Darwin had niet veel op met wiskunde, zoals ik in het stukje ‘Exacte vakken’ (Dagblad Suriname 29 augustus 2017) aanstipte. Maar wie weet had dat ook een beetje te maken met zijn eigen niet zo heel grote interesse in wiskunde en rekenen. Het is enigszins merkwaardig omdat Darwin al snel nadat hij het evolutionaire mechanisme had ontdekt tot de conclusie was gekomen dat de evolutie op zichzelf een algoritmisch proces moest zijn. Bovendien was een van de hoekstenen van zijn theorie over natuurlijke selectie zijn aanname dat de hoeveelheid erfelijke variatie vrijwel onbegrensd moest zijn om natuurlijke selectie mogelijk te maken. Maar Darwin had wel een excuus: ten tijde van het uitkomen van zijn ‘Origin of Species’ had niemand nog maar het flauwste geen idee van de genetische grondslagen van overerving van eigenschappen. Genen en DNA waren onbekend. Darwin zou zijn mening direct hebben herzien als hij daarvan wèl op de hoogte was geweest.
Traditioneel drijft de biologie op kwalitatieve modellen. Daarmee wordt bedoeld dat zij vooral beschrijvend van aard is en zich richt op uiterlijke kenmerken, de betekenis en de interpretaties van die kenmerken. De pionier ervan was de 18e eeuwse Zweedse bioloog Linaeus. Had een hoefdier tweevoudige hoeven zoals runderen en herten dan hoorde het tot de orde van de evenhoevigen. Met enkelvoudige hoeven hoorde het tot de onevenhoevigen, zoals paarden en tapirs. Had het knaagtanden dan hoorde het tot de orde van de knaagdieren.
Die aanpak wordt tegenwoordig steeds meer vervangen door het bestuderen van verschillende organismen met software die door middel van algoritmen (rekenprocedures) het genoom van die organismen vergelijkt. Volgens de indeling van Linaeus behoren nijlpaarden tot de orde van de evenhoevigen, maar genetisch onderzoek heeft uitgewezen dat zij in feite veel nauwer verwant zijn aan walvissen dan aan andere evenhoevigen. Het geldt voor tal van andere diersoorten, ook die welke op het eerste gezicht niets met elkaar te maken lijken te hebben. Ziedaar een andere belangrijke bijdrage van de informatica aan de biologie: de reconstructie van de evolutionaire levensboom, dat wil zeggen de wijze waarop organismen in de loop van de evolutie uit elkaar zijn ontstaan of juist uit elkaar zijn gegroeid.
Kwantitatief onderzoek in de biologie probeert feiten te achterhalen, waarbij de resultaten meestal worden uitgedrukt in cijfers. Voor het ontrafelen van de ‘geheimen’ van het leven is zo’n aanpak in de vorm van rekenmethoden of algoritmen een must. Vragen zoals hoe de moleculaire machinerie van de cel werkt of wat de genetische overeenkomsten zijn tussen organismen die in de loop van de evolutie uit elkaar zijn gegroeid kunnen alleen op die manier worden beantwoord.
Binnen de systeembiologie proberen biologen, fysici, chemici, wiskundigen en informatici de samenwerking van moleculen in levende cellen in kwantitatieve modellen te modelleren. Daarbij zijn biologen goed in het op de klassieke kwalitatieve manier beschouwen van levende organismen . Fysici hebben veel ervaring met het modelleren van complexe systemen terwijl informatici en wiskundigen experts zijn in het bouwen en rekenkundig analyseren van systemen waarin zaken met elkaar samenhangen.
Een belangrijk resultaat boekte de bio-informatica met het uit elkaar rafelen van het genoom van levende wezens, wat uiteindelijk resulteerde in het beschrijven van het totale menselijke genoom (een genoom is de volledige DNA-set, inclusief alle genen. Een genoom bevat in zijn kern alle informatie voor het creëren en in stand houden van een organisme. Bij mensen bevat elke cel van het lichaam een kopie van het genoom: meer dan drie miljard DNA base-paren). Het lijkt wel een beetje op het in stukken scheuren van een aantal kopieën van een boek, die rondstrooien en vervolgens iemand vragen het oorspronkelijke boek bladzijde voor bladzijde te reconstrueren. Deze ontwikkeling gaat snel met als doel het genoom van een individuele mens snel en goedkoop in kaart te brengen, zoals om ziekten op het spoor te komen.
Als de natuur rekent dan ligt het voor de hand dat we die rekenkundige kant van de biologie na verloop van tijd ook zullen moeten terugzien in het biologie-onderwijs, dat nu nog uitsluitend kwalitatief van aard is.
Anton van den Broek
