Springen naar inhoud

Toon aan dat een kaarsenvlam NIET leeft (en nog véél meer)


  • Log in om te kunnen reageren

#1

ZwerfEnVerwonder

    ZwerfEnVerwonder


  • >25 berichten
  • 62 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 04 maart 2005 - 17:45

Ik zou graag de knuppel in het hoenderhok willen gooien ten aanzien van de definitie van "levend". Daarbij zal ik met veel plezier acteren als advocaat van de duivel ;). Deze discussie heb ik een keer eerder gevoerd op een buitenlands forum, waarbij uiteindelijk door de diverse deelnemers is gekomen tot een definitie van "levend" die mijns inziens veel toegevoegde waarde levert. Ik ben me pas kort bewust van het bestaan van dit Nederlandstalige forum, en dit lijkt me een mooie eerste post :shock:.

Eén van de meest opmerkelijke eigenschappen van de natuur (naar mijn mening, althans) is dat er spontaan geordende structuren kunnen ontstaan als een systeem wordt onderworpen aan een krachtveld. Dit is geenszins een overtreding van de Tweede Hoofdwet, omdat de afname van de entropie binnen het systeem ruimschoots wordt goedgemaakt door de toename van de entropie van de omgeving.

Een eenvoudig en bekend voorbeeld van zo'n proces is het ontstaan van Bernoulli cellen:

Geplaatste afbeelding

Je ziet op de foto een dunne laag vloeistof (meestal olie) die van onderaf gelijkmatig wordt verwarmd. In dit specifieke geval wordt het externe krachtveld gevormd door het temperatuurverschil tussen de boven- en onderkant van de vloeistoflaag. Wanneer dit temperatuurverschil klein is, wordt de warmte getransporteerd door middel van straling en de thermische beweging van de moleculen in de vloeistof. Wanneer het temperatuurverschil een kritische waarde overschrijdt ondergaat het systeem een spontane en snelle verandering naar een meer efficiënte vorm van warmte transport: zeshoekige convectiecellen. De warme vloeistof stroomt in het centrum van de cellen naar boven, koelt af en stroomt langs de randen weer naar beneden. Deze toestand van het systeem is meer geordend dan de toestand vóór de overgang. Het ontstaan van macroscopische structuren die over langere tijd in stand gehouden worden is hier kenmerkend voor. Zolang het temperatuurverschil blijft bestaan, blijven de Bénard cellen bestaan (tenzij de vloeistof verdampt, uiteraard).

Een ander, veel minder voor de hand liggend voorbeeld is een kaarsevlam (of, meer algemeen, vuur).

Geplaatste afbeelding

De vlam kan beschouwd worden als een thermodynamisch systeem, net als het olielaagje. In dit geval is de externe kracht het verschil in chemische potentiaal tussen het kaarsvet enerzijds en de verbrandingsproducten anderzijds. De vlam bezit een complexe interne structuur, bestaande uit zones die verschillend zijn qua temperatuur en chemische samenstelling. Kaarsvet wordt opgenomen via de lont, waarna er reactie-diffusie optreedt. Op de foto valt alleen het verschil tussen het blauwe en gele gebied op, maar daarmee is het hele verhaal niet verteld. Zolang als er kaarsvet en zuurstof beschikbaar zijn, zal de vlam (het geordende systeem) blijven bestaan - als het tenminste met rust wordt gelaten. De geordendheid zit 'm in dit geval in de reactie-diffusie (een serie van chemische reacties, in combinatie met de diffusie van reactanten, tussenproducten en eindproducten door het systeem, waarbij sommige stoffen in ruimte en tijd van elkaar gescheiden zijn).

De stelling die ik zou willen poneren is dat deze vlam levend is, uitgaande van de gangbare levenskenmerken (groei, beweging, voeding, ademhaling, voortplanting en waarneming).

De vraag rijst natuurlijk of een vlammetje vergelijkbaar is met (bijvoorbeeld) een dier. Uiteraard is een dier veel complexer. Fundamenteel beschouwd zijn de grondslagen echter gelijk (dat is althans mijn stelling). Ook bij een dier is er sprake van blootstelling aan een extern krachtveld (het verschil in chemische potentiaal tussen voedsel en zuurstof enerzijds en de verbrandingsproducten anderzijds). De kernvraag is niet zozeer of een vlam en een dier vergelijkbaar zijn als ze eenmaal bestaan, maar hóe ze ontstaan. Hou een lucifer bij een kaars, en je krijgt een vlam. Maar een lucifer bij een zak haver levert niet bepaald een muis op.... Dit is een fundamenteel verschil in complexiteit, dat echter niets afdoet aan de stelling dat áls ze er eenmaal zijn, ze op fundamenteel niveau vergelijkbaar zijn.

Er zijn veel meer voorbeelden van complexe systemen die spontaan ontstaan nadat een extern krachtveld wordt aangelegd. Zo'n krachtveld heeft altijd de vorm van een ruimtelijk verschil in energie (een ongelijke verdeling). De structuur die hierdoor kan ontstaan leidt altijd tot afname van dat verschil (tot homogenisering). Een tornado is een mooi voorbeeld, net als een draaikolk in een badkuip of een ster zoals onze zon. Anders gezegd: de structuur die ontstaat is altijd een transportmechanisme (dat geldt ook voor de vlam en de Bénard cellen).

Ik zou graag aandacht willen vragen voor de unieke positie van planten in deze kwestie. Planten zijn niet alleen uniek in de zin dat het externe krachtveld bestaat uit zonne-energie (dat zij omzetten in chemische energie), maar met name in de zin dat zonlicht niet alleen energetisch is maar daarnaast een zeer lage entropie heeft (zonlicht is dus "geordend"). Zonlicht kan daarom gezien worden als een bron van "lage entropie" op Aarde. Het absorberen van zonlicht door een plant leidt niet alleen tot het omzetten van electromagnetische energie in chemische energie, maar leidt ook tot een verhoging van de entropie van het universum (het grootst denkbare systeem). De entropiedaling ten gevolge van de fotosynthese (de koolhydraten die daarbij ontstaan hebben een lagere entropie dan het water en het koolstofdioxide die als grondstof dienen; dit blijkt alleen al uit het feit dat koolhydraten in de vorm van polymeren een essentiële rol spelen bij het tot macroskopische proporties uitgroeien van de plant - denk aan cellulose, zetmeel, lignine, etc) wordt ruimschoots gecompenseerd door de entropietoename ten gevolge van de absorptie van zonlicht. Dit inzicht is des te relevanter als je bedenkt dat chemo- en/of foto-autotrofe organismen de eerste organismen op aarde waren.

De openstaande vraag is mijns inziens hoe een convectiecel of een kaarsvlam kan evolueren tot bijvoorbeeld een dier.......

Van harte aanbevolen:

Geplaatste afbeelding
Growing older is mandatory. Growing up is not.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Wouter_Masselink

    Wouter_Masselink


  • >5k berichten
  • 8248 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 maart 2005 - 14:25

een vlam is simpelweg een reactie die ontstaat door verhitting. Ik ben van mening dat een vlam niet leeft. Als je elk exotherm proces als levend gaat beschouwen, dan ben je denk ik toch niet helemaal goed bij je hoofd.

Als je botweg die definitie aanhoud, dan moet ik het met je eens zijn. Echter m'n GBV (Gezond Boeren Verstand) zegt me dat een vlam niet leeft.


semi of-topic: hoe zou je dan moeten reageren als je een vlam bijna uit ziet gaan. doe je er niets aan dan ben je een vlammenmoordenaar of zo? Beetje vreemd hè?
"Meep meep meep." Beaker

#3

Cassanne

    Cassanne


  • >1k berichten
  • 1349 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 maart 2005 - 14:37

Ik vind het een interessante vraag... vanaf welk punt noem je iets levend? Is DNA bijvoorbeeld levend? De definitie is inderdaad lastiger dan je zou denken.

Een hypothese: iets wat leeft, bestaat uit verschillende, samenwerkende moleculen. Op zijn simpelst: DNA (of RNA), met dooromheen een lipide bilaag die het beschermt.

Een tweede hypothese: Deze is naar mijn idee heel belangrijk: Homeostase. Ofwel een systeem dat actief zichzelf in stand houdt zoals het is. De neiging om een bepaald chemisch en fysisch evenwicht te bewaren.
Give a man a fire, and he's warm for a day. Set him on fire, and he's warm for the rest of his life!

#4

ZwerfEnVerwonder

    ZwerfEnVerwonder


  • >25 berichten
  • 62 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 05 maart 2005 - 17:17

Als je elk exotherm proces als levend gaat beschouwen, dan ben je denk ik toch niet helemaal goed bij je hoofd.

Daar sluit ik mij geheel bij aan, Wouter :wink:. De eigenschap "exotherm proces" zegt niets over de vraag of er een duurzaam geordend systeem kan ontstaan. Bij een explosie, bijvoorbeeld, is dat niet het geval. Ik beweer niet dat een vlam dezelfde waarde heeft als een mensenleven, maar dat de complexe levensvormen die we bestuderen in de biologie een aantal fundamentele eigenschappen gemeen hebben met dat vlammetje (een duurzame, laag-entropische structuur, verkerend in een stationaire toestand -niet in evenwicht!- die kan blijven bestaan zolang de aangelegde externe kracht aanhoudt, waarbij de structuur primair een transportmechanisme is die steevast de externe kracht probeert op te heffen - deze eigenschap geldt voor een tornado, een draaikolk, een Bénard cel, een bacterie en zélfs een mens). Ik heb specifiek het vlammetje gekozen, omdat het behalve de al genoemde overeenkomsten ook nog eens voldoet aan het grootste deel van de algemeen aanvaarde levenskernmerken.

Een hypothese: iets wat leeft, bestaat uit verschillende, samenwerkende moleculen. Op zijn simpelst: DNA (of RNA), met dooromheen een lipide bilaag die het beschermt.

Dit vind ik een hele interessante hypothese! Ik laat 'm even bezinken voor ik erop terug kom.

Een tweede hypothese: Deze is naar mijn idee heel belangrijk: Homeostase. Ofwel een systeem dat actief zichzelf in stand houdt zoals het is. De neiging om een bepaald chemisch en fysisch evenwicht te bewaren.

Ik ben helemaal met je eens dat homeostase essentiëel is voor leven. De truc is alleen om vooral niet in evenwicht te raken, maar om ver-van-evenwicht te blijven in een stabiele stationaire toestand. Dát is wat homeostase zo belangrijk maakt voor organismen: het vermogen om te reageren op veranderingen, met als doel om de stationaire toestand zo lang mogelijk in stand te houden. Het sleutelwoord dat je gebruikte in je definitie is "actief". Dat vlammetje, namelijk, is een stabiele stationaire toestand en ver van evenwicht. Wanneer de hoeveelheid beschikbare zuurstof en/of kaarsvet afneemt, zal het vlammetje kleiner worden. Het zal pas uitgaan, als 1 of meerdere reactanten qua aanbod onder de kritische grens valt die nodig is om de stationaire toestand in stand te houden. Je zou dus kunnen spreken van "passieve" homeostase....

De 6 levenskenmerken zijn niet door dommerds opgesteld, maar zijn mijns inziens nodig aan herziening toe. Een virus, bijvoorbeeld, voldoet maar aan 1 van de levenskenmerken en heeft zelfs daarvoor een gastheer nodig die aan méér levenskenmerken voldoet. Een virus in een potje is levenloos en heeft slechts de potentie tot vermenigvuldiging. Een ander lastig voorbeeld is een muilezel. Ontegenzeggelijk levend, maar kan zich niet voortplanten.

Toen deze discussie op een buitenlands forum werd gevoerd, kwamen we uiteindelijk (na héél veel bijdragen) uit op het volgende:

A lifeform is a complex, open system existing in a steady, far-from-equilibrium state. For this to be possible, exchange of matter and energy with its surroundings is essential. Apart from environmental exchange, a lifeform must meet at least one non-essential criterium (those being reproduction, mutation, growth, sensory input and movement). With this definition, a virus is not alive as it fails the essential criterium. I have no problem with this, as I personally didn't consider it to be alive before this discussion. A mule, on the other hand, is most definitely to be considered alive, as is every other organism that biology currently accepts as being alive. Personally, as I stated before, I do not consider a candleflame to be alive (though I sure liked playing the Devil's Advocate :shock:). I feel that the above definition is in line with my opinion, as a candleflame fails to convincingly meet at least one non-essential criterium.

Zoals je ziet, hebben we homeostase gevat onder de essentiële eis tot "het vermogen om interactie met de omgeving aan te gaan", waar ook ademhaling, uitscheiding en voeding toe behoren. De andere levenskenmerken beschouwden we als optioneel (denk aan de muilezel).
Growing older is mandatory. Growing up is not.

#5

Cassanne

    Cassanne


  • >1k berichten
  • 1349 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 maart 2005 - 17:53

Ik heb wat moeite met 'open system'. Een organisme heeft wel input en output, maar die is grotendeels indirect, gefilterd. Een kenmerk van een organisme is volgens mij juist dat het in zekere zin een gesloten systeem is: het is begrensd en het houdt zijn begrenzing actief in stand. Dat is ook 1 van de belangrijkste verschillen met het vlammetje; dat is een echt open systeem.
Organismen zijn 'units' en planten zich als zodanig voort, alles wat niet leeft niet. Ik denk dat het woord: 'begrensd' (ofwel in verpakkingsmateriaal dat er onderdeel van uitmaakt) ook in zo'n definitie thuishoort.
Give a man a fire, and he's warm for a day. Set him on fire, and he's warm for the rest of his life!

#6


  • Gast

Geplaatst op 06 maart 2005 - 01:41

Ten eerste wil ik reageren op je voorbeeld van de muilezel (in de engelstalige conclusie van je discussie op het andere forum). Een muilezel is een multicellulair wezen, de cellen van een muilezel kunnen zich voortplanten (anders was er geen sprake van een muilezel), een muilezel (als unit van cooperatieve cellen met dezelfde vooroudercel) voldoet wat dat betreft aan het criterium "voortplanting". Het geheel, de muilezel, bezit echter niet de mogenlijkheid om de benodigde cellen voor sexuele voortplanting te produceren. Dit laatste (de mogelijkheid om cellen benodigd voor sexuele voortplanting te produceren) is geen criterium voor leven.

Ten tweede, kort gezegd, iets wat leeft kan dood. Nadat een levend "iets" dood is gegaan laat het iets achter wat als een dood "iets" bestempeld wordt. Een "dode" vlam bestaat niet, oftewel een dode vlam is geen vlam. Behalve de producten van de chemische reactie (verkoold stuk lont) laat het niets achter. Een dode cel laat iets achter wat nog steeds beschouwd kan worden als een geordende structuur. Aangezien deze geordende structuur door "zichzelf" niet meer in stand wordt gehouden zal het langzaam verdwijnen.

Daarbij is het grote probleem van je stelling semantiek, in het bijzonder bij het gebruik van het criterium "voortplanting". Ja, je kan door het houden van een kaars bij een kaarsvlam een nieuwe kaarsvlam doen onstaan maar dit is niet hetzelfde als voortplanting. De hitte van een kaarsvlam doet bij de andere kaars een nieuwe kaarsvlam ontstaan. Hiervoor is slechts een van de producten van een kaarsvlam (de hitte oftewel de temperatuur) noodzakelijk. Voortplanting bij "leven"gaat heel anders, bij voortplanting van een levende cel is het product twee nieuwe volwaardig levende cellen. De producten van een levende cel, met betrekking tot voortplanting, zijn twee (weliswaar niet altijd perfecte) kopieën van het origineel. "

Als je het gaat hebben over het ontstaan van leven dan is nu de concensus dat het "leven" is onstaan uit zichzelf kopieerende structuren. De grens tussen leven en "proto-leven"is een groot grijs gebied. Wat wel duidelijk is is dat "in het ontstaan van leven" de voorouders weinig verschilde van hun nakomelingen.

Samengevat (dit betoog hierboven is nog erg ruw en behoeft wat schaven):

-semantiek: de begrippen "voortplanting", "levend"en "dood" hebben verschillende betekenissen als je het hebt over eenceligge en meercellige organismen.
-semantiek: Het begrip "dood" en "voortplanting" heeft een niet-bestaande of slechts overdrachtelijke betekenis als je spreekt over kaarsvlammen.
-"Leven"komt uit "leven" (voorouder(s))of in het geval van het onstaan van "leven" uit een structuur dat bijna levend genoemd kan worden. In het laatste geval is er een groot grijs gebied tussen "proto=levend" en levend en tussen "chemisch-zichzelf-kopieerende-structuur" en "proto-levend".

Kort gezegd: "Leven" heeft een geschiedenis een vlam slechts een oorzaak.

Arjen

#7

ZwerfEnVerwonder

    ZwerfEnVerwonder


  • >25 berichten
  • 62 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 06 maart 2005 - 11:28

Een hypothese: iets wat leeft, bestaat uit verschillende, samenwerkende moleculen. Op zijn simpelst: DNA (of RNA), met dooromheen een lipide bilaag die het beschermt.

Ik zou hier nog even op terugkomen. Voorbeelden heb ik nog niet kunnen vinden, maar ik vermoed dat er levenloze fysisch-chemische systemen bestaan die hieraan voldoen. Ik blijf nog even zoeken 8).

Ik heb wat moeite met 'open system'..... het is begrensd en het houdt zijn begrenzing actief in stand.

.Vanuit thermodynamisch perspectief is een mens een open systeem, net als de vlam, ongeacht het verschil qua begrenzing. Alle organismen die door biologen als "levend" worden aangemerkt, zijn inderdaad duidelijk afgescheiden van de buitenwereld door membranen etc. De vraag die bij me opkomt, is of dit op zich voldoende "bewijs" is dat dit zo móet zijn (iedere Volkswagen is een auto - maar is iedere auto ook een Volkswagen?). Is dit niet meer een ervaringsfeit dan een "verplicht principe"? Een virus, bijvoorbeeld, houdt zijn begrenzing niet actief in stand....

Dit laatste (de mogelijkheid om cellen benodigd voor sexuele voortplanting te produceren) is geen criterium voor leven.

Een bacterie maakt geen cellen die benodigd zijn voor sexuele voortplanting. Toch doet een bacterie iets dat een muilezel niet kan: nakomelingen produceren. Dát is volgens mij de essentie van voortplanting.

Nadat een levend "iets" dood is gegaan laat het iets achter wat als een dood "iets" bestempeld wordt.

Dit is volgens mij een ervaringsfeit, geen fundamenteel principe. Zie mijn opmerkingen hierboven t.a.v. de noodzaak tot begrenzing. De vraag die we moeten beantwoorden, is of het leven per definitie moet voldoen aan wat we hier op Aarde waarnemen. Mijns inziens is een ruimere interpretatie nodig, waarbij de criteria meer verschuiven in de richting van de fysica en de chemie (zónder overigenseen kaarsevlam als levend te willen bestempelen - dat voorbeeld heb ik opgevoerd om de discussie los te maken).

Als je het gaat hebben over het ontstaan van leven dan is nu de concensus dat het "leven" is onstaan uit zichzelf kopieerende structuren. De grens tussen leven en "proto-leven"is een groot grijs gebied. Wat wel duidelijk is is dat "in het ontstaan van leven" de voorouders weinig verschilden van hun nakomelingen.

Ik ben met je eens dat reproductie in termen van "units" kenmerkend is voor al het leven op Aarde (althans: voor alles wat wij als levend wensen te beschouwen). Echter, een "unit" is een "unit" omdat het begrensd is. En daarmee zijn we terug bij de opmerking van Cassanne en mijn vraag of dit een principe is of een ervaringsfeit. Ik denk zelf dat het vermogen tot mutatie veel essentiëler is. Vuur muteert niet.
Growing older is mandatory. Growing up is not.

#8

Cassanne

    Cassanne


  • >1k berichten
  • 1349 berichten
  • VIP

Geplaatst op 06 maart 2005 - 12:54

Ok, deze dan, als gedeeltelijke definitie:
Iets dat levend is bevat gecodeerde informatie over zichzelf. Deze informatie is afkomstig van een 'parent' (excuses hiervoor, maar in het Nederlands weet ik geen duidelijk alternatief) organisme, en wordt doorgegeven aan nakomelingen. (Dit kan ook slaan op celdeling binnen 1 meercellig organisme.)

Dan trek je daarmee meteen ook de grens tussen waar proto-leven echt leven wordt.

En vlam bevat geen gecodeerde informatie, een virus min of meer wel. Maar een virus is ook niet perse levend, dus hoeft niet perse aan de definitie te voldoen.
Give a man a fire, and he's warm for a day. Set him on fire, and he's warm for the rest of his life!

#9

ZwerfEnVerwonder

    ZwerfEnVerwonder


  • >25 berichten
  • 62 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 maart 2005 - 08:04

Ik heb daar even over na zitten denken, Cassanne, en ik vind dat het bevatten van informatie over zichzelf inderdaad een criterium zou kunnen zijn dat "proto-leven" onderscheidt van "echt leven". Acceptatie van de notie "proto-leven" brengt overigens een heel scala aan ethische overwegingen met zich mee...
Growing older is mandatory. Growing up is not.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures