Lagen van complexiteit

Delft Integraal, Juli 2010

Zijn aha-moment beleefde prof.dr.ir. Sander Tans vlak na zijn promotie in 1998. Hij schreef rond die tijd samen met toenmalig promotor Cees Dekker verschillende publicaties in topbladen als Science en Nature over de elektrische geleiding van enkele koolstofnanobuisjes.

Klik op afbeelding voor .pdf

“We konden de stroom door afzonderlijke moleculen meten. Dat was fantastisch! Maar met de nanotools die we ontwikkeld hadden, konden we ook andere dingen doen. Ze gunden ons een blik op biologische processen, die stuk voor stuk heel wat complexer zijn dan wat wij voor elkaar kregen. Motoreiwitten bijvoorbeeld die dna repareren, of langs een speciaal spoor in de cel heen en weer lopen. In complexiteit zijn ze vergelijkbaar met motoren die mensen maken, maar dan op nanometerschaal. Als je dat voor het eerst ziet denk je: Wow! Hoe kan dat?” Het was het begin van Tans’ keuze voor de biofysica, een vak dat hij beoefent als groepsleider van het biofysica laboratorium van het FOM-instituut Amolf (atoom- en molecuulfysica) in Amsterdam, en sinds 1 januari ook als deeltijdhoogleraar bij de nieuwe TNW-afdeling bio-nanoscience. De natuurkundige blik op biologische onderwerpen is zijn specialisme geworden. Zijn onderzoeksterrein strekt zich uit vanaf afzonderlijke moleculen tot aan het niveau van cellen en de evolutie daarvan. Het is Tans’ ambitie om een bijdrage te leveren aan een meer kwantitatieve biologie; een wetenschap die gebaseerd is op testbare hypotheses, experimenten en voorspelbare resultaten.
Als voorbeeld noemt Tans zijn recente onderzoek naar de mechanismen van volutie. In dit onderzoek werd een populatie van bacteriën een nieuwe manier aangeleerd om te reageren op antibiotica, door middel van evolutie tijdens zo’n honderd generaties . De onderzoekers lieten zien dat bacteriën zich hadden aangepast aan een wisselende omgeving die soms wel, en soms geen antibiotica bevatte, door een combinatie van toevallige mutaties en Darwiniaanse selectie. “Het evolutionair aanleren van een reactie, is nog nooit eerder gelukt”, aldus Tans. “Tegelijk hebben we getoond waar dit succes precies vanaf hangt. Het laat zien dat je een proces pas echt begrijpt als je het kunt reproduceren.”
Tans’ vervolgonderzoek gaat in de richting van de evolutie van complexe eigenschappen. Bij de meeste biologische processen zijn meerdere eiwitten betrokken. Hoe veranderen die onder evolutionaire druk? Of zoals Tans zegt: “Hoe evolueert complexiteit? En kunnen we daaruit misschien eenvoudige basisprincipes destilleren?” Het is de oude hoop van de natuurkundige dat de chaotische en complexe werkelijkheid na voldoende studie haar onderliggende logica zal prijsgeven. Die droom is in de natuurkunde zelf overigens nooit volledig bewaarheid geworden.

Delft Integraal 2010.3