. 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 
.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:
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).
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:
