburn het noemt. Ze vertelt verder: “Er is een groep mensen gevolgd van wie in de jaren tachtig bloed was afgenomen. Ze waren toen al wat ouder, en het bleek dat hun kans te overlijden aan infecties en hart- en vaatziektes groter was naarmate hun telomeren korter waren. Maar wat we niet weten, is hoe lang hun telomeren waren toen ze jong waren.Dat verband kennen we nog niet.”

Misschien dat ze veel stress hebben ondervonden. Blackburn is enthousiast over “heel goed nieuw onderzoek” dat momenteel gedaan wordt naar de invloed van stress op telomeerlengte. Die lijkt er te zijn: langdurige stress maakt telomeren korter. En bij simpele nematoden is laatst aangetoond dat het kunstmatig verlengen van hun telomeren hun leven verlengt. Het opent allemaal perspectieven die nauwelijks te bevatten zijn, maar in telomerase als de bron van eeuwige jeugd gelooft Blackburn absoluut niet. “Aan ouder worden zit veel meer vast. Je hebt ook die oude mensen die nooit iets hebben, en dan ineens overlijden. Aan ouderdom. Ik denk dat dat iets ingebouwds is, dat buiten telomeren en telomerase om gaat. Maar de weg naar de dood kan misschien wel plezieriger gemaakt worden.”

Met telomerase-injecties? Blackburn lacht opnieuw, maar zegt dan toch: “Vroeger vond ik dat alleen maar een belachelijk idee, maar inmiddels kan ik me voorstellen dat je telomeraseniveau opkrikken misschien ooit mogelijk en zinvol wordt. Maar de dosering is heel belangrijk.” Wat ons brengt bij wat misschien haar belangrijkste vondst zal blijken te zijn: het feit dat zo’n negentig procent van alle kankercellen grote hoeveelheden telomerase bevat. “Ze zijn er dol op, ware junkies, ze draaien de knop vol open, en zodra je het weghaalt gaan ze verbazingwekkend snel dood. We hebben onlangs ontdekt dat telomerase kankercellen beter laat groeien. Het is heel onverwacht, en erg opwindend dat het in de context van kanker niet alleen die DNA-verlengingsfunctie heeft”, zegt Blackburn, die uit een familie van dokters komt en zeer hoopt dat haar werk zal leiden tot therapieën.

Die lijken ook serieus onderweg. Blackburn geeft een voorbeeld uit haar eigen lab. “Onze gedachte was: kun je telomerase iets laten maken dat giftig is? Iets waar normale cellen met hun beetje telomerase geen last van hebben, maar dat kankercellen met hun hoge telomeraseniveau dood maakt. We hebben iets gevonden. Het werkt in het lab, en in muismodellen. Maar de weg naar de kliniek is altijd heel lang.”

De vraag is intussen of de weg van telomerase naar schoonheidsklinieken en de industrie even lang zal zijn. Blackburn gruwt bij de gedachte dat haar vinding een soort Haarlemmerolie zou kunnen worden, maar ze ziet ook wel dat er allerlei ethische voetangels aan kleven. Ze brengt in dat verband zelf haar ervaringen op met de door president Bush ingestelde ‘Council on Bioethics’, die haar wereldwijd in het nieuws bracht toen ze er dit voorjaar van het ene op het andere moment uitgezet werd. “Ik ben een symbool geworden van de politieke inmenging in de wetenschap waartegen veel protest klinkt”, zegt ze lachend, “en dat was vast de bedoeling niet.”

Ze had met gemengde gevoelens ja gezegd tegen het verzoek in die adviesraad plaats te nemen. “Maar het was vlak na 11 september 2001, en ik wilde ook graag iets bijdragen.” Dat lukte, zelfs beter dan de opzet was. In het heel diverse gezelschap was Blackburn degene die echt van moleculaire biologie wist, en dus wetenschappelijke uitleg kon geven over politiek hete issues als stamcelonderzoek en therapeutisch klonen. “Er werd serieus gediscussieerd en ook geluisterd. Toen dreigde tegen alle verwachtingen in de helft van de Raad te gaan stemmen voor therapeutisch klonen, wat in zekere zin een soort stamcelonderzoek van embryo’s is.”

De reacties van de voorzitter van de Raad vormen een bijna hilarisch verhaal. Hij besloot de stemming dan maar liever over het instellen van een moratorium te laten gaan. Blackburn: “En daarna bracht hij nooit meer iets in stemming. Ondanks dat hij daartoe verplicht was, en daar voortdurend door een van de andere leden op gewezen werd.” Wat hij wel deed was de rapporten schrijven. Daarover lag Blackburn aldoor met hem in de clinch. “Ik bleef er maar op hameren dat hij de feiten goed moest weergeven. Hij blies bijvoorbeeld de mogelijkheden om stamcellen van volwassenen te gebruiken enorm op. Ik wist dat er bij dat onderzoek iets fout gegaan was, dus ik wees erop dat als je wilt discussiëren je dat in elk geval op basis van goed onderzoek moet doen.” Dat iemand de feiten van ondergeschikt belang bleek te vinden, verbaast haar nog steeds. Het eindigde ermee dat haar plaats in de raad en die van nog een andere voorstander van stamcelonderzoek “niet gecontinueerd” werden, zoals het Witte Huis het uitdrukte. Ze zijn vervangen door verklaarde tegenstanders.

Het is tijd geworden om nog wat foto’s te maken, en ondertussen over de Heinekenprijs te praten. Ondanks de stapels prijzen en eerbetonen die Blackburn al ontvangen heeft in haar leven, lijkt ze er oprecht blij mee. Ze wil er graag iets moois mee doen, zegt ze bij het afscheid. Iets of iemand op weg helpen bijvoorbeeld. “Zo’n bedrag kan misschien net dingen mogelijk maken.” Ze zoekt nog.

Een iets andere versie van dit stuk verscheen op 18 september 2004 ook in NRC Handelsblad, onder dezelfde kop.

“Ze denken dat wij almachtig zijn”

Niemand wil menselijke klonen maken, maar de discussies en emoties lopen sinds Schotse Dolly huizenhoog op. Helemaal begrijpen doen de hoogleraren Berns en De Laat dat niet. Maar ze denken wel dat het publiek betere informatie moet krijgen. Een taak voor de Akademie? Of voor een samenwerkingsverband met de universiteiten en NWO? Naar aanleiding van het wetenschappelijk debat over klonen een gesprek over doorgefokte sierhondjes, gevaarlijke keukenmessen en bakjes met nut.

Eerst nog maar een keer de belangrijkste boodschap: klonen bij mensen is absoluut niet aan de orde.

De hoogleraren dr. A.J.M. Berns en dr. S.W. de Laat worden er een beetje moe van dat telkens te moeten herhalen, ook al zijn ze van goede wil, en vinden ze het hun plicht om het publiek te vertellen hoe het zit. “Maar wat mij begint te ergeren is dat er zoveel media in Nederland zijn die hetzelfde willen weten,” zegt De Laat (53), directeur van het Hubrechtlaboratorium voor Ontwikkelingsbiologie. “Het begint erg repetitief te worden,” beaamt Berns (ook 53), die hoofd is van de afdeling Moleculaire Genetica van het Nederlands Kanker Instituut.

Het continue uitleggen en geruststellen begon vorig jaar. Toen stonden ineens alle schijnwerpers gericht op de Schotse Dolly, een gekloond schaap dat vernoemd was naar de voluptueuze Dolly Parton, omdat het als een uiercel begonnen was.

Althans, de kern van een volwassen uiercel van één schaap was getransplanteerd in een eicel van een ander schaap waar de kern juist uitgehaald was, en daaruit had zich in een draagmoeder een gewoon lammetje ontwikkeld. Dat lammetje was inmiddels uitgegroeid tot een gezond schaap.

Het bijzondere en het nieuwe zat hem in het feit dat uit de kern van een volwassen, gedifferentieerde (in dit geval: uier)cel een compleet individu ontstaan was. Klonen – of kloneren zoals sommigen uit het vak zeggen – in de beste science-fictiontraditie. Konden we voortaan uit één cel van een teennagel van Elvis een verse King kweken? De techniek was nu kennelijk voorhanden. Vlak nadat Dolly op het toneel verschenen was, kondigde een Amerikaan dan ook aan binnenkort een kliniek voor menselijke klonen te openen.

Weggehoond

De man, gepensioneerd natuurkundige Richard Seed, werd weggehoond door deskundigen, maar genereerde een ongehoorde hoeveelheid publiciteit. Sindsdien duiken de klonen iedere keer opnieuw op. Er kwamen natuurlijk Kamervragen en discussies in het parlement, en Minister Borst van Volksgezondheid besloot dat het onderwerp kloneren bij uitstek geschikt was om het eerste maatschappelijke medisch-ethische debat aan te wijden.

Al eerder was besloten dat de overheid burgers dient te informeren en hun meningsvorming moet stimuleren over medische ontwikkelingen die ethische vragen oproepen. Samen met Onderwijsminister Ritzen schreef Borst het Rathenau Instituut en de KNAW aan. Zij moesten de ammunitie voor het debat gaan leveren.

In de oude Tweede Kamer hield het Rathenau Instituut eind maart een hoorzitting, waarvoor naast wetenschappers uit heel uiteenlopende disciplines ook ‘leken-belangstellenden’ waren uitgenodigd. Begin april werd er bij de Akademie, op instigatie van de Commissie Dierproeven, Transgenese en Biologie van de KNAW,  een (besloten) wetenschappelijk debat gehouden. De Laat en Berns waren daar twee van de sprekers. De Laat was eerder ook een van de deelnemers aan de openbare discussie.

Gedaanteverandering

De bedoeling is dat het publieke debat nu verder vanzelf doorloopt, en dat de Akademie binnenkort in een verslag aan de ministers laat weten wat de stand van zaken in de wetenschap is en ook hoe er in die wereld over kloneren gedacht wordt.

Afgaande op wat Berns en De Laat vertellen, is  lang niet alles eenduidig, of eenvoudig. Zo ligt het er bijvoorbeeld maar aan wat je onder een kloon wilt verstaan. Het is in feite ook niets nieuws.

“Kloneren gebeurt al vijftig jaar,” zegt De Laat. “Er zijn hele en halve Nobelprijzen mee gewonnen. En zelfs dat je latere, al wat gedifferentieerde cellen tot ontwikkeling kunt brengen, wisten we eigenlijk al. Daarbij ging het om kikkers. Het was al gelukt een volwassen larve te krijgen, wat een ontwikkelingsbioloog echt een uitontwikkeld iets vindt ten opzichte van een eicel. Verder dan de larve kwam men niet, maar je hebt bij kikkers die gedaanteverandering, en het kan natuurlijk best dat daar nog een speciale truc in zit.”

De Laat vindt ook dat de aandacht zich te veel op alleen Dolly richt. “De Dolly-mensen bouwden voort op hun eerdere onderzoek, waar al een aantal zéér baanbrekende conclusies uit te trekken waren.”

“Het dogma in de hoofden van biologen dat je het kernmateriaal van cellen die al een ontwikkelingsgang hebben doorgemaakt nooit meer kunt ‘reprogrammeren’, is weerlegd. We dachten altijd dat het bij dieren heel anders was dan bij planten. Want bij planten kan ik uit elke cel weer een nieuw plantje maken, de halve tuinbouw is op dat principe gebaseerd, maar nu worden er cellijnen gekweekt uit zogeheten embryonale fibroplasten – dus al ontwikkelde, gedifferentieerde cellen – van zoogdieren. Een paar jaar geleden had niemand daar een cent voor gegeven.”

Berns heeft wat minder moeite met de exclusieve aandacht voor Dolly, al zijn de twee het in de grond min of meer over alles eens. Op de vraag of de menselijke kloon dichterbij gekomen is door het Schotse schaap formuleert hij bedachtzaam: “Het is een verrassende observatie, daar kan geen misverstand over zijn. Niemand dacht dat het kon, en het moet overigens nog blijken dat het herhaald kan worden.”

Ook dat is nog een puntje in de discussie: het is niet voor de volle honderd procent zeker dat Dolly uit een gewone uiercel ontstaan is. De onderzoekers ging het daar niet om, en daardoor is het bewijsmateriaal niet bewaard.

Berns: “De vraag is een beetje wie zich nu geroepen voelt het opnieuw te proberen.” De Laat: “Ik denk dat ze het zelf gaan doen in Schotland.” “Ze moeten eigenlijk wel”, reageert Berns. “Maar dan onder meer gecontroleerde omstandigheden. Maar ik denk dat we wel moeten erkennen dat de transplantatie van de kern van een cel die uit een veel ouder dier komt, mensen toch veel meer aanspreekt dan het werken met embryo’s.”

Proeftuintje

De Laat: “Maar voor toepassingen is dat niet wezenlijk. Dat wordt in de discussies niet altijd erkend. Ook als die uiercel van Dolly uit een zogeheten epitheliale stamcel afkomstig zal blijken te zijn, heb ik toch een bron van cellen waaruit ik zou kunnen kloneren bij de mens.”

“Epitheliale stamcellen heb je ook in je huid en je darmen: die kunnen twee dingen, óf delen, óf zich ontwikkelen tot een huidcel of een darmcel. Je kunt dus zeggen dat die cellen niet echt gedifferentieerd zijn, maar dat maakt voor het gebruik niet veel uit.”

Dat wil alleen nog niet zeggen dat je langs die weg nieuwe mensen moet of wilt gaan maken. “Voorafgaand aan de Akademiediscussie was iedereen het er al over eens dat je daar dus niet aan begint bij de mens”, zegt De Laat. “We beschouwen mensen niet als proefkonijn. Je praat over onverantwoorde risico’s, je wilt een mens niet in dat stadium als proeftuintje beschouwen. En de kans op succes, op zelfs maar één succesvol gekloneerd wezen is zo klein… laat staan dat je het zou kunnen herhalen.”

“En zelfs dan,” gaat Berns verder, “denk eens aan de mogelijke risico’s voor het individu waarmee het lukt, ook op latere leeftijd…” Maar was dat niet ook zo bij de eerste reageerbuisbaby? Hebben alle IVF-technieken niet voorgoed een doos van Pandorra geopend?

“Ja, dat is een heel goed punt,” antwoordt De Laat. “Voordat we de IVF-klinieken openden, is er geen discussie gevoerd of we dat wel moesten doen. Het is allemaal meteen in de etalage gezet, en iedere keer als er weer iets bedacht wordt waardoor je misschien de succes-rate kunt verhogen, neemt elke kliniek het over, want anders ben je niet meer interessant voor je klanten. Dat is het marktmechanisme, en die markt kun je creëren.”

Berns: “Maar dat is wel een mechanisme dat me zorgen baart en dat ingewikkeld ligt. Als je nu terugkijkt naar de eerste harttransplantatie, dan zouden we zeggen: dat was een volledig onverantwoorde zaak, dat had die Barnard nooit mogen doen. Maar het heeft wel iets op gang gebracht waardoor nu geweldig veel mensenlevens geholpen worden.”

Parkinsonpatiënten

Een markt voor menselijke klonen zien ze niet ontstaan, al was het maar omdat niemand de productontwikkeling in wil. Die verzekering komt tijdens het gesprek iedere keer terug. Maar ook wordt duidelijk dat het in theorie wel zou kunnen. Berns begrijpt niet helemaal dat mensen daar zo bang voor zijn: “Op iedere straathoek kunnen hele enge dingen gebeuren. Met een broodmes kun je iemand vermoorden, daarom zeggen we toch ook niet dat niemand een broodmes in de keuken mag hebben?”

Maar we komen toch terecht bij een definieerprobleem. Wat is een kloon? Onder biologen heet het kweken van identieke cellijnen allang kloneren. En op celniveau zien beiden zeker mogelijkheden om ziektes te bestrijden of te voorkomen.

In het Hubrechtlaboratorium heeft men al – toevallig – cellen gekweekt die dopamine produceren, het hersenstofje dat Parkinsonpatiënten niet meer aan kunnen maken. “Je weet niet of dat ook bij mensen zou lukken”, zegt De Laat, “maar stel dat je bijvoorbeeld zo’n epitheliaalcel terug zou kunnen differentiëren, en dat daaruit dan een zenuwcel ontstaat die vervolgens dopamine produceert, dan volg ik een weg waar ik verder niks bij nodig heb. Dat kan allemaal als het ware in een bakje.”

Pedant

Gekloonde cellen zouden ook levers en harten als het ware kunnen ‘revitaliseren’. Onderzoek naar al dit soort toepassingen verbieden, lijkt inderdaad vreemd. Berns en De Laat zouden er zeker niet voor zijn om alles dat in de wetenschap met ‘kloneren’  wordt aangeduid te verbieden.

Wel vinden ze dat je grote terughoudendheid moet betrachten bij het in de baarmoeder terugplaatsen van “gerommeld materiaal”, zoals teruggedifferentieerde cellen uit embryo’s. Het verbod dat daar op dit moment op geldt is volgens hen dan ook op zijn plaats. “Over tien jaar ofzo, wanneer we meer weten, zouden daar opnieuw over moeten praten in de maatschappij,” zegt Berns. “Bovendien, wat voor normen kunnen wij opleggen aan een volgende generatie? Dat is pedant. Wij accepteren toch ook niet meer wat onze voorouders in de vorige eeuw vonden?”

Hoe zit het met andere ethische kanten? Voor de inbreng en ideeën van de Dierenbescherming kunnen de heren weinig begrip opbrengen. “Met een term als ‘de intrinsieke waarde’ van het dier hebben wij wat problemen”, zegt Berns. “Ik geloof althans dat ik hier wel wij mag zeggen, hè?”

Hij krijgt onmiddellijk toestemming van De Laat, die zegt de emotionele discussie niet goed te begrijpen: “Er is niet iets wezenlijk anders bij het toepassen van kerntransplantatietechnieken, als je het vergelijkt met elk ander type onderzoek waarbij we dieren nodig hebben om vragen te beantwoorden.”

Huisdierenbegraafplaatsen

Zou misschien een rol spelen dat er nu veel gevoeliger over dieren gedacht wordt dan vroeger? Huisdierenbegraafplaatsen met echte grafstenen en een opbaarruimte schijnen tegenwoordig een enorm succes te zijn. “Ja. Eerlijk gezegd neemt dat ook wel eens ziekelijke vormen aan,” antwoordt Berns met een zucht. “Dan gaat het me niet om zaken als de intensieve veeteelt, waar je inderdaad serieuze kanttekeningen bij kunt zetten. Maar daarnaast zie je zo veel dieren die tot genoegen van hun eigenaar misbruikt worden. Neem de sierfok van hondjes, die met vreselijke afwijkingen doorgefokt worden en die dan uiteindelijk inderdaad op die begraafplaatsen terechtkomen. Dat zijn toch wel onsmakelijke uitwassen.”

De Laat: “Ik heb met open mond zitten luisteren bij die Rathenaudiscussie. En ik heb er wel iets geleerd. Ergens in het programma kwam de voorzitter van de vereniging van hemofiliepatiënten aan het woord. Die maakte volstrekt duidelijk wat voor belang patiënten hebben bij dit soort ontwikkelingen. Het was een heel goed verhaal, ik vind die man prachtig.”

“Maar meteen daarna kwam een mevrouw van de Dierenbescherming. En van wat die zei, dacht ik: hoor ik dat allemaal goed? Het kan toch niet waar zijn dat iemand dit zegt. Maar op de vragen die natuurlijk kwamen, had ze een volstrekt eenduidig antwoord, waardoor ik ineens de opstelling van deze mensen helemaal begreep. Ze zeggen: ‘Wij vertegenwoordigen uitsluitend het belang van het dier, want die kunnen niet voor zichzelf spreken. Iets anders doen we niet. Dat er andere belangen spelen, snappen we, maar het is niet onze rol ons daarmee bezig te houden.’ Mijn conclusie was toen: zo bereik je dus niks, ook niet voor die dieren. Want je krijgt nooit een constructieve discussie.” Berns valt in: “Je kunt geen compromis sluiten.”  

Bak met nut

De discussie leidt uiteindelijk tot twee conclusies. De angst voor onethisch onderzoek is zo groot, dat de mogelijkheden voor fundamenteel onderzoek in het gedrang komen. “Ik voel de druk stijgen”, zegt De Laat. “Tot dusver is het nog steeds goed gegaan, maar tegenwoordig moeten we ook verantwoording afleggen aan de centrale Commissie voor Bio-ethiek, die onder het ministerie van Landbouw valt.”

“We waren al gewend aan lokale commissies, waarin ook vertegenwoordigers uit de maatschappij zaten, en iedereen vond dat dat goed liep. En nu is er dus helemaal los daarvan een nieuw circuit opgezet. Eigenlijk zegt dat: er mag niets, tenzij…”

“Het grote gevaar zit hem erin dat je steeds het nút van je onderzoek naar voren moet schuiven, op het kunstmatige af. Kennelijk is er een weegschaal, met rechts de bak met nut en dan links de hoeveelheid dieren die je gebruikt. Donder je genoeg in de nutschaal dan kun je er nog wat dieren bij doen. Maar dat is de dood in de pot voor fundamenteel onderzoek.”

Berns: “Maar fundamenteel onderzoek is een groot nut.” De Laat: “Alles is een afgeleide van eerder fundamenteel onderzoek. Je kunt zeggen dat al het kankeronderzoek, het hele Kankerinstituut eruit voortgekomen is.”

“Politici zouden daar wel eens wat meer oog voor mogen hebben,”  merkt Berns op. “Ja, en wij hebben zelf geen puf, of misschien voelen we ons ook wel te goed om die lobby te doen,” verzucht De Laat. “Wij hebben ook niet zoals de Dierenbescherming een staf van vijftig man ofzo, die gesubsidieerd wordt om dat te doen.”

Maar die kan er misschien wel komen, en dat is de tweede conclusie, die beiden toch nog verzoent met het feit dat ze deze ochtend opnieuw moesten komen opdraven. “We zitten hier nou bij het Bureau van de Akademie,” zegt De Laat, en je ziet het hem allemaal ter plekke bedenken. “Er is hier een piepkleine Pr-afdeling, een handjevol mensen. Waarom is die niet groter? Of waarom slaan bijvoorbeeld de universiteiten, NWO en de Akademie de handen niet ineen, en zorgen voor een instantie die goede voorlichting geeft?”

Getikt

Ze zijn alletwee gegrepen door dit idee. Want enerzijds is de ergernis over de sensatiebeluste media fiks, maar er bestaat daarnaast ook begrip. De Laat: “Het is ook veel ingewikkelder dan wij denken. Bij de Rathenaudiscussie was ook een Kamerlid van wie ik de hele dag had gedacht: die is goed op de hoogte, mooi dat zulke mensen in de Kamer zitten. Maar tijdens de theepauze zei hij iets waardoor ik dacht: je snapt er niets van!”

“Men dicht de wetenschapper te veel kennis en macht toe. Ze denken in de maatschappij dat wij almachtig zijn. Zodra een journalist iets woests zegt, denkt het publiek dat wij het wel waar kunnen maken.”

Berns: “Maar randfiguren in de wetenschap, zoals die Seeds met zijn kliniek, versterken dat natuurlijk wel. Dan kunnen wij wel zeggen: die is getikt, en dat is hij ook, maar bij zoiets spectaculairs staan natuurlijk alle media om je heen. Degelijke informatie bereikt zoals het nu gaat niet het grote publiek.”

‘Van alcohol krijg je echt geen maagzweer’

Het is allang totaal uit de hand gelopen. “Het heeft mijn leven overgenomen”, zegt dr. Barry Marshall, de man die erachter kwam dat negentig procent van alle maagzweren veroorzaakt wordt door een bacterie, en dus te genezen is met antibiotica.

Dat was zo’n vijftien jaar geleden. Nu verschijnen er elke dag drie à vijf artikelen over de inmiddels wereldberoemde bacterie Helicobacter pylori, en hebben zo’n vijfduizend mensen er een fulltime onderzoeksbaan aan. Marshall te pakken krijgen was een heidense klus, en een ontmoeting viel onmogelijk te regelen. Dus vertelt de winnaar van de dr. A.H. Heinekenprijs voor Geneeskunde over zijn onderzoek via de telefoon, vanaf de andere kant van de wereld, zijn Australische geboorteplaats Perth.

Marshall (1951) klinkt als een opgewekte man. Moedig is hij ook. Om zijn vermoeden te bevestigen dat de Helicobacter pylori een onmiddellijke ontsteking van de maag teweeg brengt, nam hij er ooit zelf een flinke slok van. En inderdaad: drie dagen braken en een gastritis waren het gevolg. Gastro-enteroloog Marshall hoorde bij de helft van de wereldbevolking die geïnfecteerd is met de spiraalvormige Helicobacter. Het was een grote stap in de richting van het bewijs dat maagzweren meestal een bacteriële oorzaak hebben. 

Succesvolle zakenlui
Een maagzweer krijg je van stress, onregelmatig leven, slecht eten, drinken, roken. Dat was tot voor kort wat iedereen dacht, ook de dokters. Maagzweren, en ook zweren aan de twaalfvingerige darm zijn nare dingen. Ze kunnen tot bloedingen en perforaties leiden, en het was vaak lastig er iets aan te doen. Eindeloos diëten, operaties waarbij stukken maag weggehaald worden, en nog veel meer ellende. Bovendien, als stress de oorzaak is, dan moet je die wegnemen. Marshall: “Zo ging het ook. Ik heb heel veel succesvolle zakenlui gezien van rond de vijftig, tegen wie de dokter gezegd had dat ze hun zaak maar moesten verkopen en met pensioen gaan. Maar na een antibioticakuur kunnen ze weer twintig jaar voort. Daar zijn ze heel gelukkig mee, veel mensen houden ook juist van stress.”

Het is bijna een wonderdokter-verhaal. Een middel vinden tegen een zo veelvoorkomende kwaal is maar weinigen gegeven. Marshall was nog met zijn opleiding bezig toen de patholoog Robin Warren hem voor het eerst Helicobacter pylori liet zien. Warren had de nieuwe bacterie aangetroffen bij patiënten met gastritis. Op zichzelf al heel bijzonder: er werd altijd aangenomen dat de maag steriel was, omdat dat bacteriën niet tegen maagzuur kunnen.

Warren en Marshall begonnen een uitvoerig onderzoek onder honderd patiënten. Bij heel veel mensen met gastritis troffen ze de bacterie aan, maar het verband met zweren was bijna honderd procent. Dat wil zeggen: patiënten met een twaalfvingerige-darm-zweer bleken allemaal met Helicobacter rond te lopen, en bij de maagzweerpatiënten was het percentage tachtig. Bij de rest bleek de maagzweer toegeschreven te kunnen worden aan een andere, al langer bekende oorzaak: veel aspirine of aspirine-achtige middelen slikken.  

Topspecialisten
Marshall: “Zo’n verband kán toeval zijn. Zelf vermoedde ik dat Helicobacter de onderliggende oorzaak was, maar iedereen vertelde me dat mensen met zweren de bacterie oplopen, juist omdát ze die zweer hebben. Het was dus een kip-en-ei-kwestie. Hoe dan ook, al had ik maar één procent kans dat mijn hypothese juist was, dan nog leek het me de moeite waard erachteraan te gaan.

Ik ben toen mensen met antibiotica gaan behandelen, en na een jaar had ik niemand meer bij wie de maagzweer of de zweren in de twaalfvingerige darm niet over wilden gaan. Terwijl in die tijd topspecialisten zich het hoofd braken over de behandeling van ongeneeslijke zweren. Enfin, toen bekend werd dat er een dokter was met een middel tegen maagzweren kregen we honderden patiënten in het ziekenhuis. Het was waanzin. En in die tijd had ik nog niet zo’n goede behandeling, er waren vaak meer pogingen nodig. Om de Helicobacter weg te krijgen, heb je een zware kuur nodig, met minstens twee verschillende antibiotica.”

Maar om de medische stand te overtuigen (Marshall: ‘Dokters zijn allemaal conservatief”) was er meer nodig. “In die tijd zat ik ’s avonds vaak in de bibliotheek oude medische tijdschriften te lezen”, vertelt Marshall. “En een Nederlandse patiënt gaf me uiteindelijk wat ik zocht. Het was een artikel over iemand die door een endoscopie, waarbij ze naar binnen kijken in je maag en een stukje weefsel weg kunnen nemen, een gastritis had opgelopen. Er stonden plaatjes bij, en ik zag het direct: dat was Helicobacter. Door dat Nederlandse artikel wist ik dus hoe het eruit zag bij een acute infectie.”  

Bijna geopereerd
“Toen heb ik zelf die slok genomen, en ontwikkelde ik dus inderdaad een gastritis. Ik was overigens maar twee weken ziek, en dat viel me eigenlijk een beetje tegen. Ik had gehoopt er meer over te kunnen publiceren. Maar ik weet van iemand die later hetzelfde gedaan heeft, en die had zo’n pijn dat ze hem bijna geopereerd hadden, omdat ze dachten dat hij een blinde-darmontsteking had. Ik denk dat er heel wat arme mensen hun appendix zijn kwijtgeraakt vanwege Helicobacter, terwijl ze alleen maar antibiotica nodig hadden.”

Maar wat doet de Helicobacter nou precies? Marshall: “De meeste bacteriën die je binnenkrijgt worden gedood door het zuur in je maag. Maar Helicobacter maakt ammonia aan om zich heen, en is daardoor niet erg gevoelig voor dat zuur. Hij kan dus rustig op de binnenkant van je maag gaan zitten. En hij heeft bovendien zelf aan de buitenkant bepaalde kleverige eiwitten, die vastplakken aan maagcellen. Daardoor kan hij zich ingraven onder het maagslijm. Die slijmlaag is ongeveer een halve millimeter dik, en zit hij daar eenmaal onder dan is hij helemaal onbereikbaar voor het maagzuur, en kan beginnen epitheelcellen van de maagwand op te eten. Ze hebben het er heerlijk, en op zichzelf is dit een tamelijk onschuldig proces. Eerder een soort roos in je maag dan iets gevaarlijks.”

“Wat er daarna gebeurt is nog een groot punt. Je zou kunnen zeggen dat je lichaam allergisch kan worden, en een ontstekingsreactie ontwikkelt, die om de een of andere reden heviger is in de twaalfvingerige darm dan in de maag. Daar krijg je meestal ook de eerste zweren. Maar waarom de een wel en de ander geen zweren ontwikkelt, is niet helemaal duidelijk. De cijfers liggen ongeveer zo: een derde van de geïnfecteerden heeft nergens last van, een derde krijgt een gastritis, en het laatste derde ontwikkelt zweren. Ik denk zelf dat er ook een verband is met kanker, maar dat is nog niet bewezen.”  

Alcohol
De bekende maagzweer-oorzaken van vroeger kunnen volgens Marshall wél een rol spelen als je de bacterie eenmaal hebt. “Maar van alcohol krijg je echt geen maagzweer. Matige drinkers genezen er zelfs eerder van dan geheelonthouders. Een liter bier per dag schijnt optimaal te zijn. Dan verdrinken ze ofzo.”

Dat je maagzweren kunt genezen met antibiotica is inmiddels heel breed doorgedrongen. Controverse is er nu nog over wat je moet doen met mensen die alleen gastritis hebben. Zien of die de bacterie dragen, is ondertussen niet moeilijk meer: er zijn verschillende ademtesten ontwikkeld (onder ander in Nederland), zodat een endoscopie niet meer nodig is. Maar de kuur is zwaar, iets dat je over het algemeen alleen geeft aan mensen met een zware longontsteking.

Marshall: “Dubbelblind onderzoek heeft niet bewezen dat patiënten zonder maagzweren er veel aan hebben. Die gaan allemaal vooruit, ook als je ze een placebo geeft. Maar ik denk dat het uiteindelijk toch terugkomt. Dat onderzoek ik nu, ik doe een vervolgonderzoek van een jaar, waarin patiënten elke avond gebeld worden door de computer. Die kan iedereen ter wereld bellen. Wacht, ik geef wel even een demonstratie. Voor de lol.”

Vijftien jaar geleden bouwde Marshall nog zijn eigen computers, en in dit staaltje moderne onderzoekstechniek heeft hij kennelijk groot plezier. Het werkt zelfs middenin het telefoongesprek: een stem op een bandje die vriendelijk groet, je verzoekt telefoontoetsen in te drukken en een rijtje vragen over buikpijn en stoelgang afwerkt.  

Baby-boomgeneratie
De cijfers over Helicobacter zijn wel onrustbarend. Maar je kans om een besmetting op te lopen is erg afhankelijk van socio-economische omstandigheden. Armoe, dicht op elkaar wonen, vies water drinken zijn bijvoorbeeld allemaal factoren die tegen je werken. Hygiëne is naar alle waarschijnlijkheid het punt waar het om draait. Inmiddels is dan wel bekend dat ruim de helft van de mensheid besmet is met Helicobacter pylori, maar de percentages per land verschillen enorm. In Nederland is het niet meer dan zo’n dertig procent, en vanaf de baby-boomgeneratie is het vrijwel helemaal verdwenen, maar in bijvoorbeeld Zuid-Amerika lopen vaak zeven van de tien mensen ermee rond.

Ook degenen die niet bevattelijk zijn voor een bepaalde Helicobacter, komen in arme landen heel dikwijls weer een nieuwe vorm tegen, en die kan wel precies aansluiten bij hun weefsel en bloed. Dat blijkt ook uit onderzoek. Een vaccin zou juist voor zulke bevolkingsgroepen een uitkomst zijn. Daar wordt momenteel aan gewerkt, en het is wat Marshall betreft een van de belangrijkste dingen die moeten gebeuren, maar hij verwacht dat het nog wel tien jaar zal duren voor het in de handel is. Wellicht kan het zelfs ingebracht worden in voedsel, zoals bananen.

Cultuurkwestie
Officieel is Marshall nu nog verbonden aan de universiteit van Virginia, in Charlottesville. In Perth zal hij een groot vijfjarig onderzoeksproject gaan leiden, waarbij vooral gekeken gaat worden naar de soms al geconstateerde resistentie van de Helicobacter voor bepaalde antibiotica. Ontwikkelt die zich verder, en zo ja, hoe? Daarvoor moeten patiënten langere tijd gevolgd worden. Ja, hij is blij terug te gaan.

“Dat is een cultuurkwestie”, zegt hij. “Ook al spreek je ook Engels, en zie je er net zo uit als iedereen, je voelt je toch in het nadeel ten opzichte van een Amerikaan die zijn leven lang in Amerika gewoond heeft. Het zijn subtiele dingen, maar die maken dat het makkelijker en prettiger is in je geboortestad te wonen.”

“Maar Perth ligt wel heel geïsoleerd. De volgende stad is al twee duizend kilometer weg. Ik ben dus blij dat ik veel kan reizen, en ik kan dat ook verantwoorden. Als ik een lezing geef over Helicobacter voor duizend medici, en die behandelen daarna allemaal twintig patiënten met antibiotica, dan heeft zo’n trip een groot effect. Daarnaast ben ik heel gelukkig met de nieuwe media. Die maken het heel gemakkelijk om samen te werken met de internationale wetenschappelijke wereld. Ik krijg zóveel e-mail en faxen. Die kan ik vaak meteen doorsturen naar specialisten.”

Marshall is ook zelf de man achter een Internet-site (http://www.helico.com) waar sinds 1994 achtergrondinformatie over de Helicobacter pylori wordt gegeven en geïnteresseerden en patiënten de antwoorden op veelgestelde vragen kunnen vinden.  

Tien geboden
In Virginia steunt Marshall wat onderzoek, en de Heinekenprijs geeft hem de mogelijkheid dat ook in Perth te gaan doen. Maar er zit nog een mooie kant aan dit soort waardering. Pawson: “Dat gaat in alle landen zo. Als de mensen van een grote prijs horen dan zeggen ze: oh, dan moet het wel waar zijn. Ineens wordt wat je al tijden zegt zoiets als de tien geboden. En de publiciteit is belangrijk.”

Een boodschap voor het Nederlandse volk heeft Marshall desgevraagd tenslotte ook: “Als iemand zegt: wat mooi dat genezen van een maagzweer nu op deze manier kan, dan zeg ik het volgende. De laatste vijftien jaar hebben duizenden mensen meegedaan aan onderzoeksprogramma’s. Dat was niet altijd leuk. Ze kregen de verkeerde antibiotica, moesten endoscopieën ondergaan, weer iets nieuws proberen enzovoort. Maar daar kan nu iedereen van profiteren. Ik vind daarom dat mensen een beetje genereus zouden moeten zijn als ze gevraagd wordt om mee te doen aan een onderzoek. Er zijn er te veel die graag de voordelen meepikken, maar dan vinden dat ze het te druk hebben om zelf te helpen meer kennis te vergaren.”

Op 3 oktober 2005 werd bekendgemaakt dat de Nobelprijs voor Geneeskunde is toegekend aan Marshall en Warren voor hun Helicobacter-onderzoek.

“Als mensen zeiden: je houdt je dus met leren en geheugen bezig, dan dacht ik: verrek ja”

Het kan nog steeds: uitzoeken of de stof met de codenaam Org-2766 echt werkt. Org-2766 is een soort broertje van het middel dat zo’n 25 jaar geleden bekend werd als ‘de leerpil’.

Er is inmiddels eerder meer dan minder reden om het spul eens opnieuw te testen: het aantal mensen dat ervan zou kunnen profiteren, groeit vanwege de vergrijzing met de dag. En volgens emeritus hoogleraar farmacologie David de Wied, die Org-2766 aan het begin van de jaren zeventig samen met Organon-chemicus dr. H.M. Greven ontwikkelde, gaat het om een betrekkelijk eenvoudig uitvoerbaar onderzoek.

Dit zou er moeten gebeuren: “Benader alle huisartsen,” zegt hij,  “en laat die de pil voorschrijven aan iedereen van pakweg boven de vijftig die komt met klachten in trant van ‘dokter, ik vergeet de laatste tijd zoveel’. De helft krijgt de echte stof, de andere helft een neppil, en de huisartsen mogen niet weten welk van de twee ze voorschrijven.”

“Blijf dat een of twee jaar doen, en laat patiënten ondertussen vier keer per jaar terugkomen voor een algemeen lichamelijk onderzoek, en het beantwoorden van een vrij simpel vragenlijstje. Dingen als ‘wat heb je verleden week maandag gedaan?’. Kijk dan wat de resultaten zijn.”

De Wied (1925) krijgt dit jaar de dr. A.H. Heinekenprijs voor de Geneeskunde, maar hij weet nog steeds niet of zijn onderzoek ooit een geneesmiddel zal opleveren. Om daarachter te komen met behulp van grote, ook op andere plaatsen in de wereld uitgevoerde clinical trials kost geld, veel meer dan het kwart miljoen van de prijs.

Dat de firma Organon dat er niet in wilde steken, is een grote teleurstelling voor De Wied. Hij komt daar niet van harte, maar toch eerlijk voor uit, al zegt hij onmiddellijk Organon niets kwalijk te nemen. “Ze waren van mening dat ze er al veel geld in hadden gestopt, en vonden het genoeg. Je kunt daar bezwaar tegen hebben, en dat heb ik ook, zeker als je weet dat het tegenwoordig op zijn minst 500 miljoen dollar kost om een nieuw middel op de markt te brengen. Maar het is niet jouw geld,” zegt hij. “Ik troost me met het feit dat we belangrijke bijdragen hebben geleverd aan het hersenonderzoek in de wereld.”

De verhouding met het bedrijf is in elk geval altijd goed gebleven: De Wied is er tot op de dag van vandaag adviseur.

Oude ratten

En toch is het jammer. “We zien het bij oude ratten zo duidelijk,” zegt De Wied met een mengeling van spijt en enthousiasme in zijn stem, “als ze deze stof een half jaar hebben gehad, is hun leergedrag en ook hun sociale gedrag beter dan bij dieren die de stof niet hebben gehad. De interactie, hun sociale gedrag lijkt meer op dat van jongere ratten. Oude ratten zoeken bijvoorbeeld veel minder contact.”

Dat was ook het opvallendste aan het onderzoek dat Organon wél uitvoerde. De Wied: “Dat Org-2766 is wel op een behoorlijke manier uitgetest bij dementie. Daar had ik bezwaar tegen, omdat zo’n dement brein er waarschijnlijk niet meer echt gevoelig voor is. Veel cellen functioneren dan niet meer.”

“Als het om de hersens gaat, kun je alleen maar proberen zo efficiënt mogelijk gebruik te maken van de mogelijkheden die er nog in zitten. Want na de embryonale fase kun je geen nieuwe zenuwcellen meer maken. Vandaar dat adagium: use it or lose it, als je het niet gebruikt, raak je het kwijt. Ook uit veel andere experimenten is in de loop der jaren gebleken dat Org-2766 de regeneratie van beschadigd zenuwweefsel kan bevorderen. Daarom lijkt het me verstandiger het onderzoek bij die vijftig-plussers met beginnende geheugenproblemen uit te voeren.”

“Overigens had het middel toch bij zo’n 25 procent van de onderzochte demente bejaarden effect. Als er iets te zien was, waren dat niet vaak leer- of geheugeneffecten – dat hebben we nooit beweerd – maar effecten op hun sociale gedrag en hun stemming. Ze werden socialer, gedroegen zich beter  en voelden zich beter.”

Zenuwprikkels

Om wat voor miraculeus goedje gaat het dan? Wel, De Wieds naam, en, zo zegt hij zelf,  die van het hele Rudolf Magnus Instituut voor Farmacologie in Utrecht (waar hij van 1963 tot aan zijn pensionering in 1990 directeur was) zal altijd verbonden blijven aan het begrip neuropeptide, een type boodschapperstof dat in de hersens wordt gemaakt, en waarvan het grote belang in Utrecht ontdekt werd.

Org-2766 is zo’n neuropeptide. Nu draaien hersenen – en wij dus ook – in feite helemaal op chemie en elektriciteit. De vele miljarden zenuwcellen, of neuronen,  staan via hun uitlopers met elkaar in contact. Hormonen, neurotransmitters en neuropeptiden zijn de (chemische) stoffen die bepalen of, hoe en waar (elektrische) zenuwprikkels tussen de neuronen worden doorgegeven. En dat bepaalt weer hoe een organisme – zeg een rat of een mens – reageert, zich gedraagt, zich voelt.

Het is een ingenieus samenspel van (ketens van) reacties. Neuronen kunnen wel of niet vuren, maar ook harder of zachter. Je hebt zenuwbanen waarlangs reacties lopen, ‘circuits’ die bij een bepaalde functie zijn betrokken. En er kunnen nieuwe verbindingen tussen neuronen ontstaan.

De kennis over al dit soort dingen, over wat wat in gang zet en waarom en wanneer, is nog steeds beperkt, maar wel veel groter dan toen De Wied zijn carrière begon.

De term neuropeptide gebruikte hij in 1971 voor het eerst. Kan hij uitleggen wat het is, en wat het verschil is met hormonen en neurotransmitters?

De Wied: “Overal in het lichaam werken hormonen. Bekende zijn de stresshormonen, zoals corticosteroïden, en de geslachtshormonen. De endocriene organen (de bijnierschors bijvoorbeeld, en de geslachtsorganen) vormen die hormonen, maar ze worden tot  hun produktie aangezet door hormonen die gemaakt worden in de hypofyse, het zogeheten hersenaanhangsel. Die hypofysehormonen zijn peptiden.”

“Vroeger leerden wij het altijd zo: hormonen worden in de endocriene organen gevormd, vervolgens worden ze afgegeven aan het bloed, en dus doen ze hun werk ergens anders. Maar inmiddels weten we dat heel veel cellen peptide hormonen maken, en dat ze ook op korte afstand en ter plekke kunnen werken, zelfs heel dichtbij: op het neuron waaraan ze als het ware worden afgeleverd.”

Depressies

“Neurotransmitters zorgen voor de overdracht van de elektrische prikkel van het ene neuron naar het volgende. Het zijn stoffen die gemaakt worden in de zenuwcel. Ze zijn verwant aan aminozuren en worden afgegeven aan de uiteinden van de cel, de synapsen. Daar zitten ze ook allemaal in pakketjes, die via de zogeheten synaptische spleet de ‘sprong’ naar de volgende cel maken.”

“Je hebt verschillende categorieën van die directe prikkeloverdragers. Je hebt er bijvoorbeeld die heel snel een stimulerende of een remmende invloed kunnen uitoefenen. Andere werken wat langzamer. Hele bekende zijn noradrenaline, dopamine en natuurlijk serotonine, dat erg in is omdat men tegenwoordig aanneemt dat het een belangrijke rol speelt bij depressies.”

“Zulke opvattingen zijn nogal onderhevig aan de mode, het is een beetje de waan van de dag. Telkens wordt er gedaan of één neurotransmitter alles doet, maar er zijn er altijd een heleboel tegelijk aan het werk.”

“De neuropeptiden zitten ook in het neuron, en worden ook daar gemaakt. Ze kunnen wel als neurotransmitter werken, maar gewoonlijk ‘moduleren’ ze de prikkeloverdracht alleen. Je zou kunnen zeggen dat ze assisteren bij die overdracht. Ze zitten meestal samen met neurotransmitters in pakketjes. Die pakketjes liggen wat verder van de synaptische spleet, en ze worden alleen afgegeven bij extra inspanning van het brein. Neuropeptiden blijven langer werkzaam dan neurotransmitters.”

“Dat is van belang voor allerlei gedrag dat enige tijd neemt: denk maar aan het zoeken naar water en voer bij honger en dorst, of aan het verdedigen van het territorium, of aan paren. Gedrag dat op een bepaald moment de voorrang moeten krijgen. Neuropeptiden beïnvloeden de gevoeligheid van het neuron voor een neurotransmitter, door die gevoeligheid groter of juist kleiner te maken.”

Morfine-achtig

“Er zijn nu een stuk of vijftig genen bekend die coderen voor verschillende peptiden. Elk neuron dat peptiden vormt, brengt er daar een of twee van tot expressie. Daardoor wordt er een groot eiwit – we noemen dat een voorloper-eiwit – aangemaakt, dat op zich biologisch inactief is. Maar er zit wel allerlei biologische activiteit in verpakt.”

“Neem bijvoorbeeld ACTH, dat is het hormoon dat de bijnierschors aanzet tot de produktie van corticosteroïden. Wij hebben ontdekt dat die verbinding ook van invloed is op het leerproces, en er zitten daarnaast bèta-endorfine in – morfine-achtige stoffen – en verschillende hormonen die invloed hebben op de pigmentstofwisseling. Soms verschillen de voorloper-eiwitten die door hetzelfde gen tot expressie gebracht worden. Dat is afhankelijk van de cel waarin ze worden aangemaakt, maar zeker niet altijd. Voor het voorloper-eiwit van dat ACTH bijvoorbeeld, maakt het niet uit of het in de hypofyse of in een zenuwcel wordt gemaakt. De verdere verwerking is wél altijd afhankelijk van de cel waarin dat gebeurt.”

“Want het hangt vervolgens van de enzymen af wat er uit een voorloper-eiwit ontstaat. Enzymen splitsen eiwitten – daarom vind je ze in wasmiddelen.”

“En wat eruit komt, heeft ook te maken met waar dat eiwitsplitsende proces plaatsvindt, en het milieu waarin dat gebeurt.  De discussie loopt nog steeds over de vraag of de hormonen die in het lichaam allerlei processen beïnvloeden, dezelfde stoffen zijn die in de hersenen als neuropeptiden werkzaam zijn. Daar zijn wel aanwijzingen voor, maar het is ook zo dat neuropeptiden nog verder verwerkt, verder ‘omgezet’ worden Dat wil zeggen: ze worden enzymatisch gesplitst in verbindingen die óf dezelfde invloed hebben op het neuron als het hormoon waaruit ze afkomstig zijn, óf een meer gespecialiseerde. Maar dat is nog niet afdoende bewezen.” 

Toverwoorden

De Wied is nog maar net terug uit Amerika ten tijde van het gesprek, dat we op zijn werkkamer in zijn huis in Bilthoven voeren. Hij sprak er op een conferentie over de kansen op het ontwikkelen van stoffen die de cognitie verbeteren.

‘Cognitie’ en ‘cognitieve vaardigheden’ zijn nu al meer dan een decennium de grote toverwoorden voor zo’n beetje alles wat zich in onze hersenschors afspeelt, waaronder het  leervermogen. Met zijn onderzoek was hij zijn tijd vooruit, maar hij zelf dacht in eerste instantie ook niet in dat soort termen. “Daar was ik ook niet op uit,” benadrukt hij. “Ik had het altijd over de acquisitie en de extinctie van geconditioneerd gedrag, dus het verwerven en weer uitblussen ervan. Voor mij ging het om de hormonale beïnvloeding van het brein, en dat gedrag was niet meer dan een test om de activiteit van dat brein te meten.”

“Als mensen dan wel eens zeiden: je houdt je dus met leren en geheugen bezig, dan dacht ik: verrek ja. Maar de studie van leren en geheugen was niet mijn primaire doelstelling.”

“Ik kwam er alleen op den duur niet onderuit. Toen ik een keer een aantal gastcolleges zou geven aan het London University College zei mijn gastheer: ‘nou moet je echt eens ophouden met dat acquisitie en extinctie, zeg nou maar gewoon leren en geheugen. Je zal zien, dan zit de zaal vol.’ Dat was ook zo.”

“Maar ik vond het beladen woorden. Ik had ook niet de kennis om goed over die processen na te denken. Dat deden de psychologen toen ook niet. Het was de tijd van het behaviourisme: je stopte er iets in, en dan kwam er iets uit, maar wat er van binnen in de tussentijd gebeurde daar hielden maar weinig mensen zich mee bezig.”

“Wij waren nou juist dáárin geïnteresseerd. We wisten heel goed dat die neuropeptiden invloed hadden op het brein, maar wáár dat dan plaatsvond, en wat er dan precies gebeurde, dát wilden we weten.”

Connecties

Nog steeds is De Wied lichtelijk terughoudend. “Nee, ik kan niet zeggen wat ‘leren’ en ‘geheugen’ zijn,” antwoordt hij desgevraagd, “al weet ik er wat meer van dan vroeger. Maar je reduceert het tot eenvoudige modellen, waarmee onderzoek kan worden gedaan, zoals de ‘lange-termijn potentiatie’, LTP.”

“Dat is een heel mooi model voor geheugen. Het idee is dat geheugen het maken van connecties is tussen de cellen. Als je, in een stukje hersenweefsel, een zenuwcel snel achter elkaar prikkelt, dan zie je wanneer je die cel een volgende keer normaal prikkelt, dat het antwoord van het volgende neuron – dus de cel die ermee verbonden is – groter is geworden.”

“Die respons, dat signaal kun je meten. Verandert de respons dan is er een verandering ontstaan in de samenstelling van de synaps. Synapsen hebben het vermogen te veranderen, ze hebben plasticiteit. De synaps van de cel die je hoogfrequent geprikkeld hebt, reageert daarna gevoeliger, geeft de prikkel gemakkelijker door. Hij heeft ervaring opgedaan.”

“Men neemt aan dat die ‘plastische’ verandering bij leren en geheugen een rol spelen. Er ontstaan contacten die daarvoor slechts zwak of niet aanwezig waren: er is een netwerk ontstaan, een geheugenspoor.”

“Dat is voor ons weer interessant vanwege ons onderzoek met vasopressine, een neuropeptide waarvan we weten dat het een belangrijke rol speelt bij het geheugen.”

“Ratten die door een hormonale afwijking geen vasopressine kunnen maken, hebben last met leren. En het blijkt dat vasopressine ook invloed heeft op die lange-termijn potentiatie: je kunt bij deze dieren wel LTP opwekken, maar het wordt niet vastgehouden, het verdwijnt weer snel. Behandel je zo’n beestje dan met vasopressine, dan zie je dat de LTP normaal wordt. Wij nemen daarom aan dat dit soort peptiden ervoor zorgt dat informatie die eenmaal binnengekomen is, langer blijft ‘rondzingen’, en daardoor meer kans heeft opgeslagen te worden, een geheugenspoor te vormen.”

“Maar daarmee heb ik nog niet veel gezegd over wat het geheugen is. Ik kan alleen opmerken dat het leer- en geheugenproces een complex gebeuren is waaraan het hele organisme meedoet: het autonome zenuwstel – dus hart- en vaatstelsel, ademhaling, maag-darmkanaal, noem maar op. En het sensorische systeem: we kijken, luisteren, voelen, ruiken, proeven. Dat betekent dat grote delen van het brein meedoen aan het vormen van zo’n spoor, en dat er veel factoren betrokken zijn bij wat wij één geheugen noemen. Meer weet ik hier niet van.”

De Wied, onder meer oud-president van de KNAW en in het bezit van toch al gauw een handvol eredoctoraten, heeft al talloze prijzen en andere eerbewijzen ontvangen. Was hij desalniettemin gelukkig te horen dat hij nu ook nog de Heinekenprijs voor Geneeskunde krijgt? “Ja, natuurlijk. Ik vind het een geweldige eer, en heel plezierig,” zegt hij, “niet alleen voor mij, maar voor het hele Rudolf Magnus Instituut.”

Toch is zijn allergrootste voldoening altijd uit twee andere dingen gekomen. De samenwerking met anderen (“Ik heb nu bijna duizend publikaties op mijn naam staan, en daar staan driehonderd verschillende co-auteurs boven. Met een groot aantal daarvan heb ik een relatie opgebouwd die verder gaat dan de buitenkant.”) én de vreugde van iets nieuws ontdekken, de laatste gegevens te kunnen vertellen.

Dat dat nu niet meer kan, vindt hij verschrikkelijk. Niet dat hij zich verveelt – er wordt hem nog genoeg gevraagd – maar het emeritaat noemt hij een straf. “Ik heb nog steeds ideeën,” zegt hij, “maar ik kan er niets meer mee doen, want in mijn vak heb je daar mensen en een lab voor nodig. Daar praten we met collega’s wel over: in Amerika is het veel beter geregeld, misschien dat we de staat hier toch nog een keer gaan aanklagen voor leeftijdsdiscriminatie.”

 

 

Nuttig stoorzendertje

 

Andrew Fire

Pas in het laboratorium, van microscoop naar microscoop lopend en vlot lenzen en preparaatjes verwisselend, lijkt Andrew Fire (1959) echt op zijn gemak. Hier hoort hij thuis. En, oké, ook voor het schoolbord waarheen hij zich na de eerste de beste vraag al begeeft om in hoog tempo college te gaan geven over de bochtige slingerpaden vol obstakels waarlangs wetenschappelijke kennis en inzichten groeien. Niet dat er veel te tekenen of op te schrijven valt, maar het praat makkelijker, zo staand. Zolang er althans geen foto’s gemaakt worden, want dan moet Fire zich vermannen om niet helemaal te bevriezen.

Het is een warme middag op de beroemde Stanford University bij San Francisco, waar je op het hele uitgestrekte terrein geen verdwaald papiertje zult zien, en waar het met een kwartiertje overschrijden van de maximum toegestane parkeertijd van twee uur onmiddellijk onverbiddelijk tot een bon leidt. Eind vorig jaar is Fires laboratorium vanuit het Carnegie Institution of Washington van de Johns Hopkins University in Baltimore naar hier verplaatst. Erfelijkheidsleer, of iets preciezer: de biochemie achter de werking van genen, blijft Fires vak – hij leerde het op het Massachusetts Institute of Technology, in het laboratorium van Nobelprijswinnaar Philip Sharp – maar op Stanford zit hij in plaats van bij embryologie nu bij pathologie, ziekteleer. En ziektes zoals kanker, aids, hepatitis C en genetische aandoeningen uitschakelen of voorkomen, is waar het uiteindelijk om gaat.

“De medische wereld brengt andere expertise mee, dat merk ik nu al”, zegt Fire. Dat er nu mensen uit heel veel verschillende disciplines zijn lab kunnen komen binnenwandelen, bevalt hem. Ooit verliet hij de wiskunde “omdat dat toch wat eenzaam wordt na een tijdje”. Hij vertelt ook waarom: “Je bent aangewezen op je eigen ideeën, er is geen input van de rest van de wereld. Mijn gewaardeerde mentor vertelde me toen ik nog een undergraduate was dat het gemiddelde wiskundige artikel door drie mensen gelezen wordt. En dat is inclusief de auteur.”

Dat laatste gevaar heeft Fire na zijn overstap in elk geval uitstekend weten te ontlopen. Nu al is zijn naam voor zeer velen voorgoed verbonden met het machtige en krachtige verschijnsel dat hij ‘RNA-interferentie’ gedoopt heeft.Waarschijnlijk is het allemaal een verdedigingsmechanisme tegen indringers dat een lange historie in de evolutie heeft. Kort gezegd gaat het om een natuurlijk stoorzendertje, dat heel gericht genen kan uitschakelen. Dat opent, althans in principe, weidse perspectieven.

Zelden is een wetenschappelijke vondst dan ook zo snel zo breed opgepikt. Pas in 1998 verscheen de publicatie die nu overal in de wereld onder meer helpt om erachter te komen wat al die genen die de afgelopen jaren geïdentificeerd zijn nou eigenlijk doen. In 2002 riep het tijdschrift Science de speciale RNA-moleculen die in staat zijn tot interferentie uit tot de doorbraak van het jaar. Er zijn inmiddels farmaceutische bedrijven die zich helemaal op RNA-interferentie richten en vele tientallen miljoenen investeren in de verwachting dat dat werkende, winstgevende medicijnen zal opleveren. Het is opmerkelijk hoe vaak het woord ‘Nobelprijs’ valt in verband met het fenomeen, al wordt naast Fires naam dan ook meestal die genoemd van zijn collega Craig Mello van de University of Massachusetts, een van de co-auteurs van het zelfs op het internet al ruim 1500 maal geciteerde Nature-artikel.

Ook in Fires verhaal duikt Mello geregeld op, maar hij gaat eerst wat verder terug in de tijd voor zijn uitleg over RNA (ribonucleïnezuur). Dat was in de wetenschap tot voorkort toch vooral het wat ondergeschoven kleine broertje van DNA, letterlijk de boodschappenjongen, die zich in celkernen door een bepaald gen in het DNA laat vertellen welke bouwinstructies er doorgegeven moeten worden aan de ribosomen, waarna daar het echte werk, (in jargon: het tot expressie brengen van een gen, dus het maken van de juiste eiwitten) kan beginnen. Maar het wordt steeds duidelijker dat RNA er in soorten en maten is.

Volgens Andrew Fire is het allemaal begonnen in de oersoep. Hij schetst wat bekend staat als de ‘RNA-wereld’. Die was er eerst. Fire: “Een paar miljard jaar geleden vormden zich op aarde door de turbulentie van de temperatuur en zich daar rondbewegende moleculen verschillende mengsels. Meestal waren die vluchtig, maar op een zeker moment was er een vruchtbare bodem, kon zich een of ander molecuul ontwikkelen dat in staat was zichzelf te vermenigvuldigen. En de meeste mensen denken dat dat molecuul weliswaar misschien geen RNA was, maar er wel op leek. Een structuur die zichzelf kan vernieuwen heeft grote potentie, kan in aantallen echt exploderen en impact hebben op het ecosysteem. Het is onderhevig aan Darwiniaanse evolutie.”

In den beginne was er dus iets als RNA, niet iets als DNA, dat je als een volgende fase kunt zien. Fire beschrijft DNA als een relatief veilig opslagmedium voor informatie, dat zelf tot niet zoveel in staat is. “RNA is niet zo stabiel als DNA, maar het kan wel dingen dóen”, gaat hij verder. “En er is nog steeds RNA dat zichzelf kan vermenigvuldigen. We weten dat dat bij veel virussen gebeurt. De gedachte is dat die niet hebben gekozen voor een DNA-levensstijl.”

Een van de belangrijkste verschillen tussen DNA en RNA is dat DNA altijd uit twee strengen bestaat van steeds paartjes elkaar aanvullende bouwstenen (georganiseerd in de nu ruim vijftig jaar bekende dubbele helix), terwijl RNA zijn werk met maar één streng doet, die sense genoemd wordt. De eerste aanwijzing dat ook antisense, de complementaire RNA-streng, een biologisch doel kan dienen kwam begin jaren tachtig. En van virussen was al langer bekend dat ze altijd dubbelstrengs RNA nodig hebben, ook al is het soms maar eventjes, als ze zichzelf kopiëren. Tegelijk is dat wat Fire de Achilleshiel van virussen noemt.

“Je weet als je griep hebt, voel je je helemaal niet lekker”, legt hij uit. “Dat is je immuunsysteem dat aan het werk is, en dat heeft onplezierige effecten. In experimenten met dieren is in de jaren zestig uitgezocht welke component in het bloed daar nou verantwoordelijk voor is. Dat bleek dubbelstrengs RNA te zijn. Maakte niet uit wat voor, ook dubbelstrengs RNA dat in het laboratorium gemaakt is, als je alleen maar dat injecteert, roept het die reactie van het immuunsysteem op waar je je beroerd van gaat voelen.”

Achteraf gezien zijn dat allemaal aanwijzingen die hadden kunnen leiden naar de ontdekking van RNA-interferentie, en Fire is er diep van overtuigd dat die er ook zonder hem geheid gekomen zou zijn, maar indertijd bleef het bij losse observaties. Daar zijn er meer van. Fires beschrijving van de ontdekkingstocht die RNA-interferentie opleverde, zit vol toeval en misverstand. Eerst waren er de petunia’s. Een poging hun paars paarser te maken strandde in gemêleerde en zelfs witte exemplaren. Met andere woorden: in plaats dat hun genen voor paars versterkt werden, werden ze uitgeschakeld. Toen kwamen de eindeloze pogingen om met behulp van antisense genen uit te schakelen, om zo hun functie te kunnen bestuderen. Daaruit ontstond zelfs een hele industrie. Soms lukte het, maar heel vaak ook niet, en het waarom bleef onduidelijk. Soms ook werkten experimenten waarbij sense werd ingezet, het was allemaal raadselachtig.

De les die inmiddels geleerd is, is dat bescheidenheid en voorzichtigheid op hun plaats zijn. Fire: “De mechanismen op basis waarvan die antisense-verbindingen werken blijken nogal gecompliceerd. Mensen denken dat ze slim genoeg zijn om systemen zo te manipuleren dat er maar één effect optreedt, maar in werkelijkheid gebeurt er veel meer. Het systeem zelf reageert zodra je vreemd materiaal inbrengt. Dat moet het ook doen, bijvoorbeeld om virussen te kunnen afweren. Zodra je manipuleert zet je die mechanismen onverwacht in werking. Dat is echt een belangrijke les: een organisme wéét dat ermee gerotzooid wordt, en reageert.”

Wat iedereen in die veelheid van reacties miste, was de cruciale rol die dubbelstrengs RNA speelde. Fire was degene die dat op het spoor kwam. Herinnert hij zich dat moment nog? Hij lacht: “Nou, ik herinner het me een jaar later dan Craig. Het was alle twee de keren na een lezing, dus ik zal in 1997 wel nog een keer op dezelfde gedachte gekomen zijn.” Die gedachte was dat de collega die aldoor zulke merkwaardige, onbegrijpelijke uitkomsten kreeg van haar experimenten met enkelstrengs RNA, waarschijnlijk onbedoeld ook dubbelstrengs RNA had ingebracht. Dat het dus ging om een verontreiniging. Fire: “Mijn hele promotieonderzoek lang ben ik getraind om allerlei RNA-moleculen in een reageerbuis te maken. Dan kun je heel gecontroleerd werken. En een postdoc in mijn lab had de stabiliteit van natuurlijk RNA bestudeerd. Ik wist gewoon dat de effecten die mensen zagen niet zo stabiel konden zijn. Enfin, de effecten verdwenen dan ook toen het materiaal gezuiverd was en alleen nog enkelstrengs RNA bevatte.”

Samen met Craig Mello deed hij vervolgens een reeks experimenten die aantoonden dat dubbelstrengs RNA de verantwoordelijke factor was voor het uitschakelen van specifieke genen. Het is in staat boodschapper-RNA in stukken te knippen voordat het zijn boodschap kan afleveren. Het is dus RNA dat interfereert, vandaar RNA-interferentie. Fire is overigens zelf niet zo erg onder de indruk van zijn ‘heldere moment’. “Er hebben zo veel mensen aan bijgedragen. Dat ik erbij betrokken was is echt gaaf, maar om nou te zeggen dat ik het gedaan heb? Het was alleen maar een scheikundige suggestie die ik deed. Als ik nou meteen het verband met virale infecties had gezien…” Dat verband zou later nog pijnlijk genoeg duidelijk worden, maar in eerste instantie heerste er euforie. Fire lacht: “Je kreeg een soort wormenjaloezie.” Wat Mello en hij met het wormpje C.elegans hadden gedaan, begonnen andere onderzoekers te doen met hun onderzoeksobject: planten, fruitvliegen. En het werkte allemaal geweldig, verklaarde vooral heel mooi ineens allerlei verschijnselen bij planten.

“Maar je wilt natuurlijk dat het ook voor gewervelde dieren, inclusief de mens werkt”, zegt Fire. En dat lukte niet. Daar gooide de algemene, veel te brede ‘indringerrespons’ die van virussen bekend is, roet in het eten. Weg kans om gericht te schieten, bijvoorbeeld op ziekmakende genen. Een hoop onderzoekers gaven de moed al op, maar toen kwam ‘klein interfererend RNA’ in zicht. “Het was al bekend dat een cel wel een heel klein beetje dubbelstrengs RNA kan hebben, zonder dat hij die vijandige reactie geeft. Allerlei groepen zijn daar toen mee gaan spelen. Pas toen begonnen mensen zich te werpen op de biochemie van het mechanisme achter RNA-interferentie.”

Het bleek geen sinecure om een goede structuur te vinden, iets dat niet te klein en niet te groot was, dus wel een specifieke reactie in een cel kan oproepen, maar zonder dat alles op hol slaat. Maar dat machtige instrument kwam er, en wordt nu op grote schaal gebruikt. Daarmee is Fires onderzoeksgroep niet langer het absolute middelpunt van de ontwikkelingen. Hij moet daar zo te horen nog een beetje aan wennen, maar er blijft zat spannends te doen, ook al blijft het werk dat met veel vallen en weinig opstaan gepaard gaat.

Want gericht schieten om een gen het zwijgen op te leggen, dat ‘kleine interfererende RNA’ (siRNA in de Engelse afkorting) op de juiste plek afleveren, blijkt nog niet zo makkelijk, en dan moet ook nog blijken of het wel effectief is. “Het is niet een kwestie van gewoon siRNA in de bloedstroom inspuiten, al zijn sommige weefsels toegankelijker dan andere”, legt Fire uit. “De lever is een voorbeeld van een orgaan dat wel makkelijk dingen opneemt, net als het oog. Je hebt degeneratieve oogziektes waarvoor nu dingen in ontwikkeling zijn, omdat men een goed idee heeft welk gen onderdrukt moet worden. Maar een compacte tumor binnenin iemands lichaam is lastiger te bereiken.”

Waarop de inspanningen gericht worden, hangt natuurlijk ook af van hoe ernstig iets is (Fire: “Voor kaalheid hoef je niet te rekenen op RNA-gerelateerde therapieën”) en of er nu al iets bruikbaars bestaat. Tegen Hepatitis C bestaat geen medicijn, en dat maakt het volgens Fire een goede kandidaat. In het laboratorium zijn ook heel goede resultaten behaald met het HIV-virus, dat zich daarna dan overigens weer aanpaste. “Maar dat wisten we al van HIV”, zegt Fire. Toch ziet hij daar niet snel grote clinical trials uit voortvloeien, omdat er al een algemeen bruikbare therapie bestaat, en er met RNA gauw een hoop bijeffecten optreden. Aan en met RNA valt nog heel veel uit te zoeken, zoveel is duidelijk. Fire verwacht bijvoorbeeld dat verschillende ziektes zullen blijken voort te komen uit veranderingen in de hele machinerie van het RNA-interferentieproces. En hij heeft al een mutant gevonden die helemaal niet reageert op RNA-interferentie. “Die voed je bacteriën met siRNA, en er gebeurt niks”, zegt hij.

Fire heeft nog een toertje door zijn laboratorium gepland. “Zal ik de beesten laten zien?”, vraagt hij. Hij doelt op een constante in zijn leven sinds zijn dagen als postdoc in het lab van de latere Nobelprijswinnaar Sidney Brenner (in het Engelse Cambridge), de nematode C.elegans, het kleine wormpje dat in genen-onderzoekersland inmiddels bijna even populair is als Drosophila melanogaster, de fruitvlieg. Het diertje is in indrukwekkende hoeveelheden aanwezig, kast na kast is ermee gevuld. Fire zweert er dan ook bij, noemt C.elegans met lichte vertedering “een tamelijk onbenullig beestje” en “een prachtig systeem”.

Onder de microscoop doet C.elegans intussen erg zijn best zijn naam waar te maken. Harmonieus en soepeltjes glijden de wormpjes voort. We krijgen een stam te zien die speciaal gekweekt is om de 95 spiercellen van het beestje goed te kunnen bekijken. Dat levert een feeëriek schouwspel op. Fire laat zien hoe je een wormpje op kunt vissen, met een heel dun platinumdraadje dat aan het eind een lusje heeft. En hij legt uit dat het kleuren van stukjes binnenkant van C.elegans gebeurt met GFP, Groen Fluorescerende Proteïne, dat in de natuur een bepaalde kwal doet oplichten. Ah! Bekend verhaal. Het is de techniek die is uitgewerkt door Roger Tsien, de vorige winnaar van de Heinekenprijs voor Biochemie en Biofysica. De twee hebben elkaar vorig jaar ontmoet. “Ik had een hele lijst vragen voor hem”, vertelt Fire. Maar ze spraken niet over de prijs, want daar had Fire voor hij hem kreeg niet eerder van gehoord. Binnenkort gaat hij zich verdiepen in de vraag waarvoor hij hem gaat gebruiken.

Toen Fire in 2004  de Amerikaanse onderzoeker Fire de Heinekenprijs voor chemie won, sprak echt iedereen al over de Nobelprijs. Op 2 oktober 2006 werd bekend dat ie hem dat jaar inderdaad kreeg. Samen met – zoals ook voorspeld – zijn collega Craig Mello.

“Het ging net zo in gist als in een hersencel!”

Soms heeft onderzoek trekjes van een lang uitgesponnen detective, of een jacht naar de schat. Dr. James Rothman vond aanwijzingen, werd op dwaalsporen gezet, kreeg nieuwe puzzelstukjes in handen, legde ze naast weer andere en haalde uiteindelijk de buit binnen: de ontdekking hoe binnenin cellen opdrachten op de goede plaats terechtkomen. Gaat dat nog eens helpen uitzaaiingen bij kanker te voorkomen?

“Het was iets waar elke onderzoeker een moord voor zou doen, een resultaat dat je maar eens in je leven kan verwachten.” Het klinkt wat ingehouden — hij is niet zo exuberant — maar dr. James Rothman (49) glundert nog steeds bij de herinnering. Tegelijk hoor je in zijn stem een heel klein beetje spijt dat die ene keer al geweest is, achter hem ligt.

Het kan niet anders dan overweldigend zijn om na heel veel jaren beetje bij beetje kennis verwerven ineens alles op zijn plaats te zien vallen en te weten: dit gaat op voor alles wat leeft, voor iedere planten- en dierencel die ook maar iets voorstelt. Zonder dit is leven uitgesloten.

Rothmans onderzoeksterrein ligt binnenin cellen. Een wereld op zich, met eigen wetten en eigen beperkingen. De centrale vraag: hoe is die zaak georganiseerd, hoe weet een cel wat hij moet doen? En niet een keertje, maar steeds weer. In zijn sobere kamertje in het New Yorkse Sloan-Kettering Institute voor kankeronderzoek  waarvan hij vice-voorzitter is, stelt Rothman het zo: “Als je de piramides van Gizeh ziet, denk je dat is fantastisch, wat een geweldige organisatie. Maar dat is maar één keer gebeurd, terwijl een cel innerlijk zo georganiseerd moet zijn dat hij steeds opnieuw het goede doet, en steeds opnieuw kan delen. Dat is nog eens extra gecompliceerd.”

 Gegrepen

 Het was eind jaren zestig, en Rothman studeerde medicijnen. De elektronenmicroscoop was net een beetje gewoon geworden, en werd nu op ruime schaal gebruikt in het biologisch onderzoek. “Pas op dat moment werd de rol van alle verschillende compartimenten in cellen precies geïdentificeerd”, vertelt Rothman. “Ik was er geheel door gegrepen.”

Naast een kern hebben cellen nog een heel stel onderdelen, die allemaal omgeven zijn door een membraan. Rothman: “Dat elke cel een buitenmembraan heeft om het cytoplasma en alles wat erin zit bij elkaar te houden, snapt iedereen, maar ook binnenin rondom ieder compartiment zit er een. Die compartimenten in een cel heten overigens organellen.”  En om die te ‘bereiken’ moet je als het ware door hun membraan heen.

Rothman legt uit: “In een cel is er één enkele fabriek, het ribosoom. Daar worden alle enzymen gemaakt, en enzymen zijn de proteïnen die chemische reacties in gang zetten. Dat kan van alles zijn en is ook afhankelijk van het type cel. In de pancreas gaat het bijvoorbeeld om de aanmaak van insuline, voor de ontwikkeling van organen heb je groeifactoren nodig, en de doorgifte van signalen tussen zenuwcellen gaat met behulp van neurotransmitters. Op de een of andere manier moet cellen dus al die organellen herkennen en zorgen dat de goede enzymen op de goede plaats komen, zodat de juiste chemische reacties kunnen optreden.”

Pakketje

Het proteïnevervoer binnen een cel gaat per blaasje. Die blaasjes vormen zich als een soort ballonnetjes of zakje uit het membraan van het ribosoom, ze botten als het ware uit, en laten dan los. Er zijn veel verschillende soorten blaasjes en ze bevatten vaak duizenden moleculen die op de juiste bestemming moeten worden afgeleverd. Die aflevering geschiedt door wat membraanfusie genoemd wordt: het blaasje fuseert met het membraan van het organel waar het wezen moet. De inhoud van het pakketje kan dan naar binnen, en vervolgens gaat het blaasje weer terug naar waar het vandaan kwam, waar het weer nieuwe lading kan ophalen enzovoort. Maar hoe blaasjes weten waar ze moeten zijn en hoe die fusie in zijn werk gaat, was een van de grote vragen uit de biologie.

Dat werd Rothmans speurtocht. “Ik wilde toen ik eind jaren zeventig een eigen lab kreeg verder dan het niveau van de microscoop”, vertelt hij, “want wat je daardoor ziet is altijd statisch.” Hij vond een manier om het proces van blaasjesvorming, transport en membraanfusie in de reageerbuis, dus buiten de cel te laten plaatsvinden, daarna kon hij ook de skepsis bij vakgenoten overwinnen.

Pulp

Lachend zegt hij: “Biochemici zijn gewend nogal bot te werk te gaan. Je neemt wat materiaal, mengt en prakt het tot pulp en vervolgens hoop en bid je dat je niet alles hebt kapotgemaakt  en dat wat je overhoudt niet alleen maar een bijproduct is van wat je net gedaan hebt. Maar in de loop van de jaren tachtig hebben we eerst onszelf — uiteraard — en toen de rest van de wereld helemaal overtuigd dat we dat complexe proces inderdaad  voortaan in de reageerbuis konden reproduceren. Dat heeft heel veel deuren geopend, ook voor ander onderzoek.”

 Daarmee was alleen nog niet de opeenvolgende reeks chemische reacties gevonden die ten grondslag ligt aan dat hele blaasjes-mechanisme. “Toen we eenmaal een opstelling hadden die werkte, konden we op zoek naar bij het fusieproces betrokken enzymen. Maar er zijn heel veel enzymen”, gaat Rothman verder. “Het eerste dat we door een gelukkig toeval ontdekten was een molecuul dat we NSF hebben genoemd. Dat bleek noodzakelijk te zijn in het proces.”

 “Maar niet, zoals we eerst dachten, voor de eigenlijke membraanfusie. Dat fuseren bleek namelijk ook zonder NSF te kunnen. Uiteindelijk kwamen we erachter dat je NSF nodig hebt voor het steeds maar doorgaan van het proces. Zonder NSF zou zo’n blaasje op het membraan blijven zitten en nooit meer terug kunnen.  Het is een soort pendeldienst, en NSF is nodig om weer een nieuw rondje te maken.”

Alle organismen

Cruciaal was het moment waarop, door anderen, datzelfde NSF in gistcellen gevonden werd. Rothman ontdekte vervolgens het gen dat in gist codeert voor NSF, dus als het ware de opdracht voor de aanmaak geeft. Rothman: “Het einde van het liedje was dat duidelijk werd dat dezelfde proteïnen in alle organismen betrokken zijn bij dat steeds weer terugkerende transport. Dat fusieproces was iets algemeens!”

Een doorbraak, maar er lagen nog genoeg frustraties op de loer. Rothman en zijn team (hij maakt keer op keer duidelijk dat er van eenmansprestaties geen sprake is) isoleerden nog een andere proteïne, die ze SNAP doopten. Ook die kwam in het complete eukaryotische rijk voor, dat wil zeggen: in alle dieren en planten, en was essentieel voor het hele fusieproces. “Maar opnieuw was de frustratie dat ook SNAP niet direct bij de membraanfusie betrokken was”, herinnert Rothman zich. “Het was wel belangrijk, maar niet de essentie. Samen met NSF verzorgt het die recycling van de blaasjes.”

Uit vissen

“Toen zijn we maar uit vissen gegaan, en hebben we NSF en SNAP als aas gebruikt. We dachten waar die ook aan binden op het membraan, dat móet een algemeen fusieprincipe zijn, gezien de brede activiteit van die twee. Dat werkte. We vonden een set proteïnen op het membraan die we SNARE hebben genoemd, van ‘SNAp-REceptor’.” Dat organelmembranen receptoren hadden was eerder niet bekend.

Dertig jaar heeft Rothman er allemaal hard aan gewerkt, maar telkens blijken geluk hebben en toevalligheden onmisbare factoren. Hij benadrukt dat zelf: “Als ik nou indertijd een vooruitziende blik had gehad dan had ik nu verteld: we dachten dat we het principe hadden gevonden voor synaptische doorgifte — de doorgifte van signalen tussen hersencellen — en daarom deden we het volgende experiment…. Maar zo was het dus helemaal niet. We begonnen gewoon hersenmembranen te gebruiken omdat we die toevallig op het lab hadden en er flink wat SNAP en SNF in voorkwam, dus waarom die niet? We zetten drie proteïnen uit die wel bekend waren, maar waarvan  we niet wisten wat ze precies deden.”

Muurvast

Een gouden greep. Ze bleken eindelijk de echte sleutel tot membraanfusie te bevatten. Niet alleen in hersencellen, waar ze dus de aflevering van pakketjes neurotransmitter mogelijk maken, maar naar uiteindelijk bewezen kon worden in alle cellen. Rothman spreekt van het ‘SNARE-complex’ dat het werk doet. Een van de drie proteïnen is gelokaliseerd op het blaasje, de andere twee op het membraan. Ze passen alleen maar op elkaar. Hebben ze elkaar gevonden dan is de fusie een feit. Ze zitten vast, muurvast zelfs. Rothman: “Even terzijde: dat NSF en SNAP waar we mee begonnen, zijn de proteïnen die de zaak weer uit elkaar halen, waardoor het blaasje dus weer loskomt van het membraan. Dat bleek hun precieze functie.”

Toen hij het fusieproces in hersencellen uitgevist had, kwam voor Rothman zijn finest hour. De drie SNARE-proteïnen uit de hersencellen moesten vergeleken worden met proteïnen in andere typen cellen. Rothman: “Heel veel mensen deden al dit soort onderzoek. Er was letterlijk een hele catalogus van genen en sequenties, maar er bestond weinig inzicht in welke proteïnen een rol speelden bij membraanfusie.”

Het grote uitproberen en vergelijken begon. En keer op keer zouden elders al beschreven proteïnen sprekend op SNARE blijken te lijken. Daarbij gaat het telkens om paren. Elk type blaasje heeft zijn eigen SNARE-proteïne, die alleen kan binden aan bepaalde ‘doel’-SNARE-proteïnen op de organelmembranen. Zo weet het dus de weg, komt het alleen op de juiste plaats zijn pakketje afleveren. Wie alle blaasjes-proteïnen kent én hun bijpassende doel-proteïnen, kent het stratenplan van de binnenkant van de cel. Want het blaasjestransport vindt alleen plaats tussen ‘verwante’ proteïnen.

Exploderende ideeën

De baanbrekende link werd gelegd in 1993, en Rothman weet het nog exact. “De laatste resultaten kreeg ik om tien voor elf per telefoon doorgegeven, en om elf uur moest ik een lezing geven. Over iets totaal anders. Ik schijn het er nog redelijk vanaf gebracht te hebben, maar in mijn hoofd explodeerden ondertussen de ideeën. Want wat ik net gehoord had kwam erop neer dat membraanfusie in gist of in een hersencel precies hetzelfde is! Dat we dus waarschijnlijk echt een heel algemeen mechanisme hadden blootgelegd.”

“Het was geweldig. Een moment dat ik zonder aarzelen nog wel eens zou willen beleven, maar dat heel zeldzaam is. Het gebeurt ook bijna nooit dat je in een klap verschillende onderzoeksterreinen bij elkaar brengt.”

Koortsachtig werd er vervolgens gewerkt. Terwijl verdere resultaten nog binnenstroomden schreven Rothman en zijn team al aan een artikel voor het belangrijkste vakblad Nature. Het werd natuurlijk de coverstory, en het verscheen binnen een paar weken nadat het was aangeboden, zeer uitzonderlijk. Bij elkaar in een lijstje op Rothmans kamer hangen onder meer het kladje waarop hij aan de telefoon de gegevens noteerde, de brief aan Nature en een inmiddels al geheel vervaagde fax van de Nature-redacteur over correcties en aanvullingen. Nog nagenietend vertelt Rothman: “Ik had een skivakantie gepland die ik me niet wou laten afnemen. Gelukkig vond ik ergens in een hut een fax. Dan kwam ik de berg af en dan lag er weer een.”

Virussen

Een dergelijk alomtegenwoordig proces ontdekken is op zich al mooi genoeg vindt Rothman, gewoon om je nieuwsgierigheid naar hoe de wereld in elkaar zit te bevredigen, maar daarnaast ziet hij ook allerlei medische toepassingen in het verschiet. Bijvoorbeeld omdat gebleken is dat virussen cellen binnendringen met gebruikmaking van onderdelen van het membraanfusiemechanisme. Ze hebben zich als het ware aangepast. Er blijken bovendien inmiddels grote overeenkomsten te zijn tussen fusie binnenin en aan de buitenkant van cellen, die immers ook een buitenmembraan hebben. “En virussen hebben maar één fusie nodig”, zegt Rothman, “Dan zijn ze binnen en kunnen ze bij het genetisch materiaal van de cel komen, en zichzelf gaan repliceren. En weer en weer.”

Virussen lijken veel meer op ‘ons’ dan bacteriën. “Waarom zijn antibiotica zo’n succes?”, zegt hij, “Omdat ze bacteriën aanvallen en die zijn principieel verschillend van onze eigen cellen. Virussen zijn veel subtieler.” Maar hun geheimen moeten ze de laatste tijd een voor een prijsgeven. Dat biedt perspectieven in de strijd tegen bijvoorbeeld HIV — het aids-virus — en influenza, dat ons griep bezorgt.

Maar met een beetje geluk zullen ook uitzaaiingen bij kanker het onderspit gaan delven. Want gaat het daarbij uiteindelijk niet steeds om cellen en celonderdelen die de weg kwijt zijn? “Het gaat om routes die proteïnen afleggen, en daar kunnen onbalansen in ontstaan”, vat Rothman samen. “En kanker is de ultieme onbalans. In groei, in differentiatie, maar ook in ‘sociaal gedrag’. Cellen komen terecht op plaatsen waar ze niet horen, dat noemen we dan uitzaaiingen, en in feite is dat het gevaarlijkste aan kanker. Met meer kennis van proteïnen en hun routes kunnen je veel gerichter met medicijnen werken, en hopelijk beter gaan voorspellen wat bij wie werkt.”

‘Je kunt net zo goed zeggen dat we de opwarming van de aarde juist nodig hebben’

Biologen en geologen hebben elkaars kennis nodig om ‘het systeem aarde’ te kunnen begrijpen. En dat is weer een voorwaarde om iets zinnigs te zeggen over de toestand nu en in de toekomst. Biogeologie is een grensvak in ontwikkeling, waar Nederland volgens een KNAW-verkenningscommissie veel aan bij te dragen heeft. Hoe onze wereld verfijnder en complexer werd.

“Er komen aan de lopende band organische moleculen uit de ruimte. Het is helemaal niet gezegd dat het leven op aarde hier ook begonnen is.” Prof.dr. Bert van der Zwaan (50) lacht erbij, maar meent het niet minder serieus. Om zijn studenten een beetje te provoceren haakt hij graag even aan bij de discussie of er leven op Mars geweest is: “Daar kan ons leven ook vandaan komen. Op een meteoriet afkomstig van Mars zijn een kristallen gevonden – magnetiet – dat overtuigend lijkt op magnetiet zoals dat gemaakt wordt door bacteriën. Die meteoriet is drie en een half miljard jaar oud. Rond die tijd ontstonden de eerste bacteriën op aarde.”

De wat terloopse opmerkingen over buitenaards leven geven een indruk van de uitgestrektheid van het onderzoeksterrein van Van der Zwaan. Hij is de enige hoogleraar biogeologie in Nederland, en bedrijft dat vak aan twee universiteiten tegelijk: die van Utrecht (bij Aardwetenschappen) en die van Nijmegen (bij Biologie). Biogeologie is dan ook, precies zoals het woord doet vermoeden, het interdisciplinaire grensgebied waar geologen en biologen elkaar vinden.

Zeebeestjes
Nut en noodzaak daarvan kan Van der Zwaan makkelijk illustreren aan de hand van een voorbeeld waar de muren in zijn Utrechtse werkkamer vol mee hangen. Prachtige plaatjes van foraminiferen, hele kleine, eencellige zeebeestjes in schitterende geometrische patronen. Van der Zwaan: “Daar zijn er heel veel van, en ze fossiliseren goed. Ze zijn dus makkelijk te vinden, en goed te gebruiken om het verre verleden mee te reconstrueren.” In de olie-industrie wordt er dan ook al lang gebruik van gemaakt. Veel geologisch onderzoek is voortgekomen uit de behoefte aan kennis over ertsen en olie, net zoals biologische kennis dikwijls een medische achtergrond heeft. Dat maakt een ontmoeting tussen de twee vakken niet direct vanzelfsprekend.

Van der Zwaan legt uit: “Van die foraminiferen weten paleontologen veel meer dan biologen. Maar als je het vanuit evolutionair of ecologisch oogpunt wilt bekijken heb je ook biologische kennis nodig. Het gebrek daaraan was echt een groot probleem. Hoe zit het met de reproductie van die beestjes? Hoeveel nakomelingen hebben ze? Kunnen ze tegen zuurstof? Dat was allemaal niet bekend, maar ook de biologen wisten het niet. Dit zijn geen direct belangrijke biologische vragen met bijvoorbeeld een biomedische achtergrond. De grootste vragen in de biogeologie werden vanuit de aardwetenschappen aangestuurd.”

Bijblijven
Het gaat uiteindelijk allemaal om het begrijpen van het ‘Systeem Aarde’. Tussen Aarde en Leven heet het eindrapport van de Verkennings Commissie Biogeologie van de Akademie waarvan Van der Zwaan voorzitter was. Het is net uit, en vormt de aanleiding voor het gesprek over dit vak dat zich sterk aan het ontwikkelen is. De ‘strategische verkenning’, onder meer aan de hand van enquêtes, is in recordtijd gedaan: in acht maanden. Maar daar was wel weer een voorverkenning van de Raad voor Aarde en Klimaat aan voorafgegaan. Van der Zwaan: “Het startpunt was internationaal. De Raad had als uitgangspunt dat er hier iets belangrijks gaande is. En dan is onder meer de vraag of het ook voor Nederland een belangrijk nieuw grensgebied is, en pregnanter: het gaat in het buitenland heel hard, wat kunnen wij doen om bij te blijven?

De vraag van de KNAW was dus hoe we onze positie kunnen behouden danwel verbeteren.”
Het rapport maakt duidelijk dat er in Nederland weliswaar veel gebeurt dat van belang is voor de biogeologie, en dat het gaat om onderzoek van hoge kwaliteit, maar het is allemaal weinig gecoördineerd. Dat moet dus veranderen. En Van der Zwaan neemt het voortvarend ter hand. Op 17 maart aanstaande, tijdens een conferentie over ‘Global Ecology’ in Wageningen gaat het Nationaal Centrum voor Biogeologie informeel van start. Eind dit jaar moet er een officieel begin gemaakt zijn met het goeddeels virtuele onderzoekscentrum, dat wel een penvoerder en een directie krijgt, maar als het aan Van der Zwaan ligt zo min mogelijk extra bureaucratie oplevert.

Darwins tijd
Dat de commissie de naam Darwin Centrum voorstelt, heeft duidelijke redenen, die in het rapport terug te vinden zijn. In Darwins tijd lagen de vakken biologie en geologie veel dichter bij elkaar dan tegenwoordig. De natuur werd in zijn geheel beschouwd. Sterker nog: Darwins eerste publicaties gingen over geologie. Eigenlijk zijn de twee terreinen pas vanaf de Tweede Wereldoorlog ieder een eigen kant opgegaan. Ze onder de naam Darwin weer wat meer verenigen is dus niet zo’n gekke gedachte, maar vanuit biologische kring klinken daar inmiddels enige protesten over. Sommige biologen vinden kennelijk dat de naam Darwin van hen is, of niet geschikt voor een Biogeologisch Centrum. “Daar heb ik me eerlijk gezegd wel aan geërgerd”, merkt Van der Zwaan op, al moet hij er ook wel een beetje om lachen. Hoe dan ook, de bedoeling is dat er snel bijeenkomsten zullen komen en natuurlijk een gezamenlijk onderzoeksplan.

Van der Zwaan hamert op het belang van kwaliteit. “Het was een verkenning nieuwe stijl”, vertelt hij, “waarbij er nadrukkelijk gevraagd wordt naar keuzes. Momenteel is er belangstelling van allerlei kanten, maar wie mee wil doen moet echt binnen het thema vallen, en het onderzoek moet zeer goed tot excellent zijn.”

Maar waar moet het over gaan? Kan Van der Zwaan een beeld schetsen? “Wat we doen speelt op hele grote ruimtelijke schalen, en soms over lange tijden”, zegt hij. “Als je bijvoorbeeld wilt weten hoe het zal gaan met het leven op aarde de komende honderd jaar dan moet je op veel vragen een antwoord hebben. Zijn veranderingen in de oceaan bijvoorbeeld van invloed? Dan kun je kijken naar de koolstofcyclus. Als die verandert, voor opwarming zorgt, sterft er dan leven uit of niet? En hoe snel herstelt het zich? Kun je door menselijk handelen de circulatie in de oceaan echt zo veranderen dat er ongelukken gebeuren met het klimaat? Met andere woorden: hoe zit het met de relatie tussen veranderingen in het CO2-gehalte, het broeikaseffect en de biodiversiteit?”

Wereldvochtigheid
“Het gaat om enorm complexe systemen, waarin je kunt proberen om met behulp van computermodellen vereenvoudigingen aan te brengen. Je kunt je bijvoorbeeld afvragen of je de ontwikkelingen in de bossen en vegetatie op aarde kunt beschrijven met een of twee variabelen. De wereldvochtigheid is daar heel belangrijk voor weten we. Waarschijnlijk is dat de belangrijkste verklarende factor.”

“Wat de biogeologie zo speciaal maakt zijn de schalen waarop de dingen zich afspelen. Maar die verschillen ook erg. Neem weer even die koolstofcyclus. Als je alleen naar Nederland kijkt dan is het broeikaseffect of zich niet zo belangrijk. De zeespiegel is veel belangrijker. Zodra die twee of drie meter stijgt heeft dat enorme gevolgen voor Nederland, maar op wereldschaal maakt het meestal nauwelijks uit. Hoe je van schaal kunt veranderen, de verbinding kunt maken tussen de verschillende schalen, dat is een van de grote onderzoeksvragen.”

“Want je kunt er ook andersom naar kijken. We maken ons druk over het opgelopen CO2-gehalte, maar is dat erg? Is wat er nu gebeurt buitennatuurlijk? Als je over de afgelopen dertig miljoen jaar kijkt zeker niet. Toen was het vijf keer het huidige gehalte, dus je kunt ook zeggen dat het nu absurd laag is. Iedereen heeft het over het broeikaseffect, maar is dat echt zo erg? Op Groenland groeiden er rond 1200 nog druiven, heeft daar toen iemand over geklaagd?”

Woestijnvorming
“Niemand weet overigens wat de precieze effecten van opwarming zijn. Misschien hebben we het juist wel nodig. Water wordt deze eeuw een schaars goed, en een kwart meer neerslag zou de verdroging tegen kunnen gaan. Van een beetje broeikas wordt het lekker nat. Ik zeg dit nu, maar dat is net zo’n legitieme slag in de lucht als de claim dat het broeikaseffect onze grootste bedreiging is. Die verdroging nu zit hem overigens in de consumptie van de mens, en in onoordeelkundige irrigatie. Die leidt tot verwoesting van landbouwgronden en woestijnvorming. En dat stapelen we dan nog eens bovenop een situatie waar we toch al een wat drogere aarde hebben. De oorzaak daarvan ligt vijftien miljoen jaar geleden. Toen begon de zuidelijke ijskap snel te groeien, waardoor de aarde droger werd en er op grote schaal woestijnen ontstonden. Dat je twee ijskappen op de polen hebt is in de geschiedenis van de aarde trouwens heel bijzonder.”

De zeebodem, ijskernen van de polen, bergformaties, de wereld is een groot archief waaruit dingen te leren vallen. Ook dat overgangen soms verbluffend snel kunnen gaan. “Hoe overgangen verlopen is relevante maatschappelijke kennis”, zegt Van der Zwaan, “een systeem kan lange tijd stabiel blijven, en dan komt er een omslag die binnen tachtig jaar voltooid is. Dat gaat zo snel dat je je een hoedje schrikt.”

Reconstrueren wat er vroeger gebeurd is, processen volgen, het is allemaal essentieel voor het begrip van het systeem, en dus ook voor het kunnen voorspellen van wat er gebeurt als je ingrijpt. Welke keten van veranderingen je kunt verwachten. Leidt het uitsterven van de ene soort tot een hele cascade? Hoe zat het wanneer met de stofstromen, de cycli van bijvoorbeeld stikstof, zwavel, ijzer, fosfor, zuurstof? En hoe hingen en hangen die samen met de biodiversiteit? Van der Zwaan: “Als de reconstructies kloppen dan hebben we nu een biodiversiteit die een magnitude hoger ligt dan zestig miljoen jaar geleden. Hoe heeft zich dat ontvouwd? Voor begrip van moderne systemen heb je die evolutionaire kennis nodig.”

Tsjernobyl
Maar ook voor het volgen van de vervuiling in de Adriatische Zee sinds begin vorige eeuw. Van der Zwaan laat staatjes zien, waarin de recente geschiedenis goed valt terug te lezen. Vanaf 1920 werd er kunstmest gebruikt, wat de organische vervuiling sterk deed toenemen, en het zuurstofgehalte verminderde. De vervuiling nam tijdens de Tweede Wereldoorlog af, omdat er toen minder landbouw was. En in 1978 was de vervuiling op zijn hoogtepunt, daarna is men afvalwater eerst gaan zuiveren. We dateren dit jonge archief met het ongeluk in Tsjernobyl, wat onmiddellijk te herkennen is aan een piek in isotopen. Het is allemaal te traceren.

En soms is het nog eenvoudiger te zien. Er hangt een uitvergrote foto aan de muur, met daarop op het eerste gezicht gewoon een schep zand, en een sleutel, die je symbolisch kunt interpreteren, maar die ook een idee van de schaal geeft. Van der Zwaan vertelt en wijst aan: “Het is een spade zand aan het strand, maar kijk, je ziet hier prachtig de overgang tussen twee systemen. Tussen zuurstofrijk en zuurstofarm. Die gangetjes in het zand komen van wormen, en die woelen alleen maar zuurstofrijke grond om. Je ziet daardoor precies de grens.”

Verfijnder
“De eencellige foramiferen waar wij experimenten mee doen, zijn in staat om wel die grens tussen zuurstofarm en –rijk gebied te doorkruisen: ze zijn als het ware de boodschappers tussen de boven- en onderwereld. Ze voeden zich met bacteriën, en hoe harder ze dat doen, des te sneller gaan die bacteriën zich voortplanten. En dat heeft als neveneffect dat biochemische veranderingen en biochemische cycli sneller verlopen.

Hoe dat hele complexe bodemsysteem precies werkt, daar weten we nog weinig van, maar het is wel duidelijk dat het in het verleden anders in elkaar stak. Er waren veel minder gravers die belangrijke voedingsstoffen de grond in brachten en andere weer naar boven vervoerden. Dat gaat nu vele malen efficiënter dan zestig miljoen jaar geleden. En onder andere die toegenomen activiteit in de zeebodem heeft weer gevolgen voor de vruchtbaarheid van de oceanen. Het recyclesysteem is verfijnder, complexer geworden, wat ook de vruchtbaarheid de oceanen heeft doen toenemen.”

Van der Zwaans boodschap is duidelijk. Voor het doorgronden van heden, verleden en toekomst van ons systeem aarde kun je inderdaad een enorm scala aan onderzoekers inzetten. Niet alleen geologen en biologen, maar ook biochemici, microbiologen, ecologen. Als het aan Van der Zwaan ligt zullen ze elkaar binnen het Darwin Centrum allemaal gaan tegenkomen.

Door je geheugen-onderdrukkingsgenen stop je niet alles wat je tegenkomt in je geheugen

We zullen op den duur wel wennen aan de gedachte dat wat we meemaken aantoonbare, fysieke sporen nalaat in onze hersens, zegt prof. Eric Kandel. Hoe dat precies gebeurt, is wat hij zocht en vond. Dat ging via Pavlov-reflexen in zeeslakjes, en is nu al aangeland bij muizen met een veel beter geheugen dan normaal.

Hij omschrijft het beestje zelf als een slijmerig hoopje, en ja, dat mensen moeite hebben te geloven dat hun geheugen net zo werkt als dat van het zeeslakje aplysia, dat snapt hij best. Ooit, toch al weer zo’n kleine veertig jaar geleden, kwam prof. Eric Kandel (70) bij dit diertje terecht omdat het de grootste zenuwcellen ter wereld heeft. Die lieten zich dus relatief makkelijk onderzoeken. Zijn geloof dat je toch echt bij het simpelste organisme moet beginnen om iets te kunnen leren over ingewikkelder levensvormen staat nog steeds onwankelbaar overeind.

Kandel is wereldberoemd omdat hij tot het moleculaire niveau doordrong van wat we ‘leren’ noemen. Bij het zeeslakje ontdekte hij de keten van reacties in zenuwcellen waarmee dingen zijn geheugen binnenkomen en daar voor langer of korter vastgelegd worden. Toen het later op precies dezelfde manier bleek te gaan bij fruitvliegjes en bij muizen kon hij er zeker van zijn een heel algemeen mechanisme gevonden te hebben, dat zich vast en zeker ook in mensenhoofden afspeelt.

Aan de lijst prijzen en andere eerbetonen die Kandel al ten deel zijn gevallen komt bijna geen eind. Nu komt daar de Dr. A.H. Heinekenprijs voor Geneeskunde bij, een van de vijf tweejaarlijkse prijzen voor wetenschap en kunst die bekostigd worden uit een fonds van biermagnaat Freddy zelf. Op 29 september krijgt hij de 150.000 dollar (zo’n 375.000 gulden) uitgereikt door prins Claus tijdens een zitting van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen.

Kandel is het type man dat zich bewust is van zijn prestige, maar er allang niet meer op hoeft te wijzen. Zijn lach is uitbundig, met gierende uithalen, zijn postuur klein en tenger en de gastvrijheid waarmee hij ontvangt groot. De lunch die meteen gebracht wordt op zijn werkkamer op de Columbia Universiteit in New York is buitengewoon Amerikaans: tuna en turkey sandwiches. Zelf houdt Kandel het op een klein bekertje yoghurt, maar de interviewster heeft moeite hem te overtuigen dat een zo’n tonijnding ruimschoots voldoende is, en de fotograaf mag niet vertrekken zonder een kalkoenboterham en een blikje coke in zijn tas.

Hij noemt zich een “moleculair bioloog die werkt aan het geheugen”, maar zijn achtergrond is veel breder. Hij begon met literatuur en geschiedenis te studeren, daarna volgden een medicijnenstudie en de specialisatie psychiatrie. Daar groeide al snel zijn behoefte meer van het geheugen te begrijpen. Maar de psychoanalyse is nog steeds zijn oude liefde, zegt hij, wat mooi is voor iemand die in Wenen geboren werd. Kandel was negen toen de familie na de Anschluss en net voordat de Tweede Wereldoorlog uitbrak uit Oostenrijk naar Amerika vertrok, en daarmee ontkwam aan de jodenvervolging.

Een gevoel van grote vrijheid is wat hij zich vooral herinnert van de beginperiode in New York. Er zaten allemaal linkshandige kinderen in zijn klas, iets dat in Oostenrijk niet mocht bestaan, en je kon in het nog tamelijke landelijke Brooklyn op straat spelen en rolschaatsen. “Zelfs voordat Hitler kwam heerste er een benauwend burgerlijk klimaat in Wenen”, zegt hij, “wat je echt belemmerde in je spontaniteit.” Meer dan zestig jaar later is de herinnering nog heel levendig, zie je aan zijn gezicht.

Het geheugen is natuurlijk ons gespreksonderwerp. Welke herinneringen bewaart iemand, wat verdwijnt in de mist van het verleden? “Volgens mij”, zegt Kandel “is de vraag vooral wat je nog méér onthoudt, eerder dan wat je onthoudt. Want dat laatste is redelijk te voorspellen. Het zit er bijvoorbeeld wel in dat we ons dit interview zullen herinneren, want dat duurt een tijd en we doen het niet elke dag, maar wat er verder zal blijven hangen van de gebeurtenissen van vandaag…?”

Een andere manier om die vraag te formuleren is: wat zal de andere kant van onze hippocampus bereiken? Van dat zeepaardvormige stukje brein dat binnenin je slaapkwabben zit is nog steeds lang niet alles bekend. Het moet een soort verwerkingsstation zijn. In elk geval is het niet de plaats waar dingen binnenkomen, noch een opslaggebied voor herinneringen. En zeker is dat het onmisbaar is voor de aanmaak van wat expliciete herinneringen genoemd worden: de dingen waarvan je weet dat je ze geleerd of meegemaakt hebt. Vaardigheden zoals fietsen en dansen kun je wel leren zonder hippocampus.

Feiten die op een nogal gruwelijke manier aan het licht gekomen zijn dankzij de wereldberoemde patiënt H.M., die nooit zal weten hoe beroemd en belangrijk hij is. Epilepsieaanvallen beheersten zijn leven voordat in 1953 zijn hippocampus verwijderd werd. De aanvallen zijn weg, maar inmiddels herkent H.M. zichzelf niet meer in de spiegel, omdat hij alleen nog alles weet van vóór de operatie en nu 47 jaar ouder is. Ondertussen is hij wel bedreven geraakt in onder meer het schrijven in spiegelschrift omdat men hem daarmee heeft laten oefenen, maar hij zal bij elke sessie blijven zeggen dat hij zoiets nog niet eerder gedaan heeft.

Dat soort vaardigheden komt in ons impliciete geheugen terecht. En toch, op een dieper niveau, blijken expliciet en impliciet leren niet zoveel van elkaar te verschillen. Zo gaat het altijd om veranderingen in synaptische verbindingen, de contactpunten tussen zenuwcellen. De gedachte dat je daarin het mechanisme achter onthouden zou moeten zoeken was er al veel langer, maar Kandel was de eerste die bewees dat synaptische verbindingen inderdaad veranderd konden worden, plastisch waren. “Het was zelfs verbazingwekkend gemakkelijk dat te doen”, zegt hij, “maar ik was helemaal niet blij met die uitkomst. Want ik had het laten zien in geïsoleerde cellen van een zeeslakje, en ik had geen enkele aanwijzing dat dat ook maar iets met gedrag te maken zou kunnen hebben.”

Zo werd Kandel zeeslakkentrainer. De kieuwreflex van het beestje was het uitgangspunt, en die bleek heel goed te beïnvloeden. Geef je hem kleine elektrische schokjes, dan gaat die kieuw steeds sneller en vollediger naar binnen, aai je hem daarentegen alleen maar zachtjes met een penseeltje dan reageert hij daar al gauw niet meer op. ‘Gevoeligmaking’ en ‘gewenning’ heet dat.

Maar ook echte klassieke conditionering op zijn Pavlovs lukt: het verband leren leggen tussen twee dingen (na de bel volgt eten) en daarom al bij de eerste reageren (kwijlen bij de bel). Bij de aplysia bleek een heel zacht schokje als ‘bel’ te kunnen fungeren, wanneer het gevolgd werd door een sterkere schok. Na een keer of tien trekt het beestje bij het eerste schokje zijn kieuw veel sneller en vollediger in dan het normaal gesproken zou doen als reactie op zo’n klein stroompje.

Bovendien bleek de aplysia ook over een langetermijngeheugen te beschikken. Na vier dagen achtereenvolgende met zo’n sessie van tien schokjes blijven zijn reacties ten minste drie weken lang hetzelfde, niet alleen voor wat betreft het ‘Pavlov-experiment’, maar ook de gevoeligmakings- en gewenningstrainingen worden onthouden.

“Nu is het mooie van de aplysia dat zijn specifieke cellen makkelijk te herkennen zijn”, vertelt Kandel. “Ze zijn zelfs individueel te identificeren. Dat betekende dat we dezelfde cel voor en na de training konden bekijken om te zien of er iets veranderd was. Zo werd het mogelijk voor het eerst iets te zeggen over geheugen op celniveau. Toen we dat in detail hadden uitgewerkt bleek dat de synapsen inderdaad veranderden en dat de duur van die verandering gelijk opging met de duur van de geheugenopslag!”

Het bewijs was geleverd dat synaptische verbindingen inderdaad cruciaal zijn voor geheugen. Die verbindingen kunnen zowel sterker als juist zwakker worden. “Daarna konden we afdalen naar het chemisch niveau,” vertelt Kandel verder. “De volgende stap, je ziet je kinderen groot worden.”

Kandel ontdekte een aantal reactieketens en de proteïnen en genexpressies die daarin de hoofdrol spelen. Voor het kortetermijngeheugen bleek het om een andere ‘chemie’ te gaan dan voor het langetermijngeheugen. Kandel spreekt van een wissel die als het ware omgezet wordt. Heel intrigerend is dat het in gang zetten van het langetermijn-traject deels bestaat uit het uitschakelen van genen die geheugenopslag tegenhouden. “Die heb ik geheugenonderdrukkingsgenen genoemd”, zegt Kandel. “Je stopt niet alles wat je tegenkomt in je geheugen. En dat zit hem in die onderdrukkingsgenen. Heel recent hebben we ontdekt dat als je ze weghaalt in een muis, die zich vervolgens veel meer herinnert. Dat is echt interessant.”

Dat zal niet gauw iemand willen ontkennen, sterker nog, de implicaties van zulk onderzoek zijn nauwelijks te overzien. Het muizenbrein met zijn hippocampus lijkt immers in veel opzichten op het onze. Kunnen we straks geheugenwonderen kweken, leerpillen maken? Memory, from Mind to Molecules heet het prachtig uitgegeven en behoorlijk toegankelijke boek dat Kandel samen met zijn collega Larry Squire schreef. Is het nu inderdaad zover? Snappen we de menselijke geest op moleculair niveau? “Nou”, formuleert Kandel voorzichtig, “je kunt niet echt verwachten dat je die kloof in twintig of dertig jaar dicht. We staan aan het begin van een enorme berg nu, en of we de top zullen halen, of we uiteindelijk alle aspecten van menselijk gedrag biologisch zullen kunnen verklaren, durf ik niet te voorspellen”

Maar de moleculaire biologie heeft de toekomst. Vooral omdat keer op keer blijkt dat de natuur weinig fantasie heeft, of anders gezegd: alles draait op precies dezelfde stofjes, reacties en principes. Eigenlijk zitten we dus net zo in elkaar als gist? “Ja precies! Dat vind ik echt de kracht van de moleculaire biologie”, zegt Kandel enthousiast. “Zelfs de chemie van zenuwcellen, die dus verantwoordelijk zijn voor het geheugen is niet zoveel anders dan die in heel andere cellen. En wat betreft het impliciete en het expliciete geheugen: dat werkt op moleculair niveau in wezen op exact dezelfde manier, het verschil zit hem in de routes die worden afgelegd tussen de zenuwcellen. Waar je uitkomt is van belang.”

Dat alles wat we meemaken en onthouden letterlijk sporen nalaat in onze hersenen is ondertussen voor veel mensen een onbehaaglijke gedachte. “Inderdaad,” roept Kandel uit, “Als je ze vertelt dat het hart een pomp is, vinden ze dat geen punt, maar zodra het om iets mentaals gaat, wat dan ook, raken ze van streek. Want dan denken ze: het is biologisch, dus is het allemaal van tevoren bepaald. Mensen hechten aan hun vrije wil, maar ze realiseren zich te weinig dat ze die tóch wel hebben, althans, met zijn gewone beperkingen. Ik kan bijvoorbeeld niet vliegen, maar wel nu opstaan en weglopen of over een totaal ander onderwerp beginnen. Dat blijft heus zo, hoeveel meer we ook begrijpen van onze hersenen.”

“Bovendien halen mensen biologie en genetica door elkaar. Van genetica begrijpen ze vaak niet dat die uit twee delen bestaat. Je hebt de genen waar je mee geboren wordt, die je hebt meegekregen van je ouders en die in elke cel van het lichaam zitten. Maar in al die cellen wordt altijd maar een deel van de genen geactiveerd. Sommige zijn aan, de meeste uit. En bij alle ‘mentale’ dingen die we doen, zoals hier zitten praten, komt gen-expressie kijken. Voor dingen in je geheugen stoppen is er een hele keten van gen-activeringen nodig. Op den duur zal men daar allemaal wel minder angstig tegen aan kijken.”

En ook Kandels eerste liefde, de psychoanalyse zal eraan moeten geloven. “Het gaat helemaal niet goed met dat vak”, zegt Kandel. “En dat komt omdat het niet wetenschappelijk onderbouwd wordt. De psychiatrie moet meer van de neurobiologie gaan leren. Ik heb daar een paper over geschreven voor het American Journal of Psychiatry, onder de titel ‘Een nieuw intellectueel denkraam voor de psychiatrie’. Ze hadden daar nog nooit zoveel reacties op een stuk gehad. Niet allemaal positief natuurlijk”.

Hij lacht, en gaat dan serieus verder: “Ik vind het aannemelijk dat psychotherapie werkt. Dat gesprekken met iemand die je vertrouwt een verandering in gedrag kunnen bewerkstelligen. Dat er dus langetermijnveranderingen optreden in de hersens. Kijk, praten en medicijnen grijpen aan op hetzelfde systeem. Er is zelfs al een studie geweest naar twee groepen patiënten die leden aan dwanggedachten en dwanghandelingen. Een behandeling met prozac leverde hetzelfde goede resultaat als psychotherapie. De ontwikkeling van therapieën en medicijnen zal veel meer hand in hand gaan in de toekomst. En ik hoop dat de imaging-technieken, waarmee je in levende hersens kunt kijken nog veel krachtiger worden. Zodat ze op den duur tegen mij kunnen zeggen: dat superego van jou is een beetje groot, dat gaan we even bijschaven.” Weer die luide lach.

De psychoanalytici zullen nog meer horen van Eric Kandel. De rol van de amygdala, de amandelvormige kern die in de buurt van de hippocampus zit, bij angst en paniek is zijn nieuwste belangstellingsgebied. “In de amygdala zit een deel van je impliciete geheugen”, zegt Kandel, “en we weten dat het alles te maken heeft met paniekaanvallen en fobieën. Hoe gaat het leren van angst in zijn werk? Dat kun je heel goed met behulp van diermodellen uitzoeken, anders dan andere geestesziekten – hoe zou een schizofrene muis eruitzien? Zonder gekheid, we zijn echt op weg naar een moleculaire ziekteleer van de hersenen.”

NOOT: Het Parool publiceerde dit artikel ook, op 5 oktober 2000, onder de titel ‘Sporen van het geheugen’. Pal daarop bleek Kandel de Nobelprijs voor Geneeskunde gewonnen te hebben. Vervolgens verscheen het interview nog een keer, dit keer in Vlaanderen, in De Standaard, op 16 oktober 2000. De kop luidde toen ‘Een spoor door de hersenen’.

“Het zit niet in de genen”

Alle media zijn erop gesprongen, maar nu het complete verhaal achter de Science-publicatie over het ontstaan van Alzheimer. Dr. Fred van Leeuwen over streepjescodes, Radio-gaga van Queen, en het topje van de ijsberg.

Vier jaar lang heeft dr. Fred van Leeuwen stijf zijn mond dicht moeten houden, en nu golft de publiciteit in volle heftigheid over hem heen.

De neurobioloog die al sinds 1974 bij het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek (NIH) van de KNAW werkt, lijkt er een tikje beduusd van, maar de trots overheerst toch voorlopig. Niet zo gek. Het gebeurt niet vaak dat Nederlands onderzoek de cover haalt van Science, waarschijnlijk het prestigieuste wetenschappelijk tijdschrift ter wereld. Een groep onderzoekers onder Van Leeuwens leiding kreeg dat vorige maand voor elkaar.

En het ging ook nog over een onderwerp waarvan iedereen kan zien dat het belangrijk is: het ontstaan van de ziekte van Alzheimer, de belangrijkste veroorzaker van dementie.

Alle media sprongen er dus op, voor Van Leeuwen (48) een soort snelcursus ‘onderzoek uitleggen aan leken’. “Toen ik in de TROS-nieuwsshow zei dat je het erfelijk materiaal van mensen kunt zien als een streepjescode die bestaat uit drie miljard streepjes, en dat er iets fout ging bij het aflezen konden ze zich er iets bij voorstellen,” vertelt hij.

De krantenkoppen spraken onder meer van DNA dat een leesbril nodig heeft, over vertaalfouten en over boodschappers die de schuld kregen. “‘Vertaalfout’, zoals de NRC schreef, is niet goed,” zegt Van Leeuwen, “Trouw had ‘klein leesfoutje met grote gevolgen’. ‘Leesfout’ drukt inderdaad het beste uit waar het om gaat.”

Koffie en borrels

Waar gaat het om? Om dat te begrijpen moeten we allereerst terug in de geschiedenis. Naar het begin van de jaren zestig, Amerika, Vermont, het plaatsje Brattleboro. Van Leeuwen: “In 1961 ontdekte een gepensioneerde wetenschapper daar wat we nu de Brattleboro-rat noemen. Het is een rattenstam met een genetische afwijking, die tot gevolg heeft dat de hersenen van die ratjes geen vasopressine kunnen maken.”

En dat heeft vergaande consequenties. Vasopressine is een neuropeptide, een soort hormoon, dat onder meer zorgt dat water in het lichaam niet rechtstreeks van de nieren doorstroomt naar de blaas.

Bij de Brattleboro-ratten gebeurt dat wel. Daarom drinken ze aan een stuk door, en elke dag plassen ze maar liefst zeventig procent van hun lichaamsgewicht uit.

Overigens maken ook mensenhersens vasopressine aan, zoals iedereen na een paar koppen koffie of een paar borrels kan constateren: cafeïne en alcohol remmen de werking van vasopressine, met als gevolg een snellere doorstroming dan anders.

Hoewel het gen dat verantwoordelijk is voor de vasopressineaanmaak defect is bij Brattleboro-ratten, trof Van Leeuwen in de jaren tachtig toch hele kleine beetjes van het bewuste stofje in hun hersenen aan.

De hoeveelheid bleek te groeien naarmate de ratten ouder waren, al werd het nooit zoveel dat hun waterhuishouding er zichtbaar beter door ging functioneren.

“Dat was heel opmerkelijk,” zegt Van Leeuwen, “bij hun geboorte is er geen spoor van te vinden, maar tijdens hun leven blijken die ratten alsnog in staat vasopressine te maken.”

Hoe kon dat? “Eerst dachten we dat het het gevolg was van spontane veranderingen (mutaties) in het DNA. Maar die ontstaan hoofdzakelijk bij het delen van cellen, en hersencellen (of neuronen) kunnen nu eenmaal niet delen.”

Bouwstenen

Wat hersencellen wel kunnen, en ook aldoor doen, is grote hoeveelheden eiwitten produceren. Dat is van immens belang voor het goed functioneren van zenuwcellen. Neuropeptiden als vasopressine zijn kleine eiwitten.

Voor het maken van een eiwit moeten er instructies gegeven worden aan de celonderdelen waar het in elkaar gezet wordt. Die ‘assemblage’ vindt plaats op de ribosomen, waarvan er in elke cel een hele hoop zitten. De instructies voor de volgorde van de  bouwstenen (de aminozuren) die samen het eiwit gaan vormen, ontvangen die ribosomen van het zogeheten ‘boodschapper-RNA’, dat zelf wordt afgelezen van het DNA.

Dat boodschapper-RNA moet de juiste ‘tekst’ bevatten, die uit slechts vier verschillende letters is opgebouwd: A, C, G  en U. Die letters zijn in werkelijkheid de afkorting van vier verschillende zogeheten ‘basen’ (bepaalde organische verbindingen) die als ketens (de ‘tekst’) in het DNA liggen, en samen de genetische code vormen.

Het boodschapper-RNA geeft dus de juiste lettercombinaties door aan de ribosomen, die op basis daarvan hun eiwitten maken.

Het vervolgonderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met Peter Burbach van het Rudolf Magnus-instituut in Utrecht. Van Leeuwen: “Wat er bij die Brattleboro-ratten gebeurde was wel een mutatie, maar dan in het RNA.. De resultaten konden we alleen maar verklaren door een ‘leesfout’ van het boodschapper-RNA. Een fout die zorgde dat weer goed kwam. Puur toeval.”

Radio-gaga

Verkeerd afgelezen instructies leidden dus per ongeluk tot correcte instructies, waardoor er toch vasopressine gemaakt kon worden.

Men ging op zoek naar waar de fout precies zat, welke letters werden verkeerd afgelezen? “Het bleek hem te zitten in het GAGAG-motief,” vertelt Van Leeuwen, “uit een stukje code dat oorspronkelijk die repeterende volgorde had, viel geregeld een ‘GA’ weg. Met als gevolg dus die toevallige correctie. Toen zijn we verder gaan denken.”

“Als via deze weg op zichzelf correct erfelijk materiaal veranderd kan worden, dan kan dat natuurlijk ook fout uitpakken. Een verandering ten kwade, in plaats van ten goede. Maar dat GAGAG-motief  – we hebben hier vaak gedacht aan dat liedje van Queen, All you hear is Radio-gaga – zit ook in andere genen.”

De brainwave kwam tijdens een middag praten met Peter Burbach. Zouden RNA-mutaties misschien ook voorkomen in genen die betrokken zijn bij de ziekte van Alzheimer?

De oorzaak van Alzheimer is grotendeels een raadsel. Dat oplossen zou kunnen helpen een medicijn te ontwikkelen, en daar komt steeds meer behoefte aan. Nu al zijn er waarschijnlijk twintig miljoen mensen op de wereld die er aan lijden, waarvan 130.000 in Nederland, en meestal lijdt hun hele omgeving mee.

En naarmate er meer en oudere bejaarden komen, komen er ook meer demente bejaarden. Voorzichtige schatting van de kosten op dit moment voor Nederland: dertien miljard gulden per jaar.

Verschrompelen

Nu wordt er natuurlijk al heel veel jaar intensief onderzoek naar Alzheimer gedaan, en dat heeft een aantal interessante gegevens  opgeleverd.

Maar nog steeds kan Alzheimer alleen na iemands dood met zekerheid vastgesteld worden: pas dan kun je in de hersenen (vooral in frontale hersenschors waarmee je ‘plant’, en in de hippocampus die van cruciaal belang is voor het geheugen) de karakteristieke plaques en tangles zien.

Dat zijn eiwitophopingen in de hersencellen, die het functioneren van die cellen bemoeilijken. De meeste gaan niet dood, maar ze ‘verschrompelen’, worden inactief en verliezen hun verbindingen met andere cellen.

Des te meer een ramp omdat er in de hersenen, anders dan elders, nooit nieuwe cellen aangemaakt kunnen worden. Neuronen kunnen immers niet delen.

Alzheimerpatiënten worden door die aangetaste hersencellen soms totaal andere mensen. Niet alleen vergeten ze de vreemdste dingen (ze kennen vaak hun kinderen niet meer, maar kunnen zich ook niet meer aankleden), ze krijgen dikwijls ook een heel ander karakter. De ernst van de dementie kan erg verschillen, en er is aangetoond dat die samenhangt met de hoeveelheid tangles.

Van Leeuwen: “De afgelopen tijd is het meeste Alzheimer-onderzoek gericht geweest op de erfelijke vormen. Dat is overigens maar bij tien procent van de gevallen zo, zo’n zeventig procent zijn wat we, nogal verwarrend ‘sporadische gevallen’ noemen. Maar in die families kun je rond je dertigste al kans lopen te dementeren.”

“Men zoekt de oorzaak van Alzheimer in mutaties van het DNA, van de genen. Tien jaar geleden is uitgezocht dat in de plaques een eiwit voorkomt dat afgekort β-APP heet.”

“De Baptisten, zoals we ze dus noemen, geloven heilig dat daar het hele probleem zit: ze stellen dat eiwit centraal, denken dat het toxisch is en dat daardoor de plaques en tangles ontstaan, waarna de hersencellen doodgaan.”

“Er zijn in sommige families ook mutaties voor gevonden, maar men is in die jaren niet zoveel verder gekomen. En er zijn een paar problemen: dat eiwit vind je soms ook bij niet-dementen, en soms was iemand wel dement, maar wordt er geen β-APP aangetroffen, bovendien gaan de neuronen meestal niet dood. Naast de Baptisten heb je trouwens ook nog de Tauïsten, voor wie de sleutel ligt in een eiwit dat τ, de Griekse letter ‘tau’ heet.”

Meteen raak

“Wij zijn gaan kijken naar dat β-APP, en nog een eiwit waarvan we wisten dat het geassocieerd was met Alzheimer: ubiquitine. In alle twee bleek het GAGAG-motief voor te komen.”

“Maar zouden die soms ook diezelfde leesfout opleveren? Daar kom je achter met behulp van antilichamen. Hoe dat gaat? Nou, je laat een firma het ‘verkeerde’, dus door de mutatie voorspelde, eiwit maken, dat spuit je in in konijnen, en die maken dan antilichamen. Die kun je eruit halen, en dan heb je een serum dat je op de dunne coupes van Alzheimer-patiënten kunt druppelen. Dan kun je zo zien of de plaques en tangles dat verkeerde eiwit bevatten. Nou, het was meteen raak.”

De afwijkende eiwitten zaten er. En toen kwamen het grote zwijgen en de noeste arbeid. Van Leeuwen: “We concludeerden: het moet een leesfout zijn. Want het DNA van de twee genen die coderen voor die eiwitten is goed. Dus moet er in de tussenliggende stap iets verkeerd zijn gegaan. Maar om de boodschap ‘het zit niet in de genen’ met overtuiging te kunnen brengen, moesten we heel zorgvuldig tewerk gaan.”

“Vier jaar lang zijn we bezig geweest. Duizenden coupes heb ik drie keer bekeken, om helemaal zeker te zijn. We hebben ook  een hele grote groep onderzocht. Meestal kijk je naar vier, vijf patiënten, wij hebben de hersenen van uiteindelijk veertig mensen bekeken: Alzheimer-patiënten die in een vroeg stadium en anderen die in een laat stadium van de ziekte waren, niet-demente bejaarde ‘controles’, en een aantal Downsyndroom-patiënten, van wie bekend is dat ze veertig jaar eerder Alzheimer ontwikkelen.”

“Bij allemaal hadden de afwijkende eiwitten zich opgehoopt in de zenuwcellen van de hippocampus en een aantal andere hersengebieden. Een score van honderd procent! Alleen bij jonge hersenen, en in één van Downpatiënten vonden we ze niet, maar die patiënt was volgens de verpleeghuisarts ook niet dement geweest.”

Behalve bij het Herseninstituut is het onderzoek uitgevoerd aan de universiteiten van Nijmegen, in samenwerking met Gerard Martens, en in Rotterdam samen met Frank Grosveld. “Dat had als voordeel dat er korte lijnen waren, waardoor er veel interactie was,” zegt Van Leeuwen. “Maar het was ook met het oog op belangen die op de langere termijn spelen. En er gaat een boel geld om in die wereld, de belangen zijn echt groot. Je moet dus uitkijken.”

“Soms ben je je gegevens al kwijt als je ze ter beoordeling opstuurt. En je kunt bepaalde dingen wel patenteren, maar vaak gaat het om een idee dat iedereen met de snelle technieken van tegenwoordig kan uitvoeren.”

Andersom

De eerste contacten met de industrie zijn inmiddels gelegd, maar ondertussen loopt ook het onderzoek verder naar de beantwoording van een belangrijke vraag. Wanneer je consequent verkeerde eiwitten vindt, juist in de afwijkingen van de hersenen waarvan je zeker weet dat ze alles met Alzheimer te maken hebt, dan ben je geneigd te denken: hier ligt een causaal verband.

Het boodschapper-RNA heeft leesfouten gemaakt, met als gevolg die plaques en tangles, met als gevolg daar weer van Alzheimer. Maar het kan natuurlijk ook andersom zijn: dat de leesfouten een gevolg zijn van Alzheimer, niet de oorzaak. V

an Leeuwen: “We gaan dat hele proces nu nabootsen in transgene muizen, waarin een menselijk gen is aangebracht. Ze zijn al geboren. En daarnaast kun je ook ‘in vitro’ experimenteren, met behulp van een cellijn waarin het afwijkende gen is aangebracht. Dat gebeurt in Nijmegen.”

Maar Van Leeuwen is optimistisch over de uitkomst. Bijvoorbeeld omdat de ‘GA-deletie’ ook in de hersenen van niet-demente bejaarden voorkomt. Daar zou ook een eerste toepassing kunnen liggen: de foute eiwitten zouden heel goed een vroege ‘markeerder’ kunnen blijken te zijn. “Al kun je er maar mee vaststellen dat iemand géén Alzheimer aan het ontwikkelen is,” zegt Van Leeuwen. Maar weten wat er fout gaat is natuurlijk de eerste stap richting ‘voorkomen dat het fout gaat’.

Nog meer aanwijzingen in de goede richting komen van andere patiëntengroepen: die met Multiple Sclerose en Parkinson. Allebei ziektes die wel het zenuwstelsel aantasten, maar waar je meestal niet van dementeert. Er werd geen afwijkend β-APP of ubiquitine aangetroffen.

Proofreading

Dat sluit overigens niet uit dat MS of Parkinson zou kunnen samenhangen met leesfouten in andere boodschapper-RNA’s. Er zijn immers heel veel meer genen dan β-APP en ubiquitine.

Dat op die manier überhaupt genen ineens ‘fout’ tot expressie kunnen komen, is buitengewoon interessant. Misschien wel het interessantste resultaat van al Van Leeuwens onderzoek. “Het mechanisme waardoor dat GA eruitvalt kennen we niet,” zegt hij, “maar daar willen we wel naar gaan kijken. We weten inmiddels dat naarmate de code vaker en sneller wordt afgelezen, het aantal fouten toeneemt.”

“Voor het DNA  heb je wat we ‘proofreading’ noemen, een soort kwaliteitscontrole die ook in de loop van een leven afneemt. Misschien is er ook een dergelijk mechanisme bij het RNA. En het lijkt erop dat het RNA zich een beetje verslikt in die repeterende patronen.”

En daar wordt nu ook al verder naar gezocht. Het GAGAG-motief kan zo ongeveer overal zitten. Het is inmiddels ook aangetroffen in een gen dat betrokken is bij het onderdrukken van kanker (een tumorsurpressorgen). En ubiquitine bevat naast GAGAG- ook CTCT-motieven, weer zo’n zichzelf herhalend patroon. “Daar zie je dezelfde fout: soms valt er een CT uit,” vertelt Van Leeuwen.

“Dat ubiquitine is een heel interessant molecuul,” gaat hij verder. “Het heeft te maken met het opruimen van afvalproducten. In het begin blijft dat wel goed gaan, maar als de cel te veel opgevuld raakt met verkeerde eiwitten dan gaat hij waarschijnlijk minder functioneren.”

“En dat klopt met het ziekteverloop tijdens Alzheimer: dat duurt vijf à tien jaar. Enfin, er is ongelooflijk veel te onderzoeken, zelfs zoveel dat we het niet allemaal zelf kunnen behappen. Alhoewel er in samenwerking met anderen veel valt uit te voeren. Die motieven zouden inderdaad wel eens het topje van de ijsberg kunnen zijn.”

Een streepjescode voor alles wat leeft

Snel weten welke besmetting er in de operatiekamer heerst, meteen nagaan wat daar voor bloemetje bloeit, en restaurateurs betrappen op bedrog in wat ze op de kaart hebben staan. Als straks van miljoenen soorten een DNA-streepjescode bepaald is en in een databank te raadplegen valt, zal dat ongekende gevolgen hebben. En Pedro Crous is een spin in het web dat nu geweven wordt.

Vanochtend heeft hij nog gedaan waar hij het gelukkigst van alles van wordt: kijken naar ‘zwammen’, zoals schimmels in zijn moedertaal het Afrikaans heten. ‘De eerste keer dat ik ze zag was in m’n tweede jaar als student bosbouw – nog nooit had ik zoiets fraais gezien. Ik wist meteen: dit is mijn wereld, dit wordt mijn leven.’ De goedlachse Pedro Crous (1963) spreekt een mooie mix van Afrikaans, Nederlands en Engels, waarin het veel gaat over het ‘koninkrijk van de schimmels’. Hij zwaait zelf sinds 2002 de scepter over het Centraal Bureau voor Schimmelcultures, het ruim een eeuw oude KNAW-instituut in Utrecht dat zich tegenwoordig liever ‘Fungal Biodiversity Center’ noemt.

In de onderzoekswereld zijn Engelse benamingen zo langzamerhand standaard, en daar komt in dit geval nog bij dat schimmels (‘fungi’ in het Latijn) een slechtere naam hebben dan ze verdienen. Zeker, ze kunnen vies en erg gevaarlijk zijn, maar evengoed verrukkelijk en levensreddend. Ook cantharellen en eekhoorntjesbrood zijn schimmels, roquefort en gorgonzola zitten er vol mee, en penicilline is maar één van de antibiotica die door schimmels geproduceerd worden. ‘Maar we houden ook de afkorting CBS, want die is bekend over de hele wereld’, zegt Crous.

In het buitenland denken ze bij CBS natuurlijk niet zoals wij aan het Centraal Bureau voor de Statistiek, en de bijzondere collectie van het instituut heeft daar een grote naam. Nergens anders is zo’n omvangrijke verzameling levende schimmels te vinden: zo’n 60.000. ‘En bij allemaal hebben we informatie over de vindplaats, waar de schimmel op zat, soms zijn er zelfs schetsjes bijgeleverd,’ vertelt Crous trots. Dat zijn redenen dat het CBS en Crous een centrale rol spelen in een ambitieus project waarvan de uitvoering in dit jaar van de biodiversiteit in volle gang is.

Het gaat om een werkelijk wereldomvattend plan. Dit is het idee: er moet een immense databank komen met genetische en andere gegevens van alle soorten op aarde. Dus elke vis, vogel, vlinder en vlieg, alle knaagdieren, kikkers en krokodillen, de cactussen, orchideeën, dennenbomen en mossen, het plankton en de bacteriën, en nog veel en veel meer, waaronder ook de schimmels. Cruciaal daarbij is het werken met genetische ‘streepjescodes’: een klein stukje DNA waarin genoeg variatie tussen verschillende soorten zit om die soorten aan te herkennen. Zodat je zonder het hele genoom van een larfje of bloem of ziekenhuisbacterie te hoeven uitlezen snel kunt bepalen om welke soort het precies gaat, en of het een bekende of een ‘nieuwe’ soort is.

Aan dat ‘Barcode of Life Initiative’ zitten naast onderzoeksvragen natuurlijk ook heel wat organisatiekanten en veel fondsenwerving vast. De zaken worden inmiddels deels per land, deels per werelddeel, per soortcategorie (vissen, vogels) en in lokale samenwerkingsverbanden aangepakt. Crous is onder meer verantwoordelijk voor de ‘schimmeltak’ van het hele project.

‘Je wordt wel eens gek van de acroniemen,’ verzucht Crous daarover. Het staat inderdaad letterlijk bol van de letterwoorden: iBOL, FUNBOL, BOLD, ECBOL, QBOL, NBOL waarbij BOL telkens voor ‘Barcode of Life’ staat of ook wel ‘Biocode of Life’. Crous: ‘Het concept is in 2003 ontstaan bij de Canadese geneticus Paul Hebert. Zelf onderzoekt hij insecten, onder meer motjes. Hij vond een uniek stukje DNA dat voor snelle soortherkenning kan dienen in het COX1-gen.’

op zijn kop

Dat gen bleek geschikt om als streepjescode te dienen voor het complete dierenrijk. Maar niet daarbuiten. ‘Voor planten zijn er nu twee genen in gebruik voor bladgroenkorrels, chloroplastgenen. Die zijn accuraat tot op 75 procent,’ gaat Crous verder. ‘En wat het ITS-gen heet, lijkt vooralsnog het beste gen voor schimmels te zijn. Daar zijn we hier nog hard aan bezig. De score wordt zeker zo goed als bij de chloroplastengenen. We hebben ook een aantal jaren intensief geprobeerd het COX1-gen in te zetten als streepjescode voor schimmels, maar dat lukt niet.’

En dat terwijl juist de laatste jaren duidelijk geworden is dat schimmels meer gemeen hebben met dieren dan met planten. Voor Crous een van de verrassendste ontdekkingen uit zijn onderzoeksleven. Maar hij verwacht nog veel meer verschuivingen. DNA is bezig het beeld van de natuur dat we hadden op zijn kop te zetten. De ouderwetse taxonomie, die onder meer met goed kijken de soorten en ondersoorten probeerde te onderscheiden, sterft uit. ‘We staan op het punt totaal andere indelingen te krijgen,’ zegt Crous. ‘Er is een vloedgolf van kennis op pad. Alle leerboeken zullen moeten veranderen.’ Het oog blijkt nogal eens te bedriegen: ‘We hebben hier wel eens iemand gehad die een aantal specimens wilde opruimen, omdat ze volgens hem van dezelfde schimmel waren. Gelukkig is dat niet gebeurd: het zijn wel degelijk verschillende soorten.’

honderd pakjes

Alleen DNA kan dus duidelijk maken hoe groot de biodiversiteit nu echt is. En er is nog ongelooflijk veel werk te doen, waar een snelle identificatie met een DNA-streepjescode erg bij kan helpen. Crous schat dat niet meer dan zo’n zeven procent van alle schimmels beschreven is, en van maar een fractie daar weer van is ook het DNA bekend. ‘We krijgen elk jaar honderden pakjes van over de hele wereld. Van aangetast meubilair uit een hotel in Hawaï tot verrotte aardappelen waarvan mensen willen weten wat de oorzaak is. Vaak blijkt het om een nog onbekende schimmel te gaan.’ Die dan dus weer aan de CBS-collectie wordt toegevoegd, en een naam moet krijgen. Dat kan van alles zijn. Crous brengt nog even in herinnering dat er in 2008, bij het tweehonderdjarig bestaan van de Akademie een soort naar de KNAW genoemd is. ‘Eentje die op een broodboom in Zuid-Afrika is gevonden.’

Maar is het niet gevaarlijk? Barst het bij het CBS niet van de enge schimmels in de lucht? Crous: ‘Elke meter lucht bevat duizend schimmelsporen. Altijd. Ook hier voor je, in deze kamer zit het helemaal vol. Maar maak je niet bezorgd, wat er aan plantenmateriaal binnenkomt, gaat eerst in quarantaine.’

Als het gaat om quarantaine, en om alles wat met handel te maken heeft, is heel veel juist wel in kaart gebracht. Er wordt hard aan gewerkt om besmettingen lokaal te houden. Zo mogen citroenen uit bepaalde delen van Afrika niet meer geëxporteerd worden, omdat daar een besmetting met een schimmel heerst. Een Europees onderdeel voor het Barcode of Life-project heet QBOL, waarbij de Q voor quarantaine staat. ‘Dat is een initiatief van onder meer de plantenziektekundige dienst van de universiteit van Wageningen,’ zegt Crous. ‘Wij doen het schimmeldeel, maar het gaat bijvoorbeeld ook om nematodes – kleine wormpjes – en bacteriën en virussen, en wat er allemaal nog meer met handel te maken heeft.’ Crous is zelf bijzonder hoogleraar Evolutionaire fytopathologie (plantziektekunde) in Wageningen, en werd in december voor vijf jaar aangesteld bij de Universiteit Utrecht als hoogleraar ‘Fungal Biodiversity’.

Hij coördineert ook het Europese Consortium (ECBOL) dat zoveel mogelijk organisaties in zoveel mogelijk Europese landen mee wil laten doen. Het is een heel bouwwerk van netwerken aan het worden. In Nederland werken bijvoorbeeld onder meer museum Naturalis en het Nationaal Herbarium in Leiden, en het Amsterdamse Zoölogisch museum en het CBS samen. ‘We hebben gezamenlijk net een grote subsidietoekenning van dertig miljoen binnen om het Nederlandse Centrum voor Biodiversiteit op te richten,’ vertelt Crous.

glorieus

In 2012 moet er een DNA-barcode-database van het CBS on line gaan. Crous: ‘Dat wordt de eerste collectie in de wereld die alles glorieus moleculair heeft ontsloten. De natuurhistorische collecties komen dan op DNA-niveau beschikbaar, wat goed past bij de open-access-trend van het moment voor alle onderzoek. Ik vind het heel mooi dat de KNAW, met hun motto ‘zuiver om de wetenschap’ daaraan meewerkt. Er is een democratisering van de taxonomie gaande. De toekomst is data, databeheer en data ontsluiten. Waar we eerst alleen plaatjes met teksten hadden, komen er nu genoomgegevens bij. Een expert in Engeland of Australië of waar dan ook, kan dan bij de determinatie van een soort in de databank kijken of we die al kennen. Dubbel werk hoeft dan niet meer.’

Toch voorziet Crous ook handel. ‘Nederland moet zichzelf heruitvinden als handelsnatie,’ stelt hij zelfs. En hij loopt warm voor het perspectief dat hij zelf schetst: ‘Veel handel wordt handel in data, dat weet ik zeker. Je hebt nu e-readers. Dan kun je op een woord klikken, en stel je voor dat je dan echt een encyclopedie van het leven binnengaat. Je ziet hoe een soort eruit ziet, maar ook van alles wat ermee geassocieerd is: waar in de bodem iets voorkomt, bij hoeveel regenval. Of je krijgt de schimmel te zien die op een beestje zit. We gaan op een totaal nieuwe manier tegen collecties aankijken. En DNA is de sleutel.’

sushi

De DNA-streepjescode vergelijkt Crous met het nummerbord van een auto. ‘Daarvoor weten we met zo’n barcode genoeg. We zien bij wijze van spreken vanaf de brug om welke soort het gaat. Wie er in de auto zitten, welke kleren ze dragen et cetera, kunnen we nog niet zien. Maar de technologie gaat zo rap vooruit, dat het misschien over vijf jaar al betaalbaar wordt om van veel meer soorten het hele genoom te scannen. Een streepjescode bepalen kost nu ongeveer vier euro, althans het laatste stapje. Een specimen halen uit de vriezer, het DNA isoleren en vermenigvuldigen kost het meeste. We zijn ook allemaal nog steeds op zoek naar betere mogelijkheden. Als we die vinden betekent dat niet dat we van voren af aan moeten beginnen, dat wat we gedaan hebben niks meer waard is. Het wil alleen zeggen dat onze kennis meer diepgang krijgt.’

Waar gaat al die kennis nog meer voor gebruikt worden? Crous: ‘Heel bekend is inmiddels een voorbeeld van een paar schoolmeisjes uit New York, die de sushi die ze geserveerd kregen naar fish-BOL stuurden en lieten onderzoeken. Het was niet de vis die er op de kaart stond. Je kunt hiermee focussen op heel specifieke aspecten van de kwaliteit van het leven. Denk aan een Boeing die op Schiphol landt, en een raar beestje heeft meegenomen. Wat is het? Wel of niet een schadelijke boktor? Het is een soort CSI of nature. Net als in de tv-series kun je snel en accuraat uitvinden waar je mee te maken hebt. Denk ook aan de gezondheidszorg, aan ziekenhuizen, waar je de meeste infecties vindt. Wat voor bacterie waart er rond? Welke schimmels zijn er te vinden in de operatiezaal? Hoe zit het met de luchtkwaliteit? Schimmels in je douche of je keuken kunnen voor allergische reacties zorgen. Maar welke schimmel is het? Hoe zit het met voedselbederf in de supermarkt?’

Kunnen we straks dan allemaal even het CBS bellen over onze badkamer? Crous: ‘Nou, in 2012 zijn we wel de hoofdbron. Alle schimmelnamen in de wereld zijn dan beschikbaar. 2012 wordt een heel belangrijk jaar,’ en lachend: ‘dus we moeten wel zorgen dat alles on line is voor de wereld vergaat. Voorspelde de Maya-kalender niet dat dat op 21 december zou gebeuren?’

Gouden Gids van het leven

Over tien jaar verwacht Crous streepjescode-lezers die je in de hand kunt houden. ‘Nu heb je nog ongeveer een koffer nodig,’ zegt hij. Daarna kan dus in principe iedereen het bos in, een bergketen op, of de woestijn in en de levensvormen ter plekke scannen. Zitten daar niet ook negatieve of rare kanten aan? Als iedereen met een handscannertje rond kan gaan, kun je dan niet ook meteen zien dat buurjongetje Jantje van de melkboer is, en niet van de man die hij zijn vader noemt? En willen we dat wel allemaal weten?

Over die kant van de zaak schokschoudert Crous een beetje. Het is zo te zien niet waar zijn belangstelling of zijn gedachten naar uitgaan. Veel te druk met organiseren en regelen. In april komen alle labmanagers uit Europa bijeen met mensen van het Smithsonian Museum voor een training in het bepalen van DNA-streepjescodes. En alleen al het bijhouden van alles wat er gaande is, is een hele klus. Maar ‘de Gouden Gids van het leven’ – nog een vergelijking die Crous graag gebruikt – gaat er hoe dan ook komen.

‘Er bestaan geen puur menselijke genen’

Gevierd wormpjesonderzoeker, publieksvoorlichter met uitgesproken meningen, Spinozaprijs-winnaar. Het Utrechtse Hubrecht Laboratorium heeft in geneticus Ronald Plasterk een energieke en ook ambitieuze nieuwe directeur gevonden. Al valt zijn vak uiteindelijk eenvoudig samen te vatten: “Het zijn allemaal variaties op thema’s, het is net Bach.” Wel zag hij graag een productielijnbenadering, in een op te richten Genoom Instituut

Natuurlijk staat er op zijn bureau een fikse uitvergroting van het piepkleine, 959 cellen tellende wurmpje C. elegans. Prof Ronald Plasterk (43) heeft zijn lievelingsbeestje letterlijk en figuurlijk meegenomen van zijn vorige werkgever, het Nederlands Kankerinstituut, naar het Hubrecht Laboratorium voor ontwikkelingsbiologie, waarvan hij sinds afgelopen februari directeur is. Zijn benoeming was nog nauwelijks rond, of hij bleek een prachtige bruidsschat mee te nemen: Plasterk won de Spinozaprijs, goed voor drie miljoen aan onderzoeksgeld.

Op zijn kamer valt een ingelijste, overigens inhoudelijk niet bijster interessante brief te bewonderen die Charles Darwin schreef aan Ambrosius Hubrecht, naar wie het instituut – een van de oudste van de KNAW – genoemd is. Maar Plasterk zelf trekt met gemak alle aandacht naar zich toe. Hij blaakt. Van energie, vertellust en van zelfvertrouwen. Waar andere geïnterviewden achter een uitspraak al gauw roepen dat die off the record was, moedigt de geneticus de verslaggeefster juist aan om van alles op te schrijven.

Zompige modder
De nieuwe directeur kon meteen in een nieuw, maar ook nu nog niet helemaal af gebouw trekken: om het te bereiken moet de bezoeker door zompige modder, langs bouwmaterieel en allerlei containers. Het instituut bevindt zich nog steeds in de Uithof in Utrecht, en wel pal naast het oude laboratorium, dat momenteel klaargemaakt wordt voor weer een ander Akademie-instituut: het Centraal Bureau voor Schimmelcultures. Bouwvakkers en professoren delen voorlopig nog gebroederlijk de kantine.

Wie weet zit daar nog eens een krantenstukje in voor Plasterk, die naast zijn wetenschappelijke leven ook een, soms onstuimig, openbaar bestaan leidt. Daar zitten aantrekkelijke kanten aan, vindt hij: “Schrijven heeft mijn leeshouding veranderd. Waar anders het leven zo uit de kraan het putje in loopt, pak je nu dingen vast. Je denkt voortdurend: kan ik dit gebruiken?” Plasterk had jarenlang een column in Intermediair, en tegenwoordig schrijft hij wekelijks op de opiniepagina van de Volkskrant. Plasterk: “Ik vind taal leuk, en ik schrijf makkelijk. Die stukjes kosten me meestal maar een half uur. Maar dan heb ik er natuurlijk wel al een tijd over lopen nadenken.”

God, de Bijlmerenquête, Greenpeace, alles en iedereen kan een veeg uit de pan verwachten van Plasterk, wiens columns onlangs onder de titel Leven uit het lab door Prometheus zijn uitgegeven. Een beetje televisiekijker zal bovendien zijn gezicht kennen van ferme discussies en heldere uitleg.

Hij heeft ook een vaste gesproken column: eens in de twee weken in het discussieprogramma Buitenhof. “Dat is leuk om te doen”, zegt hij daarover, “een ander maakt maakt misschien een gezonde boswandeling op zondagochtend, maar ja, ze serveren daar na afloop een lekkere lunch.” Veel programmamakers zijn dol op hem, omdat hij in gewone-mensentaal praat en nooit te beroerd is een oordeel te geven. Zelf vindt hij het zijn taak als onderzoeker om waar hij kan tekst en uitleg te geven.

Gepeuter
Vaak gaat het dus over genetisch onderzoek, Plasterks vak. Vandaag ook. “Dat ik hier nu als geneticus binnenkom is een mooie ironie”, zegt hij. “Eind de jaren zeventig zagen we niet zoveel in de geitensokken-biologen. Het echte fundamentele, baanbrekende werk zat ’m natuurlijk in DNA-onderzoek. En wat die geitensokken deden met hun gepeuter aan embryo’s enzo, loste niks op. Wij onderzochten de basisgeheimen. Nu is het een beetje full circle en komen we met de hoed in de hand aan diezelfde geitensokken vragen wat ze twintig jaar geleden zeiden.”

Nu het aflezen van stukjes DNA zo makkelijk geworden is dat volgens Plasterk “elke boerenheikneuter” het kan, wordt er hard aan de volgende stap gewerkt. Het verband tussen erfelijk materiaal en tot welke verschijningsvormen dat in de echte (biologische) wereld leidt. In jargon: hoe kom je van genotype naar fenotype. Plasterk: “Ecologie en populatiebiologie laten je de boekhouding van de evolutie zien. Kijk, de DNA-sequentie van de mens die nu bijna af is, levert je alleen een mozaïek op, een type-exemplaar. Waarin zitten dan de verschillen tussen mensen? Dat is pas de echt interessante vraag. Wat is de precieze bijdrage van het DNA aan het verschijningstype? Een gen maakt een eiwit, stuurt dat een kluitje cellen in en dat levert een boel nét andere resultaten op.”

Mixed blessing
Uitzoeken welk gen wat doet is de grote klus voor de genetica. “Tegenwoordig is functional genomics het toverwoord”, vertelt Plasterk, “en dat is bijna synoniem met ontwikkelingsbiologie.” Hij is dus wel op zijn plaats bij het Hubrechtlaboratorium, al vindt hij het directeur zijn “een mixed blessing“. Bij het Nederlands Kanker Instituut in Amsterdam, waar hij vanaf 1987 werkte, was hij hoofd van de sectie Moleculaire Biologie.

Zelf onderzoek doen houdt hij ook op zijn nieuwe positie hoog in het vaandel. “Dit is een kleiner lab”, zegt hij, “en ik wil van het onderzoek geen restpost maken. Op de meeste goede internationale laboratoria blijft de directeur zelf onderzoeker. Dat geeft ook een andere, inhoudelijke vorm van gezag.” Lachend: “Als iemand zegt iets niet op tijd af te kunnen hebben, kan ik makkelijker zeggen: dacht je dat ik het niet druk had.”

Zijn onderzoeksplannen dus maar. Plasterk droeg veel bij aan het onderzoek naar de Caenorhabditis elegans dat een paar jaar geleden het eerste beestje was waarvan de volledige DNA-samenstelling en alle genen (het bleken er 19099) bekend waren. Hoe klein het ook is, in de ogen van Plasterk kan het eigenlijk alle essentiële dingen wel: zich voortbewegen, eten, ruiken, paren en zelfs leren – geef je hem een paar keer achter elkaar een tik op zijn kop dan reageert hij er niet meer op. Eerder al veranderde hij het DNA van elegans zo dat het zijn aangeboren afkeer van koper verloor, maar nu gaat hij op jacht naar iets anders: zijn omgang met virussen.

I-love-you-virus
“Kijk”, zegt hij, “Als Pia Dijkstra in het journaal vertelt dat er nu virusprotectiesoftware is tegen het I-love-you-virus dan is het eigenlijk te laat. Die software loopt per definitie achter. Bij ons is het anders, de pc crasht onherstelbaar, wij niet. Ongeveer de helft van het menselijk genoom bestaat uit virussen. Het kon haast niet anders of we hebben daar het een of andere protectieprogramma voor, en dat hebben we inderdaad gevonden.”

En er is alle reden om op zoek te gaan bij C. elegans, gezien de grote kans dat dat ook kennis oplevert over de mens. “De evolutie heeft maar een beperkt repertoire”, legt Plasterk nog eens uit. “Het zijn allemaal variaties op thema’s, het is net Bach. Als er iets nieuws gebeurt, vergroot dat alleen de complexiteit. Anderhalf procent van ons genetisch materiaal verschilt van dat van de chimpansees: zij hebben langere staarten en nog zo wat. Maar er zijn geen typisch menselijke genen. Dezelfde signaalmoleculen vind je in elegans en in de mens. Ze hebben alleen niet altijd hetzelfde effect. Het is net als wanneer je een akkoord hoort: is dat van Bach of van The Beatles? Dat valt niet te zeggen, dat wordt pas in de context duidelijk.”

Rare terreinen
Planten kennen het virussenthema ook. Plasterk: “In de natuur kan dat protectieprogramma kennelijk vaak gelijke tred houden met nieuwe virussen die zich voordoen. Zonder dat zou de evolutie ook nooit zover hebben kunnen komen, dan waren we er helemaal niet. Bij planten is al zoiets ontdekt, zogenaamde transposons, rondspringende stukken DNA. Het verschil tussen virussen en een eigen gen is dat een virus in meer dan een kopie voorkomt en op onverwachte plaatsen in het DNA kan integreren. Transposons of virussen kunnen uitgeschakeld worden door mechanisme dat we nu aanduiden als gene-silencing. Het is inmiddels bekend van allerlei rare terreinen, waar we vroeger nooit mee te maken hadden. Zoals dat van de fungi.”

Ook in samenwerking met de nieuwe buurman, het Bureau voor Schimmelcultures, ziet hij dus mogelijkheden. ‘Het vijfde rijk’ heet de wereld van gist, paddestoelen en ander schimmels die gemeen hebben noch plant, noch dier te zijn. “Aan dat Bureau hing vroeger een beetje de geur van ouderwetse collectievorming”, zegt Plasterk, en dat hij daar sowieso niet veel van moet hebben, zal ook even later blijken als hij zich eigenlijk liever niet laat fotograferen temidden van de Hubrecht-collectie oude glazen potten met zeer uiteenlopende embryo’s in formaline. “Maar men heeft daar nu de overstap gemaakt naar onderzoek naar biodiversiteit. En mooi is natuurlijk dat je tegenwoordig de taxonomieën, de biologische classificaties, echt kunt gaan checken. Zijn ogenschijnlijke verwantschappen echt, zitten ze ook in de genen?”

Er is enorm veel werk aan de winkel, en Plasterk vindt dat er hoognodig een nieuw onderzoeksinstituut bij moet komen: het Genoom Instituut. En wel hier in Nederland, dat een voorbeeld aan Engeland zou moeten nemen: “Dat Blaire daar naast Clinton stond om aan te kondigen dat het menselijk genoom in kaart was gebracht, komt door het Sanger Centre daar. Dat heeft het sequencen uitgevonden. Ik ben er toevallig vorige week geweest, samen met Jannie Nüsslein.”

Nüsslein maakte naam met haar genetisch ontwikkelingsonderzoek naar het bekende fruitvliegje Drosophila, en kreeg er in 1994 zelfs de Nobelprijs voor Geneeskunde en Fysiologie voor, maar ze is ook degene die een geschikte opvolger voor Drosophila vond in het zebravisje, een dier wervelkolom, dat onder genetici heel snel populair is geworden. Het Hubrecht Laboratorium experimenteert er nu zo’n vijf jaar mee. Plasterk: “We vonden dat na de fruitvlieg en de worm nu het hele genoom van de zebravis bekend moet worden. Ik dacht: daar moet het Sanger Centre van overtuigd, en dat is gelukt. We hebben net gehoord dat over twee jaar het totale DNA afgelezen zal zijn.”

Eerst schieten
Maar dat soort grootschalig genoomonderzoek zou dus ook in Nederland moeten kunnen, vindt hij. De techniek is inmiddels zo ver en zo snel dat er echt een nieuw vakgebied ontstaat, dat een eigen instituut zou moeten hebben. “Er is bijna een productielijn-benadering mogelijk”, zegt hij enthousiast. “En je kunt bijvoorbeeld ook wat ik de Amerikaanse methode noem toepassen: eerst schieten dan pas vragen stellen. Alles is nu zo snel en goedkoop dat je met een chemische stof willekeurige, ongerichte mutaties kunt veroorzaken bij bijvoorbeeld ratten. Dan ga je het gen in duizend dieren aflezen, en kijk je dan pas, dus achteraf wat je geraakt hebt.”

“Op een gegeven moment is de tijd rijp voor dingen”, zegt Plasterk, “en ik denk echt dat dit het goede moment is om hier een goed Genoom Instituut te starten.” Licht mopperend gaat hij verder: “Volgens mij is er hier na het RIOD geen echt, fysiek onderzoeksinstituut meer gestart. Wat er bij is gekomen zijn allemaal virtuele instituten, want daar kun je het met alle universiteitssteden altijd makkelijk over eens worden. Maar zodra je iets centraals wilt in de onderzoekswereld gaat alles hier al gauw met loopgraven en schuttersputjes: boven je hoofd schieten naar elkaar. Ik snap best dat ze in Den Haag denken dat het allemaal ruzie is in de wetenschap.”

Voor de verandering eens met zijn allen ergens achter gaan staan, is volgens Plasterk hard nodig en hij is optimistisch genoeg om ook te geloven dat dat kan: “Een Genoom Instituut zou de komende decennia een prominente rol in het vakgebied kunnen spelen.”

Genoteerd
Ambities voor het Hubrecht Laboratorium heeft Plasterk ook: “Schrijf maar op: dit moet hét centrum van Nederland voor modelorganismen worden. Voor wormen, vissen, kikkers, muizen kun je hier terecht. En je kunt steeds van het ene naar het volgende dier.” Goed, het staat genoteerd.

We maken tot slot nog een rondgang door de laboratoria waar het echte handwerk gebeurt, waar Plasterk trouwens zelf ook van houdt. “Experimenteren is het belangrijkste dat er bestaat. Ik heb niet zo’n hoge pet op van theoretische biologen. Niet lullen maar buisjes vullen”, verwoordt hij een van zijn motto’s. Hij heeft lol in het verzinnen van opstellingen en oplossingen. “Ik ben een beetje een techneut”, vertelt hij, “en dit is natuurlijk een praktisch vak. Je zou het allemaal ook met olifanten kunnen doen, maar dat schiet niet op. Je moet het hebben van modellen die makkelijk te kweken zijn.”

Met over onze schoenen een soort witte plastic badmutsen wandelen we rond en bekijken ze. Er zijn massa’s kleine zebravisjes die in hun aquaria schoksgewijs van hoek naar hoek schieten, en bakken met voorwereldlijk aandoende albinokikkers. Maar we komen ook langs robots die het handmatig pipetjes vullen hebben overgenomen. Plasterk wijst er met trots op. Hij is hier in zijn element.

Dat neemt niet weg dat hij nog wel een grote wens heeft. Plasterk: “Wat ik het liefst zou willen weten is: als je nou een telefoonnummer onthoudt, waar blijft dat dan? Hoe werkt dat? Hoe denken we? Hoe ontwikkelen we ons, ook intellectueel? Dat zijn de grote vragen uit de biologie, waar een heleboel bij elkaar komt.”

De bevroren geschiedenis van de aarde smelt weg

De ijskappen bovenop de bergen in de tropen zitten tjokvol gegevens over de omstandigheden op aarde in vroeger tijden. Maar ze verdwijnen momenteel in hoog tempo. Prof. Lonnie Thompson zet alles op alles om archieven aan te leggen voordat het verleden is weggesmolten.

Zomaar een berg beklimmen, voor zijn plezier? Er verschijnt een vriendelijk, maar ook meewarig glimlachje op het gezicht van de geoloog die laatst nog een zaal vol dokters vertelde over de 798 dagen die hij doorbracht op hoogten boven de 18.000 voet (tegen de vijf en een halve kilometer). Het is duidelijk, prof. Lonnie Thompson ziet helemaal niks in de bergsport. Hij gaat alleen maar naar boven omdat daar heel bijzondere archieven te halen vallen: ijs, voor Thompson bevroren tijd.

Dat hij een soort medisch wonder is, zou je niet direct zeggen als je hem ziet. Thompson is op het oog een doodgewone vijftiger (hij is van 1948), vrij klein van stuk, en verre van een bodybuilder-type. Maar al bijna dertig jaar blijkt hij in staat om zonder zuurstofflessen en zonder ziek te worden wekenlang bijvoorbeeld bovenin de Himalaya te werken, ook op hoogtes van meer dan zeven duizend meter. “Ach”, zegt hij nuchter, “er is nou eenmaal bijna niets bekend van hoe mensen zich aanpassen aan grote hoogtes. Ik heb nergens last van. Ik krijg geen hoofdpijn meer, geen bloedneuzen.”

Niet alleen fysiek levert hij topprestaties, ook logistiek verricht Thompson mirakelstukjes. Hij haalt zijn ijsarchieven namelijk het liefst uit de tropen. Daar heeft hij uitstekende argumenten voor, al zag hij die zeker niet onmiddellijk. “Toen ik begin jaren zeventig net onderzoeksassistent geworden was hier in Columbus, op de Ohio State University, kreeg ik voor het eerst een ijskap van Antarctica te zien”, vertelt hij. “Ik weet nog dat ik dacht: ijs, moet ik daarmee werken? Er is niet veel ijs op aarde, dus dat kan niet belangrijk zijn. Maar ja, als assistent kreeg ik betaald, dus je doet het.”

Jaarringen
Thompson realiseerde zich vervolgens al snel dat er veel meer ijs bestond dan alleen op de Noord- en de Zuidpool. In 1974 had hij zijn eerste expeditie naar een tropische gletsjer, de Quelccaya ijskap in Peru. De mogelijkheden die uitgeboorde ijskernen boden waren inmiddels tot hem doorgedrongen. IJskernen zijn in zeker opzicht te vergelijken met de jaarringen in bomen, ze gaan alleen al snel veel verder terug in de tijd (in de Himalaya zelfs tot meer dan 700.000 jaar) en je kunt er veel meer aan aflezen: de precieze hoeveelheid neerslag per jaar, de temperatuur, vulkanische activiteit, hoeveel en wat voor stof er in de lucht zat. En juist in de tropen kunnen er ook hele insecten ingevroren zijn, en zaden en stuifmeel.

“Zeventig procent van de mensheid leeft in de tropen”, gaat Thompson door met redenen geven om juist daar te boren. “Klimaatverschijnselen als El Niño en de moessonregens heb je niet op de polen. Maar van de moesson zijn wel meer dan anderhalf miljard mensen elk jaar afhankelijk voor hun oogst. El Niño – dat is die elke vier à zeven jaar terugkerende verschuiving van warm zeewater die van Indonesië, over de Grote Oceaan naar Zuid- en Noord-Amerika gaat – verstoort de neerslag, de visserij, kan bosbranden veroorzaken in Indonesië en Australië, overstromingen in Californië. Buiten de seizoenen is dit het belangrijkste klimaatverschijnsel, en het bestaat al heel lang.”

Inca’s
Dat je het verloop exact kunt aflezen uit de ijskernen levert heel uiteenlopende kennis op. Thompson: “In Zuid-Amerika kun je terug naar de tijd van de pre-Inca’s en de Inca’s, toen er geen geschreven taal was. Je ziet culturen die vier-, vijfhonderd jaar stabiel waren en dan ineens, heel abrupt verdwijnen. Waarom was nooit duidelijk. We hebben archeologen en antropologen kunnen laten zien dat dat samenviel met hele zware El Niño’s.”

De samenwerking met totaal andere vakgebieden biedt meer oplossingen van raadsels. Zo is er ruim 4000 jaar geleden iets gebeurd dat zijn weerslag heeft gehad op grote delen van de aarde. Culturen die verdwenen in Zuid-Amerika, in Afrika, in het Midden-Oosten, de Indus Vallei, Egyptische bronnen die spreken van verschrikkelijke droogte en hongersnood, van mensen die hun eigen kinderen opaten. Wat er precies aan de hand was, is nog niet bekend, maar de ijskernen laten een lange periode met heel veel stof zien. Thompson is ervan overtuigd dat het ijs het geheim nog een keer prijs zal geven, dat het in de samenstelling van het stof moet zitten.

Van nature
Maar de ijskernen zijn ook van groot belang voor het heden en de toekomst, omdat ze duidelijk kunnen maken wat normaal is. Welke cyclussen bestaan er, welke variatie zit er van nature in het systeem? Bestaan er bijvoorbeeld ook mega-El Niño’s? Hoe reageerden planten vroeger op klimaatveranderingen, op grote droogten? Om te weten wat we kunnen verwachten, moeten we terug in de tijd, zegt Thompson keer op keer, en dat kan uitsluitend met behulp van de ijsarchieven.

En die verdwijnen. In een angstwekkend hoog tempo smelten ze weg. Voor het gesprek met Lonnie Thompson heeft zijn vrouw Ellen al foto’s laten zien die hangen in een van de gangen van het Byrd Polar Institute waaraan ze gezamenlijk leiding geven. Dat ze er allebei zijn is overigens een uitzondering: meestal is er wel eentje op expeditie (Ellen Thompson: “Ik doe de polen, Lonnie de tropen”), zodat de ander dan de zaken op het instituut kan regelen, en vroeger, toen ze nog klein was, voor hun dochter zorgen. De plaatjes spreken voor zich: in enkele tientallen jaren is de Quelccaya ijskap schrikbarend geslonken. Enorme stukken berg zijn bloot komen te liggen. Er is door het smeltwater zelfs een heel meer ontstaan.

Onherroepelijk
Ook op de Kilimanjaro, de hoogste berg van Afrika, verdwijnt het ijs onherroepelijk. Thompson: “De eerste kaart is van 1912. Toen was er nog 12,1 vierkante kilometer ijs, nu nog 2,6. Meer dan tachtig procent van het ijsgebied is weg. Het krimpt aan de zijkanten, maar ook aan de bovenkant. Toen we hier twee jaar geleden gingen boren vonden we twee meter onder de oppervlakte de sporen van een thermonucleaire test, die in 1951 gedaan is, de enige keer dat zoiets boven zeeniveau gebeurd is. Maar in het jaar daarna is de sneeuw bijna anderhalve meter lager geworden, vanaf volgend jaar is die laag verdwenen.”

En daarmee het ijkpunt. Want dat is een van de terugkerende problemen met de ijskernen: hoe weet je waar in de tijd je zit? Je kunt wel de verschillende jaren onderscheiden, maar om welke jaren gaat het? Daar kan gelukkig van alles voor dienen, ook onderlinge vergelijkingen van ijskernen van verschillende plaatsen, en met bijvoorbeeld een C14-test kun je precies de ouderdom van insecten en plantenresten bepalen. Maar dan moeten ze er wel nog zijn.

De komende paar jaar zijn van doorslaggevend belang, waarin in hoog tempo gewerkt moet worden. Het team, dat er bovendien zelf intussen niet jonger op wordt (Thompson: “Ik denk niet dat ik dit na mijn zeventigste nog steeds doe, hoewel..”), heeft al eerder drie boringen binnen een jaar gedaan: in Rusland, in Bolivia en China. Dat kan dus. Dertien ‘hot spots’ heeft Thompson gelokaliseerd, plaatsen waar over een paar jaar niets meer te halen valt. Nu nog wel, maar het kost geld. Dertien keer een miljoen dollar is er nodig. Relatief gezien een schijntje, maar via de gewone aanvraagprocedures is zo’n bedrag niet te vinden.

Er moet dus hulp van elders komen. Thompson praat er overal over, tot op het Witte Huis aan toe. Iedere keer opnieuw legt hij uit dat het geen politieke kwestie is: of de invloed van mensen er nu de oorzaak van is of niet, de aarde warmt op. En dat maakt dat die grote haast nodig is om de archieven te redden. Want je wilt de gevolgen van plotselinge klimaatwijzigingen kennen, ook als wij daar zelf de oorzaak van zijn. Niet dat Thompson daarover twijfelt: als je het ijs van afgelopen duizend jaar bekijkt blijkt overal dat de laatste vijftig jaar het warmste zijn van allemaal, de grootste temperatuurstijging te zien geven.

Als geoloog weet Thompson ook precies hoe gemakkelijk soorten weggevaagd worden van de aarde. Ook dat vertelt hij politici graag: “Het systeem kan heel goed voor zichzelf zorgen. Dat overleeft wel, ook als we niet ingrijpen. De vraag is alleen of wij het overleven.”.

Hij is overigens optimistisch. “Het lijkt misschien wel of er niets gebeurt, of zelfs dat het erger wordt, maar op een gegeven moment is er geen keus meer. Wat er nu met de ijskappen in de tropen aan de hand is, het afbreken van grote stukken ijs in Antarctica, het zijn de tekenen dat het systeem aan het veranderen is. Dat dringt op een gegeven moment door de ene of andere gebeurtenis door. Het is een kwestie van psychologie: mensen moeten tot hun keuzes gedwongen worden, en dan krijg je ook een heel plotselinge omslag. De geschiedenis zit vol met van die voorbeelden, van Pearl Harbor tot de Berlijnse Muur.”

Sprookjeswereld
Het is tijd voor de grote rondleiding door het instituut. De vrieskamer in. Het is er ruim zeventig graden kouder dan buiten. De ijskernen worden standaard bewaard bij veertig graden onder nul. Gek genoeg is dat zelfs met blote armen en benen heel goed een paar minuten uit te houden, maar de medewerker die er bezig is draagt een prachtig eskimopak, compleet met capuchon-met-bontrandje. Het heeft iets van een sprookjeswereld. Eindeloze rekken met zilverkleurige kokers, waarin de stukken ijskern zitten, ijspegels aan het plafond, glibberige vloeren. Dit is het grote archief dat geheid nog wel een paar belangrijke publicaties bevat volgens Thompson: “Als je ergens heengaat waar nog nooit iemand geweest is, is de kans groot dat je iets vindt dat in Nature of Science terechtkomt”.

Overigens zijn de vrieskamers toe aan uitbreiding. Daar zal de Heinekenprijs aan kunnen bijdragen, maar Thompson is ook bezig met het opzetten van een ‘Foundation’, die moet garanderen dat het archief in stand blijft, ook als hij er niet meer is. “Wij zien wel hoe belangrijk dit is”, lacht hij, “maar als het voortbestaan af zou gaan hangen van bureaucraten…”

In het voorkamertje van de vriesruimte worden de ijskernen in plakjes gesneden. Een precies, en uiterst saai karweitje. “Degenen die dat werk doen krijgen altijd voorrang als we een team samenstellen om ijs te gaan boren. Dat motiveert enorm,” lacht Thompson. De helft gaat overigens weer terug de ijskast in, om te wachten op nieuwe analysetechnieken, waarmee je nog meer aan het licht kunt brengen. Thompson verwacht dat het binnenkort mogelijk zal zijn ook de geschiedenis van branden af te lezen uit het ijs: “Dan weet je hoe vaak het Amazonegebied gebrand heeft voordat er mensen waren. Wat is de natuurlijke cyclus?”

Ouderwets
Verderop ruikt het naar een ouderwetse werkplaats, en het blijkt inderdaad zo te zijn dat werkelijk alles zelf bedacht en gemaakt wordt door het team van Thompson. Niet alleen de machine die vierentwintig uur per dag, dag in dag uit, ijsmonsters analyseert, maar ook al het materiaal voor de expedities. Niemand had toen ze begonnen ooit boven in de bergen ijskernen geboord. De oorspronkelijke gedachte dat je gewoon de spullen en technieken kon gebruiken die ontwikkeld waren voor de poolstreken was een fikse misrekening. De eerste expeditie liep stuk op het feit dat de boor niet naar boven te krijgen was: veel te groot en zwaar. Zo ontstond de eerste demontabele boor, die werkt op zonne-energie.

Opslag en vervoer zijn in de tropen natuurlijk ook een enorm punt. Maar Thompsons inventiviteit en organisatietalent zijn grenzeloos. Hij zit vol prachtige verhalen: over per heteluchtballon afgevoerde ijskernen, over een vuilnisbelt in Tanzania waar hij een grote vriezer vond, overgebleven van een mislukt visserijproject, over een stukgegane generator en een vriendelijke Hollander in den vreemde, die Thompsons verzamelde materiaal toen wekenlang met zijn eigen generator koelde, over de wolken in Tibet die het gebruik van zonne-energie in de weg zaten, en nog veel meer.

Inmiddels heeft hij zijn vierenveertig expedities in vijftien verschillende landen achter de rug. Het heeft zijn blik op de mensheid geen kwaad gedaan. Hij geeft hoog op van de vriendschappen, de individuele samenwerkingsverbanden, de belangeloze medewerking van toevallige bewoners. Zijn conclusie: “Ze willen ons tegenwoordig wel eens anders doen geloven, maar echt, uit welke cultuur ze ook komen, alle mensen zijn overal hetzelfde.”

Onder de kop ‘Bevroren tijd’ verscheen een ingekorte versie van dit interview in Het Parool van 20 september 2002.

De zwemmende startmotor van onze afweer

Niemand had ze voor 1973 ooit gezien, maar de speciale afweercellen die medisch onderzoeker Ralph Steinman ontdekte, zouden ons binnenkort wel eens van heel wat ziekte en ellende kunnen verlossen.

Ons afweersysteem ingewikkeld? ‘Nou, dat is maar hoe je ernaar kijkt,’ vindt Ralph Steinman, ‘het is ook nogal elegant.’ En in elk geval zeer veelomvattend. In de ogen van Steinman is dat wat het zo’n aantrekkelijk medisch onderzoeksgebied maakt. ‘Van je nieren weet je precies wat ze doen, net als van je ingewanden, enzovoort. Alle andere organen hebben een duidelijke, toegespitste functie,’ zegt hij – bijna met een beetje dedain. ‘Maar het bereik van je immuunsysteem is enorm. De evolutie zorgt dat er zich altijd nieuwe infecties ontwikkelen, en het immuunsysteem is erop gemaakt daar gelijke tred mee te houden.’

Impact

De inzichten in de werking daarvan hebben volgens hem bovendien nu het punt bereikt waarop een nieuwe generatie veel effectievere vaccins en andere medicijnen vrijwel voor het grijpen ligt. Als Steinman gelijk heeft, zal de impact van de immunologie op onze gezondheid nog heel indrukwekkend worden.

Exact veertig jaar geleden betrad hij als jonge dokter het onderzoeksterrein. Drie jaar later had hij al een heel nieuw type cellen ontdekt, die hem wereldfaam zouden bezorgen. Cellen die een sleutelrol vervullen bij alle afweerreacties. En daar bestaan er veel van. Steinman: ‘Net rond 1970 begon het duidelijk te worden dat ons afweersysteem niet alleen infecties bestrijdt, of met behulp van een vaccin antilichamen kan leren te maken, maar dat het ook op allerlei andere medische gebieden een rol zou kunnen spelen. Bij de afweer tegen kanker bijvoorbeeld. En ook bij ongewilde reacties, zoals je die hebt bij allergieën en auto-immuunziektes als multiple sclerose, of de afstotingsreacties na een transplantatie.’

Zo stond het ervoor. Maar er was een probleem: ‘We begrepen niet hoe je een immuunrespons in gang kon zetten. Hoe begon het? We kenden wel de componenten van bacteriën, of kankercellen of transplantaten die we antigenen noemen – meestal zijn dat proteïnen. Maar als we die proteïnen injecteerden in dieren of mensen riepen we daarmee niet de afweerreactie op die we wilden begrijpen.’

Maar er bestonden wel degelijk al vaccins waarbij dat wel gebeurt. Zoals de inenting tegen kinderverlamming, die voor Steinman zelfs nog een van de redenen was geweest de immunologie in te gaan: ‘Ik ben opgegroeid in het tijdperk dat er nog polio was.’ Vaccins leren het afweersysteem om specifieke antilichamen te maken, die bescherming bieden wanneer we daarna aanlopen tegen de desbetreffende indringer, zoals het poliovirus. In de manier waarop vaccins gemaakt werden, bleek het geheim verstopt te zitten van het aanslingeren van de afweerreactie. Steinman vertelt hoe het indertijd toeging: ‘De methode was: neem de proteïnen waartegen het vaccin moet werken en voeg die toe aan cellen die de immuunreactie maken – die heten lymfocyten. En verder moest je er een mengsel van mysterieuze ‘hulpcellen’ bij doen. En dan werkte het.’

Het was in dat mengsel, waar heel veel verschillende celtypen in zaten, dat Steinman cellen ontdekte die nog nooit door iemand beschreven waren. Bijzondere cellen: ‘Hét kenmerk zijn hun uitlopers, die doen denken aan de armen en benen van een zwemmer die zich een weg baant door het water. Geen enkele andere cel beweegt zich op die eigenaardige manier.’ Het zijn die ‘armen en benen’ die ze hun naam ‘dendritisch’ (vertakkend) hebben bezorgd.

Steinman: ‘Dendritische cellen zijn altijd bezig hun omgeving te peilen. Alsof ze uitkijken naar indringers, en naar de immuuncellen die verzameld moeten worden voor het teweegbrengen van immuniteit. Uiteindelijk zijn ze de missing link gebleken. De dendritische cellen initiëren de afweerreacties. Ze zijn de helpers van moeder natuur. De microben of zelfs de simpele proteïnen die zij oppikken, maken dat dieren en mensen leren om specifiek daarvoor een immuunrespons maken.’

Geloofd werd Steinman in eerste instantie niet. ‘De cellen zijn lastig om mee te werken,’ zegt hij. Hij leerde hoe ze te zuiveren. Heel frequent zijn ze niet, hoewel ook dat relatief blijkt. ‘In onze huid zitten mooie, grote dendritische cellen. Dat zijn er toch nog duizenden per vierkante millimeter. Je zit op zo’n twintig miljoen exemplaren: de bedekking van je achterwerk.’

Overigens waren de dendritische cellen in de huid nou net de enige die wel eerder waren opgemerkt. Ze heetten al Langerhanscellen, naar de negentiende-eeuwse patholoog Paul Langerhans, wiens naam ook voortleeft in de alvleesklier, waar in de ‘eilandjes van Langerhans’ onder meer insuline geproduceerd wordt. Steinman: ‘Maar Langerhans dacht vanwege die vertakkingen dat ze bij het zenuwstelsel hoorden.’

Hoe kan het dat ze verder over het hoofd waren gezien tot dan? Steinman lacht: ‘Ik denk dat niemand erg zorgvuldig gekeken had. En de meesten hielden zich bezig met eigenschappen van het immuunsysteem die spelen nadat het al in actie is gekomen. Met andere gaten in onze kennis. Mijn nadruk op hoe het allemaal begint, was toen uniek.’

Het werd allengs makkelijker om met de cellen te werken, en nu zijn dendritische cellen allang gemeengoed. Ze worden in honderden laboratoria onderzocht. Steinman: ‘We hebben een veel beter begrip gekregen van een groot aantal medische problemen. Hoe afstoting in zijn werk gaat, wat er gebeurt bij allergieën, of hoe tumorcellen herkend en dan afgestoten worden.’

Raadsel

Neem de intrigerende dingen die aan het licht zijn gekomen over getransplanteerde organen. Dat zo’n orgaan afgestoten wordt, is als bekend het grote risico. Patiënten worden levenslang op medicijnen gezet die hun complete afweer onderdrukken, met alle gevaren vandien, en dan nog gaat het lang niet altijd goed. Maar opmerkelijk genoeg blijkt het donororgaan zelf het sein ‘indringer’ te geven. Steinman: ‘Hoe is nog een raadsel, maar na een transplantatie worden de dendritische cellen in het getransplanteerde orgaan in werking gezet. En dan verplaatsen ze zich naar het lichaam van de ontvanger. Kijk, die cellen zijn een soort schildwachten, die de generaals vertellen dat er iets fout is gegaan en dat ze het leger in moeten zetten. Maar in dit geval vertellen ze dus aan de ontvanger dat die het transplantaat moet weigeren. Waarschijnlijk worden er stukjes van het orgaan opgepikt door dendritische cellen van de ontvanger, en zet dat ook de respons in werking.’

‘Als je nu dat begin kunt blokkeren, dan is het probleem opgelost. We proberen ook een immuunrespons te maken die het immuunsysteem juist uitschakelt.’ Maar dan niet in zijn geheel, maar toegespitst op specifieke reacties, zoals de afstoot van transplantaten. Dat lijkt te gaan lukken: ‘Toevallig zijn we net een paper aan het afronden over hoe je medicijnen kunt maken die specifiek op een transplantaat gericht zijn. Inmiddels hebben we laten zien hoe cellen die een respons stilleggen, kunnen standhouden in dieren met een getransplanteerd orgaan. Dat was een groot struikelblok. Maar nu ligt hier een heel nieuw gebied open.’

Maar goed ook

Een echte doorbraak noemt Steinman die ontdekking dat dendritische cellen het afweersysteem niet alleen in gang zetten, maar juist ook stil kunnen leggen, kunnen maken dat er niet gereageerd wordt. ‘Dat is maar goed ook,’ zegt hij. ‘We ademen voortdurend proteïnen in, eten van alles. Als we daar voortdurend immuunresponses op hadden, dan liepen we altijd met chronische ontstekingen rond.’ In dat vermogen van dendritische cellen ziet hij niet alleen mogelijkheden bij transplantaties. ‘Zo’n nieuw type vaccin zou dan bijvoorbeeld ook de auto-immuunreactie af kunnen zetten die bij multiple sclerose de hersenen aantast.’

Heel recent is de eerste officiële goedkeuring van een vaccin dat gebaseerd is op dendritische cellen. Steinman: ‘In dit geval gaat het om een middel waarvan vaststaat dat het een bescheiden verlenging geeft van het leven van mannen met vergevorderde prostaatkanker.’ Dat klinkt nog niet meteen erg spectaculair. Is het probleem hier misschien dat medicijnen in het begin alleen getest mogen worden op erg zieke mensen? ‘Precies,’ antwoordt Steinman, en hij zucht even. Het heeft iets van een catch 22. ‘In het algemeen staan we nu op het punt dat de opgedane kennis van dendritische cellen en het immuunsysteem de kliniek in moet. We zijn echt zo ver dat het toegepast kan gaan worden. Dus hebben we heel veel zogeheten ‘fase 3-studies’ nodig.’ Dan gaat het over het uitproberen van een medicijn op een grote groep patiënten. Lastig en tijdrovend, en bewijzen dat het echt iets doet, is moeilijk. Onder meer dus omdat het vaak om doodzieke mensen gaat, bij wie alle reguliere middelen gefaald hebben.

Maar met het prostaatkankervaccin is het nu wel gelukt. Is het de bedoeling dat straks de halve mensheid zo’n vaccin als voorzorgsmaatregel toegediend krijgt? Steinman: ‘Dat is niet reëel. Neem een ander voorbeeld. Zeg er wordt borstkanker geconstateerd, en het lukt om die te bestrijden. Hoe dan ook, met operaties, chemo. Dan wil je daarna een vaccin kunnen geven dat voorkomt dat die kanker terugkomt.’

Intussen groeit de kennis over Steinmans ontdekking gestaag door. Halverwege de jaren negentig werd de eerste receptor ontdekt die dendritische cellen gebruiken bij het bespeuren van indringers. Nu zijn er al tientallen bekend. Onlangs bleken dendritische cellen ook een rol te spelen bij aderverkalking, en ze hebben een effect op cognitie: als ze ontbreken in de hersenen van muizen, dan worden die dommer.

Dringend

Tegenover Steinmans optimisme over wat ons te wachten staat aan doorbraken en verrassingen, staan een paar dingen die zijns inziens dringend opgelost moeten worden. Ten eerste het praktische punt van de onmogelijkheid het vakgebied nog bij te houden. En dat moet toch: ‘Wie nu begint, heeft al die informatie nodig,’ zegt Steinman. Met een stel collega’s werkt hij momenteel hard aan een oplossing: de immuunwereld moet online. ‘Er moet een webgemeenschap komen, die elkaar op de hoogte houdt. Dat mijn lab hier een keer per week opschrijft waar ze op dat moment enthousiast over zijn, en dat een lab in Amsterdam hetzelfde doet. Et cetera. Op die manier wordt de kennis op een goede manier gedestilleerd.’

Steinman is voor de financiering daarvan onder meer in gesprek met het Nederlandse bedrijf Crucell, dat vaccins en antistoffen ontwikkelt en produceert. Nederland is een sterk immunologieland. Steinman zegt het meer dan eens. Reden dat hij extra blij is met de uit Nederland afkomstige Heinekenprijs.

Het geld van de Heinekenprijs gaat in het fonds waar Steinman en zijn vrouw alle prijzengelden in storten. ‘Deels is dat een belastingtruc,’ zegt hij. ‘Een heel bekende hier. Mijn eigen Rockefeller universiteit draait er ook op. Anders gaat de helft meteen naar de fiscus.’ Nu al kunnen ze jaarlijks tienduizenden dollars aan reisbeurzen voor jonge onderzoekers uitdelen.

Angst

Dat is op zichzelf mooi, maar het lost toch niet het veel bredere probleem op van de financiering van wetenschap. En dat zit Steinman hoog: ‘Er zit een onbalans in de mate waarin we onderzoek ondersteunen. Geweldige jonge mensen met talent zijn er genoeg. Maar we geven aan research maar één procent of nog minder uit van wat ziektes kosten. Dat is een heel klein beetje tegenover al die ellende en angst. Zelfs als je het alleen economisch bekijkt, zijn de budgetten veel te laag. Als je mensen nou eens bij hun jaarlijkse belastingaangifte de gelegenheid zou geven een bedrag te doneren voor onderzoek. Ik denk dat dat heel wat zou opleveren.’ Bij dezen als idee gelanceerd.

Naschrift: In 2011 kreeg Steinman de Nobelprijs voor medicijnen toegekend. Naar later bleek een paar dagen na zijn dood. Vanwege die crue timing ging de uitreiking postuum door, hoewel de Nobelprijs nooit naar dode onderzoekers gaat. Pas toen kwam ook naar buiten dat Steinman zijn eigen werk toegepast had op zichzelf. Naar verluidt wist hij zijn overlijden aan alvleesklierkanker zo een aantal jaren uit te stellen.

“Ik wil dat wij écht excellent zijn”

Een bloedrode zon met daaronder een donkerblauw golfje, een lichtblauw golfje en een streep groen. Het logo van het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek doet een beetje denken aan dat van de Waddenzee.

“Volgens de ontwerper is die rode stip geen zon, maar een symbool voor ‘de cel’, waaruit al het leven opgebouwd is”, zegt Prof.dr. W. van Vierssen, directeur van het instituut, dat officieel sinds 1 januari 1992 bestaat. Wie weet waaruit het NIOO ontstaan is, begrijpt ook de rest van de symboliek: donkerblauw staat voor half-zoet-half-zout water en zeewater, lichtblauw zijn de binnenwateren en groen is het land.

De kleuren staan voor drie centra die tot voor kort aparte Akademie-instituten waren. Allemaal hielden ze zich bezig met oecologie (‘ecologie’ zeggen anderen): het bestuderen van de relaties tussen organismen onderling en hun omgeving.

Of simpel gezegd: wat hangt met wat samen in de natuur. Het Delta Instituut in Yerseke keek naar de gevolgen van de Deltawerken voor flora en fauna. Het heet nu Centrum voor Estuariene en Mariene Oecologie (‘estuarium’ is ‘riviermond’, de plaats zoet en zout water in elkaar overgaan, mariene staat voor ‘zee-‘). In Nieuwersluis, waar nu ook de hoofddirectie van het nieuwe NIOO gevestigd is, bevond zich het Limnologisch Instituut, inmiddels omgedoopt tot Centrum voor Limnologie. De limnologie onderzoekt zoete binnenwateren. Achter het Centrum voor Terrestrische (‘land’-) Oecologie ging het Instituut voor Oecologie in Heteren schuil. De instituten dateerden alle drie uit de jaren vijftig.  

Nu vormen ze dan één NIOO. Maar behalve een fusie kregen de instituten ook nog een peer review en een bezuiniging van twee en een half procent te verwerken. Daarnaast kwam de Akademie met een strategienota. Die vier dingen zijn de basis voor een fikse reorganisatie die nog steeds gaande is.

De leiding daarvan ligt in handen van Van Vierssen. “Ik zat al langer in de wetenschapscommissie van het Limnologisch Instituut”, vertelt hij, “en toen Parma, de directeur, met de VUT ging, heb ik een half jaar lang een dag per week min of meer op de winkel gepast.” Van Vierssen (41) is aquatisch (water-)oecoloog en hoogleraar aan het International institute for infrastructural hydraulic and environmental engineering, het IHE, in Delft. “Ik heb daar nu een zogenaamde 0-punts aanstelling”, zegt hij, “voorlopig voor twee jaar, daarna zien we verder. Ik kom wel nog regelmatig in Delft, en ik begeleid een aantal onderzoekers.”

Emotioneel

Het besluit NIOO-directeur te worden en de reorganisatie (“een noodzakelijk maar ook een naar en emotioneel proces”) uit te voeren is hem niet echt licht gevallen. Met kennelijk enthousiasme spreekt hij over zijn werk in Delft: “Het was een leuke baan. Het instituut verzorgt post-academisch onderwijs voor mensen uit de derde wereld. Er worden allerlei cursussen gegeven, altijd lopen er zo’n vierhonderd cursisten rond. We hebben heel hard gevochten voor het ius promovendi, het recht om mensen een doctorstitel te verlenen, en ik denk dat dat nu gaat lukken. Ik heb ook heel veel kunnen reizen.”

Maar aan de fusie en reorganisatie zitten grote voordelen vindt hij: “Als je verschillende expertises kunt combineren dan wordt het makkelijker om beleid te maken, en nu heb je de kans. Oecologie is natuurlijk een vakgebied dat maatschappelijk goed ligt. Maar er is veel milieuonderzoek dat wetenschappelijk niet helemaal je dat is, omdat het in feite politiek onderzoek is. Nu is daar niets op tegen, maar we zijn een Akademie-instituut. Het gaat ons om fundamenteel onderzoek, met als het kan een strategisch randje. Strategisch onderzoek noem je het soort toepassingen dat een horizon van een jaar of vijf heeft.”

“De historie van de drie instituten was, onder meer wat dat betreft, niet hetzelfde. Heteren heeft een echte populatie-traditie. Daar doen ze bijvoorbeeld heel fundamenteel onderzoek naar de koolmezenstand. Aan toepassingen hebben ze pas laatste jaren veel gedaan, bijvoorbeeld met hun onderzoek naar de gevolgen van zure regen.”

“Het Delta Instituut had van oorsprong tot taak de gevolgen van de Deltawerken te monitoren: een hele duidelijke toegepaste opdracht. De laatste jaren is men zich al expliciet op fundamenteel onderzoek naar oecosystemen gaan richten. Binnen het Limnologisch Instituut was er altijd al veel interesse voor toegepast onderzoek.

“Wat er gebeurde was dikwijls zeer nuttig, maar de wetenschappelijke haalbaarheid van van de uiteindelijke onderzoeksdoelen was vaak wat te hoog ingeschat. Men wilde dan bijvoorbeeld een heel meer bestuderen. Maar op bepaalde zoetwatermodellen zijn we nu wel een beetje uitgestudeerd in de oecologie, voor de prakijk hebben ze hun nut inmiddels wel bewezen. We willen ons op het Centrum voor Limnologie nu concentreren op de samenhang tussen een beperkt aantal populaties binnen het oecosysteem, dat wil zeggen op het zogenaamde community niveau. We hebben het begrip ‘oecosysteem’ wetenschappelijk wat meer ingeperkt, en geprobeerd een verdeling van de vragen over de drie centra te maken.”

Van Vierssen is graag bereid een rondleiding te geven door het Centrum voor Limnologie, maar waarschuwt direct dat het maar om een stukje van het NIOO gaat. Het onderzoek van dr. Wolf Mooij, die deel uitmaakt van de werkgroep ‘voedselketens’, past gelukkig goed in het geheel.

Bij de aquaria in de kelder van het centrum vertelt Mooij over de sterke relatie die er bestaat tussen de snelheid waarmee vissen groeien en de temperatuur van het water waarin ze zich bevinden. Omdat vissen koudbloedig zijn komt hun stofwisseling bijna stil te liggen als het koud is, (een baars kan wel een jaar overleven zonder te eten in water van vier graden), maar gaat hun metabolisme juist omhoog als het warmer wordt. In warm water hebben vissen daarom veel meer voedsel nodig.

Werd dit verschijnsel eerst bekeken op verschillen tussen vissoorten, nu wordt er binnen een soort gekeken. De vraag is welke invloed de relatie tussen groei en temperatuur heeft op de natuurlijke selectie. Daarvoor wordt een computersimulatie gemaakt. De volgende stap is kijken op DNA-niveau. “Hi-tech onderzoek voor oecologische doeleinden”, zegt Van Vierssen een tikje trots.

Tevreden

De vakgenotenbeoordeling leverde in juni 1992 een rapport op met 120 aanbevelingen en stellingen. “Die moeten in een paar jaar geïmplementeerd worden”, zegt Van Vierssen. “Kijk, het is natuurlijk niet zo dat het NIOO beoordeeld is. De drie centra zijn apart bekeken: het functioneren van de vaste staf, de samenhang van het werk in de werkgroepen, er is gekeken naar citatie, dat soort dingen. In grote lijnen ben ik tevreden met de manier waarop we beoordeeld zijn. Nu is het dus zaak de goede dingen die er al waren te versterken en de slechte te beëindigen. Het NIOO is tenslotte niet met mij begonnen, zeg ik altijd, er was al heel veel.”

 “In de nieuwe organisatiestructuur gaan we evolutionair biologisch werk meer combineren met de pure mechanistische benadering. We willen weten hoe het werkt in de natuur, maar uiteindelijk ook waarom het werkt zoals het werkt. Dat is een ontwikkelingsvraag, dan kom je terecht bij natuurlijke selectie en survival of the fittest. Op dat punt heeft Heteren nu al een grote naam.”

Een goede naam, ook internationaal, vindt Van Vierssen heel belangrijk. “Iedereen roept dat hij excellent is tegenwoordig”, zegt hij, “maar ik wil dat wij dat écht zijn. Naast de honderdvijftig man vast personeel lopen er hier honderd tijdelijke mensen rond. Er gaat jaarlijks achttien of negentien miljoen gulden doorheen, met beurzen en contracten meegerekend. Dan is de enige maatvoering een internationale. Dat heeft wel gevolgen. Als je in het centrum van het onderzoek wilt meedraaien dan is communiceren belangrijk. Je moet jezelf onderwerp willen laten maken van kritiek, je moet in de wind willen gaan staan. Als je naar buiten treedt dan vindt iedereen iets van je.”

Dus moet je zorgen dat je goed geoutilleerd bent, lijkt de boodschap van Van Vierssen te zijn. Ook in materieel opzicht. Nieuwersluis heeft net een grootscheepse verbouwing achter de rug. Voor het Centrum voor Limnologie is er een nieuw gebouw gekomen, dat heel goed is ingericht, vindt Van Vierssen: “Daar is niet op beknibbeld. We kregen hier laatst de directeur van het prestigieuze Max Planck Institut für Limnologie op bezoek, en die viel echt van verbazing bijna uit de bus toen hij aankwam. De beheerder en het secretariaat van het Centrum voor Limnologie gaan binnenkort ook naar het nieuwe gebouw, dat is psychologisch verstandiger.” 

Daarna zit op de benedenverdieping van de prachtige oude villa die ooit het startpunt vormde van het Limnologisch Instituut, alleen nog de NIOO-directie. Daarboven blijft de bibliotheek gevestigd, en sinds kort zijn er op de zolder kamers voor studenten. Van Vierssen: “Een aio of oio kan onmogelijk hier in de buurt iets huren. De prijzen zijn veel te hoog.”

En het NIOO wil ze graag hebben. “Het gebouw moet vól zitten”, verkondigt Van Vierssen met vuur, “en dat is nog niet zo.” Een aantal aio’s komt uit het buitenland. Van Vierssen: “We hadden  al iemand uit Duitsland, en nu hebben we een Fin aangenomen. Voor senior-onderzoekers hebben we hier binnenkort ook een goede accommodatie. Er worden hopelijk mooie appartementen gebouwd. Daar is in het verleden ook wel over gepraat, maar als je wilt dat de echt goede mensen hier komen dan moet je ze naast de wetenschap nog iets meer iets bieden. Zo iemand zegt anders ‘ik kan ook naar Barcelona, daar kan ik ook nog aan het strand liggen’.”

E-mail

Internationalisering, goede onderzoekers, daar hamert Van Vierssen op. “Dat hoeft niet altijd te betekenen dat iedereen voortdurend op reis moet”, zegt hij, “heel veel kun je via e-mail, de elektronische post doen.”

Maar in de nieuwe functieomschrijving voor een senior-onderzoeker staat wel dat hij of zij een jaar in het buitenland gewerkt moet hebben. Ook verwacht van Vierssen dat senior-onderzoekers na vijf jaar een eigen onderzoekslijn hebben opgezet. Op zijn bureau ligt een dik rapport, waarin 125 nieuwe functieomschrijvingen staan. Sommige van de pijnlijkste beslissingen rond de reorganisatie moeten nog vallen.

Van Vierssen: “Er moeten twintig mensen uit, wie is nog niet bekend. Zo’n reorganisatie is een emotionele gebeurtenis, die niet te lang moet duren. In december en januari moet het af zijn. Het mag dan voor het voortbestaan van het onderzoek noodzakelijk zijn, op individueel niveau kan een beslissing afschuwelijk uitpakken. Gelukkig hebben we goede regelingen bedongen, men kan in drie jaar afscheid nemen. Een aantal mensen is ook al in goede harmonie vertrokken. Die zien ook weer andere toekomstmogelijkheden.”

“Mijn taak hier nu is vooral veel praten. Ik ben er erg voor om onderzoekers veel vrijheid te geven, maar dat kan alleen als er spelregels zijn. De wetenschappelijke afdeling en de algemene zaken zijn nu uit elkaar gehaald. De hoofden vallen onder mij, en dat is nieuw en soms wennen. Maar met een paar goede spelregels kan er heel veel.”

Trucs met moleculen

(In 2002 won Roger Tsien de Dr. H.P. Heinekenprijs voor Biochemie en Biofysica. Op 8 2008 oktober werd bekend dat hij een van de drie winaars was van de Nobelprijs voor Scheikunde. Twee Japanners en hij kegen hem voor hun werk met Groene Fluorescerende Proteïne (GFP), het molecuul dat de kwal Aequorea victoria groen laat oplichten. In 2002 vertelde Tsien al wat je daar allemaal mee kunt doen.)

 

De moleculen die de Amerikaanse schei- en natuurkundige Roger Tsien maakt zijn spionnen of saboteurs, die moeten rapporteren wat er in cellen gebeurt. Hij hanteert de verfkwast en andere trucs in de hoop ooit te begrijpen hoe onze hersenen werken.

Tussen kerst en nieuwjaar is hij meestal in het lab te vinden dat hij de rest van het jaar eigenlijk alleen leidt. Weer eens zelf aan het werk, achter een idee aan, iets uitzoeken dat is blijven liggen. “Maar”, lacht prof. Roger Tsien (1952), “dan herinner ik me ook altijd weer hoe moeilijk het is, en ben ik blij met jongere onderzoekers die veel bedrevener zijn dan ik. En die wél weten waar alles ligt.” Afgelopen kerstvakantie heeft hij geprobeerd kleurstoffen te maken die in cellen kunnen oplichten als je er infrarood licht op schijnt.

Tsien, die schei- en natuurkunde studeerde, wuift het een beetje weg: “Het zijn geen serieuze projecten, want ik weet dat ik geen tijd heb het goed te doen. Het zijn restjes die me intrigeerden, en ik hoop altijd dat ik ze over kan doen aan iemand anders als blijkt dat het begint te werken. Of dat lukt? Ze denken dat ik te gek ben, en meestal hebben ze gelijk.”

Met het infrarood kwam hij niet ver. “De bedoeling was om iets te maken waarmee je dieper in mensen kunt kijken”, legt Tsien uit. “Infrarood licht penetreert, anders dan gewoon licht. De cellen bleken de kleurstof wel te absorberen, maar de meeste lichtten niet op. Waarschijnlijk hadden anderen dat ook al eens ontdekt, en er dus niets over gepubliceerd. Je moet de dingen toch zelf uitvinden.”

Kwal
Het zou een volgend stapje geweest zijn in Tsiens loopbaan waarin kleurgevende moleculen een hoofdrol spelen. Zijn werk met de zogeheten Groene Fluorescerende Proteïne (GFP), een molecuul dat verantwoordelijk bleek te zijn voor het in het donker groen oplichten van de kwal Aequorea victoria, is het bekendste. Hij wist zelfs, uitgaande van het GPF (“liefst beginnen we niet bij nul, maar maken we gebruik van de natuur, of van wat anderen al gemaakt hebben”) nieuwe kleuren te maken: moleculen die geel of blauw oplichten als je er met een lampje op schijnt. Maar het grondwerk daarvoor is door anderen gelegd, benadrukt hij. “Ik ben wel de regisseur van een uitvoering van dat toneelstuk, maar ik heb het niet zelf geschreven”, geeft hij zijn eerste analogie ten beste.

Hij heeft er ook een voor de functie van de moleculen die in zijn laboratorium gemaakt worden. “Het zijn spionnen en soms ook saboteurs”, zegt hij. “Je stuurt ze erop uit om te kijken wat er gebeurt in een cel, of je laat ze daar iets doen. Dat onze moleculen zo populair zijn komt deels doordat ze de cellen niet kapotmaken. Wat wij hier onderzoeken is de doorgifte van signalen in cellen, net zoals duizenden andere onderzoekers doen.”

Vernietigen
“Dat moleculen bouwen gebeurt op veel minder plaatsen, maar we maken ze niet zomaar, het een moet het ander helpen. Dus zijn ze gericht op begrijpen en volgen hoe biologische signalen gevormd worden in de cel, waar ze zijn, wanneer ze plaatsvinden. Tegenwoordig zijn er ook meer genetische mogelijkheden, zodat je algemene vragen over proteïnen kunt stellen: waar worden ze geboren, waar gaan ze dood, waar gaan ze heen, met wie praten ze. We kunnen nu ook heel snel proteïnen vernietigen, zodat je kunt kijken hoe de rest van de gemeenschap zonder ze verder gaat, hoe er gereageerd wordt.”

“Overigens doen we hier wel veel metingen, maar dat is niet zo bijzonder. Wij proberen het gereedschap te maken waarmee iedereen dat kan. Dan geven we een paar, hopelijk fatsoenlijke voorbeelden, en dan gaan we weer wat nieuws uitvinden. Een beetje zoals Thomas Edison de film uitvond, twee primitieve verhaaltjes vastlegde, en toen weer naar iets anders ging. Hij was zelf geen Spielberg, maar zonder hem hadden we geen Spielberg.”

Dronkeman
Tsien lijkt het allemaal tamelijk pragmatisch te beschouwen. Hij is zich bewust van de beperkingen die de wereld en tijd waarin hij toevallig leeft opleggen. “Het is als de dronkeman die onder de lantaarnpaal met zijn sleutels in de weer is: je werkt daar waar het licht is. En dat is niet per se de plek die je het meest interesseert, waar het echte mysterie zit.”

Voor hemzelf zit dat in de werking van onze hersenen, en dat is ook waar hij zijn onderzoek begon. Met smaak en een klein vleugje heimwee vertelt hij over de tijd van zijn dissertatieonderzoek dat hij in Engeland deed, in Cambridge, waar hij uiteindelijk ruim negen jaar zou blijven. “Je hebt daar een veel grotere vrijheid dan hier zou kunnen”, zegt hij. “Ik was al in drie projecten min of meer vastgelopen, en de tijd drong. Toen ben ik toch met een vierde begonnen, en mijn promotor vond dat allemaal prima.”

Tsien was op de gedachte gekomen kleurstoffen te maken die gevoelig zijn voor calcium. “Dat heb ik echt zelf bedacht, en daarvan weet ik niet of iemand anders er op gekomen was”, zegt hij. Daar is uiteindelijk een heel succesvolle reeks uitgekomen, waar veel onderzoekers gebruik van hebben gemaakt. Het verband met zijn interesse in de menselijke hersenen zit hierin: calcium is een van de twee universele signalen binnenin hersencellen (de andere heeft met elektriciteit te maken).

Straaltje
Tsien legt uit: “Iedere keer dat een van je neuronen praat met een ander neuron doet hij dat omdat er een klein straaltje calcium in de cel wordt toegelaten, en dat calcium zet het vrijgeven van neurotransmitters in gang, die in feite de boodschap overbrengen. En hoeveel neurotransmitters je ook hebt, ze gebruiken allemaal calcium. Calcium is ook van groot belang voor herinneringen. We denken nu dat het de switch is die herinneringen zowel kan versterken als verzwakken. Inmiddels hebben we trouwens de kleurstoffen niet meer nodig, we kennen nu het gedrag van calcium, en we hebben nog meer trucs: we kunnen het calciumniveau zelfs op elk moment dat wij dat willen omhoog brengen.”

Uiteindelijk wil Tsien antwoord op de grote vragen: “Hoe vinden we uit waar in mijn hersenen straks de herinnering aan jouw gezicht zit? Of aan een muziekdeuntje? Dat je ook kunt reproduceren. Hoe doe je dat? Of hoe zit het met Engels tegenover het Nederlands? De vraag is: kun je een technologie ontwerpen waar je iets mee kunt? Een begin kunt maken. Je hebt een truc nodig, en het zal een moleculaire truc moeten zijn. Je kunt mensen niet openmaken en dan al hun neuronen in de gaten houden. En de nieuwe scantechnieken, zoals MRI, zijn toch vrij grof. Maar stel je bijvoorbeeld voor dat je alle net aangemaakte synapsen, dus de verbindingen tussen hersencellen, zou kunnen laten zien?. Er zijn al mensen die net-nieuwe neuronen kunnen laten oplichten.”

Verfkwast
“Enigszins analoog daaraan is iets dat wij ontwikkeld hebben. In geïsoleerde cellen kunnen we het verschil tussen jonge en oude proteïnen zien. ook al zijn ze moleculair precies hetzelfde, wij kunnen vertellen of ze vier of acht uur oud zijn. Dat doen we met een verfkwast. Daarmee verven we alle exemplaren tot een bepaald moment groen, en dan halen we de kwast weg. De proteïnen die daarna gemaakt worden krijgen dus geen kleur, tot we met een rode verfkwast langskomen. We hebben gezorgd dat de rode verf niet pakt op de groene, dus worden dan alleen de nieuwe proteïnen rood. Het is een beetje gevaarlijk om over ideeën voor de toekomst te praten, maar misschien kunnen we voor nieuwe synapsen net zo iets ontwerpen.”

Tsien vindt zichzelf wel loslippig genoeg geweest. Tijd voor de rondleiding. In 1989 betrok hij het toen gloednieuwe laboratorium, hier aan de universiteit van Californië in San Diego. Het is ook echt van hem: bij elke deur hangt een bordje ‘Tsien Lab’ en dat staat ook op de witte jassen waarvan er een rek klaarhangt. Vijftien mensen werken er inmiddels, maar er zijn ook allerlei samenwerkingsverbanden met labs even verderop. De financiering komt van de Howard Hughes Medical Institute Foundation, ooit door de superrijke excentriekeling Hughes opgericht. “Dat was voor hij gek werd”, lacht Tsien. “Het is een van de grootste stichtingen in het land. Er zijn drie à vierhonderd van die laboratoria als deze.” Het geld is niet gegarandeerd, nadat je voor zo’n functie gevraagd bent moet je elke vijf jaar verantwoording afleggen aan het bestuur.

Zeepkist
Op de vraag of hij nog iets ter sprake wil brengen reageert hij enthousiast. “Ja. Voor de zeepkist heb ik altijd een praatje klaar. Het helpt wel niet, maar ik geloof er toch in, je weet maar nooit of iemand het oppikt”, zegt hij. Dit is wat hem hoog zit: “ Die technologie die wij hier ontwikkelen voor medicijnen, zou je ook kunnen gebruiken om te kijken welke stoffen in het milieu giftig zijn. We maken ons nu zorgen over alles als het gaat om verontreiniging, maar dat komt doordat we niet weten wat wel en wat niet slecht is. De middelen om daarachter te komen, ook bijvoorbeeld hoe het zit met mengsels – in de grond zitten soms wel honderd scheikundige verbindingen die op elkaar kunnen inwerken – zijn dichterbij dan men zich realiseert.”

“Er is alleen geen sociaal mechanisme dat ervoor kan zorgen dat die technologie er inderdaad komt. Je kunt er namelijk geen geld mee verdienen, en er is geen bedrijf dat wil weten dat wat ze er gebruiken misschien wel giftig is. De overheid weet niet hoe dit aan te pakken, die houdt zich vooral bezig met bijwerkingen van stoffen. En in onze maatschappij, die nu eenmaal een kapitalistische is, gebeurt het dan niet.”

“Neem de hormoonontregelaars die in het milieu terecht zijn gekomen, en die bijvoorbeeld dieren ‘vrouwelijker’ maken. Het zou niet moeilijk en ook goedkoop zijn iets te maken dat die ontregelaars kan opsporen. Maar niemand wil hier van weten. Sterker nog, degenen die wel probeerden er geld mee te verdienen kregen rechtszaken aan hun broek. Wat je nodig hebt is een nieuwe ‘sociale uitvinding’. Banken en joint ventures enzo zijn dat ook. Zelf ben ik daar helemaal niet goed in, maar er moeten ook mensen bestaan die juist daar een talent voor hebben.” Tsien blijft hopen dat zo iemand een keer een interview met hem leest.

“Onomkeerbare dingen zouden we nooit meer moeten doen”

Zonder schoon water kan niemand, maar toen Poul Harremoës zich met waterverontreiniging ging bezighouden was wetenschappelijke onderzoek ernaar iets nieuws. Ook daarna zou hij nog vaak voorop lopen in milieuaangelegenheden. Zijn laatste voorspelling: MtBE, een van de vervangers van lood in benzine, wordt een grote kwestie, en binnen een paar jaar verboden.

Degenen die anderhalve eeuw geleden dachten dat cholera besmettelijk was, hadden natuurlijk gelijk, maar ze verloren het pleit. Dat werd namelijk gewonnen door de aanhangers van de theorie dat slechte lucht er de oorzaak van was. Prof. Poul Harremoës (66) kan met smaak vertellen over de ontstaansgeschiedenis van zijn instituut voor milieuwetenschappen en techniek, dat deel uitmaakt van de Technische Universiteit van Denemarken in Lyngby.

Het werd door de ‘slechte-luchtaanhangers’ opgericht in 1865, nadat in 1854 een cholera-epidemie in twee maanden tijd vijf procent van de bevolking van Kopenhagen om had gebracht. “Niemand wist waarom iedereen doodging”, vertelt Harremoës, die dit jaar de Heinekenprijs voor Milieuwetenschappen krijgt,  aan de telefoon. “Er was wel een vaag idee dat het misschien iets te maken had met water, maar dat was heel controversieel. Interessant genoeg was het wel de aanleiding om voor het eerst waterleidingen en een riool aan te leggen. Een voorbeeld van op de verkeerde gronden een goede oplossing kiezen.” Lachend gaat hij verder: “Maar daar hebben we hier geen beleid van gemaakt hoor.”

Harremoës klinkt als een opgewekt man, die als je hem vraagt hoe zijn naam in het Deens uitgesproken wordt (‘moës’ is gewoon moes, ‘Harre’ heeft een langgerekte a, maar een r hoor je niet of nauwelijks) spontaan ook nog nadoet wat Engels- en Franstaligen ervan maken. Hij staat aan het hoofd van zo’n tachtig mensen, en dat is erg veel als je bedenkt dat het instituut een eeuw na zijn oprichting uit precies één persoon bestond. In 1969 arriveerde Harremoës er, net toen het milieu een hot topic begon te worden.

Oorlog

“Maar ik hoor niet tot de groep jeugdige milieuactivisten uit de jaren zestig”, legt hij uit. “Ik ben een product van de oorlog, dus ik werd ingenieur om de wereld op de ingenieursmanier, met bouwen beter te maken. Ik studeerde grondmechanica — eerst hier, en later ook een jaar aan het Massachussets Institute of Technology in Boston — wat te maken heeft met de funderingen voor bruggenbouw. Maar daarna kwam ik erachter dat wat er in het water gebeurde veel interessanter was.”

Begin jaren zestig wilde Harremoës eens iets anders, en werd daarmee een van de eerste onderzoekers ter wereld die met behulp van radioactieve merkstoffen de vervuiling van zeeën en rivieren in kaart brachten. Dat was gloednieuw. Zoals wel meer. Harremoës: “Je had wel de traditionele kwesties. Dat je van bacteriën ziek kon worden was natuurlijk bekend, en ook dat organisch materiaal een grote rivier helemaal zwart kon maken. Maar dat een teveel aan voedingsstoffen een probleem kon zijn niet. Vooral door de agrarische sector waren meren, kanalen en sloten overvoed geraakt. Er kwam zoveel biomassa in terecht dat het water het niet meer kon verwerken, en letterlijk verzuurde.”

Zeep

“En toen kreeg je ook de metalen en de chemicaliën uit de industrie. Het begon met zeep. Wat je in de keuken bij de was en de afwas gebruikte en daar uitstekend werkte, eindigde aan het eind van de afvoer in bergen schuim. Bij de waterzuiveringsbedrijven, in rivieren, sloten, overal waar afvalwater terechtkwam stond schuim. Toen zijn daar afbreekbare stoffen voor in de plaats gekomen. Duitsland was in 1963 het eerste land dat wettelijke maatregelen nam. Dat was de eerste keer in de geschiedenis dat men afzag van chemicaliëngebruik ten behoeve van het milieu.”

Er zouden er nog veel meer volgen, maar dit was op een moment dat Cfk’s en PCB’s nog lang geen bekende begrippen met een akelige bijsmaak waren. “Toen ik begon was het milieu iets in de marge”, zegt Harremoës. “Je met zaken als afvalwater bezighouden stond niet echt in hoog aanzien. En ik had eerlijk nooit kunnen voorzien dat milieuaangelegenheden in enkele tientallen jaren tijd zo in het middelpunt van de aandacht zouden komen te staan. Tegenwoordig draait alles om drie dingen in de politiek: de economie, sociale kwesties en het milieu.”

Optimist

Harremoës, zoveel is duidelijk, is een optimist. “Zeker”, bevestigt hij, “Ook bedrijven kijken nu echt fundamenteel anders aan tegen milieuvervuiling, zijn bereid er werkelijk iets aan te doen. En wie dat anders ziet verwijs ik altijd even naar Oost-Europa. Dan zie je het verschil.”

Zonder positieve blik had hij vast het eindeloos lobbyen en adviseren niet volgehouden. Niet alleen in de Deense politiek is zijn invloed groot geweest, maar tot in Rio de Janeiro, Turkije, China en Australië is zijn hulp ingeroepen bij waterverontreinigingsvraagstukken. Daarbij is ook zijn visie van belang dat je de watersystemen in steden (riolen, waterbehandeling, lozingen) als één geïntegreerd geheel moet zien, waarop je waarschijnlijkheidsberekeningen kunt en volgens hem ook moet loslaten.

Het aantal congressen, symposia en andere bijeenkomsten dat hij voorzat of organiseerde, of waar hij nog weer anderszins aan bijdroeg, grenst aan het ongelooflijke. Hij is erelid van de nu 8000 leden tellende IWA, de International Water Association. Als voorzitter van de voorloper van deze organisatie zorgde hij dat er overal ter wereld gespecialiseerde onderzoeksgroepen opgericht werden, en dat er gespecialiseerde seminars kwamen.

Kroonprins

Dat heeft weer een groot effect gehad op de internationale samenwerking op het gebied van alles wat met watermanagement te maken heeft. En ja, natuurlijk weet hij van de activiteiten van onze kroonprins op dat terrein, al heeft hij hem nog niet ontmoet. “Ik heb hem horen spreken”, vertelt hij, “En hij wist echt waar hij het over had, wat lang niet altijd het geval is bij eregasten die een lezing komen houden.”

Die ‘internationalisering’ van het vak vindt Harremoës zelf een van zijn belangrijkste bijdragen, maar nog belangrijker was uiteindelijk dat hij de wetenschap in het milieuonderzoek introduceerde. “Dat klinkt misschien vreemd nu,” zegt hij,  “maar toen ik begon was het een buitengewoon pragmatisch vak. Het was allemaal weten-hoe, maar geen weten-waarom. Maar als je niet weet waarom, kun je niet echt weten wat je moet doen. Dat is veel te gevaarlijk. Ik vond dat we op zoek moesten naar een fundamenteel begrip van de oorzaken van watervervuiling, en daar dan de technologie op te baseren. Dat heeft veel moeite gekost, het was een lang proces vol conflicten.”

Ongepoetste tanden

Zijn eigen wetenschappelijk onderzoek richtte zich onder andere op biofilms, en daarmee zette hij een stroom research van anderen in gang. Hij legt uit wat het zijn: “Biofilms zie je eigenlijk overal. Als je in het water zo’n slijmerige steen tegenkomt: dat is biofilm, een laagje organisch materiaal, dat dikker of dunner kan zijn. Je krijgt het ook op je tanden als je ze niet poetst. Maar het ontstaat evengoed op plastic of metaal. Die biofilm sluit af, en dat heeft invloed op de biologische processen die zich daar afspelen. De biomassa moet af te breken materie ín kunnen. Enfin, kennis daarover is op allerlei manieren biotechnologisch in te zetten, en dat gebeurt onder meer in waterbehandelingssystemen, om vervuiling te voorkomen. Het is echt een nieuw onderzoeksveld geworden.”

Spontaan doet Harremoës ook een voorspelling. Binnen een paar jaar is in Europa MtBE, een organische chemische verbinding die het lood in veel benzine vervangen heeft, verboden. Harremoës: “Een deel van de benzine bevat nu ethanol, en dat is geen probleem, maar de rest bevat MtBE en dat lekt uit de tanks, komt onverbrand auto-uitlaten uit. In Amerika is het net verboden. Geloof me, dit wordt een heel heet politiek hangijzer binnenkort.”

Genegeerd

Harremoës was de politiek al vaker voor. “In de jaren zeventig werd stikstof nog helemaal genegeerd als vervuiler.”, vertelt hij. “Het duurde tien jaar voordat ze onze voorspelling wilden erkennen dat stikstof een grote rol speelt bij de voedselverrijking van zeewater. Op dat moment waren wij klaar met het ontwikkelen van een nieuwe techniek om stikstof uit afvalwater te halen. Denitrificatie heet dat, een biologisch proces.”

Die geschiedenis, maar ook het MtBE-geval zal worden behandeld in een boek waaraan Harremoës op dit moment, samen met anderen, werkt. Late Lessons from Early Warnings gaat het heten. Onderwerp: hoe komt het dat milieulessen vaak pas zo laat getrokken worden? Harremoës: “We gaan precies na wanneer er voor het eerst voor iets gewaarschuwd werd, wanneer dat geaccepteerd werd en hoe lang het vervolgens duurde voor er maatregelen werden genomen. Dat is nog best delicaat: wie wist wat en wilde dat niet weten?”

Zelf leerde Harremoës ook een belangrijke les uit het verleden: er zijn veel te vaak verrassingen geweest. Het gebrek aan kennis is groter dan gedacht. “Steeds meer ben ik me gaan bezighouden met de dingen die we niet weten”, zegt hij. “Ik geloof ook minder in computer- en andere modellen dan twintig jaar geleden. In de praktijk gaan ze vaak niet op, blijkt het nog ingewikkelder. Je houdt op met vervuilen, en toch verdwijnt de vervuiling niet, bijvoorbeeld. Dat gebeurde laatst met een meertje. Een visbioloog raadde toen aan het helemaal leeg te halen, en er nieuwe vis in te doen. Toen was het goed.”

Apparaatjes

Gelukkig hoeven we ons in ons deel van de wereld volgens Harremoës niet zo veel zorgen te maken over voldoende schoon water. Het watergebruik moet wel teruggebracht, maar dat kan makkelijk zegt hij. Simpele waterbesparende apparaatjes, die zorgen dat we als we de wc doortrekken geen tien, maar vier liter doorspoelen, of die ons met de helft van het water even lekker laten douchen zetten al flink zoden aan de dijk. “Het watergebruik in Kopenhagen is de laatste jaren met twintig procent afgenomen,” zegt hij met lichte trots. Daarnaast ziet hij brood in het opnieuw gebruiken van afvalwater.

Bij ons gaat het misschien de goede kant op, elders ligt het heel anders. Water is in grote delen van de wereld zowel schaars als van slechte kwaliteit. De grootste bedreiging is volgens Harremoës de totaal uit hand gelopen bevolkingstoename. “De druk op natuurlijke reserves en op het milieu kan op allerlei plaatsen vernietigende effecten hebben,”  klinkt het bezorgd.

Piepklein radertje

En verder moet er natuurlijk een mentaliteitsverandering komen. Maar dat ligt soms nog niet zo gemakkelijk, zoals Harremoës heel duidelijk merkt bij zijn jaarlijkse colleges in Thailand, die ook gevolgd worden door Chinezen, Japanners, Indonesiërs, Iraniërs en nog veel meer. “Allemaal verschillende culturele achtergronden. Het hele spectrum van de wereldgodsdiensten zit daar”, vertelt hij enthousiast. “En daar moet je een beetje voorzichtig mee zijn. Kijk, de Christelijke visie komt erop neer dat de mens zijn omgeving de baas is. Maar een Hindu denkt het omgekeerde, die voelt zich maar een piepklein radertje in het grote geheel der dingen. Die zien echt niet zomaar het belang van een duurzame economie.”

“Ik wil geen preken afsteken. Ik wil juist dat ze zelf conclusies gaan trekken op basis van de feiten die ik geef. Maar de meesten zijn gewend te denken dat de professor de waarheid in pacht heeft. Die komen pasklare oplossingen en uitkomsten vragen. Maar ik wil mijn studenten daar nou net zo graag bijbrengen dat analyse een instrument is, om zelf je mening mee te vormen.”

Voorlichting en educatie blijven nog lang belangrijk. Ook over de ‘onzekerheid’ bij al het wetenschappelijk onderzoek. Harremoës houdt een warm pleidooi voor alleen nog flexibele, robuuste maatregelen. Zodat je later alsnog kan bijstellen als blijkt dat je uitgangspunten niet volledig of verkeerd waren. “Onomkeerbare dingen zouden we nooit meer moeten doen”, zegt hij. “Niet meer terug te draaien zijn bijvoorbeeld niet-afbreekbare stoffen als PCB’s, en de woestijnvorming in de Sahara. Er moet echt een verschuiving optreden in het denken, op alle niveaus. Dat vereist veel meer zorg.”

En openheid, dat is ook van groot belang, onmisbaar zelfs. “Reken maar dat de Russische waterspecialisten konden voorspellen dat het helemaal mis zou gaan met het Aralmeer”, zegt Harremoës. “Die zijn heus niet achterlijk, maar ze konden niets zeggen. Dat is ook waarom Oost-Europa zo vervuild is en zo achterloopt. Leg nooit degenen die je hadden kunnen waarschuwen het zwijgen op.”

“Chemotherapie kun je dan veel preciezer toedienen”

Minuscuul kleine luchtbelletjes horen binnenkort tot de medische praktijk van alledag, volgens dr.ir. Nico de Jong, die technieken ontwikkelt voor het verbeteren van de echografie. “Belletjes zijn echt een heel leuk medium,” zegt hij. In combinatie met ultrageluid kunnen ze dienen als ongevaarlijke contrastvloeistof, maar ook als heel precieze medicijnenleverancier. Over bruisende harten.

“Je kent zo’n echo wel van zwangere vrouwen,” zegt dr.ir. Nico de Jong (42) wijzend op het zwart-wit beeldschermpje dat hij al had klaargezet, en waarop nu bewegende beelden-met-veel-sneeuw zijn te zien.

Het is inderdaad de eerste associatie die bovenkomt: ‘een echo’ is tegenwoordig voor de meeste mensen een afbeelding van een baby in wording, de eerste ‘foto’ van de kleine.

Maar we bevinden ons in het Thorax Centrum van het Dijkzigt Ziekenhuis in Rotterdam, waar medische apparatuur en technieken voor de borstkas ontwikkeld worden, en de bewegingen op de monitor zijn niet van een kind in een baarmoeder, maar van een kloppend hart. Een bruisend hart zelfs.

Dat bruisen heeft alles te maken met De Jongs onderzoeksterrein, waar hij met groot enthousiasme over praat: minuscuul kleine luchtbelletjes en hun almaar groeiende toepassingsmogelijkheden voor de medische wetenschap. Bijvoorbeeld bij de echografie.

De ingespoten belletjes werken daar als een contrastvloeistof: je kunt er de route die het bloed aflegt mee volgen, en zo zien of het hart of een ander orgaan naar behoren functioneert.

Ze zijn dus nuttig voor het stellen van diagnoses. Maar belletjes kunnen ook een transportmiddel zijn voor medicijnen, die dan heel precies op hun plek van bestemming (zeg: een kwaadaardige tumor) afgeleverd kunnen worden. Dat is althans de theorie, in de praktijk zijn er nog wel een paar problemen op te lossen.

Vuursteentjes

De Jong legt eerst het principe van echografie uit: “Het gaat om het terugkaatsen van geluid, zoals het woord natuurlijk al zegt. Geen gewoon geluid, maar ultrageluid, dat wij met onze oren niet kunnen horen.”

“Wat je ervoor nodig hebt is een piëzo-element, het materiaal van vuursteentjes in een aansteker, waarmee je, door er druk op uit te oefenen, een spanninkje kunt genereren.”

“Bij medisch ultrageluid gaat het om frequenties van zo’n drie Megahertz, dat wil zeggen: drie miljoen trillingen per seconde, veel te hoog voor ons gehoor, want het menselijk bereik ligt tussen de 15 trillingen en de 20.000 trillingen per seconde. Ultrageluid plant zich extra goed voort in waterachtige substanties. Nou bestaan wij voor iets als 90 procent uit water, dus we geleiden uitstekend.”

“Met een speciaal apparaatje op de borst kun je ultrageluid produceren. Dat zendt het geluid uit, en vangt vervolgens op wat er terugkomt: de echo. Als het geluid door een homogeen medium gaat, dan zie je niets, is er geen weerkaatsing. Maar bijvoorbeeld botten, spieren en bloed geven wél reflectie.”

Dat wil zeggen: bloed is relatief homogeen, en weerkaatst dus niet zo goed. Alleen de bloedplaatjes ‘scatteren’ heet het in jargon, en daar kunnen minieme luchtbelletjes uitkomst bieden. De Jong: “In de cardiologie wordt al zo’n 20 of 25 jaar gebruik gemaakt van belletjes bij wijze van contrastvloeistof (dat is het natuurlijk niet, maar dat woord is zo ingeburgerd), in combinatie met echografie. Dan gaat het erom vast te stellen of er misschien een gat zit tussen de linker- en de rechterventrikel in het hart. De bedoeling is dat het bloed eerst via de longen gaat. Als dat niet zo is dan heb je een defect.”

“Hoe doen cardiologen dat nou? Ze spuiten fysiologisch zout in, dat ze eerst even geschud hebben, zodat er belletjes ontstaan zijn. Als alles in orde is, dan stroomt het bloed met die ingespoten belletjes eerst door de longen. Grotere belletjes worden daar afgevangen, en dan zie je ze niet meer op de echo van de linkerventrikel van het hart. Zie je ze wel, dan weet je dat het fout zit.”

“Dat is natuurlijk maar een heel beperkte toepassing. Wat je zou willen weten, is hoe het zit met de echte bloedvoorziening van het hart, dus van de hartspier, maar ook van andere organen, zoals de lever, de nieren.”

“Eigenlijk is het nogal lastig dat ontwikkelingen vaak in de cardiologie beginnen. Daar is namelijk relatief veel geld beschikbaar, vaak vanuit de industrie. Maar een hart beweegt zo, terwijl een lever lekker stil ligt, net als de nieren.”

“Maar goed, mede door de farmaceutische industrie is het onderzoek naar luchtbelletjes de laatste drie, vier jaar in een stroomversnelling geraakt. De stabiliteit is een probleem met dit type contrastmiddel: belletjes lossen op. Dat moet je zien te voorkomen, en dat probeert men door er een wandje omheen te maken. Dat moet stabiel zijn, maar wel biologisch afbreekbaar natuurlijk.”

Berlijns water

En dat klinkt eenvoudiger dan het is. Op tafel staat een klein flesje. “Kijk,” zegt De Jong, “dat is van de firma Schering in Berlijn. Daar zijn ze in 1980 al met dit onderzoek begonnen, en pas sinds een paar maanden is er een middel op de markt. Het was heel moeilijk iets te ontwikkelen.”

“Dit werkt met een suikerlaagje, dus in feite heb ik hier een flesje suiker met Berlijns water. Dat kost dan f 180,-. Het wordt nog niet veel gebruikt, maar het is het enige dat er op de Nederlandse markt te krijgen is momenteel.”

Maar dat kan niet echt lang meer duren. De belletjes hebben de toekomst. De Jong vertelt dat er tussen 1990 en nu zo’n vijftien à twintig firma’s over de hele wereld gekomen zijn die zich bezighouden met de ontwikkeling van contrastbelletjes.

Eéntje is het Noorse farmaceutisch bedrijf  Nycomed, dat De Jongs onderzoek is gaan financieren na afloop van diens tijdelijke aanstelling bij het ICIN (Interuniversitair Cardiologisch Instituut Nederland), een samenwerkingsverband van cardiologieafdelingen uit het hele land, dat sinds 1993 onder de KNAW valt. De Jong, die natuurkunde gestudeerd heeft aan de Technische Hogeschool in Delft, werkt al sinds 1980 aan de verbetering van echocardiografie-apparatuur en -technieken. En altijd in samenwerking met clinici. “Het komt niet zo heel veel voor, dat artsen meedenken,” zegt hij.

Maagdelijk

In 1993 promoveerde De Jong op een proefschrift over de ‘akoestische eigenschappen van ultrageluids contrastvloeistoffen’, zoals de titel in vertaling luidt. Een van zijn stellingen: ‘Het verkopen van lucht, mits speciaal verpakt, kan lucratief worden.’ 

“Het gebied was nog heel maagdelijk toen ik begon,” vertelt hij, “er was nauwelijks literatuur over. Ik had me ook nooit voorgenomen om te promoveren, maar nu gebruiken PhD-studenten in Amerika mijn boekje als basis. Je wordt automatisch bekend.”

Vandaar ook dat De Jong een van de organisatoren was van een relatief klein, maar internationaal congres over ultrageluids-contrastmiddelen dat eind januari in Rotterdam gehouden is, en waar “een mix van technici en clinici” bij elkaar kwamen.

Het verbeteren van de reflectiviteit van contrastbelletjes is momenteel het grootste probleem. De Jong: “Die is nog niet goed genoeg. Het volgen van het bloed in de hartspier of de organen lukt nog niet. Maar als je de scattering van het bloedsignaal kunt versterken, dan zijn de mogelijkheden om diagnoses te stellen heel groot.”

“Dat kun je dan bijvoorbeeld ook in de radiologie en de neurologie gebruiken. Neem bijvoorbeeld een hersenbloeding. Voor de behandeling is het heel belangrijk te weten of een bloedvat gesprongen is, of verstopt. Dat moet je snel kunnen zien, en dat zou met belletjes en ultrageluid volgens mij binnen een paar jaar mogelijk moeten zijn.”

Ballonnen

“Belletjes zijn echt een heel leuk medium om te bestuderen,” gaat hij verder, “en de combinatie met ultrageluid is ideaal.” Dat komt onder meer doordat je de frequentie van dat ultrageluid kunt variëren. Afhankelijk daarvan verandert het signaal dat terugkomt.

De Jong: “Bij de juiste frequentie gaan de belletjes resoneren. Je kunt je die belletjes voorstellen als ballonnen. Met behulp van ultrageluid kun je ze een beetje indrukken of juist weer laten uitzetten. Uitwijkingen veranderen met de frequentie.”

“Je kunt zelfs frequenties terug laten komen die je niet uitzendt. Dat zijn de zogeheten hogere harmonische frequenties. Weefsel heeft dat niet. Als je daar een frequentie van drie Megahertz op loslaat, komt er ook altijd drie Megahertz terug, maar bij die belletjes kun je ook op zes Megahertz kijken. Dan zie je dus geen weefsel,  maar alleen nog de contrastbellen. En daarmee kun je dan uitsluitend het bloed volgen.”

“Maar hoe luchtbelletjes vibreren, hangt ook af van de omgevingsdruk. Is die druk bijvoorbeeld twee keer zo hoog, dan krijg je een ander signaal terug. Als je precies weet hoe dat werkt dan zou je tijdens de hele hartcyclus in real time  de variatie in druk in de hartspier op verschillende plekken kunnen meten. En dat wil iedereen. Maar er kan nog veel meer.”

“Die belletjes lossen op in het medium waarin je ze inspuit, afhankelijk van de concentratie andere gassen die zich daarin bevinden. Theoretisch zou je aan de hand daarvan het zuurstofgehalte van dat medium, dus bijvoorbeeld bloed, moeten kunnen meten.”

En luchtbelletjes zijn een heel onschuldig contrastmiddel. Het is alleen een kwestie van ze klein genoeg houden voor de haarvaatjes. Die zijn zeven micron (dat wil zeggen: zeven duizendste millimeter) dik, en pas bij een doorsnede van de belletjes van tien micron kan het gevaarlijk worden.”

“Daarmee heb je ruimte genoeg voor het aanbrengen van een stevig wandje om het belletje, stevig genoeg om er medicijnen in te stoppen. En daar liggen volgens De Jong grote mogelijkheden. “Met ultrageluidsdruk moet het mogelijk zijn precies te sturen op welk moment je de belletjes laat oplossen, en waar je dus de medicijnen loslaat,”  zegt hij, en er klinkt lichte opwinding in zijn stem door. “Local drug delivery  heet dat. Als je denkt aan chemotherapie dan betekent dat dat je het veel preciezer dan nu kunt toedienen, en dat je bovendien met veel minder medicatie toekunt. Dus de werking kan dan effectiever zijn, terwijl je ook veel minder nare bijverschijnselen hebt, omdat je veel minder van die stoffen binnenkrijgt.”

Maar dat is nog een beetje toekomstmuziek. Voorlopig zal De Jong zich bezighouden met een gezamenlijke studie van de verschillende cardiologiecentra, een ICIN-project dat moet leiden tot “goede plaatjes”, zoals hij het uitdrukt.

“De echo-apparatuur zal moeten worden aangepast. Nu is het nog zo dat er maar bij dertig tot veertig procent van de patiënten iets te zien is van hun hartspier. Het beeld verschilt heel erg. Soms zit er een long voor, en het echoresultaat hangt ook af van de afstand tussen de ribben, want daar moet je tussendoor. Maar over een half jaar moet het gebruik van die contrastbelletjes en ultrageluid klinisch getest zijn. En als er dan geen goede beelden uitkomen, dan moeten we stoppen, want dan houdt de financiering  op.”

De eeuwige dreiging, ook al klaagt hij niet over de samenwerking met de farmaceutische industrie.

De Jong geeft tot slot een kleine rondleiding over de afdeling. Overal apparaten en computers, maar achter één van de deuren is leven: twee onderzoekers en een big zijn er hard aan het werk. De reacties van de big, die in een soort grote trappelzak loopt, worden via een veelheid aan draden en draadjes nauwlettend geregistreerd.

“Er wordt hier veel met biggen gewerkt”, vertelt De Jong, “en als ik ze hoor en ruik voel ik me helemaal thuis.” Voor hij bij het Thorax Centrum kwam, werkte De Jong een jaar op de boerderij van zijn ouders. Hij besloot er uiteindelijk toch vanaf te zien veehouder te worden. “Als je eenmaal aan onderzoek geroken hebt, is het moeilijk dat weer te vergeten,” glimlacht hij.

 

 

“De Nederlandse wetenschap is een van de beste ter wereld”

Hij heeft hem pas half opgemaakt, zijn Descartes-Huygensprijs, maar gelukkig smaakte dr. Michel Devorets verblijf in Delft beslist naar meer. Devoret (43) lijkt niet het van nature uitbundige type, maar zijn werkkamertje in het even buiten Parijs in Saclay gelegen Centre d’Etudes Atomiques, waarvan hij directeur is, loopt bijna over van zijn enthousiasme. De samenwerking met de mensen van de Technische Universiteit in Delft verloopt geweldig, Nederland is in veel opzichten een ideaal land, en van die prijs is hij zich weer helemaal jong gaan voelen.

Vruchtbare Frans-Nederlandse samenwerking op wetenschappelijk gebied belonen, dat is de bedoeling van de in 1995 ingestelde Descartes-Huygensprijs. Devoret is de eerste Fransman die hem gewonnen heeft. De ministers van wetenschappen van de twee landen hebben ingesteld dat voortaan elk jaar zowel een Nederlander als een Fransman f 50.000,- mag besteden aan een gastonderzoekerschap van zes maanden in het andere land. De KNAW  kiest de Franse winnaar, de Académie des Sciences draagt de Nederlandse voor.

De prijs gaat afwisselend naar onderzoekers op het terrein van de natuurwetenschappen, de levenswetenschappen en de alfa- en gammawetenschappen. Devoret is een natuurkundige die zich vooral bezighoudt met de negatief geladen ondeelbare deeltjes die in elk atoom in de schil rond de kern te vinden zijn: elektronen, liefst enkele en misschien binnenkort ook paren.

Droom

“Ik wil één ding meteen duidelijk maken, niet om te vlijen ofzo,” opent Devoret, “maar de Nederlandse wetenschap is een van de beste ter wereld. Op mijn terrein zijn de mensen zeker zo goed als de Amerikanen, als ze al niet beter zijn. Het contact met Nederland is voor ons ook heel gemakkelijk. Zelfs de afstand valt mee: Delft is vanuit hier dichterbij dan Grenoble.” Al sinds eind jaren tachtig werken onderzoekers uit Saclay samen met de groep van prof.dr.ir. J.E. Mooij in Delft.

Devoret: “Die houden zich ook bezig met enkele elektronen. Onze werkzaamheden vullen elkaar aan. In Delft zijn ze bijvoorbeeld heel goed in het bouwen van apparatuur waarmee je hele kleine elektrische signalen kunt meten.” Samen verwezenlijkten ze zelfs wat Devoret “de droom van iedere natuurkundige” noemt: stroom door slechts één molecuul laten gaan.

“Je hebt twee typen natuurkunde en natuurkundigen”, legt hij uit. “De moleculaire en de vaste-stoffysici. Van die moleculen zijn er miljarden, dat is een soort soep. En we weten wel hoe ieder individu in die soep eruit ziet, maar we zijn niet in staat ze te reguleren, de bouwstenen te ‘beheersen’. In de vaste-stoffysica wordt er gewerkt met elektronica. Daar maken we transistors, weerstanden, dat soort dingen. Elektronische instrumenten of ontwerpen waarbinnen we de eigenschappen van de afzonderlijke componenten goed kennen en kunnen beheersen, maar die componenten zijn heel groot.”

“De connectie tussen die ‘kleine’ en die ‘grote’ natuurkunde is nu pas gelegd. We hebben nu namelijk elektronica waarbinnen elke component maar één molecuul is, die op één bepaalde plaats zit, en die op een bepaalde manier gebruikt wordt. We gaan nu elektronische circuits maken met componenten die uit moleculen bestaan. Die limiet halen is een grote uitdaging, want daarmee zit je echt aan de grens van de mogelijkheden om nog verder te verkleinen.”

Overlappende wolken

Wat je daarmee zou kunnen doen, is nog niet duidelijk, maar dat zal wel blijken, denkt Devoret. De ‘elektronen-draaideur’ of de ‘elektronen-sluis’ die door Delft en Saclay ontwikkeld is, heeft in elk geval al een nieuwe standaard voor stroom opgeleverd.

“We kunnen stroom nu meten met een accuratesse die eerder onmogelijk was”, zegt Devoret met groot enthousiasme. Maar hoe werkt dat dan? “Kijk”, legt hij uit, “als je stroom door een draad laat gaan, dan komen er heel veel elektronen langs. Die elektronen laten zich moeilijk vangen, want ze komen niet per stuk langs, maar in een soort elkaar ook nog overlappende wolken. Ze tellen is dus heel lastig, maar door die sluis weten we nu voor het eerst exact hoeveel stroom er langs komt, zonder ook maar een elektron te missen.”

Kan hij iets vertellen over de werking van die sluis? “Het werkt op een combinatie van twee dingen,” begint Devoret. “Eentje is makkelijk: afstoting. Elektronen vermijden elkaar zo veel mogelijk. En naarmate ze dichter op elkaar zitten stoten ze elkaar harder af. Dat kun je gebruiken om te proberen ze een voor een door een uiterst kleine elektrode te laten gaan. Met heel geavanceerde microtechniek kan dat.”

“In feite is het dezelfde techniek die je voor alle geïntegreerde schakelingen gebruikt, maar we zitten wel helemaal op het randje van de mogelijkheden.”

“Het andere ingrediënt is veel mysterieuzer en lastiger uit leggen: we moeten iets doen aan die neiging van elektronen om in wolken op te treden, en zich overal heen te verspreiden. Een elektron is een deeltje dat niet graag op dezelfde plek blijft, het is een soort geest.”

“Die geestachtige eigenschappen bevechten we met wat een ‘tunnel-junctie’ genoemd wordt. We laten de elektronen door een laag gaan, een barrière waarbij ze écht moeten kiezen of ze aan de ene of de andere kant willen wezen. Met dat tunneleffect vermijden we dat verspreiden van die wolk. Het idee is dat tunnelbarrières de elektronen dwingen een positie te kiezen, en ín die barrières bevindt zich een soort sluis. De juncties zijn de deuren, en de ruimte is zo klein dat er geen twee elektronen tegelijk in passen.”

“We dwingen een elektron dus naar één plek, en een tweede elektron past er niet in, omdat die de eerste zo sterk zou ‘terugduwen’. Wat we moeten doen is de deuren op een slimme manier openen en sluiten. Op die manier zit er altijd óf geen óf één elektron in de sluis, en zo kun je ze een voor een tellen als er stroom passeert.”

Twee voor twee is de volgende stap. “Dat is nu de grote wedstrijd,” lacht Devoret. “Met paren elektronen werken. Als ze gepaard zijn kunnen ze als supergeleider optreden. We proberen dezelfde effecten te krijgen door elektronen twee aan twee te manipuleren. Het experiment hebben we de ‘Quantum-Ark van Noach” genoemd. Noach liet de beesten ook in paren binnengaan.”

Onder meer daaraan zal hij werken terwijl hij het tweede deel van zijn prijs opmaakt, want hij is pas een paar maanden in Delft geweest. “We konden vorig jaar geen half jaar blijven, omdat mijn vrouw lesgeeft,” legt hij uit, “maar van de zomer komen we terug.”

Devoret en zijn hele gezin –  hij heeft twee kinderen van zeven en negen –  hebben kennelijk genoten van hun verblijf in Delft. Ze wilden Nederland echt leren kennen, dus gingen de kinderen naar de plaatselijke Montessorischool (Devoret: “Ze huilden bij het afscheid, en ze schrijven hun vriendjes nog steeds”), werden de Deltawerken bezocht, en een heleboel musea – waaronder het huis van Christiaan Huygens – en zag het hele gezin de film De Jurk.

“Ik wil heel graag nog eens benadrukken hoeveel plezier ik in die prijs heb, persoonlijk en wetenschappelijk,” zegt Devoret. “Zonder dat zou ik waarschijnlijk ooit wel een sabattical in Delft hebben doorgebracht, omdat ons onderzoek zo complem,entair is, maar nu kon het eerder en onder heel goede omstandigheden.”

“In totale vrijheid kunnen werken, weg van alle bestuurstaken en dergelijke waaraan ik hier niet kan ontsnappen, het was of ik weer jong was. Maar dan wel met al mijn kennis en ervaring van nu. Het is heel goed dat die prijs bestaat, want juist een tijd naar het buitenland gaan, is altijd lastig te regelen.”

Openluchtmuseum

“En Nederland is een land waar ik graag heenga. Het is tegenwoordig een beetje mode in Frankrijk om te zeggen dat alles in Nederland veel beter geregeld is, maar nu ik weer terug ben is mijn indruk nog meer dan eerst dat dit een land in chaos is. Niets is georganiseerd, Frankrijk is uit zijn evenwicht. de eeuwenoude cultuur is niet aangepast aan de moderne tijd. Op een bepaalde manier was Nederland veel beter voorbereid. Het is al heel lang geïndustrialiseerd.”

“We waren bijvoorbeeld in het openluchtmuseum in Arnhem, en daar zie je dan hoe zuivelproducten al in de jaren dertig industrieel geproduceerd werden. En al die lichten die je ’s nachts in de kassen ziet, dat zijn allemaal familiebedrijven, dus kleinschalige productie op industriële wijze. In Frankrijk heb je zoiets niet, daar zijn het alleen maar óf hele grote bedrijven, of amateurs.”

“Gewoon evolueren lijkt hier niet te kunnen, alles moet via crises. Zelfs in de politiek zie je dat. Veel mensen zijn enorm bezorgd over het systeem, omdat het leidt tot triomfen voor extreem rechts.”

In Nederland is Devoret vooral het gevoel voor samenwerking opgevallen. “Het is een echte consensusmaatschappij,” zegt hij, “individuen zijn er wel belangrijk, maar in Frankrijk is dat veel meer het geval. Ook de aanpak van wetenschappelijk onderzoek is heel anders. In Nederland worden bepaalde gebieden geselecteerd en die krijgen dan fondsen.”

“Dat is een sterk punt. Minder mensen hebben ook een vaste positie. Hier zie je veel meer gebrek aan motivatie, omdat iedereen voor het leven ergens zit.”

Illegaal

En er is nog een groot punt van ergernis: de Franse taalpolitiek. Devoret, die prima Engels spreekt, haalt een folder over een pas gehouden congres uit de kast en zegt: “Dit is volkomen illegaal. Alles in het Engels, en ook de Fransen hebben alleen lezingen in het Engels gehouden.”

“Dat mag niet, maar het is volkomen onmogelijk je aan de wet te houden als je een internationale conferentie wilt organiseren. Goede Franse wetenschap heeft een hoge prioriteit, alleen dan kunnen we ideeën exporteren, maar daar heb je wel een medium voor nodig, en het Engels is nu eenmaal de taal van de wetenschap. Voor ons is het dé manier om te communiceren met Nederlanders, Duitsers, Japanners. Iedereen hier in Saclay moet zijn proefschrift in het Engels schrijven, maar ik ontmoet daar nog steeds veel weerstand tegen bij collega’s in besturen enzo. Enfin, dit zal op den duur hoe dan ook veranderen.”

Tijd voor de lunch, in een verderop gelegen restaurant. Het hele laboratorium gaat mee. De voertaal aan de lange tafel: Engels.

“Gist in je brood is nodig, schimmel erop is vies”

Je kunt er ziek van worden, maar juist ook beter. We eten en drinken ze, en er zijn er waar we automatisch van walgen. Het rijk van de schimmels en de gisten is veelzijdig, veelvormig en nog grotendeels onontgonnen. In het net verhuisde Centraal Bureau voor Schimmelcultures wordt niet alleen een grote collectie in stand gehouden, maar ook uitgezocht wat een schimmel schadelijk maakt en wat juist niet.

“Nee”, grinnikt dr. Teun Boekhout, “op feestjes klinkt het niet zo goed. Wat doe je? Ik onderzoek schimmels en gist.” Maar het aardige is dat hij daarna onmiddellijk om zich heen kan wijzen. Het nut van zijn onderzoeksterrein ligt altijd wel voor het opscheppen, en inschenken. Bier, wijn, brood, kaas, champignons, elk rechtgeaard feest biedt hapjes en drankjes die niet zouden bestaan zonder de bijdragen uit het grote rijk van de fungi.

Zo luidt de minder onaantrekkelijke, Latijnse naam voor schimmels en gisten. Wie ze onderzoekt heet ook wel mycoloog. De bumperstickerrage van een aantal jaren geleden is ook aan deze beroepsgroep niet voorbijgegaan. Mycologists have more fungi, luidt de tekst op zo’n sticker die nog ergens op een kast geplakt zit in een van de werkkamers van het Centraal Bureau voor Schimmelcultures waar Boekhout (46) werkt. Als ze ergens veel fungi hebben is het inderdaad daar. Het bewaren en verkopen van zo’n 40.000 verschillende levende schimmels en gisten is een van de taken van het Akademie-instituut dat al in 1904 is opgericht. Onderzoekers uit de wetenschap en de industrie zijn de afnemers.

Doordringen

Maar de ‘fun’ van fungi zit hem voor Boekhout  niet direct in het verzamelen, al begon de moleculair bioloog zijn carrière in het Rijksherbarium in Leiden, waar hij meewerkte aan de dikke Paddenstoelenflora van Nederland. Ook later zocht en verzamelde hij paddestoelen, in Colombia in de bergen, iets wat deel uitmaakte van onderzoek naar het ecosysteem daar. En oké, bij Castricum waar hij een caravan heeft staan, wil hij nog wel eens wat morieljes plukken. Maar verder doordringen in wat ook wel het Vijfde Rijk genoemd wordt, omschrijft misschien toch het beste waar hij zich dagelijks mee bezighoudt.

Een stapel loodzware boeken met titels als The Yeasts  heeft hij klaargelegd voor het gesprek. Het zijn standaardwerken, waarin vele soorten van de organismen beschreven worden die geen dieren zijn, geen planten, geen bacteriën en geen virussen. De plaatjes zijn vaak een lust voor het oog: fungi hebben de schitterendste vormen. Maar ondertussen is er nog heel veel onbekend over schimmels en gisten.

Vies

Vast staat dat je zoiets als ‘goeien’ en ‘kwaaien’ hebt. “Het is wat ambivalent”, drukt Boekhout het uit, “gist in je brood is nodig, schimmel erop is vies.” Het is grappig te zien dat hij dat laatste zelf ook nog altijd echt vindt. Later komt hij nog een keer terug op hoe beschimmeld brood ruikt, en hoe dat tegenstaat. Er bestaan dus ziekmakende schimmels, en daar zijn onze neuzen op geconditioneerd, maar ook erg belangrijke betermakende, zoals penicilline en andere antibiotica. “Dan heb je ook nog de vleesvervangers, zoals tofu, tempeh, en quorn, en de eetbare paddestoelen”, gaat hij verder.  “Er is een enorme variatie aan vormen en toepassingen.”

En er zijn zo veel fungi. Misschien wel anderhalf miljoen soorten. “Dat is een schatting”, zegt Boekhout, “in ieder geval is zeker dat we maar een fractie kennen. Je hebt megasoorten en kleinere soorten, en allemaal hebben ze hun eigen ecologische niche, hun eigen voorkeuren.” Nog niet zo lang geleden bleek het grootste levende organisme ter wereld een honingzwam te zijn. “Die strekte zich eindeloos uit onder de grond. Dat was toch een leuk bericht.”

Afbreken

In het grote ecosysteem vervullen fungi een cruciale rol. Bomen zijn afhankelijk van paddestoelen. Boekhout: “Ze vormen grote netwerken van draadjes die voedingsstoffen leveren. De suikers die een boom maakt met fotosynthese gaan naar de schimmels onder de grond. Zo komen ze van de ene boom naar de andere.” En ze ruimen de rotzooi op. “Huiszwam in je huis is een ramp”, zegt Boekhout, “want je krijgt het nauwelijks weg. Maar ze doen natuurlijk binnen hetzelfde als buiten: materiaal afbreken, dor en dood hout wegwerken. Ook in het tropisch regenwoud is de interactie tussen arme bodems, verterende bladeren en hout, en bacteriën en andere kleine beestjes heel belangrijk. In een samenwerkingsverband tussen Colombia en Amsterdam wordt daar onderzoek naar gedaan.”

Met Colombia zijn er banden, maar ook dichter bij huis werkt het CBS samen. Sinds kort zelfs heel dichtbij. In november trok het instituut in het vroegere pand van het Hubrechtlaboratorium of NIOB (Nederlands Instituut voor Ontwikkelingsbiologie), dat zelf naar een nu aangrenzend nieuw gebouw verhuisde aan de Utrechtse Uppsalalaan. Dat betekende het einde van twee afzonderlijke CBS-vestigingen. De ooit in grote ouderwetse villa’s begonnen en later uitgebreide afdelingen in Baarn en in Delft waren allang veel te klein.

Trilzwammen

Van oorsprong richtte ‘Delft’, de vestiging waar Boekhout vandaan komt, zich vooral op de gisten, ‘Baarn’ op de schimmels. Waarin verschillen die twee nu eigenlijk? Dat blijkt niet altijd precies aan te geven. Boekhout: “Het basisidee is dat gisten eencellige schimmels zijn. Meestal gaat dat ook op, maar de grens is niet altijd precies aan te geven. De Candida albicans, die infecties van de huid en de slijmvliezen kan veroorzaken, is bijvoorbeeld dimorf, tweevormig: ze kunnen ook draden vormen, en dat is een kenmerk van schimmels. In dat dimorfe zit hem overigens vaak het ziekteverwekkende van fungi. En als je trilzwammen buiten verzamelt dan planten ze zich daar meiotisch, dus seksueel voort. Maar binnen worden de sporen gist. In de natuur kunnen gisten a-seksueel zijn, maar doe je het met zo’n gistsoort na in een laboratorium dan kan er ook een seksuele variant met draadvorming ontstaan.”

Soorten zijn vaak erg verwant, waarbij dan de ene variant ziekteverwekkend (pathogeen in jargon) is, maar de andere niet. Over de soorten is door de nieuwe DNA-technieken de afgelopen tijd veel ontdekt. Samenwerking met het NIOB, dat immers veel genetisch onderzoek doet, ligt nu dan ook voor de hand. De vroegere taxonomen hebben het met hun indelingen van de soorten vaak wel goed gezien — hun intuïtieve veronderstellingen waren zo gek niet — maar er zijn ook verrassingen. Boekhout, enthousiast: “We hebben nu tien jaar die DNA-sequentietechnieken, en één soort blijkt er dan wel tien te zijn soms. Het heeft werkelijk tot vernieuwde inzichten geleid, en dat zal het nog een hele tijd blijven doen.”

Waar men vroeger dacht dat er zoiets was als ‘de brandschimmels’, blijken de zwarte vlekjes die je op heel uiteenlopende planten kunt aantreffen genetisch gezien mijlenver uit elkaar te liggen, ook al ziet het er onder de microscoop allemaal hetzelfde uit. Het is zelfs duidelijk geworden dat niet alle gisten afstammen van één gemeenschappelijke voorvader. In de loop van de evolutie is gist dus verschillende keren, onafhankelijk van elkaar ontstaan.

Er zijn inmiddels zo’n 2300 gistsoorten beschreven, maar daarvan zijn er maar ongeveer zeven honderd erkend als soort. In de tropen is er nog nauwelijks iets verzameld en geïnventariseerd. Met andere woorden: het terrein begint eigenlijk net ontgonnen te worden.  En dat terwijl Antonie van Leeuwenhoek toch al in 1684 in een brief aan de Royal Society in Londen wees op ‘animalcula’ (beestjes) die hij had aangetroffen in gefermenteerde mout.  Hij moet de eerste geweest zijn die gist zag.

Baby’s

Maatschappelijk nut heeft dat soortenonderzoek ook beslist. Een van de fungi waar Boekhout zich in zijn eigen onderzoek mee bezighoudt heet Malassezia, dat onder meer betrokken is bij de vorming van roos op het hoofd. “Dat blijkt een vetbehoeftige te zijn”, legt hij uit. “Het Institut Pasteur in Parijs vond uit dat er zeven verschillende soorten zijn. Welke roos veroorzaakt wil de industrie natuurlijk graag weten. Je ziet trouwens een wereldwijde stijging van de interesse in Malassezia, want het komt ook veel voor in ziekenhuizen. Het kan ziekenhuisinfecties veroorzaken. Te vroeg geboren baby’s zijn er vaak gevoelig voor. Die krijgen vet toegediend, waar de Malassezia van houdt. Dan kunnen ze sepsis krijgen, levensgevaarlijk.”

Boekhout onderzoekt ook andere ziekteverwekkende schimmels. Exact uitvinden waarin de verschillen met niet-ziekmakende varianten zitten is een belangrijk aspect van zijn werk.

De cryptococcus is nog een akelige gist, die zelfs in mensenhersens kan gaan zitten en dan hersenvliesontsteking veroorzaken. “In Afrika is dat echt een megaprobleem”, vertelt Boekhout. “Wij onderzoeken waar en hoe de cryptococcus voorkomt. Hij zit bijvoorbeeld ook in duivenmest. In Brazilië,  in São Paulo, vind je hem in de bomen.”  Soorten uit elkaar rafelen, en de kennis die dat oplevert gebruiken om ziektes te voorkomen of genezen, dat is het doel.

Maar ook in de ecologische sfeer zijn er praktische toepassingen te over met fungi. Geen wonder dat het CBS ook samenwerkt met het Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek, dat Boekhout in de wandeling “Heteren” noemt. In de landbouw kun je weer gebruik maken van biologische bestrijding van schimmels met behulp van parasieten. Voor het overige is er nog erg veel duister. Boekhout geeft nog een voorbeeld: “Met behulp van de elektronenmicroscoop zien we ook heel opvallende dingen. Bij de dwarswanden in de schimmeldraden zitten speciale celorganellen: de porenkap. Wat daar de functie van is? We hebben geen idee.”

Maar naast alle hightech spelen amateurs op het terrein van de fungi ook nog steeds een belangrijke rol. “Die hebben veldboekjes”, zegt Boekhout, “en zijn goed gedocumenteerd. Die boekjes zijn gebruikt om de veranderingen in de Nederlandse Paddestoelenflora vast te stellen. Op basis daarvan wordt vaak het beleid in de natuurbescherming gebaseerd. Ze vinden ook van alles. Mij zou het niet verbazen als op een dag het seksuele stadium van de cryptococcus binnengebracht werd door een amateur.”

We maken nog een toertje door het vers gerenoveerde gebouw, waar ongeveer zestig mensen werken. Laboratoria met buisjes, kantoren met beeldschermen. De ruimte waar schimmels bewaard worden in vloeibare stikstof (min 196 graden Celsius) en in vriezers (op min 129 en min 80 graden) doet denken aan een grote instituutskeuken. Enorme metalen ketels die herrie maken. Elke schimmel heeft zo zijn eigen gebruiksaanwijzing. De collectie op peil houden is een fikse organisatie. Vaak moet er overgeënt worden. Boekhouts Malassezia’s bijvoorbeeld eens in de vier weken.

Romantiek

Wat verderop zijn er klassieke uitstalkasten met eindeloze rijen reageerbuisjes, allemaal met weer een andere soort uit de collectie. Het materiaal waarop schimmels het best gedijen verschilt ook. Meikers is vaak geschikt, net als aardappelextract. Er staan grote flessen vol van dat spul dat je volgens Boekhout het beste zelf kunt maken. Ergens anders staan kleine plantenpotjes met inktzwammetjes. “Je zou ze zo kunnen verkopen om in de vensterbank te zetten”, lacht Boekhout. In deze omgeving is nog iets op te snuiven van de begintijd van het CBS, en de jaren twintig, toen een collectie gisten nog kon worden uitgeruild voor wat erlenmeyers — van die glazen kolven die toen nog maar net waren uitgevonden. 

Voor die romantiek is ook Boekhout niet ongevoelig, maar dat de toekomst er anders uitziet leidt geen twijfel. Vlak daarvoor nog had hij met trots de website van het CBS laten zien. Elke dag wordt er een update gemaakt, omdat er weer zo veel gensequenties bijgekomen zijn. Voer voor onderzoekers van allerlei slag. Tienduizend bezoekers per week trekt de site inmiddels. En die dikke standaardwerken — op de nieuwe versie van The Yeasts zal Boekhouts naam als een van de samenstellers vermeld staan — verdwijnen binnenkort, want dan worden ze vervangen door cd-roms, of door databases op internet.

Eenmaal weer buiten lijkt het herfst, ook al is het lente. Duister en regen. Echt paddestoelenweer. Het is allemaal nog wat kaal, maar het pad naar de ingang die het instituut deelt met het Hubrechtlaboratorium voor ontwikkelingsbiologie is zo te zien net af. Binnenkort zal het grote bord ‘Centraal Bureau voor Schimmelcultures’ dat nu toch tegen de muur leunt wel een vaste plek krijgen.

“Sinds de ruimtevaart weet iedereen dat de aarde één systeem is”

Wie een tijdje luistert naar Prof.dr. J.E. van Hinte moet bijna wel een holist worden: hij kan prachtig vertellen over hoe alles met alles samenhangt op aarde, en ook daarbuiten. Zelf is hij micro-paleontoloog.

“Ik hou me dus bezig met hele kleine fossieltjes”, zegt hij. “Mijn terrein is de geschiedenis van de oceaan. Ik kom uit de olie-industrie en heb jaren vanaf olieplatforms voor Esso gewerkt als marien oliegeoloog. Wat je dan doet is het maken van milieu-reconstructies: op bepaalde plekken vind je bepaalde beestjes.”

“De fossielen in het boorgruis zijn de letters van het geschiedenisboek van de omstandigheden van vroeger. De in de loop der tijd opgestapelde aardlagen. Het is detective-achtig werk, je moet de aanwijzingen, de signalen eruit zien te halen. Die reconstructies zijn niet alleen nuttig voor het vinden van olie, maar ook voor het begrijpen van de natuurlijke veranderingen in het aardse systeem, inclusief de invloed van de mens daarop.”

Klein, nat bolletje

Van Hinte (57) is hoogleraar bij het Instituut Aardwetenschappen aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Een van zijn nevenfuncties is die van voorzitter van de Raad voor de Aardwetenschappen, die in januari 1991 formeel werd ingesteld door de Afdeling Natuurkunde van de KNAW. Maar de kiem voor de Raad werd veel eerder gelegd: in 1983 verscheen er al een aanbevelingsrapport.

Aardwetenschappen bestrijken een heel breed terrein. “Het aandachtsveld is de planeet Aarde, haar wordingsgeschiedenis en haar leefbaarheid”, luidt het in de officiële taakomschrijving van de Raad. In de praktijk gaat het om alle mogelijke onderzoek naar bodem, water en lucht: van de aardkern tot en met de biosfeer. Van Hinte: “Tegenwoordig zien we de aarde meer als één systeem. Vroeger hadden alleen een paar genieën dat door, maar sinds de ruimtevaart bestaat heeft iedereen gezien dat de aarde een klein, nat bolletje, dus één systeem is.”

Een van de taken van de Raad is verschillende disciplines bij elkaar brengen. Er zitten vertegenwoordigers uit maar liefst tien verschillende vakken in, van bodemkunde en sedimentaire geologie tot oceanografie. Waar houden al die aardwetenschappers zich mee bezig? “Je kijkt bijoorbeeld naar hoeveel zouter of zoeter de oceaan geworden is,” vertelt van Hinte, “en naar de interactie tussen de oceaan en het klimaat.”

“Er is de CO2-problematiek: de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer stijgt, maar hoe zit het precies met de invloed van mensen daarop? Is er misschien sprake van normale fluctuaties, natuurlijke variatie? Daarvoor moet je weer weten hoe het hier op aarde was voordat wij er waren. Anders kun je niet uitmaken of onze inbreng een druppel op een gloeiende plaat is of juist de druppel die de emmer doet overlopen.”

“De dingen hangen samen. Neem bijvoorbeeld de zeespiegels. Hoe kijkt een geodeet daarnaar? Die onderzoekt de oppervlakte van de aarde en meet dus van daaruit. Maar er is ook samenhang met het zwaartekrachtveld, en dat is het terrein van de geofysici. En het heeft bovendien te maken met de beweging van de platen, met de bobbels en de gaten in het aardoppervlak. En met het puin van de continenten. Het is allemaal een kwestie van in- en uitzoomen op tijdsschalen en ruimteschalen om de mondiale dingen eruit te halen. Inherent aan het vak is dan ook dat het heel internationaal is.”  

‘Bureaucratobatics’

 Van Hinte is tevreden over de samenstelling van de Raad. “Er zijn contacten gelegd die anders misschien niet tot stand waren gekomen”, legt hij uit. “Ideeën van anderen kunnen stimuleren. Alleen het opstellen van het ‘huishoudelijk reglement’ kostte wat veel tijd. ‘Bureaucratobatics’ noem ik dat. Inmiddels hebben we elkaar beter leren kennen. Vorig jaar november hebben we een weekend in het bos doorgebracht. Tijdens een 24-uurs conferentie hield iedereen een verhaal over zijn deelgebied.”

Maar de Raad doet meer. Van Hinte: “We hebben bijvoorbeeld een inventarisatie gemaakt van de subdisciplines die door de bezuinigingen met opheffing worden bedreigd en waarvan de verdwijning een groot gemis zou zijn. Dat viel overigens mee, we dachten dat het er meer zouden zijn, maar we hielden er uiteindelijk maar drie over.” Conclusies van de Raad leiden geregeld tot aanbevelingen, die dan via de Akademie de wereld ingaan, naar een minister bijvoorbeeld. “Mensen schrijven wel eens een brief”, vertelt Van Hinte, “en dan praten we erover of wij misschien iets kunnen doen.” 

Cultureel bezit

Een belangrijk punt vindt hij het museale beleid: “De opleiding geologie van verschillende universiteiten is samengevoegd. In dat vak is veel op collecties gebaseerd, en die blijf je nodig hebben. Het is de documentatie waarop je collega’s kunnen zeggen ‘dat is dat beest niet’ of ‘dat is helemaal niet dat bepaalde mineraal’. De UvA, Groningen en Leiden hebben allemaal enorme collecties. Daar is een curator voor nodig en ruimtes. Dat is een probleem.”

“De universiteiten voelen er niet veel voor, en de minister van wetenschappen zegt ‘als de universiteiten niet willen, dan doe ik er ook niets aan’. Maar op de UvA kwamen ook schoolklassen en dergelijke kijken. Het is ook een cultureel bezit, en dus valt het ook onder WVC. Daar zeggen ze weer ‘wat moeten wij met die stenen?’. We overwegen nu om een aanbeveling te sturen aan de beide ministers. Als je die collecties weggooit dat maak je van jezelf een ontwikkelingsland.”

Van Hinte snijdt nog een probleem aan waarbij de Raad advies kan geven: “De grens tussen Nederland en Venezuela. U had zich zeker nooit gerealiseerd dat die er is? Hij ligt dan ook bij de ABC-eilanden. Sinds kort is er de nieuwe Law of the Sea, die heeft het territorium van landen aan zee enorm uitgebreid: tot 200 mijl van de kust. Dat betekent dat er veel meer mogelijkheden zijn voor interdisciplinair onderzoek. Je hebt de verantwoording voor dat gebied, en er zit van alles aan vast: culturele, economische en ook veiligheidsaspecten. Dat heeft allemaal waarde voor het betrokken land en het verdient dan ook aandacht.”

 Dan is er het middelbaar onderwijs. “De gemiddelde Nederlander heeft een negentiende eeuws wereldbeeld”, stelt Van Hinte. “En dat is niet nodig. Er zijn zoveel ontwikkelingen geweest die ook aan kinderen goed uit te leggen zijn. Juist dat mondiale denken, de samenhang tussen het klimaat en van die simpele zaken zoals hoe diep de oceaan is, hoe de aarde in elkaar zit. In het milieu zijn ze allemaal geïnteresseerd. Die grote lijnen zijn heel goed uit te leggen, en bijna niemand weet er iets van. In Frankrijk leren scholieren ook over plaattectoniek.”

De interviewster moet bekennen ook niet te weten hoe diep de oceaan is. Voor andere onwetenden: “De diepste delen liggen tussen de vier- en tienduizend meter”, luidt het antwoord. De Raad heeft inmiddels commentaar geleverd op de eindvoorwaarden voor het onderwijs in aardrijkskunde. “En het blijft een van onze aandachtsgebieden”, zegt Van Hinte. “Aan onderwijsprogramma’s kunnen we beslist een positieve bijdrage leveren.” 

Objectief

“Aan het hoger onderwijs hebben we tot dusver weinig gedaan. We willen ons niet mengen in NWO- en universiteitszaken. We hebben ook geen opdracht op dat gebied. Wel kunnen we neutraal advies geven, ik hoop ook dat ze ons daarom komen vragen. Maar ja, er zijn zoveel raden en commissies en subcommissies, met hiërarchieën en alles wat daarbij hoort. Ik vind ook beslist dat de organisatie van de Akademie wat dat betreft wat zakelijker zou moeten worden. De adviezen moeten nodig gestroomlijnd. Of wij objectief genoeg zijn? Ja, ik denk het wel. Ik geloof dat iedereen in staat is uit zijn eigen sfeer terug te treden.”

De Raad organiseert ook symposia. In overleg worden thema’s bedacht die goed vanuit verschillende disciplines belicht kunnen worden. Vorig jaar ging er een over ‘zeespiegelfluctuaties in heden en verleden, meten en mechanismes’. Voor dit jaar is er een gepland over ‘stochastische variabiliteit’. “Dat is een mathematisch-statistisch iets”, zegt Van Hinte, “maar dat is voor mij ook al te moeilijk.”

Over het tweede symposium weet hij meer: “Dat zal gaan over het jonge Dryas, ook wel toendratijd genoemd. Dat was na de ijstijd. Tijdens de deglaciatie werd het even weer heel koud. Je had toen een mondiale terugval: er zijn sporen gevonden op het land, in zee, in het ijs. De vraag is waar dat begon: op het land, in de zee, of bij allebei?  Zelf heb ik het idee dat het te maken heeft met de in- en uitstroom van de Middelandse Zee. Daar meer van begrijpen kan ons veel leren over de situatie op dit moment.”

 Alleen God

Zullen al die aardwetenschappers samen ooit voor een compleet beeld kunnen zorgen, en precies weten wat op wat van invloed is? “Dat weet alleen God”, lacht Van Hinte, “we zijn hier tenslotte op de VU. Maar als je kijkt naar wat we nu kunnen in vergelijking tot nog maar pas geleden…”

“Er bestaat bijvoorbeeld een algje dat een kalkskeletje maakt. Dat is zo klein dat je het onder de elektronenmicroscoop moet leggen om het te kunnen zien. Tegelijkertijd zijn ze zo talrijk dat je zo ook vanuit een satelliet kunt zien. Samen zijn ze goed voor gigatonnen aan kalk: het zijn dan witte vlekken op de satellietfoto’s. Maar het inschatten van effecten is een van de grootste problemen. Neem het gas dat bij hun groei vrijkomt en zure regen veroorzaakt, dimetylsulfide, dat bevordert de vorming van waterdruppels, dus wolken.”

“En zo zorgt de organische wereld voor afkoeling. Kleine verschuivingen in het systeem kunnen algenbloeien doen ontstaan en grote gevolgen hebben. Voor de leefbaarheid van de aarde ben ik niet zo bang, in zoverre denk ik dat Lovelocks Gaia-theorie van het systeem dat zichzelf telkens in evenwicht weet te houden wel opgaat, maar of het hier voor een paar miljard mensen leefbaar blijft is de vraag…”

Poprecensent werd genenrekenaar

Vroeger verdiende hij bij als poprecensent. “Mijn claim to fame is dat ik Lou Reed voor Nederland ontdekt heb”, vertelt hoogleraar Humane Genetica Gertjan van Ommen (54). De bandjes van zijn interviews met bijvoorbeeld Frank Zappa en Randy Newman, alles uit de jaren tussen 1968 en 1975 toen hij onder meer voor De Tijd schreef, moeten nog steeds ergens bij hem thuis liggen.

Tegenwoordig schrijven de kranten over hém. Vooral vorig jaar, in de periode dat met al die tamtam naar buiten werd gebracht dat de kaart van de menselijke genen af was. Van Ommen was op dat moment voorzitter van de Human Genome Organisation (HUGO), die veel bijgedragen heeft aan het genenonderzoek. Een wel totaal andere wereld dan die van journalisten en muzikanten, en dat geldt even hard voor het Sylviuslaboratorium van het Leids Universitair Medisch Centrum waar we praten in zijn werkkamer, ook al is het daar, op zijn eigen verzoek, met veel vrolijk rood en blauw ingericht.

Een loopbaanplanner is hij nooit geworden, maar hij wist wel al “vanaf het stadium dat je geen piloot meer wilt worden” dat hij later iets met erfelijkheid wilde doen. Van Ommen: “Hoe dingen zitten, hoe wij in elkaar zitten, zijn toch kernvragen.” Via de scheikunde en biochemie kwam hij vanzelf uit bij DNA en RNA. Hij deed zijn promotieonderzoek aan de Universiteit van Amsterdam bij Piet Borst, over wie hij nog de anekdote heeft dat die uitriep ‘Doe maar over, zo werkt de natuur niet!’ toen Van Ommen een uitzonderlijk groot intron had van wel zestig kb gevonden, en opgewonden zijn promotor daarover belde. Het werkte wel zo, het hele gen was zelfs meer dan 300 kb, en het Duchenne-gen waar hij nu aan werkt is zelfs 2500 kb, twee en een half miljoen basenparen.

Daar ligt ook een van de redenen dat Van Ommen heilig gelooft in een enorme souplesse van de menselijke geest. “Je went aan nieuwe dingen”, zegt hij. “Ik kan nu ‘rekenen’ met die grote genen, zoals een astronoom dat vast met lichtjaren kan, wat mij weer niets zegt.” Wennen aan nieuwe kennis en nieuwe technieken doet intussen ook de rest van de wereld. Dat het spectaculair hard is gegaan met al het erfelijkheidsonderzoek staat buiten kijf. Van Ommen: “We hadden toch nooit kunnen bedenken dat genen in snippers worden uitgevent met die informatie ertussen die je eruit kunt snijden.” Zelf droeg hij er veel aan bij dat prenatale DNA-diagnoses voor spierdystrofie van Duchenne (een dodelijke spierziekte) voor het eerst mogelijk werden. Dat was halverwege de jaren tachtig, en nu belanden de eerste pogingen tot gentherapie in de klinische fase. Als hij daarover praat is hem aan te zien dat hem dat erg verheugt.

Dat neemt niet weg dat hij terugkijkend zichzelf soms naïef vond. “Het is over het algemeen niet een kwestie van ergens een nieuw stukje gen in schroeven”, zegt hij. De zaken liggen ingewikkelder. Meestal zijn er een heleboel genen die op elkaar inwerken en gezamenlijk verantwoordelijk zijn voor een proces, een eigenschap of een ziekte. Van Ommen denkt dat het allemaal nog veel complexer is dan we geneigd zijn te denken. Zeker de gedachte van het gen-voor-dit of het-gen-voor-dat is te simplistisch. Hij betwijfelt zelfs of een gen dat in een bepaalde familie geïdentificeerd is als het gen voor bijvoorbeeld een bepaalde ziekte bij anderen wel dezelfde rol zal spelen. Het gaat immers om het samenspel van genen en dat is subtiel.

Wel ziet hij in de nabije toekomst mogelijkheden voor wat hij “genetische symptoombestrijding” noemt, en hij maakt daarvoor een vergelijking met een mobile van Alexander Calder: “Dan hangen er vijf dingetjes aan een touwtje. Haal je er een weg, dan stort de boel in, maar het evenwicht kun je wel op heel verschillende manieren herstellen, door bijvoorbeeld met de touwtjes te schuiven. Kijk, je bent meestal niet ziek van een gendefect, maar van de gevolgen die dat heeft in een aantal processen. Stel je hebt een chemische omzetting die niet werkt, waardoor stofje A niet wordt aangemaakt. Daardoor krijg je ergens een ophoping van stofje B, en dat blijkt toxisch te zijn. Maar als je de pathway naar die ophoping blokkeert, helpt dat ook. Als de bel vastzit kun je dat slordig oplossen door een kabeltje door te knippen.”

Intussen is in de samenleving de gedachte van een gen voor dit en dat juist populair geworden. Van Ommen ziet het als zijn taak om zowel het publiek als de verzekeraars voor te lichten. Dat doet hij bovendien graag (“Nee, nee, ik word helemaal niet doodziek van steeds weer over kansen en kosten enzo te moeten praten”). Toch zijn risico’s een lastig onderwerp. “Mensen reageren daar heel verschillend op”, vertelt hij. “Waar de een bij een kans van twee procent zegt ‘zó, da’s veel, een op de vijftig’, roept een ander bij een risico van vijfentwintig procent nog ‘is dat alles’. Het kan ook van iemands stemming afhangen, en het kan omslaan. Dat je nu voor sommige ziekten een genetische test kunt laten doen vindt niet iedereen een zegen, maar je krijgt de tandpasta niet meer terug in de tube. De acceptatie groeit overigens naarmate er meer te doen is aan een ziekte.”

Verzekeraars zouden er intussen heel dom aan doen dragers van bepaalde genen uit te sluiten of hogere premies te laten betalen. Van Ommen: “Echte leeglopers voor de verzekeraars zijn chronische ziekten, zoals reuma en hart- en vaatziekten, niet die zeldzame aandoeningen. Ik leg ze steeds de stelling voor dat ze goedkoper uit zouden zijn wanneer ze iedereen de gelegenheid zouden geven om zich voor twintig procent extra bij te verzekeren voor álles waar hij maar bang voor is, of dat nu ergens op stoelt of niet. Let wel, ook als iemand een kans van vijf of voor mijn part twintig procent heeft om iets te krijgen, is de kans dat hij aan iets anders doodgaat nog steeds vele malen groter. Reken het maar uit, zeg ik tegen ze.”

Maar dat mensen, inclusief verzekeraars, niet zo best met risico’s kunnen rekenen geeft hij grif toe, net als dat er toch ook veel gegriezeld wordt over gentherapie. “Maar de dingen verschuiven ook. In de jaren vijftig was er veel weerstand tegen hoornvliestransplantaties”, illustreert hij, “want die hoornvliezen kwamen van dode mensen, ongehoord. Je kunt je dat nauwelijks meer voorstellen.”

Inmiddels zijn we ook alweer veel verder dan in de tijd van Wim Kaizers onheilvoorspellende VPRO-serie Beter dan God. Van Ommen: “Mensen zijn nu vaak geneigd te denken: kan dat ook al, mooi, dat ga ik morgen ook eens aan de dokter vragen!” Is God wellicht een bioloog dan, zoals de titel luidt van het Bionieuwssymposium waar Van Ommen in november zal spreken? “Ik ben niet religieus”, zegt hij, “hooguit verbaas ik me wel eens over hoe prachtig alles in elkaar zit, maar er zit daarom nog geen vooropgezet plan achter.”

In elk geval vindt hij praten over ‘jamaar als nou straks dit of dit kan’ weinig zinvol. “Voorzien wat er gaat gebeuren kan niet”, zegt hij nuchter. “Dat is met alle ontwikkelingen zo: dat je nu uit je borstzakje zo een computer trekt met twaalf megabyte geheugen had vijftien jaar geleden niemand kunnen denken.” En Van Ommen kan het weten, want hij zag vanaf begin jaren tachtig de IBM-PC-gebruikersgroep, waar hij lang voorzitter van was, groeien van vijftig leden naar vijftienduizend leden. “En weer terug”, grinnikt hij erachteraan, “toen het gewoon geworden was.”

Knutselen met de eerste computers vond hij leuk. Hij mag graag dingen maken, heeft naar eigen zeggen “een techneuterige inslag”, en vertelt terwijl hij zijn papieren bij elkaar zoekt met lichte trots over een door hem bedacht “elektroforese-systeem voor het resolveren van lange DNA” dat zelfs een bescheiden commercieel succes geworden is.

Het is laat geworden, zelfs de opgewekte borrelaars wat verderop in het gebouw vertrekken allemaal. Van Ommen biedt een lift aan. Geruisloos zoeven we in stevig tempo naar zijn geboortestad Amsterdam. Hoewel hij al sinds 1983 in Leiden werkt, heeft hij nooit willen verhuizen. Hij blijkt de prototypische Amsterdammer: pas gelukkig als ie de Westertoren kan zien. Aan de voet daarvan nemen we dan ook afscheid.

 

NOOT: Bionieuws organiseerde een symposium onder de kop ‘God is bioloog’, dat op 15 november 2001 gehouden werd. Van Ommen was een van de zes sprekers. Zie in het archief ook het interview met Marcel Roele, een van de andere vijf, verschenen in Bionieuws van 29 september 2001.

Mini-mini-machientjes bouwen met moleculen

Het terrein van de Nijmeegse universiteit waar de bètafaculteiten gehuisvest zijn, is één grote onoverzichtelijke bouwput. Maar het wordt prachtig, bezweert hoogleraar organische chemie Roeland Nolte in zijn lichte kamer die over een tijdje ook tegen de vlakte zal gaan. Hij haalt er zijn laptopje bij om de futuristisch aandoende computermodellen te laten zien van de gebouwen die er gaan komen. “Met het geregel daarvoor hoef ik me door het Akademiehoogleraarschap dalijk niet meer bezig te houden”, glimlacht hij.

Bouwen, en modellen blijven het thema van gesprek, dat natuurlijk over Noltes onderzoek gaat. Zelf omschrijft hij het als het wetenschapsterrein dat zich bezighoudt met het ‘oneindig complexe’. Nolte ontwerpt en bouwt moleculen. “In vier en een half miljard jaar zijn we van het waterstofatoom gegaan naar de mens”, zegt hij, “en daarmee is het punt bereikt dat we zelf beslissingen kunnen nemen, bouwstenen kunnen maken en namaken waar de evolutie zo lang over deed. Dat is heel bijzonder en ook heel recent.”

Nolte schetst in vogelvlucht de geschiedenis van zijn vak, dat in de achttiende eeuw begon bij de Franse scheikundige Antoine Lavoisier. Die toonde onder meer het bestaan aan van zuurstof, en legde de basis voor het begrijpen van chemische reacties. “Hij is 1794 onder de guillotine geëindigd, het belang van zijn werk werd blijkbaar niet echt ingezien”, zegt Nolte droogjes. “Daarna kwam de ontdekking dat je moleculen kunt máken, met je eigen handen.” Dat gebeurde voor het eerst met ureum, dat je in dieren en planten, en in urine vindt. Het was de Duitser Friedrich Wöhler die in de negentiende eeuw voor die doorbraak zorgde. Nolte: “Toen Wöhler het schreef aan zijn leermeester wilde die het niet geloven. En dat heeft hij tot zijn dood volgehouden.”

Gemakkelijk was het daarmee nog niet. “Over het maken van dat blauw van spijkerbroeken, indigo, hebben ze geloof ik vijftien jaar gedaan”, vertelt Nolte. “Maar de chemie heeft de wereld wel kleur gegeven. Letterlijk. Voor die tijd waren kleurstoffen alleen voor de hele rijken weggelegd.” Medicijnen en plastics zijn andere succesnummers, en inmiddels zijn de structuren die gemaakt kunnen worden langzaam maar zeker zo groot geworden dat ze volgens Nolte beginnen te lijken op de natuur.

Hij laat een plaatje zien van wat je als een mini-mini-machientje kunt beschouwen. Het werd afgelopen augustus in het topblad Nature beschreven, wat het gesprek even brengt op het feit dat Nolte zelf de enige chemicus is die voor het andere zeer gewilde wetenschappelijke tijdschrift Science de eerste schifting van binnengekomen artikelen doet – dat zijn er elke dag een paar. “Wel veel, ja”, zegt hij met een lichte zucht. Maar hij is nu eenmaal zo enthousiast over zijn creativiteit vereisende vak, waarin laboratoria tegelijk werkplaatsen en een soort ateliers zijn. “Met analytisch doorredeneren kom je er niet, wij moeten dingen uitproberen, zien of het werkt.” Tegenwoordig gaat het ontwerpen van modellen voor moleculen meestal op de computer, maar het nanomachientje uit Nature heeft hij ook op de ouderwetse manier laten namaken.

Dat wil zeggen: zoals het in de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw nog ging, en zoals Nolte het ruim twintig jaar geleden in Los Angeles leerde van Nobelprijswinnaar Donald Cram. Met behulp van op schaal gemaakte plastic elementjes in rood, wit en zwart die je in elkaar kunt zetten, een soort wetenschappelijke lego. Nolte heeft die (kostbare) bouwstenen geërfd van zijn nu overleden Amerikaanse leermeester. “Ik ben nu 58 en ik vind spelen nog steeds leuk”, geeft hij grif toe.

Maar het model biedt wel degelijk iets extra’s. Nolte: “Dit is een van de eerste machientjes die echt iets dóen. Ik kan het zo laten zien: dit ringdeel hier schuift langzaam langs deze keten, een snoer polymeren, waar het precies omheen past. Het zou als voertuig kunnen dienen om dingen heel lokaal af te leveren. Dit is overigens gemodelleerd naar het DNA-molecuul. We proberen hier voortdurend te kijken hoe de natuur het doet, en ons daardoor te laten inspireren.”

“Die moleculaire technologie, of nanotechnologie moet ontwikkeld worden, het wordt de techniek van deze eeuw. Welke toepassingen er allemaal zullen komen, is nog niet te zeggen. Mini-robotjes? Dat klinkt een beetje futuristisch, maar zo kun je het wel noemen. Dit is bijvoorbeeld ook de enige manier waarop nog kleinere computerchips gemaakt kunnen worden. De mogelijkheden met silicium zijn namelijk aan hun eind gekomen.”

Een sleutelwoord is informatie. “Biochemici proberen te ontrafelen hoe het zit met moleculen die informatie hebben”, legt Nolte uit, “door welke kenmerken ze elkaar bijvoorbeeld herkennen en kunnen vinden. We maken liefst gebruik van hele zwakke krachten in de natuur, die wel voor aantrekkingskracht zorgen, maar niet te sterk. Al doende komen we erachter wat de goede balans is. Net als in de waterbouw of bij het bouwen van vliegtuigen geldt dat we het moeten leren.”

En daarvoor is ook de kennis van anderen nodig. Nolte pleit hartstochtelijk voor veel samenwerking tussen de biologie, de chemie en de fysica. Hij werkt daar zelf hard aan, want de grensvlakken tussen die gebieden zijn naar zijn zeggen interessant: “Het gaat allemaal om hele bouwstenen uit de natuur. Maar de groepen zitten in Nederland nogal verspreid, en dat is een beetje een nadeel.” Toch is het volgens hem alleen een kwestie van financiering vinden en goede programma’s opzetten, want jonge onderzoekers vinden het fantastisch.

Een voorbeeld van de samenwerking die hij bedoelt, is een programma met virussen dat hij recentelijk opgezet heeft. De bij het Akademiehoogleraarschap behorende extra gelden zullen deels daaraan besteed worden. Over de prachtige structuren en eigenschappen van virussen is hij bijna lyrisch. Hij laat weer een plaatje op zijn rijkgevulde laptop zien: het mechanisme waarmee een virus de kern van een cel binnendringt. Het schroeft zichzelf naar binnen, als een kurkentrekker, en zo ziet het er ook uit. “Het zijn echt schroeven! Dat kun je toch bijna niet geloven, dat de natuur dat gemaakt heeft als je dat ziet”, roept Nolte uit. Net zoals de natuur ook de prachtigste vlechtjes van moleculen blijkt te maken.

Hij vertelt nog wat meer over het virussenprogramma: “We willen proberen om virussen te koppelen aan synthetische polymeren, dus plastics, om zo grotere structuren te maken met een functie. De vraag is: wat kun je met een virus als bouwsteen? We bergen er metaaldeeltjes in op, bijvoorbeeld goud, of magnetische deeltjes. Het DNA gaat eruit, en de deeltjes erin, en daarmee proberen we dan een heel speciaal magnetisch en elektronengeleidend systeem te maken. Daar heb je dus kennis uit de biologie en de fysica voor nodig, en er is hier net een laboratorium gekomen waarin je heel hoge magneetvelden kunt opwekken. Dan kijken we hoe die virussen zich richten in reactie daarop. Maar we werken ook, met een moleculair bioloog, aan het combineren van virusdeeltjes met eiwitmoleculen. Daarbij kwamen we dat schroefmechanisme tegen, en dat kan weer inspireren als we zelf dingen willen bouwen.”

Kleine deeltjes gecontroleerd verplaatsen, dat is het doel, en het wordt bereikt door hele bouwstenen uit de natuur te gebruiken. Er zit een grote toekomst in, benadrukt Nolte. “Wie snel rijk wil worden, moet chemie gaan doen”, zegt hij zelfs. “We hebben hier nu al vier bedrijfjes, en dat gaat heel goed. Ze ontstaan overal omdat de grote bedrijven zelf geen onderzoek meer doen. Die bestellen nu allerlei organische verbindingen elders. Bijvoorbeeld voor drug-targetting: het op precies de goed plaats afleveren van medicijnen. Je probeert dan bijvoorbeeld kleine bolletjes met medicijnen te maken die kankercellen weten te vinden. Dat is ook allemaal nanotechnologie. Het is een volwassen vak, nuttig voor de maatschappij.”

Dat nut, en de in Nederland aanwezige kennis hoopt Nolte nog wat meer uit te gaan dragen. Het Akademiehoogleraarschap geeft hem de mogelijkheid eindelijk een of meer aangeboden gasthoogleraarschappen te aanvaarden. Een tijdje in Leuven of Cambridge doorbrengen, en daar contacten te leggen en te verstevigen, is ook goede PR. En natuurlijk komt er meer tijd vrij om onderzoek te doen. “Onderzoek doe je toch wel”, zegt hij daarover, “want ik kan het niet laten. Maar het wordt steeds meer naar je vrije tijd en naar de weekenden geduwd. En vooral mijn vrouw vindt dat begrijpelijkerwijs niet leuk.” 

NOOT: In 2003 stelde de KNAW de eerste vijf zogeheten ‘Akademiehoogleraren’ aan. Onderzoekers van tussen de 55 en 60 die zich vijf jaar lang helemaal op onderzoek en onderwijs mogen richten, verlost van bestuurlijke beslommeringen. De Akademie betaalt hun salaris, ze krijgen een extra onderzoeksbudget, en de universiteit waar ze werken moet in hun plaats een veelbelovend iemand aanstellen. Elk jaar worden er een stuk of vijf van die Akademiehoogleraren benoemd. Nolte zat bij de eerste lichting.

Een echte verstrooide professor

Martien Cohen Stuart maakte onderzoek naar soft matter tot een van de meest vruchtbare wetenschapsvelden in Wageningen. Zowel in muziek als in wetenschap gelooft de markante hoogleraar in de kracht van samenwerking. ‘Ik hou van de rijkdom van een ensemble.’ 

In de normale wereld kook je een ei en dan wordt het hard. Vervolgens hoef je echt niet bang te zijn dat je bij je ontbijt alsnog een rauw of een snotei opent. Maar in de wereld van Martien Cohen Stuart ligt dat anders. Die kwam tot genoegen van zijn toen schoolgaande zoon nog wel eens thuis met dat soort ‘hele leuke nieuwe trucjes’. Goed, van dat ei was een beetje een grapje, maar gestolde eiwitten weer vloeibaar maken, is wel precies het type onderzoek dat Cohen Stuart faam heeft bezorgd.

Schuim en emulsies, vloeibare kristallen, het al dan niet vochtig worden van oppervlakken – rond zulke zaken bruist zijn carrière. De paraplu waaronder alles schuilt, heet in het vak soft matter: ‘spul dat je ergens uit kan knijpen’, vat Cohen Stuart  het zelf samen. En altijd draait het om ‘de krachten tussen moleculen, wat die met elkaar hebben’. Daar meer van begrijpen, juist ook van hun collectieve gedrag  — hij spreekt zelfs van ‘de sociologie van moleculen’ – is het uitgangspunt bij wat Cohen Stuart en zijn heel brede Wageningse leerstoelgroep Fysische Chemie en kolloïdkunde doen.

En bij wat ze maken. Want nieuwe (macro)moleculen vormen nogal eens de output. Materie met een combinatie van eigenschappen die geboren is op de tekentafel. En tegenwoordig ook dood spul dat gecombineerd wordt met levend materiaal. ‘DNA is tenslotte ook een molecuul’, verklaart Cohen Stuart. Wat voor de buitenwereld nog klinkt als science fiction, valt  voor hem onder het weer naar elkaar groeien van de natuurwetenschappen. ‘De chemische industrie maakte pas een apart vak van scheikunde.’ Is het vervagen van de grenzen tussen leven en dood niet een beetje eng? ‘Zo kijk ik er eigenlijk nooit naar’, zegt hij, met een lichte verlegenheid.

SOCIALE MUSICUS

In het dagelijks leven is het gewoon onderzoek. Veeleisend onderzoek, dat grote hoeveelheden van zijn tijd en aandacht opslokt. Vrienden, familie, collega’s, iedereen ziet in Martien Cohen Stuart de typische wetenschapper. Ook al heeft hij, naast z’n vrouw Marina, nog een echt grote liefde: muziek. Voor iemand die uiteindelijk besloot om toch maar niet het conservatorium te gaan doen, speelde hij op zeer hoog niveau: het Nationaal Jeugdorkest, het Nederlands Studentenorkest. Fagot. ‘Dat kan ik iedereen aanraden’, lacht hij ‘want daar is de concurrentie veel kleiner dan bij de meeste instrumenten.’ Tegenwoordig speelt hij in een kwintet, dat regelmatig optreedt voor publiek. ‘Ik ben altijd een sociale musicus geweest. Ik hou van de rijkdom van een ensemble.’

Ook in de wetenschap is hij geen solist. Maar wel creatief. Beslist iemand met ideeën, die hij zelf ‘een goede intuïtie’ en ‘ideetjes’ noemt. Als zo’n ideetje, zeg over gesynthetiseerde polymeren met een plus- en een minstukje, blijkt te kloppen, ja, dat zijn de beste momenten in het vak. Hoe succesvol hij erin is, valt onder meer af te lezen aan de tientallen aio’s die bij zijn leergroepstoel rondlopen, aan de werkverbanden van Japan tot Duitsland, en aan het feit dat hij al ongeveer alle grote NWO-subsidies wist te verkrijgen. En onlangs was er nog de toekenning van 2,5 miljoen euro door de  European Research Council.

Hoe doet Cohen Stuart dat?  In elk geval door verwachtingen te hebben van de mensen met wie hij werkt, en daar verder niet veel woorden aan vuil te maken. Het spreekt bijvoorbeeld vanzelf dat wie een potentieel interessant idee is tegengekomen, op een conferentie of waar dan ook, dat komt delen met de rest. De cultuur is: bij elkaar binnenlopen, een balletje over iets opgooien, dat best de helft van de keren doel mag missen. Vrijuit spreken en van gedachten wisselen, dat hoort, vindt hij, ook erg bij Wageningen, en de interdisciplinariteit die daar weer bij hoort.

HOOFD BIJ HET WERK

En Cohen Stuart weet hoe je de dingen moet brengen. Dus bij de optredens van het kwintet leidt hij steevast de muziekstukken in, naar hartenlust citerend uit de wereldliteratuur, van Shakespeare tot Kees Stip. Wordt er bij de leerstoelgroep iets specifieks met ijzermoleculen gedaan, dan verzint hij een goede reden om van ‘iron ladies’ te spreken. Maar hij heeft het goed verwoorden van zaken wel moeten leren ‘Mijn eerste zes, zeven subsidieaanvragen, dat ging niet best’, zegt hij.  

In zijn begintijd als hoogleraar dreigden ook draconische bezuinigingsmaatregelen. Het voelde als een zware verantwoordelijkheid. Hij werd er ook kwaad van. De enige periode dat zijn werk hem wel eens wakker hield. Slecht slapen deed hij verder alleen toen zijn vrouw rond kerst 2006 ineens in razend tempo alle gevoel in haar benen kwijtraakte. ‘Toen heb je zelfs een maand niet gewerkt’, zegt Marina Karsten, die samen met haar man ontvangt bij de brandende houtkachel in de uitbouw van hun vrijstaande huis vol trappetjes en hoekjes. Lopen kost haar nog steeds moeite, en ze heeft een fulltime baan als hoofd ruimtelijke ordening van Veenendaal -Wageningen  (ook zij deed ‘Wageningen’) moeten inruilen voor een bestaan waarin wandelen en zwemmen en andere therapie de hoofdmoot vormen.

Niet eenvoudig, ook niet naast een man die weliswaar door velen als ‘ontzettend aardig’ en zelfs ‘lief’ wordt beschreven, maar wiens hoofd nu eenmaal meestal bij dat werk zit. ‘Dat was ook met de kinderen wel eens een punt’, zegt zijn vrouw. Maar de twee zoons zijn alweer een tijdje het huis uit. De een heeft natuurkunde, de ander scheikunde gestudeerd. Hun portretten hangen boven de prettig rommelige boekenkast. Dat zijn ouders de hele week werkten en veel weg waren, heeft in elk geval Diemer, de jongste, nooit dwarsgezeten, vertelt hij aan de telefoon. En op zaterdagmorgen was er de huiselijke geur van de sigaar of pijp die zijn vader op vrijdagavond rookte. Op zondagochtend klassieke muziek bij het ontbijt. ‘Dat was wel deprimerend voor een kind,’ grinnikt hij.

MATIÈRE MOLLE

Hij herinnert zich ook dat zijn vader goed en graag uitlegde. Met enthousiasme. Het moet hetzelfde enthousiasme waardoor hij naar verluidt bijna danst als hij voor publiek spreekt over ‘zijn’ soft matter, overigens ook de titel van het tijdschrift dat hij aanvoert als hoofdredacteur. ‘Wij zelf bestaan ook uit zachte materie’, merkt hij met zichtbaar genoegen op. En dan te bedenken dat dat hele begrip nog niet bestond toen hij aan zijn ouderwets zeer langjarige studie scheikunde begon. Het was de Franse Nobelprijswinnaar Pierre-Gilles de Gennes, grondlegger van het vakgebied genoemd, die in de jaren tachtig in z’n lab sprak van matière molle. Cohen Stuart:  ‘Een benaming met een knipoog, want matière molle heeft een seksuele bijklank.’

En hij kan het weten, want Cohen Stuart groeide op met het Frans en met Frankrijk. Na schooltijd kon hij zijn moeder, gezeten naast de spreekwoordelijke grote pot thee met kaakjes, vaak aantreffen met het correctiewerk dat haar baan als lerares Frans met zich meebracht. En ’s zomers trok het gezin in de deux chevaux van het grote huis in Den Haag  naar een tijdelijk tentenbestaan in Frankrijk. Martien met zijn twee zussen achterin. Wild kamperen bij de boer, bij wie zijn moeder met haar Frans altijd alles voor elkaar kreeg.

Francofiel is hij gebleven. En in 2003 kochten ze in Normandië een grange, een vakwerkschuur. Er komen foto’s op tafel, naast het glas wijn dat inmiddels is ingeschonken. Het ding is 25 meter lang, negen meter hoog, en er horen vijf hectaren bij, een boomgaard met honderd bomen. Een megaproject. ‘Ik ga in zoiets wel mee’, vertelt zijn vrouw, ‘maar ik stap er niet zo onbezorgd in als hij. En ik had er geen rekening mee gehouden dat je lichaam wel eens in de weg kon gaan zitten. Bij Martien is het een kwestie van durven beginnen aan iets waarvan je nog niet weet hoe het moet, en erop te vertrouwen dat je al doende ergens komt.’

Ook dat tekent waarschijnlijk de onderzoeker. Ondanks zijn ‘huiselijke’ kant, die zich bijvoorbeeld ook uit in graag koken, ‘liefst telkens iets anders, een beetje experimenteren’, voldoet Cohen Stuart beslist aan een paar van die echte  verstrooide-professor-clichés. Hij wil nog wel eens een afspraak vergeten. En plant rustig een buitenlandse reis als zijn vrouw jarig is. Hij geeft nu eenmaal absoluut niets om vormelijkheid, noch om kleding. Daar is hij zelfs fameus om. Had zijn kwintet afgesproken om allemaal op te treden in een zwarte broek of rok met daarboven een felgekleurde bloes, dan verscheen hij rustig in een T-shirt of een houthakkersbloes. Maar dat hebben ze hem afgeleerd. 

Met dank aan: Josie Zeevat (secretaresse), Diemer Cohen Stuart (jongste zoon), Renske Carrière (oudste zus), Frans Leermakers (collega-onderzoeker), Irene Hagenaars-Bos (kwintetgenote) en Marina Karsten (echtgenote).

 

Martien Cohen Stuart 

1948: geboren  

Opgegroeid in Den Haag, middelste van 3 kinderen

1975: doctoraal studie Scheikunde in Groningen

1976: begin relatie echtgenote Marina Karsten, waaruit 2 zonen zijn geboren

1980: Promotie in Wageningen

Sindsdien werkzaam bij Fysische Chemie en kolloïdkunde, vanaf 1996 als hoogleraar.

2009: Wetenschappelijk directeur Dutch Polymer Institute (DPI), 1 dag per week

2010: toekenning ERC Advanced Grant

Lid Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen

Lid Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen

Voorzitter Stichting Kamermuziek Wageningen

Voorzitter Van Uvenstichting Wageningen (zorgt voor uitleen bladmuziek en muziekinstrumenten aan studenten)

Nootje: Vond mijn eigen voorstel voor een kop: ZACHT SPUL, HARDE WETENSCHAP, leuker dan het cliché over de professor. Er bleek ook een Engelse vertaling van dit stuk gemaakt te worden. Dat kreeg gelukkig de andere kop. Het staat hier http://resource.wur.nl/en/wetenschap/detail/the_hard_science_of_soft_matter

Het onuitroeibare verlangen naar de steen der wijzen

DE KITCH VAN HET HOLISME, door Michel Korzec.  Uitgever: Veen, 112 p., f 19,90

Wat is holisme? De volgende redenering bijvoorbeeld: het kan geen toeval zijn dat in het woord holisme de stam hol zit, hol van leeg en hol van op hol slaan. Holisme is: alles hangt met alles samen, alles is ‘een’ en alles heeft betekenis. Dat geldt voor de mens, voor de wereld en voor de hele kosmos.

Holisten zeggen dat ze ‘Nieuwe Wetenschap’ bedrijven, en dat ‘De nieuwe Tijd’, ook wel ‘Het Zonnetijdperk’, is aangebroken. Ze spreken over ‘Harmonie’ en ‘De Samenzwering van de Waterman’, of over ‘Het Zachte Alternatief’ (‘Mensvriendelijkheid’, ‘Diervriendelijkheid’, ‘Een Nieuw Liefdes- en Arbeidsethos voor Vrouwen’), et cetera, et cetera. Holisten zijn in de mode.

Vorig jaar augustus verscheen in deze bijlage een artikel van Michel Korzec getiteld De kitsch van het holisme. Datzelfde stuk is nu het laatste gedeelte van een compleet twistschrift geworden. Korzec is behalve publicist fysicus en socioloog, en juist naar aanleiding van de ontwikkelingen in de fysica is de nieuwste golf holisme begonnen te rollen. De ontdekking dat de wetmatigheden in de gewone wereld anders zijn dan die in de atomaire en subatomaire wereld, heeft een aantal mensen ertoe gebracht die “onderwereld” van de quantummechanica in verband te brengen met oosterse filosofie en mystiek.

De eerste die dat (in 1979) met veel succes deed was Gary Zukav. Hij hing zijn, overigens zeer heldere, bespreking van de ontwikkelingen in de natuurkunde op aan de verschillende betekenissen die het woord Woe-Li in het Chinees kan hebben. ‘Patronen van organische energie’, ‘mijn manier’, ‘onzin’, ‘ik hang aan mijn ideeën’ en ‘verlichting’ zouden precies weerspiegelen waar het in de quantummechanica om draait. Korzec laat zien dat Woe en Li zoveel verschillende dingen kunnen betekenen dat een combinatie van die twee woorden meer dan duizend mogelijkheden oplevert, en niet alleen de vijf die Zukav eruit gepikt heeft.

Dit illustreert een van de belangrijkste kritiekpunten van Korzec op de holistische aanpak: alleen door zaken enorm te simplificeren, of door ze te vervalsen, kun je de indruk wekken dat een alomvattende synthese van alles met alles, van alle conflicten, ongerijmdheden en tegenstellingen mogelijk is.

Een fraai voorbeeld is de oceanische oer- ofwel oo-belevenis (die bestaat naast de aha-belevenis). Fritjof Capra lijdt daar bijvoorbeeld aan. Zijn boek De Tao van Fysica gaat nog een stuk verder dan Zukavs Dansende Woe-Li meesters. Het diepe gevoelen dat een oo-belevenis voor Capra is vat Korzec aldus samen: “De wereldzee rolde uit aan mijn voeten. Over mij goten de sterren een continue stroom van fotonen. De zandkorrels trilden onder mijn tenen. En ineens wist ik, voelde ik, hoe één dit alles was: siliciumatomen, water, de sterren, mijn ogen en ledematen die naar de kosmos reikten en mijn gedachten die de hele aarde en kosmos bevatten. En op dat ogenblik wist ik dat dit de dans van de Shiva was, de Heer van de Dansers zoals de Hindoes hem vereren.”

Beter dan welke passage ook laat dit stukje tekst zien hoe holistisch redeneren en voelen in zijn werk gaat. De manier waarop Korzec vervolgens aantoont dat er toch iets niet klopt is te mooi om te missen.

 Ook Michel Korzec heeft namelijk wel eens een oceanische oerbelevenis: hij staat dan bijvoorbeeld aan de Prins Hendrikkade bij het IJ, maar behalve stromen fotonen, sterren en siliciumatomen, ziet hij ook katten die stinkende haringen met paarse maden eten, en schurftige honden, en krijsende meeuwen, en een junk met luizen in zijn haar. Ook allemaal één: hijzelf en deze vader hemel, moeder aarde, tante meeuw en oom junk, broeder atoom en zuster luis, deel van het geheel dat de taoïsten dao noemen, de Christenen gemeenschap en liefde en de boeddhisten nirvana. Hier heeft u de kitsch van het holisme in optima forma en tevens een kleine proeve van hoe komisch dit twistschrift regelmatig is.

Overigens merkt Korzec over de geschriften van mensen als Capra terecht op dat ze nooit een verklarende theorie bieden voor wat zich allemaal op (sub)atomair niveau afspeelt in deze wereld. Die zal er op deze manier ook niet komen, want je kunt er dan misschien wel een holistische levensbeschouwing of wetenschapsfilosofie op nahouden, een holistische onderzoeksmethode is per definitie onmogelijk, en wordt daarom nergens gebruikt.

Naast de natuurkunde zijn er nog veel meer terreinen waarop holisten zich werpen. Capra zelf breidde na het succes van Tao van fysica zijn gebied flink uit. Onze complete cultuur verkeert volgens hem in crisis: de rationalistische en reductionistische wetenschapsbeoefening die de werkelijkheid in stukjes hakt heeft zijn langste tijd gehad, en moet daarom hoognodig vervangen worden door een ander, namelijk holistisch, paradigma. In zijn tweede, zo mogelijk nog succesrijkere boek Het Keerpunt probeert hij daarom alle ‘alternatieve’ wetenschapsbeoefening van de afgelopen vijftien jaar aan Amerikaanse en Westeuropese universiteiten bij elkaar te brengen. Zaken als het marxisme, ‘technologie met een menselijk gezicht’ en vrouwenstudies moeten een gezamenlijke theoretische basis krijgen.

Daar is op zichzelf weinig tegen, maar een overgang naar een nieuw paradigma is het niet. Zoiets vereist immers ook een passende nieuwe onderzoeksmethode, en die hebben holisten zoals gezegd niet te bieden. Daarnaast is veel van wat Capra in zijn boek beweert gebaseerd op een gebrek aan historische en/of culturele kennis, en op het overnemen van onware beweringen van anderen. Het komt er volgens Korzec op neer dat “overal waar Capra het woord mens gebruikt, ‘Amerikaanse intellectueel’ had moeten staan”. En: “Overal waar wereld of samenleving staat, dient men de campus van de universiteit van Berkely (sic) in de Verenigde Staten te lezen of Marin County uit The Serial“.

Een boel waars

Ook in Nederland ziet Korzec holistische uitwassen. Hij citeert bijvoorbeeld het een en ander uit het holistisch-feministische geraaskal waarmee de sociologe Iteke Weeda haar ambt als buitengewoon hoogleraar Vrouwenemancipatievraagstukken aan de universiteit in Groningen aanvaardde. Weeda sprak over een gesignaleerd ‘nieuw holistisch arbeidsethos’ dat samen met het ‘liefdesethos’ verweven wordt tot een ‘leefethos’ . Daarin is niets meer ‘gescheiden’. Er ontstaan ‘nieuwe soorten liefdesverbintenissen’, niet meer exclusief aan één partner gebonden, mensen zijn namelijk ‘trouw aan een roeping, niet aan een persoon’. ‘Geborgenheid’ wordt daarom voortaan in ‘gezamenlijkheid’ gezocht.

Enfin, Korzec onthoudt zich hier verder van commentaar en het lijkt me inderdaad dat dit geval voor zichzelf spreekt.

Eén vraag dringt zich bovenal op: waar komt in vredesnaam het succes van dit alles vandaan? Ook dat vertelt Korzec. Allereerst: er zit (in de woorden van holistisch politicus Roel van Duijn) ‘een boel waars’ in: het geheel is soms meer dan de som van de delen, en delen van een geheel hangen vaak met elkaar samen. Bovendien is er inderdaad veel mis met de huidige wetenschapsbeoefening, en blijkt de moderne natuurkunde verbijsterende aspecten te bevatten.

Ook is het taoïsme een mooie levensbeschouwing. Feminisme, ecologisme, systeemtheorie, gezinstherapie en vredeswetenschap, het bevat allemaal ‘een boel waars’. Maar het is niet waar dat taoïsme of welke andere oosterse filosofie dan ook beter in staat is de problemen op te lossen van bijvoorbeeld de wapenwedloop of de zin en zinledigheid van het bestaan.

Nog een aantrekkelijk punt van het holisme is dat het gemakkelijk op van alles toe te passen is, zelfs als je niet helemaal begrijpt hoe het werkt.

Korzec laat dat zien aan de hand van de ontwikkelingen in de gefingeerde wetenschap ‘hippologie’, de leer der paardachtigen: eerst was er alleen ‘paard’, toen kwamen er allerlei onderscheidingen (zebra, mustang en ook hoeven, manen, benen etcetera), maar nu is er een trend om het paard weer in zijn totaliteit te beschouwen: datgene wat een paard tot paard maakt is de paardachtigheid. Dit algoritme is bruikbaar voor de meest uiteenlopende dingen, en laat ook nog zien hoe hol de holistische kijk is.

Maar zijn grootste populariteit dankt het holisme waarschijnlijk toch aan het diep-menselijke onuitroeibare verlangen naar een steen der wijzen en naar een opheffing van de grens tussen realiteit en religie, tussen stof en geest, mens en natuur, enkeling en maatschappij.

Dat maakt ook dat holisme geen wetenschap is maar een geloof. De sprookjeswereld zonder conflicten die dit geloof ons voorspiegelt, noteert Korzec, vertoont bovendien griezelige overeenkomsten met andere ‘Gezonde Gevoelens’-filosofieën zoals het fascisme. Tot dusver zijn zulke filosofieën altijd op totalitaire maatschappijen uitgelopen, en dat lijkt me zeker iets om in gedachten te houden.

Michel Korzec heeft een prachtig met tekeningen verlucht boekje gemaakt, vol dingen die niet genoeg gezegd kunnen worden. Hij heeft ze bovendien heel leesbaar en vaak grappig opgeschreven. Eigenlijk heb ik maar op een ding kritiek: dit twistschrift is iets teveel gericht op ‘ingewijden’: er wordt een hoop bekend verondersteld en de opzet (kleine hoofdstukjes die allemaal weer een andere vraag beantwoorden) maakt de inhoud soms te fragmentarisch.

Ik ben bang dat het boek daarom, ten onrechte, maar weinig moderne holisme-adepten zal bereiken.

Europa gaat naar Mercurius: de hel van het zonnestelsel

De missie heet BepiColombo, en gaat helemaal naar Mercurius. In 2015 is het zover. De Europese Ruimtevaartorganisatie ESA en organisaties en de industrie uit een heleboel andere landen bouwen bijzondere satellieten en instrumenten. De Nederlander Jan van Casteren (1953) is de eindverantwoordelijke voor alle aspecten van het project. Hij studeerde lucht- en ruimtevaarttechniek. 

Waarom is Mercurius de hel van het zonnestelsel?

Het is een planeet van extremen. Het is de kleinste, en hij staat het dichtst bij de zon. Aan de zonnekant loopt de temperatuur op tot 450 graden, aan de nachtkant is het min 175 graden. Om er te komen is er evenveel energie nodig als voor een reis naar Pluto, dat op zeventig keer de afstand van de aarde naar de zon staat. Mercurius staat maar op eenderde van die afstand, maar doordat je af moet remmen tegen het zwaartekrachtveld van de zon kost het zoveel energie. 

Wat hebben we er te zoeken?

Mercurius blijft een beetje een raadsel. Met Venus en Mars is het een van vier aarde-achtige planeten. Waarin de verschillen precies zitten is nog de vraag. Mercurius is bijvoorbeeld veel zwaarder dan je zou verwachten, en de ijzeren kern blijkt niet helemaal gestold. Hoeveel er wel gestold is kun je afmeten aan een bepaalde slinger in de draaiing van de planeet. Maar dat kan alleen van dichtbij. Het zijn ontbrekende stukjes van de puzzel van onze ontstaansgeschiedenis.

Voor het eerst gaat het hele oppervlak nauwkeurig in kaart worden gebracht. De ESA-satelliet gaat behoorlijk dicht langs het oppervlak, tot zo’n 400 kilometer. In een hogere baan gaat er een tweede satelliet draaien, die door de Japanners gebouwd wordt.   

Wat is er nodig voor de reis?

Om te beginnen de zwaarste raket die we kennen: de Ariane V. De voortstuwing gaat voor het eerst met een zogeheten ionenmotor. Die heeft xenongas als stuwstof, en ten opzichte van normale aandrijving is dat een grote verbetering: het is tien keer zo efficiënt. Van de zeseneenhalf jaar dat BepiColombo onderweg is, moeten die ionenmotoren het tweeëneenhalf jaar doen.

Maar die agressieve omgeving vereist ook veel. We hebben veel technieken speciaal hiervoor ontwikkeld, of verder ontwikkeld. De satelliet is een soort sandwich in een pizzaoven als hij aangekomen is. Van de zes kanten mag er één nooit de zon zien. We hebben thermische dekens met wel vijftig verschillende laagjes ontwikkeld. En warmtepijpen en een radiator die opgenomen warmte weer naar buiten kunnen werken. De zonnecellen wisselen we af met rijen spiegeltjes, en ze staan niet recht op de zon, anders wordt het te heet. We hebben heel veel geëxperimenteerd en nagebootst. 

Het duurt allemaal wel erg lang.

Ja, je hebt hier een lange adem voor nodig. De eerste plannen zijn van 1995, en ik ben hoog en breed met pensioen als hij aankomt. Maar ik hoop wel in het vluchtleidingscentrum te zitten dan. 

Zaterdag 2 februari spreekt ir. Jan van Casteren  over ‘BepiColombo ESA’s missie naar Mercurius – de hel van het zonnestelsel’. 10.30 uur. Nationaal Ruimtevaart Museum, Aviodrome, Pelikaanweg 50 Lelystad. Toegang: € 7,-

‘In 2015 naar Mercurius, de hel van ons zonnestelsel’ kopte NRC Next ’s ochtends.

Betelgeuze is een rode superreus die je soms goed kan zien

Sterren worden rood en reusachtig voordat ze beginnen uit te doven. Astronoom Rien Dijkstra (1976) promoveerde op ze, maar tegenwoordig doet hij zijn sterrenkundig onderzoek pro deo in zijn vrije tijd. Hij heeft een baan als IT-programmeur. 

Zijn er veel rode reuzen?

Niet heel veel tegelijkertijd. Veel sterren worden uiteindelijk wel rode reuzen, maar het  is een fase die relatief kort duurt. Onze eigen zon wordt ook een rode reus. Maar ik zou er geen levensverzekering op afsluiten, want dat is pas over zo’n 5,5 miljard jaar. Het is de oppervlaktetemperatuur die de kleur bepaalt. Rode reuzen zijn met hun 3000 graden relatief koele sterren. De gele zon is zo’n 6000 graden. Als we in plaats van de zon een rode reus hadden dan verdwenen Mercurius, Venus, onze aarde en misschien ook Mars daarin.

En dan zijn er ook nog rode superreuzen?

Die zijn nóg groter. Zoeen zou in ons planetenstelsel tot aan Jupiter komen, of misschien zelfs de baan van Saturnus bereiken. Rode superreuzen zijn zeldzamer. De massa die sterren aan het begin van hun leven hebben, bepaalt of ze een rode reus of superreus zullen worden. De superreuzen zijn veel massiever. Als sterren meer dan acht keer de massa van de zon hebben kunnen het rode superreuzen worden. 

Dat gebeurt niet altijd?

Nee, niet elke massieve ster wordt een rode superreus. Van de levensloop van die massieve sterren hebben we nog niet alle details in kaart. Mijn eigen onderzoek gaat over de omgeving van rode reuzen. Ze verliezen veel materiaal, dat verder afkoelt naarmate het verder weg raakt. Microscopische roet- en zanddeeltjes bijvoorbeeld. Ik heb ijs op zanddeeltjes bestudeerd. De stoffen die een ster uitstoot kun je in het infraroodspectrum zien. Dat  materiaal vertelt iets over de ster zelf, bijvoorbeeld hoe hij pulseert, dus inkrimpt en weer uitzet.

In bepaalde fases verdwijnt elk zicht op de ster zelf. Dan zie je alleen nog gas en stof. Bij rode reuzen is op den duur zo veel materiaal weg dat de kern zichtbaar wordt. Wat er dan overblijft heet een witte dwerg. Die zijn ongeveer zo groot als de aarde, maar hebben wel minstens de helft van de massa van de zon. In extreme gevallen, als zich heel veel materiaal van een naburige ster verzamelt op zo’n dwerg, dan wordt die zo zwaar dat hij explodeert.

Maar massieve sterren doorlopen na de rodesuperreusfase nog een paar fases. Uiteindelijk exploderen ze als supernova. Dan laten ze neutronensterren achter, of zwarte gaten. Het is allemaal een kringloopproces, een nieuwe generatie sterren gebruikt het materiaal dat oude sterren de ruimte in sturen. 

Zijn er rode reuzen in de buurt?

Dat vind ik een van de mooie dingen van rode reuzen: je kunt er een paar soms zelfs met het blote oog zien. De ster Mira in het sterrenbeeld Walvis is de bekendste. En in Orion heb je een rode superreus: Betelgeuze. 

Zaterdag 6 april spreekt dr. Rien Dijkstra over ‘Rode (super)reuzen: hoe Goliath in David verandert’. 10.30 uur. Aviodrome, Pelikaanweg 50 Lelystad. Toegang: € 7,-.

“Voorlopig zijn we nog een soort dorpsdokters”

Global change, de veranderende aarde, eigenlijk zou het een Nederlandse naam moeten hebben,” bedenkt dr. P. Westbroek (53) zich in de loop van het gesprek. We praten – door de telefoon, aangezien hij lange tijd in Parijs zit – omdat hij een van de sprekers is op het symposium over ‘de veranderende aarde’ dat 16 juni in het gerenoveerde Trippenhuis gehouden wordt.

Die dag opent H.M. de Koningin niet alleen de tentoonstelling over het Trippenhuis en zijn bewoners door de eeuwen heen, maar zij zal ook een deel van de bijeenkomst bijwonen. Waarover zal ze geïnformeerd worden, en hoe? “We geven allemaal een korte samenvatting van onze lezing als ze aan het eind van de dag binnenkomt,” vertelt Westbroek, die als hoofddocent geobiochemie verbonden is aan de universiteit van Leiden. “De veranderende aarde wordt vanuit de alfakant, de bètakant, vanuit economische aspecten en wat al niet bekeken.”

Naast Westbroek treedt prof.dr. P. Nijkamp op, wiens vakgebied regionale economie en economische geografie is, en prof.mr. J.G. Lammers, hoogleraar internationaal milieurecht. De voorzitter van het clusterbestuur Levenswetenschappen, prof. Joosse, neemt de rol van dagvoorzitter op zich. Westbroek is erg enthousiast over het thema, dat volgens hem karakteristiek is voor wat er in de wetenschap gaande is. “Ik zeg altijd dat na 150 jaar de apartheid nu voorbij is. Voor die tijd bestond de universele geleerde nog, daarna zijn de vakken steeds uit elkaar gegroeid. Ik denk dat er nu sprake is van een kentering: de disciplines komen weer bij elkaar.”

 Straat oversteken

“Hoe dat komt? Met de huidige problematiek is het nodig het systeem aarde te kennen. Het is zo complex: het gaat zowel om CO2-uitstoot als om de bevolkingsexplosie, de economische verhoudingen tussen oost en west en nog veel meer. En door de komst van de computer kunnen we nu beginnen modellen te maken van de interactie van al die verschillende dingen. Dat zijn dan simulaties.”

“Het gaat in feite om het type berekening en het soort experiment dat iedereen zelf altijd en overal doet. Elke keer dat je de straat oversteekt hou je rekening met complexe zaken die op elkaar inwerken en maak je daar een model van in je hoofd. En iedere keer dat je veilig aan de overkant bent gekomen is je experiment geslaagd: je model klopt. In de wetenschap gaat het precies zo, alleen gaat het om nog complexere dingen. Neem zoiets als het klimaat, dat heel belangrijk is voor die global change. Wat bepaalt het klimaat? Dat zijn honderd en een dingen: gletsjers, wolken, planten, organismen in de zee, platentectoniek enzovoort. De modellen zijn dan ook nog primitief.”

Daarmee komt Westbroek op de politiek, die vrijwel vanaf het begin een rol speelde bij de ontwikkelingen rond de ‘veranderende aarde’. “Het begrip global change is ingevoerd door Herbert Friedman, ik geloof in 1974. Het geofysisch jaar was toen afgelopen en er was een stel Amerikanen bij elkaar gekomen die een programma opstelden om het aarde-zon systeem te gaan bekijken. Dat kwam voort uit zorgen om de veranderende aarde. Sindsdien is er een hoop tot stand gebracht, maar het werd heel gauw een politieke kwestie. Friedman heeft zich ook schielijk teruggetrokken toen dat duidelijk werd.”

“Het oorspronkelijke plan was om het aarde-zon systeem over 4,5 miljard jaar te onderzoeken, en dat is toen teruggebracht tot 160.000 jaar. Dat geeft het iets oppervlakkigs, dat vind ik ook. Het is of je een sollicitatiegesprek houdt met iemand die geen geheugen heeft. Je vraagt ‘wat heb je gestudeerd?’ en de sollicitant zegt ‘Ja hoor eens, dat doet er nu niet toe, dat was een andere tijdschaal’.”

“De aarde heeft een enorm ‘geheugen’. Er is een ontwikkeling van 3,5 miljard jaar, in die tijd heeft het leven zich ontplooid tot wat we nu hebben. De stofwisseling, van groot belang voor het klimaat, is al in een ver verleden tot ontwikkeling gekomen. Daar moet je niet weer stukjes af gaan snijden. Alleen vanuit historisch perspectief, in een veel groter verband, kun je echt goed onderzoek doen. Op het ogenblik is teveel erg gericht op de praktijk. Het is beleidsgericht onderzoek, en dat is alleen goed mogelijk als er voldoende fundamenteel voorwerk is gedaan.”

 Dorpsdokter

 Zelf maakt Westbroek zich “niet zo’n zorgen” over de toestand en toekomst van de aarde. “Maar”, voegt hij daar haastig aan toe, “dat is een persoonlijke privémening. Ik ben een Nederlander, misschien is dat het: als het water ons tot de lippen gestegen was, dan vonden we daar telkens weer een oplossing voor. Maar het moet natuurlijk allemaal wel onderzocht worden, zodat je ook op tijd maatregelen kunt nemen.”

“Kijk, Lovelock, de man van de Gaia-theorie, zei eens: ‘we weten nog niet zoveel. Het is net als de dokter die vroeger ook bijna niks had, en alleen rust en hygiëne voor kon schrijven. Dat bracht toch al een grote verbetering.’ Voorlopig zijn we dus een soort dorpsdokters, hooggestemde wetenschap is er nog niet.”

Emiliania, het eencellige algje dat in de vorige Akademie Nieuws ook al ter sprake kwam in het gesprek met Prof. van Hinte over de Raad van de Aardwetenschappen, laat zien hoe de wetenschappen bezig zijn samen te smelten. Het algje maakt een kalkskeletje en scheidt daarbij koolstof uit, dat enerzijds CO2 onttrekt en anderzijds zorgt voor wolkvorming, wat weer leidt tot een grotere lichtreflectie van de aarde.”

Een klein organisme met grote gevolgen kortom, dat zich betrekkelijk gemakkelijk op alle niveaus laat bestuderen. Westbroek: “De hele Atlantische oceaan zit er vol mee, je kunt er met een boot doorheen varen, en kijken wat er gebeurt, je kunt ze vanuit de satelliet zien, maar je kunt het ook moleculair-genetisch onderzoeken. Met diepzeeboringen kun je hun geschiedenis nagaan: hoe gedroeg die cel zich in een ijstijd et cetera.”

“Het idee is natuurlijk dat als we van dit ene ding goed weten hoe het zit, we dan met weinig moeite ook de rest kunnen begrijpen. Het einddoel is een model van een cel, op alle schalen: op tijdschalen van miliseconden tot duizenden jaren, en op een ruimteschaal van het cellulaire tot het populatieniveau, tot je op mondiaal niveau bent. Zo’n model is een soort creatie, er zit altijd iets persoonlijks in van de mensen die het opstellen. Daarom is het onderzoek een groeiproces, maar het komt er wel.”

Westbroek ziet nog iets anders komen. “Ik denk dat dit soort onderzoek invloed heeft op het denken van de mensen”, zegt hij. “Dat begint net te komen: een andere manier van denken en voelen over de wereld, en hoe het verder moet. We beginnen ons te realiseren dat het uiterst belangrijk is wat er bijvoorbeeld in Cambodja of waar dan ook gebeurt. Het heeft ook met goed en kwaad te maken. En met de crisis in de ideologie die je overal ziet kan hier iets uitkomen. Wat het wordt dat weet ik niet, maar ik zie dat ‘global change’ de studenten enorm aanspreekt.”

Leve de planeet Mars

Op onze koude buurplaneet Mars zou zich heel goed de sleutel kunnen bevinden voor het ontstaan van leven op aarde, zegt planetair geologe Tanja Zegers van de Universiteit Utrecht. Zegers (1967) werkt ook in het team van de nu lopende eerste Europese Mars-missie, de ‘Mars Express’ van de European Space Agency (ESA). 

Wat zoeken we op Mars?

Het eerste miljard jaar van hun bestaan leken de aarde en Mars erg op elkaar. Maar de aarde is veel dynamischer. Fossiele records van de vroegste geschiedenis vind je hier niet. Door plaattektoniek is het materiaal van toen allemaal gerecyceld: het is weer opgesmolten in de hete kern van de aarde, en dan hooguit als vulkaangesteente uitgestoten. Maar op Mars is juist veel bewaard gebleven van de omstandigheden waaronder zo’n 3,5 miljard jaar geleden hier het eerste leven begonnen moet zijn.

Het beeld van Mars als de dorre, droge, levenloze planeet is vooral in de laatste vijf jaar verdwenen. Er blijkt veel water in de vorm van ijs te zijn. Daarmee is er ook kans op vloeibaar water, eventueel in de ondergrond, en dat geeft een grotere kans op leven.

Als er leven op Mars gevonden wordt, wat zegt dat dan?

Als je veel geluk hebt, zou er in fossielen organisch materiaal kunnen zitten. Vergelijk je dat met het leven op aarde, dan zijn er meerdere mogelijkheden. Stel, het is heel anders. Dan is er in ons planetenstelsel alleen al twee maal leven ontstaan. Dat schept hoge verwachtingen voor leven elders. Is het hetzelfde, dan kun je je afvragen of leven er altijd hetzelfde uitziet. Of is ons leven op Mars ontstaan? Dat is niet uit te sluiten. Het zou met een meteoriet gearriveerd kunnen zijn. We hebben inmiddels van Mars-meteorieten magnetietkristallen, die zo zuiver en perfect van vorm zijn dat ze een aanwijzing voor leven kunnen zijn. Op aarde zijn ze een typisch product van een bepaald soort bacterie.

Dus moet er gegraven gaan worden op Mars.

Ja, en als je de vroegste omstandigheden van dit soort planeten kent, kun je ook gaan begrijpen hoe vervolgens het leven de omstandigheden verandert. Een fascinerend gegeven. Zuurstof is een afvalproduct van leven, met fijne bijwerkingen, zoals een ozonlaag, die het zonlicht filtert. Ook CO2-cyclussen worden beïnvloed door leven. Schelpjes binden bijvoorbeeld CO2. Mede daarom is de aarde niet zo’n extreme broeikas als Venus.

Is het duur om brokken Mars naar de aarde te halen?

Nou, als ik zie hoeveel miljarden er voor de kredietcrisis beschikbaar zijn… De nu lopende missie kost 300 miljoen. Voor de toekomst staat er een bijna wereldwijd ‘Mars sample return’-programma op stapel. Een aantal missies, waarvoor bijvoorbeeld ter plekke een lanceerinstallatie geïnstalleerd moet worden. Dat zal minstens vijf miljard euro kosten. Op grond van het Bruto Nationaal Product mag je trouwens verwachten dat ons ‘innovatieve’ Nederland vijf procent bijdraagt aan de kosten van ESA, en niet zoals nu maar twee à drie.

Vanavond spreekt dr. TANJA ZEGERS over ‘Graven op Mars’, 20:15 uur. Het Meisjeshuis, Oude Delft 112, Delft. Toegang gratis.

NRC Next zette dezelfde dag ‘Graven op de planeet Mars’ boven dit stuk.

“Ik zie het nog van buitenaf”

“Nee, iets verder weg nog, vanuit hier kun je het goed zien,” zegt Prof. A.J.B. Zehnder met het zachte accent waarin zijn Zwitserse afkomst nog doorklinkt. In de heldere vrieskou wijst hij trots naar boven: het gebouw van de Vakgroep Microbiologie van de Landbouwuniversiteit in Wageningen heeft inderdaad onmiskenbaar de vorm van een schip. En Zehnder (45) is de kapitein. Sinds 1983 is hij hoogleraar microbiologie en voorzitter van de vakgroep.

En sinds kort (“Ik geloof dat de brief in augustus kwam”) is hij ook lid van de Akademie. Erg veel heeft hij daar dus nog niet van gemerkt, maar positieve kanten aan zo’n lidmaatschap ziet hij zeker.

Zehnder: “Ik denk dat het een verbreding van mijn horizon kan inhouden met mensen die van hun vak houden. Ik neem tenminste aan dat ze dat doen. En ik heb wel al gemerkt dat ik bepaalde informatie nu eerder krijg. Over het International Biosphere Programme bijvoorbeeld. En je hoort over onderzoekscholen, dat is een voordeel.”

Indirect heeft Zehnder de afgelopen tijd wel met de Akademie te maken gehad. Hij is voorzitter van de wetenschapscommissie van het Nederlands Oecologisch Instituut in oprichting. “Het NOI i.o.,” zegt hij lachend, “ik hoop dat dat i.o. binnenkort wegvalt. Een van de doelstellingen die we hebben voor dat instituut is dat het het oecologisch geweten van Nederland wordt. En ik denk dat het heel goed is dat dat NOI onder de Akademie valt. Die biedt op de lange termijn meer bescherming dan de vrije markt.”

“De ecologie is echt door een dal gegaan. Begin jaren tachtig was het allemaal biotechnologie wat de klok sloeg: alles moest meteen toepasbaar zijn. Daardoor werd de fundamentele kant van het onderzoek een beetje vergeten, terwijl die twee samenhangen. Ik zeg het altijd zo: fundamenteel onderzoek is je kapitaal op de bank, en in toepassingen kun je investeren. Door het milieu is de ecologie nu mooi in the picture gekomen, maar tot 1988 vond men het vooral een stelletje hobbyisten. Maar je wordt natuurlijk betaald door de maatschappij, en ik vind ook dat je die maatschappij iets terug moet geven.”

Zelf doet Zehnder dat ook. Hij houdt zich onder andere bezig met de afbraak van milieuvreemde stoffen (xenobiotica) in bodem en grondwater, en met de biologische verwijdering van van fosfaat uit afvalwater.

Dat gebeurt met behulp van bacteriën. Het biologisch elimineren van fosfaat uit afvalwater is een zeer goed alternatief voor voor de bestaande chemische processen, volgens Zehnder. Het is goedkoper en een stuk milieuvriendelijker. Zehnder: “Dit zijn voorbeelden hoe je fundamenteel onderzoek kunt koppelen aan vragen uit de maatschappij zonder de wetenschappelijke nieuwsgierigheid van de onderzoeker geweld aan te doen, terwijl je mogelijkheden aandraagt om problemen in het milieu aan te pakken en mogelijk zelfs op te lossen.”

Aardgasbacteriën 

Bij Zehnder op de vakgroep wordt ook onderzoek gedaan naar archaebacteriën, bacteriën die van extreme omstandigheden houden. Zehnder: “Daar horen bacteriën bij die zonder zuurstof leven en methaan vormen, en bacteriën die zich uitstekend thuisvoelen bij een zeer lage pH-graad (in zwavelzuur) en bij honderd graden Celsius. Methaanbacteriën zijn verantwoordelijk voor een groot deel van het aardgas in Nederland. Ze hielpen en helpen Nederland dus een beetje aan zijn welvaart.”

Zehnder ziet een grote toekomst voor de moleculaire ecologie. “We hebben nu de instrumenten om de ecologie moleculair aan te pakken. De erfelijke informatie op het DNA of RNA maakt het mogelijk om organismen te herkennen in hun milieu, zonder ze te isoleren.” De samenwerking tussen verschillende disciplines vindt Zehnder van groot belang. Micro-organismen in relatie tot landbouw, milieu en industrie staan centraal bij alles wat hij doet. Dat betekent dat hij zowel uit de technologische als uit de biochemische en moleculaire biologie moet putten.

Klein 

Over het onderzoeksklimaat in Nederland is hij erg te spreken. Hij heeft ook vergelijkingsmateriaal. Zehnder werkte ondermeer aan de universiteit van Wisconsin en aan de Stanford universiteit in Amerika, en vlak voor hij naar Nederland kwam aan het Swiss Federal Institute of Technology in Zürich, waar hij zijn opleiding begon. De ‘Reagenomics’ maakten dat hij de Verenigde Staten zonder spijt verliet, en zijn positie aan de Landbouwuniversiteit Wageningen is zo te horen bijna ideaal.

Zehnder: “Je hebt op de universiteit als hoogleraar een vrijheid die je elders niet gemakkelijk terugkrijgt, ook al moet je die vrijheid wel zelf nemen. Het is prettig in Nederland te werken. Het is klein en dus overzichtelijk, en ‘Dutch microbiology’ is een begrip in de wereld. Nederland is bereid onderzoek uit het buitenland binnen te halen. Toen ik hier kwam was ik verbaasd over hoe open en bereid om mee te werken men overal was. Als je het echt nodig hebt is er ook geld.”

Mentaal soepel

“En de studenten zijn enorm geinteresseerd. Aan de ene kant zijn ze natuurlijk een ‘pain in the neck’: er zijn altijd problemen, je zit met practica, het kost allemaal moeite. Maar het zijn jonge mensen, en die zijn kritisch. Die zeggen ‘je hebt het nu misschien wel vijf jaar zo gedaan, maar moet het echt zo?’. Dat houdt je mentaal soepel.”

“En alle onderzoeksinstituten ten spijt: heel veel nieuwe ideeën komen toch uit de universitaire wereld. Als je mensen opleidt hoop je bovendien dat er goede promovendi uitkomen. Daar krijg je als opleider een extra kick van. Kijk, we zitten hier met zo’n vijftig mensen in de vakgroep. Het boeiende zijn de aangrenzende gebieden aan je eigen terrein. Die maken dat je vorderingen kunt maken. En als je ideeën hebt zijn de promovendi de handen die voor de uitvoering zorgen.”

Maar er zijn natuurlijk ook nadelen. Zehnder: “De financiering is te versnipperd. Hoogleraren, vakgroepleiders zijn veel te veel bezig met vergaderen om aan hun centen te komen. Daarmee gaat ook veel creativiteit verloren. Dat moet anders kunnen, maar je moet zorgen dat het wiel niet opnieuw wordt uitgevonden. NWO kan een voorbeeld zijn. Dat is structureler opgezet, dat is een centraal punt vanwaaruit het onderzoek gecoördineerd wordt. Maar dat kan natuurlijk alleen als je geld hebt. Ambtenaren zijn wat dat betreft een gevaar. Een ambtenaar met geld voelt zich lekker, maar je moet uitkijken dat je niet met twintig organisaties komt te zitten die allemaal hetzelfde doen.”

De Akademie zou volgens Zehnder wat duidelijker aanwezig moeten zijn in de wetenschappelijke wereld. “Ik heb nog maar een vage indruk van wat de Akademie is,” zegt hij, “gevoelsmatig heb ik het idee dat ze wat beter uit de verf zouden kunnen komen. Dat moeten ze zelf veroveren. De Akademie zou volgens mij altijd de eerstaangesprokene moeten zijn als het gaat om het hooghouden van de kwaliteit van het onderzoek. Daarom vind ik het jammer dat de raden voor wetenschapsbeleid een aparte organisatie zijn. Kijk, ik zie het allemaal nog van buitenaf. Maar dat is misschien maar goed ook, want over een tijdje ben ik er waarschijnlijk blind voor geworden.”

Stap voor stap naar duizend miljard antistoffen

Ons afweersysteem is zijn vak. Levert dat een andere kijk op de wereld op? Zie je dan steeds overal mogelijke belagers? Menno van Zelm grinnikt even bij dat idee, maar zegt dan toch: ‘Nou, ik was zeven jaar niet ziek geweest, maar afgelopen winter ineens vijf keer. Ik heb een zoon van een jaar, en ik ben er wel over gaan nadenken. Hij is zijn afweer aan het opbouwen, en kennelijk word ik daar ook ziek van. Hoe dat kan? Kinderen zitten aan alles, en vaak dicht op elkaar. Ik denk dat mijn zoon dingen meebrengt die net een beetje anders zijn dan wat mijn afweersysteem al kende.’

Net een beetje anders. Daarin schuilt het probleem en tegelijk de kracht en het mirakel van het immuunsysteem. Dat moet antistoffen maken, en het zijn uitgerijpte B-cellen die dat doen. Van Zelm: ‘Antistoffen neutraliseren bacteriën en virussen en maken ze dood. Elke antistof is anders. En elke B-cel maakt weer een andere.’ Van die B-cellen produceren we er zoveel dat ze samen het duizelingwekkende aantal van meer dan duizend miljard verschillende antistoffen kunnen opleveren.

Van Zelm: ‘Als je bedenkt dat we maar zo’n 19.000 genen hebben, lijkt die variëteit onmogelijk. Maar sinds de jaren zeventig en tachtig is bekend dat elke B-cel die wordt aangemaakt z’n erfelijk materiaal een beetje verandert. Dus kan iedere cel weer net een andere indringer herkennen en daarop reageren.’

Hoe dat kan, hoe dat dan werkt met die DNA-veranderingen, is wat Van Zelm ging onderzoeken voor zijn proefschrift. Hij vond onder meer vijf stadia die een B-cel in het beenmerg doorloopt voordat hij klaar is om iets te gaan herkennen. ‘En voordat hij antistoffen gaat maken, zijn er nog twee of drie of vier stappen.’ Met behulp van het aankleuren van eiwitten en de eerste, heel fraaie, 3D-opnames van de specifieke stadia kon Van Zelm laten zien dat de DNA-wijzigingen niet willekeurig zijn – wat je bij zo’n enorm arsenaal bijna zou denken. ‘In 3D zie je dat het DNA zo gevouwen wordt dat stukjes die dicht bij elkaar moeten komen inderdaad gericht samenkomen.’

Kennis die hij ook inzet voor onderzoek naar patiënten met een ernstige afweerstoornis, die niet of nauwelijks antistoffen maken. Van Zelm: ‘Een op de 20.000 kinderen heeft zo’n stoornis. Bij enkelen ontbreekt, als gevolg van een afwijking in een gen, het eiwit CD19.’ Levensgevaarlijk. Vooralsnog is daar niets anders aan te doen dan patiënten eens in de paar weken een bloedproduct met antistoffen van een groot aantal andere mensen toe te dienen, en ze antibioticakuren te geven. ‘We hebben uitgezocht welk gen afwijkt en ook hoe de afwezigheid van CD19 tot ziekte leidt,’ vertelt Van Zelm. ‘En het werkt ook omgekeerd: we krijgen nu inzicht in waar dat ene eiwit belangrijk voor is, welke processen er nodig zijn bij gezonde mensen.’

En dat allemaal terwijl Van Zelm eigenlijk diergeneeskunde wilde doen. Hij werd twee keer uitgeloot. Gelukkig bleek er bij zijn tweede keus biologie ook zoiets als moleculaire biologie te bestaan. Daar studeerde hij in af, om zich daarna op het Hubrecht Instituut met het beroemde miniwormpje C. elegans bezig te gaan houden. Maar dat was het niet helemaal. Van Zelm:’Ik wilde toch iets dat dichter bij de mens stond, en werken aan een groot biologisch systeem, met netwerken en interacties. Immunologie aan de Erasmus in Rotterdam paste daar perfect bij.’ Wat ze er doen, is groepswerk, benadrukt hij. ‘Maar denk daarbij aan een jong en dynamisch team, niet aan grijze muizen. Dat beeld moet echt veranderen.’

Menno van Zelm
1979
Bioloog/immunoloog
Groepsleider van de unit Moleculaire
Immunologie aan het Erasmus MC Rotterdam

Ontvangt de prijs voor zijn onderzoek naar de cellulaire en moleculaire mechanismen die antistofdeficiënties veroorzaken – ernstige aandoeningen aan het afweersysteem

Door de staart van een ijsbal

Precies een eeuw geleden zorgde de komeet Halley voor veel onrust én omzet volgens Alex Scholten (1962). De voorzitter van de Nederlandse Kometenvereniging, in het dagelijks leven IT’er bij een verzekeraar, loopt al 35 jaar warm voor sterrenkunde.

De mensen waren in 1910 bang voor Halley?

‘Al vanaf de oudheid werden kometen als de oorzaak van rampspoed gezien. Oorlogen, de dood van een koning, er is natuurlijk altijd iets. In 1910 was er echt een hype, en werd de wereldondergang voorspeld toen Halley op komst was. Net een paar jaar daarvoor was namelijk de spectroscopie uitgevonden. Daarmee kun je zien wat voor soort gassen er in de staart van een komeet zitten. Behalve water en kooldioxide bleek dat ook een heel klein beetje blauwzuurgas te zijn.’

Maar ze wisten toen toch dat de wereld nog nooit vergaan was als Halley langskwam?

‘De eerste beschrijving van de komeet dateert inderdaad al van 240 voor Christus. Daarna zijn er nog heel veel waarnemingen geweest. Pas sinds de voorspelling van Edmund Halley uitkwam dat de komeet in 1758 opnieuw zou verschijnen, heet hij de komeet van Halley, en weten we dat hij elke 76 jaar te zien is. Halley was een vriend van Newton, en kon met diens nieuwe natuurkundewetten berekeningen van de baan maken.’

‘Maar voor het kometenjaar 1910 – nog voor Halley verscheen er een onverwachte, heel heldere komeet – was er iets bijzonders berekend: dit keer zou de aarde door de komeetstaartbewegen. Wetenschappers stelden alles in het werk om duidelijk te maken dat er geen gevaar voor vergiftiging door het blauwzuurgas was. De NRC van 18 mei 1910 legde het ook keurig uit: die vergeleek de hoeveelheid met de rook van iemand die langs het spoor een sigaretje stond te roken, en dat je daar dan een uurtje later met de trein langsdenderde. Maar dat was aan dovemansoren. De commercie maakte handig gebruik van de angst door onderzeeërs en schuilkelders aan te bieden. Er waren ook komeetpillen te koop, waarmee je er geen last van zou hebben. En in reclamecampagnes voor bijvoorbeeld zeep werd erop ingespeeld, zoals je nu met het WK voetbal ziet.’

Wat is een komeet eigenlijk?

‘Een grote smerige sneeuwbal. In 1986 werd de eerste grote Europese ruimtesonde op Halley afgestuurd: Giotto, genoemd naar de Italiaanse schilder die in 1304 naar alle waarschijnlijkheid de komeet Halley afbeeldde als de ster van Bethlehem. De ruimtesonde liet zien dat Halley een aardappelvormige ijsbal van een paar kilometer doorsnee is, met een donkere korst eromheen: een laagje koolstof waarin in de buurt van de zon breuklijnen verschijnen. Een soort chocodip-ijsje, dat dan fonteinen of geisers van gas en stof gaat spuiten.’

Wanneer is Halley op?

‘Oh, hij kan nog honderden keren langskomen. De meeste tijd hangt hij in de uiterste regionen van ons zonnestelsel. In 2061 zie we hem keurig weer terug.’ 

Vrijdag 14 mei spreekt Alex Scholten over ‘100 jaar geleden: angst voor Halley’. 20.00 u. Volkssterrenwacht Bussloo, Bussloselaan 4, Voorst. Toegang: € 3,- (jeugd t/m 14 jr. € 2,-)

NRC Next zette ’s ochtends ‘Angst voor een komeet’ boven dit interview. 

Hou die rosse ster in de linkerbovenhoek van Orion in de gaten

‘Kosmische Rampen’ heet het symposium dat de afdeling Friesland van de Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde deze week houdt. Voorzitter Klaas-Jan Mook bespreekt er een paar rampen die ons kunnen overkomen. Mook (1968) is IT’er en werkt bij het Ministerie van Defensie. 

Welk onheil nadert ons?

In het sterrenbeeld Orion, staat in de linker bovenhoek een roodachtige ster. Een grote jongen, zo’n duizend keer de doorsnee van onze zon. Hij is behoorlijk goed zichtbaar, en heet Betelgeuse. Als die explodeert, verschijnt er een geconcentreerd, puntvormig plekje licht, dat pijn aan je ogen doet. Een tweede zon, die een paar dagen tot enkele maanden zichtbaar zal zijn. Heel spectaculair. Je zult er de krant bij kunnen lezen. Maar ook komt er straling bij vrij, die zeker voor een hoger aantal gevallen van kanker zal zorgen. Niet dat de mensheid wordt uitgeroeid, maar het zal effect hebben. 

Hoe groot is de kans daarop?

Het is zeker dat dat zal gebeuren, we weten alleen niet wanneer. Misschien is het zelfs al zover. Het kan vierhonderd jaar terug al gebeurd zijn. Dat licht heeft ons nog niet bereikt. Maar het kan ook nog honderdduizend jaar duren. Men houdt dat wel in de gaten. Tegenwoordig kunnen telescopen zelfs het oppervlak zien pulseren. Ik zou het wel willen meemaken.  

Komt er nog meer gevaarlijks aan?

Het is niet zeker, maar het zou wel veel gevaarlijker zijn als er een zwart gat ons zonnestelsel binnen zou komen. Het probleem met zwarte gaten is: we weten niet hoeveel het er zijn. Je kunt ze namelijk niet zien. Alleen als ze in de buurt van bijvoorbeeld een ster komen, dan zie je dat er iets met een grote massa omheen draait, en dat daar spul in verdwijnt.  De kernen van alle melkwegstelsels bestaan uit hele grote zwarte gaten. Maar misschien bestaan er ook kleintjes, misschien zijn dat er zelfs wel veel meer. Komen we echt in de buurt van een zwart gat, dan zou de aarde als een sliert uit elkaar getrokken worden.

Maar een zwart gat kan ook de banen beïnvloeden van de planeten in ons zonnestelsel. Dan zou ook de baan van de aarde om de zon kunnen veranderen, minder cirkelvormig worden. Dan krijg je veel warmere zomers en zeer koude winters. Als dat effect te sterk is, wordt het hier onleefbaar.

Nog andere mogelijkheden?

De maan zou ook door een groot object geraakt kunnen worden, en dan bij elke omwenteling groter worden voor ons en dichter bij de aarde komen. Binnen drie weken zou hij neerstorten, terug op de aarde waar hij ooit begonnen is. Dan ontstaat er een nieuwe planeet. Maar daar zijn wij niet meer bij dan. De mensheid zou het niet overleven. In theorie kan dit elk moment gebeuren. Maar die kans is wel echt heel klein hoor, want we zijn er nog steeds na 4,5 miljard jaar. 

Zaterdag 25 februari  spreekt drs. Klaas-Jan Mook over ‘Naderend Onheil’. 16.15 uur. Eden Oranjehotel, Stationsweg 4, Leeuwarden. Toegang (voor symposium)  € 10,- Inschrijven knvws-friesland@sterrenkunde.nl of  06-22647705.’

‘Botsen we tegen de maan of sterven we aan straling?’ zette NRC Next ’s morgens boven dit stuk.

Met een koffertje kernafval in de trein naar Leiden

Honderd jaar geleden kreeg Marie Curie niet alleen haar tweede Nobelprijs, maar ze nam ook de trein naar Leiden met in haar koffer wat radium. Dat radium is nu te zien in museum Boerhaave. Wetenschapshistoricus en curator Ad Maas (1970) kent het deels treurige verhaal erachter. 

Heeft Marie Curie radioactiviteit ontdekt?

Nee, dat had de Franse natuurkundige Bequerel al gedaan. Die zag bij uranium een onbekend soort straling. Zeer energieke straling, maar hij deed er verder niet veel mee. Marie Curie en haar man Pierre hebben het verschijnsel echt op de kaart gezet. Het woord radioactiviteit is wel van haar, en haar eerste Nobelprijs, voor natuurkunde, was voor het onderzoek naar radioactiviteit. Ze deelde hem met haar man en met Becquerel. De eerste keer dat een vrouw een Nobelprijs kreeg. 

Maar radium was wel haar ontdekking?

Ja, en polonium ook. Dat noemde ze naar haar geboorteland Polen, en het speet haar altijd dat ze die namen niet omgekeerd had. Radium komt veel meer voor, bleek later. Die twee elementen isoleren was lang en zwaar werk. Daar kreeg ze in 1911 de Nobelprijs voor chemie voor.

Maar indertijd  was de aard van de straling nog helemaal onbekend. Waar kwam het vandaan? Van binnenin het atoom? Of was het eerst geabsorbeerd en kwam het er daarna weer uit? Het bleek uiteindelijk het eerste te zijn – dat is het verval waaruit radioactiviteit bestaat. Radium gloeit heel mooi blauwachtig paars. Dat je er ziek van kunt worden, konden ze zich niet voorstellen, ook al hadden Marie en Pierre allebei grote gezondheidsklachten. Nog steeds loopt de discussie over hoe gevaarlijk het nou precies is. Dat zag je weer bij Fukushima. 

Wat kwam ze doen in Leiden?

Op bezoek bij Kamerlingh Onnes, de grootvorst van de kou. Radium was heel bijzonder, omdat het niet op verhitting leek te reageren en ook niet op kou. In Leiden kon het ondergedompeld worden in vloeibare waterstof, dat is ruim 250 graden onder nul. Er gebeurde niks. Dat lijkt een anticlimax, maar het is wel degelijk een belangrijk resultaat.

Madame Curie zou nog een keer terugkomen voor vervolgonderzoek, maar omdat dat nooit gebeurd is, hebben we hier nog steeds dat preparaat. Daar is nu een speciale vitrine voor gebouwd, waar je ook nog op anderhalve meter afstand van moet blijven. Normaal ligt het bij een bedrijf voor kernafval. Wel een contrast met gewoon in een koffer in de trein. 

Waarom kwam ze niet meer terug?

Door wat nu een burn-out zou heten. In 1906 had ze haar man Pierre verloren, en daarover was ze zeer in de rouw. Maar net rond de tijd dat ze in Leiden was, kreeg ze een affaire met de natuurkundige  Paul Langevin. Daar leefde ze van op, maar het werd een geweldig groot schandaal. Ze verdween een hele tijd uit beeld en schijnt nooit meer een liefde gehad te hebben. 

Donderdag 8 december spreekt dr. Ad Maas over ‘Women in chemistry, Marie Curie’. 14.15 u. Museum Boerhaave, Lange St. Agnietenstraat 10 Leiden. Toegang: € 5,-

Dinsdagochtend 6 december stond er boven dit stukje in NRC Next simpelweg ‘Radium en liefde’.

“Een goede voordracht is zoiets als een concert bezoeken”

Ze is er niet gerust op: “Ik weet dat er vaker goed onderzoek is afgestoten, ondanks dat het goed was.” Dr. Ria Broer-Braam (39) doet goed onderzoek, daar zijn alle betrokkenen het over eens. Maar ze heeft de laatste twee jaar geen nieuwe projecten voor promovendi durven indienen.

Broer is sinds 1987 Akademie-onderzoeker bij de werkgroep Theoretische Chemie aan de universiteit van Groningen. Ze begon daar met de garantie dat er formatieruimte zou zijn aan het eind van haar fellowship, – overigens een voorwaarde die de Akademie stelt. Maar bij een reorganisatie een paar jaar geleden verviel die plaats. Broer kan er dus straks niet naar solliciteren. Inmiddels is er van verschillende kanten protest aangetekend, maar boze brieven en de wil de zaak te regelen verzekeren nog geen oplossing.

Haar boodschap aan de KNAW in deze kwestie is: “Ze moeten opletten wat er met de akademie-onderzoekers gebeurt. Het kan niet zo zijn dat die uiteindelijk als een soort zware post-docs beschouwd gaan worden.”

Vaste stoffen

Het gaat Broer echt aan het hart, en niet alleen omdat ze anders zelf  hoogstwaarschijnlijk universitair hoofddocent geworden zou zijn. Broer: “Een tak van onderzoek bloedt op deze manier dood. Dat is slecht. Zeker gezien de know-how hier in Groningen. Er wordt hier veel gedaan aan experimentele fysica. Mensen van allerlei verschillende disciplines werken samen in het MSC, het Materialen Studie Centrum. We kijken bijvoorbeeld allemaal naar kristallen. Dat MSC is krachtig, de kwantumchemie mag daar niet in ontbreken.”

Theoretische chemie, proberen een kwantummechanische beschrijving van moleculen en vaste stoffen te geven, dat is het vak van Broer. Exacte vakken hadden op de MULO al haar voorkeur. Ze gingen haar zelfs zo goed af dat ze na haar einddiploma ook nog een opleiding HBS-B volgde. De leraar scheikunde zorgde ervoor dat haar studiekeuze bij scheikunde en niet bij natuurkunde kwam te liggen. Broer: “Studeren was in mijn familie niet gebruikelijk. Die leraar kwam toen bij mij thuis vertellen dat dat toch een goed idee was. Hoe ik er zelf op kwam om te willen studeren? Ik was al vroeg eigenwijs denk ik.”

Fragmenten

Waar draait het om bij quantumchemie? Broer: “Atomen, moleculen en vast stoffen zijn opgebouwd uit kernen en elektronen.Die deeltjes zijn te klein om ze te kunnen zien en bovendien zijn ze zo licht dat ze niet aan de klassieke bewegingswetten voldoen. Hun gedrag wordt quantummechanisch beschreven, dat wil zeggen met behulp van golffuncties. Die vind je weer met behulp van de zogeheten Schrödinger-vergelijking, dat isde bewegingsvergelijking waaraan kernen en elektronen moeten voldoen.”

“De traditionele scheikunde gaat vooral over het ontstaan en verbreken en  van bindingen tussen atomen. Ook dat kun je alleen met behulp van de kwantummechanica beschrijven. Dat is moeilijk, want de elektronenverdeling verandert sterk als er bij een chemische reactie nieuwe verbindingen tot stand komen.Ik houd me meer bezig met de beschrijving van stoffen in hun evenwichtstoestand. Mijn onderzoek is de laatste jaren gericht op de beschrijving van vast stoffen, vooral vaste stoffen met een kristalstructuur.”

“Dat doe ik op de volgende manier± ik kijk maar naar een klein stukje van het kristal, een cluster, dat bestaat uit een beperkt aantal atomen. Uit de eigenschappen van dat cluster probeer ik de eigenschappen van het kristal te vinden. Je moet er dus allereerst achter zien te komen hoe groot het stukje kristal minimaal moet zijn, willen de resultaten die je vindt ook relevant zijn voor het kristal.  Ben je eenmaal zover, dan kun je de eigenschappen van zo´n cluster gaan onderzoeken. Dan kun je gaan kijken wat er gebeurt als je er een elektron uithaalt bijvoorbeeld, of als je een elektron van de baan waarin het cirkelt naar een andere baan schiet. Excitatie heet dat.”

Praktische kanten zitten er aan de quantumchemie zeker: als het gaat om niet al te grote moleculen, zegt Broer, dan kunnen vooral de elektronische eigenschappen soms zelfs beter berekend worden dan gemeten: in de berekeningen zitten minder onnauwkeurigheden dan in de metingen. “Bij de beschrijving van vaste stoffen zijn we zover nog niet. Maar dankzij snelle computers kunnen we wel relevante informatie geven, die uit experimenten niet of maar moeilijk te halen is.”

Supergeleiders

“We doen hier ook onderzoek naar ‘onzuiverheden’ in vaste stoffen zoals silicium. In siliciumkristallen zitten die onzuiverheden, dat zijn bijvoorbeeld vreemde atomen, vaak van nature al, maar dan in zo´n kleine concentratie dat je ze niet of slecht kunt meten. We kunnen er wel berekeningen op loslaten.  Wat we willen weten is bijvoorbeeld waar zo´n onzuiverheidsatoom precies zit. Tussen de kristalatomen in? Of wordt een kristalatoom gewoon verdrongen door het vreemde atoom? Houdt zo´n onzuiverheidsatoom al zijn elektroden?”

“Een paar jaar geleden zijn we naar aanleiding van de ontdekking van de hoge-temperatuur-supergeleiders begonnen met een nieuw project. Bepaalde vaste stoffen worden supergeleidend als je ze ‘doopt’ met onzuiverheden, als je ze  met andere woorden een beetje  verandert van samenstelling. Dan verandert namelijk het aantal actieve elektronen, en je krijgt ‘elektronengaten’. Die gaten zorgen ervoor dat de supergeleiding kan optreden. Wil je de aard van supergeleiding begrijpen dan moet je het karakter van die elektronengaten, de elektronenstructuur kennen.”

Het werk van Broer heeft veel raakvlakken met de experimentele vastestof-chemie en fysica. Omgekeerd hebben de collega´s uit die hoek fysica ook weer met haar te maken. Broer zorgt er daarom voor haar resultaten weer te geven in golffuncties, die weliswaar heel bewerkelijk zijn, maar ook eenvoudig te ‘lezen’ voor natuurkundigen. Broer: “Ik weet niet of het me lukt dit uit te leggen. Kijk, van oudsher heb je twee benaderingen in de quantumchemie. Stel je een twee-atomig molecuul voor. De elektronen van dat molecuul bewegen om alletwee de atoomkernen.Dat geheel kun je beschrijven, maar je kunt ook eerst de toestand van atoom A beschrijven met zijn elektronen, vervolgens atoom B op dezelfde manier, en dan pas de koppeling tussen beide atomen maken.”

“Onze aanpak hier is verwant aan die die tweede methode, de “Valence Bond”-methode. Uiteindelijk zijn de uitkomsten overigens in beide gevallen hetzelfde, maar die “Valence Bond”-methode is tot nu toe niet veel toegepast omdat hij rekentechnisch moeilijker is. Het resultaat is echter een veel eenvoudiger beschrijving, die ook voor niet-specialisten interpreteerbaar is. Het is alles bij elkaar een heel snel bewegend veld, waarin veel mensen actief zijn. Ik moet zien op verschillende gebieden thuis te zijn. Dat is moeilijk, maar ook een uitdaging.”

Kinderen

Onvermijdelijk komt het gesprek op kinderen (Broer heeft er een van zes en een van een) en dubbele carrières. “Ik kan gelukkig met weinig slaap toe,” lacht ze. Ze is net terug van een verblijf van vier maanden in Amerika. De kinderen zijn de hele tijd meegeweest, en Broers echtgenoot kreeg van het bedrijf waar hij voor werkt toestemming twee maal voor een maand over te vliegen.

Broer boft, vindt ze, want ook op haar eigen werk ontmoet ze nooit anders dan medewerking. Maar een leven vol georganiseer is het wel. Wat er dan toch zo mooi is? “Het gevoel van daar doe ik het voor” zegt Broer. “Dat heb ik bijvoorbeeld als ik iets begrijp dat ik daarvoor niet begreep. Als ik denk: nu heb ik het in mijn vingers. Soms ook als ik dat anderen kan overbrengen in een verhaal of artikel. Luisteren kan ook prachtig zijn.

Als ik de voordrachten van Löwdin hoor, een van de groten in mijn vak, dan is dat voor mij zoiets als naar een concert gaan. Een goede denker die een goed verhaal vertelt, dat is iets om van te genieten. Wat ik mooi zou vinden om nog mee te maken? Een echt nieuwe ontwikkeling. Die zou kunnen komen vanuit de relativistische quantummechanica: die vervangt de gewone mechanica als je met de eindigheid van de lichtsnelheid rekening moet houden. De theorie daarover is gewoon nog niet in alle opzichten bevredigend.”   

Niemand heeft ook maar een flauw idee wat het is

Het is overal om ons heen, maar je ziet het niet, en niemand heeft ook maar een flauw idee wat het is: donkere energie. Toch bepaalt het ons lot, zegt sterrenkundige  Rien van de Weijgaert (1963). Hij is onderzoeker bij het Kapteyn Instituut van de universiteit van Groningen. 

Bijna alles is donkere energie en materie?

Het heelal is op het ogenblik met zo’n ongekende precisie opgemeten dat we weten dat het voor 96 procent bestaat uit twee onbekende componenten. Atomen en dergelijke, het spul waar wij van gemaakt zijn, maken samen maar 4,4 procent uit. En 23 procent bestaat uit wat we ‘donkere materie’ noemen. Dat zijn waarschijnlijk deeltjes die we nog niet kennen, maar ik verwacht dat de eerste binnenkort ontdekt wordt.

Daarnaast is er nog 73 procent donkere energie. Daarover zitten we echt met onze handen in het haar. Elke week zijn er nieuwe voorstellen voor wat het zou kunnen zijn, maar we hebben nog steeds geen idee. Het heeft een ontzettend lage dichtheid, omdat het gelijkelijk over het heelal is verspreid: donkere energie klontert niet, vandaar dat je het lokaal niet opmerkt. 

Hoe weten we dan dat het er is?

Wat betreft de donkere materie: als we kijken naar de snelheid waarmee sterren in sterrenstelsels bewegen, of sterrenstelsels in clusters, dan merken we dat er veel meer massa moet zijn, omdat ze anders uit elkaar zouden vliegen. In de jaren dertig werd dat al door onder anderen de Nederlander Oort opgemerkt.

Pas toen we het uitdijen van het heelal konden gaan bestuderen op zeer grote afstanden, en we dus veel vroeger terug in de tijd konden kijken, is de donkere energie opgemerkt.  

Hoe? Van ontploffende sterren kennen we nu de eigenschappen waaruit je kunt afleiden wat hun absolute helderheid is. Vergelijk het maar met een straatlantaarn, waarvan je weet hoeveel watt erin zit. Staat die ergens in het weiland, dan kun je uit hoe helder het licht lijkt berekenen hoe ver weg hij is. In 1998 werd daardoor iets verbazingwekkends duidelijk: de verste sterren stonden veel verder weg dan gedacht. Dat leidde tot de onontkomelijke conclusie dat het heelal steeds sneller is gaan uitdijen.  De slotsom is dat 73 procent van de energie in het heelal geen aantrekkende maar een afstotende zwaartekracht veroorzaakt. 

We worden uit elkaar getrokken?

Het wordt heel eenzaam voor ons. Op een gegeven moment is het heelal zover uitgedijd dat we geen signaal meer kunnen uitwisselen met de buren. Het is een troosteloze gedachte. Maar dat moment ligt nog erg ver weg hoor. 

Wat hebben we eraan als we weten wat het is?

Dan begrijpen we niet alleen waar we vandaan komen – het standaardantwoord – maar ook waar we naartoe gaan. En als we die 73 procent van alle energie kunnen identificeren, kunnen we het misschien ook aftappen. Dat zou de oplossing van ons energieprobleem zijn. 

Morgenavond spreekt prof. dr. Rien van de Weijgaert over ‘Donkere energie en donkere materie’. 20.00 u. Artis, Plantage Kerklaan 38-40 Amsterdam. Toegang: € 9,- (Artisleden gratis)

In NRC Next stond er dinsdagochtend ‘Duistere materie’ boven dit stuk.

De perfecte moord blijft geheim

Hij mag er niets over zeggen, maar veel gruwelijke gevallen die de voorpagina’s halen – van babylijkjes op zolder tot vliegrampen – komen terecht bij Reza Gerretsen en een team onderzoekers van het Nederlands Forensisch Instituut (NFI). Gerretsen (1971) is forensisch antropoloog, een beroep waarvoor je vooralsnog alleen in Nederland per se arts moet zijn.

Kan dat wel, een lezing geven over zulk vertrouwelijk werk?

De geheimhouding betreft de inhoud van strafzaken, en dat is soms heel jammer. Maar ik kan wel casussen combineren, en uitleggen hoe we te werk gaan en wat we weten. Zoals dat een voorwerp waarmee iemand op zijn hoofd geslagen is, altijd microscopische sporen nalaat. Dat kan natuurlijk leiden naar het moordwapen, een hamer of een marmeren beeldje bijvoorbeeld.

Aan de hand van skeletdelen kunnen we het geslacht bepalen, en leeftijd en lengte kunnen we schatten. Lengte bereken je bijvoorbeeld met behulp van het femur, het dijbeenbot, dat overigens bij baby’s echt sprekend op een kippenbotje lijkt. Etniciteit kan van belang zijn. Ik ben een Indo, mijn schedel zonder de weke delen neigt naar het vrouwelijke. Andersom hebben Nederlandse vrouwen juist vaak een hoekige, grote, en dus mannelijk ogende onderkaak – waar onze vrouwelijke modellen internationaal zoveel succes mee hebben.

Kan er echt zoveel als al die tv-series ons tegenwoordig laten denken?

Nou, laatst zag ik in Bones dat in twee minuten het geslacht werd bepaald van een babyskelet, dat ze in een ander skelet aantroffen. Maar dat kan echt alleen met behulp van DNA. Voordeel is wel dat ik tegenwoordig kan zeggen dat ik de ‘Bones’ van Nederland ben. Dat snappen de meesten meteen. 

Veel wordt te makkelijk voorgesteld. Maar mijn favoriete techniek ben ik nog nooit in een serie tegengekomen. Dat is TCA, Tand Cementum Annulatie. Als je een tand doorzaagt, dan zie je een soort ‘jaarringen’. Iemands leeftijd schatten kan nog niet met DNA, en na ongeveer je puberteit zijn alle botschijven dichtgegroeid. Dan kan TCA helpen. Ik verzamel tanden voor een ‘tandenbank’ met genoeg referentiemateriaal voor onderzoek. 

Dus er worden nog steeds nieuwe dingen uitgevonden?

Zeker. Zo zijn we te weten gekomen dat je het mooiste resultaat krijgt wanneer je botten met microsporen niet macereert – dat is schoonkoken – maar als je ze laat schooneten door een bepaald soort kever. Dat kost alleen wel meer tijd, dat is dus een afweging. 

En een Belgische collega heeft uitgezocht of je een lichaam helemaal kunt laten verdwijnen in een zuurbad. Ik heb daar mijn eigen verstandskiezen aan opgeofferd. Die bleken inderdaad geheel op te kunnen lossen. 

Dus zuur levert de perfecte moord op?

Nee, je bent er nog niet dan. Er blijven altijd wel wat drabresten over, die je ook moet wegwerken. De perfecte moord is trouwens helemaal niet zo moeilijk. Ik word daar ook wel eens over gebeld door schrijvers, maar ik ga natuurlijk niet vertellen hoe je die kunt plegen.  

Morgen spreekt drs. Reza Gerretsen over ‘De perfecte moord’. 19.30 u. Cinerama Filmtheater Westblaak 18, Rotterdam. Toegang: € 5,- (inclusief de thriller Pathology)

NRC Next zette ‘De perfecte moord’ boven dit artikel, en vergat m’n naam eronder te zetten. 

Kleppen uit het lab laten werken in een hart

Elke dag gaan onze hartkleppen 100.000 keer open en weer dicht. Al heel wat jaren is Carlijn Bouten bezig om het stevige en heel flexibele weefsel waaruit hartkleppen bestaan te laten groeien in een laboratorium. Uit echte mensencellen. Tissue-engineering heet dat. Bouten (1967) is hoogleraar Cel-Matrix Interactie aan de Technische Universiteit Eindhoven . 

Er bestaan toch al kunststof hartkleppen?

Ja, maar wat wij willen, is in plaats van dode levende implantaten maken, die kunnen groeien en zich aanpassen. Vooral voor jonge patiënten is dat belangrijk. Die hoeven dan niet telkens opnieuw geopereerd te worden omdat ze zelf gegroeid zijn. En bij weefsel van eigen cellen speelt afstoting door het lichaam minder.

Wel zijn we nu aan het testen of hartkleppen uit eigen cellen laten groeien voor iedereen geschikt is. Als je bijvoorbeeld suikerziekte hebt of nierfalen, dan breng je die ziekte ook weer in. We werken met cellen van verschillende patiënten, en er blijkt inderdaad variatie te zitten in hoe goed het lukt. Nu zijn we op zoek naar biomarkers, eiwitten die als voorspeller dienst kunnen doen, zodat je van te voren kunt screenen of iemand een goede kandidaat is voor nieuwe eigen hartkleppen. 

Staat het al zover dan?

We staan inmiddels op de grens van de vertaalslag naar de mens maken. Want we zijn in staat om hartkleppen in het lab te maken, en verkeren in de preklinische fase. Dat is een mooi woord voor proefdieronderzoek. Maar ik geef geen schatting hoe lang het nog duurt. Er is heel weinig geld voor, en je hebt met heel veel regelgeving te maken. Het hangt in elk geval ook af van investeerders – we hebben private partners nodig.

We werken overigens aan twee technieken. Niet alleen laten we weefsel buiten de patiënt, dus in het lab, groeien, maar ook maken we slim dragermateriaal dat in het lichaam een omslag van dood naar levend materiaal kan maken. Je brengt bijvoorbeeld een prothese in de vorm van een bloedvat in. Dat trekt de juiste cellen aan, en wordt dan langzaam maar zeker zelf afgebroken, lost op. Dat is waar de wereld nu naartoe gaat. 

En een heel hart?

Daar was tien jaar geleden al een hype over. Maar het is heel ingewikkeld. Hele organen, dus ook nieren of levers, hebben vertakkende bloedvaten en –vaatjes nodig. Die gecontroleerd laten groeien kunnen we nog niet. Maar we leren zoveel, bijvoorbeeld over hoe we het hart kunnen aanzetten zichzelf te repareren, dat ik wel mogelijkheden zie in een combinatie van technologieën. Daarbij zou je een bepaalde functie van het orgaan kunnen nabootsen door van dat intelligente dragermateriaal in te brengen. 

Is er al biefstuk uit het lab op komst?

Er wordt inderdaad serieus aan kweekvlees gewerkt, op basis van hetzelfde soort onderzoek. Maar voorlopig zal het eerder smeerworst dan biefstuk opleveren. Want voor echte biefstuk heb je die lastig te kweken doorbloede spieren nodig. 

Woensdag 5 oktober spreekt prof. dr. Carlijn Bouten over ‘De maakbare mens’. 13.00 uur. Boothzaal, Universiteitsbibliotheek, De Uithof Utrecht. Toegang en broodjes gratis.

NRC Next zette op dinsdag 4 oktober ‘Kweek je eigen hartklep’ boven dit interview.

Losgeslagen maan

De maan is volgens Wim van Westrenen (1973) gewoon 1/81 deel van de aarde. Van Westrenen is petroloog (steenkundige) aan de Vrije Universiteit in Amsterdam, en met een nieuwe trip naar de maan zou zijn onorthodoxe gedachte nog te toetsen zijn ook.

Wat is het standaardidee over het ontstaan van de maan?

‘Het geijkte verhaal is dat er iets ter grootte van Mars tegen ons aangebotst is. Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, dus vlak na het ontstaan van ons zonnestelsel. Hoe oud de maan is, weten we vrij zeker. Dat kun je bepalen aan de hand van de stenen die bij maanmissies zijn meegenomen.’

‘Bij een botsing onder een bepaalde hoek zou het puin van de botser samen met wat meteriaal van de aarde zijn gaan klonteren tot de maan. De maan zou dus samengesteld moeten zijn uit die twee typen materiaal. Juist dat niet-aardse gesteente is een probleem. Anders dan je zou verwachten laten nieuwe, preciezere metingen aan maanstenen juist steeds meer zien dat ze heel erg lijken op de aardmantel. Dat klopt niet met het botsingsmodel.’

Maar hoe zou zo’n brok aarde dan zo ver weg terechtgekomen zijn?

‘Door een explosie van een energiebron diep in de aarde. Een soort kernreactor, die tot ontsteking is gekomen op de grens tussen de kern en de mantel van de aarde, zo’n 3000 kilometer diep. De hitte daarvan kan aardmateriaal wegslingeren. Daar kwam Rob de Meijer mee, die is natuurkundige en hij heeft berekend hoe veel splijtstof, hoeveel natuurlijk materiaal enzovoort ervoor nodig zou zijn. En het bleek helemaal niet zo gek te wezen. Voor mij heel verrassend.’

‘Om aan genoeg slingerkracht te komen, moet de aarde veel sneller dan nu rondgedraaid hebben. Eens in de vier in plaats van eens in de 24 uur. Het materiaal zou dan in een baan geraakt kunnen zijn, en samengeklonterd tot de maan – ongeveer op dezelfde manier als de planeten ontstaan zijn.’

‘Iets dergelijks is overigens meer dan honderd jaar geleden al geopperd door de zoon van Charles Darwin, George.’

Wat als u morgen wakker werd op de maan?

‘Dan hoop ik dat het aan de achterkant is, waar nog nooit iemand geweest is. Ik ging meteen een diep gat boren, en dan isotopen meten. Want daarover doet onze theorie precieze voorspellingen. Anders dan de botstheorie is hij te bewijzen of te ontkrachten.’

‘Maar volgende maanmissies duren nog lang. Voorlopig doe ik aards onderzoek. In het lab bootsen we de hitte en de druk van de diepe aarde zo goed mogelijk na en maken we stenen. Want die diepe aarde zelf kunnen we nooit bereiken. Een boorkop smelt onherroepelijk.’

Geloven uw collega’s u al?

‘We hebben het verhaal gepresenteerd op een Amerikaans congres. Er zit een geologische en een natuurkundige kant aan, dat maakt beoordelen lastig. De gevestigde orde heeft er moeite mee, maar de highschool-kinderen daar vonden het prachtig.’ 

Zondag 10 januari spreekt dr. Wim van Westrenen over ‘De dag dat de Aarde de Maan baarde’. 13.00 u. Museum Naturalis, Darwinweg 2 Leiden. Toegang: museumkaartje.

NRC Next zette ’s ochtends ‘Maan, deel van de aarde?’ boven dit stukje.

Stress is goed voor jongens

Of stress nou goed of slecht is ligt er maar aan, en valt soms helemaal niet te zeggen, volgens hoogleraar neurobiologie Marianne Joëls (1956). Ze is directeur van het Utrechtse Rudolf Magnus Instituut voor neurowetenschappen en haar laatste publieksboek heet Meisjes zijn niet bèta-dom.

Waar is stress bijvoorbeeld goed voor?

We hebben net een proef met studenten gedaan, die laat zien dat je onder stressvolle omstandigheden dingen beter onthoudt. Met name emotioneel belangrijke informatie. Althans, bij jongens werkt het zo. Na een stresssituatie worden spannende woorden of plaatjes beter onthouden dan onder neutrale omstandigheden. We lieten hen tien minuten solliciteren op een student-assistentschap voor een panel van drie mensen die geen enkele respons gaven, en daarna een lastige rekensom doen waarvan we zeiden dat hij heel eenvoudig was. Dat zorgt voor extra afgifte van de stresshormonen adrenaline en cortisol, wat helpt bij het leren. De meisjes reageerden minder sterk op de stresssituatie. De meeste meisjes zijn aan de pil, wat de afgifte van stresshormonen onderdrukt. Waarschijnlijk is dat de reden dat we bij hen minder effect meten.

En toch heeft stress zo’n slechte naam.

In de volksmond gaat het dan om stress die lang duurt, onder omstandigheden waar je weinig controle over hebt. Een vervelende baas, bijvoorbeeld. Stress kun je definiëren als de subjectieve beleving dat er iets dreigt te veranderen, iets dat gevaarlijk kan zijn. Door een groot deel van het dierenrijk zie je dan hetzelfde klassieke systeem aan het werk. De eerste reactie is de afgifte van adrenaline. Dat zorgt direct voor energie. De tweede, iets minder snelle reactie zorgt dat de energievoorraden weer worden aangevuld, maar alles wat er op dat moment niet toe doet zoals groei, voortplanting en het immuunsysteem, wordt onderdrukt. Dat systeem zorgt er ook voor dat alle informatie wordt vastgelegd voor later. Die tweede reactie verloopt via cortisol. Bij een potentieel gevaar zijn dat allemaal gunstige dingen. Maar als het lang duurt niet meer. Dan loop je bijvoorbeeld meer risico op diabetes of een depressie.

Heeft stress ook nog andere effecten?

Er is een kritische fase voor de hersenen rond de geboorte. We hebben moeder-kind-interacties onderzocht bij ratten, in de eerste week na de geboorte. Ratjes die weinig verzorging kregen – wat stressvol is – functioneren later relatief beter onder stressvolle omstandigheden. De hersenen lijken hen te prepareren op vergelijkbare omstandigheden als die heersten toen ze ter wereld kwamen. We zien ook enorme verschillen in hersencellen in de gebieden die belangrijk zijn voor leren en voor het gevoelsleven. Dat vertalen naar mensen is altijd gevaarlijk, maar de resultaten zijn vrij indrukwekkend en geven te denken.

Is een shotje cortisol bij wijze van leerpil een goed idee?

Met wat adrenaline dan. Mhm. Dat zie ik niet snel gebeuren. Cortisol doet zóveel. Je zit ook met het risico op bijwerkingen. Kijk maar naar het middel prednison, een synthetische vorm van cortisol, dat is berucht om z’n bijwerkingen. 

Donderdag 9 september spreekt prof.dr. Marianne Joëls over ‘Stress is goed!’. 20.00 uur, Natuurcafé La Porte, station Driebergen-Zeist. Toegang: vrijwillige bijdrage.

Door een misverstand verscheen dit interview niet in NRC Next.

Met licht kun je alles

Het kan niet, zeiden zijn collega-natuurkundigen, maar Theo Rasing deed het toch: het soort kleine magneetjes waar onze harde schijven mee volzitten naar zijn hand zetten met licht. Het zou honderdduizend keer snellere computers kunnen opleveren. Rasing (1953) is hoogleraar in Nijmegen en onder meer oprichter van het Nanolab. 

Wat wilt u van magneten?

Informatie opslaan of veranderen op een computer doe je door bits om te zetten. Dat gebeurt nu meestal met minimagneetjes. En normaal gesproken heb je een andere magneet nodig om de noordpool en de zuidpool van een magneet om te laten keren. Dat ompolen doe je dan door een klein stroompulsje te geven. Zo’n klein magneetje gedraagt zich als een tolletje, het heeft ‘spin’. Je geeft er een draai aan. Het lukt ons nu om dat zonder andere magneet voor elkaar te krijgen: met licht. Heel korte flitsen, laserpulsen van wat circulair gepolariseerd licht heet. Met de draairichting van het licht kunnen we nu volledig de richting van de magneetjes bepalen. 

Waarom dacht iedereen dat je met licht geen bitjes kunt omzetten?

Dat heeft alles te maken met dat draaimoment. Je kunt uitrekenen hoeveel licht je daarvoor nodig zou hebben. Dat is zóveel dat de magneet zou verdampen. Maar onze weg is anders dan hoe dit tot dusver begrepen werd. De theorie voor wat we doen, is er eigenlijk nog niet. We zijn een experimentele groep, maar inmiddels hebben we de aandacht van goede theoretici getrokken. 

Wat kunnen we verwachten van dat nanolicht?

De grenzen van wat er kan met de huidige elektronica zijn in zicht. Wat wij doen is nanotechnologie, en op die hele kleine schaal komen er nieuwe mogelijkheden. Kijk, als je een stuk ijzer doormidden zaagt, en nog eens, en nog eens, enzovoort, dan blijft het tot op micronniveau dezelfde eigenschappen houden. Maar daaronder, vanaf zo’n honderd nanometer – dan praat je over 0,00000001 meter – wordt alles anders. Magnetische, chemische, eigenlijk alle eigenschappen veranderen plotseling. Daarom is de nanowereld zo interessant.

Met licht kun je niet alleen honderdduizend keer sneller dan nu ompolen, het kost ook nog heel veel minder energie. Het is dus sneller en zuiniger. En er is nog steeds een enorme groei in het verwerken en opslaan van data, onder meer door de spelletjesindustrie. Die games vreten geheugen. Maar ook bij medische toepassingen, denk aan MRI-scans, is de hoeveelheid beelden een bottleneck. En met optische kabels kunnen er veel meer data parallel verstuurd worden. Met licht kun je alles, zeg ik wel eens. 

Gaat u hier eigenlijk rijk van worden?

Als dit tot producten leidt, ben ik een heel gelukkig mens. Er is al een bedrijf mee bezig. We hebben een patent. En een voorbeeld: de sensor die tegenwoordig die magnetische bits uitleest, is gebaseerd op een ontdekking van een Duitser en een Fransman van twintig jaar geleden. Alleen de Duitser had een patent, en die is er zeker niet slechter van geworden.

Zondag spreekt prof.dr. THEO RASING over ‘Nanofysica – Dansende atomen’, 11.00 uur, Paradiso, Weteringschans 6, Amsterdam. Toegang € 10,-. 

NRC Next kopte dezelfde ochtend ‘Duwen met lichtstralen’.

Welluidende wiskunde

Redeneren door rekenen, wiskunde gebruiken om de werkelijkheid te begrijpen, experimenteren. Het is niet meer weg te denken uit de wetenschap, maar zonder grote mannen als Kepler en Galilei was het volgens Floris Cohen misschien wel nooit zo ver gekomen. Cohen (1946) is hoogleraar vergelijkende geschiedenis van de natuurwetenschap in Utrecht, en schreef onder meer De herschepping van de wereld

Wiskunde is toch al heel oud?

Zeker. En verschijnselen uit het gewone leven vormden ook wel aanleiding voor berekeningen, maar wiskunde was verder een abstractie. Neem Pythagoras, die in de zesde eeuw voor Christus dingen over het tokkelen van snaren ontdekte. Als je eerst de hele snaar aantokkelt en dan een identieke met de helft van de lengte, dan krijg je een welluidende samenklank, het octaaf. Bij de verhouding van twee op drie wordt het een kwint, en bij drie op vier een kwart. Wat fraai klinkt, komt dus overeen met die eenvoudige gehele getallen. Wiskundige wetenschap ging over hoe dat komt en wat je eraan kunt rekenen. Maar niemand ging het trillen van die snaren onderzoeken. Dat deed Galilei in de zeventiende eeuw. 

Waarin zat het bijzondere van Galilei?

Wat ook voor de beste onder zijn tijdgenoten heel moeilijk te begrijpen was, waren de experimenten waarin hij probeerde als het ware een ideale gang van zaken te imiteren. Voor zijn valexperimenten maakte hij helemaal gladde gootjes van hout, waardoor hij ronde kogeltjes liet rollen. Die gootjes zette hij schuin, want de vrije val gaat te snel voor waarnemingen.

Hij wilde aantonen dat de versnelling van die kogeltjes, of van andere dingen, altijd eenparig verloopt. In het echt worden ze na een aantal meters toch afgeremd: dat komt door de luchtweerstand. Als je die nou wegdenkt, dan klopt het wel, zei Galilei, en met zo’n gladgepolijst valgootje klopt het al bijna. Een grandioos nieuw concept! Maar zijn tijdgenoten zeiden: dat is toch niet de werkelijkheid. Overigens, dat hij de scheve toren van Pisa voor valproeven zou hebben gebruikt, is een legende. 

En Kepler?

Die was bereid jaren rekenwerk in de prullenbak te gooien, toen bleek dat zijn uitkomst van de baan die Mars volgt niet exact klopte. En hij ging door tot hij vond dat het een ellips moest zijn. En dat ook de andere planeten een ellipsvormige baan maken. Hij had het over ‘hemelfysica’. Natuurkunde voor het planetenstelsel was een revolutionair nieuw idee. Je had tot dan alleen natuurfilosofie. 

Natuurfilosofie? Dat klinkt tegenwoordig vaag.

Natuurfilosofie was het hoogste. Dat ging, anders dan de wiskunde, over de werkelijkheid. Maar die onderzocht je niet: die had Aristoteles al vastgelegd. Dat de wetenschap voortschrijdt, begreep Galilei wel. Daarin zat ook het motief voor zijn bekende problemen met de kerk, over de aarde die om de zon draait in plaats van andersom. Hij was bezorgd voor de kerk, wilde niet dat die zich zou vastleggen op iets onhoudbaars. 

Vrijdag spreekt prof. dr. Floris Cohen over ‘Wiskundige wetenschap wordt realistisch en experimenteel’. Eerste van acht lunchlezingen. 12.00 u. Spui25, Spui 25-27 Amsterdam. Toegang: gratis. Aanmelden: www.spui25.nl.

‘Wiskunde met proefjes’ kopte NRC Next ’s ochtends.

De som der deeltjes

Uiteindelijk bestaat de hele wereld uit elementaire deeltjes. Maar ook als je alles weet van een zo’n deeltje, dan begrijp je eigenlijk nog niets volgens natuurkundige Rembert Duine (1975). Hij is universitair docent bij het Instituut voor theoretische fysica van de Universiteit Utrecht.

Het geheel is meer dan de som der deeltjes?

Iedereen weet dat er nieuwe dingen kunnen gebeuren als je de som van de delen bekijkt. Neem de psychologie. Die onderzoekt hoe één mens in elkaar zit. Daarnaast gaat het in de sociologie om de maatschappij, om veel mensen bij elkaar. Uit het gedrag van één persoon kun je niet zomaar voorspellen wat er bijvoorbeeld gebeurt bij een brand in een volle zaal.

Zo heb je in de natuurkunde degenen die de eigenschappen bekijken van de meest fundamentele bouwstenen, de bekende deeltjes die ze onder meer bij het CERN in Genève onderzoeken. Je zou denken: als je nou maar de kleinste deeltjes begrijpt dan weet je toch wel alles. Maar in werkelijkheid weet je dan nog niets van de principes die het gedrag van veel deeltjes bij elkaar beschrijven.

Wat voor principes zijn dat dan?

Iets als temperatuur ontstaat pas bij meerdere deeltjes. Neem een watermolecuul. In zijn eentje is dat nog geen water. Alleen als je er een heleboel van hebt, krijg je iets waar je op kunt schaatsen of varen. Iets met een temperatuur, een oppervlaktespanning. Die hangen samen met hoe snel de moleculen met z’n alle bewegen, en hoe dicht ze op elkaar zitten.

En er bestaan sociale en asociale deeltjes?

Zo noem ik het. Alle deeltjes die we kennen zijn ofwel bosonen ofwel fermionen. Bose was een natuurkundige en Fermi ook. Lichtdeeltjes, fotonen, zijn bijvoorbeeld altijd bosonen, en elektronen zijn altijd fermionen. En om het ingewikkeld te maken: een aantal fermionen die samen een molecuul vormen, gedragen zich altijd als een boson.

Bosonen zijn de sociale deeltjes: ze doen graag hetzelfde, hebben graag dezelfde energie of snelheid. Maar twee fermionen dezelfde snelheid geven is over het algemeen onmogelijk. Dat zijn de asocialen. Het verschil kun je het duidelijkst zien bij experimenten met heel koude atomen, die vlakbij het absolute minpunt van min 273 graden gebracht worden. Verlaag je de temperatuur dan worden de gemiddelde energie en snelheid van deeltjes altijd lager. Bij bosonen ontstaat dan een dicht, klein wolkje (voor kenners: een Bose-Einsteincondensaat), maar bij fermionen houdt dat bij een bepaalde grootte op. Ze willen niet zo dicht op elkaar.

Hebben we er iets aan?

Nou, zonder fermionisch gedrag zouden bijvoorbeeld een tafel en een voorwerp dwars door elkaar heen gaan. Fermionen houden de boel letterlijk bij elkaar.

En het razendinteressante gedrag van meer deeltjes ligt ook ten grondslag aan elektrische geleiding en magnetisme. Zonder dat zou de it-sector niet bestaan. Transistoren, harde schijven, de IPod. Maar het is lastig onderzoek. Vaak gaat het om ongelooflijk veel deeltjes: een 1 met 24 nullen. Daarmee rekenen is moeilijk.

Zondag spreek dr. Rembert Duine over ‘De magie van meerdere deeltjes’. 14.30 u. Universiteitsmuseum Utrecht, Lange Nieuwstraat 106, Utrecht. Toegang: museumkaartje.

NRC Next zette ’s ochtends ‘Asociale deeltjes’ boven dit interview.

Buitenaards leven

Als kind had hij al zijn eigen telescoopje. Eenmaal volwassen begon bestuurskundige Klaas Jan Mook (1968) zich serieus in de sterren te verdiepen, en werd al snel voorzitter van de Friese Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde. Hij spreekt regelmatig over leven elders in het universum.

Is het nu wel of niet waarschijnlijk dat er buitenaards leven bestaat?

‘Het staat bekend als de paradox van Fermi. Het heelal is zo ontzettend groot, en zo oud dat het bijna uitgesloten lijkt dat wij de enigen zijn. Intelligent leven moet zich haast ook elders ontwikkeld hebben. Dat was reden voor de natuurkundige Enrico Fermi om in 1950, tijdens een lunch in Los Alamos, uit te roepen: ‘Waar zijn ze dan?’ Daarna is men systematisch met radiotelescopen gaan zoeken naar tekenen van intelligent leven. Zonder resultaat.’

Volgens heel wat mensen zijn ‘ze’ er allang.

‘Vliegende schotels en dergelijke kun je gerust afvoeren. Er bestaat geen onomstotelijk bewijs voor. Foto’s uit de jaren vijftig bleken vervalst, maar echt veelzeggend is dat nu iedereen met een camera rondloopt de foto’s niet beter geworden zijn. En buitenaardse wezens lijken in de verhalen ook bijna altijd op kabouters, feeën en kobolden uit sprookjes, of juist absurd sterk op mensen.’

Is de paradox op te lossen?

‘Als je doorredeneert en afstreept wel. We hebben de casus aarde. We weten wel niet precies hoe, maar onmiddellijk nadat de omstandigheden op aarde gunstig werden, ontstond er leven. Alleen bleef het miljarden jaren bij eencelligen. Weliswaar zou statistisch gezien vijf procent van de planeten op de aarde moeten lijken, maar hun zonnen leven meestal niet zo lang als de onze. Dus zou het leven geen kans hebben zich te ontwikkelen tot een intelligent niveau.’

‘Of als zonnen wel langer leven, dan zijn ze kleiner en maakt de getijdenwerking dat een planeet maar aan een kant zonlicht krijgt. Het materiaal waaruit een ster is ontstaan is ook van groot belang. Echt stabiele omstandigheden zijn heel uitzonderlijk. Toevallig is er in ons zonnestelsel weinig ‘los grut’ over, anders werden we voortdurend gebombardeerd met meteorieten, net als de eerste 700 miljoen jaar.’

‘En dan nog: dolfijnen zijn ook intelligent, maar ze vormen geen technologische beschaving. Hoe zouden ze daar elders van kunnen weten? Technologie hebben wij zelf ook pas heel kort. Je hebt taal nodig om kennis door te geven, en dat is bij de miljarden diersoorten op aarde maar een keer ontstaan. Het kan bovendien zijn dat alle intelligente leven zichzelf al snel uitroeit. Het is sterk de vraag hoe lang wij nog zullen bestaan. Ik ben daar pessimistisch over.’

Dus een invasie van ruimtewezens zit er niet in?

‘Nee, maar niet-intelligent leven is waarschijnlijk wel wijdverbreid. Ik verwacht dat wij het eerste bewijs daarvoor nog gaan meemaken. De apparatuur wordt steeds beter. Binnen een jaar of tien vinden we een planeet waar hoogstwaarschijnlijk leven is.’  

Vanavond spreekt drs. KLAAS JAN MOOK over ‘Intelligent leven in het heelal en de Fermi paradox’. 20.00 u. Sonnenborgh museum & sterrenwacht, Zonnenburg 2 Utrecht. Toegang: gratis. 

NRC Next zette ’s ochtends ‘Meer leven in het heelal’ boven dit stukje. 

Jezelf onderzoeken door het slikken van een laboratoriumchip

Thuis de kwaliteit van je sperma controleren, met een privélaboratoriumpje ter grootte van een euro. Een pil slikken die ‘ziet’ of je darmkanker hebt. Het kan al bijna, volgens technisch natuurkundige Albert van den Berg (1957), die systemen bouwt om gezondheid te meten op de miniminischaal van de nanometer. Hij is universiteitshoogleraar bij het MESA+ instituut van de Universiteit Twente. 

Hoe krijg je een heel laboratorium op een chip?

Op grote plakken silicium of glas maak je in het Nanolab een paar duizend kleine chips, waarin minuscule structuurtjes gemaakt zijn: hele kleine gangetjes waar vloeistof door kan, en hele fijne draadjes, die elektrische spanning meten. Materiaalkosten zijn bijna verwaarloosbaar.

Maar je kan technisch nog zo goed zijn, of iets een commercieel succes wordt is iets anders. Deels zit je met het wat conservatieve medische bolwerk, en er zijn ethische kwesties. We willen bijvoorbeeld de uitslag van een pil die meet of er afwijkend, kwaadaardig DNA in je darmen zit, automatisch door laten geven aan de arts. Darmkanker, maar ook andere vormen van kanker zullen over een aantal jaren zo te screenen worden. 

Waarom een chip voor sperma?

Dan hoeven mannen niet meer met potjes in de weer in het ziekenhuis. Bij tien procent van de stellen die kinderen willen, levert dat problemen op. In de helft van de gevallen ligt dat aan de man. Het gaat om de vorm, de beweeglijkheid en de concentratie van spermacellen. Van alle diersoorten is het sperma van mensen en katten het slechtste – maar zo’n vijftien procent is goedgevormd. Met een heel klein druppeltje de beweeglijkheid bepalen, lukt ons inmiddels. 

Zijn er al ‘lab-chips’ in productie?

We hebben er een ontwikkeld die lithiumconcentraties in het bloed meet. Lithium wordt geslikt door mensen die manisch-depressief zijn, en het bedrijf Medimate heeft dat gecommercialiseerd. Maar die chip werkt voor alle ionen, deeltjes waarvan je de elektrische lading kunt meten: natrium, calcium, kalium. Je kunt er zelfs bier mee onderzoeken: Grolsch en Heineken blijken hun eigen ‘handtekening’ te hebben. Maar dat is voor de gein.

Eigenlijk diezelfde chip is nu net in productie gegaan bij een andere spinoff van onze groep, Blue4Green, om melkziekte bij koeien te ontdekken. Na de geboorte van een kalf moet de melkproductie weer op gang komen, wat bij een deel van de koeien niet gebeurt door calciumgebrek. Ze allemaal calcium geven is geen optie voor een veehouder, want een teveel is slecht voor hun hart. Met die chips en een uitleesapparaat weten ze precies welke koeien melkziekte hebben.

Wat lonkt er in de verte?

We werken ook met levende cellen, die we laten fuseren, om op den duur weefsels op een chip te maken, zoals een nier-op-een-chip. Allerlei processen, bijvoorbeeld de filtering van afvalstoffen, werken ook op nanoschaal. Als je die heel goed kunt meten, geeft dat nieuwe inspiratie die wellicht ooit een draagbare kunstnier oplevert. 

Morgen  spreekt prof. dr. ir. Albert van den Berg over ‘Laboratoria op een chip’. Paard van Troje, Prinsengracht 12, Den Haag.  20.00 uur. Toegang: € 8,50

NRC Next kopte de volgende dag: ‘Slik een chip’.

Zwavelzuur in atmosfeer laat avondster flonkeren

Al sinds hij een jochie was, wil technisch natuurkundige Kees Kwakernaak (1961) alles over de sterren weten. Toch houdt hij zich als medewerker onderzoek en onderwijs aan de TU Delft juist bezig met de kleinste natuurverschijnselen. Zijn liefde voor de astronomie maakte hem een actieve amateursterrenkundige bij de Koninklijke Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde Christiaan Huygens. Daar zal hij een lezing houden over ons en onze zusterplaneten.

Wat is er bijzonder aan het trio Venus, Aarde en Mars?

Waar ik me op wil concentreren is de vraag waarom ze er zo verschillend uitzien, terwijl ze bij hun ontstaan erg op elkaar geleken moeten hebben. Alle drie de planeten zijn begonnen vanuit dezelfde bron: ze zijn een samenballing van fragmenten Oernevel, van hetzelfde gesteente. Maar inmiddels is Venus oververhit, is de Aarde net goed van temperatuur voor het leven hier, en is Mars doods en onderkoeld geraakt. 

Hoe komt dat dan?

Dat heeft alles te maken met hun afstand tot de zon. Die is voor Venus het dichtstbij. In het begin hadden ze alle drie de mogelijkheid voor vloeibaar water. Dat het er op Mars was, is ook echt aangetoond. Bij Venus is het water lang geleden door vulkanisme aan de oppervlakte gekomen. Dat heeft effect op de carbonaathuishouding van gesteenten. Op Venus is er veel kooldioxide, CO2, uit het gesteente vrijgekomen. Daarom is het broeikaseffect zo groot en de atmosfeer er zo heet. Ook waterdamp zelf is een broeikasgas. En het is een zichzelf versterkend effect. Nieuwe vulkaanuitbarstingen komen er niet meer: daarvoor is de planeetkorst inmiddels te dik geworden.

Bij ons is de temperatuur zodanig dat het vrijkomen van CO2 uit gesteente ongeveer gelijke tred houdt met de opname ervan. Dat heeft tot een soort stabilisatie van het CO2-gehalte geleid. Even afgezien van het beetje dat wij er met olie en kolen verstoken aan toevoegen. Dat kan voor onze hoogtechnologische wereld overigens serieuze consequenties hebben. Kleine fluctuaties kunnen grote planetaire gevolgen hebben, weten we inmiddels. Al krijgen we over 10.000 jaar gegarandeerd weer een ijstijd. 

En het koude Mars?

Daar liet CO2 zich juist heel gemakkelijk in gesteente vangen. Of eigenlijk is datgene wat er opgeslagen wordt koolzuur, zoals ook in frisdrank zit. De atmosfeer is er bijna helemaal leeggeraakt. Dat je Venus zo goed kunt zien als ochtend- of avondster komt trouwens door de atmosfeer daar, met dat hete wolkendek: er zit ook zwavelzuur in, dat licht goed weerkaatst. Maar de drie planeten groeien dus nog steeds uit elkaar. 

Wat is er zo mooi aan dit onderwerp?

Wat mij fascineert is dat er nu zoveel details uit de geologie en de chemie bekend zijn dat we antwoord kunnen geven op de vraag waarom Venus, Aarde en Mars zo van elkaar zijn gaan verschillen. Dat we met andere woorden nu de evolutie van planeten kunnen volgen.

Vrijdag 24 juni spreekt Kees Kwakernaak Ing. over ‘Venus, Aarde, Mars’. 20.30 uur. Streeknatuurcentrum Alblasserwaard, Matenaweg 1, Papendrecht. Toegang: gratis.

Informatie is als hout

Het gaat niet om kleine mystieke deeltjes ergens in Geneve in een versneller, de kwantumwereld is volgens Leo Kouwenhoven (1963) overal om ons heen. De Delftse hoogleraar nanofysica gebruikt hem om nieuwe apparatuur te maken.

Zit teleportatie zoals in Startrek of de film The Fly er al aan te komen?

‘Nee, reken voorlopig maar niet op ‘beam me up, Scotty’. De kwantummechanische processen waarmee je zoiets kunt doen, kunnen geen personen of massa verplaatsen. Wat je kunt oversturen is informatie. We zijn inmiddels in staat om de eigenschappen van een deeltje honderd kilometer verderop te veranderen door iets met een deeltje hier te doen. Dan gaat het om twee deeltjes die eerder ‘verstrengeld’ zijn geraakt en elkaars eigenschappen hebben overgenomen. Zeg de een was rood, de ander wit, en na verstrengeling zijn ze allebei zowel rood als wit. We kunnen ze ‘ontstrengelen’ door er één ‘kleur te laten bekennen’, bijvoorbeeld door ernaar te kijken. De ander verandert dan precies tegelijkertijd, zelfs als het zich aan de andere kant van het heelal bevindt.’

‘Informatie is overigens even echt als een stukje hout ofzo. En ik durf te beweren dat de gewone natuurwetten ook toepasbaar zijn op informatie. Die moet ook voldoen aan dingen als oorzaak-en-gevolg, of de warmtewetten.’

Informatie is toch niet tastbaar?

‘Het is nooit iets abstracts dat overal los van staat. Informatie heeft altijd met fysieke wereld te maken. Of het nou de luchtstromen van spraak zijn, of letters, of de condensator in een chip. Dus moet het voldoen aan fysische wetten, en het bijzondere is dat je daardoor kunt terugredeneren en algemene uitspraken doen, waardoor je veel meer kunt doen met de informatie.’

‘Ik vergelijk het altijd met de beroemde grot van Plato, waarin de mensen vastgebonden zitten en alleen maar schaduwen op de muur kunnen zien van de echte, voor Plato ‘ideale’ wereld. Zo leven wij in de wereld van de klassieke natuurkunde, waarin een balletje naar beneden valt et cetera. Maar er bestaat een grotere kwantumwereld, waarvan we alleen de reflectie kunnen waarnemen. Tot voor kort gooiden we iets die kwantumwereld in, daar deed het dan iets, en wij zagen de afspiegeling daarvan. Nieuw is dat we nu kunnen manipuleren binnen de kwantumwereld, waarna de resultaten op onze klassieke Plato-muur geprojecteerd worden.’

Wat kun je er concreet mee doen?

‘Er komt heel veel kwantumapparatuur aan. Er zit al een beetje kwantummechanica in MRI-scans, in lasers. Maar nu verwerken we informatie met kwantumcomputers. De nullen en enen in de bits van gewone computers worden kwantumbits, die tegelijk 0 en 1 kunnen zijn. Daarmee kun je zo snel en efficiënt rekenen dat dingen die nu nog onoplosbaar zijn – neem het klimaat – wél berekend kunnen worden.’

Begrijpt u de kwantumwereld zelf echt?

‘Nou, daarvoor moet je een beetje bijstellen wat je met ‘begrijpen’ bedoelt. Ik ben ermee bekend.’ 

Zondag 21 februari spreekt prof.dr.ir. Leo Kouwenhoven over ‘De wondere wereld van de quantum mechanica – van teleportatie tot quantum rekenen’ 11.00 u. Paradiso, Weteringschans 6-9 Amsterdam. Toegang €10.00, (studenten € 5.00).

Om wille van een toegevoegd kort cv’tje van Kouwenhoven werd dit interview ingekort. De versie in NRC Next verscheen – dit keer overigens niet op dinsdag maar op woensdag (17 februari), onder dezelfde kop.

De microscoop is meer ontwikkeld dan uitgevonden

Vader en zoon Huygens  stonden aan de wieg van heel wat zeventiende-eeuwse ontdekkingen en ontwikkelingen. Op dit moment is er een tentoonstelling aan ze gewijd in de Grote Kerk in Den Haag. In een lezingenreeks over hun bijdragen vertelt wetenschapshistoricus Eric Jorink (1963) van het Huygens-ING-instituut over de microscoop. Jorink is net ook Teylers-hoogleraar aan de universiteit van Leiden geworden. 

Wat had de familie Huygens met microscopen van doen?

‘Ik vat het op als een soort firmanaam. Er is een hele brede kring betrokken geweest bij de microscoop, die eigenlijk een bijproduct is van de telescoop. Rond 1620 kwam men op het idee om de lenzen anders te monteren en te slijpen. De jonge Constantijn Huygens bevond zich aan het Engelse hof toen een vriendje hem in die tijd voor het eerst door een microscoop liet kijken.

Hij was meteen zó enthousiast dat hij het een van de grootste ontdekkingen aller tijden noemde, vergelijkbaar met die van Amerika. Want er ging een hele wereld open. Tot aan zijn sterfbed toe is hij de microscoop blijven propageren. Anders dan zijn zoon Christiaan. Dat was de duizendpoot voor wie de microscoop tussen het slingeruurwerk en de vering van koetsen doorging.’  

Was  Antoni van Leeuwenhoek niet de uitvinder?

‘De uitvinder is niet bekend. Er waren al veel langer brillenglazen die vergrootten, en de eerste microscopen werkten met samengestelde lenzen: twee in een buisje. Die konden waarschijnlijk tien tot twintig keer vergroten. Later maakte Johannes Hudde, ook een vriend van de familie, een versie met een klein bolletje, die 200 tot 400 keer vergrootte. Ik vind zelf dat Jan Swammerdam ook veel bijgedragen heeft, maar ik ben zijn biograaf dus niet helemaal objectief.

Swammerdam had een programma, wilde ontdekken. Net als Huygens, die een boek wilde maken waarin die wereld van het kleine heel precies werd vastgelegd. Samen met de kunstenaar Jacques de Gheyn, die helaas overleed voor het plan ten uitvoer werd gebracht. Voor Van Leeuwenhoek was het een educatief speeltje. Die keek naar alles wat langskroop. Hij was natuurlijk wel degene die zo de eerste spermatozoën zag, en eencelligen ontdekte. Maar hij was van eenvoudige komaf, sprak geen talen, en de chique Constantijn Huygens heeft hem bij de Royal Academy geïntroduceerd.’ 

Wat moet het een sensatie zijn geweest.

‘Vooral insecten waren een succes. De haartjes op de poten van vliegen, en dat die beestjes zo gecompliceerd in elkaar zaten. Het was een grote verrassing dat de wonderen van God zich ook op dat kleine niveau openbaarden. Tot dan toe werd gedacht dat insecten uit rottend vlees en vuilnis voortkwamen. Generatio spontanea. Wat je trouwens op een warme zomerdag in je keuken ook wel begrijpt.’

Werkten die microscopen goed?

‘De allereerste zijn niet bewaard, maar je kunt niet anders dan grote bewondering hebben voor wat Swammerdam en Van Leeuwenhoek deden. Zelf zie ik bijna niets door hun microscopen.’ 

Woensdag 19 juni spreekt prof. dr. Eric Jorink over ‘Huygens en de microscoop’.  20.00 uur. Museum Boerhaave, Lange St. Agnietenstraat 10 Leiden. Toegang: gratis.

‘Speeltje om naar vliegen en sperma te kijken’ stond er ’s ochtends boven een ingekorte versie van dit interview in NRC Next.

Die oneindigheid is niet nodig

Grote puzzelogen ontmoet astrofysicus John Heise bij zijn publiekslezingen zodra het over oneindigheid gaat. Reden juist eens op dat onderwerp in te zoomen. Heise (1942) is onder meer onderzoeker bij SRON, de Stichting Ruimte Onderzoek Nederland.

Is oneindigheid zoiets onbegrijpelijks?

Als ik vertel over het ontstaan van het heelal – en dát het ooit begonnen is, is een van de belangrijkste dingen die we ervan weten – doemt altijd de vraag op: wat was er dan vóór de oerknal? Zoals kerkvader Augustinus zich al afvroeg: wat deed God voor hij de wereld schiep? Dat is het religieuze equivalent. Augustinus kwam met zijn antwoord dat God de eeuwigheid is, al uit bij het tijdloze.

Omdat er geen tijd was, is er geen antwoord mogelijk. Want zelfs ‘er was niets voor de oerknal’ is dan fout. Zonder het begrip tijd kun je alleen antwoorden ‘we weten het niet’. Maar je kunt er wel een paar dingen over zeggen.

Hoe dan?

Door verder in te gaan op oneindigheid, iets waar wiskundigen al eeuwen mee worstelen. Georg Cantor heeft het in de negentiende eeuw pootjes gegeven door het abstract te maken, en te stellen dat het geen getal is waar je mee kunt rekenen, maar een proces. Dat leidt dan tot wonderlijke paradoxen als Hilberts hotel, dat oneindig veel kamers heeft, die allemaal volgeboekt zijn. Maar als nou iedereen één kamer opschuift, kan er altijd nog iemand bij.

Maar in de natuurkunde houdt niemand van oneindigheid. Als dat de uitkomst is, zeggen ze dat ze het niet begrepen hebben. In de werkelijkheid is er ook een praktische kant: daar houdt het toch een keer op. Zelfs met oneindig doortellen.

Dus oneindigheid bestaat in het echt niet?

Dat wil ik inderdaad betogen. Het huidige heelalmodel heeft het niet nodig. Neem snelheid. Die is niet oneindig, want sneller dan het licht kan niet. We zien het heelal van het verleden. Dus is het waarneembare heelal eindig. Intussen is de gouden eeuw van de sterrenvorming voorbij. Het spul raakt op, eens is de laatste ster uitgedoofd. Zoem je in op het allerkleinste, dan is er ook een principiële grens.

De heilige graal in de natuurkunde is uitvinden hoe ruimte en tijd, die onderling verbonden zijn via de lichtsnelheid, een universeel geheel vormen met de zwaartekracht. Een van de huidige probeersels daarvoor is de snaartheorie. Een soort ‘harmonie der sferen’, waarin het heelal teruggebracht wordt tot één groot trillend gebeuren. Ons universum zou er één uit een multiversum met oneindig veel heelallen zijn. Die theorie is nog niet sluitend, maar de snaarjongens hebben wel een grote pr. Het wordt graag overgenomen door leken, maar gewantrouwd door de meeste astronomen.

Het gaat toch gauw duizelen.

Blijkbaar hebben we behoefte aan iets vaags, onbegrepens, maar wel oneindig langdurends vóór het begin van de oerknal, vergelijkbaar met de vage goddelijke wereld van voor de schepping in Genesis. 

Zondag 12 december spreekt prof. dr. John Heise over ‘Het perspectief van de oneindigheid’. 20.00 uur. Museumsterrenwacht Sonnenborgh, Zonnenburg 2 Utrecht. Toegang: € 6,-

NRC Next zette ’s ochtends ‘Weg met oneindig’ boven hun ingekorte versie van dit stukje.

De aardscheerder danst om moeder Aarde

Niet meer dan zestig meter doorsnede had het ding uit de ruimte dat in 1908 een paar duizend vierkante kilometers bos in Siberië vernietigde. De kans op rampen met ‘aardscheerders’ is buitengewoon klein, maar gezien de mogelijke gevolgen is het de moeite waarde te proberen ze te voorkomen, zegt sterrenkundige Paul Wesselius (1942). Tot zijn pensionering werkte hij bij SRON, het Nederlands instituut voor ruimteonderzoek. 

Mooi woord, ‘aardscheerder’, voor zoiets griezeligs.

‘In het Engels heten ze ‘potentially hazardous objects’, ‘mogelijk gevaarlijke objecten’. Sinds een jaar of tien is er een kleine groep, vooral Amerikaanse astronomen die zich ermee bezighoudt. Ze proberen een overzicht te krijgen van asteroïden – grote rotsblokken, waarschijnlijk goeddeels afkomstig van een gemankeerde planeet tussen Mars en Jupiter – die in de buurt van de aarde zouden kunnen komen.’

‘Eentje van 300 meter diameter – gelukkig heel zeldzaam – zou een wereldwijde ramp tot gevolg hebben. De temperatuur zou tientallen graden dalen, zeebevingen, stormen. Iets dat groter is dan een kilometer doorsnee zou minstens een miljard doden opleveren. Dat komt maar eens per paar miljoen jaar voor, is de voorspelling. Tot mijn verrassing heeft het Amerikaanse Congres een wet aangenomen die NASA verplicht om voor 2015 de aardscheerders groter dan 140 meter doorsnee in kaart te brengen.’

Wettelijk verplicht wetenschappelijk onderzoek?

‘Vanwege die verplichte studies werd onder andere in 2004 ontdekt dat de asteroïde Apophis op ons afkomt. Die is 330 meter. Zijn baan was toen nog niet goed bekend, maar er bleek een heel kleine kans dat hij de aarde zou treffen op 13 april 2029. Dat deed het nodige stof opwaaien. Nu is duidelijk dat Apophis in 2029 op zo’n 35.000 kilometer langsvliegt, maar daarna kan hij vlakbij de aarde komen. In 2013 komt hij ook dichtbij langs. Met radarmetingen is de baan dan zo precies te bepalen dat toekomstige botsingen uitgesloten kunnen worden.’

Kun je een aardscheerder tegenhouden?

‘Als je hem op tijd een heel klein beetje in zijn baan vooruitduwt, zal hij voor de aarde langsschieten. Dat lukt al met een vrij eenvoudige satelliet met een vijftal raketjes. Via de zwaartekracht trek je dan aan Apophis. In het ergste geval kun je een neutronenbom sturen. Reden dat men spreekt over ‘politieke structuren’ die nodig zijn om overreacties te voorkomen. Een besluit het gevaar zo af te wenden, zou via de VN afgesproken moeten worden.’

Scheert er veel langs?

‘Nou ja, tien jaar geleden wisten we nog van niks. Nu doemen er ineens gevaren op. Onlangs rapporteerden Zuid-Amerikaanse Indianen allemaal onwel geworden te zijn na een inslag. Geen massahysterie, bleek, maar arseen dat vrijkwam uit de bodem. De herders die in 1908 kuddes hoedden in de Siberië waren nog lang hoteldebotel van de inslag bij Tunguska. Op honderd kilometer afstand verschroeiden hun hemden nog. Een lichtflits van honderd keer zo helder als de zon. Maar ter geruststelling: zeventig tot tachtig procent van de aarde is zee, en van het land is maar twintig procent bewoond.’ 

Donderdag spreekt dr. Paul Wesselius over ‘Aardscheerders’. 20.00 uur, Alberdingk Thijmcollege, Laapersveld 9 Hilversum. Toegang: gratis.

NRC Next zette ’s ochtends ‘Aardscheerders’ boven dit artikel.

Stukjes in de chaotische zee

Volgens sterrenkundige Marco Spaans is uiteindelijk alles interstellaire stof. Uit het spul dat tussen de sterren hangt, zijn ook wij dus op de een of andere manier ontstaan. Spaans (1969) is hoogleraar aan het Kapteyn Instituut in Groningen.

Waar begint leven?

Voor mij begint het met de vraag hoe je een planetenstelsel maakt. De ruimte is niet leeg, maar zit vol wolken van interstellair stof en gas. Als die ineenstorten door de zwaartekracht, krijg je een ster. En uit het materiaal dat als een schijf om zo’n ster draait, ontstaan planeten. Planeten zijn eigenlijk mislukte sterren. Wil leven daar een kans maken, dan moet er aan een heel stel randvoorwaarden voldaan zijn. Het moet bijvoorbeeld niet te heet zijn en niet te koud. De planeet heeft een redelijk stabiele baan nodig, en een atmosfeer. En hij moet lang genoeg bestaan om complex leven de kans te geven zich te ontwikkelen.

Wat zijn daar dan de bouwstenen voor?

Stoffen als silicium en koolstof bijvoorbeeld. Het begint met de elementen uit het periodiek systeem. Dat materiaal moet wel beschikbaar zijn. Op aarde komt door de plaatwerking alles naar de oppervlakte. Zoals ijzer en magnesium, die normaal heel diep in een planeet zitten.

Op de oeraarde, van 4,5 miljard jaar geleden, waren er al aminozuren. Dat zijn bepaalde eiwitten, die overigens heel goed met meteorieten meegekomen kunnen zijn. Die aminozuren gingen chemische reacties aan met andere stoffen. Over hoe dat ging, zijn de meningen nog verdeeld. Maar in een omgeving die leefbaar genoeg is, kunnen die reacties zo complex worden dat de stap naar organisch materiaal gezet kan worden. Dan spreek je over de chemie van cellen, dingen met een binnen- en een buitenkant.

En dan heb je leven?

Leven is een systeem waar een energiehuishouding in zit. Er gaat iets in – zeg zuurstof – en er komt iets anders uit: warmte. En je hebt een informatiedrager nodig voor het maken van nieuwe cellen. Dat is ons DNA geworden. Dat is ontstaan toen de aarde nog geen zuurstofatmosfeer had, want zuurstof is dodelijk voor DNA. Het moet dan ook altijd ingekapseld zijn.

Leven lijkt eigenlijk in te gaan tegen de principes van de thermodynamica, die een steeds grotere wanorde voorspellen. De gemiddelde hoeveelheid chaos moet toenemen. Leven bestaat uit geordende stukjes in een chaotische zee. Je ziet ook dat grotere complexiteit leidt tot grotere instabiliteit. Vergelijk bacteriën en virussen, die al miljarden jaren bestaan, maar met de talloze ingewikkeldere soorten die het niet gered hebben.

Er worden steeds meer aarde-achtige planeten gevonden. Zijn UFO’s toch echt?

We kennen nu inderdaad al meer dan vierhonderd van die planeten. Zeker, het kan dat er elders intelligent leven is, maar in UFO’s geloof ik niet erg. Die zien er namelijk altijd uit als de technologie van dat moment. Of net iets geavanceerder. 

Zaterdag 20 november spreekt prof. dr. Marco Spaans over ‘Het ontstaan van het leven op de planeet Aarde’. 13.15 uur. Eden Oranjehotel, Stationsweg 4, Leeuwarden. Toegang: € 10,- (voor symposiummiddag over Buitenaards leven, www.seti.nl)

‘Geboren tussen sterren’ zette NRC Next ’s ochtends boven dit interview.

Magere chocola die toch vet smaakt, dankzij nanodeeltjes

Mayonaise die net zo romig smaakt en voelt als altijd, maar bijna helemaal uit water bestaat. Met behulp van nanodeeltjes (de schaal van een miljoenste van een millimeter) kan die gemaakt worden. Alleen is volgens Ruud Peters (1960) nog niet duidelijk hoe en of zulke deeltjes door ons lichaam verwerkt worden. Hij is onderzoeker bij het Rikilt, het Instituut voor Voedselveiligheid van de Universiteit van Wageningen. 

Hoe kan het eigenlijk dat hele kleine nanodeeltjes zich heel anders gedragen dan grotere deeltjes?

Je moet dat zo zien: het gaat om de hoeveelheid oppervlakte tegenover de inhoud. Als je iets in tweeën zaagt heb je meer oppervlak, je krijgt dan twee snijvlakken erbij. Snij je alles nog eens  doormidden dan worden het er weer meer. Hoe kleiner hoe meer oppervlak dus. Dat blijkt veel uit te maken. Neem bijvoorbeeld aluminium. Als het gewoon folie is, doe je daar je brood in, maar op nanoniveau lanceren ze er de spaceshuttle mee. Dan is het heel brandbaar spul in de boosterraketten aan de zijkant. 

En als we het in eten stoppen?

Dan kan het bijvoorbeeld voedselbederf tegengaan. Nanozilverdeeltjes zijn antibacterieel. Mijn vrouw heeft contactlensdoosjes waar ze in zitten, en er zijn ook koelkasten waar ze in het plastic aan de binnenzijde zijn verwerkt. Maar je kunt er ook structuren mee bouwen, bijvoorbeeld in de vorm van een nanovoetbal.

En je kunt mayonaise maken van bolletjes vet – met binnenin water. Dan heb je maar een heel dun laagje waar calorieën in zitten. Dat scheelt zo negentig procent, schat ik. Het mondgevoel is hetzelfde als bij gewone mayonaise. Volgens datzelfde idee wordt er ook chocolade gemaakt. Normaal gesproken zit er cacaovet binnenin, maar hier stopt men silica in, zand dus. Het is te koop. Google maar eens op slim chocolate

Waarom eten we niet massaal die chocola dan?

In de consumentenperceptie staat het tegen. Een paar jaar geleden gebruikten bedrijven ‘nano’ bijna als een marketing tool. Als je nu op internet kijkt, zie je dat niet meer. Als het in voeding zit, vinden mensen het toch een beetje eng en daardoor lijkt het enigszins op de discussie die we hebben gehad over GMO’s, genetisch gemodicificeerde organismen. Veel mensen zijn bang voor grote ongelukken. 

Hoe terecht is de angst?

We weten het nog niet, maar we zijn het nu aan het testen. Daarvoor hebben we inmiddels een aantal technieken ontwikkeld. Gewoon kijken onder de elektronenmicroscoop alleen kan niet, want grotere deeltjes uit de voeding zitten dan in de weg en benemen je het zicht op de nanodeeltjes. In modellen kunnen we nu het gedrag van sommige nanodeeltjes volgen tot ze de maag verlaten. Stel dat ze vervolgens gewoon door de darmen heengaan en bij de volgende toiletgang uitgescheiden worden, dan kan er geen gevaar zijn, want het lichaam neemt ze dan niet op. Maar dat weten we dus nog niet. 

Zondag 2 december spreekt prof. dr. Ruud Peters over ‘Nano in voeding’ als onderdeel van een nanoweekend. 12.30 uur. Museum Boerhaave, Lange St. Agnietenstraat 10 Leiden. Toegang: gratis.

‘Goed voor de slanke lijn: nanochocolade met zand’ zette NRC Next ’s ochtends boven dit interview.

Noot: In allebei de kranten bleef mijn foute nanoschaal staan. Ai. Het is niet een miljoenste van een centimeter, maar van een millimeter. Zoals hierboven nu wel juist staat.

Nano en wormen

Ze zijn een grote hit: in steeds meer producten zitten nanodeeltjes. Zilver, zink of koolstof in minieme hoeveelheden – een nanometer is duizend keer zo klein als een haar – zorgen dat stoffen bijvoorbeeld sterker of smeerbaarder worden. Ecotoxicoloog Nico van den Brink (1965) onderzoekt bij het instituut Alterra, onderdeel van Wageningen UR, wat de risico’s zijn van nanodeeltjes in de bodem. 

Hoe kunnen hele kleine deeltjes de eigenschappen van materialen ineens veranderen?

‘Ik vergelijk het met een kiezelstrand en een zandstrand. Dat is in feite precies hetzelfde materiaal, want zand bestaat uit minikiezeltjes.Toch weet je wel waar je het liefste ligt. Zo maken nanodeeltjes zink zonnebrandcreme doorzichtig in plaats van wit. Zilver in truien en sokken geeft een sterke anti-bacteriële werking, tegen stank. Je kunt met koolstof lichtere en sterkere auto’s maken, er zijn nu efficiëntere zonnepanelen. In 2005 waren er 54 nanoproducten, vorig jaar al over de duizend.’

Maar wat de gevolgen van nanodeeltjes kunnen zijn, weten we niet?

‘Nou, van nature worden we voortdurend blootgesteld aan nanodeeltjes. Bijvoorbeeld elke keer als je achter een auto aanrijdt, of het gasfornuis aanzet. Het enige verschil is dat we de deeltjes nu zelf maken, met andere eigenschappen. En bij die nanoproducten wordt er wel getest met de gangbare toetsen voor chemicaliën.’

‘Maar we hebben meer kennis nodig, dus moeten we onderzoek doen. Ik vind het heel belangrijk dat de acceptatie van nanoproducten op daadwerkelijke risico’s gebaseerd wordt. Zodat je niet die verschrikkelijke beeldvorming krijgt die je vijf, tien jaar geleden nog had bij genetische modificatie. Er wordt inmiddels veel vooruitgang geboekt. Twee jaar geleden ben ik zelf in deze nog kleine onderzoekswereld gestapt, en het is heel spannend. Wij onderzoeken sinds anderhalf jaar de milieueffecten op de bodem, door wormen in grond met nanodeeltjes te stoppen.’

En, wat gebeurt er met die wormen?

‘We zien wel negatieve gevolgen voor de groei, de sterfte, de voortplanting. Jonge wormpjes zijn er gevoeliger voor dan volwassen exemplaren, net als vaak bij gewone chemicaliën. Het probleem is altijd: bij welke concentraties wordt iets gevaarlijk? Hoeveel komt er in het milieu terecht? De bodem zit altijd al vol met natuurlijke nanodeeltjes, maar de door de mensen gemaakte kunnen we slecht meten. Er moet daarom een goed afwegingskader ontwikkeld worden. Zoals een classificatie voor nanodeeltjes, zodat je ze gemakkelijker kunt rangschikken in meer en minder gevaarlijke types.’

Maakt u zich geen zorgen?

‘Ik ben niet zo’n zorgelijk typ, en ik wil geen bangmakerijverhaal houden. Maar er is een hoop wat we niet weten. Het gaat om een ontzettend interessante ontwikkeling voor de maatschappij, maar met een enorme toename van de productie. Dus is meer informatie over de risico’s nodig. Zelf heb ik ook een nanoproduct in huis: ‘liquid filter’, voor het schoonmaken van je aquarium. Een mens is toch geneigd te denken: zolang de vissen niet dood op hun rug drijven, zal het wel meevallen.’ 

Morgen spreekt dr. ir. Nico van den Brink over ‘Nanotechnologie, gevaar voor het milieu?’ 20.00 uur. Burgerweeshuis, Bagijnenstraat 9, Deventer. Toegang gratis.

NRC Next kopte ’s ochtends ‘Bang voor nanodeeltjes?’.

Patronen in de natuur

Het hart van een zonnebloem of de patronen van een vlinder vinden we mooi. Hoe ze ontstaan is dat ook, volgens bioloog Ben Scheres (1960). Hij is hoogleraar moleculaire genetica in Utrecht.

Schoonheid die zichzelf organiseert?

Er zit een grote schoonheid in de manier waarop de biologie werkt. Eigenlijk zie je het in het hele bètaonderzoek, maar van de biologie kan ik het best getuigen. En dan bedoel ik de hele biologie. Zelf werk ik dan wel aan planten, maar ik denk net zoveel aan beestjes. Mensen hebben er vaak al moeite mee dat ze op chimpansees lijken, maar er zijn ook heel veel overeenkomsten tussen ons en een distel. De constructieregels daarvoor geven gratis de prachtige patronen in planten, zoals in bloembladeren of het hart van een zonnebloem. Die regels regelen ook patronen in dieren, bijvoorbeeld de tekening bij vlinders.

Hoe gebeurt dat dan?

Om te beginnen met op zichzelf simpele regels, die achter elkaar worden toegepast. Het is zoiets als het damspel. De regels daarvoor kun je in tien minuten aan een kind uitleggen, maar ze tot in de finesses toepassen kan een heel leven duren. Daar komt dan nog een terugkoppelingsregel bij. Die hangt af van de omgeving. Om bij de vergelijking met het dammen te blijven: stel dat op bepaalde momenten, afhankelijk van de stand van de damstenen, de regels veranderen. Dat levert een nieuwe situatie op. Door die feedback ontstaat complexiteit. Dit is de puzzel waaraan we werken.

Maar waarover gaan de regels in de biologie?

DNA, met daarin de genetische code, is daarvoor het beste aanknopingspunt. Maar we moeten af van de gedachte dat in het DNA alle code opgesloten zit. Want zonder alle moleculen eromheen, zonder een context dus, gebeurt er niets met de informatie. En wat er precies mee gebeurt, hangt af van de omgeving.

We zijn geneigd te denken dat DNA een blauwdruk is, een ontwerp dat je als legoblokjes in elkaar kunt zetten. Maar dat is hoe mensen plegen te bouwen. De natuur werkt zo niet. Die moet zichzelf kopiëren, zonder aparte bouwplan. Een bio-legodoos bevat als het ware zijn eigen bouwpakket.

Dat is lastig te vatten. Onze hersenen zijn wel goed in simpele oorzaak-en-gevolgketens, maar die terugkoppelingsmechanismen kunnen ze niet aan. Daar heb je formele wiskunde en computers voor nodig. Ik heb het zelf een aantal keren gezien: laat een paar regels met elkaar spelen in de computer, en het levert bijna niet te voorspellen eigenschappen op, zoals de vorm van een plant of een dier.

En dat vinden we dan mooi?

Blijkbaar. Als er symmetrische patronen uit komen dan vinden we dat mooi. Waarom is mysterieus, dat weet ik niet. Maar overal in de natuur zie je dezelfde principes met herhaalde regels en terugkoppeling: bij de vlucht zwanen die hier net voorbijkomt, bij alle bloemen, alle vertakkingen, of het nu in bomen is of in bloedvaten. 

Vanavond spreekt prof. dr. Ben Scheres over ‘Zelforganiserende schoonheid’. 20.00 u. Paard van Troje, Prinsegracht 12, Den Haag. Toegang: € 8,50

NRC Next kopte ’s ochtends ‘Bio-legodozen’.

Waar is het wormgat?

Natuurkunde en sterrenkunde zijn broer en zus volgens de Leidse studentenambassadeur sterrenkunde Tjibaria Pijloo (1989). Want sterrenkunde is gewoon natuurkunde in de ruimte – dus onder bizarre omstandigheden. Pijloo is net derdejaars in beide vakken. Met haar lezing over wormgaten won ze vorig jaar een lezingenwedstrijd voor sterrenkundestudenten onder de 21.

Wat zijn wormgaten?

‘Een worm kan om een appel heenkruipen, maar zich er ook doorheen eten, en zo een kortere weg maken. Daarom is wormgat de term voor short-cuts in ruimte en tijd. Je kunt er de weg tussen twee punten in de ruimte of twee punten in de tijd mee afsteken.’

Hoe dan?

‘Om er iets van te begrijpen moet je, net als Einstein, aannemen dat tijd en ruimte niet los van elkaar staan, maar samen een geheel vormen: ruimtetijd. Aan lengte, hoogte en breedte, de drie dimensies die iedereen kent, voeg je tijd toe, en nog een vierde ruimtelijke dimensie. Dat is lastig voorstellen, maar errmee rekenen, er een coördinatenstelsel van maken, blijkt in de praktijk heel handig.’ 

‘Stel je die ruimtetijd maar als een doek voor, die bij de vier punten wordt vastgehouden. Is de ruimtetijd leeg, dan blijft het doek strak. Maar zet je er bijvoorbeeld een zon in – denk aan een bowlingbal – dan bolt het doek. Je krijgt met andere woorden een kromming in de ruimtetijd.’

‘En dat is precies hoe Einstein zwaartekracht beschouwde: doe je bij je zon nog een planeet – zeg een tennisbal – dan rolt die richting bowlingbal. Niet omdat de zon eraan trekt, maar door de kromming die die zon veroorzaakt.’

‘Als je er zo naar kijkt, met ook die kromming die de gravitatiekracht is, dan zouden er korte verbindingen mogelijk moeten zijn tussen ruimtetijd-punten die eigenlijk ver uit elkaar liggen.’

Maar er is nog nooit een wormgat gevonden?

‘Nee, maar dat zegt niets. Vroeger dachten ze dat negatieve lading niet kon bestaan, nu heeft iedereen elektriciteit – een en al negatieve lading. Wormgaten zouden middenin zwarte gaten kunnen zitten, waarvan inmiddels wel bevestigd is dat ze bestaan.’

‘Maar wil je door de tunnel van een wormgat kunnen reizen, dan heb je wel exotische materie nodig, die van de aarde af zou bewegen, in plaats van ernaartoe getrokken worden. Van zichzelf zijn wormgaten niet stabiel, alles wat er doorheengaat, gaat kapot. Wij ook. Die anti-gravitationele materie zou dat oplossen. Dan kan je van een zwart gat naar een wit gat. Dat slokt geen dingen naar binnen, zoals zwarte gaten, maar spuugt ze uit, is de theorie. Het is een zwart gat, teruggespoeld in de tijd.’ 

Het blijft als science fiction klinken. Denk je zelf dat tijdreizen kan?

‘Vroeger dacht ik ook dat wormgaten alleen in Startrek bestonden. Nu ik me erin verdiept heb, geloof ik er wel in. Hoever we er nog vanaf zitten, valt niet te zeggen, maar wie weet is het over twintig jaar al zover.’ 

Zaterdag 5 september spreekt TJIBARIA PIJLOO over ‘Van zwarte gaten naar witte gaten?’ 15:00 uur. Biblionova Beek, Prins Mauritslaan 25, Beek. Toegang € 4,50. Opgeven www.biblionova.nl. 

Dit interview verscheen ’s ochtends onder de kop ‘Zwarte gaten, en witte’ ook in NRC Next. In z’n geheel. In NRC Handelsblad ging er iets erg mis, waardoor het ineens halverwege de derde vraag ophield. Wat wel de kop ‘Waar is het wormgat?’ een extra lading gaf. 

De uitdaging is alle plekken in het lichaam te kunnen bereiken

Een flinke jaap overhouden aan een operatie is een uitzondering aan het worden. De technieken en apparatuur om via hele kleine openingen ons lichaam binnen te gaan en daar een scala aan medische ingrepen te doen, groeien al een paar decennia spectaculair. Mede dankzij de Minimaal-invasieve techniekgroep van de afdeling Biomechanical Engineering bij de TU Delft, waar wiskundige Jenny Dankelman (1961) de leiding heeft. 

Zijn de voordelen van die sleutelgatoperaties altijd groter dan de nadelen?

Het gaat niet alleen om opereren via minisneetjes, maar ook om werken via naalden en katheters. Bij alles wat we ‘minimaal invasief’ noemen geldt dat het minder schade oplevert aan weefsels. Het leidt tot snellere genezing, minder pijn en ook cosmetisch is het natuurlijk een voordeel. Voor een dichtgeslibde kransslagader moest vroeger je hele borstkas open, en lag je weken in het ziekenhuis. Met het dotteren van nu nog maar een of twee dagen. En na een galblaasoperatie sta je tegenwoordig na een dag alweer buiten.

Ook economisch, en vanwege de vergrijzing en het dreigende gebrek aan personeel zijn er grote voordelen. Maar het is vaak wel lastig werken. Er wordt bij een biopt wel eens naast geprikt, dan wil je bij kunnen sturen. Onze uitdaging hier is alle plekken in het lichaam te kunnen bereiken.

Wat betekent dat in de praktijk?

Dingen moeten stuurbaar zijn, en flexibel, maar vaak ook weer stijf als je ter plekke iets wilt doen. Dus houden we zoektochten naar kunststoffen die afhankelijk van de temperatuur hard of zacht zijn, wat we dan met buisjes water reguleren. Voor een ingreep tijdens een MRI-scan kun je geen metaal gebruiken. En het materiaal moet te steriliseren zijn, of heel goedkoop.  We kijken ook naar hoe de natuur dingen oplost. Zo hebben we concepten gehaald uit de mooie bewegingen die inktvissen met hun tentakels maken. Dat kunnen ze door een ring van allemaal spiertjes. Wij maken nu ringen van kabels, opgesloten tussen  veertjes – onze instrumenten hebben vaak veel kabeltjes, die goed moeten meebewegen. 

Wat brengt de toekomst nog meer voor de operatiekamer?

We hebben de kleinst stuurbare katheter ter wereld gemaakt, minder dan een millimeter groot. Op het topje kunnen we mini-sensoren zetten, waarmee je diagnoses kunt doen. De volgende stap is zo ook patiënten te gaan behandelen. Bijvoorbeeld tumorweefsel lokaal wegbranden. We maken prototypes, en meestal leiden die binnen vijf jaar tot een verkrijgbaar instrument. 

Hoe komt een wiskundige eigenlijk in deze wereld terecht?

Na m’n afstuderen ben ik hier in Delft aan simulatiemodellen voor hartspierdoorbloeding gaan werken. Zo is het begonnen. Hiervoor heb ik ook leren opereren op proefdieren. Ik weet nu hoe moeilijk dat vak is, en dat elke patiënt weer anders is. Aan die onzekerheid moet je wennen. En training is natuurlijk belangrijk. We maken hier ook trainingssystemen, waarmee iemand buiten de patiënt bijvoorbeeld kan oefenen wat je moet leren voelen bij een ruggenprik. 

Zondag 25 september spreekt prof. dr. Jenny Dankelman  over ‘De operatiekamer van de toekomst’. 11.00 uur, Science Centre TU Delft, Mijnbouwstraat 120, Delft. Toegang: gratis.

In NRC Next stond hier op dinsdag 20 september boven: ‘Krimpend litteken’

 

Sterren kijken tijdens het onderduiken

Hij wordt deze maand 91 en doet nog steeds onderzoek. Leven en werken van emeritus hoogleraar sterrenkunde Kees de Jager zijn op vele manieren verbonden met de universiteit van Utrecht. Daar is vorige maand alle sterrenkunde opgeheven. De Jager is de eerste spreker op een avond over vier eeuwen Utrechtse astronomie.

 

Hoe begon het in Utrecht?

De universiteit werd gesticht in 1636, en al in 1642 vonden de eerste sterrenkundige activiteiten plaats. In de Smeetoren, een oude verdedigingstoren die door het gilde van de smeden verdedigd moest worden. Het eerste personeelslid was Aert Jansz., die 25 gulden per jaar betaald kreeg. En in de toren mocht wonen. Daar kon je dan met je kijker heen. Het was de tweede universiteitssterrenwacht ter wereld, de eerste begon een paar jaar eerder in Leiden. Die kijkers waren nog lang draagbaar. In 1863 kwam de eerste vaste sterrenkijker. Die staat er nog. Het is nu museum Sonnenborgh.

Dat u erg goed kent.

Ik kwam er al in 1939 als student, en in de oorlog heb ik er ondergedoken gezeten. Ik wilde de loyaliteitsverklaring aan de Duitsers niet tekenen. Tien uur per dag zat ik daar heel stil in een klein kamertje, met een andere student. Het was een voorrecht, we konden ’s nachts werken met de kijkers, en de bibliotheek gebruiken. Na de bevrijding kon ik meteen mijn doctoraalexamen doen. Bij Minnaert. Toen die vertrok als directeur van de sterrenwacht ging ik op Sonnenborgh wonen, in de dienstwoning. We zijn er tot 2003 gebleven.

Hoe komt Nederland toch zo goed in sterrenkunde?

Onze handelsvloot was in de zeventiende eeuw groter dan die van alle andere Europese landen samen. De sterrenkunde was toen nodig om je positie op zee te kunnen bepalen. Zo is het begonnen. En nu nog staat het sterrenkundig onderzoek uit Nederland samen met Engeland op de tweede plaats, na Amerika. Terwijl er hier maar zo’n 150 onderzoekers zijn, tegen in Engeland 1100.  Dus dat Utrecht is opgeheven, is meteen een grote aantasting. Een zeer droevige zaak. Alle onderzoekers zijn wel elders ondergebracht, maar hun posities verdwijnen na hun pensioen.

Waar was Utrecht sterk in?

Zonnespectroscopie. Het licht van een ster kun je weergeven met allemaal streepjes, een spectrum. Je kunt eraan zien welke atomen in de atmosfeer van de ster zitten, wat de scheikundige samenstelling is dus. Zelf vond ik hoe je het verloop van de temperatuur en de druk kunt aflezen aan die lijntjes. Utrecht was leidend over de hele wereld op dat onderwerp.

Net als over zonnevlammen. Die kun je alleen boven de atmosfeer goed waarnemen, wat voor mij in 1961 reden was een afdeling Ruimteonderzoek te beginnen. Een grote kanjer van een uitbarsting zagen we  op 30 april 1980, bij de troonswisseling. Toen begrepen we voor het eerst dat zo’n vlam uit een kortsluiting van jewelste ontstaat. Het heet nog altijd overal de Queens flare, de Koninginnenvlam.

Donderdag 5 april spreekt prof. dr. Kees de Jager over ‘Vier eeuwen sterrenkunde in Utrecht’. 19.40 uur. Academiegebouw, Domplein 29, Utrecht. Toegang gratis.

NRC Next zette hier ’s ochtends boven: ‘Ondergedoken de sterren bekijken in Sonnenborgh”

 

Sterrenkunde? Geweldig, maar je hebt er niets aan

Op onze buurplaneet Mars — half zo groot als de aarde, en een heel stuk kouder – rijdt sinds een paar maanden Curiosity rond, dat officieel het ‘Mars Science Laboratory’ heet, en inderdaad een compleet laboratorium is. Tot grote vreugde van sterrenkundige Kees de Jager (91), die het op de voet volgt.

Waar hebben ze Curiosity neergezet?

Een ongelooflijke technische prestatie: in een vallei, de Gale-krater, met middenin een berg van vijf kilometer hoog. Daar zijn nu gedetailleerde opnames van en dan zie je gelaagdheid, verschillende sedimenten die van vochtig tot droog lopen. Dat is dus materiaal dat vroeger in zee gelegen heeft. Er zijn nu voor het eerst ook brokstukken ijs gezien bij een inslagkrater. Die moeten uit de diepe onderlagen gekomen zijn, en je zou verwachten dat ze zullen smelten. 

Zijn er meer interessante dingen bekend intussen?

Wat ik ook hartstikke leuk vind, is wat er te zien is bij een bepaald deel van een grote kloof die over Mars loopt. Die is 6000 kilometer lang, en zo’n tien kilometer diep, met steile wanden waar de aarde omlaag is gestort.  Ooit is die ergens getroffen door een object van buiten, dat zo groot was dat het aan weerskanten van de kloof een krater heeft gemaakt. Alleen zijn die gaten zo’n 150 kilometer van elkaar verschoven. Dat is een soort continentenverschuiving. Daarvan dacht iedereen altijd dat dat op Mars niet kon. De aarde heeft een warme binnenkant, en daar drijven onze continenten op. Je weet niet wanneer die inslag op Mars geweest is, dus ook niet hoe lang dat verschuiven geduurd heeft, maar 150 kilometer is een end.    

Hebben we er ook iets aan?

Het is geweldig, maar je hebt er niets aan, zeg ik altijd over sterrenkunde. Weet je, als je van een tweede planeet de ontstaansgeschiedenis kent dan scheelt dat al zoveel. Tot zo’n dertig jaar geleden kenden we maar één planetenstelsel, het onze. Toen namen we aan dat alle stelsels er wel zo ongeveer zo uit zouden zien. Intussen blijken er totaal andere planetenstelsels te bestaan. Ik denk nog wel eens terug aan Jan Janssen, een slim schooljongetje dat sterrenkunde wilde gaan studeren, toen ik net assistent was in 1949. Na een jaar hield hij ermee op. Er is niets meer te ontdekken, ze weten alles al, zei hij. Ik zei dat dat niet waar was, maar natuurlijk kon ik hem niet vertellen wat we dan niet wisten. Hij is toen pastoor geworden. In de Bijbel staat alles wel al vast. 

Waar bent u zelf het benieuwdste naar?

Nou, ik zou het toch wel prachtig vinden als er leven gevonden werd. Ik verwacht het eigenlijk niet hoor.  Het is een tegenvaller dat er geen methaan in de atmosfeer blijkt te zitten. Dat gas wordt uitgestoten door levende organismen. Maar misschien was het er ooit wel, en is het verdwenen in de ijle atmosfeer van Mars. 

Dinsdag 13 november spreekt prof. dr. Kees de Jager over ‘Mars, een bijzondere planeet’. 19.30 uur. Sonnenborgh, Zonnenburg 2 Utrecht. Toegang: € 6,-

NRC Next had ’s ochtends ongeveer dezelfde kop: ‘Astronomie is geweldig, maar je hebt er niets aan’

Gezond en 100 jaar

Al vanaf 1840 loopt onze levensverwachting spectaculair, in een rechte lijn omhoog. Vrouwen worden hier nu gemiddeld 82, mannen 78. Volgens Steven Lamberts (1944) draait alles om het samenspel tussen aangeboren zaken en onze omgeving. Hij is hoogleraar inwendige geneeskunde aan de Erasmus Universiteit.

Wat houdt ouder worden medisch gezien in?

‘Veroudering is geen ziekte, maar een langzaam verlies van lichaamsfuncties. Omdat we veel reserve hebben, merken we er niet erg veel van dat bijvoorbeeld onze longen, nieren en hart achteruitgaan. Alleen inspanningsprestaties lopen onherroepelijk terug. Het algemene record voor de marathon staat op twee uur en wat minuten, het record voor een tachtigjarige komt net boven de vier uur.’

Hoe komt dat?

‘Er zijn verschillende theorieën over veroudering. Vorig jaar was de Nobelprijs voor Geneeskunde voor onderzoek naar de uiteinden van chromosomen, de telomeren. Die worden steeds korter en rafeliger, waardoor op den duur celdeling niet goed meer volbracht wordt.

Daarnaast bestaan er genen die voor herstel van DNA-schade zorgen. Kleine afwijkingen in de enzymen die dat herstelwerk doen, leiden tot muizen die er al verschrikkelijk oud uitzien als ze achttien maanden zijn.’

‘Ook de gevoeligheid voor het stresshormoon cortisol speelt een grote rol. Wie licht ongevoelig is, leeft langer en beter, en wordt bijvoorbeeld niet gauw dement of depressief. Dat is zo’n zes à zeven procent van de bevolking. Jongens van 18 uit die categorie zijn vijf centimeter langer, hebben sterkere spieren en kunnen harder rennen. Evolutionair gezien begrijpelijk: je hebt iemand nodig om de beesten te vangen.’

‘Maar veertig procent is juist iets gevoeliger voor cortisol. Dat zijn de mensen die onder meer snel overgewicht krijgen en insulineresistentie ontwikkelen, dus suikerziek worden. Heel lang was het natuurlijk gunstig als je elke calorie op je billen of buik opsloeg, maar in de omgeving van nu, met die overvloed aan eten en de verborgen calorieën die de voedselindustrie overal in stopt, is het een nadelige eigenschap geworden. Vijf procent heeft inmiddels suikerziekte.’

Waar zit het probleem precies?

‘Niet iedereen is het met me eens, maar ik denk dat insuline de sleutel bevat. Gezonde honderdjarigen verwerken met een snufje van hun eigen insuline nog steeds suiker als een twintigjarige. Het is een dilemma: sterk beperkte calorie-inname is heel goed voor ons. Vorig jaar kwamen de resultaten van een studie met zo’n veertig apen naar buiten, met foto’s. De helft die twintig jaar onbeperkt had kunnen eten, zag eruit als echt bejaarde, ingezakte apen, met zwakke spieren, haaruitval. De andere helft, die op dieet was gehouden, zag er prima uit. Vrouwen zouden zich moeten beperken tot 1800 calorieën, mannen tot 2000.’

Heeft u ook een makkelijker uit te voeren tip?

‘Je bovenbenen getraind houden. Zolang je niet de pech van echte ziektes hebt, gaat alles beter als je goed kunt lopen. Verder verwacht ik steeds meer individuele medicatie, waarbij je ook met genetische variatie rekening kunt gaan houden.’ 

Zondag spreekt prof.dr. Steven Lamberts over ‘Succesvol ouder worden – nature of nurture?’, 11.00 uur. Paradiso, Weteringschans 6-8 Amsterdam. Toegang €10,- (studenten € 5,-)

NRC Next zette ’s ochtends ‘Ouder door insuline’ boven dit interview.