Darwin Day – deel 1

12 februari is het Darwin Day. Op die dag vieren we de geboortedatum van Charles Darwin, en vragen we aandacht voor zijn wetenschappelijke bevindingen en de wetenschap in het algemeen. Ter ere van de man zelf, zijn evolutietheorie en onze geliefde wetenschap: de acht grootste, gekste en meest bizarre ontdekkingen van het afgelopen decennium.

 

1 – Gefossiliseerd pigment toont kleur van dinosauriërs

Het decennium begon met een revolutie in de paleontologie, toen we voor het eerst een idee kregen over de ware kleuren van dinosauriërs.

Kleur bekennen

In januari 2010 onthulde een analyse van gefossiliseerde pigmenten dat de Sinosauropteryx, een dinosaurus die zo’n 120 tot 125 miljoen jaar geleden in China leefde, roodbruine tinten en strepen langs zijn staart had. Kort daarna kregen we een soortgelijke onthulling over de Anchiornis, een kleine gevederde dinosaurus die zo’n 160 miljoen jaar geleden leefde. Het beestje heeft zwarte en witte veren op zijn lichaam, en pronkt met een opvallende pluim van rode veren op zijn hoofd.

Evolutie van vroeger

De studie van gefossiliseerde pigmenten bleef nieuwe informatie over het prehistorisch leven blootleggen. In 2017 werd een opmerkelijk goed bewaarde, gepantserde dinosaurus gevonden die ongeveer 110 miljoen jaar geleden leefde. De Borealopelta heeft roodbruine tinten, waardoor hij goed gecamoufleerd is. Deze nieuwe mogelijkheid om de kleuren van dinosauriërs te identificeren en te bestuderen geeft ons een beter inzicht in hun overlevingsstrategieën, en zal een belangrijke rol blijven spelen in het onderzoek naar de evolutie van het vroegere leven.

 

2 – Eerste levende organisme bestaande uit synthetisch materiaal

In 2010 slaagde een team Amerikaanse wetenschappers van het J. Craig Venter Institute erin om een levend organisme te maken aan de hand van synthetische DNA. De doorbraak kwam er na jaren van onderzoek en ontwikkeling, en was een mijlpaal voor de wetenschap.

Synthetisch DNA

Om de ontdekking wat beter te schetsen: wetenschappers haalden succesvol DNA uit de levende bacterie Mycoplasma genitalum en konden die reconstrueren. Dat zelfgemaakte synthetisch DNA plaatsten ze in een nieuwe bacterie, die daarop heel natuurlijk reageerde. De ontdekking impliceerde dat het in de toekomst mogelijk zou zijn om zelf kunstmatige, levende organismen te creëren.

Sinds de doorbraak is er veel vooruitgang geboekt in de synthetische biologie. In 2016 sloegen dezelfde Amerikaanse wetenschappers erin een kunstmatige bacterie te bouwen met het kleinste genenpakket dat bestaat in een levend organisme. De eencellige genaamd JCVI-syn3.0 had slechts 473 genen. Ter vergelijking: de mens heeft zo’n 20.000 genen.

Enkele concrete toepassingen van synthetische biologie

Landbouw. Sommige aardappels kregen een gen van een vis uit de poolgebieden om ze beter bestand te maken tegen de koude.

Parfum. Er kon rozenolie gemaakt worden door het wijzigen van het DNA van gist. Theoretisch zouden we daarmee ook de geur van reeds uitgestorven planten en bloemen terug de wereld in kunnen brengen.

Kleding. Het is mogelijk om te werken met micro-organismes die kleurstoffen kunnen maken. Op die manier zou synthetische biologie gebruikt kunnen worden om kleding te kleuren.

Schoenen. In 2016 presenteerde Adidas haar nieuwe Futurecraft Biofabric-schoen. De zijde op de schoen is gemaakt van gemodificeerde bacteriën. Het voordeel hiervan is dat de schoen binnen 36 uur volledig composteert na het toedienen van een bepaald enzym.

Verlichting. In Nederland verlichtte kunstenaar Daan van Roosegaarde een fietspad bij Nuenen met fonkelende steentjes. Het Franse bedrijf Glowee onderzoekt hoe ze planten in de stad kunnen aanpassen met de enzymen van bepaalde algen. De planten gaan daarmee een fluoriserend licht afgeven dat kan dienen als straatverlichting.

 

3 – Homo Sapiens ouder dan verwacht

Heel lang leefden wetenschappers in de veronderstelling dat de Homo sapiens, aka de moderne mens, 200.000 jaar geleden ontstond in Ethiopië. Tot de Franse onderzoeker Jean-Jacques Hublin in 2017 bewees dat de Homo sapiens al veel eerder rondliep op onze wereldbol. Zo’n 100.000 jaar eerder dan gedacht.

Modern gezicht

Hublin ontdekte de 300.000 jaar oude fossielen van vijf individuen in een grot in Marokko, in de buurt van de stad Marrakesh. Voor de ontdekking werd er gedacht dat onze soort specifiek in Ethiopië ontstaan is, maar die theorie werd door de vondst ontkracht. De waarheid is eerder dat de mens zich geleidelijk ontwikkelde en verspreidde over heel Afrika.

Uit de botresten bleek dat onze oeroude soortgenoten in Marokko een klein gezicht, dunne wenkbrauwen en een grote kin hadden. De resten vertoonden ook een lange, platte schedel. Volgens Hublin was dit het bewijs dat de vroegere Homo sapiens al een vrij modern gezicht hadden, maar dat vooral de hersenen nog moesten evolueren.

 

4 – Ontdekking Higgsdeeltje

In 2012 kwamen enkele glunderende wetenschappers naar buiten met het nieuws dat ze het Higgsdeeltje ontdekt hadden, het laatste onontdekte deeltje dat voorspeld werd in het standaardmodel van de deeltjesfysica.

Inzoomen op vraagstukken

Het standaardmodel van de deeltjesfysica beschrijft de kleinste deeltjes in ons universum, en de natuurlijke krachten die er een effect op hebben. Waarom is water nat? Hoe werken onze hersenen? Wat is leven? Door genoeg in te zoomen op die vraagstukken kom je altijd uit bij de allerkleinste deeltjes en de krachten die zij ondergaan. Die deeltjes en krachten vormen samen het standaardmodel.

De massa

Het Higgsdeeltje is onderdeel van dit standaardmodel, maar dat was lange tijd niet meer dan een theorie. Bijna een halve eeuw geleden probeerden Peter Higgs en een handvol andere natuurkundigen de oorsprong van een fundamenteel fysiek kenmerk te begrijpen: de massa. De massa is het gewicht van een object, of iets preciezer, de weerstand die een object biedt om zijn beweging te laten veranderen. Op microscopisch niveau is de massa van een object afkomstig van de samengestelde moleculen en atomen, die zelf zijn opgebouwd uit fundamentele deeltjes. Maar waar halen die deeltjes hun massa?

Van wilde speculatie tot bewijs

Higgs poneerde dat er een onzichtbaar krachtveld bestaat dat over heel het universum spant, en dat alles waarmee het interageert, massa geeft. In 1964 diende Higgs een paper in bij een prominent natuurkundig tijdschrift waarin hij dit idee wiskundig formuleerde. De paper werd afgewezen. Niet omdat het een technische fout bevatte, maar omdat het uitgangspunt van een onzichtbaar iets dat de ruimte doordringt en alles massa geeft, niet veel meer leek dan wilde speculatie.

Tegen de jaren 80 werd er helemaal anders gekeken naar deze nieuwe theorie. De fysicagemeenschap had het idee van een onzichtbaar Higgsveld volledig omarmd. Wetenschappers presenteerden het model vol zekerheid, alsof het al bewezen was. Dat bewijs zou er pas in 2012 komen.

Higgsveld

De wiskunde toonde aan dat het in theorie mogelijk zou zijn om het bestaan van het Higgsdeeltje te bewijzen. Als alles echt ondergedompeld is in een onzichtbaar veld, dan moet een zware botsing van deeltjes in staat zijn om het veld te doen trillen, op dezelfde manier dat een botsing van twee onderzeeërs zou zorgen voor beweging in het water. Af en toe zou die trilling zorgen voor een situatie waarin het mogelijk is om een klein vlekje van het Higgsveld af te plukken. Een druppeltje uit de Higgs-oceaan. Het Higgsdeeltje.

Overwinning voor de wetenschap

Op 4 juli 2012 maakte het Centrum voor Kernonderzoek in Genève (CERN) bekend dat ze het Higgsdeeltje gevonden hadden. De ontdekking gebeurde met een enorme deeltjesversneller van het CERN. De ontdekking bewees dat er een krachtveld bestaat dat integraal deel is van ons universum, een veld dat ingenaaid is in het deken van de ruimte. Maar misschien nog belangrijker is het feit dat de ontdekking een waanzinnige overwinning voor de wetenschap was. Het toonde aan dat wij als mensen in staat zijn om de innerlijke werking van het universum te onderzoeken en te begrijpen.