Boek: Living on the Edge: Quantum Biology - McFadden & Al-Khalili

De trek van dieren boeide me al toen ik een basisschool leerling was: hoe is het mogelijk dat een rode zalm vanuit de binnenlanden van Alaska naar de oceaan zwemt, en later naar dezelfde rivierarm terugkeert om er kuit te schieten ?
Tijdens mijn afstudeeronderzoek werd ik begeleid door de briljante Amerikaanse fysicus William Bialek die zich gespecialiseerd had in quantumeffecten in de biologie: Allerlei biologische processen blijken pas goed te begrijpen wanneer die met behulp van de quantummechanica ontleed worden. Ook dit fascineerde me.

Migratiepaden van Duitse roodborstjes

In het boek Living on the Edge: the coming of age of quantum biology van Johnjoe McFadden en Jim Al-Khalili worden hier een aantal fraaie voorbeelden van gegeven.
Zo blijken  roodborstjes bij hun migratie van Scandinavië naar Marokko een bijzonder gevoelig quantumkompas te gebruiken.
Stap voor stap wordt verslag gedaan van de speurtocht naar de werking er van. Het begint in de jaren '60 van de vorige eeuw met gedragsexperimenten met roodborstjes. Ornithologen weten met veel geduld vast te stellen dat roodborstjes het aardmagnetisch veld op een of andere manier "zien", Het is echter niet duidelijk hoe dat in zijn werk gaat.

Roodborstjes blijken het aardmagnetisch veld met hun rechteroog waar te nemen

Een belangrijke vraag is hoe de chemische reacties die nodig zijn voor de waarneming worden opgestart. Een biofysicus oppert de mogelijkheid dat de aanjager quantumverstrengeling kan zijn: een voor alledaagse begrippen wonderlijk fenomeen dat zich diep in de subatomaire wereld afspeelt. Uit zijn berekeningen blijkt dat het aardmagnetisch veld van invloed is op deze quantumverstrengeling en het als een soort chemische schakelaar laat werken. Door verder onderzoek ontdekte men dat een eiwit in het oog van het roodborstje dit gedrag vertoont. Roodborstjes kunnen het aardmagnetisch veld dus "zien".

Het quantumkompas van het roodborstje levert verbluffende prestaties: in laboratoriumopstellingen moet gekoeld worden tot - 180 graden C om quantumverstrengeling gedurende enkele microseconden tot stand te brengen. Het roodborstje doet dat bij kamertemperatuur gedurende 10-20 milliseconden, duizenden keren zo lang....

Quantumverstrengeling meten in Delft

Op het eind van het boek wagen de schrijvers zich aan een lastig onderwerp: hoe werkt onze geest, speelt quantummechanica daar ook een rol ? Hier wordt de analyse speculatief, en de schrijvers zijn daar eerlijk over.

Ik krijg hier het meest last van de populaire opvatting, breed gedragen door veel wetenschappers en ook door de schrijvers van dit boek, dat er geen verschil is tussen geest en stof. In dit reductionistische  wereldbeeld (wiki) zijn alle verschijnselen herleidbaar tot fysische en chemische processen. Het wetenschapsfilosofische debat hier over is al heel oud: dualisten staan tegenover monisten, en het materiële reductionisme van veel wetenschappers is een expressie van het laatste.

Een vijftal jaren geleden laaide de discussie weer op naar aanleiding van het boek Wij zijn ons brein van neuroloog Dick Swaab, zie hier een  kritische reactie van het Filosofisch Magazine.
Ik heb me altijd tot de dualisten gerekend, en Life on the Edge brengt daar geen verandering in.
De afgelopen weken lees ik een bundel essays van Marilynne Robinson The Givennes of Things. In het essay Givennes analyseert ze religieuze ervaringen en emoties, en komt terecht bij de vraag naar de aard van ons bewustzijn. Ze geeft een aardig voorbeeld (p79), en ik heb er meerdere varianten van gezien, van de rariteit van het terugbrengen van bewustzijn, emoties, en betekenisgeving tot enkel hersenactiviteit:
"If you happenen to have a thousand-dollar bill, and I told you it was in fact a slip of paper with the image of Grover Cleveland printed on it, you would not accept this as true in any important sense, no matter how true it might be in the impossible absence of history, culture, and the rest" (cursief van mij).