Complex en voorgeprogrammeerd

Het verfijnde navigatiesysteem van dieren wordt in tal van wetenschappelijke publicaties „mysterieus” of „raadselachtig” genoemd. Charles Darwin noemde zulke instincten zo „wonderbaarlijk dat de lezer misschien zal denken dat hun ontwikkeling haast wel moet volstaan om mijn hele theorie omver te werpen.”

Maar die moeilijkheid bestaat niet, zo vervolgt Darwin in zijn boek ”On the Origin of Species”. Natuurlijke selectie zou ervoor zorgen dat gunstige variaties zich voortdurend ophopen in populaties. Op den duur zou een toename van voordelige mutaties een bruikbaar navigatiesysteem opleveren. „Zo zijn, geloof ik, alle complexe en wonderlijke instincten ontstaan.” Net zoals alle andere eigenschappen van dieren zouden zijn geëvolueerd.

Iemand die veel studie heeft gemaakt van dierlijk instinct, is de Nederlandse bioloog Niko Tinbergen (1907-1988). Hij concludeert: „Elk dier is voorzien van een strikt beperkt, maar zeer complex, aangeboren gedragssysteem dat verrassend constant blijft in de soort of populatie.” Maar ook hij waagt zich niet aan de vraag hoe en waarom bepaald dierlijk gedrag zou zijn ontstaan.

Maar is toename van allerlei kleine veranderingen wel echt een verklaring voor het ontstaan van deze ingenieuze navigatiesystemen, vraagt oud-NASA-ingenieur en navigatie-expert Eric Cassell zich af in zijn boek ”Animal Algorithms”.

Uitdaging

Die uitdaging gaat Cassell wel aan. In plaats van de termen ”instinct” en ”aangeboren gedrag” introduceert de Amerikaan de omschrijving ”complex geprogrammeerd gedrag”. Hij doelt daarmee op dierlijk gedrag dat voldoet aan vijf criteria: het is complex, doelgericht, geprogrammeerd, mogelijk maar niet noodzakelijk, en erfelijk.

Veel biologen voelen zich ongemakkelijk bij de term doelgerichtheid. Die past niet bij het ongerichte, doelloze evolutieproces. Maar wat als verschijnselen zoals opzet, doelgerichtheid en ontwerp geen illusies zijn, maar realiteit?

Complex geprogrammeerd gedrag kan op drie manieren tot uitdrukking komen, stelt Cassell. „Het gedrag functioneert vanaf de eerste keer feilloos; het gedrag ontwikkelt zich naarmate het dier ouder wordt, waarbij de ontwikkeling is voorgeprogrammeerd; of het gedrag ontwikkelt zich door voorgeprogrammeerd leren.”

De meeste aanhangers van de evolutietheorie nemen net als Darwin aan dat kleine evolutiestapjes zich kunnen ophopen en uitlopen op het ontstaan van complex gedrag, zoals navigatie. Cassell noemt dit een geloofsbelijdenis. „In werkelijkheid is de oorsprong van zulk complex geprogrammeerd gedrag een raadsel voor evolutiebiologen.”

Efficiënt navigeren op kompas

Navigeren is een complexe bezigheid. Kapiteinen op de grote vaart gebruiken oriëntatiepunten zoals vuurtorens wanneer ze land in zicht hebben. Is visuele navigatie niet mogelijk, dan komt het aan op een goed kompas en accurate berekeningen van de richting en de snelheid van het schip.

Bij vliegtuigen komt daar nog een dimensie bij: de hoogte. Om hun verticale positie te berekenen, hebben verkeersvliegtuigen naast de andere navigatiesystemen ook een systeem van gyroscopen en versnellingsmeters.

Ook dieren blijken over zo’n soort navigatiesysteem te beschikken. „Ze konden niet even langs de speelgoedwinkel voor een kompas”, grapt Cassell in zijn boek. Al lang voordat mensen het magnetisch kompas uitvonden, hadden deze dieren al een aangeboren kompas. In verschillende diersoorten zijn extreem kleine magnetietkristallen aangetroffen van ongeveer 50 micrometer in doorsnede. Hoe zo’n kompas precies werkt, is nog steeds een mysterie.

Maar het functioneert. Accuraat. Bijen bijvoorbeeld zwerven op hun zoektocht naar nectar van bloem naar bloem. Opmerkelijk genoeg volgen ze niet dezelfde route terug naar de bijenkast. Ze maken gebruik van een soort driehoeksmeting om de kortste route naar de kast te bepalen, ontdekte evolutiebioloog James Gould.

Uit modelberekeningen en laboratoriumexperimenten blijkt dat ook sterke wind ze niet van de wijs brengt. Behalve van driehoeksmeting lijken bijen ook gebruik te maken van nog complexere wiskunde. Zo benutten ze ook een magnetisch ‘kompas’, de stand van zon en van de Poolster, en van gepolariseerd licht wanneer de zon achter de wolken is verdwenen.

„De opmerkelijke navigatievaardigheden van deze insecten zijn een bewijs dat ze met hun kleine hersenen uiterst efficiënt en feilloos kunnen navigeren in complexe omgevingen”, constateerden de biologen Antoine Wystrach en Paul Graham van de University of Sussex in het Britse Brighton.

Niet alleen insecten, ook vogels beschikken over een aangeboren navigatiesysteem en een voorgeprogrammeerde navigatieroute. Jonge ooievaars vliegen exact de juiste trekroute, zonder dat ze deze ooit van hun ouders hebben geleerd.

Duiven gebruiken meer dan één navigatiemethode. Het meeste van hun navigatiegedrag is aangeboren en voorgeprogrammeerd; daarnaast beschikken ze over een aangeboren leerproces waardoor ze hun navigatiegedrag door ervaring verbeteren naarmate ze ouder worden.

De pijlstormvogel heeft eveneens een opmerkelijk nauwkeurig navigatiesysteem. Die kan zijn foerageerstek op zee terugvinden met een nauwkeurigheid van 50 meter per 500 kilometer. Hoe de vogel dat doet, is een raadsel, stelt Cassell. Hij kan immers boven de oceaan niet navigeren op een ‘landkaart’.

Een van de navigatiemethoden is oriëntatie op het aardmagnetisch veld, zo bleek onlangs uit een publicatie in vakblad Faraday Discussions. Chemisch onderzoek wijst erop dat pijlstormvogels dat zwakke magneetveld kunnen waarnemen met behulp van een kwantumchemisch verschijnsel in hun netvlies. „Het lijkt erop dat moleculen in het netvlies van vogels heel gevoelig zijn voor magnetische velden”, zegt fysisch chemicus Peter Hore van de universiteit van Oxford.

Gecoördineerde evolutie of intelligent ontwerp

Migratieonderzoekers stellen dat het trekgedrag van dieren zich alleen evolueren wanneer het aan een strikte voorwaarde voldoet. Zo zou natuurlijke selectie allerlei vormen van gedrag en eigenschappen voortdurend en tegelijkertijd hebben geperfectioneerd. Zoals een navigatiesensor, een navigatieprogramma, informatie over bestemming en locatie, een programma voor trekgedrag en het nemen van de beslissing om te gaan trekken.

Bovendien moeten tegelijk de uiterlijke eigenschappen om de trek mogelijk te maken zijn meegeëvolueerd in een proces van gecoördineerde evolutie. Mutatie na mutatie.

Maar geen elke tussenvorm van de zich ontwikkelende onderdelen is bruikbaar. Natuurlijke selectie kan er niets mee. Bovendien is gelijktijdige evolutie statistisch gezien extreem onwaarschijnlijk, concludeert Cassell. „De onwaarschijnlijkheid hiervan neemt toe met elke gelijktijdige gecoördineerde mutatie. (…) Het gaat hier dan ook om een onbewezen aanname. Er is geen enkele aanwijzing dat dierlijke navigatiesystemen in samenhang met hun migratiegedrag zijn geëvolueerd.” De genen die voor de lichaamsbeweging coderen, functioneren immers onafhankelijk van de genen waarop navigatie- of migratieprogramma’s zijn vastgelegd.

En het evolutieverhaal wordt alleen maar moeilijker. Het ontwerpen van vliegtuignavigatiesystemen vereist duizenden werkuren van hoogopgeleide ingenieurs. De moderne systemen zijn een combinatie van hardware –waaronder computerprocessors en cockpitdisplays– en software, onder meer computeralgoritmes om de positie van het vliegtuig vast te stellen, de selectie van de juiste koers, kaart- en route-informatie, en een beeldscherm. Al deze onderdelen vereisen dat de fysieke elementen, geprogrammeerde algoritmen en andere gerelateerde informatie volledig aanwezig zijn en vlekkeloos samenwerken. Gebeurt dat niet, dan stort een vliegtuig neer.

Hetzelfde geldt voor dieren met trekgedrag, constateert Cassell. „Hoe meer iemand weet over technische constructies en de uitdaging om complexe functionele systemen te ontwikkelen, hoe onwaarschijnlijker een neodarwinistisch evolutie­scenario wordt. Mijn benadering is niet gebaseerd op onkunde (zoals aanhangers van intelligent design door evolutionisten wordt verweten, BvdD), maar op kennis van techniek.”

De vraag blijft dus: „Wat is de uiteindelijke bron van de informatie die de algoritmen en neurale mechanismen die het trekgedrag bepalen?” vraagt Cassell zich af.
Kenneth Miller, bioloog aan Brown University, meent dat biologische informatie is voortgekomen uit „slechts drie dingen: selecteren, kopiëren en muteren. Waar de informatie vandaan komt, is in feite het selectieproces.” De hoogleraar baseert zich daarvoor op een computersimulatie.

Betrouwbaar

Maar hoe betrouwbaar is een computersimulatie? Cassell: „In theorie zijn theorie en realiteit hetzelfde; in werkelijkheid zijn ze dat niet.” Zoals je nooit iets uit niets kunt krijgen, weerspiegelt de informatie die uit een algoritme komt altijd de informatie die in het algoritme is voorgeprogrammeerd.

Een programma dat een natuurlijk, blind, doel- en intentieloos evolutionair proces nabootst, is door en door doelgericht. De algoritmes zijn een product van creatieve intelligentie, en geprogrammeerd om te selecteren op een vooraf bepaalde uitkomst. In de echte wereld is natuurlijke selectie niet gebaseerd op een ontworpen algoritme. Aanhangers van de evolutietheorie stellen dan ook voortdurend dat evolutie geen vooraf vastgestelde uitkomst of doel kan hebben. „Ongerichte darwiniaanse evolutie heeft tijd noch rekenkracht om iets te ontwerpen, al gaat het maar om iets van gemiddelde kwaliteit. Daarvoor is kennis van buitenaf noodzakelijk.”

Cassell concludeert ten slotte: „Wanneer het loopt als een eend, kwaakt als een eend en vliegt als een eend, is het waarschijnlijk een eend.” Anders gezegd: wanneer alles erop lijkt dat de verfijnde algoritmen in dieren door een intelligent Wezen zijn ontworpen. En dan is de beste verklaring ervoor: intelligent design.