Trots 2003

Waar wij trots op zijn De ontdekkingen van het jaar 2003

Universiteit Leiden Faculteit der Wiskunde & Natuurwetenschappen

Colofon

Adres

Tekst, foto’s en opmaak

Copyright

Dr Jos van den Broek Educatief Centrum Faculteitsbureau Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen Universiteit Leiden

Faculteitsbureau Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen Universiteit Leiden december 2003

Foto Dorine Feldker

Overname van de artikelen is toegestaan met juiste vermelding van de bron

Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen Postadres Postbus 9502 2300 RA Leiden Bezoekadres Gorlaeus Laboratoria Einsteinweg 55 Leiden

Taco van der Eb

Secretariaat kamer B114

Druk

Telefoon 071 527 69 90

Karstens Druk met Communicatie Leiden

Fax 071 527 69 97 E-mail info@fwnbur.leidenuniv.nl

Oplage 4000

Website www.science.leidenuniv.nl

Inhoud

1

Bestuur FWN

Trots

3

Oproep

Kies de Ontdekking van het jaar Ontdekkingen van het jaar 2003

4

Hans Slabbekoorn

Stadsdrukte geeft selectiedruk

8

Bart van de Rotten

Benadering succesvol benaderd

12

Alia

Alia’s proline: Of rice and men

16

Barbara Gravendeel

Een schatkamer vol zeldzaamheden

20

Bas Hendriksen

Het fruitvliegje van de katalyse

24

Dorine Feldker

Saller of laller: vechtjas of vermijder

28

Walter Jaffe

Gewoon een kwestie van beter kijken

32

Grzegorz Rozenberg

Bioware: computer leert van trilhaardiertjes

36

Tentoonstelling in Naturalis

Wetenschappelijke illustraties: kunst of wetenschap?

Trots

V

oor onze faculteit was 2003 een jaar om trots op te zijn. Allereerst vanwege het succes in wetenschappelijk onderzoek. Gemiddeld produceerde iedere onderzoeker in onze faculteit dit jaar twee wetenschappelijke publicaties in internationale tijdschriften, naast vele artikelen in andere media en conferentiebijdragen en colloquia in binnen- en buitenland. Gemiddeld was er dit jaar ook één promotie per hoogleraar in onze faculteit. Niet alleen de productiviteit was groot, ook de kwaliteit werd excellent bevonden door internationale experts die het Leiden Institute of Chemistry (LIC), het Leiden/Amsterdam Center of Drug Research (LACDR), het Mathematisch Instituur (MI), het Nationaal Herbarium Nederland (NHN) en het Leiden Instituut voor Onderzoek der Natuurkunde (LION) evalueerden.

Science & Technology (SMST) terwijl de gezamenlijke Masteropleiding Nano Science in september aanstaande van start gaat.

De reorganisatie van de faculteit begint vruchten af te werpen, het financieel resultaat is aanzienlijk beter dan voorzien, mede dankzij de succesvolle inspanning van velen om extra gelden te verwerven uit de tweede en derde geldstroom. Een aanzienlijke injectie van de kant van het College van Bestuur draagt bij aan het verbeteren van onze reservepositie. Zo komt het dat de middelenverdeling over onze instituten in de begroting voor 2004 reeds gelijk is aan het Strategisch Plan 2005.

Wij zijn trots op de lange lijst speciale onderscheidingen, prijzen en prestaties van medewerkers van onze faculteit in 2003: (www.science.leidenuniv.nl/varia):

Maar wat was nu de ontdekking van het jaar? Die moeilijke vraag stelden wij eerst aan de wetenschappelijk directeuren van onze instituten. Zij maakten een voorselectie. Hun antwoord leidde tot de interviews die u hierbij worden aangeboden als kerstgeschenk.

HARM HABING, JOHAN LUGTENBURG en FRANS VAN DER TOUW werden koninklijk onderscheiden; JAN REEDIJK werd erelid van de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV), CARLO BEENAKKER kreeg de Fysicaprijs van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging (NNV) 2003; PAUL HOOYKAAS werd KNAW-lid, GEORGE MILEY KNAW-hoogleraar, TIM DE ZEEUW eredoctor in Lyon, HANS JUNGINGER in Potchefstroom. PIETER BAAS kreeg de Linnean Gold Medal en werd benoemd tot Honorary Fellow of the Indian Association for Angiosperm Taxonomy. GRZEGORZ ROZENBERG kreeg de EATCS Prize 2003, PATRICIA BELDADE is onderscheiden met de John Maynard Smith Prize, EDGAR GROENEN kreeg de 2003 IES Silver Medal for Physics/Materials Science, FRANS SARIS ontving de Founders Award Ion Beams and Materials, RHYENNE ZIMMERMAN (LST) de Echo Award. ONNO BROEKMANS, BIRGIT VAN DALEN en THIJS VAN OMMEN ontvingen aanmoedigingsprijzen van de Koninklijke

Ook in het onderwijs was 2003 een goed jaar. Het aantal eerstejaars steeg met 10% en ons landelijk marktaandeel met 17%. Zonder twijfel het resultaat van de inspanningen van velen op het gebied van open dagen, gastcolleges, Lapp-Top, profielwerkstukken, proefstuderen en andere initiatieven ter vergroting van de bèta-instroom. In het afgelopen jaar behaalden 368 studenten uit onze faculteit een diploma. Hoewel wij nog druk bezig zijn met het invoeren van het Bachelor- en Master-systeem, heeft een toenemend aantal studenten het BSc-diploma Life Science & Technology reeds gehaald. De samenwerking met Delft werd dit jaar uitgebreid met wiskunde, naast Life Science & Technology (LS&T) en Sustainable Molecular

1

Hollandse Maatschappij van Wetenschappen (KHMW).

ANDREAS QUIRRENBACH, GEERT-JAN KROES, EDGAR GROENEN, JOKE BOUWSTRA, WILLY VAN NEERVEN, JOHANNA VAN KONIJNENBURG-VAN CITTERT en JAN AARTS werden benoemd tot hoogleraar, AART KLEIJN tot directeur van het FOM-Instituut Rijnhuizen, DOUWE BREIMER tot lid van het Innovatieplatform en JAN KIJNE tot wetenschappelijk directeur van het Pre-University College.

Tot de volgens het Institute of Scientific Information (ISI) vijftig meest geciteerde Nederlandse onderzoekers horen DOUWE BREIMER, RON DE KLOET, HARM HABING, GEORGE MILEY, BERT PELETIER, JAN REEDIJK, GRZEGORZ ROZENBERG en EWINE VAN DISHOECK. ICES/KIS-3 investeringsimpulsen werden toegekend aan Cyttron (JAN PIETER ABRAHAMS), LOFAR (GEORGE MILEY) en aan de thema’s nanotechnologie, biotechnologie en duurzame systeeminnovaties waarin onze medewerkers participeren. VIDI-subsidies werden toegekend aan JÖRG MATYSIK (Scheikunde) en JOHN VAN NOORT

(Natuurkunde – LION) en RENÉ OLSTHOORN (Biochemie).

VENI-subsidies aan MICHELE CAPPELLARI, TOM VAN DOORN, NAVRAJ PANNU en JAN VON DER THÜSEN. AGUR SEVINK & HANS WETERING publiceerden De leverancier (Vassallucci), M.M. NAUTA en R. V.D. MEIJDEN (red.) C. Kalkman: Planten voor dagelijks gebruik (NHN), BAS HARING De IJzeren Wil (Houtekiet), BART DE SMIT en JAAP TOP Speeltuin van de wiskunde (Veen).

Natuurlijk zijn er ook zaken waar wij niet trots op zijn, met name de effecten van de reorganisatie op sommige medewerkers, en andere problemen die niet opgelost werden of die nog verbetering behoeven, maar daar gaat deze brochure niet over.

Wij wensen u een prettig kerstfeest en een gelukkig 2004.

Monique Wesselink, Gert Jan van Helden, Jan Kijne en Frans Saris

Wie wordt dé Ontdekker van het jaar 2003?

Breng uw stem uit!

Alle medewerkers en studenten van de faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen kunnen meebeslissen wie dé Ontdekker van het jaar 2003 wordt. Breng op de site www.science.leidenuniv.nl/ontdekkingvanhetjaar

uw stem uit op een van de acht in deze brochure genoemde kandidaten. De prijswinnaar wordt bekend gemaakt tijdens de nieuwsjaarsreceptie op 5 januari 2004 om 16.00 uur in de hal van de Gorlaeus laboratoria.

2

Ontdekkers van het jaar 2003 8

28

12

4

24

16

20

32

3

Hans Slabbekoorn: “Met stads- en bosmerels hebben we het proces van soortvorming in onze achtertuin�

4

Stadsdrukte geeft selectiedruk Koolmezenmannetjes gaan in de herrie van een stad gewoon een toontje hoger zingen, zodat vrouwtjes hen toch nog boven de herrie uit kunnen horen. Maar zijn er ook soorten die hun lokroepjes níet aan het stadslawaai kunnen aanpassen?

Kortom: kan vogelzang evolutionaire processen versnellen?

I

n Oegstgeest was Hans Slabbekoorn al wereldberoemd.

Tussen 1994 en 1998 struinde hij er de straten af met een cassetterecorder en een forse microfoon om variaties in het gekoer van Turkse tortels op te nemen. En weer af te spelen: om te horen wat de tortelduifjes op hun eigen geluid te zeggen hadden.

Dr Hans Slabbekoorn, sinds kort universitair docent bij de afdeling Gedragsbiologie (hoofd prof. Carel ten Cate, Instituut Biologie Leiden) studeerde biologie in Utrecht en promoveerde in Leiden bij Ten Cate aan tortelkoeren.

Daarna was hij bijna vier jaar postdoc in San Francisco (bij prof. Thomas Smith) waarvan een jaar veldwerk in Kameroen. Het onderzoek aan stadsecologie en soortvorming bij vogels, met als modelsoorten koolmees en zebravink, startte hij twee jaar geleden als postdoc in Leiden als onderdeel van een NWO-PULS-beurs. Het boek Nature’s music: the science of birdsong waarvan hij coauteur is, is in druk.

Inmiddels reikt de faam van de evolutionaire gedragsbioloog ver voorbij de dorpsgrenzen van Leidens bomenrijke buurman. De afgelopen jaren nam Slabbekoorn de zang van koolmezen op in grote steden als Amsterdam, Parijs, Londen, Brussel, Berlijn en Praag, én – geholpen door studente Margriet Peet – in Leiden en Leiderdorp.

Hun conclusie dat verkeerslawaai koolmezen hoger doet zingen, heeft inmiddels vele tientallen interviews in binnen- en buitenland opgeleverd, tot in Canada aan toe.

Hun artikel in Nature over dit aansprekende onderwerp zorgde er zelfs voor dat Slabbekoorn op zes verschillende BBC-stations te horen was. Over wetenschapscommunicatie hoef je hem niks meer te vertellen.

Volgens Peet en Slabbekoorn passen koolmezen hun zang aan om interferentie met het stadslawaai te voorkomen.

Koolmezen in het rumoer van drukke steden zingen met een hogere minimum frequentie dan soortgenoten in rustiger hoeken van de stad. Waarschijnlijk leren ze slechts een beperkt deel van hun register te gebruiken.

Zo voorkomen ze dat hun communicatie opgaat in

5

Het hart van het onderzoek is de vraag: kan vogelzang evolutionaire processen versnellen? het verkeerslawaai, dat over het algemeen bestaat uit tonen met lage frequentie. Het flexibele gedrag van de stadsmezen stelt hen in staat te overleven in de nabijheid van menselijke lawaaibronnen.

Het hart van Slabbekoorns onderzoek is de vraag: kan vogelzang evolutionaire processen versnellen. Met als tweede vraag: zou geleerde zang op populatieniveau consequenties hebben?

van elkaar gescheiden worden. Biologen spreken dan van een ‘parapatrische’ situatie.

Zebravinken Van het ‘stille’ oerwoud – “Zó stil is de natuur niet, hoor!” – naar de drukte van de stad is een minder grote stap dan je denkt. Ook hier treden parapatrische situaties op. “Bos- en stadsmerels zijn morfologisch behoorlijk aan het divergeren”, geeft Hans Slabbekoorn als voorbeeld.

“Bosmerels zijn groter en hebben een forsere snavel, en ook hun winterse trekgedrag is verschillend”. Net als winterkoning en roodborst staan merels hoog op zijn verlanglijstje als onderzoeksobject, als vervolg op het werk aan de koolmees.

Hoe leren vogels? Hoe komen individuele dieren aan bepaalde gedragskarakteristieken zoals zang? Een belangrijke conclusie van het koolmezenonderzoek is dat de vogels lage tonen zingen als het stil is, terwijl ze dezelfde tonen vermijden bij stadsherrie. Met name lage tonen veroorzaken de vele decibels in de urbane omgeving.

“Leren speelt hier waarschijnlijk een belangrijke rol”, aldus Slabbekoorn. “In het leren van de zang zou de verklaring kunnen liggen waardoor de mezen zich kunnen aanpassen aan de lokale omstandigheden.”

Koolmezen hebben maximaal een tiental liedjes in hun repertoire. Daarvan hebben ze er een aantal gemeen met hun buren, bijvoorbeeld drie tot vier met de ene en één of twee met een andere buurman. “Het is functioneel om de zang van de buurman te kopiëren”, verklaart evolutiebioloog Slabbekoorn. “Het helpt ze om hun

Toontje hoger Vogelzang bepaalt een belangrijk deel van Slabbekoorns wetenschappelijke leven. Zo ‘verzamelde’ hij in Kameroen de zang van de ‘Little greenbul’ (Andropadus virens), een uiterst schuchter, doch luidruchtig, lid van de bulbulfamilie. In verschillende populaties bleek de mannetjeszang behoorlijk van elkaar te verschillen.

Slabbekoorn: “Voor vrouwtjes levert dat mogelijk een verschillend ‘label’ op.” In andere woorden, op basis van de zang kan ze beslissen: met díe man wil ik mijn genen wel delen en met díe man niet.

Omdat de vraag opkwam of dit fenomeen reproductieve isolatie – en daarmee soortvorming – zou kunnen versnellen, heeft Slabbekoorns toenmalige collega Tom Smith in dezelfde populaties bloedmonsters verzameld en morfologische gegevens opgenomen. Het resultaat loog er niet om: tussen verschillende habitattypen bleken zowel morfologie als zang uit elkaar te worden gedreven, onafhankelijk van de geografische afstand. Er lijkt dus wel degelijk soortvorming op te treden, zelfs als populaties niet door geografische barrières als zeeën of bergruggen

6

Frequentie [kHz]

Koolmezenmannetjes gaan in de herrie van een stad gewoon een toontje hoger zingen, zodat vrouwtjes hen toch nog boven de herrie uit kunnen horen.

8

8

6

6

4

4

2

2

0

0

0,5

1,0

0

1,5

0

0,5

1,0

Tijd [s]

1,5

Sonogram van koolmezenroepjes in een rustige omgeving. Ook beneden 4 kHz (de witte stippellijn) komen onderdelen van de zang voor.

In een omgeving met veel lage achtergrondruis zitten alle roepjes daarentegen boven de 4 kHz.

vocale boodschap te adresseren en maakt dat het zingen een efficiënte bijdrage levert aan het handhaven van hun territorium. Of dit leermechanisme verantwoordelijk is voor het vermogen tot aanpassing aan lawaai, zijn we nu aan het uitzoeken.”

In aansluiting op het veldonderzoek proberen de Leidse gedragsbiologen in het lab zebravinken liedjes aan te leren bij achtergrondgeluiden met een hoge of lage frequentie.

In tegenstelling tot koolmezen – en merels – stopt bij zebravinken het vermogen om na het eerste jaar bij te leren. Hun zangproductie is ‘gekristalliseerd’: ze kunnen zich niet meer aanpassen. Het is de vraag wat dán het effect is van achtergrondruis.

gewoon een toontje hoger gaat zingen. Als soorten hun zang – net als de zebravink – minder makkelijk kunnen aanpassen, zou dat een cruciale factor kunnen zijn voor de achteruitgang van deze vogels.

In vaktermen: ze staan bloot aan een negatieve evolutionaire selectiedruk. Ze zullen in het lawaai het loodje leggen omdat vrouwtjes de mannetjes niet kunnen horen. ‘No more sex in the city’, zoals een van de buitenlandse journalisten het uitdrukte.

“Je weet niet altijd wat dit soort fundamenteel onderzoek oplevert”, becommentarieert Hans Slabbekoorn zijn eigen werk. “Het is kennis om de kennis: we ontdekken dingen die we tevoren nog niet wisten. Bijvoorbeeld kennis over soortvorming. Antwoorden op de vraag hoe nieuwe soorten worden gevormd, verklaren het ontstaan van biodiversiteit.

Dat levert weer informatie over hoe we soorten, habitats en ecosystemen kunnen beschermen.” Om met nadruk te besluiten: “Daar ben ik niet blind voor!” 

No more sex in the city De wereldwijde verstedelijking kan gezien worden als een selectie-experiment van ongekende proporties. Sommige soorten zullen zich aanpassen, zoals de koolmees die

7

Bart van de Rotten: “Maar er zit een bom aan wiskunde achter!�

8

Benadering succesvol benaderd Theoretisch wiskundige Bart van de Rotten begaf zich samen met een collega en twee chemisch ingenieurs op het gladde pad van de toegepaste wiskunde. Het resultaat: een slimme benaderingsmethode om chemische reactoren te modelleren met veel minder computerruimte dan tot dusver.

E

en van oorsprong theoretisch wiskundige die zich druk maakt om het procesverloop in een chemische reactor: het lijkt op het eerste gezicht een

contradictie. “Om reacties in een chemische reactor goed te modelleren, wil je steeds complexere modellen gebruiken”, antwoordt Bart van de Rotten, de wiskundige in kwestie. “In de wiskunde poneer je een stelling die je probeert te bewijzen. In de toegepaste wiskunde moet je bijvoorbeeld resultaten uit de scheikundige technologie zien te beschrijven in simulaties. Dat is knap lastig.”

Samen met een collega-wiskundige en twee chemisch technologen zocht Van de Rotten de afgelopen vier jaar naar betere methoden om reactoren te modelleren. “De uitdaging van de chemici was om de reactoren te onderzoeken. Onze uitdaging bestond eruit om op een efficiënte en goedkope manier de modellen op te lossen.”

Enkele grillige, prachtig gekleurde grafieken in Barts werkkamer vormen het bewijs dat het een weg was van vallen en opstaan. Wetenschap of kunst? Bart van de Rotten lacht. “Vanwege een programmeerfout kwamen er juist heel mooie plaatjes uit.”

De schei- en wiskundigen hebben periodiek aangedreven processen beter proberen te beschrijven. Dat zijn

Bart van de Rotten behaalde op zevenjarige leeftijd als laatste van de klas het diploma voor vermenigvuldigen.

Op de middelbare school ging het met de nodige tienen een stuk beter. Het was dus toch niet verwonderlijk dat hij wiskunde ging studeren. In 1999 studeerde hij aan de Vrije Universiteit cum laude af, met als richting de operatorentheorie. Voor zijn promotie-onderzoek stapte hij over naar de Leidse universiteit én naar de toegepaste wiskunde. Hij promoveerde op 9 december jl. bij prof. Sjoerd Verduyn Lunel en UvA-chemicus prof. Alfred Bliek op het modelleren van chemische reactoren. In zijn vrije tijd is jeugdwerk zijn grote passie. Binnenkort keert hij terug naar de Vrije Universiteit waar hij een opleiding gaat volgen tot wiskundedocent, zodat hij straks jonge mensen kan enthousiasmeren voor zijn vak.

9

“We zijn op zoek gegaan naar een methode waarbij je maar een relatief beperkt geheugen nodig hebt.” processen waarvan de condities van de gastoevoer veranderen in de tijd, zoals druk, temperatuur en stroomrichting.

Dergelijke processen kunnen worden beschreven met partiële differentiaalvergelijkingen met tijdsafhankelijke parameters en randcondities. Van de Rotten: “We willen vooral weten wat een systeem doet na verloop van – een lange – tijd. Omdat de condities van het proces periodiek in de tijd zijn, verwachten we hetzelfde voor de uiteindelijke toestand van het systeem. In dat geval noemen we het systeem in periodiek stabiele toestand of ‘cyclic steady state’.”

Groot belang Het maatschappelijke belang van dergelijk onderzoek is groot. Periodiek aangedreven processen hebben voor de chemische industrie namelijk een groot voordeel: ze kunnen een hogere omzetting bereiken en zijn daardoor schoner en goedkoper. Een voorbeeld van een periodiek proces is de zogenoemde pressure-swing reactor. Daarin bevinden zich zowel een katalysator als een absorbens.

Bij een bepaalde temperatuur is de reactie in evenwicht.

Door een van de producten weg te halen – door het te absorberen – verschuift het reactie-evenwicht naar rechts en krijg je een hogere conversie.

Zo gaat dat bij de productie van waterstof. Bij de evenwichtsreactie van water en koolstofmonoxide worden koolstofdioxide en waterstof gevormd. Vang je het dioxide weg, dan stijgt de productie van het gewenste waterstof. De automobielindustrie heeft grote belangen bij goede modellen voor dit proces. Met behulp van een

10

pressure-swing reactor onder de motorkap van een auto kan voldoende waterstof worden geproduceerd voor de brandstofcellen.

“En dan zijn wij aan de beurt”, aldus Van de Rotten.

“Wiskundigen gaan op zoek naar efficiënte methoden om goedkoop te bepalen hoe de reactor zich gedraagt na een groot aantal perioden.” Hij legt geduldig uit hoe je dat doet. Je ‘discretiseert’ het model door de reactor als het ware op te delen in veel kleine stukjes. Elk stukje beschouw je afzonderlijk, waarbij je veronderstelt dat de toestand – druk, temperatuur, concentratie – constant is over het hele stukje. Dit resulteert in een groot stelsel van niet-lineare vergelijkingen. Je wilt de reactor het liefst in zoveel mogelijk stukjes verdelen. Hoe meer stukjes, hoe beter je het model benadert.

Bij heel hoge dimensies krijgt dan zelfs de grootste computer geheugenproblemen. Bart van de Rotten: “We zijn daarom op zoek gegaan naar een ‘limited memory’methode, waarbij je relatief maar een beperkt geheugen nodig hebt.”

Benadering benaderd Meestal probeert men dit soort problemen op te lossen door simpelweg het model te vereenvoudigen of minder punten in de reactor in ogenschouw te nemen. Dat leidt echter vaak tot minder nauwkeurige voorspellingen. Van de Rotten en collega’s bedachten een slimme truc om met veel minder geheugen het stelsel van niet-lineaire vergelij†kingen op te lossen.

Ze gingen uit van de methode van Broyden, die met dit

0

10

fout �

p=2 p=3 p=4 p=5 p = 10 p = 20

5

10

0

10

20

30

40

iteratie k

type problemen goede resultaten geeft. Bart van de Rotten legt uit: “Je benadert de oplossing met behulp van een iteratieve methode. Je begint met een – eerste – schatting.

Je laat er vervolgens steeds hetzelfde stappenplan op los, en krijgt een steeds betere benadering van de oplossing.”

Was de methode van Broyden zelf niet goed genoeg?

Het antwoord is simpel: “Een nadeel van die methode is dat een vierkante (n bij n)-matrix opgeslagen moet worden. Dit kan een probleem vormen als het model te groot wordt. De vraag is dus of we de matrix op een meer efficiënte manier kunnen opslaan.”

Na een uitgebreide studie van de methode van Broyden werd duidelijk dat door de Broyden-matrix (zelf een benadering) te benaderen, het lukt om de matrix op te slaan met behulp van 2pn elementen, in plaats van de n2 elementen van Broyden. Van de Rotten: “Voor veel gevallen blijken we p klein te kunnen kiezen, zodat we veel minder rekenruimte nodig hebben. Als bijkomend voordeel gaan de

50

60

De fout die wordt gemaakt door de benadering van de exacte periodiek stabiele toestand van de reactor, uitgezet tegen het aantal iteraties van de ‘Broyden Rank Reduction’-methode, voor verschillende waarden van p (n = 5000). Na dertig iteraties blijkt de BRR-methode sneller te convergeren voor grotere waarden van p.

grote n-dimensionale berekeningen die nodig zijn voor de methode van Broyden over in kleine p-dimensionale berekeningen.”

In het voorbeeld van de chemische reactor: het gediscretiseerde probleem heeft dimensie n = 5000. Dus n x n = 25.000.000 elementen van de matrix moeten worden opgeslagen. De ‘Broyden Rank Reduction’-methode werkt al voor p = 10, dus hoeven slechts 2pn = 100.000 elementen te worden opgeslagen. Voor een paar iteraties meer kan voor p zelfs 5 worden gekozen; dat halveert nog eens het aantal elementen dat moet worden opgeslagen.

De methode van Broyden en de nieuwe BRR-methode werken goed in de praktijk. Het is echter lastig om dit succes theoretisch te onderbouwen. Hierdoor worden de methodes in de numerieke wiskunde niet zo gemakkelijk geaccepteerd. Het steekt theoretisch wiskundige Bart van de Rotten een beetje: “Maar er zit toch een hele bom aan wiskunde achter, hoor!” 

11

Alia: “Het is belangrijk over de grenzen heen te kijken.”

12

Alia’s proline: Of rice and men Haar proefschrift schreef Alia in India over stress in planten, waaronder rijst. De stap van de kennis van toen naar een geneesmiddel tegen veroudering lijkt groot. Toch heeft Alia inmiddels een octrooiaanvraag daarover op haar naam staan, samen met echtgenoot Jörg Matysik en collega Claude Backendorf.

T

ijdens de fotosessie lijkt de tijd tien minuten stil te hebben gestaan: het polshorloge houdt ermee op.

Ook de digitale camera wil even niet werken. De reden: we staan bovenop een van ’s werelds sterkste onderzoeksmagneten: die van het 750 MHz NMR-apparaat in het LCP-gebouw van de Gorlaeus laboratoria.

De Indiase postdoc Alia – ze gebruikt, de traditie van haar geboortestad New Delhi getrouw, alleen haar voornaam – studeerde en promoveerde in New Delhi, en was van 1995-1997 postdoc in het Japanse Okasaki. Sinds 1997 maakt zij deel uit de van de NMR-groep van prof.

Huub de Groot van het Leiden Institute of Chemistry (LIC).

Ze trof in Japan haar Duitse echtgenoot Jörg Matysik, met wie ze op het gebied van de fysische chemie nauw samenwerkt en publiceert. Hun zoontje van drie krijgt een opvoeding in vier talen: Hindi (van moeder), Duits (van pa), Nederlands (in de crèche) en Engels (als lingua franca).

Alia – ‘de Indiase postdoc zonder achternaam’ – moet grinniken als ze even later de vraag krijgt wat ze met deze monstermagneet onderzoekt. “De blaren van een collega die net de marathon had gelopen”, zegt ze met een ontwapenende glimlach. “Of de huidcellen van een andere collega voor en na een zonnebad op het strand.” Het onderzoek is bloedserieus, maar het gaat wel met een knipoog gepaard.

Stress bij planten Het tekent de creativiteit van een onderzoeker die over de grenzen heen durft te kijken. Tijdens haar promotieonderzoek in India werkte Alia aan stress bij planten, in het bijzonder aan de productie van het aminozuur proline onder moeilijke omstandigheden, zoals kou, hitte, droogte, hoge zoutconcentraties en UV-straling.

“Proline maakt normaal slechts 5% uit van de totale aminozuurvoorraad in de plantencel”, legt ze uit. “Onder stress loopt dat op naar 80%. Dit is mogelijk omdat het heel goed in water oplost. Het duidt erop dat het amino-

13

Proline als geneesmiddel tegen allerlei door zuurstof veroorzaakte ouderdomskwalen?

Het ligt voor de hand. zuur wellicht betrokken is bij de weerstand tegen stress.”

Bij alle stress-gerelateerde processen zijn reactieve zuurstofverbindingen betrokken, dat is bijvoorbeeld moleculair zuurstof in de elektronische singulet-toestand. Dit zogenoemd ‘singulet zuurstof’ is een erg sterke oxidator die biomoleculen zoals DNA, lipiden en eiwitten kan beschadigen. Het aminozuur proline kan het gevaarlijke zuurstof afvangen.

SPRR’s Alia kan zich er nog over verwonderen dat deze algemene kennis uit de plantenbiologie niet eerder de humane geneeskunde heeft bereikt. Ze vertelt over de geschiedenis die de Leidse universiteit met proline heeft. In 1988 werden op de afdeling Moleculaire Genetica de SPRR ’s ontdekt. Deze afkorting staat voor ‘small proline-rich proteins’. Ultraviolet licht zorgt ervoor dat deze eiwitjes, die voor 40% uit proline bestaan, in de huid tot een hogere expressie komen. Andere vormen van stress krijgen hetzelfde voor elkaar in longen, mondholte en zenuwbanen.

Claude Backendorf uit dezelfde Leidse geneticagroep ontdekte later dat SPRR ’s de precursors vormen van de verhoornde envelop rond cellen van de hoornlaag. Alia: “De hoornlaag van de huid blijkt grote hoeveelheden gecrosslinkte proline-rijke eiwitten te bevatten. Crosslinking verhoogt de stevigheid van de huid, maar het is vast niet hun enige functie. De SPRR-eiwitjes werken waarschijnlijk ook tegen oxidatieve schade.”

Bij toeval – maar wat is toeval als het in je genen zit om het toeval te sturen – raakten Backendorf en Alia op

14

het lab met elkaar aan de praat. Het is niet verwonderlijk dat het toverwoord ‘proline’ een vruchtbare en intensieve samenwerking tussen de groepen van beide onderzoekers tot stand bracht. Alia: “We hebben enkele jaren geleden met behulp van EPR-spectroscopie en flitsfotolyse kunnen aantonen dat proline singulet zuurstof onschadelijk kan maken. Ingebouwd in eiwitten – zoals in SPRR ’s – oefent het aminozuur die beschermende functie zelfs nog beter uit. We hebben dat in gekweekte huidcellen kunnen laten zien.”

Oxidatieve schade Het huwelijk van de scheikunde met de genetica is duurzaam gebleken. Inmiddels hebben Alia en collega’s samen met de Rotterdamse geneticagroep van Bert van der Horst en Jan Hoeijmakers in muizen kunnen aantonen dat proline ook in levende dieren tegen oxidatieve schade beschermt. De ‘knock-out’ muizen, bij welke een belangrijk gen is uitgeschakeld, vormen een goed diermodel voor oxidatieve schade in de mens.

Ook andere dierproeven waren succesvol (zie de foto’s hiernaast). In samenwerking met Frank de Gruijl van de afdeling Dermatologie van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) zijn veelbelovende resultaten verkregen met betrekking tot een beschermende functie van proline in muizenhuid.

Proline als geneesmiddel tegen allerlei door zuurstof veroorzaakte ouderdomskwalen? Het ligt voor de hand.

Een octrooi om proline en analoga in te zetten tegen bijvoorbeeld neurogeneratieve ziekten, bepaalde vormen

In samenwerking met Frank de Gruijl van de afdeling Dermatologie van het LUMC zijn veelbelovende resultaten verkregen met betrekking tot een beschermende functie van proline in muizenhuid. Beide foto’s tonen een stukje huid van een naakte muis, eerst behandeld met een fotosensibiliserende verbindingen daarna blootgesteld aan uv-licht. De muis van het rechter plaatje had proline in het voer toegediend gekregen.

Het aminozuur heeft de muizenhuid beschermd tegen schade.

Relatieve schade aan de huid

van kanker, veroudering door zonlicht en progeria – supersnelle veroudering – is inmiddels ingediend. Auteurs zijn Alia, echtgenoot en collega Jörg Matysik en Claude Backendorf.

Momenteel proberen Alia en collega’s het werkingsmechanisme van de bescherming tegen schadelijk zuurstof op te lossen. De vraag is hoe proline-residuen veranderen onder invloed van oxidatieve stress. Ze gebruiken daarvoor met 15N en 13C gelabelde SPRR-eiwitten. Alia: “Waar valt het singulet zuurstof op het eiwit aan? We weten nog niet of het een chemisch of een fysisch proces betreft.” Ze laat een paar ssNMR-plaatjes zien, afkomstig van het gigaNMR-apparaat dat de tijd stil kan laten staan. “De resultaten zijn moeilijk te interpreteren, maar desondanks hebben de grafieken ons al een hoop inzicht gegeven.” Ze wijst wat pieken aan: “Dit duidt op chemische crosslinking!”

Overstap “Ja, bijzonder toch?!”, glimlacht Alia als we tot slot praten over de overstap van plantenbiochemie naar geneeskunde.

“Het is eigenlijk gek dat zeer algemene kennis uit het ene gebied onopgemerkt blijft in een ander gebied.”

Ze benadrukt: “Ik vind het daarom erg belangrijk om je belangstelling met collega’s uit andere disciplines te delen, zoals tijdens de seminars op dinsdag in de De Sitterzaal.

Dat is een waardevol initiatief.” Om met een wijze les over de manier van onderzoek doen te besluiten: “Kijk niet alleen naar toegepast of fundamenteel onderzoek, maar naar fundamenteel onderzoek met een toepassing in het achterhoofd.” 

Muizen zonder proline in het voer

Muizen met proline in het voer

Tijd na fotosensibiliserende behandeling [h]

15

Barbara Gravendeel: “Leiden is een unieke plek voor orchideeënonderzoek.”

16

Een schatkamer vol zeldzaamheden Orchideeënsoorten op Madagaskar zijn vermoedelijk uit één voorouder ontstaan, terwijl nauw verwante soorten op NieuwGuinea meerdere voorouders hebben die op verschillende momenten dit eiland hebben bereikt. Dat heeft Leids onderzoek aan morfologie en DNA van deze planten opgeleverd. Onderzoek dat nergens ander kan worden gedaan.

Z

elfs bij het maken van de foto’s kan Barbara Gravendeel het niet laten om – met het puntje van haar tong tussen de lippen – naar de details van een orchideeënbloempje te kijken. De foto mag ook niet worden gefaket: ze wil écht een bloem onder het binoculair.

Ze haalt er na afloop van de fotosessie enthousiast een

Dr Babara Gravendeel studeerde biologie in Utrecht, met als specialisatie tropische plantentaxonomie, waar ze in 1995 afstudeerde. De tropische planten lieten haar niet meer los: ze promoveerde in Leiden bij het Nationaal Herbarium Nederland op de fylogenetische classificatie van Coelegyne orchideeën, op basis van morfologie en moleculen. Met haar huidige werk aan cladogrammen is ze meer de moleculaire dan de morfologische kant op gegaan. Als postdoc heeft ze een ‘MEERVOUD-beurs’ van NWO.

boek bij om de details van het object te kunnen laten zien: “Kijk, om deze soort gaat het!”, waarna een gedetailleerde beschrijving volgt.

We hadden het kort daarvoor even over het boek Orchid Fever gehad, dat de smakelijke ondertitel A horticultural tale of love, lust and lunacy draagt. Dit naar aanleiding van een toevallige ontmoeting met de Amerikaanse schrijver Eric Hansen. Barbara Gravendeel pakt meteen het betreffende boek uit haar kast, en zegt er geen goed woord voor over te hebben. “Collega’s, ook vrienden, worden zeer éénzijdig beschreven”, spuwt ze haar gal op Hansen. Om even later voorzichtig toe te geven: “Maar ikzelf heb óók wel een beetje last van orchideeënkoorts, hoor.”

Rode oortjes De orchideeënonderzoeker zelf krijgt vooral rode oortjes van het genus Bulbophyllum, een buitengewoon grote orchideeënfamilie met wel 1300 soorten. Verreweg

17

“Onze collectie is zo waardevol omdat veel van deze planten uitgestorven of zeldzaam zijn.” het grootste deel daarvan komt voor in Zuidoost-Azië, waarvan al bijna de helft op Nieuw-Guinea. Verder 190 op Madagaskar, 64 op het Afrikaanse vasteland en 59 in Zuid-Amerika.

Keek Barbara Gravendeel tijdens haar promotie ook naar de morfologie van planten, nu bestudeert ze ‘haar’ orchideeen vooral op basis van moleculen. Ze bouwt met haar moleculaire kennis cladogrammen – een soort stambomen, die ze liever ‘hypothetische verwantschapsdiagrammen’ noemt. De cladogrammen zien er op het eerste gezicht uit als omgevallen stambomen die naar rechts steeds verder uitwaaieren. Links staat de gemeenschappelijke voorouder, helemaal rechts alle bestudeerde huidige soorten.

Doelwit van het Leidse onderzoek is een gen van ongeveer drieduizend baseparen op het DNA van de chloroplast, een van de moeder overgeërfd celonderdeel. Collega Marcel Eurlings heeft de basevolgorde van dit gen bij ongeveer honderd soorten Bulbophyllum en verwanten bepaald. De lengte van elke horizontaal lijntje (tak in de ‘stamboom’) is een maat voor het aantal mutaties in het gen. Dat staat weer voor de genetische afstand tussen twee verwante soorten.

Juweeltje Op basis van alle moleculaire gegevens heeft Gravendeel voor Bulbophyllum een cladogram en een aantal hypothesen kunnen opstellen. Om te beginnen: de ‘oermoeder’ komt uit Afrika. De soorten uit Madagaskar blijken verder van één voorouder af te stammen terwijl die uit NieuwGuinea het resultaat zijn van verschillende invasies. Het

verklaart waarom de Bulbophyllum-orchideeën van het Oost-Afrikaanse eiland relatief ‘saaier’ zijn: ze lijken meer op elkaar. Zo zitten bij het grootste deel van de Madegaskische orchideeën alle bloemen in een aar, en gaan deze allemaal tegelijk open. Gravendeel: “Die ene voorouder heeft waarschijnlijk een aantal ‘constraints’ – beperkingen – opgelegd aan de opvolgers, bijvoorbeeld deze aarvormige bloeiwijze.”

De soorten op Nieuw-Guinea zijn daarentegen morfologisch veel diverser. Ze dragen heel kleine tot heel grote bloemen, die of na elkaar of allemaal tegelijk open kunnen gaan. Sommige hebben een schermvormige bloeiwijze, weer andere bezitten maar één bloem. Zo komen er honderden andere variaties voor. “De vormenrijkdom kent zijn weerga niet”, aldus Gravendeel die een aantal absolute juweeltjes de revue laat passeren. Eén van de fantastisch gevormde bloemen noemde ze op basis van foto’s ‘de douchekop’. Ze grinnikt: “Ik was echt teleurgesteld toen deze plant in de kas ging bloeien en de bloeiwijze veel kleiner bleek te zijn dan ik had verwacht!”

Over de momenten dat de orchideeënrijkdom zich op de diverse plekken begon uit te waaieren, vertelt Gravendeel: “We weten op basis van geologische gegevens dat Madagaskar veel ouder is. Het eiland is 140 miljoen jaar geleden ontstaan en snel geïsoleerd geraakt. Nieuw-Guinea is een amalgaam van stukken die relatief laat – ongeveer tussen de 50 en 5 miljoen jaar geleden – boven de zeespiegel kwamen te liggen. Met moleculaire-klokanalyses – op basis van genetische gegevens van orchideeën van de Seychellen voor Madagaskar, en de Solomonseilanden

18

Schematisch cladogram van Bulbophyllum. Helemaal links op dit verwantschapsdiagram staat de gemeenschappelijke voorouder, helemaal rechts staan alle bestudeerde huidige soorten. De soorten van Madagaskar zijn nauw verwant, en staan ook dichtbij de andere Afrikaanse en de Zuid-Amerikaanse soorten. De Aziatische soorten zijn veel verder uitgewaaierd. (Het aantal mutaties is niet weergegeven.)

Zuidoost Aziatische soorten

voor Nieuw-Guinea – gaan we proberen de radiaties zo precies mogelijk te dateren.”

Vervolgens gaan de Leidse biologen hun hypothesen toetsen op basis van meerdere genen uit de celkern, die van beide ouders afkomstig zijn. Als stap daarna zal Barbara Gravendeel met een aantal collega’s – van Naturalis en de Royal Botanical Gardens van Kew en Edinburgh – dieren en andere planten op Madagaskar en Nieuw-Guinea bestuderen. “We willen kijken of die ook gekenmerkt worden door een monofyletische radiatie op Madagaskar en een polyfyletische radiatie op Nieuw-Guinea.”

Indiase soorten Zuid-Amerikaanse soorten Afriaanse soorten Soorten van Madagaskar 'Outgroups'

Unieke verzameling Barbara Gravendeel veert op als haar naar het belang van haar onderzoek wordt gevraagd. “Leiden is een unieke plek voor onderzoek naar orchideeën uit Zuidoost-Azië”, antwoordt ze. “Op geen enkele andere plek ter wereld vind je zoveel kennis over Bulbophyllum.”

Ze haalt wat oud herbariummateriaal uit de kast en laat de gedroogde plantjes met veel liefde zien. De bladen zijn afkomstig uit de collectie van het Nationaal Herbarium Nederland die vijf miljoen planten omvat, voornamelijk uit Zuidoost-Azië. De oudste daarvan is vierhonderd jaar geleden verzameld. De verzameling is uniek – dat woord is nou eens een keer wél op zijn plaats – voor bepaalde families zoals orchideeën en euphorbia’s.

“De verzameling is zo waardevol omdat veel van deze planten uitgestorven of zeldzaam zijn”, legt de plantenbioloog uit. “We hebben daarmee een enorm potentieel aan onderzoeksmateriaal. In het veld kunnen we de

planten veel moeilijker bekijken, omdat het gebied politiek onrustig of gevaarlijk is. Of ‘verasfalteerd’, zoals grote delen van Maleisië.”

Het is echter niet alleen herbariummateriaal waarmee de gedreven orchideeënonderzoeker werkt. “Ik ga binnenkort genexpressiewerk doen aan orchideeënbloemen in verschillende ontwikkelingsstadia. Daarmee proberen we de genetische basis te in ontdekken voor geur en kleur.” In het tweede kwartaal van 2004 vertrekt ze naar Harvard om daar de technieken te leren.

Gravendeel: “Economisch gezien zijn orchideeën zeer belangrijk. Er gaan in de handel enorme sommen geld om.

Orchideeëntelers willen natuurlijk maar al te graag weten hoe geur en kleur worden gereguleerd.” Uiteindelijk zou het innovatieve onderzoek op de grens van weten en kunnen dus zelfs geldelijk gewin kunnen opleveren... 

19

Bas Hendriksen: “‘t Is leuk om naar atomen te kijken, vooral als ze aan de wandel gaan.”

20

Het fruitvliegje van de katalyse Als een enthousiaste jonge hond speurt Bas Hendriksen naar bewegende atomen op metaaloppervlakken. Zijn verrassende en voor chemici contra-intuïtieve resultaten laten zien hoe katalysatoren in het echt werken. Zelfs het ogenschijnlijk inerte platina wordt tijdens bepaalde processen geoxideerd.

B

as Hendriksen werkt bij voorkeur ’s nachts.

“Vannacht heb ik nog aan platina-één-één-één gemeten”, vertelt hij op zó’n manier dat het lijkt alsof platina met een oppervlak in de (111)-oriëntatie de gewoonste zaak van de wereld is.” Meten móet wel ’s nachts, want Bas heeft niets op met slaande deuren en lopende mensen. Hoewel zijn meettafels in de krochten van het nieuwe Kamerlingh Onnes Laboratorium op grote

Postdoc dr Bas Hendriksen studeerde technische natuurkunde in Twente, waar hij in 1997 afstudeerde bij een vakgroep die STM gebruikt om naar oppervlakken te kijken. Oorspronkelijk werkte hij daarna op het FOMInstituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam.

Halverwege zijn promotieonderzoek verhuisde promotor Jos Frenken naar Leiden, en de promovendus ging mee. Begin 2003 promoveerde hij in het Leiden Institute of Physics (groep Grensvlakfysica). Over zijn werk op nanoschaal: “Het is een wereld op zich.”

trillingsdempers en trillingsvrije vloeren zijn gemonteerd, zou het kleinste trillinkje of geluidje zijn metingen van atoomformaat kunnen verstoren. “Ach,” relativeert de oppervlaktefysicus zijn nachtelijke escapades, “het komt maar een keer of twintig per jaar voor.” Het gezinsleven hoeft er dus niet onder te lijden.

Je zou Hendriksen een atoomspeurder kunnen noemen.

Tijdens zijn afstudeerproject in Twente volgde hij individuele atomen met een variant van de scanning tunneling microscoop of STM: de ‘atom tracker’. STM werkt als het ware als een platenspeler op atomaire schaal, waarbij het oppervlak wordt afgetast door middel van een scherp naaldje met een tip van enkele atomen doorsnee.

In tegenstelling tot de pick-upnaald komt de STM-naald niet in contact met het oppervlak, maar blijft deze er enkele atoomdikten van verwijderd. Wanneer een kleine elektrische spanning tussen naald en oppervlak wordt aangelegd, gaat ondanks de afstand een miniem elektrisch stroompje tussen naald en oppervlak lopen. Bas Hendriksen wil met zijn STM de kleinste bewegingen van atomen

21

“Het feit dat het oxide van platina beter katalyseert dan het edelmetaal zelf, gaat geheel tegen de intuïtie van chemici in.” op een oppervlak detecteren. Vandaar de dwingende noodzaak van een absoluut trillingsvrije omgeving.

“De combinatie van bouwen en gebruiken van het instrument en het interpreteren van de resultaten spreekt me erg aan”, vertelt de razend enthousiaste postdoc. “Ik vind het extra spannend om katalytische processen te volgen omdat je dan bewegende oppervlakken bekijkt. Je kunt ze laten bewegen door met de temperatuur, gassen en combinaties daarvan te spelen.” Het exploratieve, wat op voorhand niet bekend is, noemt hij zijn drijfveer.

De meeste onderzoekers bekijken katalytische oppervlakken bij zeer lage drukken, meestal ultrahoog vacuüm.

Dat is Hendriksen te simpel omdat het niet overeenkomt met de werkelijkheid. Geef hem maar atmosferische of zelfs hogere drukken. “Dat is het vernieuwende van ons onderzoek,” legt hij uit, “STM uitvoeren onder voor de katalyse relevante omstandigheden.” Hij verzon er een truc voor die dit mogelijk maakt, door de STM-naald in een piepklein reactorkamertje ter grootte van één zesde suikerklontje te plaatsen. De rest van het apparaat blijft onder ultrahoog vacuüm.

‘Fruitvliegje’ Tijdens het interview passeert het woord ‘leuk’ de revue keer op keer. Het leukste vindt Hendriksen dat hij met STM veranderingen aan een oppervlak live kan volgen. Hij heeft zelfs filmpjes gemaakt van de processen die zich aan een katalysator afspelen, zij het vooralsnog met relatief lage snelheid.

Bas Hendriksen concentreert zich bij zijn onderzoek

22

op de oxidatie van koolstofmonoxide (‘koolmonoxide’ of CO) aan platina: het ‘fruitvliegje van de katalyse’ genoemd, omdat zoveel katalytici daaraan werken. “We probeerden antwoord te krijgen op de vraag: ‘Zijn ruwe oppervlakken betere katalysatoren dan gladde oppervlakken?’ Daar hoopten we eerlijk gezegd op. Maar aan de ruwheid lag het niet. Het was veel simpeler; het lag gewoon voor de hand. Gek genoeg waren wij de eersten die het opmerkten.”

Het toverwoord is platinaoxide. Je zou verwachten dat het edelmetaal platina niet kan worden geoxideerd, maar de werkelijkheid is anders. Bij hogere temperaturen van ongeveer 150°C vormt het metaal een laagje oxide van één molecuul dun.

Op Bas’ beeldscherm verschijnt een grafiek die de oxidatie van koolstofmonoxide aan platina weergeeft.

“Door met de kranen op ons gassysteem te schakelen van een koolmonoxiderijke gasstroom naar een zuurstofrijke gasstroom en vice versa, kunnen we het platinaoppervlak oxideren en dit platinaoxide ook weer reduceren.

De vorming van het platinaoxide heeft tot gevolg dat de kooldioxideproductie stapsgewijs toeneemt. Reduceren van het oppervlak verlaagt de kooldioxideproductie op het oppervlak weer. Kortom, het platinaoxide is duidelijk een betere katalysator.”

Bas Hendriksen laat vervolgens een van zijn STMfilmpjes zien: “Je ziet tijdens de reactie op het platinaoxide het oppervlak ruw worden, omdat de CO-moleculen het oxideoppervlak aanvreten. Er worden continu zuurstofatomen ingebouwd in het oppervlakteoxide om er vervol-

Schakelend platina.

STM-afbeeldingen (210nm x 210nm) en bijbehorende gassamenstellingen, waarin het platina-oppervlak ‘schakelt’ tussen een zwak reactieve metallische structuur en een zeer reactieve dunne oxidelaag. De waarnemingen zijn verricht bij een temperatuur van 150 °C, terwijl een mengsel van CO en O2 met een druk van 0,5 atmosfeer over het oppervlak stroomde.

De onderste grafiek geeft de productie van het reactieproduct CO2 weer. Uit de grafiek is af te lezen dat het oppervlak telkens bij een vaste verhouding tussen CO en O2 omschakelde van lage naar hoge productie van CO2 en vice versa. De schaduwlijnen in plaatjes A, B, en D geven de atomaire hoogteverschillen aan tussen de op elkaar gestapelde atoomvlakken van het

platina. In deze plaatjes is het gehele platinaoppervlak bedekt met een koolmonoxidelaag met een dikte van één CO-molecuul. Tussen plaatjes B en C oxideert het oppervlak. Zoals in plaatje C te zien is, wordt het daarbij ruw. Plaatje D laat het oppervlak zien, enige tijd nadat het oxide met behulp van extra CO weer is weggereageerd; de ruwheid is dan weer verdwenen.

gens weer te worden weggenomen door de reactie met koolmonoxide tot kooldioxide. Dit reactiemechanisme is vernoemd naar de katalytici Mars en Van Krevelen die het al in de jaren vijftig van de vorige eeuw voorstelden. Maar hier zie je het voor je neus!”

tot een ‘dode’ katalysator. Een apetrotse Bas Hendriksen: “Dat heeft een aantal belangrijke groepen dan ook op het spoor gezet om dit soort oxiden – naast platinaoxide of palladiumoxide – te bestuderen.”

Levert dit alles ook wat op? “Ja,” zegt Bas Hendriksen optimistisch, “ik denk van wel. De autokatalysatoren die koolmonoxide omzetten in kooldioxide, doen het natuurlijk prima. Maar hoe werken ze precies? Ons onderzoek geeft beter inzicht in de werking van katalysatoren, uiteraard in de hoop om in de toekomst betere katalysatoren te kunnen maken.” 

Tegen de intuïtie Het feit dat het oxide van platina beter katalyseert dan het edelmetaal zelf, gaat geheel tegen de intuïtie van chemici in. Platinaoxide wordt gezien als niet katalytisch actief en de vorming ervan zou volgens de literatuur dan ook leiden

23

Dorine Feldker: “Vermijder heeft soms een betere overlevingskans dan een vechtjas.�

24

Saller of laller: vechtjas of vermijder Muizen kunnen net als mensen heel verschillend op stress reageren. Aan de ene kant van de schaal staan de actievelingen: ze vechten of vluchten. Aan de andere kant staan de passievelingen: ze wachten liever af wat er gaat gebeuren. Dorine Feldker onderzocht de genetische verschillen tussen actieve en passieve muizenlijnen, als model voor stressgevoeligheid bij mensen. Haar conclusie: sommige muizen kunnen spanning beter vermijden.

“D

e meeste mensen denken bij ‘stress’ onmiddellijk aan stemmingswisselingen en andere negatieve gevoelens. Toch kunnen korte perioden met stress noodzakelijk zijn om je te kunnen aan-

Dr Dorine Schmidt-Feldker studeerde gezondheidswetenschappen in Maastricht, waar ze in 1998 afstudeerde. Ze promoveerde op 3 september jl. bij de divisie Medische Farmacologie van het Leiden/Amsterdam Center for Drug Research (LACDR) en het LUMC. Het onderzoek stond onder leiding van prof. Ron de Kloet en dr Erno Vreugdenhil, in samenwerking met NV Organon.

Kort voor haar promotie verhuisde ze met echtgenoot en oud-collega Mathias Schmidt naar München. Ze werkt er bij de farmaindustrie.

passen. Soms is het zelfs nodig om te kunnen overleven.”

Aan het woord is Dorine Feldker, voormalig promovendus bij de divisie Medische Farmacologie.

Het verschil dat de een gemakkelijk omgaat met stressvolle situaties terwijl de ander problemen krijgt als de stress lang aanhoudt, heeft gedeeltelijk een erfelijke achtergrond. Feldker onderzocht bij twee verschillende lijnen muizen wat die moleculaire basis van de verschillen in stressgevoeligheid is.

Knokkers ‘Sallers’ en ‘lallers’, zo noemt ze de hoofdrolspelers in haar onderzoek. SAL staat voor ‘short attack latency’, een korte wachttijd voor een muis tot de aanval overgaat als hij een soortgenoot ziet. LAL is de afkorting van ‘long attack latency’, voor een muis die niet graag vecht. Een

25

“Passieve dieren presteren juist het best in een veranderende omgeving, bijvoorbeeld bij migratie.” passieveling zogezegd. De ‘sallers’ en ‘lallers’ zijn in de jaren 1970 genetisch geselecteerd uit wilde huismuizen op hun neiging om snel of bijna niet aan te vallen.

‘Sallers’ zijn de knokkers van de twee. De passieve ‘lallers’ krijgen gemakkelijker last van stress. Feldker keek welke genen aan staan (‘tot expressie komen’) in de hippocampus van de dieren, een gedeelte van de hersenen dat de reactie op stressvolle situaties stuurt en tegelijkertijd gevoelig is voor stresshormonen.

“Het is niet eerlijk om de LAL-groep passievelingen te noemen”, verdedigt Dorine Feldker haar muizen die vechten vermijden. “Passievelingen heeft een negatieve klank, hoewel passieve dieren juist het best presteren in een veranderende omgeving, bijvoorbeeld bij migratie.”

Signaalstoffen Behalve dat LAL- en SAL-muizen verschillend met hun soortgenoten omgaan, verschillen ze ook in de hoeveelheden signaalstoffen in de hersenen, in het bijzonder serotonine. Zo is de hippocampus van ‘lallers’ minder gevoelig voor deze stof. Verder maken hun hersenen minder mRNA aan dat codeert voor een serotoninereceptor.

Recent bleek dat psychosociale stress alleen in deze groep langdurende stresssymptomen induceert. Zo stijgt de concentratie aan het stresshormoon corticosteron in hun bloed, ze vallen af en hun thymus krimpt.

Feldker: “Daarom vormden beide muizenlijnen voor ons een interessant diermodel om de moleculaire mechanismen van stressgevoeligheid te onderzoeken. We keken vooral naar de hippocampus omdat die niet alleen een doelwit is

26

voor stresshormonen, maar ook een belangrijke rol speelt bij cognitieve prestaties, gedragsaanpassingen en regulatie van de zogenoemde hippocampus-hypofyse-bijnier-as.

Deze zorgt ervoor dat de bijnieren bij stress meer stresshormonen gaan uitscheiden.”

Peperdure technieken Feldker en collega’s bestudeerden gelijktijdig de expressie van duizenden genen, onder andere met peperdure DNAmicroarrays (‘GeneChips’), dit laatste dankzij financiële steun van het in het onderzoek geïnteresseerde Organon.

“Zo hebben we in de hippocampus van LAL- en SALmuizen naar bijna 30.000 genen tegelijk kunnen kijken.

Bij LAL-muizen treedt er een hogere expressie op van bijvoorbeeld verschillende cytoskeletgenen en genen die bij signaaloverdracht betrokken zijn.”

Het cytoskelet wordt gevormd door de eiwitstructuren die de cel stevigheid geven. De structuur van een zenuwcelskelet bepaalt of deze al dan niet ‘plastisch’ is: of hij gemakkelijk of moeilijk nieuwe zenuwuiteinden kan maken en nieuwe neurale netwerken kan vormen. Hoe plastischer de cellen, hoe gemakkelijker het zenuwstelsel zich aan nieuwe omstandigheden zoals stress kan aanpassen.

Uitgaand van hun bevindingen ontwikkelden Dorine Feldker en collega’s een hypothetisch model dat de moleculair-biologische mechanismen van de gedrags- en neuro-endocriene verschillen tussen LAL- en SAL-muizen beschrijft. Daarin worden de extreme gedragsverschillen tussen ‘lallers’ en ‘sallers’ weerspiegeld in een verschil-

Enkele met GeneChips aangetoonde gedownreguleerde genen nadat LAL-muizen aan chronische stress waren blootgesteld.

lende regulatie van een bepaalde route voor signaaloverdracht. Deze verschillen beïnvloeden op hun beurt de regulatie van cytoskeletgenen. Resulterende veranderingen van het celskelet veranderen de plasticiteit van neuronale netwerken en de morfologie van de hippocampus.

Kwetsbaarder ‘Lallers’ en ‘sallers’ reageren verschillend op stress wanneer ze 25 dagen lang in een kooi naast die met een agressief mannetje zitten. Alleen in LAL-muizen induceert deze stressvolle situatie chronische stresssymptomen, zoals verhoogde niveaus aan corticosteroïden in het bloed.

Bij mensen wordt dit vaak geassocieerd met depressie.

Feldker: “Daarom lijkt deze chronische ‘psychosociale stressor’ veelbelovend om de moleculaire, door stress geïnduceerde neuro-endocriene veranderingen te onderzoeken.”

Het is bekend dat psychosociale stressoren de structuur van de hippocampus kunnen veranderen. Onbekend is welke moleculaire mechanismen hieraan ten grondslag liggen. Daarom keek Dorine Feldker naar het expressieprofiel bij LAL-muizen die 25 dagen een SAL-mannetje konden zien en ruiken. Een licht verbaasde Feldker: “De meeste gereguleerde genen lieten slechts subtiele veranderingen van genexpressie zien.”

“Eén van onze belangrijkste bevindingen was dat onze LAL- en SAL-muizen een verschillende expressie laten zien van cytoskeletgenen, die echter niet beïnvloed wordt door blootstelling aan de psychosociale stressor gedurende 25

dagen. Dit kan gevolgen hebben voor de verschillen in morfologie en functie van de hippocampus van deze muislijnen.”

Enkele studies bij mensen hebben aangetoond dat een kleinere hippocampus wellicht erfelijk is en zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van depressie. Er zijn echter ook aanwijzingen dat stressvolle situaties het hippocampusvolume kunnen beïnvloeden. Dorine Feldker resumeert: “Onze resultaten ondersteunen de hypothese dat genetische factoren een sterke invloed hebben op structurele veranderingen in de hippocampus. Stress maakt het zenuwstelsel nog eens extra kwetsbaar.” En desgevraagd, relativerend: “Maar voor we wat aan deze kennis hebben, ligt er nog jaren werk vóór ons.” 

27

Walter Jaffe: “Met deze meting kunnen we zeggen: is deze stofwolk er wel of niet?�

28

Gewoon een kwestie van beter kijken Sommige melkwegen – de radio-melkwegen – zien er met een radiotelescoop hetzelfde uit als quasars. Kijk je met een optische telescoop, dan toont de melkweg echter een wolkje en de quasar een punt. Een twintig jaar oude theorie voorspelde dat beide hemelobjecten identiek zijn. Dat is nu eindelijk bewezen, door als het ware met twee ogen te kijken in plaats van met één.

W

alter Jaffe kan zich er nog over verbazen dat de queeste naar de structuur van quasars zich al decennia voortsleept. En dat terwijl het antwoord op de vraag naar het hoe en waarom eigenlijk zo voor de hand blijkt te liggen. Tenminste, als de theorie van

Walter Jaffe was undergraduate student op Caltech en studeerde af en promoveerde in de jaren zeventig in Leiden bij prof. van der Hulst. Daarna onderging hij de tradionele ‘zwerftocht van een jonge astronoom’ van tien jaar in de VS. Sinds 1986 is hij staflid in Leiden.

Zijn wetenschappelijke lol: even iets weten wat niemand anders op aarde weet, en werken in een klein teamverband (“Zoals hier!”). Hij nam in 1995 het initiatief voor de veelgeprezen Zomerschool voor jonge onderzoekers in Westerbork. “Ik had op de middelbare school zoiets meegemaakt in de VS.”

hem en zijn collega’s Huub Röttgering en Klaus Meisenheimer klopt. De eerste metingen met de ASTRON-MIDIinterferometer in Chili zijn wat dat betreft veelbelovend.

Jaffe en kompanen hebben de vervolgmetingen begin december inmiddels uitgevoerd. Ze kunnen nauwelijks op de resultaten wachten.

Het verhaal begint al in 1963, toen Maarten Schmidt, afkomstig uit de groep van de Leidse sterrenkundige Jan Hendrik Oort, zogenoemde actieve galactische nucleï (AGN) ontdekte. Uit zo’n actieve kern – niet groter dan ons zonnestelsel – komt meer straling vrij dan uit een gemiddeld melkwegstelsel. En dat terwijl zo’n AGN qua volume maar liefst 1027 maal kleiner is dan een melkweg.

De verklaring voor dit fenomeen is dat het enorme zwarte gaten betreft, een miljard keer zo zwaar als onze zon. Als die massa in elkaar klapt, komt er energie vrij als straling, ook röntgenstraling.

Een quasar – afkorting voor ‘quasi-stellar object’ – is

29

De ‘unified theory’ voorspelde het twintig jaar geleden al: eigenlijk zijn ze precies hetzelfde. zo’n actieve galactische kern. Het enorme ruimteobject heeft in het midden een zwart gat; van daaruit ‘spuiten’ in twee richtingen ‘radiojets’ van elk ongeveer driehonderdduizend lichtjaar lang. Aan het eind van die jets bevinden zich enigszins bolvormige radiobronnen (‘lobes’) met een doorsnee van dertigduizend lichtjaar. Alles bij elkaar is zo’n quasar een kosmisch kunstwerk van duizelingwekkende afmetingen.

Zwembandvormige zwerm Het was sterrenkundigen opgevallen dat sommige melkwegen – ‘radio-melkwegen’ – er met de radiotelescoop hetzelfde uit zien als quasars, maar dat een optische telescoop een ander beeld laat zien. Je ziet een wolkje met een doorsnede van ongeveer tienduizend lichtjaar bij een melkweg en een punt bij een quasar. Twintig jaar geleden werd er een ‘unified theory’ geopperd die stelde dat het om precies dezelfde objecten gaat.

Waarom zien die twee hetzelfde dingen er dan zo verschillend uit? “Een kwestie van kijken”, verklaart sterrenkundige Walter Jaffe. Kijk je recht in de radiojets, dan zie je alleen maar licht en röntgenstraling. Al het andere wordt overstraald. ‘Met de Hubble-telescoop hebben we kunnen zien hoe het in elkaar zit. Dan zie je het melkweg-‘wolkje’ wel.”

Inmiddels bestaat er een model van het binnenste van een quasar cq. actief melkwegstelsel. In het midden bevindt zich het enorme zwarte gat. Daaromheen draait met grote snelheid een vanwege de samenpersing superhete en heftig stralende accretieschijf in de vorm van een

30

grammofoonplaat, zo’n vijf lichtjaar in doorsnede. Daar weer omheen ligt in hetzelfde vlak van de accretieschijf een koelere, zwembandvormige zwerm stofdeeltjes van tientallen lichtjaren doorsnee. Om dat alles heen bevinden zich de sterren van het melkwegstelsel.

Torus De blokkerende stof-‘zwemband’ – in vaktermen ‘torus’ genoemd – was tot dusver nooit aangetoond rond quasars. Afgelopen juli richtten Jaffe en zijn collega’s Huub Röttgering – staflid in Leiden – en Klaus Meisenheimer uit Heidelberg daarom de twee telescopen in Chili die samen de ASTRON-MIDI-interferometer vormen op het actieve melkwegstelsel NGC 1068. Voor de liefhebbers: dat stelsel bevindt zich in het sterrenbeeld Walvis.

Beide telescopen liggen honderd meter van elkaar, hoog in de Chileense bergen. Elk ervan is acht meter in doorsnee, en heeft een scheidend vermogen van 10-6 (een centimeter op tien kilometer). Via een stelsel van spiegels en tunnels komt het licht van beide telescopen in de middeninfrarood interferometer (MIDI) bij elkaar, waar het gaat interfereren. Zo is een scheidend vermogen van 10-7 (een centimeter op tien kilometer) te bereiken. Geen normale telescoop kan dat halen.

“Vergis je niet: je kunt op deze manier – via een wiskundige bewerking die Fouriertransformatie heet – geen beeld maken,” relativeert Walter Jaffe, “maar je kunt wel een onderscheid maken tussen verschillende verschijningsvormen.” Voor de Leids-Amerikaanse astronoom is het dankzij de Chileense meting zonneklaar: de stofwolk is

Het centrale deel van het actieve melkwegstelsel NGC 1068, opgenomen met de Hubble Space Telescope (foto Nasa).

Flux

Dit interferometrisch spectrum laat de flux uit het centrale deel van NGC 1068 zien op een schaal van ongeveer 30 milli-arcsec en kleiner. De zaagtandlijn toont de MIDI-data; de gladde lijn is de gefitte lijn. De dip bij 10 µm wordt veroorzaakt door aluminosilicaatstof (silicaten die aluminium bevatten).

Golflengte [µm]

er. Meer metingen moeten aantonen of het een bol- of een torusvormige stofwolk betreft. Een kwestie van weken.

Gaat het inderdaad om de te verwachten torus, dan is het meteen duidelijk waarom er vroeger ten onrechte een onderscheid werd gemaakt tussen quasars en radiomelkwegen. Jaffe: “Kijk je van opzij, dan kijk je tegen het stof aan, en neem je alleen de radio-melkweg waar. Kijk je daarentegen loodrecht op het geheel, dan zie je alles, inclusief de quasar.

Hoe blij hij ook met deze vondst is, hijzelf ziet het slechts

als een heel klein onderdeeltje van het kennisbouwwerk over quasars. Hij glimlacht. “Als slimme jonge student dacht ik de Nobelprijs te gaan winnen. Inmiddels weet ik dat ik weliswaar goed professioneel bezig ben maar ook geen Einstein ben. Ik wilde niet dé grote expert in een heel klein onderdeeltje worden. Dat heeft mijn carrière wellicht geschaad. Ik weet nu dat ik een normale sterveling ben.

Ik geniet van dit soort kleine ontdekkingen, en vind deze levensstijl – ik ben het afgelopen jaar bijvoorbeeld vier keer in Chili geweest – buitengewoon plezierig.” 

31

Grzegorz Rozenberg: “Dit is het juiste moment voor een huwelijk tussen informatica en biologie!�

32

Bioware: computer leert van trilhaardiertjes Ciliaten, onbekend maar toch de meest succesvolle organismen op aarde, knopen hun genen op een uiterst ingenieuze manier aan elkaar. Informaticus Grzegorz Rozenberg, een van de vijftig meest geciteerde wetenschappers van Nederland, snapt nu hoe de eencelligen dit voor elkaar krijgen. Biologen hebben zijn theorie geaccepteerd als werkhypothese. Biologie en informatica verenigd.

“I

k heb een van de mooiste dagen van mijn leven gehad”, mailt Grzegorz Rozenberg enthousiast.

“Ik heb hier in Wenen vrijwel in mijn eentje de dag kunnen doorbrengen bij Het laatste oordeel”. De informaticus aanbidt Jeroen Bosch, door hem respectvol ‘Hiëronimus Bos-ch’ genoemd. Hij is een boek over de

De in Polen geboren prof. dr Grzegorz Rozenberg noemt zichzelf een geboren interdisciplinaire wetenschapper.

Hij begon als elektronisch ingenieur, haalde een mastergraad in de informatica en promoveerde als wiskundige. Al meer dan dertig jaar is hij gefascineerd door de biologie en doet hij interdisciplinair onderzoek met biologen. Hij is gehuwd met een microbiologe. Hij is zowel hoogleraar in de theoretische informatica aan het Leiden Institute of Advanced Computer Science (LIACS) als aan de University of Colorado in Boulder, vs.

grote schilder aan het schrijven, zonder deadline. (“Leuke dingen hebben geen dead-lines maar alive-lines!”)

Bosch strijdt om de schaarse uren met tenminste drie andere passies: informatieverwerking in levende cellen, goocheloptredens (hij was net zo lief professioneel goochelaar geworden) en de studie van uilen (hij bezit een enorme verzameling uilenafbeeldingen). Nee, een doorsnee mens kun je de aimabele wetenschapper van Poolse afkomst niet noemen.

Rozenberg huist op de eerste verdieping van het drastisch opgeknapte gebouw voor wiskunde en informatica.

Aan de muur van de gang hangen gigantische prints die de diverse informatica-afdelingen van het LIACS symboliseren. Ze zijn gemaakt door Rozenbergs zoon Daniël, de internationaal befaamde kunstenaar Dadara, Grzegorz’ allergrootste trots. We staan voor de fotosessie stil bij een voorstelling van een vogeltje dat in plaats van een worm een DNA-streng naar een nest met hongerige computers

33

“Geen informatieverwerkingsproces verloopt zo elegant en efficiënt als dat van erfelijke informatie.” brengt. De illustratie staat ook op de omslag van het eerste nummer van het tijdschrift Natural Computing, waarvan pa Rozenberg samen met de Leidse bioloog Herman Spaink hoofdredacteur is. “Als ik had geweten dat je een foto kwam maken, dan had ik mijn DNA-das omgedaan”, klinkt het verontschuldigend.

Natural computing Desoxyribonucleïnezuur heeft Rozenberg al meer dan dertig jaar stevig in de houdgreep. De aandacht voor Jeroen Bosch mag dan nu nog geen boek hebben opgeleverd, op de met papieren bezaaide werktafel ligt zijn nieuwe boek Computation in living cells. Rozenberg heeft elk hoofdstuk met een andere collega geschreven.

“Wat is de gezamenlijke noemer van alle computerwetenschappen”, vraagt Rozenberg rethorisch. Hij geeft zelf het antwoord: “Dat is verwerking van informatie.

De verwerking van erfelijke informatie mag daarbij niet worden verwaarloosd. Geen proces verloopt zo elegant en efficiënt. En de ciliaten zijn de queens op dit gebied.”

“De manier waarop deze organismen hun genen in de juiste volgorde zetten, is een vorm van natural computing”, doceert de bioinformaticus-avant-la-lettre enthousiast. “Je kunt processen in levende cellen als informatieverwerking beschouwen. Dat kan een compleet nieuwe manier van informatica opleveren. Tot nu toe doen computers wat wíj hebben ontworpen. Levende organismen zoals ciliaten doen het echter veel eleganter, waar wij nog veel van kunnen leren. Dit is het juiste moment voor een huwelijk tussen informatica en biologie!”

De in dit opzicht unieke eencellige trilhaardiertjes beschikken over twee soorten celkernen (alle eukaryoten hebben er maar één). Die twee – macro- en microkernen – hebben ook een verschillende functie. De eerste leveren net als onze eigen celkernen een bijdrage aan de expressie van eiwitten. De tweede zijn als het ware in slaap: ze worden geactiveerd in het proces van seksuele reproductie.

Verhonger je ciliaten, dan vormen ze een cyste, ze vreten elkaar op of ze wisselen erfelijk materiaal uit om zich te reproduceren. De microkernen bevatten extreem lange chromosomen van zo’n miljoen baseparen lang waarvan 95% geen genetische informatie bevat. Die kleinere kernen worden in dat proces omgezet in macrokernen die juist erg korte chromosomen bevatten, die daarentegen wel voor 85% ‘genetisch’ zijn. Meestal bevatten deze chromosomen maar één gen, en komen ze ieder in grote aantallen voor. Dat maakt het proces van genexpressie uitermate efficiënt.

Linking lists Informaticus Grzegorz Rozenberg kan er nog steeds met zijn verstand niet bij hoe wonderschoon de ciliaten de stukjes erfelijke informatie bij de opbouw van macrokernen aan elkaar knopen. Hij herkende er een mechanisme in dat informatici sinds de jaren 1950 ‘linking lists’ noemen, basisstructuren in de computerwetenschappen.

Bij recombinatie van stukken DNA in ciliaten moeten bepaalde fragmenten elkaar herkennen. Aan beide kanten van een DNA-fragment met erfelijke informatie zit daarom een zogenoemde ‘pointer’. Die stukjes van drie tot

34

veertien nucleotiden geven aan welk stuk informatie er in de buurt komt te zitten. “Ciliaten gebruiken het principe van ‘linking lists’ al miljoenen jaren. Dat was een van de meest fascinerende ontdekkingen.”

Toch zaten Rozenberg en zijn collega’s nog met een enorm probleem opgezadeld. De pointers die elkaar moeten herkennen, kunnen ongelooflijk kort zijn. Hoe kunnen ze elkaar herkennen zodat het ook nog eens irreversibel gebeurt? Rozenberg: “Welke bioware – welk door een complex van biomoleculen gestuurd mechanisme – zorgt voor deze informatieverwerking? In erg lange DNAmoleculen komt zo’n korte nucleotidevolgorde heel vaak voor. Hoe weet een ciliaat dan welke hij moet gebruiken?”

Matrijsgestuurde recombinatie Dit jaar sloeg de vonk ineens over bij Rozenberg en zijn collega’s David Prescott en Andrzej Ehrenfeucht uit Boulder, met wie hij al decennia samenwerkt. In een lab in Parijs was gevonden dat bij de afbraak van een oude macrokern korte chromosomen via het celplasma naar nieuw te vormen macrokernen migreren. “Dat gaf ons het idee dat deze korte stukjes DNA als matrijs zouden kunnen dienen voor de recombinaties. Ze zorgen ervoor dat het – altijd – goed komt. En dat het tegelijkertijd een reversibel proces is.”

Geen twee DNA-strengen dus bij genetische recombinatie maar drie! Twee daarvan zijn afkomstig van hetzelfde DNA-molecuul dat moet recombineren; de derde van het oude gen dat van buiten komt. Tegelijk zorgt erg snelle

Trilhaardiertjes ‘weten’ welke nucleotidenvolgorde ze bij genetische recombinatie moeten gebruiken dankzij een vernuftig proces van matrijsgestuurde recombinatie. Geen twee DNA-strengen zijn daarbij betrokken maar drie. Twee daarvan zijn afkomstig van hetzelfde DNA-molecuul dat moet recombineren; de derde van het oude gen dat van buiten komt en dat als matrijs dient.

In deze zeer schematische afbeelding zijn de DNAstrengen al aan het recombineren. De bovenste en de onderste (X en Y) zijn de twee die elkaar moeten herkennen. De middelste (T, van ‘template’, de matrijs) helpt daarbij.

vermenigvuldiging – zelfreplicatie – ervoor dat het matrijsmolecuul in no time in zeer grote aantallen aanwezig is.

“Dit idee heeft biologen erg opgewonden gemaakt”, verzekert Grzegorz Rozenberg. “Inmiddels hebben ze ons model van matrijsgestuurde recombinatie als een werkhypothese geaccepteerd.” Hij laat van onder zijn grijze snor een zeer tevreden glimlach zien. “Dit is nog maar het begin van heel erg veel biologische experimenten.” 

35

Wetenschappelijke illustraties Kunst of wetenschap?

In Naturalis is tot en met 7 maart 2004 een overzicht te zien van hoogtepunten van medische, botanische en natuurhistorische tekeningen uit Leidse collecties vanaf de 16de eeuw tot nu.

Loopkever Calosoma inquisitor, getekend door Naturalis-tekenaar Bas Blankevoort.

P

rachtige aquarellen, fraaie (detail)tekeningen en vele inzichtelijke prenten van vermaarde artiesten uit de rijke collecties van Naturalis, het Nationaal Herbarium Nederland en de Universiteit Leiden zijn bijeengebracht voor de tentoonstelling. Werk van onder meer Kawahara Keiga (1765-ca.1865), Joseph Wolf (1820-1899) en M.A. Koekkoek (1873-1943) is te zien,

36

maar ook recente tekeningen en aquarellen van onder andere illustratoren van het Nationaal Herbarium Nederland en Naturalis.

Wetenschappelijke illustraties: kunst of wetenschap?

Tot en met 7 maart 2004 in de galerie van Naturalis, Darwinweg, Leiden, 071-5687600, www.naturalis.nl De tentoonstelling is gratis toegankelijk.