In 1791 ontdekte Luigi Galvani dat een poot van een kikker samentrok als hij er een elektrische stroom door liet lopen. Dat gebeurde zelfs nog als de kikker dood was, of als de rest van de kikker er niet meer aan vast zat. Het samentrekken van spieren onder invloed van elektrische stroom heet — ter ere van Luigi Galvani — in de biologie galvanisme.
Op YouTube kwam ik het volgende filmpje tegen. Hierin wordt dit experiment op een iets andere wijze uitgevoerd, namelijk door de kikkerpoten te bestrooien met keukenzout (NaCl). Let op: misschien niet zo geschikt voor mensen met een zwakke maag1.
httpvhd://www.youtube.com/watch?v=2YZJt_Bw3eo
De reden dat de spieren ook samentrekken onder invloed van keukenzout is mij niet geheel duidelijk, maar het heeft denk ik iets te maken met natriumkanalen in zenuwcellen. Signalen door zenuwen worden namelijk doorgegeven door wisselingen in zoutconcentraties. Helaas zijn mijn celbiologie-/ biochemieboek en ik inmiddels zo’n 106 m van elkaar verwijderd, dus daar kan ik het niet in opzoeken. Hopelijk is er onder onze lezers een slimme celbioloog, biochemicus of ander persoon die ons de precieze werking van dit mooie eenvoudige experiment kan uitleggen. Laat dan alsjeblieft een reactie achter.
1 Kots je je toetsenbord toch onder, dan mag je hem zelf weer schoonmaken. Tip van Scheikundejongens: demiwater. Werkt ook bij koffie over je toetsenbord.
Om duidelijk te maken waarom een vakgebied belangrijk is, is het behulpzaam om een “Het Belangrijkste Onopgeloste Probleem” en een “Het Belangrijkste Opgeloste Probleem” te hebben. Die problemen zouden voor iedereen te begrijpen moeten zijn. Ik denk dat het Belangrijkste Onopgeloste in de natuurkunde The Big Bang is (wat gebeurde er de eerste seconde in het heelal?); het Belangrijkste Opgeloste in de biologie is The Origin of Species (hoe differentiëren soorten zich?) en de wiskundigen hebben de priemgetallen.
Het ultieme toonbeeld van de chemie van tegenwoordig is het periodiek systeem der elementen. Je zou kunnen zeggen dat dit het Belangrijkste Opgeloste probleem is. Iedere rechtgeaarde chemicus voelt zich min of meer aangetrokken tot de elementen en het is het ultieme overzicht van de chemie. Maar dat is maar lastig te begrijpen voor niet-chemici. De man op de straat heeft natuurlijk helemaal niks te maken met zuivere elementen. Hoe vaak worden de begrippen ‘lucht’ en ‘zuurstof’ wel niet door elkaar gehaald? En wie weet nou de voordelen van van een periodiek systeem in deze vorm op te noemen, boven andere soorten systemen?
Stanley Miller in 1953, werkt hier aan het Urey--Miller experiment.
Een van de beroemdere pogingen om te begrijpen waar het ontstaan van het leven om draait, is het Urey–Miller experiment. Daarin is gekeken of de bouwstenen die nodig zijn voor leven, spontaan kunnen ontstaan bij bepaalde omstandigheden (zoals luchtvochtigheid, zuurgraad, etc.). Urey en Miller verwarmden water, methaan, ammonia en waterstofgas in een gesloten systeem, leidden dat door een buizensysteempje, lieten bliksem (stroomschokjes) door het gasmengsel en lieten dat weer neerslaan. Na een week werd de “oersoep” bekeken en er werden onder andere aminozuren, suikers, bouwstenen voor nucleïnezuren (DNA en RNA) en glycerine gevonden. Een her-analyse van hun bevindingen in 2008 toonde aan dat ze 22 verschillende aminozuren hebben geproduceerd. Met een vrij simpele scheikundige opstelling zijn de bouwstenen voor leven gemaakt.
Terug naar de Ultieme Vragen. Wat de precieze omstandigheden waren, toen leven ontstond, is natuurlijk praktisch niet te achterhalen. Maar wat wel te achterhalen is, zijn alle mechanismen die nodig zijn om leven te maken. Om aminozuren en suikers te maken uit water, methaan en ammonia (etc.) is nogal wat organische chemie nodig. Om van vetzuren mooie cellen te maken, is veel fysische chemie nodig (zelf-assemblage). En om te begrijpen hoe zoveel elektriciteit zoveel reacties kan laten verlopen, is anorganische chemie nodig. De rol voor biochemici is natuurlijk duidelijk (bijv. hoe vormden de eerste enzymen?). Het onderzoek naar alles wat om dit vraagstuk heen zit, is natuurlijk veel interessanter dan het uiteindelijke antwoord. De reis is belangrijker dan de spreekwoordelijke bestemming.
Natuurlijk zijn er ook nadelen aan dit verhaal. Veel mensen zullen natuurlijk denken dat dit een biologisch probleem is. Ik denk dat de basale vragen in dit Probleem bijna allemaal chemisch van aard zijn. Op het moment dat er cellen gevormd zijn, is er namelijk leven, en dan begint de evolutie. Dat is dan wel weer harde biologie: het ontwikkelen van soorten. Maar totdat de kleinste eenheid van leven (de cel) er niet is, is er geen biologie.
Een ander groot nadeel aan deze promotie heeft ook te maken met de biologie. Niet alle godsdiensten zijn zo gecharmeerd van de evolutietheorie. Zo hoeft — als Het Ontstaan van Het Leven aangenomen wordt als toonbeeld van de chemie — geen steun van een aantal godsdiensten te verwachten. Natuurlijk is het een discussie op zich waard, of kerk en wetenschap zo goed samen gaan, maar misschien kan ik het daar beter een andere keer over hebben.
Ik ben ervan overtuigd dat Het Ontstaan van Het Leven een goed verhaal is, vergelijkbaar met de oerknal en de evolutietheorie. Helaas is de relevantie niet zo duidelijk als in onderzoek naar medicijnen, en blijft Het Ontstaan van Het Leven voor een lange tijd een Onopgelost Probleem, maar in ieder geval is het veel beter te begrijpen het periodiek systeem der elementen.
De Scheikundejongens zijn een grote fan van de Periodic Table of Videos (PToV) en hun filmpjes komen dan ook vaak langs in onze blogposts. Van PToV bestaat ook een natuurkundig equivalent genaamd Sixty Symbols, gemaakt door dezelfde persoon, Brady Haran. Inmiddels is Haran nog een YouTube-kanaal begonnen: Backstage Science.
Bij Backstage Science krijgt de kijker, zoals de naam al doet vermoeden, een kijkje achter de schermen bij wetenschap. In tegenstelling tot PToV en Sixty Symbols, krijgt de kijker bij Backstage Science te zien wat een wetenschapper nu eigenlijk doet. Zo wordt er een bezoek gebracht aan een deeltjesversneller, aan een lab dat een ruimtecamera voor een telescoop maakt en bij een wetenschapper die in een kelder zoekt naar oude meetgegevens over de ionosfeer van de aarde, om de invloed van de zon op de aarde beter te begrijpen. Bekijk hieronder laatstgenoemde filmpje.
httpvh://www.youtube.com/watch?v=89JH1zB3ZQQ
Naast de vele filmpjes zijn er op de site van Backstage Science ook fragmenten met extra scènes en interviews met wetenschappers te vinden. Neem dus snel een kijkje.
Vorige week donderdag was de 200ste geboortedag van de Duitse scheikundige Robert Bunsen (1811–1899). Zelfs Google vierde dat met een speciale Google Doodle. Chemici kennen Bunsen voornamelijk van de brander die zijn labassistent en hij uitvonden. Zelfs nu wordt die soort branders nog op menig laboratorium gebruikt om reactiemengsels te verwarmen, glaswerk te steriliseren of glas zacht genoeg te maken om het te kunnen bewerken.
De bunsenbrander werkt eenvoudig: door een rechtopstaand metalen koker wordt (meestal) methaangas gestuwd, dat bovenaan verbrand. Onderaan de koker zitten een aantal gaatjes waarmee lucht bijgemengd kan worden. Hierdoor komt er meer of minder zuurstof in het gasmengsel en wordt het methaan onvolledig of volledig verbrand. De onvolledige verbranding geeft een gele vlam van gloeiende roetdeeltjes; de volledige verbranding geeft een ruisende blauwe vlam. De blauwe vlam bestaat uit twee delen: een buitenste, lichtblauwe vlam en een binnenste donkerder blauwe vlam. Het heetste gedeelte van de vlam is het topje van de binnenste blauwe vlam, het minst hete gedeelte de rest van de binnenste blauwe vlam.
Iedere rechtgeaarde chemicus kent Bunsen natuurlijk van zijn bunsenbrander, maar wat niet veel mensen weten, is dat hij indrukwekkend onderzoek heeft verricht naar de het licht dat bepaalde elementen uitzenden door verwarming. Als een zuiver element verwarmd wordt, nemen de atomen in het materiaal beetjes warmte op. Na een tijdje kunnen die atomen die warmte weer los laten. Omdat atomen maar hele strikte hoeveelheden warmte op kunnen nemen, kunnen ze ook maar diezelfde hoeveelheden warmte los laten. Die energieën kunnen we zien als uitgezonden licht. Vroeger op de middelbare school had ik een zwart/wit BINAS, met maar een paar kleurenpagina’s. Een aantal van die kleurenpagina’s gingen over de speciale energieën (kleuren licht) die atomen op konden nemen en los konden laten: emissie en absorptie spectra.
Door zijn onderzoek naar die spectra, ontdekte Bunsen samen met zijn collega Gustav Kirchhoff, de elementen rubidium en cesium. Die laatste kennen jullie vast wel. Als je namelijk een brokje cesium in water gooit, reageert het heftig. De video van de Periodic Table of Videos (PToV) hierover is zeker de moeite waard. Een andere video van de PToV gaat over Robert Bunsen:
httpvhd://www.youtube.com/watch?v=ZmtbMKJLUJo
Tot slot: het verhaal gaat dat Robert bij zijn geboorte 200 gram woog, en dat “zijn luchtpijp dicht zat.”
