Auteur: Aldo

Het Teken van de Chemicus

Hoe romantisch is dat? Een geheim teken, ergens op het lichaam van een chemicus, zodat chemici elkaar kunnen herkennen. Als twee scouts de hand schudden, gebeurt dat met de linker hand. Zo herkennen ze elkaar. Heel vroeger, herkenden christenen elkaar door een halve boog in het zand te tekenen. De bevriende christen maakte, door nog een halve boog te tekenen, daar een vis (‘ichtus’) van: het teken van Christus. En zo hebben ook chemici een teken. Ofwel, die van de oude slag. Stiekem draag ik ook het teken. Met geheime trots natuurlijk.

Waar dit teken zich bevindt en hoe men eraan komt, wordt uitgelegd in een essay van Primo Levi. Hij was een Italiaanse Joodse chemicus en heeft om die reden een concentratiekamp overleefd. Waar zijn medemens werd uitgeroeid, werd hij gezien als ‘nuttige Jood’ en aan het werk gezet. Het werk van Levi wordt gezien als literatuur en is vaak zwaarmoedig door zijn ervaringen in de Tweede Wereldoorlog. Gelukkig heeft hij ook wat lichter werk op zijn naam staan, waaronder een aantal essaybundels. Naar aanleiding van een video van The Periodic Table of Videos ben ik op zoek gegaan naar een specifieke bundel: “Other People’s Trades”. Na een paar weken zoeken, heb ik het boekje gevonden en gelezen. In het essay “The Mark of the Chemist” staat in een paar pagina’s uitgelegd, hoe het zit met het Teken van de Chemicus.

De eerste alinea uit een Engelse vertaling:

They say that Freemasons used to recognize each other by scratching each other’s palms while shaking hands. I would propose that the chemists (or ex-chemists like myself) of my generation when they are introduced to each other should each show the palm of the right hand: toward the center, where the tendon that flexes the middle finger crosses what palm readers call the lifeline, the majority of them have a small professional, highly specific scar whose origin I will explain.

Levi legt uit dat glaswerk tegenwoordig heel gemakkelijk aan elkaar gezet kan worden door specifieke slijpstukken. Een bolkoeler of een vigreux passen naadloos op een rondbodemkolf doordat ze een geslepen koppelstukken hebben (wat elektriciens noemen, een ‘mannetje’ en ‘vrouwtje’) met een bepaalde diameter. Er was een tijd dat dat duur was, en daarvoor zelfs technisch niet mogelijk om dat zo precies voor elkaar te krijgen. Toen waren koppelstuk-mannetjes smaller en puntig, zodat ze door een stop van kurk of rubber gestoken konden worden. Je voelt natuurlijk al aan dat dit kracht en handvaardigheid vergt. Als een student onvoorzichtig is, kan de student, als hij teveel kracht zet, uitschieten of het glas laten breken. Omdat de meeste mensen rechtshandig zijn, hielden de meeste studenten de kurken of rubberen stop in hun rechterhand. Schoot het glaswerk weg, dan boorde het zich wel eens in hun rechterhandpalm.

Ik was niet bezig met kurk of rubber, maar wel met glaswerk. En ik ben zeker niet van een oudere generatie, maar ik heb wel een lelijke wond opgelopen. Al een paar jaar lang heb ik een littekentje in mijn rechter wijsvinger en is een klein gedeelte van mijn vinger gevoelloos (zielig!). Zoals Levi ook in de rest van zijn essay beschrijft, is het een kleine moeite voor docenten om hun studenten te waarschuwen bij bepaalde handelingen. Maar — hier gaat het laatste gedeelte van het essay over — studenten leren het meest van hun eigen fouten.

Wat is er nodig voor leven?

Zo is er niets, zo is er iets.

Afgelopen weekend zijn de Scheikundejongens et al. naar science center NEMO geweest. We hebben ons kansloos vermaakt en we kunnen dan ook niet anders dan het iedereen aanraden. Het museum is eigenlijk voor kinderen, maar zelfs wij, doorgewinterde studenten scheikunde, hebben nieuwe dingen gezien. Natuurlijk zou ik daar honderuit over kunnen schrijven en foto’s kunnen includeren, maar dat interesseert jullie natuurlijk niet zo. Leuk dat Mark honderd meter uitpraat en Aldo meters bellen blaast, maar ik wil jullie graag wat vertellen over mijn echte hoogtepunt.

Echte, nieuwe, controversiële wetenschap. Hierover discussieert men al decennia en nog worden controle-experimenten uitgevoerd. Het begon met een publicatie in een van de beroemdste wetenschappelijke tijdschriften ooit en nu stond er een kleine opstelling, middenin NEMO. En te midden van de tumult heb ik er een paar minuten stil naar staan kijken.

Het Urey–Miller-experiment.

Om te bewijzen dat het leven op aarde niet door een almachtig wezen is geschapen, maar door/uit de natuur spontaan is ontstaan, zijn een aantal stappen nodig. Laten we achteraan beginnen. Je weet uit je biologielessen misschien nog wel, dat er een aantal eisen zijn voor ‘leven’. Metabolisme en voortplanting zijn daar twee van. En je weet misschien ook nog wel dat een ‘cel’ de kleinste eenheid van leven is. Per definitie. Een cel is een zakje, gemaakt van een dun membraan van vet, voornamelijk gevuld met water, zouten, RNA/DNA en eiwitten. Dit is het eerste dat je moet weten over het ontstaan van leven: vrijwel alles in een cel wordt geregeld met eiwitten en zouten.

Een enkel aminozuur heeft altijd dezelfde basis, waarbij ‘---R’ een variabele zijgroep is. Meerdere aminozuren kunnen (onder afsplitsing van water) een polyamide vormen (een lange keten).

Zouten zijn meestal niet zo ingewikkeld: atomen met een netto lading. Die zijn er altijd al geweest, daar is de wetenschap het over eens. Maar nu die eiwitten. Die zijn enorm ingewikkeld. Waar komen die vandaan? Nog een stapje dieper: eiwitten zijn (voornamelijk) lange ketens aminozuren. In de natuur — ik bedoel, in alle organismen op aarde — komen vooral 20 aminozuren voor. Als je moeder zegt dat je je vlees op moet eten, is dat omdat niet alle organismen alle aminozuren zelf kunnen maken. Die moeten ze dus uit andere organismen halen. Er zijn nog wel veel meer aminozuren te verzinnen dan deze 20 natuurlijke, maar die zijn niet belangrijk voor het leven (zoals wij dat kennen op aarde). Dit is de tweede stap voor het begrijpen van leven: natuurlijke eiwitten bestaan uit 20 verschillende natuurlijke aminozuren.

We weten al, dat als we specifieke fosfolipiden in water oplossen, ze kleine gesloten dubbellaag-systemen vormen: cellen. Als diezelfde vetzuren, met wat zouten en eiwitten in water oplossen, ontstaan er ook celletjes, met de eiwitten aan de binnenkant. Zo, dat experiment is klaar. Conclusie: de juiste componenten vormen spontaan cellen.

Als we iets over het ontstaan van leven willen zeggen, moeten we afschatten wanneer het eerste leven is ontstaan (de oudste fossielen gevonden zijn ~3,5 miljard jaar oud) en weten hoe de wereld er toen uit zag. Of zoals een chemicus zich zou afvragen: wat waren de reactieomstandigheden? Was er veel water? Was dat water zuur? Zaten daar zouten in opgelost? Was er veel bliksem in die tijd? Hoe warm was de aarde toen? Waren er fluctuaties in omstandigheden? En nog veel meer van dit soort specifieke vragen. Extreem lastig te beantwoorden; extreem lastig te verifiëren. Maar we kunnen wel een afschatting doen.

Nog niet zo lang geleden, dachten we dat de atmosfeer een paar miljard jaar geleden bestond uit o.a. water (H2O), methaan (CH4), koolstofdioxide (CO2), ammoniak (NH3) en waterstofgas (H2). En onweer. Over de precieze samenstelling van de atmosfeer is de afgelopen decennia genoeg gesteggeld in de wetenschap, maar de algemene tendens is: er waren gasvormige verbindingen met o.a. waterstof- (H2O en/of H2), koolstof- (CO2, CO, CH4, misschien wel alkanen) en stikstofatomen (NH3, N2). Klinkt redelijk, toch?

Het Urey--Miller experiment zoals beschreven in hun artikel. Licentie: Wikimedia CC

We hebben nu bijna het hele raamwerk voor een bewijs wel doorgelopen. De dingen die dus aangetoond moeten worden zijn 1) wat zijn de reactieomstandigheden; 2) kunnen onder die omstandigheden bouwstenen (aminozuren, vetzuren, enz.) voor leven ontstaan en 3) kunnen die bouwstenen leven vormen. Dat laatste is ondertussen wel bekend en aannemelijk. Dat eerste is verschrikkelijk lastig, maar wel grofweg af te schatten.

Het vormen van de bouwstenen is ook gedaan. In 1953 deden Stanley Miller en zijn begeleider Harold Urey aan de universiteit van Chicago (USA) een experiment waarbij ze de omstandigheden op aarde ~3,5 miljard jaar geleden na probeerden te bootsen: zij 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 namen ze een klein sample en analyseerden de “oersoep.” Wat ze vonden? Onder andere aminozuren, suikers, bouwstenen voor nucleïnezuren (DNA en RNA) en glycerine. Een her-analyse van hun bevindingen in 2008 toonde aan dat ze 22 verschillende aminozuren hebben geproduceerd. Ze hebben met een (vrij simpele scheikundige opstelling) de bouwstenen voor leven gemaakt!

Natuurlijk zijn er achteraf veel zaken op af te dingen. Nieuwe inzichten suggereren dat de reactieomstandigheden op aarde anders waren dan in het lab van Urey en Miller. En zo waren er nog wat haken en ogen. Maar daar dacht ik niet aan, toen ik vorig weekend in NEMO zat te kijken naar een reproductie van datzelfde experiment. Geen volledig bewijs, maar zeker wel een extreem sterke suggestie dat leven op aarde spontaan gevormd zou kúnnen zijn. Maar ook daar dacht ik niet aan. Ik dacht alleen aan het simpele experiment van Urey en Miller en aan hoe blij ze moeten zijn geweest, toen ze erachter kwamen wat voor ingewikkelde moleculen ze gemaakt hadden. Ik heb wel een kwartier naar deze zwenkende pot oersoep zitten staren.

Het originele artikel van Urey en Miller vind je hier. Een ander artikel hier.

Sherlock Holmes was geen natuurkundige

Voor vandaag had ik een goed verhaal over een indrukwekkend biochemisch experiment gepland. Helaas heb ik een paar graden koorts, dus het wat meer omvangrijke verhaal verschijnt maandag op de SJs. Ter vervanging, een comic van Saterday Morning Breakfast Cereal.

Sherlock Holmes is geschreven door sir Arthur Conan Doyle en gaat over de verhandelingen door de detective en zijn metgezel dr. Watson. Veel verfilmingen, maar ik kan jullie die met Jeremy Brett (1984) aanbevelen. Holmes en Watson redeneren meestal als typische medici, maar wat nou als ze natuurkunde hadden gestudeerd?

Hoe trek je meer scheikundestudenten?

Aan de koffietafel van het lab waar ik werk, komen geregeld mensen van buiten ons lab even gezellig kletsen. En zo hoor je nog eens wat. Van de week werden de tegenvallende vooraanmeldingen scheikunde besproken. Op het nieuws hoorde ik dat er steeds meer VWO’ers na hun middelbare school gaan aan een universiteit gaan studeren. Dit zou zijn doordat de arbeidsmarkt niet heel veel perspectief biedt, dus “investeren ze in de toekomst.” Ik zeg: ga er lekker een jaartje tussenuit, lekker vrijwilligerswerk doen, ofzo. Maar de hedendaagse scholier wil méér leren.

Snap ik ook wel. Ik hoorde ook over de onderwijsvernieuwingen op het VWO. Scheikunde op de middelbare school gaat steeds minder lijken op wat er op de universiteit gegeven wordt. Er worden totaal verschillende onderwerpen aangesneden. Natuurlijk is zo’n gat niet handig. Wiskunde kampt al tijden met dit probleem, maar daar hoor ik nooit wat over. Ja, dat het lastig is, voor eerstejaars studenten. Oplossing? De opleiding aanpassen is geen (realistische) mogelijkheid, dus het middelbare schoolpakket zal dan moeten veranderen. Of studies en studenten moeten accepteren dat er een kloof is. Hoe dan ook, onderwijsvernieuwing in het scheikundepakket op de middelbare school is een reden dat in heel Nederland de vooraanmeldingen scheikunde tegenvallen.

Een andere reden zou zijn dat er steeds meer concurrentie is van nieuwe studies, met hippere (Engelstalige) namen. Life Sciences and Technology bijvoorbeeld. Ik krijg het gevoel dat de scholier dan stiekem óók wordt opgeleid tot scheikundige, maar dat kan ook aan mij liggen. Scholieren willen geen suffe studies meer doen als scheikunde, natuurkunde en wiskunde, maar Chemical Sciences, Advanced Physics en Theoretical & Applied Mathematics. Het beestje moet een naampje hebben, en als het klinkt zoals het is (superdik en de hipheid zelve) zal het me aan m’n billetjes oxideren hoe het genoemd wordt. Als het het maar over hetzelfde beestje hebben. Een andere concurrent van de studie scheikunde kan de nieuwe bachelor Gametechnologie zijn.

Als reactie op deze naam-trend zouden de Scheikundejongens graag het volgende willen voorstellen: naast de studie scheikunde, worden er twee nieuwe studies geïntroduceerd. “Chemistry” en “Molecular design”. Engels, hip, creatief, you name it. Alledrie de studies zullen niet heel veel meer studenten samen hebben, als de oude studie scheikunde voorheen kreeg. Uit zowel economisch als praktisch oogpunt zullen de studenten veel vakken samen doen. Natuurlijk zullen de studenten Molecular Design meer vakken zoals Advanced Quantum Chemistry and How I Learned To Stop Worrying And Love The Model volgen; studenten scheikunde zullen daarvoor in de plaats Kwantumchemie 3 en Risicoanalyse doen. Natuurlijk krijgen de studenten van alle drie de stromingen *kuch* studies een bachelorgraad in “Chemische Wetenschappen.” Kreeg ik ook; vraagt nooit meer iemand naar.

Een laatste reden waarom de vooraanmeldingen scheikunde zo tegenvallen zou natuurlijk ook kunnen zijn omdat de zoekmachine op de universiteitswebsite bagger is, de meeste linkjes kapot zijn en zelfs Google weigert je de goeie kant op te leiden. Gelukkig is dit laatste probleem met twee ICT’ers en een lang weekend goed op te lossen.