Nobelprijzen
Jacobus Henricus van 't Hoff en Peter Debye zijn twee Nobelprijswinnaars die hier in Utrecht aan de universiteit werkten. Hun ontdekkingen zijn onmisbaar voor een breed gebied binnen de natuurwetenschappen, dat betoogt prof. dr. Willem Kegel (Fysische Chemie, UU) in zijn lezing in de reeks Nobelprijzen. Zo ook in zijn onderzoek naar zelfordenende systemen, systemen die zich spontaan organiseren vanuit een wanordelijke toestand. Behalve het werk zelf lieten ook de onderzoeksmethoden van Debye en Van 't Hoff indruk achter.
Creatief in de wetenschap
Wat beide Nobellaureaten van 'gewone' onderzoekers onderscheidt, is volgens Kegel hun creativiteit en verbeeldingskracht. Debye legde vaak het laatste stukje van een onopgeloste puzzel, hij was 'de man van het laatste woord'. Zo zocht men al lang naar het antwoord op de vraag waarom zeep in water troebel wordt. Debye kwam met de oplossing. Het ligt aan micelvorming die lichtverstooiiing veroorzaakt. Van 't Hoff daarentegen kon vanuit het niks creatieve ondekkingen doen, daarbij speelde verbeeldingskracht een grote rol. Hij raadde studenten aan om te gaan wandelen, daar kwam je volgens hem tot betere ideeën dan in de bibliotheek. Zelf kwam hij tot het inzicht om moleculen in een 3D-structuur weer te geven tijdens een blokje om. Kegel: 'Van een zekere afstand zou je denken dat wetenschappers puur rationele mensen zijn, die op een stapsgewijze manier van A naar B gaan, zo werkt het dus absoluut niet. Intuïtie speelt een belangrijke rol, althans in mijn ervaring'. Zijn eigen tactiek in de wetenschap is het 'snappen en maken'. Kegel wil een natuurfenomeen snappen en het vervolgens namaken. Ondertussen hoopt hij dan op nieuwe dingen te stuiten, 'daar is het ons [wetenschappers] om te doen'.
Zelf-organisatie
Het proces dat Kegel probeert te doorgronden is zelf-organisatie. Dat is een wisselwerking tussen aantrekking en afstoting, met het effect dat de interne organisatiegraad van een systeem groter wordt. Dit gebeurt op grote en kleine schaal in de natuur. Wij mensen zijn een vorm van zelf-organisatie: biljoenen atomen die op ingewikkelde en bereidwillige wijze tot elkaar komen om jou te vormen, zoals Bill Bryson al schreef in Een kleine geschiedenis van bijna alles (2003). Maar ook een zwerm vogels en vissen is zelf-organisatie, een eigenlijk wanordelijke groep losse individuen die zich samen als een geordend geheel verplaatst, zonder op elkaar te botsen. In het dagelijks leven is de vorming van water (wanordelijke toestand) tot ijs (ordelijke toestand) onder de juiste omstandigheden (temperatuur) een voorbeeld van zelf-organisatie op kleinere schaal. Kegel doet onderzoek naar de vorming van complexe structuren uit relatief eenvoudige bouwstenen, en het liefst in het grensgebied van natuurkunde, scheikunde en biologie. Zo werkt hij onder andere aan virussen.
Slecht nieuws verpakt in eiwit
Virussen zijn 'bad news wrapped in protein', oftewel slecht nieuws - het genetisch materiaal RNA of DNA - verpakt in een jasje van kleine stukjes eiwit. Virussen zijn klein, enkele tientallen nanometers, en dringen gastheercellen binnen. Om daar vervolgens in de celkern gebruik te maken van het mechanisme van de gastheer om zichzelf te kopiëren. Doordat virussen simpele biologische structuren zijn, kunnen ze zich makkelijk vormen door middel van zelf-organisatie. Als je losse stukjes eiwit en wat DNA of RNA in een oplossing stopt zal onder de juiste omstandigheden een virus vormen. Kegel onderzoekt o.a de juiste omstandigheden: de zoutconcentratie en temperatuur blijken cruciaal. Hij probeert de vorming ook na te bootsen in het lab met colloïden, deeltjes tussen de 1 en de 1000 nm.
Toepassingen van dit onderzoek
Maar wat hebben we aan die informatie? Die virussen zijn slinkse organismen, die vaak ziektes verwekken. Als we beter begrijpen hoe ze zich vormen, kunnen we ze ook beter bestrijden. Verder is het transportsysteem van een virus door iets verpakken in een beschermend eiwitjasje heel handig. Dit zou in de toekomst gebruikt kunnen worden om bijvoorbeeld kankermedicijnen, die heel giftig zijn, op precies de juiste plaats in het lichaam af te leveren. Als we beter begrijpen hoe zelf-organisatie werkt op kleine schaal bij zeer simpele levensvormen kunnen we uiteindelijk hopelijk toewerken naar de vraag: hoe ontstaat leven? Het doordachte experiment waarbij de vorming van leven uit de oersoep wordt nagebootst, het zogenaamde 'Miller-Urey experiment' (1953), leverde spontane vorming van aminozuren - de bestanddelen van eiwitten - op. En eiwitten zijn weer belangrijke bestanddelen van leven. Toch is het antwoord op de vraag volgens Kegel nog ver weg, ondanks deze aanwijzingen. Het is dus hopen op veel creatieve wetenschappers die samen een wandelingetje maken om hierover na te denken. Voor nu geven de 'kleinere' experimenten al een fascinerende kijk in hoe de natuur in elkaar steekt.
Bekijk voor een uitgebreide uitleg de lezing 'Van moleculen tot leven' terug. Volgende week de laatste Nobellezing, dan horen we prof. dr. Gerrit van Meer (Decaan Bètawetenschappen, UU) over de betekenis van prijzen in de academische wereld. Kunnen Nederlandse universiteiten toponderzoekers kopen of moeten we het hebben van de 'jeugdopleiding'?
