Reductionisme en holisme in de levenswetenschappen

Wetenschap berust op reductionisme: ingewikkelde vraagstukken terugbrengen tot hapklare brokken. Van daaruit proberen onderzoekers het grotere plaatje samen te stellen. Maar in de levenswetenschappen zien we de laatste tijd juist een beweging naar holisme: het idee dat alle verschijnselen van het leven alleen te begrijpen zijn vanuit het geheel. Hoe is het één en het ander met elkaar te rijmen?

Dit is een verkort stuk uit het boek Natuurlijk! Logisch. Hoe de natuur ons steeds weer voor verrassingen stelt, van Alle Bruggink en Diederik van der Hoeven. Het boek verschijnt in november 2019. Dit is het eerste van twee artikelen over holisme.

De mensheid bleef eeuwen en eeuwen in het duister tasten over de wetten van de erfelijkheid. Wij maakten er wel gebruik van: ons huidige graan en onze kip zijn ver verwijderd van het oorspronkelijke gras en de oude bosvogel. Maar dit ging met vallen en opstaan. Bijvoorbeeld door het bewaren van de dikste zaden voor de zaaitijd in het volgende jaar. Totdat de Oostenrijks/Tsjechische monnik Gregor Mendel het vraagstuk reduceerde tot de meest eenvoudige vraagstelling. Door steeds maar naar de verandering in één eigenschap te kijken. De kleur van de bloem, of zijn vorm. Zijn wetten zijn beroemd geworden. De hele biologie staat op zijn schouders. Zonder Mendel geen kennis van chromosomen en DNA, geen biotechnologie. Reductionisme ten voeten uit. En het heeft ons ver gebracht.

Van reductionisme naar holisme in de moderne wetenschap

Maar anderhalve eeuw na zijn ontdekkingen gaat een deel van de biologische wetenschap precies de omgekeerde richting uit: naar holisme in plaats van reductionisme. Het lijkt wel of we eerst de allereenvoudigste situaties moesten leren kennen, voordat we dieper inzicht konden krijgen in de complexe werking van de levende natuur. Het huidige streven naar holisme echoot een beweging die sterk was rond 1900. Volgens deze ‘levensfilosofie’ kunnen sociale en biologische verschijnselen alleen vanuit hun context worden verklaard. Het geheel belangrijker dan het deel. Het probleem daarbij was steeds dat deze context dan niet meer wetenschappelijk te doorgronden is, maar alleen nog intuïtief. In de afgelopen anderhalve eeuw hebben we echter geleerd dat de tegenstelling niet zo absoluut is. Er bestaan vele tussenstappen tussen ‘deel’ en ‘geheel’, en we zijn steeds beter geworden in het bekijken en begrijpen van al deze tussenstappen. Komt er ook een moment waarop we het geheel kunnen begrijpen vanuit de som van delen? Of is er een golfbeweging aan de gang, waarbij we soms denken de natuur het best als geheel te kunnen zien, en soms doorbreken op onderdelen?

Laten we eens kijken naar het veranderende perspectief op een complex geheel als een bos. Op school leerden we dat bossen bestaan uit bomen en deze weer uit ‘onderdelen’. Houtweefsel dat de boom stevigheid geeft, vaten voor transport van water en voedingsstoffen uit de bodem naar de bladeren; en vaten voor transport van suikers in de omgekeerde richting, van de bladeren naar de wortels zodat deze kunnen groeien. Hout bestaat vooral uit drie bestanddelen: cellulose, die de boom stevigheid geeft, lignine als vulmiddel, en hemicellulose als bindmiddel. Drie bestanddelen die chemisch verschillend zijn samengesteld.

De intelligentie van planten

Dan kunnen we ineens op internet vinden dat bomen met elkaar kunnen ‘praten’. Als ze worden aangevallen door vraatzuchtige insecten, scheiden ze vluchtige stoffen uit die de buren waarschuwen voor gevaar. En ze blijken ook ondergronds te kunnen communiceren: via het ‘microbioom van de bodem’. Het geheel van micro-organismen rond de wortels. Bomen houden niet meer op bij hun haarwortels. Ze reiken tegenwoordig veel verder: door de schimmels van het microbioom, die om en deels ook in de haarwortels leven. Daardoor kunnen bomen bijvoorbeeld van veel verder water en voedingsmiddelen binnen halen dan alleen via hun eigen wortels. En ze kunnen vooral informatie binnen halen.

De boom beloont deze schimmels, de zogenoemde mycorrhiza, met voedingsstoffen (suikers) die ze via hem krijgen, soms wel 20% van alle suikers die de boom aanmaakt. Een van de nuttige diensten die de mycorrhiza leveren is communicatie: bomen kunnen via dit ondergrondse systeem signalen uitzenden en binnen krijgen, ‘praten’ dus in dierlijke termen. We moeten misschien onze definitie van de boom wel uitbreiden, misschien wel tot het hele bos. Misschien is dit ook wel een ‘levend wezen’ dat bestudeerd kan worden door de wetenschap. Plantbiologe Suzanne Simard van de Universiteit van British Columbia spreekt wel van het ‘wood world web’. Houtvester Peter Wohlleben ziet bossen als veerkrachtige, sociale gemeenschappen. En Stefano Mancuso van het International Laboratory of Plant Neurobiology schrijft planten zelfs intelligentie toe. Ze hebben veel meer zintuigen dan wij, zegt hij. Waarmee ze signalen uit hun omgeving opvangen, zoals de dreiging van ongedierte. En waarmee ze ook weer signalen kunnen uitzenden.

De waarde van holisme

De wetenschap levert ons met grote snelheid een andere kijk op de natuur. Bomen en planten zijn niet alleen meer de optelsom van chemische reacties. Ons huidige beeld heeft veel meer lagen. En elk onderdeel heeft weer relaties met andere lagen. De boom met zijn vatensysteem bestaat nog wel, en hij bestaat ook nog voornamelijk uit cellulose, lignine en hemicellulose. Maar hij is tegelijkertijd onderdeel van een bos dat allerlei kenmerken van een levend wezen blijkt te bezitten. Naarmate wij dit bos beter leren kennen, ontdekken we steeds meer hoe de boom daarvan leeft. Dus hoe het bos net zozeer de boom bepaalt als omgekeerd.

Binnen levende wezens geldt hetzelfde. Onderzoekers proberen steeds, oorzaken vast te stellen van verschijnselen. En ze merken steeds meer dat levende wezens bijzonder complex zijn. Zodat sommige ‘oorzaken’ niet tot resultaat leiden, en er soms ‘resultaten’ worden geboekt waarvan wij de oorzaken niet kennen. Met het ontdekken van DNA dachten we dat alle eigenschappen van het individu door DNA worden bepaald. Maar dat blijkt absoluut onjuist. RNA, het molecuul dat boodschappen overbrengt, bepaalt zelf in vele gevallen de uiterlijke kenmerken van het individu. En de eiwitten gemaakt door het DNA/RNA complex beïnvloeden op hun beurt weer de ontwikkeling van datzelfde DNA, tot het aanbrengen van mutaties toe. Omgevingsfactoren, ook belangrijk. Heel bekend is de invloed van menselijke voeding (absoluut een omgevingsfactor) op de lengte. Zelfs een eigenschap als spierkracht (je zou zeggen: typisch erfelijk bepaald) wordt maar voor 70% bepaald door DNA. Intelligentie maar voor 50%. Levende organismen vormen een ‘geheel’ dat wij nog lang niet kunnen begrijpen met reductionisme, dus uit de som der delen.

Zo blijkt dat de oude ambachten, werk gedaan vanuit holistische kennis, hun waarde nog steeds behouden. Sterrenkoks weten precies hoe zij hun grondstoffen moeten manipuleren om een maximaal smakelijk gerecht te krijgen. Ook al weten ze niets van microbiologie. Boeren hebben ladingen ervaringskennis waarmee ze de maximale opbrengst krijgen. Hier is de ‘reductionistische’ wetenschap een hulpmiddel bij een traditioneel ambacht. Een verrijking, geen vervanging.

Reductionisme zelfs in de wetgeving

Maar er zijn ook wetenschappen die (nog steeds) worden gedomineerd door het reductionisme. De geneeskunde is er één van. Rond 1650 werd de geneeskrachtige werking bekend van de bast van de kinaboom. De wetenschap zonderde daar in de 19^e eeuw de stof kinine uit af, en deze werd verder toegepast als medicijn. Maar waarom niet de bast van de boom? Het innovatieve tuinbouwbedrijf Koppert Cress in Monster legt zich toe op het telen van jonge scheuten van planten, die zij ‘cressen’ noemen. Hun CEO Rob Baan vindt dat jonge scheuten vaak geneeskrachtige eigenschappen hebben. Maar hij mag dat niet zeggen, want volgens de wet hebben alleen geneesmiddelen geneeskrachtige eigenschappen. En dat zijn altijd enkelvoudige stoffen. Het reductionisme is dus zelfs doorgedrongen tot in de wet. Ook zonder de homeopathie aan te hangen kunnen we erkennen dat dat een beperkt standpunt is. Vruchten en jonge groenten hebben misschien méér geneeskrachtige eigenschappen dan de som van hun inhoudsstoffen. Het geheel, meer dan de som van de delen.

Maar zouden we dan niet met het verzamelen van extreem veel data dat geheel kunnen benaderen? Complexe samenstellingen van geneesmiddelen die lijken op plantenextracten maar met een nieuwe geneeskrachtige werking? Vergeet niet dat er een tsunami van data op ons af komt, ook uit de geneeskunde. Alle resultaten van onderzoek worden opgeslagen, en alle geregistreerde geslaagde therapieën. Volgens Yuval Noah Harari in zijn boek ‘Homo Deus’ is data-isme het geloof van onze tijd. ‘In een wereld die overspoeld wordt met irrelevante informatie is helderheid macht,’ zo schrijft hij. En inderdaad: met data-analyse kunnen we steeds beter goede diagnoses stellen. Nu de therapie nog. Een slag lastiger. Maar misschien is het mogelijk, we zijn al een eind op weg in die richting.

Holistisch inzicht door data-analyse

Laten we niet vergeten, er is al een terrein waarop data-analyse ons inzicht geeft in de complexiteit van de natuur. Dat is de analyse van het microbioom van de bodem en van onze darmen. Door DNA-analyse van de bodem weten we dat er nog vele onbekende organismen in leven. Daarvan hebben vele waarschijnlijk een functie in het voeden van het gewas. Zo leren we ook ineens dat onze darmflora, het geheel aan micro-organismen in onze darmen, een belangrijke invloed heeft op onze gezondheid. Ook hier weer veel dat nog onbekend is. Door data-analyse zullen we ook op dit gebied nog veel ontdekkingen gaan doen. En misschien geven die ontdekkingen een nieuwe impuls aan het zoeken naar geneesmiddelen. Of vooral naar combinaties, want de tijd dat enkelvoudige moleculen, hoe ingewikkeld ook, tot baanbrekende nieuwe geneesmiddelen leiden loopt op zijn eind.

De natuur heeft een logica van zichzelf: het geheel is er meer dan som van de delen. Kok, boer en boom wisten het al. Naarmate wetenschap en maatschappij die logica van de natuur beter leren begrijpen, zullen we beter met de natuur om kunnen gaan. We zullen steeds meer kunnen ingrijpen vanuit inzicht in natuurlijke verbanden. Met biologische middelen gaan we de rijkdom van de complexiteit benutten. Toch zal dat op weerstand stuiten. Farmaceutische bedrijven zijn sterk gericht op die éne stof met genezende werking; dat geldt ook voor fabrieken van landbouwchemicaliën. Ze worden deels ook nog gesteund door de wet, zie boven. Onder de huidige wet kan bijvoorbeeld de populaire CBD-olie niet als geneesmiddel worden erkend, omdat niet duidelijk is welk ingrediënt voor de geneeskrachtige werking zorgt. Maar de druk naar holistische oplossingen neemt toe. De stap naar inzicht in ‘Natuur’ in ruime zin, inclusief ons eigen lichaam, onze gezondheid en die van onze planeet, is erg groot. En toch is dat de uitdaging waar we nu voor staan.

Interessant? Lees dan ook:
Indirecte effecten, we zien er vaak aan voorbij
Omgaan met de complexiteit van biomassa
Chemische complexiteit behouden in de groene chemie