Dit artikel is gepubliceerd in Trouw, 31 maart 2008
“Buiten is de lucht dodelijk ijl en koud, binnen kun je al dromend over je reisbestemming genoeglijk nippen van een wijntje.” Zo zou de piloot je op tien kilometer hoogte gerust kunnen stellen. De buitentemperatuur is op een transatlantische vlucht zo’n vijftig graden onder nul; de luchtdruk slechts eenvijfde van die op zeeniveau.
Gelukkig wordt de luchtdruk in het vliegtuig kunstmatig gehandhaafd op het 2400-meter-niveau – skihoogte zeg maar – en het zuurstofgehalte op 21%, zoals op zeeniveau. Alleen adem je op vlieghoogte door de lagere druk per ademteug minder zuurstof in dan beneden. Het lichaam kan zich echter goed aanpassen. Een snellere ademhaling en hartslag compenseren voor het lagere zuurstofaanbod.
Waar komt de lucht vandaan die je inademt tijdens de vlucht? De buitenlucht is op vlieghoogte immers stervenskoud en bevat veel meer ozon dan gezond is voor een mens. Het toestel schotelt je daarom half-om-halflucht voor. De ene helft bestaat uit verse lucht van buiten het vliegtuig, de andere helft is hergebruikte lucht uit de cabine zelf.
Het gedeelte dat van buiten komt, wordt gehaald uit het compressorgedeelte van de motoren, nog voor er kerosine aan te pas komt. In de compressor wordt lucht samengeperst voor de voortstuwing van het vliegtuig. Lucht afzuigen van de motor is minder vreemd dan het lijkt. Hier is de druk opgestuwd tot vijftigmaal de omgevingsdruk en een temperatuur van 450 graden Celsius. Vóór deze lucht in de cabine terechtkomt, moet hij dus weer tot kamertemperatuur worden afgekoeld. Warme lucht afkoelen is efficiënter dan het opwarmen van ijskoude lucht. Speciale filters halen het ozon eruit. Verse lucht van buiten gebruiken heeft ook als voordeel dat deze schoner en sterieler is dan wat bijvoorbeeld beschikbaar is in gebouwen op de begane grond. Op vlieghoogte is de luchtvervuiling gering.
De andere helft is gebruikte lucht uit de cabine zelf, ademteugen van al je medepassagiers. Deze hergebruikte lucht wordt goed gefilterd. Het koolstofdioxide dat de reizigers uitademen, wordt er weer uitgehaald, evenals eventuele micro-organismen zoals bacteriën. Het zijn dezelfde typen filters die in ziekenhuizen worden gebruikt. Ze houden 94 tot 99,9 procent van de microscopisch kleine deeltjes gevangen. De lucht in het vliegtuig is daarmee in het algemeen schoner dan in het gemiddelde kantoorgebouw. Voordeel van de hergebruikte lucht is dat de luchtvochtigheid gegenereerd door de passagiers zelf in ieder geval nog voor enige vochtigheid zorgt. Desondanks daalt de relatieve luchtvochtigheid al snel tot beneden de vijftien procent; op langere vluchten zelfs tot zeven procent. De temperatuur wordt al naar gelang de luchtvochtigheid en het aantal passagiers bijgesteld.
De lucht komt de cabine boven de hoofden van de passagiers binnen, circuleert zowel in de linker- als de rechterhelft, en verlaat de cabine via openingen in de vloer. De circulatie is continu. Elke twee tot drie minuten is de lucht geheel vervangen. Hierdoor wordt een te grote ophoping van koolstofdioxide tegengegaan en verdunnen geurtjes snel. Veel last van de meegezeulde knoflookworst van je Bourgondische achterburen zul je niet hebben.
Monday, March 31, 2008
Sunday, March 30, 2008
Digitaal zoeken in meerdere collecties tegelijk
Volautomatisch overeenkomsten tussen verschillende thesauri vinden. Dat is informatici van de Vrije Universiteit samen met medewerkers van de Koninklijke Bibliotheek gelukt. Zo moet zowel de gewone bibliotheekgebruiker als de informatieprofessional in de toekomst met één zoekopdracht door meerdere bibliotheekcollecties kunnen zoeken, niet alleen in eigen land maar ook in het buitenland.
Dit artikel is gepubliceerd in Informatieprofessional, april 2008
De Koninklijke Bibliotheek (KB) in Den Haag beschikt over meer dan tachtig kilometer aan boeken en tijdschriften. Daaronder bevinden zich tientallen bijzondere collecties, zoals middeleeuwse handschriften, middeleeuwse illustraties, maar ook strips, kookboeken en affiches. Het is historisch zo gegroeid dat elke collectie vaak wordt beschreven met een eigen catalogus of thesaurus. De ene thesaurus gebruikt bijvoorbeeld de zoekterm ‘plankzeilen’, terwijl een andere de zoekterm ‘surfsport’ gebruik.
Nu bibliotheken hun catalogi via het internet voor iedereen en van over de hele wereld toegankelijk hebben gemaakt, wordt het steeds urgenter om met dezelfde zoekterm in meerdere boekencollecties tegelijk te kunnen zoeken, en niet voor de ene collectie ‘plankzeilen’ te moeten gebruiken en voor de andere ‘surfsport’, of de ene keer ‘influenza’ en de andere keer ‘griep’.
Het zoeken in boekencollecties die met verschillende thesauri worden beschreven, wordt nog door een aantal andere factoren bemoeilijkt. Zo kunnen persoonsnamen ambigu zijn. Wil de gebruiker die de zoekterm ‘van Gogh’ intikt iets weten over de schilder Vincent van Gogh, of over de filmer Theo van Gogh, of misschien nog een andere Van Gogh? Verder wordt met verschillende benamingen soms hetzelfde bedoeld. Dezelfde Japanse kunststroming die in Nederland de ‘Edo-periode’ heet, wordt elders ook wel aan geduid met ‘Tokugawa-periode’. En wie met een druk op de knop tegelijk wil zoeken in de KB en in de Franse zuster, de Bibliothèque Nationale de France (BNF), loopt zowel op tegen een taalprobleem als een probleem met verschillende thesauri.
Dubbele annotatie
In het onderzoeksproject STITCH (Semantic Interoperability to Access Cultural Heritage) – het Engelse ‘to stitch’ betekent ‘aan elkaar rijgen’– werken onderzoekers van de Vrije Universiteit (VU) in Amsterdam samen met medewerkers van de KB aan twee projecten die verschillende boekencollecties tegelijk doorzoekbaar moeten maken. “De kunst is om collecties te integreren alleen op basis van metadata”, zegt Frank van Harmelen, STITCH-projectleider en hoogleraar kunstmatige intelligentie aan de VU. “Wij zoeken nooit in de boeken zelf. Immers, de inhoud van veruit de meeste boeken is nog niet digitaal beschikbaar, en het is maar de vraag of dat ooit het geval zal zijn. We kijken daarom alleen in de catalogi die de boeken beschrijven, want die zijn wel algemeen digitaal beschikbaar.”
Zo heeft de KB een Wetenschappelijke Collectie van anderhalf miljoen boeken, en een Depotcollectie van een miljoen boeken. Beide collecties worden met een aparte thesaurus beschreven: de Wetenschappelijke Collectie met een thesaurus van 35.000 termen, en de Depotcollectie met eentje van 5.000 termen. Elke thesaurus is een hiërarchisch woordenboek dat begint met algemene termen, en naar beneden toe steeds specifieker wordt. Onder de zoekterm ‘planten’ hangt bijvoorbeeld de zoekterm ‘bomen’ en daaronder ‘eiken’, ‘beuken’ enz.
Van Harmelen: “Dat betekent dat de gebruiker veroordeeld is tot tweemaal zoeken: met de ene thesaurus in de Wetenschappelijke Collectie en met de andere in de Depotcollectie. Daarnaast wordt een kwart miljoen boeken met beide thesauri beschreven. Dat betekent niet alleen dubbele annotatiekosten, maar ook dubbele onderhoudskosten. Zo werden in 2006 1700 boeken dubbel geannoteerd. In principe hebben we dat probleem nu opgelost. In de afgelopen 2,5 jaar hebben we samen met de KB een methode ontwikkeld om in één keer in beide catalogi te zoeken.”
De wetenschappelijke truc zit in een statistische methode die volautomatisch kijkt hoe sterk twee verzamelingen overlappen, en die de mate van overlap in een getal uitdrukt. Hoe sterker de overlap, hoe groter het getal. De statistische methode weet zelf niets van betekenissen van woorden, maar kan wel snel overlappende verzamelingen opsporen. Omdat een kwart miljoen boeken met twee thesauri is beschreven, konden de onderzoekers kijken in welke mate zoektermen uit beide thesauri dezelfde boeken beschreven. Als zoeken op ‘plankzeilen’ vrijwel dezelfde boeken oplevert als zoeken op ‘surfsport’, dan trekt het zoeksysteem automatisch de conclusie dat het waarschijnlijk om hetzelfde onderwerp gaat.
Omdat de ene thesaurus 35.00 termen bevat en de andere 5.000, hebben niet alle termen uit de een, ook automatisch een equivalent in de ander. Maar omdat de vocabulaires hiërarchisch zijn opgebouwd, weet het zoekprogramma wel dat als een term hoger in de boomstructuur een equivalent heeft in de ander, de kans groot is dat ook de takken daaronder met elkaar te maken hebben. Zo wordt de hiërarchie van het vocabulaire gebruikt om meer termen te overdekken dan het programma in de eerste plaats vindt. Afhankelijk van wat de eindgebruiker wil, kan hij instellen in welke mate correctheid en volledigheid van het gezochte belangrijk zijn. Een scholier die een scriptie schrijft, zal al blij zijn als hij 50 goede artikelen vindt van een collectie van 100, terwijl een wetenschapper ze alle 100 wil vinden, ook als hij daarvoor van de 150 zoekresultaten er zelf handmatig 50 moet wegstrepen.
Hoe goed werkt de methode? Van Harmelen: “Als we de parameters heel conservatief instellen, en alleen maar de 1000 beste antwoorden opvragen, dan blijkt daarvan 90% correct te zijn. Dat is op zich mooi, maar we missen dan natuurlijk heel veel antwoorden die ook goed zijn, maar die niet bij de eerste 1000 zitten. Als we de parameters wat toleranter instellen zodat we meer goede antwoorden terugkrijgen, bijvoorbeeld 70%, dan gaat dat ten koste van de precisie: niet alleen krijgen we dan meer goede antwoorden terug, maar helaas ook meer foute. Ruwweg is dan ongeveer 3 op de 10 antwoorden fout. Dus: 70% precisie op het 70% recall-nivo.”
Vervolgens zijn de resultaten van het zoekprogramma ter controle aan beroepsannotators van de KB gegeven. Zij beoordeelden of de woorden die volgens onze software hetzelfde betekenen ook echt hetzelfde betekenen. “De KB-professionals vormen de gouden standaard voor het ijken van onze statistische methode”, aldus Van Harmelen. “Juist door die nauwe samenwerking met de KB zijn we als een van de eersten in de wereld in staat geweest om onze statistische methode zo goed te gebruiken en zo uitgebreid te evalueren. Veel buitenlandse collega’s publiceerden wel over hun wetenschappelijke methode, maar hadden geen mogelijkheid om die ook uitgebreid te testen op echte catalogi.”
Dit deel van STITCH is inmiddels afgerond. De KB bekijkt nu hoe de wetenschappelijke methode gebruiksklaar kan worden gemaakt. Van Harmelen: “Wij hebben een nieuwe methode ontworpen en getest om in verschillende catalogi tegelijk te zoeken. Nu we hebben laten zien dat het onderliggende wetenschappelijke principe werkt, kan een commerciële partij er echt een product van gaan maken. Dat is niet meer onze taak, en dat begrijpt de KB prima.”
Er bestaat een groot aantal uiteenlopende technieken om verschillende catalogi te integreren: statistiek, logica, taalkunde en zelfs wiskundige grafentheorie. De grote vraag is nu wanneer welke methode het beste werkt. Van Harmelen en zijn onderzoekers werken nu verder aan het beantwoorden van deze overkoepelende vraag. “Als morgen het Van Gogh Museum aankomt met de vraag om verschillende van hun catalogi te integreren, dan willen we een theorie uit de kast kunnen trekken die voorspelt welke methode we het beste kunnen gebruiken. Zo’n theorie bestaat nog niet en daar zoeken we nu naar.”
Europese boekenintegratie
De STITCH-onderzoekers werken ook nog aan een tweede project, dat binnen een groter, Europees kader past. Hier is de uitdaging om de catalogi van de nationale bibliotheken van de EU-landen te integreren. STITCH heeft inmiddels een pilot project achter de rug dat zich richtte op het integreren van de catalogi die middeleeuwse illustraties van de Koninklijke Bibliotheek en de Bibliothèque Nationale de France beschrijven. Het probleem zit niet alleen in het gebruik van verschillende talen. Het zit vooral in een verschillende beschrijving van de wereld van de illustraties.
De KB gebruikt als thesaurus Iconclass, dat sinds de jaren vijftig in Nederland is ontwikkeld. De BNF gebruikt echter haar eigen thesaurus, die Mandragore heet. Waar Iconclass bijvoorbeeld de zoekterm ‘Religion and magic’ gebruikt, doet de Franse Mandragore het met zoektermen als ‘Christianisme’, ‘Autres religions’ en ‘Parapsychologies, occultisme, demonologie…’. STITCH zoekt naar automatische oplossingen om deze twee catalogi te integreren. Daarvoor hoeft geen nieuwe overkoepelende catalogus te worden gemaakt, want dat zou enorm veel extra handwerk vereisen.
In dit geval kon geen statistische methode worden gebruikt omdat er geen objecten waren die in beide collecties voorkwamen. De Franse thesaurus werd nu eerst vertaald, deels met een automatisch woordenboek en deels met een al in het Frans bestaande subthesaurus van Iconclass, die een klein deel van Iconclass in het Frans beschrijft. Het algoritme dat na de vertaalslag zocht naar de overeenkomsten, gebruikte een combinatie van ‘morfologische regels’ en ‘woordafstanden’. Morfologische regels beoordelen op grond van woordvormen (enkelvoud-meervoud; zelfstandig naamwoord; bijvoeglijk naamwoord, samengestelde woorden…) hoe sterk woorden op elkaar lijken. Woordafstanden bepalen een soort wiskundige afstand tussen woorden door te kijken hoeveel bewerkingen er nodig zijn om van het ene woord het andere te maken: hoeveel letters moet je toevoegen, weghalen of veranderen.
De automatische technieken brengen de integratie van internationale boekencollecties van nationale bibliotheken een flinke stap dichterbij. “Met een automatische vergelijking van thesauri kun je op manieren zoeken die met gewone tekstzoekmachines niet kunnen”, besluit van Harmelen. “Bijvoorbeeld meertalig zoeken; het zoeken in collecties die niet uit tekst, maar uit illustraties bestaan; het integreren van collecties en ook het zoeken op basis van domeinkennis.”
De binnen STITCH ontwikkelde technieken zijn zo algemeen dat ze ook buiten het domein van het culturele erfgoed bruikbaar zijn, bijvoorbeeld binnen de geneeskunde, waar vaak ook verschillende termen voor hetzelfde begrip worden gebruikt. Dat is het mooie van wiskunde en informatica: ze leveren gereedschap dat universeel toepasbaar is.
CATCH
STITCH is een van de tien projecten binnen het landelijke onderzoeksprogramma CATCH (Continuous Access To Cultural Heritage). CATCH is een onderzoeksprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) gericht op het digitaal toegankelijk maken van het Nederlandse culturele erfgoed. Dat erfgoed is beschikbaar in de vorm van teksten (zoals logboeken en rijksarchieven), beelden (zoals foto’s, film, tv en schilderijen) en geluiden (zoals radio-uitzendingen). CATCH gaat niet over het omzetten van analoog erfgoed naar een digitale vorm – dat lukt al vrij goed – maar juist om de digitale gegevens beter doorzoekbaar te maken.
In CATCH werken informaticawetenschappers samen met geesteswetenschappers en beheerders bij culturele erfgoedinstellingen zoals de Koninklijke Bibliotheek, het Nederlands Instituut voor Beeld en Geluid en natuurhistorisch museum Naturalis. CATCH ging van start in november 2004 en loopt tot 2009. Het onderzoeksprogramma is onderverdeeld in tien projecten, die elk een onderzoeksteam hebben bestaande uit een promovendus, een postdoc, een wetenschappelijk programmeur, senior onderzoekers van universiteiten en senior stafleden van culturele instellingen.
Internet
Overzicht van alle CATCH-projecten:
www.nwo.nl/catch
STITCH-demo’s:
www.cs.vu.nl/STITCH/demo.html
Demo van de Europese Digitale Bibliotheek:
http://www.europeana.eu/
Dit artikel is gepubliceerd in Informatieprofessional, april 2008
De Koninklijke Bibliotheek (KB) in Den Haag beschikt over meer dan tachtig kilometer aan boeken en tijdschriften. Daaronder bevinden zich tientallen bijzondere collecties, zoals middeleeuwse handschriften, middeleeuwse illustraties, maar ook strips, kookboeken en affiches. Het is historisch zo gegroeid dat elke collectie vaak wordt beschreven met een eigen catalogus of thesaurus. De ene thesaurus gebruikt bijvoorbeeld de zoekterm ‘plankzeilen’, terwijl een andere de zoekterm ‘surfsport’ gebruik.
Nu bibliotheken hun catalogi via het internet voor iedereen en van over de hele wereld toegankelijk hebben gemaakt, wordt het steeds urgenter om met dezelfde zoekterm in meerdere boekencollecties tegelijk te kunnen zoeken, en niet voor de ene collectie ‘plankzeilen’ te moeten gebruiken en voor de andere ‘surfsport’, of de ene keer ‘influenza’ en de andere keer ‘griep’.
Het zoeken in boekencollecties die met verschillende thesauri worden beschreven, wordt nog door een aantal andere factoren bemoeilijkt. Zo kunnen persoonsnamen ambigu zijn. Wil de gebruiker die de zoekterm ‘van Gogh’ intikt iets weten over de schilder Vincent van Gogh, of over de filmer Theo van Gogh, of misschien nog een andere Van Gogh? Verder wordt met verschillende benamingen soms hetzelfde bedoeld. Dezelfde Japanse kunststroming die in Nederland de ‘Edo-periode’ heet, wordt elders ook wel aan geduid met ‘Tokugawa-periode’. En wie met een druk op de knop tegelijk wil zoeken in de KB en in de Franse zuster, de Bibliothèque Nationale de France (BNF), loopt zowel op tegen een taalprobleem als een probleem met verschillende thesauri.
Dubbele annotatie
In het onderzoeksproject STITCH (Semantic Interoperability to Access Cultural Heritage) – het Engelse ‘to stitch’ betekent ‘aan elkaar rijgen’– werken onderzoekers van de Vrije Universiteit (VU) in Amsterdam samen met medewerkers van de KB aan twee projecten die verschillende boekencollecties tegelijk doorzoekbaar moeten maken. “De kunst is om collecties te integreren alleen op basis van metadata”, zegt Frank van Harmelen, STITCH-projectleider en hoogleraar kunstmatige intelligentie aan de VU. “Wij zoeken nooit in de boeken zelf. Immers, de inhoud van veruit de meeste boeken is nog niet digitaal beschikbaar, en het is maar de vraag of dat ooit het geval zal zijn. We kijken daarom alleen in de catalogi die de boeken beschrijven, want die zijn wel algemeen digitaal beschikbaar.”
Zo heeft de KB een Wetenschappelijke Collectie van anderhalf miljoen boeken, en een Depotcollectie van een miljoen boeken. Beide collecties worden met een aparte thesaurus beschreven: de Wetenschappelijke Collectie met een thesaurus van 35.000 termen, en de Depotcollectie met eentje van 5.000 termen. Elke thesaurus is een hiërarchisch woordenboek dat begint met algemene termen, en naar beneden toe steeds specifieker wordt. Onder de zoekterm ‘planten’ hangt bijvoorbeeld de zoekterm ‘bomen’ en daaronder ‘eiken’, ‘beuken’ enz.
Van Harmelen: “Dat betekent dat de gebruiker veroordeeld is tot tweemaal zoeken: met de ene thesaurus in de Wetenschappelijke Collectie en met de andere in de Depotcollectie. Daarnaast wordt een kwart miljoen boeken met beide thesauri beschreven. Dat betekent niet alleen dubbele annotatiekosten, maar ook dubbele onderhoudskosten. Zo werden in 2006 1700 boeken dubbel geannoteerd. In principe hebben we dat probleem nu opgelost. In de afgelopen 2,5 jaar hebben we samen met de KB een methode ontwikkeld om in één keer in beide catalogi te zoeken.”
De wetenschappelijke truc zit in een statistische methode die volautomatisch kijkt hoe sterk twee verzamelingen overlappen, en die de mate van overlap in een getal uitdrukt. Hoe sterker de overlap, hoe groter het getal. De statistische methode weet zelf niets van betekenissen van woorden, maar kan wel snel overlappende verzamelingen opsporen. Omdat een kwart miljoen boeken met twee thesauri is beschreven, konden de onderzoekers kijken in welke mate zoektermen uit beide thesauri dezelfde boeken beschreven. Als zoeken op ‘plankzeilen’ vrijwel dezelfde boeken oplevert als zoeken op ‘surfsport’, dan trekt het zoeksysteem automatisch de conclusie dat het waarschijnlijk om hetzelfde onderwerp gaat.
Omdat de ene thesaurus 35.00 termen bevat en de andere 5.000, hebben niet alle termen uit de een, ook automatisch een equivalent in de ander. Maar omdat de vocabulaires hiërarchisch zijn opgebouwd, weet het zoekprogramma wel dat als een term hoger in de boomstructuur een equivalent heeft in de ander, de kans groot is dat ook de takken daaronder met elkaar te maken hebben. Zo wordt de hiërarchie van het vocabulaire gebruikt om meer termen te overdekken dan het programma in de eerste plaats vindt. Afhankelijk van wat de eindgebruiker wil, kan hij instellen in welke mate correctheid en volledigheid van het gezochte belangrijk zijn. Een scholier die een scriptie schrijft, zal al blij zijn als hij 50 goede artikelen vindt van een collectie van 100, terwijl een wetenschapper ze alle 100 wil vinden, ook als hij daarvoor van de 150 zoekresultaten er zelf handmatig 50 moet wegstrepen.
Hoe goed werkt de methode? Van Harmelen: “Als we de parameters heel conservatief instellen, en alleen maar de 1000 beste antwoorden opvragen, dan blijkt daarvan 90% correct te zijn. Dat is op zich mooi, maar we missen dan natuurlijk heel veel antwoorden die ook goed zijn, maar die niet bij de eerste 1000 zitten. Als we de parameters wat toleranter instellen zodat we meer goede antwoorden terugkrijgen, bijvoorbeeld 70%, dan gaat dat ten koste van de precisie: niet alleen krijgen we dan meer goede antwoorden terug, maar helaas ook meer foute. Ruwweg is dan ongeveer 3 op de 10 antwoorden fout. Dus: 70% precisie op het 70% recall-nivo.”
Vervolgens zijn de resultaten van het zoekprogramma ter controle aan beroepsannotators van de KB gegeven. Zij beoordeelden of de woorden die volgens onze software hetzelfde betekenen ook echt hetzelfde betekenen. “De KB-professionals vormen de gouden standaard voor het ijken van onze statistische methode”, aldus Van Harmelen. “Juist door die nauwe samenwerking met de KB zijn we als een van de eersten in de wereld in staat geweest om onze statistische methode zo goed te gebruiken en zo uitgebreid te evalueren. Veel buitenlandse collega’s publiceerden wel over hun wetenschappelijke methode, maar hadden geen mogelijkheid om die ook uitgebreid te testen op echte catalogi.”
Dit deel van STITCH is inmiddels afgerond. De KB bekijkt nu hoe de wetenschappelijke methode gebruiksklaar kan worden gemaakt. Van Harmelen: “Wij hebben een nieuwe methode ontworpen en getest om in verschillende catalogi tegelijk te zoeken. Nu we hebben laten zien dat het onderliggende wetenschappelijke principe werkt, kan een commerciële partij er echt een product van gaan maken. Dat is niet meer onze taak, en dat begrijpt de KB prima.”
Er bestaat een groot aantal uiteenlopende technieken om verschillende catalogi te integreren: statistiek, logica, taalkunde en zelfs wiskundige grafentheorie. De grote vraag is nu wanneer welke methode het beste werkt. Van Harmelen en zijn onderzoekers werken nu verder aan het beantwoorden van deze overkoepelende vraag. “Als morgen het Van Gogh Museum aankomt met de vraag om verschillende van hun catalogi te integreren, dan willen we een theorie uit de kast kunnen trekken die voorspelt welke methode we het beste kunnen gebruiken. Zo’n theorie bestaat nog niet en daar zoeken we nu naar.”
Europese boekenintegratie
De STITCH-onderzoekers werken ook nog aan een tweede project, dat binnen een groter, Europees kader past. Hier is de uitdaging om de catalogi van de nationale bibliotheken van de EU-landen te integreren. STITCH heeft inmiddels een pilot project achter de rug dat zich richtte op het integreren van de catalogi die middeleeuwse illustraties van de Koninklijke Bibliotheek en de Bibliothèque Nationale de France beschrijven. Het probleem zit niet alleen in het gebruik van verschillende talen. Het zit vooral in een verschillende beschrijving van de wereld van de illustraties.
De KB gebruikt als thesaurus Iconclass, dat sinds de jaren vijftig in Nederland is ontwikkeld. De BNF gebruikt echter haar eigen thesaurus, die Mandragore heet. Waar Iconclass bijvoorbeeld de zoekterm ‘Religion and magic’ gebruikt, doet de Franse Mandragore het met zoektermen als ‘Christianisme’, ‘Autres religions’ en ‘Parapsychologies, occultisme, demonologie…’. STITCH zoekt naar automatische oplossingen om deze twee catalogi te integreren. Daarvoor hoeft geen nieuwe overkoepelende catalogus te worden gemaakt, want dat zou enorm veel extra handwerk vereisen.
In dit geval kon geen statistische methode worden gebruikt omdat er geen objecten waren die in beide collecties voorkwamen. De Franse thesaurus werd nu eerst vertaald, deels met een automatisch woordenboek en deels met een al in het Frans bestaande subthesaurus van Iconclass, die een klein deel van Iconclass in het Frans beschrijft. Het algoritme dat na de vertaalslag zocht naar de overeenkomsten, gebruikte een combinatie van ‘morfologische regels’ en ‘woordafstanden’. Morfologische regels beoordelen op grond van woordvormen (enkelvoud-meervoud; zelfstandig naamwoord; bijvoeglijk naamwoord, samengestelde woorden…) hoe sterk woorden op elkaar lijken. Woordafstanden bepalen een soort wiskundige afstand tussen woorden door te kijken hoeveel bewerkingen er nodig zijn om van het ene woord het andere te maken: hoeveel letters moet je toevoegen, weghalen of veranderen.
De automatische technieken brengen de integratie van internationale boekencollecties van nationale bibliotheken een flinke stap dichterbij. “Met een automatische vergelijking van thesauri kun je op manieren zoeken die met gewone tekstzoekmachines niet kunnen”, besluit van Harmelen. “Bijvoorbeeld meertalig zoeken; het zoeken in collecties die niet uit tekst, maar uit illustraties bestaan; het integreren van collecties en ook het zoeken op basis van domeinkennis.”
De binnen STITCH ontwikkelde technieken zijn zo algemeen dat ze ook buiten het domein van het culturele erfgoed bruikbaar zijn, bijvoorbeeld binnen de geneeskunde, waar vaak ook verschillende termen voor hetzelfde begrip worden gebruikt. Dat is het mooie van wiskunde en informatica: ze leveren gereedschap dat universeel toepasbaar is.
CATCH
STITCH is een van de tien projecten binnen het landelijke onderzoeksprogramma CATCH (Continuous Access To Cultural Heritage). CATCH is een onderzoeksprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) gericht op het digitaal toegankelijk maken van het Nederlandse culturele erfgoed. Dat erfgoed is beschikbaar in de vorm van teksten (zoals logboeken en rijksarchieven), beelden (zoals foto’s, film, tv en schilderijen) en geluiden (zoals radio-uitzendingen). CATCH gaat niet over het omzetten van analoog erfgoed naar een digitale vorm – dat lukt al vrij goed – maar juist om de digitale gegevens beter doorzoekbaar te maken.
In CATCH werken informaticawetenschappers samen met geesteswetenschappers en beheerders bij culturele erfgoedinstellingen zoals de Koninklijke Bibliotheek, het Nederlands Instituut voor Beeld en Geluid en natuurhistorisch museum Naturalis. CATCH ging van start in november 2004 en loopt tot 2009. Het onderzoeksprogramma is onderverdeeld in tien projecten, die elk een onderzoeksteam hebben bestaande uit een promovendus, een postdoc, een wetenschappelijk programmeur, senior onderzoekers van universiteiten en senior stafleden van culturele instellingen.
Internet
Overzicht van alle CATCH-projecten:
www.nwo.nl/catch
STITCH-demo’s:
www.cs.vu.nl/STITCH/demo.html
Demo van de Europese Digitale Bibliotheek:
http://www.europeana.eu/
Friday, March 28, 2008
Grommen, knorren, blaffen, fluiten...praten
Voor een studie naar de evolutie van taal moeten we af van het alléén bestuderen van apen. Juist andere dieren zijn interessant. Vogelzang vormt bijvoorbeeld een prachtig modelsysteem voor vocale imitatie. Decennialang domineerden speculaties het onderzoek naar taalevolutie. In de afgelopen vijf jaar geven studies naar geluidsproductie door vogels, geiten, honden, krokodillen en andere dieren nieuwe inzichten in hoe gesproken mensentaal is ontstaan.
Dit artikel is gepubliceerd in Natuurwetenschap & Techniek, Oktober 2003
“Hello there”. “Hey, hey, hey, get outta there”. Deze simpele zinnen rolden uit de mond van Hoover, een zeehond. Hoover at vrijwel alles, vandaar zijn naam: stofzuiger. Een visser uit Maine, een staat in het noordoosten van de Verenigde Staten, pikte het dier als jonkie van drie maanden op. Hij verzorgde Hoover drie jaar lang in de haven, waar de zeehond voortdurend zeelui hoorde praten. Na die drie jaar sprak Hoover korte, simpele zinnen met de typische tongval van een dronken visser uit Maine.
Vocale imitatie vinden we bij diverse vogels (met als bekendste de papegaai), walvisachtigen, dolfijnen en zeehonden. De aap, en in het bijzonder de mensaap, schittert in dit rijtje door afwezigheid, terwijl hij toch ons nauwste verwant is. Chimpansees slagen er echter niet in rudimentaire gesproken taal te leren. Met het leren van tekentaal en visuele symbolen komen ze daarentegen wel een beetje vooruit.
Overeenkomsten genegeerd
De Amerikaanse bioloog en cognitiewetenschapper Tecumseh Fitch bestudeert de evolutie van gesproken mensentaal aan de hand van vergelijkend onderzoek bij uiteenlopende dieren, zoals geiten, honden, varkens, apen, krokodillen en vogels. Hij vindt dat zeker in het verleden veel te veel aandacht is geschonken aan de verschillen tussen mens en dier: “Mijn stelling is dat onze bijzondere taaleigenschappen wel degelijk zijn gebaseerd op vermogens die we delen met andere zoogdieren en gewervelden.”
Fitch legt hij uit dat de vergelijkende biologische aanpak logisch lijkt, maar toch echt nieuw in het veld is. “Als je zoekt naar artikelen over de evolutie van taal, dan vind je veel over fossielen en over taalkunde. Ik vind het onbegrijpelijk dat er zo weinig aandacht is voor de biologische component. Fossielen hebben ons nauwelijks betrouwbare informatie bezorgd over de evolutie van taal. Taal blijft immers niet als fossiel achter. En in taalkunde zit veel speculatie, maar weinig harde feiten. Hoe kunnen psychologen en linguïsten het zuiver biologische taalonderzoek nog negeren? Ik begrijp het niet, maar het gebeurt wel. Daarnaast beperkte het biologische taalonderzoek zich lang tot apen, omdat dat onze nauwste verwanten zijn. Maar apen zijn veel slechter in het imiteren van geluiden dan vele vogels en walvisachtigen. En die hebben taalonderzoekers lange tijd niet onderzocht.”
De evolutie van taal is zonder twijfel het gevolg van parallelle anatomische veranderingen van het spraakgebied en veranderingen in het brein. Eind 19e eeuw wisten wetenschappers al dat het strottenhoofd bij mensen relatief laag zit ten opzichte van de meeste dieren. Lang heeft men gedacht dat dit cruciaal was voor menselijke spraak. Eind jaren zestig van de vorige eeuw brak het inzicht door dat een lager strottenhoofd een belangrijk effect heeft op de resonantiepieken van het menselijk stemkanaal, de zogeheten formanten. Fitch toont een röntgenvideo van een sprekende persoon. De tong danst op een gecompliceerde manier in mond en keel. Razendsnel variërende, stijlvolle curven. Een schijnbaar onnavolgbaar modern ballet. Toch weet de mens dat ballet telkens weer weet te herhalen en zelfs fundamenteel te wijzigen, zoals bij het leren spreken van een andere taal.
“Het verlaagde strottenhoofd zorgt ervoor dat mensen een veel breder spectrum aan geluiden kunnen produceren dan dieren”, zegt Fitch. “Het verbaast me echter nog steeds dat het zo lang heeft geduurd tot we de geluidsproductie van dieren zijn gaan onderzoeken. Ruim dertig jaar na de ontdekking van het belang van het lage strottenhoofd bij mensen.”
Röntgenvideo van blèrende geit
De sleutel tot menselijke spraak is de bron-filtertheorie. De stembanden aan het strottenhoofd zijn de geluidsbron. Zij hakken de luchtstroom in stukjes en zorgen voor een groot bereik aan trillingsfrequenties. Het gehele spraakkanaal fungeert vervolgens als een soort filter, net zoals een klankkast dat doet. Bij een volwassen mens is het stemkanaal gemiddeld 17,5 centimeter lang, met de stembanden op het strottenhoofd aan het lage uiteinde, en de lippen aan het hoge uiteinde. De benedenzijde van het spraakkanaal is akoestisch gezien een gesloten uiteinde en de mond een open uiteinde. Deze kolom versterkt frequenties in de buurt van bepaalde resonantiefrequenties, typisch bij 500, 1500, 2500, 3500...hertz. Vormverandering van de keel, de mond, de tong en de lippen verandert de frequenties van de formanten.
Als eerste onderzocht Fitch met zijn collega’s de manier waarop dieren hun strottenhoofd gebruiken bij het uiten van geluiden. “We hebben röntgenvideo’s gemaakt van een geit, een hond, een varken en van apen. Het is moeilijk om de dieren goed te laten samenwerken, maar we zijn erin geslaagd. De verrassende uitkomst was dat op het moment dat bijvoorbeeld de hond blaft of de geit blèrt, het strottenhoofd aanzienlijk naar beneden schuift. Het stemkanaal lijkt dan ineens op dat van de mens. Hetzelfde gold bij alle dieren die we onderzochten. Dat is een belangrijke conclusie. Verder zien we duidelijk dat formanten in dieren statisch zijn. De mens kan formanten veranderen. En dat is het anatomische geheim van menselijke spraak.”
Het bijzondere bij mensen is dat het strottenhoofd permanent is verlaagd. Maar ook dat blijkt niet zo uniek, zegt Fitch. “We vinden het lage strottenhoofd eveneens in grote katachtigen, zoals leeuwen en tijgers en zelfs in koala’s. Toch hebben zij niets dat lijkt op onze gesproken taal. De verlaging van het strottenhoofd heeft zich bij deze dieren dus onafhankelijk ontwikkeld. Maar zo verrassend is dat niet. Dat is de diversiteit die we in de hele biologische evolutie van dieren terugzien. Dezelfde principes worden meerdere malen, onafhankelijk ontwikkeld.”
Gewicht verliezen door te lachen
Een pasgeboren mensenbaby heeft nog geen laag strottenhoofd. Daardoor kan het een aantal geluiden die volwassenen kunnen produceren, zoals i.., oe.. en a.., nog niet maken. In de periode van drie maanden tot de leeftijd van drie of vier jaar daalt het strottenhoofd geleidelijk af. Waarom dit gebeurt, is onbekend. Daarnaast vindt bij mannen in de puberteit nog een tweede verlaging plaats. Een lager stemgeluid is het gevolg.
Fitch: “Deze tweede afdaling van het strottenhoofd past in een hypothese die stelt dat een dier zich groter wil doen lijken dan het werkelijk is door lagere geluiden te produceren. Een vorm van intimidatie bij veel beesten. Ik kwam op het idee toen ik geluiden van een krokodil in zijn groeifase bestudeerde. Een meter, twee meter, drie meter, vier meter...met de groei van het beest werden de formanten lager en lager. Immers, hoe langer het stemkanaal, hoe lager de formanten.” Het blijkt dat dieren formanten net zo nauwkeurig waarnemen als mensen dat doen. Dat suggereert dat die resonantiefrequenties een rol spelen bij het onderscheiden van individuen.
Fitch deed tevens een experiment met mensen. Eerst moesten ze spreken met getuite lippen en daarna met ingetrokken lippen, zoals bij het lachen. Luisteraars dachten dat de spreker groter was als hij sprak met getuite lippen, en kleiner wanneer hij met ingetrokken lippen sprak. “Door te lachen, kun je gewicht verliezen”, grapt Fitch, “want je lijkt dan kleiner voor een toehoorder die je niet ziet. Veel economischer dan alle diëten! Als je het uitrekent gaat het wel om vijftien kilogram!”
De hypothese van het overdrijven van de grootte heeft wellicht ook een rol gespeeld bij het ontstaan van een lager strottenhoofd bij de mens als soort. Toch blijkt het verlaagde strottenhoofd niet de sleutelfactor voor het ontstaan van menselijke spraak, zoals wel lang is gedacht. Leeuwen en tijgers hebben ook een verlaagd strottenhoofd, maar geen spraak. Fitch: “Ik ben ervan overtuigd dat als we een chimpansee of een hond uitrusten met menselijke hersenen, hij wel degelijk kan spreken. Weliswaar niet zo duidelijk en snel als de mens, maar met wat moeite kunnen we hem wel verstaan. Het verlaagde strottenhoofd geeft ons het voordeel van meer, sneller en beter te kunnen praten, maar cruciaal voor spraak is het niet.”
Een vogel die een krekel nadoet
Er is dus meer dan het strottenhoofd en de anatomie van het spraakkanaal. “En dat is het brein”, zegt de Amerikaanse bioloog en cognitiewetenschapper. “Een belangrijk begin van nieuw onderzoek is de vocale imitatie. Er zijn vogels die veel beter dan mensen geluiden kunnen nabootsen: geluiden van een soortgenoot, een krekel en zelfs een deuntje van een mobiele telefoon. Maar wíj zijn weer veel beter in de manier waarop we vocale imitatie gebruiken in onze communicatie.”
De vocale imitatie door vogels wordt volgens Fitch de komende jaren een cruciaal en rijk onderzoeksterrein in de neurowetenschappen. Vogelzang vereist snelle, complexe en gecoördineerde activiteit, net als bij menselijke spraak. Ongeveer de helft van alle soorten vogels leert de patronen van hun vocalisaties van soortgenoten. Ook in dit opzicht komen vogelzang en menselijke spraak overeen. Vogelzang vormt daarom een prachtig modelsysteem voor onderzoek naar menselijke spraak.
Vocale imitatie leidt ons volgens Fitch naar de hypothese dat taal is ontstaan uit lange, betekenisloze structuren die voorafgingen aan betekenisvolle zinnen. “Een soort prototaal zonder betekenis, wellicht zoiets als muziek. Ik besef dat ik me nu op het gebied van speculaties begeef, maar ik vind dat we met de huidige kennis over vocale imitatie de hypothese dat taal is ontstaan uit een soort van muziek op zijn minst serieus moeten nemen. Ik ben geen gelovige, in de zin van een aanhanger van één hypothese. We moeten gewoon diverse hypothesen onderzoeken. Maar het is prima mogelijk dat er seksuele selectie heeft plaatsgevonden op complexe vocale uitingen.”
Fitch laat een stukje jazzmuziek van zangeres Sarah Vaughan horen. “Wat je hoort is scat-zingen, gevormd door betekenisloze lange structuren: ‘babadiebababaloe...’. Misschien moeten we aan een soort van scat-zingen denken als prototaal. Ik denk dat als er in het brein een prioriteitenstrijd is tussen de verwerking van een taalfragment en muziekfragment, het muziekfragment wint. Meer hersenonderzoek naar muzikale en taalstructuren zou dat kunnen uitwijzen.”
Ergens in de afgelopen zes miljoen jaar
De meeste taalonderzoekers steunen juist de omgekeerde theorie: een taal die met kleine structuren begon. De theorie van woorden eerst, en daarna zinnen. Fitch: “Ik vind dat veel te weinig onderzoekers de hypothese van muziek, of iets soortgelijks, als prototaal serieus nemen. Het feit dat imitatie van complexe vocale structuren onafhankelijk bij diverse dieren is ontstaan, vind ik op zijn minst een aanwijzing in de richting van de muziekhypothese. Darwin opperde dat idee trouwens ook al.”
In 1866 verbood de Parijse Linguïstische Vereniging een verdere discussie over de evolutie van taal, om jonge wetenschappers niet een ondoordringbaar woud van pure speculaties in te sturen. In die tijd beheersten slagen in de lucht de discussie. Er lagen geen harde feiten op tafel. “Als we de studie naar de evolutie van taal aanvullen met moderne, empirische feiten over andere dieren, dan bedrijven we wél echte wetenschap”, zegt Fitch. “Niet langer domineren alleen speculaties het onderzoeksveld. Hóe homo erectus sprak, áls hij dat al kon, kunnen we toch niet achterhalen, noch of hij gebarentaal of geluidentaal gebruikte. Bovendien is de vraag naar waarom en hoe taal ontstond veel interessanter dan de vraag wanneer gesproken taal ontstond. Het enige zinvolle dat we over de wanneer-vraag kunnen zeggen, is dat ergens na onze afsplitsing van de chimpansees gesproken taal is ontstaan. Dus ergens in de afgelopen zes miljoen jaar. Sommige onderzoekers praten over 100.000 tot 200.00 jaar geleden, maar dat is puur giswerk.”
Internet
www.wjh.harvard.edu/~tec/ Website met artikelen van Tecumseh Fitch
Dit artikel is gepubliceerd in Natuurwetenschap & Techniek, Oktober 2003
“Hello there”. “Hey, hey, hey, get outta there”. Deze simpele zinnen rolden uit de mond van Hoover, een zeehond. Hoover at vrijwel alles, vandaar zijn naam: stofzuiger. Een visser uit Maine, een staat in het noordoosten van de Verenigde Staten, pikte het dier als jonkie van drie maanden op. Hij verzorgde Hoover drie jaar lang in de haven, waar de zeehond voortdurend zeelui hoorde praten. Na die drie jaar sprak Hoover korte, simpele zinnen met de typische tongval van een dronken visser uit Maine.
Vocale imitatie vinden we bij diverse vogels (met als bekendste de papegaai), walvisachtigen, dolfijnen en zeehonden. De aap, en in het bijzonder de mensaap, schittert in dit rijtje door afwezigheid, terwijl hij toch ons nauwste verwant is. Chimpansees slagen er echter niet in rudimentaire gesproken taal te leren. Met het leren van tekentaal en visuele symbolen komen ze daarentegen wel een beetje vooruit.
Overeenkomsten genegeerd
De Amerikaanse bioloog en cognitiewetenschapper Tecumseh Fitch bestudeert de evolutie van gesproken mensentaal aan de hand van vergelijkend onderzoek bij uiteenlopende dieren, zoals geiten, honden, varkens, apen, krokodillen en vogels. Hij vindt dat zeker in het verleden veel te veel aandacht is geschonken aan de verschillen tussen mens en dier: “Mijn stelling is dat onze bijzondere taaleigenschappen wel degelijk zijn gebaseerd op vermogens die we delen met andere zoogdieren en gewervelden.”
Fitch legt hij uit dat de vergelijkende biologische aanpak logisch lijkt, maar toch echt nieuw in het veld is. “Als je zoekt naar artikelen over de evolutie van taal, dan vind je veel over fossielen en over taalkunde. Ik vind het onbegrijpelijk dat er zo weinig aandacht is voor de biologische component. Fossielen hebben ons nauwelijks betrouwbare informatie bezorgd over de evolutie van taal. Taal blijft immers niet als fossiel achter. En in taalkunde zit veel speculatie, maar weinig harde feiten. Hoe kunnen psychologen en linguïsten het zuiver biologische taalonderzoek nog negeren? Ik begrijp het niet, maar het gebeurt wel. Daarnaast beperkte het biologische taalonderzoek zich lang tot apen, omdat dat onze nauwste verwanten zijn. Maar apen zijn veel slechter in het imiteren van geluiden dan vele vogels en walvisachtigen. En die hebben taalonderzoekers lange tijd niet onderzocht.”
De evolutie van taal is zonder twijfel het gevolg van parallelle anatomische veranderingen van het spraakgebied en veranderingen in het brein. Eind 19e eeuw wisten wetenschappers al dat het strottenhoofd bij mensen relatief laag zit ten opzichte van de meeste dieren. Lang heeft men gedacht dat dit cruciaal was voor menselijke spraak. Eind jaren zestig van de vorige eeuw brak het inzicht door dat een lager strottenhoofd een belangrijk effect heeft op de resonantiepieken van het menselijk stemkanaal, de zogeheten formanten. Fitch toont een röntgenvideo van een sprekende persoon. De tong danst op een gecompliceerde manier in mond en keel. Razendsnel variërende, stijlvolle curven. Een schijnbaar onnavolgbaar modern ballet. Toch weet de mens dat ballet telkens weer weet te herhalen en zelfs fundamenteel te wijzigen, zoals bij het leren spreken van een andere taal.
“Het verlaagde strottenhoofd zorgt ervoor dat mensen een veel breder spectrum aan geluiden kunnen produceren dan dieren”, zegt Fitch. “Het verbaast me echter nog steeds dat het zo lang heeft geduurd tot we de geluidsproductie van dieren zijn gaan onderzoeken. Ruim dertig jaar na de ontdekking van het belang van het lage strottenhoofd bij mensen.”
Röntgenvideo van blèrende geit
De sleutel tot menselijke spraak is de bron-filtertheorie. De stembanden aan het strottenhoofd zijn de geluidsbron. Zij hakken de luchtstroom in stukjes en zorgen voor een groot bereik aan trillingsfrequenties. Het gehele spraakkanaal fungeert vervolgens als een soort filter, net zoals een klankkast dat doet. Bij een volwassen mens is het stemkanaal gemiddeld 17,5 centimeter lang, met de stembanden op het strottenhoofd aan het lage uiteinde, en de lippen aan het hoge uiteinde. De benedenzijde van het spraakkanaal is akoestisch gezien een gesloten uiteinde en de mond een open uiteinde. Deze kolom versterkt frequenties in de buurt van bepaalde resonantiefrequenties, typisch bij 500, 1500, 2500, 3500...hertz. Vormverandering van de keel, de mond, de tong en de lippen verandert de frequenties van de formanten.
Als eerste onderzocht Fitch met zijn collega’s de manier waarop dieren hun strottenhoofd gebruiken bij het uiten van geluiden. “We hebben röntgenvideo’s gemaakt van een geit, een hond, een varken en van apen. Het is moeilijk om de dieren goed te laten samenwerken, maar we zijn erin geslaagd. De verrassende uitkomst was dat op het moment dat bijvoorbeeld de hond blaft of de geit blèrt, het strottenhoofd aanzienlijk naar beneden schuift. Het stemkanaal lijkt dan ineens op dat van de mens. Hetzelfde gold bij alle dieren die we onderzochten. Dat is een belangrijke conclusie. Verder zien we duidelijk dat formanten in dieren statisch zijn. De mens kan formanten veranderen. En dat is het anatomische geheim van menselijke spraak.”
Het bijzondere bij mensen is dat het strottenhoofd permanent is verlaagd. Maar ook dat blijkt niet zo uniek, zegt Fitch. “We vinden het lage strottenhoofd eveneens in grote katachtigen, zoals leeuwen en tijgers en zelfs in koala’s. Toch hebben zij niets dat lijkt op onze gesproken taal. De verlaging van het strottenhoofd heeft zich bij deze dieren dus onafhankelijk ontwikkeld. Maar zo verrassend is dat niet. Dat is de diversiteit die we in de hele biologische evolutie van dieren terugzien. Dezelfde principes worden meerdere malen, onafhankelijk ontwikkeld.”
Gewicht verliezen door te lachen
Een pasgeboren mensenbaby heeft nog geen laag strottenhoofd. Daardoor kan het een aantal geluiden die volwassenen kunnen produceren, zoals i.., oe.. en a.., nog niet maken. In de periode van drie maanden tot de leeftijd van drie of vier jaar daalt het strottenhoofd geleidelijk af. Waarom dit gebeurt, is onbekend. Daarnaast vindt bij mannen in de puberteit nog een tweede verlaging plaats. Een lager stemgeluid is het gevolg.
Fitch: “Deze tweede afdaling van het strottenhoofd past in een hypothese die stelt dat een dier zich groter wil doen lijken dan het werkelijk is door lagere geluiden te produceren. Een vorm van intimidatie bij veel beesten. Ik kwam op het idee toen ik geluiden van een krokodil in zijn groeifase bestudeerde. Een meter, twee meter, drie meter, vier meter...met de groei van het beest werden de formanten lager en lager. Immers, hoe langer het stemkanaal, hoe lager de formanten.” Het blijkt dat dieren formanten net zo nauwkeurig waarnemen als mensen dat doen. Dat suggereert dat die resonantiefrequenties een rol spelen bij het onderscheiden van individuen.
Fitch deed tevens een experiment met mensen. Eerst moesten ze spreken met getuite lippen en daarna met ingetrokken lippen, zoals bij het lachen. Luisteraars dachten dat de spreker groter was als hij sprak met getuite lippen, en kleiner wanneer hij met ingetrokken lippen sprak. “Door te lachen, kun je gewicht verliezen”, grapt Fitch, “want je lijkt dan kleiner voor een toehoorder die je niet ziet. Veel economischer dan alle diëten! Als je het uitrekent gaat het wel om vijftien kilogram!”
De hypothese van het overdrijven van de grootte heeft wellicht ook een rol gespeeld bij het ontstaan van een lager strottenhoofd bij de mens als soort. Toch blijkt het verlaagde strottenhoofd niet de sleutelfactor voor het ontstaan van menselijke spraak, zoals wel lang is gedacht. Leeuwen en tijgers hebben ook een verlaagd strottenhoofd, maar geen spraak. Fitch: “Ik ben ervan overtuigd dat als we een chimpansee of een hond uitrusten met menselijke hersenen, hij wel degelijk kan spreken. Weliswaar niet zo duidelijk en snel als de mens, maar met wat moeite kunnen we hem wel verstaan. Het verlaagde strottenhoofd geeft ons het voordeel van meer, sneller en beter te kunnen praten, maar cruciaal voor spraak is het niet.”
Een vogel die een krekel nadoet
Er is dus meer dan het strottenhoofd en de anatomie van het spraakkanaal. “En dat is het brein”, zegt de Amerikaanse bioloog en cognitiewetenschapper. “Een belangrijk begin van nieuw onderzoek is de vocale imitatie. Er zijn vogels die veel beter dan mensen geluiden kunnen nabootsen: geluiden van een soortgenoot, een krekel en zelfs een deuntje van een mobiele telefoon. Maar wíj zijn weer veel beter in de manier waarop we vocale imitatie gebruiken in onze communicatie.”
De vocale imitatie door vogels wordt volgens Fitch de komende jaren een cruciaal en rijk onderzoeksterrein in de neurowetenschappen. Vogelzang vereist snelle, complexe en gecoördineerde activiteit, net als bij menselijke spraak. Ongeveer de helft van alle soorten vogels leert de patronen van hun vocalisaties van soortgenoten. Ook in dit opzicht komen vogelzang en menselijke spraak overeen. Vogelzang vormt daarom een prachtig modelsysteem voor onderzoek naar menselijke spraak.
Vocale imitatie leidt ons volgens Fitch naar de hypothese dat taal is ontstaan uit lange, betekenisloze structuren die voorafgingen aan betekenisvolle zinnen. “Een soort prototaal zonder betekenis, wellicht zoiets als muziek. Ik besef dat ik me nu op het gebied van speculaties begeef, maar ik vind dat we met de huidige kennis over vocale imitatie de hypothese dat taal is ontstaan uit een soort van muziek op zijn minst serieus moeten nemen. Ik ben geen gelovige, in de zin van een aanhanger van één hypothese. We moeten gewoon diverse hypothesen onderzoeken. Maar het is prima mogelijk dat er seksuele selectie heeft plaatsgevonden op complexe vocale uitingen.”
Fitch laat een stukje jazzmuziek van zangeres Sarah Vaughan horen. “Wat je hoort is scat-zingen, gevormd door betekenisloze lange structuren: ‘babadiebababaloe...’. Misschien moeten we aan een soort van scat-zingen denken als prototaal. Ik denk dat als er in het brein een prioriteitenstrijd is tussen de verwerking van een taalfragment en muziekfragment, het muziekfragment wint. Meer hersenonderzoek naar muzikale en taalstructuren zou dat kunnen uitwijzen.”
Ergens in de afgelopen zes miljoen jaar
De meeste taalonderzoekers steunen juist de omgekeerde theorie: een taal die met kleine structuren begon. De theorie van woorden eerst, en daarna zinnen. Fitch: “Ik vind dat veel te weinig onderzoekers de hypothese van muziek, of iets soortgelijks, als prototaal serieus nemen. Het feit dat imitatie van complexe vocale structuren onafhankelijk bij diverse dieren is ontstaan, vind ik op zijn minst een aanwijzing in de richting van de muziekhypothese. Darwin opperde dat idee trouwens ook al.”
In 1866 verbood de Parijse Linguïstische Vereniging een verdere discussie over de evolutie van taal, om jonge wetenschappers niet een ondoordringbaar woud van pure speculaties in te sturen. In die tijd beheersten slagen in de lucht de discussie. Er lagen geen harde feiten op tafel. “Als we de studie naar de evolutie van taal aanvullen met moderne, empirische feiten over andere dieren, dan bedrijven we wél echte wetenschap”, zegt Fitch. “Niet langer domineren alleen speculaties het onderzoeksveld. Hóe homo erectus sprak, áls hij dat al kon, kunnen we toch niet achterhalen, noch of hij gebarentaal of geluidentaal gebruikte. Bovendien is de vraag naar waarom en hoe taal ontstond veel interessanter dan de vraag wanneer gesproken taal ontstond. Het enige zinvolle dat we over de wanneer-vraag kunnen zeggen, is dat ergens na onze afsplitsing van de chimpansees gesproken taal is ontstaan. Dus ergens in de afgelopen zes miljoen jaar. Sommige onderzoekers praten over 100.000 tot 200.00 jaar geleden, maar dat is puur giswerk.”
Internet
www.wjh.harvard.edu/~tec/ Website met artikelen van Tecumseh Fitch
Hoe dode aarde levend wordt
Dode aarde weer levend maken. Een peulenschil voor de aardse biosfeer. Een eeuw na de verwoestende vulkaanuitbarsting van de Krakatau, groeit er weer een dicht tropisch regenwoud. Maar kan de mens ook zelf aan de teugels van het leven trekken? De ogenschijnlijk doodse planeet Mars tot leven wekken bijvoorbeeld? Of woestijnen vruchtbaar maken? Zelf een kunstmatige mini-biosfeer scheppen?
Een zoektocht naar de voorwaarden voor leven en naar de mogelijkheden en onmogelijkheden om het ontstaan van leven met menselijke hand te sturen.
Dit artikel is gepubliceerd in Natuurwetenschap & Techniek, april 2004
Zo’n vier miljard jaar geleden verscheen het leven op aarde. Het kan op aarde zijn ontstaan uit niet-levende materie, maar het kan hier ook zijn gekomen door kolonisatie van elders. Hoe dan ook, we weten niet precies hoe ooit ergens leven uit niet-levende materie is ontstaan. En een algemeen aanvaarde definitie voor wat leven is, bestaat ook al niet. Twistpunt is bijvoorbeeld of we virussen wel of niet levend moeten noemen. Over welke karakteristieken van leven zijn wetenschappers het wel eens? Levende materie speelt in tegenstelling tot niet-levende materie actief in op zijn omgeving: het neemt prikkels van buiten waar en reageert daarop. Daarnaast kan levende materie groeien, zichzelf kopiëren en zich zo evolutionair ontwikkelen.
Zowel de meest simpele als de meest ingewikkelde levensvormen op aarde gebruiken dezelfde moleculen en dezelfde chemische reacties; allemaal variaties op een paar basisthema’s. Al het leven zoals wij aardbewoners dat kennen – van eenvoudige eencelligen tot hogere plant- en diersoorten – voldoet aan drie basisvoorwaarden: de beschikbaarheid van energie (bijvoorbeeld uit chemische reacties, zonlicht, vulkanische of geothermische warmte of door het eten van andere organismen); de aanwezigheid van vloeibaar water en ten slotte de aanwezigheid van de essentiële chemische elementen CHNOPS, ofwel: koolstof (C), waterstof (H), stikstof (N), zuurstof (O), fosfor (P) en zwavel (S). Deze elementen zitten in aminozuren (de bouwstenen van eiwitten), in de basisingrediënten van de genetica (DNA en RNA) en in een aantal belangrijke mineralen die noodzakelijk zijn voor biologische processen.
Vooralsnog hebben we geen antwoord op de vraag of leven een exclusief aards verschijnsel is, of dat het ook elders in het universum is opgedoken. Wat we inmiddels dankzij radioastronomische waarnemingen en meteorietenonderzoek wel weten is dat zowel de voor het leven – zoals wij dat kennen – essentiële chemische bouwstenen CHNOPS, als de essentiële organische moleculen, veelvuldig in het heelal voorkomen. Interstellair stof, kometen en sommige planetoïden en meteorieten wemelen van de complexe koolstofverbindingen. Toch hebben we buiten de aarde nog nergens leven ontdekt, alhoewel buitenaards leven statistisch gezien wel voor de hand ligt. Vaak is het in het heelal ergens veel te koud, veel te warm of veel te dodelijk (uv- of kosmische straling). De aanwezigheid van de elementenrij CHNOPS is dus bij lange na niet voldoende voor het ontstaan van leven. Leven kan alleen maar gedijen daar waar de fysische, chemische en geologische randvoorwaarden ook nog eens gunstig zijn.
Kan de mens dode aarde levend maken? Kan de mens een kunstmatige biosfeer creëren? Kunnen we misschien leren van hoe de natuur zelf de wederopstanding van leven regisseert op een plek die tijdelijk is gesteriliseerd? De spannendste vraag is echter wel of de mens de nu onherbergzame, koude en droge buurplaneet Mars kan omvormen tot een levensvatbare planeet met een zelfregulerende biosfeer? Wetenschappers als Chris McKay (NASA), Robert Zubrin, Martyn Fogg en Julian Hiscox hebben al draaiboeken gemaakt voor hoe de mens zijn buurplaneet Mars kan ‘terravormen’ (www.astrobiology.com/terraforming.html). McKay publiceerde zelfs in het toonaangevende Nature over de terravorming van Mars. Deze buurplaneet is in ieder geval de meest voor de hand liggende kandidaat voor zo’n buitenaardse terravorming. Wie rondstruint op het internet kan al snel in de bedwelmende ban raken van de verleidelijke papieren terravormingsmodellen. Eenvoudige mathematische modellen opstellen voor een Martiaanse biosfeer is geen kunst, maar ze werkelijk testen is extreem lastig.
Mars terravormen
Als het gaat om de terravorming van Mars tot een levensvatbare planeet, kan geoloog Harry Priem kort zijn: “Een megalomaan plan”. Priem is emeritus hoogleraar planetaire geologie en isotopengeologie van de Universiteit Utrecht. Tegenwoordig is hij curator van het Geologisch Museum van Artis in Amsterdam. “Terravormingsmodellen zijn sterk reductionistisch. Ze brengen een buitengewoon complex, zelfregulerend systeem terug tot een paar vergelijkingen. Maar we begrijpen een complexe biosfeer bij lange na niet goed genoeg. Terravormingsmodellen zijn vooral speeltjes van fysici of astronomen, die veel minder dan bijvoorbeeld geologen gewend zijn om complexe, zelfregulerende systemen te bestuderen.”
Hoe ziet de Mars-terravorming er dan in theorie uit? In feite is het een tweestappenplan. Stap 1 heeft tot doel een opgewarmde, dichtere atmosfeer en een zelfregulerende anaërobe biosfeer, ofwel een biosfeer met nauwelijks zuurstof in de nieuwe Martiaanse atmosfeer. Zoiets als de aarde in een vroeg evolutionair stadium. Op aarde heeft het ruim twee miljard geduurd voordat er genoeg zuurstof in de aardatmosfeer zat om levenslucht te bieden aan meercellige organismen en, nog later, aan complexere plant- en diersoorten.
In stap 1 moet de Marsatmosfeer zich met veel grotere hoeveelheden koolstofdioxide gaan vullen dan nu het geval is. Momenteel bestaat 95 procent van de Marsatmosfeer uit koolstofdioxide, maar de druk hiervan is slechts zeven millibar. Temperatuur (met ruim zestig graden) en vochtigheid moeten gaan toenemen en er moet een beschermende ozonlaag ontstaan, die het uv-licht voldoende tegenhoudt. Ook de kosmische straling die het Marsoppervlak nu treft door de afwezigheid van een beschermende magnetisch veld rond de planeet, moet aanzienlijk worden gereduceerd.
Cruciaal is de vraag hoe de Marsatmosfeer zich met voldoende koolstofdioxide vult. Het op aarde vermaledijde broeikaseffect speelt hierin een sleutelrol. Wetenschappers hebben een aantal broeikasscenario’s verzonnen. Grote spiegels met diameters in de orde van honderd kilometer in een baan rond Mars kunnen zonlicht weerkaatsen naar het Marsoppervlak. Door de spiegels te richten op de poolkappen, gaan die smelten en het nu nog bevroren koolstofdioxide komt dan vrij. Hoe meer CO2 in de atmosfeer zit, hoe warmer het op onze nabuur wordt en hoe meer nieuw CO2 er weer vrijkomt. Een zich versterkend effect dus.
In een tweede scenario produceren speciale, op de planeet gestationeerde broeikasgasfabrieken methaan, koolstofdioxide en andere broeikasgassen. Het spectaculairste plan is ongetwijfeld om een ijzige asteroïde, die rijk is aan het krachtige broeikasgas ammonia, kunstmatig in botsing te brengen met Mars. De botsingsenergie doet de temperatuur van de planeet een paar graden stijgen. Geruggensteund door het ammonia van de asteroïde, zou de hoeveelheid broeikasgassen flink moeten toenemen. Eindfase van stap 1 is de komst van de eerste micro-organismen. Dat kunnen allochtone organismen zijn afkomstig van de aarde, of, als er toch leven op de Rode Planeet blijkt te zijn, reeds aanwezige organismen die zich onder gunstigere omstandigheden verder vermenigvuldigen.
Stap 2 heeft als ultiem doel een mensvriendelijk klimaat met voldoende zuurstof in de Marsatmosfeer. Dat is een groot probleem, want geologisch gezien hoort zuurstof helemaal niet thuis in een atmosfeer. Daarom is deze tweede stap nog veel moeilijker te regisseren dan de eerste stap.
“Het hoge zuurstofgehalte van de huidige aardatmosfeer is eigenlijk absurd”, zegt Priem. “Zuurstof bindt met groot gemak aan de gesteenten van het aardoppervlak. Als alleen geologische en geochemische processen een rol zouden spelen, verdwijnt alle zuurstof binnen enkele duizenden jaren uit onze atmosfeer. Het zijn juist de biologische organismen die de koolstofdioxideatmosfeer die de aarde tot twee miljard jaar geleden had, gestaag hebben omgezet in een atmosfeer met relatief veel zuurstof en relatief weinig koolstofdioxide. De crux zit in twee dingen. Enerzijds in de fotosynthese door cyanobacteriën, algen en planten. Zij zetten onder invloed van licht, koolstofdioxide om in zuurstof en organisch materiaal. Anderzijds in de ‘begraving’ van dood organisch materiaal in sedimenten door geologische processen.”
De bedenkers van de terravormingsmodellen veronderstellen dat brute kracht nodig is om de zuurstofhoeveelheid te verhogen. Zo lang het Marsklimaat nog te extreem is voor normaal aards leven, kunnen genetische gemanipuleerde planten die de nieuwe Martiaanse omgeving wel aankunnen, samen met eventueel benodigde bacteriën, op Mars worden uitgezet. Zodra het nieuwe Marsklimaat wel vriendelijk en zuurstofrijk genoeg is voor aards leven, moeten aardse organismen onze buurplaneet gaan koloniseren. Vervolgens kan zich een hydrosfeer opbouwen, waarna er ruim baan is voor de komst van planten en primitieve dieren.
Volgens de meest optimistische schatting zou zich binnen enkele millennia een atmosfeer rijk aan zuurstof kunnen opbouwen. Wat tijd betreft, is de zuurstofopbouw de bepalende factor in de terravorming van de Rode Planeet.
Kunstmatige biosfeer
Op papier zien de terravormingsmodellen er verleidelijk en fascinerend uit. Helaas laten de modellen voor Marsterravorming zich niet zomaar even testen. Nog steeds beschikken we over veel te weinig gegevens over de precieze samenstelling van de Marsbodem. Dat betekent een grote onzekerheid in de randvoorwaarden van de modellen. En nog steeds weten we lang niet voldoende over zoiets complex als een zelfregulerende biosfeer. Dat vormt een extra onzekerheid in de vergelijkingen van de modellen zelf. Nemen de wiskundige modellen wel voldoende processen, kringlopen en terugkoppelingen mee? Het lijkt buitengewoon onwaarschijnlijk.
Misschien kunnen we lering trekken uit een kleinschalig experiment met een kunstmatige biosfeer. In de jaren negentig startte in Oracle, Arizona (VS) het Biosphere-2-project. Biosphere-2 moest een miniatuurversie van de aardse biosfeer (Biosphere 1) worden. Tussen september 1991 en september 1993 leefden vier mannen en vier vrouwen op een gebied van 1,28 hectare, onder een afgesloten, glazen structuur met een volume van tweehonderdduizend kubieke meter. Het project moest testen of mensen in een kleinschalige, zelfregulerende biosfeer duurzaam kunnen leven. Biosphere-2 was wel nog steeds voor zonlicht en enige elektriciteit afhankelijk van de wereld buiten de koepel.
In Biosphere 2 leefden naast acht mensen ook 3500 plant- en diersoorten verdeeld over miniatuurecosystemen als woestijn, grasland, moeras, oceaan en regenwoud. De bewoners bivakkeerden in hun eigen menselijke habitat. Ze moesten zelfstandig aan hun voedsel zien te komen en hun eigen afval recyclen. In de loop van 1993 begon het zuurstofgehalte echter zo gevaarlijk te dalen dat Biosphere-2 aan de externe zuurstof moest. Ook moest er voedsel van buitenaf worden aangevoerd. Daarmee was het project eigenlijk mislukt. Tweehonderd miljoen dollar en een slechts beperkte kennis van alle processen in de kunstmatige biosfeer bleken uiteindelijk niet genoeg om acht mensen in een kunstmatige biosfeer in leven te houden. “Misschien is Biosphere-2 wel te klein geweest om zelfregulerend te zijn”, meent Priem. In ieder geval is duidelijk hoe moeilijk het is om alle relevante processen te kennen van een zelfregulerende biosfeer, zelfs eentje met een menselijke maat.
Tegen de achtergrond van deze mislukking lijkt de conclusie van de wetenschappers Robert Zubrin en Chris McKay in hun overzichtsartikel Technological requirements for Terraforming Mars hopeloos optimistisch: “We hebben laten zien dat binnen ruime onzekerheidsmarges over de condities op Mars, de mens drastischer verbeteringen kan aanbrengen in de levensvatbaarheid van de Rode Planeet, gebruik makend van technologieën uit het midden van de 21e eeuw...Het moet op zijn minst mogelijk zijn Mars zodanig te verjongen dat het net zo ontvankelijk wordt voor leven zoals het ooit is geweest.”
Geoloog Priem: “Terravorming wil eigenlijk het natuurlijke evolutieproces dat op aarde een paar miljard jaar heeft geduurd, in een fractie van die tijd realiseren, liefst zelfs binnen een handvol generaties. Ik geloof er helemaal niets van, zelfs nog afgezien van praktische, technische en financiële zaken. We begrijpen veel te weinig van complexe ecosystemen en we weten veel te weinig van het huidige Mars om betrouwbare modellen te maken.”
Leven terug op Krakatau
Terug naar planeet aarde. En terug naar kleine ecosystemen die we wél wetenschappelijk kunnen onderzoeken. Eind augustus 1883, na maandenlang gerommel, kwam het vulkaaneiland Krakatau in het huidige Indonesië (31 kilometer van Java en 41 kilometer van Sumatra) tot een ongekend grote uitbarsting. Het resultaat moet een inferno zijn geweest. De gloeiendhete magmastroom steriliseerde het leven volledig. Eén eiland met drie vulkanen viel uiteen in drie kleine eilandjes.
Maar het leven liet zich niet lang wegdringen. Plantenpopulatiebioloog Peter van Dijk van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) deed samen met biologe Tracey Parrish onderzoek naar de genetische gevolgen van de eilandkolonisatie na 1883.
Van Dijk vertelt: “Een jaar na de uitbarsting koloniseerden de eerste bacteriën alweer de drie eilandjes. En die bacteriën verschilden niet van die op het nabije Java. De wind heeft ze waarschijnlijk meegenomen. Drie jaar na de verwoestende uitbarsting vond een geologische expeditie al weer planten langs de kust en een slijmlaag van blauwwier, allemaal gedijend op tientallen meters hoge vulkanische as. Rond 1915 verschenen de eerste bomen en boomgroepen temidden van het al langer aanwezige gras. Tussen 1920 en 1930 ontwikkelde zich een gesloten bos, met allerlei planten die op de bomen begonnen te groeien. Rond 1980 bevolkten al zo’n vierhonderd plantensoorten Krakatau, sommige aangevoerd via de zee, andere door de wind en weer andere verspreid door vogels en vleermuizen. De laatste nieuwe soort, een boom met zware zaden, werd vijf jaar geleden voor het eerst gevonden.”
De regeneratie van de eilanden gaat dus onverminderd voort. Wie er tegenwoordig naar toe gaat, vindt een ecosysteem dat in eerste instantie een gewoon regenwoud lijkt. “Toch is de soortenrijkdom kleiner dan die van de oorspronkelijke vegetatie”, vervolgt Van Dijk. “Uit ons onderzoek bleek echter wel dat de genetische variatie binnen vijf soorten bomen die we hadden onderzocht, net zo groot was als die op Java en Sumatra. En dat was geheel tegen de verwachting van alle wetenschappers in. Op zichzelf was die bevinding wel een goed teken, want een grote genetische variatie binnen een soort betekent dat die soort beter bestand is tegen parasieten.”
Vergelijken we de terugkeer van het leven op Krakatau met terravorming van Mars, dan zijn er eigenlijk onvergelijkbare verschillen. Krakatau is niet meer dan een klein onderdeel van een grote wereldwijde biosfeer, die als geheel niet is aangetast door de vulkaanuitbarsting. Bovendien liggen de eilandjes zo dicht bij rijke, bestaande ecosystemen dat de zee, de wind en de vogels het leven moeiteloos weer op Krakatau deponeerden. Voeg daarbij de maagdelijke gestolde lava, vol met voedingsstoffen die noodzakelijk zijn voor leven, en het is duidelijk dat de voorwaarden ideaal waren voor een terugkeer van het leven, al is het dan vooralsnog minder soortenrijk dan vóór de uitbarsting.
Bioloog Edward Wilson schreef dat een gehavend ecosysteem zich op kleine schaal vrij makkelijk kan herstellen onder twee voorwaarden. Mensen moeten de plek met rust laten en daarnaast moeten zich dichtbij andere ecosystemen bevinden, die niet zijn aangetast. Dan springt het leven wel weer makkelijk over. Op Krakatau waren alle randvoorwaarden voor nieuw leven perfect. Mars kent daarentegen niet eens de noodzakelijke basisvoorwaarden in zijn huidige atmosfeer.
Een ander fascinerend voorbeeld van terravorming op aarde is het compleet nieuwe vulkaaneilandje Surtsey, dat tussen 1963 en 1968 voor de zuidkust van IJsland uit de oceaan oprees. In 1970, twee jaar na de laatste vulkanische activiteit, vond men in de nieuwe bodem al de eerste sporen van micro-organismen die stikstof uit de bodem vastleggen. Blauwalgen bleken de eerste kolonisatoren van het eilandje te zijn. Deze algen hebben genoeg aan water, zonlicht en stikstof in de bodem. Voor onderzoekers is Surtsey nog steeds een prachtige plek om het ontstaan van leven op een geheel nieuw stukje aarde te onderzoeken. Net als op Krakatau, ontstond er op Surtsey binnen de kortste keren leven dat van de directe omgeving oversprong.
Woestijn vruchtbaar maken
Woestijnen zijn verzengend heet en kurkdroog, maar op beperkte schaal is er wel degelijk leven. In die zin verschilt het van terravorming die op dode aarde ontstaat. Het menselijk ingrijpen in woestijnen heeft een wisselend succes gekend. Op relatief kleine schaal is het in de Israëlische Negev-woestijn gelukt om delen vruchtbaar te maken. Priem: “Daar zie je stukken aarde die eeuwenlang gortdroog waren en waar helemaal niets was, maar die er nu uitzien als groene oases. De Israëli ontzilten met zonne-energie zout water bij Eilat en voeren het vervolgens via ondergrondse buizen aan. Met een efficiënte druppelmethode wordt het water onder de grond in de bodem gedruppeld. Bovengronds sproeien zou tot veel te veel verdamping in die gloeiende hitte leiden. Als je vervolgens de geschikte gewassen zoekt, die in aanwezigheid van voldoende water wel die hitte kunnen verdragen, dan kun je woestijn inderdaad vruchtbaar maken. Maar uiteraard gaat het dan om kleine stukken, niet om de hele Negev-woestijn.”
Het veel grootschaligere plan van de Sovjets onder Stalin om de woestijn ten oosten van de Kaspische Zee (in het huidige Turkmenistan) vruchtbaar te maken voor de katoenteelt, is daarentegen op een totale mislukking uitgelopen. Rond 1954 groeven de Sovjets een 1150 kilometer lang kanaal om water van de rivier Amoe Darja af te tappen en de woestijn in het huidige Turkmenistan te bevloeien. Maar het water wilde niet stromen, er ontstonden moerassen in het eerste deel, water verdween in de zandige woestijngrond en onder het felle zonlicht woekerden allerlei algen en planten. Een ander monstrueus Russische megaplan, dat van de omkering van drie rivieren in Europees Rusland en twee in Siberië, is na decennialang intensief ingenieurswerk uiteindelijk in de jaren tachtig tot stilstand gekomen. Tijdens het presidentschap van Gorbatsjov concludeerde een onderzoekscommissie dat de milieurisico’s van de ombuiging ongekend groot waren.
Priem: “De Sovjets wilden het veel te groots aanpakken. Op kleine schaal kun je succes bereiken, zoals Israël in de Negev laat zien. Hoe groter je echter de schaal maakt, hoe slechter je kunt voorspellen wat er gaat gebeuren, en hoe drastischer de ingreep in het ecosysteem.”
Extreem leven
Terravorming onderzoeken betekent ook de mogelijkheid van leven op extreme locaties onderzoeken. NASA-wetenschapper Chris McKay, een van de specialisten op het gebied van terravorming, doet bijvoorbeeld dit soort studies. Aan de ene kant hebben wetenschappers nog geen buitenaards leven gevonden. Maar aan de andere kant blijkt juist de laatste jaren dat het leven binnen de aardse biosfeer veel wijder verbreid is dan altijd gedacht.
“We vinden levenssporen van hoog in de stratosfeer tot diep in de aardbodem”, zegt Priem. “Men heeft zelfs levenskrachtige sporen gevonden in de resten van insecten die veertig miljoen jaar geleden ingesloten werden door het hars van bomen, en vervolgens tot barnsteen zijn verhard. Nog maar tot enkele jaren geleden hadden we het bestaan van microbieel leven in graniet en basalt op kilometers diepte niet vermoed. We weten nu veel meer over extremofielen, organismen die juist leven in extreme omgevingen waar in eerste instantie geen leven mogelijk lijkt. Dan gaat het om kokendheet water in geisers, zwavelhoudende heetwaterbronnen, en de nabije omgeving van ‘black smokers’: opspuitende fonteinen van water met een temperatuur tussen drie- en vierhonderd graden Celsius, waar de druk driehonderd bar is. Maar wetenschappers vinden ook microbieel leven in omgevingen van met zout verzadigd water, Antarctisch ijs dat nooit warmer wordt dan min-dertig graden Celsius, en poriënwater onder hoge temperatuur en druk in diepe gesteenten.”
De oudst bekende sporen van microbieel leven zijn gevonden in een 3,8 miljard jaar oude sedimentformatie in West-Groenland. Daar is het destijds afgezet in een warme oceanische omgeving onder een koolstofdioxidedampkring zonder zuurstof, ook niet bepaald een omgeving die we snel associëren met leven.
“En er zijn ook bacteriën die onverwacht veel weerstand hebben tegen ultraviolette en radioactieve straling”, zegt Priem. “Het blijkt dat zij de opgelopen DNA-schade kunnen repareren en zo toch overleven. De bacterie Deinococcus radiodurans overleeft gammastraling die duizenden malen hoger is dan de voor de mens dodelijke hoeveelheid. Ook sommige eencellige kiezelwieren blijken te gedijen in een zwaar radioactieve omgeving. Laboratoriumproeven hebben bovendien aangetoond dat aardse archaebacteriën als Pseudomonas en Aerobacter zelfs de condities op Mars kunnen overleven en zich er kunnen vermenigvuldigen.” Maar met dit soort extreem leven is het consciëntieuze tweestappenplan voor de terravorming van de Rode Planeet bij lange na niet geholpen.
Martyn Fogg besluit zijn artikel Terraforming Mars: A review of Research met de woorden: “Behalve van haar mogelijke rol als een langetermijn-doel voor ruimte-exploratie, is dit werk [modellen voor de terravorming van Mars] nu al waardevol als een stimulerend, interdisciplinair gedachte-experiment dat van nut is in het onderwijs, de terrestriale planetologie en de entertainmentmedia.”
Terravorming van de Rode Planeet is niet langer de sciencefiction die het was in de eerste helft van de 20e eeuw, toen het idee voor het eerst in de sciencefictionliteratuur opdook. Maar het heeft zeker nog niet het gedegen wetenschappelijk karakter dat nodig is om het idee in praktische zin serieus te nemen. We weten nog veel te weinig van Mars en we begrijpen nog veel te weinig van alle relevante processen in een zelfregulerende biosfeer. Voorlopig kan de menselijke intelligentie bij lange na niet tippen aan de intelligentie van de zelfregulerende aardse biosfeer. Die laatste kan dode aarde wél makkelijk levend maken.
Informatie
www.astrobiology.com/terraforming.html Pagina met links naar een aantal belangrijke technische, wetenschappelijke en opinieartikelen over de terravorming van Mars, onder andere van vooraanstaande terravormingonderzoekers Robert Zubrin, Chris McKay en Martyn Fogg.
www.marssociety.nl/terrafor.php Nederlandstalige pagina van de Mars Society Nederland met een introductie over terravorming. Met veel links naar meer specialistische Engelstalige artikelen.
www.marssociety.nl/rogro.html Online-debat tussen voor- en tegenstanders van de terravorming van Mars, op de site van de Mars Society Nederland
www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/simul.htm Simulatieprogramma waarmee je een aantal karakteristieken van Mars kunt veranderen. Het programma berekent hoe diverse andere karakteristieken van Mars vervolgens wijzigen, in ieder geval volgens Martyn Foggs model. Helaas nog niet uitgerust met een mooie Marskaart die de veranderingen ook visueel weergeeft.
www.geocities.com/fra_nl/ Toekomstige landkaart van een door terravorming veranderend Mars
www.open2.net/diyscience/ecosphere/ Schep een virtueel ecosysteem
www.vulkaner.no/n/surtsey/esurtmenu.html Het ontstaan van leven op het IJslandse vulkaaneilandje Surtsey dat in 1963 plotseling uit de oceaan oprees.
Literatuur
Systeem aarde, Cahiers Bio-wetenschappen en maatschappij, 2003, ISBN 9073196345
Een zoektocht naar de voorwaarden voor leven en naar de mogelijkheden en onmogelijkheden om het ontstaan van leven met menselijke hand te sturen.
Dit artikel is gepubliceerd in Natuurwetenschap & Techniek, april 2004
Zo’n vier miljard jaar geleden verscheen het leven op aarde. Het kan op aarde zijn ontstaan uit niet-levende materie, maar het kan hier ook zijn gekomen door kolonisatie van elders. Hoe dan ook, we weten niet precies hoe ooit ergens leven uit niet-levende materie is ontstaan. En een algemeen aanvaarde definitie voor wat leven is, bestaat ook al niet. Twistpunt is bijvoorbeeld of we virussen wel of niet levend moeten noemen. Over welke karakteristieken van leven zijn wetenschappers het wel eens? Levende materie speelt in tegenstelling tot niet-levende materie actief in op zijn omgeving: het neemt prikkels van buiten waar en reageert daarop. Daarnaast kan levende materie groeien, zichzelf kopiëren en zich zo evolutionair ontwikkelen.
Zowel de meest simpele als de meest ingewikkelde levensvormen op aarde gebruiken dezelfde moleculen en dezelfde chemische reacties; allemaal variaties op een paar basisthema’s. Al het leven zoals wij aardbewoners dat kennen – van eenvoudige eencelligen tot hogere plant- en diersoorten – voldoet aan drie basisvoorwaarden: de beschikbaarheid van energie (bijvoorbeeld uit chemische reacties, zonlicht, vulkanische of geothermische warmte of door het eten van andere organismen); de aanwezigheid van vloeibaar water en ten slotte de aanwezigheid van de essentiële chemische elementen CHNOPS, ofwel: koolstof (C), waterstof (H), stikstof (N), zuurstof (O), fosfor (P) en zwavel (S). Deze elementen zitten in aminozuren (de bouwstenen van eiwitten), in de basisingrediënten van de genetica (DNA en RNA) en in een aantal belangrijke mineralen die noodzakelijk zijn voor biologische processen.
Vooralsnog hebben we geen antwoord op de vraag of leven een exclusief aards verschijnsel is, of dat het ook elders in het universum is opgedoken. Wat we inmiddels dankzij radioastronomische waarnemingen en meteorietenonderzoek wel weten is dat zowel de voor het leven – zoals wij dat kennen – essentiële chemische bouwstenen CHNOPS, als de essentiële organische moleculen, veelvuldig in het heelal voorkomen. Interstellair stof, kometen en sommige planetoïden en meteorieten wemelen van de complexe koolstofverbindingen. Toch hebben we buiten de aarde nog nergens leven ontdekt, alhoewel buitenaards leven statistisch gezien wel voor de hand ligt. Vaak is het in het heelal ergens veel te koud, veel te warm of veel te dodelijk (uv- of kosmische straling). De aanwezigheid van de elementenrij CHNOPS is dus bij lange na niet voldoende voor het ontstaan van leven. Leven kan alleen maar gedijen daar waar de fysische, chemische en geologische randvoorwaarden ook nog eens gunstig zijn.
Kan de mens dode aarde levend maken? Kan de mens een kunstmatige biosfeer creëren? Kunnen we misschien leren van hoe de natuur zelf de wederopstanding van leven regisseert op een plek die tijdelijk is gesteriliseerd? De spannendste vraag is echter wel of de mens de nu onherbergzame, koude en droge buurplaneet Mars kan omvormen tot een levensvatbare planeet met een zelfregulerende biosfeer? Wetenschappers als Chris McKay (NASA), Robert Zubrin, Martyn Fogg en Julian Hiscox hebben al draaiboeken gemaakt voor hoe de mens zijn buurplaneet Mars kan ‘terravormen’ (www.astrobiology.com/terraforming.html). McKay publiceerde zelfs in het toonaangevende Nature over de terravorming van Mars. Deze buurplaneet is in ieder geval de meest voor de hand liggende kandidaat voor zo’n buitenaardse terravorming. Wie rondstruint op het internet kan al snel in de bedwelmende ban raken van de verleidelijke papieren terravormingsmodellen. Eenvoudige mathematische modellen opstellen voor een Martiaanse biosfeer is geen kunst, maar ze werkelijk testen is extreem lastig.
Mars terravormen
Als het gaat om de terravorming van Mars tot een levensvatbare planeet, kan geoloog Harry Priem kort zijn: “Een megalomaan plan”. Priem is emeritus hoogleraar planetaire geologie en isotopengeologie van de Universiteit Utrecht. Tegenwoordig is hij curator van het Geologisch Museum van Artis in Amsterdam. “Terravormingsmodellen zijn sterk reductionistisch. Ze brengen een buitengewoon complex, zelfregulerend systeem terug tot een paar vergelijkingen. Maar we begrijpen een complexe biosfeer bij lange na niet goed genoeg. Terravormingsmodellen zijn vooral speeltjes van fysici of astronomen, die veel minder dan bijvoorbeeld geologen gewend zijn om complexe, zelfregulerende systemen te bestuderen.”
Hoe ziet de Mars-terravorming er dan in theorie uit? In feite is het een tweestappenplan. Stap 1 heeft tot doel een opgewarmde, dichtere atmosfeer en een zelfregulerende anaërobe biosfeer, ofwel een biosfeer met nauwelijks zuurstof in de nieuwe Martiaanse atmosfeer. Zoiets als de aarde in een vroeg evolutionair stadium. Op aarde heeft het ruim twee miljard geduurd voordat er genoeg zuurstof in de aardatmosfeer zat om levenslucht te bieden aan meercellige organismen en, nog later, aan complexere plant- en diersoorten.
In stap 1 moet de Marsatmosfeer zich met veel grotere hoeveelheden koolstofdioxide gaan vullen dan nu het geval is. Momenteel bestaat 95 procent van de Marsatmosfeer uit koolstofdioxide, maar de druk hiervan is slechts zeven millibar. Temperatuur (met ruim zestig graden) en vochtigheid moeten gaan toenemen en er moet een beschermende ozonlaag ontstaan, die het uv-licht voldoende tegenhoudt. Ook de kosmische straling die het Marsoppervlak nu treft door de afwezigheid van een beschermende magnetisch veld rond de planeet, moet aanzienlijk worden gereduceerd.
Cruciaal is de vraag hoe de Marsatmosfeer zich met voldoende koolstofdioxide vult. Het op aarde vermaledijde broeikaseffect speelt hierin een sleutelrol. Wetenschappers hebben een aantal broeikasscenario’s verzonnen. Grote spiegels met diameters in de orde van honderd kilometer in een baan rond Mars kunnen zonlicht weerkaatsen naar het Marsoppervlak. Door de spiegels te richten op de poolkappen, gaan die smelten en het nu nog bevroren koolstofdioxide komt dan vrij. Hoe meer CO2 in de atmosfeer zit, hoe warmer het op onze nabuur wordt en hoe meer nieuw CO2 er weer vrijkomt. Een zich versterkend effect dus.
In een tweede scenario produceren speciale, op de planeet gestationeerde broeikasgasfabrieken methaan, koolstofdioxide en andere broeikasgassen. Het spectaculairste plan is ongetwijfeld om een ijzige asteroïde, die rijk is aan het krachtige broeikasgas ammonia, kunstmatig in botsing te brengen met Mars. De botsingsenergie doet de temperatuur van de planeet een paar graden stijgen. Geruggensteund door het ammonia van de asteroïde, zou de hoeveelheid broeikasgassen flink moeten toenemen. Eindfase van stap 1 is de komst van de eerste micro-organismen. Dat kunnen allochtone organismen zijn afkomstig van de aarde, of, als er toch leven op de Rode Planeet blijkt te zijn, reeds aanwezige organismen die zich onder gunstigere omstandigheden verder vermenigvuldigen.
Stap 2 heeft als ultiem doel een mensvriendelijk klimaat met voldoende zuurstof in de Marsatmosfeer. Dat is een groot probleem, want geologisch gezien hoort zuurstof helemaal niet thuis in een atmosfeer. Daarom is deze tweede stap nog veel moeilijker te regisseren dan de eerste stap.
“Het hoge zuurstofgehalte van de huidige aardatmosfeer is eigenlijk absurd”, zegt Priem. “Zuurstof bindt met groot gemak aan de gesteenten van het aardoppervlak. Als alleen geologische en geochemische processen een rol zouden spelen, verdwijnt alle zuurstof binnen enkele duizenden jaren uit onze atmosfeer. Het zijn juist de biologische organismen die de koolstofdioxideatmosfeer die de aarde tot twee miljard jaar geleden had, gestaag hebben omgezet in een atmosfeer met relatief veel zuurstof en relatief weinig koolstofdioxide. De crux zit in twee dingen. Enerzijds in de fotosynthese door cyanobacteriën, algen en planten. Zij zetten onder invloed van licht, koolstofdioxide om in zuurstof en organisch materiaal. Anderzijds in de ‘begraving’ van dood organisch materiaal in sedimenten door geologische processen.”
De bedenkers van de terravormingsmodellen veronderstellen dat brute kracht nodig is om de zuurstofhoeveelheid te verhogen. Zo lang het Marsklimaat nog te extreem is voor normaal aards leven, kunnen genetische gemanipuleerde planten die de nieuwe Martiaanse omgeving wel aankunnen, samen met eventueel benodigde bacteriën, op Mars worden uitgezet. Zodra het nieuwe Marsklimaat wel vriendelijk en zuurstofrijk genoeg is voor aards leven, moeten aardse organismen onze buurplaneet gaan koloniseren. Vervolgens kan zich een hydrosfeer opbouwen, waarna er ruim baan is voor de komst van planten en primitieve dieren.
Volgens de meest optimistische schatting zou zich binnen enkele millennia een atmosfeer rijk aan zuurstof kunnen opbouwen. Wat tijd betreft, is de zuurstofopbouw de bepalende factor in de terravorming van de Rode Planeet.
Kunstmatige biosfeer
Op papier zien de terravormingsmodellen er verleidelijk en fascinerend uit. Helaas laten de modellen voor Marsterravorming zich niet zomaar even testen. Nog steeds beschikken we over veel te weinig gegevens over de precieze samenstelling van de Marsbodem. Dat betekent een grote onzekerheid in de randvoorwaarden van de modellen. En nog steeds weten we lang niet voldoende over zoiets complex als een zelfregulerende biosfeer. Dat vormt een extra onzekerheid in de vergelijkingen van de modellen zelf. Nemen de wiskundige modellen wel voldoende processen, kringlopen en terugkoppelingen mee? Het lijkt buitengewoon onwaarschijnlijk.
Misschien kunnen we lering trekken uit een kleinschalig experiment met een kunstmatige biosfeer. In de jaren negentig startte in Oracle, Arizona (VS) het Biosphere-2-project. Biosphere-2 moest een miniatuurversie van de aardse biosfeer (Biosphere 1) worden. Tussen september 1991 en september 1993 leefden vier mannen en vier vrouwen op een gebied van 1,28 hectare, onder een afgesloten, glazen structuur met een volume van tweehonderdduizend kubieke meter. Het project moest testen of mensen in een kleinschalige, zelfregulerende biosfeer duurzaam kunnen leven. Biosphere-2 was wel nog steeds voor zonlicht en enige elektriciteit afhankelijk van de wereld buiten de koepel.
In Biosphere 2 leefden naast acht mensen ook 3500 plant- en diersoorten verdeeld over miniatuurecosystemen als woestijn, grasland, moeras, oceaan en regenwoud. De bewoners bivakkeerden in hun eigen menselijke habitat. Ze moesten zelfstandig aan hun voedsel zien te komen en hun eigen afval recyclen. In de loop van 1993 begon het zuurstofgehalte echter zo gevaarlijk te dalen dat Biosphere-2 aan de externe zuurstof moest. Ook moest er voedsel van buitenaf worden aangevoerd. Daarmee was het project eigenlijk mislukt. Tweehonderd miljoen dollar en een slechts beperkte kennis van alle processen in de kunstmatige biosfeer bleken uiteindelijk niet genoeg om acht mensen in een kunstmatige biosfeer in leven te houden. “Misschien is Biosphere-2 wel te klein geweest om zelfregulerend te zijn”, meent Priem. In ieder geval is duidelijk hoe moeilijk het is om alle relevante processen te kennen van een zelfregulerende biosfeer, zelfs eentje met een menselijke maat.
Tegen de achtergrond van deze mislukking lijkt de conclusie van de wetenschappers Robert Zubrin en Chris McKay in hun overzichtsartikel Technological requirements for Terraforming Mars hopeloos optimistisch: “We hebben laten zien dat binnen ruime onzekerheidsmarges over de condities op Mars, de mens drastischer verbeteringen kan aanbrengen in de levensvatbaarheid van de Rode Planeet, gebruik makend van technologieën uit het midden van de 21e eeuw...Het moet op zijn minst mogelijk zijn Mars zodanig te verjongen dat het net zo ontvankelijk wordt voor leven zoals het ooit is geweest.”
Geoloog Priem: “Terravorming wil eigenlijk het natuurlijke evolutieproces dat op aarde een paar miljard jaar heeft geduurd, in een fractie van die tijd realiseren, liefst zelfs binnen een handvol generaties. Ik geloof er helemaal niets van, zelfs nog afgezien van praktische, technische en financiële zaken. We begrijpen veel te weinig van complexe ecosystemen en we weten veel te weinig van het huidige Mars om betrouwbare modellen te maken.”
Leven terug op Krakatau
Terug naar planeet aarde. En terug naar kleine ecosystemen die we wél wetenschappelijk kunnen onderzoeken. Eind augustus 1883, na maandenlang gerommel, kwam het vulkaaneiland Krakatau in het huidige Indonesië (31 kilometer van Java en 41 kilometer van Sumatra) tot een ongekend grote uitbarsting. Het resultaat moet een inferno zijn geweest. De gloeiendhete magmastroom steriliseerde het leven volledig. Eén eiland met drie vulkanen viel uiteen in drie kleine eilandjes.
Maar het leven liet zich niet lang wegdringen. Plantenpopulatiebioloog Peter van Dijk van het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) deed samen met biologe Tracey Parrish onderzoek naar de genetische gevolgen van de eilandkolonisatie na 1883.
Van Dijk vertelt: “Een jaar na de uitbarsting koloniseerden de eerste bacteriën alweer de drie eilandjes. En die bacteriën verschilden niet van die op het nabije Java. De wind heeft ze waarschijnlijk meegenomen. Drie jaar na de verwoestende uitbarsting vond een geologische expeditie al weer planten langs de kust en een slijmlaag van blauwwier, allemaal gedijend op tientallen meters hoge vulkanische as. Rond 1915 verschenen de eerste bomen en boomgroepen temidden van het al langer aanwezige gras. Tussen 1920 en 1930 ontwikkelde zich een gesloten bos, met allerlei planten die op de bomen begonnen te groeien. Rond 1980 bevolkten al zo’n vierhonderd plantensoorten Krakatau, sommige aangevoerd via de zee, andere door de wind en weer andere verspreid door vogels en vleermuizen. De laatste nieuwe soort, een boom met zware zaden, werd vijf jaar geleden voor het eerst gevonden.”
De regeneratie van de eilanden gaat dus onverminderd voort. Wie er tegenwoordig naar toe gaat, vindt een ecosysteem dat in eerste instantie een gewoon regenwoud lijkt. “Toch is de soortenrijkdom kleiner dan die van de oorspronkelijke vegetatie”, vervolgt Van Dijk. “Uit ons onderzoek bleek echter wel dat de genetische variatie binnen vijf soorten bomen die we hadden onderzocht, net zo groot was als die op Java en Sumatra. En dat was geheel tegen de verwachting van alle wetenschappers in. Op zichzelf was die bevinding wel een goed teken, want een grote genetische variatie binnen een soort betekent dat die soort beter bestand is tegen parasieten.”
Vergelijken we de terugkeer van het leven op Krakatau met terravorming van Mars, dan zijn er eigenlijk onvergelijkbare verschillen. Krakatau is niet meer dan een klein onderdeel van een grote wereldwijde biosfeer, die als geheel niet is aangetast door de vulkaanuitbarsting. Bovendien liggen de eilandjes zo dicht bij rijke, bestaande ecosystemen dat de zee, de wind en de vogels het leven moeiteloos weer op Krakatau deponeerden. Voeg daarbij de maagdelijke gestolde lava, vol met voedingsstoffen die noodzakelijk zijn voor leven, en het is duidelijk dat de voorwaarden ideaal waren voor een terugkeer van het leven, al is het dan vooralsnog minder soortenrijk dan vóór de uitbarsting.
Bioloog Edward Wilson schreef dat een gehavend ecosysteem zich op kleine schaal vrij makkelijk kan herstellen onder twee voorwaarden. Mensen moeten de plek met rust laten en daarnaast moeten zich dichtbij andere ecosystemen bevinden, die niet zijn aangetast. Dan springt het leven wel weer makkelijk over. Op Krakatau waren alle randvoorwaarden voor nieuw leven perfect. Mars kent daarentegen niet eens de noodzakelijke basisvoorwaarden in zijn huidige atmosfeer.
Een ander fascinerend voorbeeld van terravorming op aarde is het compleet nieuwe vulkaaneilandje Surtsey, dat tussen 1963 en 1968 voor de zuidkust van IJsland uit de oceaan oprees. In 1970, twee jaar na de laatste vulkanische activiteit, vond men in de nieuwe bodem al de eerste sporen van micro-organismen die stikstof uit de bodem vastleggen. Blauwalgen bleken de eerste kolonisatoren van het eilandje te zijn. Deze algen hebben genoeg aan water, zonlicht en stikstof in de bodem. Voor onderzoekers is Surtsey nog steeds een prachtige plek om het ontstaan van leven op een geheel nieuw stukje aarde te onderzoeken. Net als op Krakatau, ontstond er op Surtsey binnen de kortste keren leven dat van de directe omgeving oversprong.
Woestijn vruchtbaar maken
Woestijnen zijn verzengend heet en kurkdroog, maar op beperkte schaal is er wel degelijk leven. In die zin verschilt het van terravorming die op dode aarde ontstaat. Het menselijk ingrijpen in woestijnen heeft een wisselend succes gekend. Op relatief kleine schaal is het in de Israëlische Negev-woestijn gelukt om delen vruchtbaar te maken. Priem: “Daar zie je stukken aarde die eeuwenlang gortdroog waren en waar helemaal niets was, maar die er nu uitzien als groene oases. De Israëli ontzilten met zonne-energie zout water bij Eilat en voeren het vervolgens via ondergrondse buizen aan. Met een efficiënte druppelmethode wordt het water onder de grond in de bodem gedruppeld. Bovengronds sproeien zou tot veel te veel verdamping in die gloeiende hitte leiden. Als je vervolgens de geschikte gewassen zoekt, die in aanwezigheid van voldoende water wel die hitte kunnen verdragen, dan kun je woestijn inderdaad vruchtbaar maken. Maar uiteraard gaat het dan om kleine stukken, niet om de hele Negev-woestijn.”
Het veel grootschaligere plan van de Sovjets onder Stalin om de woestijn ten oosten van de Kaspische Zee (in het huidige Turkmenistan) vruchtbaar te maken voor de katoenteelt, is daarentegen op een totale mislukking uitgelopen. Rond 1954 groeven de Sovjets een 1150 kilometer lang kanaal om water van de rivier Amoe Darja af te tappen en de woestijn in het huidige Turkmenistan te bevloeien. Maar het water wilde niet stromen, er ontstonden moerassen in het eerste deel, water verdween in de zandige woestijngrond en onder het felle zonlicht woekerden allerlei algen en planten. Een ander monstrueus Russische megaplan, dat van de omkering van drie rivieren in Europees Rusland en twee in Siberië, is na decennialang intensief ingenieurswerk uiteindelijk in de jaren tachtig tot stilstand gekomen. Tijdens het presidentschap van Gorbatsjov concludeerde een onderzoekscommissie dat de milieurisico’s van de ombuiging ongekend groot waren.
Priem: “De Sovjets wilden het veel te groots aanpakken. Op kleine schaal kun je succes bereiken, zoals Israël in de Negev laat zien. Hoe groter je echter de schaal maakt, hoe slechter je kunt voorspellen wat er gaat gebeuren, en hoe drastischer de ingreep in het ecosysteem.”
Extreem leven
Terravorming onderzoeken betekent ook de mogelijkheid van leven op extreme locaties onderzoeken. NASA-wetenschapper Chris McKay, een van de specialisten op het gebied van terravorming, doet bijvoorbeeld dit soort studies. Aan de ene kant hebben wetenschappers nog geen buitenaards leven gevonden. Maar aan de andere kant blijkt juist de laatste jaren dat het leven binnen de aardse biosfeer veel wijder verbreid is dan altijd gedacht.
“We vinden levenssporen van hoog in de stratosfeer tot diep in de aardbodem”, zegt Priem. “Men heeft zelfs levenskrachtige sporen gevonden in de resten van insecten die veertig miljoen jaar geleden ingesloten werden door het hars van bomen, en vervolgens tot barnsteen zijn verhard. Nog maar tot enkele jaren geleden hadden we het bestaan van microbieel leven in graniet en basalt op kilometers diepte niet vermoed. We weten nu veel meer over extremofielen, organismen die juist leven in extreme omgevingen waar in eerste instantie geen leven mogelijk lijkt. Dan gaat het om kokendheet water in geisers, zwavelhoudende heetwaterbronnen, en de nabije omgeving van ‘black smokers’: opspuitende fonteinen van water met een temperatuur tussen drie- en vierhonderd graden Celsius, waar de druk driehonderd bar is. Maar wetenschappers vinden ook microbieel leven in omgevingen van met zout verzadigd water, Antarctisch ijs dat nooit warmer wordt dan min-dertig graden Celsius, en poriënwater onder hoge temperatuur en druk in diepe gesteenten.”
De oudst bekende sporen van microbieel leven zijn gevonden in een 3,8 miljard jaar oude sedimentformatie in West-Groenland. Daar is het destijds afgezet in een warme oceanische omgeving onder een koolstofdioxidedampkring zonder zuurstof, ook niet bepaald een omgeving die we snel associëren met leven.
“En er zijn ook bacteriën die onverwacht veel weerstand hebben tegen ultraviolette en radioactieve straling”, zegt Priem. “Het blijkt dat zij de opgelopen DNA-schade kunnen repareren en zo toch overleven. De bacterie Deinococcus radiodurans overleeft gammastraling die duizenden malen hoger is dan de voor de mens dodelijke hoeveelheid. Ook sommige eencellige kiezelwieren blijken te gedijen in een zwaar radioactieve omgeving. Laboratoriumproeven hebben bovendien aangetoond dat aardse archaebacteriën als Pseudomonas en Aerobacter zelfs de condities op Mars kunnen overleven en zich er kunnen vermenigvuldigen.” Maar met dit soort extreem leven is het consciëntieuze tweestappenplan voor de terravorming van de Rode Planeet bij lange na niet geholpen.
Martyn Fogg besluit zijn artikel Terraforming Mars: A review of Research met de woorden: “Behalve van haar mogelijke rol als een langetermijn-doel voor ruimte-exploratie, is dit werk [modellen voor de terravorming van Mars] nu al waardevol als een stimulerend, interdisciplinair gedachte-experiment dat van nut is in het onderwijs, de terrestriale planetologie en de entertainmentmedia.”
Terravorming van de Rode Planeet is niet langer de sciencefiction die het was in de eerste helft van de 20e eeuw, toen het idee voor het eerst in de sciencefictionliteratuur opdook. Maar het heeft zeker nog niet het gedegen wetenschappelijk karakter dat nodig is om het idee in praktische zin serieus te nemen. We weten nog veel te weinig van Mars en we begrijpen nog veel te weinig van alle relevante processen in een zelfregulerende biosfeer. Voorlopig kan de menselijke intelligentie bij lange na niet tippen aan de intelligentie van de zelfregulerende aardse biosfeer. Die laatste kan dode aarde wél makkelijk levend maken.
Informatie
www.astrobiology.com/terraforming.html Pagina met links naar een aantal belangrijke technische, wetenschappelijke en opinieartikelen over de terravorming van Mars, onder andere van vooraanstaande terravormingonderzoekers Robert Zubrin, Chris McKay en Martyn Fogg.
www.marssociety.nl/terrafor.php Nederlandstalige pagina van de Mars Society Nederland met een introductie over terravorming. Met veel links naar meer specialistische Engelstalige artikelen.
www.marssociety.nl/rogro.html Online-debat tussen voor- en tegenstanders van de terravorming van Mars, op de site van de Mars Society Nederland
www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/simul.htm Simulatieprogramma waarmee je een aantal karakteristieken van Mars kunt veranderen. Het programma berekent hoe diverse andere karakteristieken van Mars vervolgens wijzigen, in ieder geval volgens Martyn Foggs model. Helaas nog niet uitgerust met een mooie Marskaart die de veranderingen ook visueel weergeeft.
www.geocities.com/fra_nl/ Toekomstige landkaart van een door terravorming veranderend Mars
www.open2.net/diyscience/ecosphere/ Schep een virtueel ecosysteem
www.vulkaner.no/n/surtsey/esurtmenu.html Het ontstaan van leven op het IJslandse vulkaaneilandje Surtsey dat in 1963 plotseling uit de oceaan oprees.
Literatuur
Systeem aarde, Cahiers Bio-wetenschappen en maatschappij, 2003, ISBN 9073196345
Sunday, March 23, 2008
Waarom kun je over moeilijke beslissingen beter een nachtje slapen?
Dit artikel is gepubliceerd in Trouw, 17 maart 2008
Wel of niet verkassen naar het buitenland? Wel of niet trouwen met je geliefde? We hebben met de paplepel meegekregen dat we daar goed over moeten nadenken. Liefst zelfs een lijstje maken met voors en tegens. Daarmee overschatten we ons bewustzijn. Dat laat psycholoog Ap Dijksterhuis met een serie recente psychologische experimenten zien in zijn vorig jaar verschenen boek Het slimme onbewuste.
Nee, het onbewuste is niet iets vaags. Het is een etiket voor alle hersenprocessen die ons laten functioneren zonder door te dringen tot het bewustzijn. Aansturing van onze ademhaling bijvoorbeeld, of registreren van wat we om ons heen zien en horen. Allemaal functies van de evolutionair oudste delen van onze hersenen. Wanneer we op de fiets bliksemsnel uitwijken voor een overstekende voetganger, doen we dat eerder dan we beseffen. Vaak bepalen onbewuste processen ons gedrag. Slechts af en toe is het onbewuste zo aardig een verslagje door te geven aan het bewustzijn.
Dijksterhuis deed een fraai experiment. Hij liet proefpersonen kiezen uit vier (virtuele) appartementen, elk beschreven met twaalf aspecten. Een van de vier was het beste, en had acht positieve en vier negatieve kanten. De andere drie hadden vijf positieve en zeven negatieve kenmerken. De proefpersonen werden in drie groepen verdeeld. Snelle beslissers moesten meteen kiezen. Bewuste beslissers mochten een aantal minuten goed nadenken. Onbewuste beslissers werden eerst een tijdje afgeleid met een andere activiteit, zodat hun onbewuste tegelijkertijd de bewust opgenomen informatie kon herkauwen.
Zoals verwacht, presteerden de snelle beslissers het slechtste. De bewuste beslissers deden het beter, maar van de onbewuste beslissers nam het hoogste percentage de beste beslissing. Een hele nacht slapen hoeft dus niet altijd. Korter informatie parkeren in het onbewuste kan ook al helpen. De Harvard Business Review koos de conclusie van het het experiment als een van de Breakthrough Ideas for the Year 2007. Een nachtje slapen voor een betere beslissing – dat is nog eens een goedkope oplossing voor managers!
Eén experiment is geen experiment. Toch zijn diverse andere recente studies tot dezelfde conclusie gekomen. Zo bleek dat consumenten die eenvoudige producten hadden gekocht (zoals een handdoek) tevredener waren naarmate ze bewuster nadachten, maar dat consumenten die complexe producten kochten (zoals een auto) tevredener waren als ze ook het onbewuste een tijdje zijn werk hadden laten doen. Wie te veel nadenkt over een beslissing, gaat argumenten die makkelijk in woorden te vatten zijn belangrijker vinden dan moeilijk te formuleren argumenten. Probeer maar eens te vertellen waarom je geliefde je geliefde is.
Het bewustzijn kan dingen alleen maar een voor een doen, en verwerkt maximaal ongeveer zestig bits per seconde. Het onbewuste kan een heleboel tegelijk en kan in een seconde bijna tweehonderdduizend maal zoveel informatie verwerken: 11,2 miljoen bits. Denk alleen maar aan de hoeveelheid informatie die in bewegende beelden met geluid zit. Bij eenvoudige beslissingen, die je precies kunt formuleren, werkt bewust nadenken goed. Maar hoe gecompliceerder de beslissing, hoe beter het is er een nachtje over te slapen.
Wel of niet verkassen naar het buitenland? Wel of niet trouwen met je geliefde? We hebben met de paplepel meegekregen dat we daar goed over moeten nadenken. Liefst zelfs een lijstje maken met voors en tegens. Daarmee overschatten we ons bewustzijn. Dat laat psycholoog Ap Dijksterhuis met een serie recente psychologische experimenten zien in zijn vorig jaar verschenen boek Het slimme onbewuste.
Nee, het onbewuste is niet iets vaags. Het is een etiket voor alle hersenprocessen die ons laten functioneren zonder door te dringen tot het bewustzijn. Aansturing van onze ademhaling bijvoorbeeld, of registreren van wat we om ons heen zien en horen. Allemaal functies van de evolutionair oudste delen van onze hersenen. Wanneer we op de fiets bliksemsnel uitwijken voor een overstekende voetganger, doen we dat eerder dan we beseffen. Vaak bepalen onbewuste processen ons gedrag. Slechts af en toe is het onbewuste zo aardig een verslagje door te geven aan het bewustzijn.
Dijksterhuis deed een fraai experiment. Hij liet proefpersonen kiezen uit vier (virtuele) appartementen, elk beschreven met twaalf aspecten. Een van de vier was het beste, en had acht positieve en vier negatieve kanten. De andere drie hadden vijf positieve en zeven negatieve kenmerken. De proefpersonen werden in drie groepen verdeeld. Snelle beslissers moesten meteen kiezen. Bewuste beslissers mochten een aantal minuten goed nadenken. Onbewuste beslissers werden eerst een tijdje afgeleid met een andere activiteit, zodat hun onbewuste tegelijkertijd de bewust opgenomen informatie kon herkauwen.
Zoals verwacht, presteerden de snelle beslissers het slechtste. De bewuste beslissers deden het beter, maar van de onbewuste beslissers nam het hoogste percentage de beste beslissing. Een hele nacht slapen hoeft dus niet altijd. Korter informatie parkeren in het onbewuste kan ook al helpen. De Harvard Business Review koos de conclusie van het het experiment als een van de Breakthrough Ideas for the Year 2007. Een nachtje slapen voor een betere beslissing – dat is nog eens een goedkope oplossing voor managers!
Eén experiment is geen experiment. Toch zijn diverse andere recente studies tot dezelfde conclusie gekomen. Zo bleek dat consumenten die eenvoudige producten hadden gekocht (zoals een handdoek) tevredener waren naarmate ze bewuster nadachten, maar dat consumenten die complexe producten kochten (zoals een auto) tevredener waren als ze ook het onbewuste een tijdje zijn werk hadden laten doen. Wie te veel nadenkt over een beslissing, gaat argumenten die makkelijk in woorden te vatten zijn belangrijker vinden dan moeilijk te formuleren argumenten. Probeer maar eens te vertellen waarom je geliefde je geliefde is.
Het bewustzijn kan dingen alleen maar een voor een doen, en verwerkt maximaal ongeveer zestig bits per seconde. Het onbewuste kan een heleboel tegelijk en kan in een seconde bijna tweehonderdduizend maal zoveel informatie verwerken: 11,2 miljoen bits. Denk alleen maar aan de hoeveelheid informatie die in bewegende beelden met geluid zit. Bij eenvoudige beslissingen, die je precies kunt formuleren, werkt bewust nadenken goed. Maar hoe gecompliceerder de beslissing, hoe beter het is er een nachtje over te slapen.
Wanneer begint de volgende ijstijd?
Dit artikel is gepubliceerd in Trouw, 10 maart 2008
Geologisch gezien zijn ijstijden de afgelopen half miljoen jaar de norm geweest en is de huidige warme periode een uitzondering. Al 11,5 duizend jaar heeft de mens het geluk in een interglaciaal te leven, een relatief warme periode tussen ijstijden in. IJstijden duren ruwweg 90.000 jaar en worden afgewisseld met kortere warme perioden. De warme perioden duren tussen enkele duizenden jaren tot meer dan tienduizend jaar bij de huidige piek. Maar er komt onherroepelijk een einde aan. Dan breekt een lange ijstijd aan en groeien de aardse ijskappen flink. De noordpoolkap verovert dan Scandinavië, Canada en soms zelfs Noord-Nederland. De Utrechtse heuvelrug en de Veluwe zijn er het gevolg van. In ijstijden ligt de wereldgemiddelde temperatuur tussen de twee en acht graden lager dan die van de huidige warme periode.
Voorspellen wanneer de volgende ijstijd begint, is buitengewoon moeilijk. Drie factoren spelen zeker een rol. De licht ellipsvormige baan van de aarde om de zon is soms iets ronder en soms iets minder rond. Dat maakt uit voor hoe dicht de aarde gemiddeld bij de zon staat en dus hoeveel zonne-energie de aarde ontvangt. Die vorm varieert in een cyclus van ongeveer 100.000 jaar. Ten tweede doet de stand van de aardas een duit in het zakje. Omdat deze schuin staat, kent de aarde seizoenen. Met een cyclustijd van zo’n 41.00 jaar verandert de hoek een klein beetje. Is de hoek iets kleiner, dan zijn de zomers iets koeler. De derde belangrijke invloed ontstaat doordat de aardas niet alleen een beetje van hoek verandert, maar ook heel langzaam wiebelt rond de verticaal, net zoals een tol doet wanneer hij niet meer op zijn hardst ronddraait. Dat wiebelen gebeurt met een cyclus van ongeveer 23.000 jaar.
Deze drie effecten spelen door elkaar heen. Maar in de getallen zitten flinke onzekerheden, en geen wetenschapper zal beweren dat hij het geologisch grillige temperatuurverloop precies kan reconstrueren, laat staan voorspellen. Op een tijdschaal van honderdduizenden jaren zit er een regelmatig patroon in, maar de details op een schaal van honderden jaren begrijpen we (nog) niet. Er lijkt een chaotisch effect in te zitten. Bij het voorspellen van de volgende ijstijd moeten we dus een stevige slag om de arm houden. “Op grond van alleen deze drie factoren zou het waarschijnlijk nog zo’n 50.000 jaar duren voor de volgende ijstijd begint”, denkt Hans Renssen, universitair hoofddocent paleoklimatologie – het klimaat in het verre verleden – van de Vrije Universiteit Amsterdam.
Inmiddels is de menselijke bemoeienis erbij gekomen. Het verstoken van fossiele brandstoffen heeft meer broeikasgas in de atmosfeer gebracht dan er de afgelopen honderdduizenden jaren van nature in zat. Renssen: “Het extra broeikasgas zou het aanbreken van de volgende ijstijd kunnen uitstellen. Verschillende modellen doen echter sterk uiteenlopende voorspellingen. Volgens het meest extreme model breekt de volgende ijstijd pas over 500.000 jaar aan. Andere modellen houden op 100.000 jaar. Ik denk dat dat realistischer is.” Hoe het ook zij, na opwarming komt afkoeling, en niet zo’n beetje ook. Dat is een geologische waarheid als een koe.
Geologisch gezien zijn ijstijden de afgelopen half miljoen jaar de norm geweest en is de huidige warme periode een uitzondering. Al 11,5 duizend jaar heeft de mens het geluk in een interglaciaal te leven, een relatief warme periode tussen ijstijden in. IJstijden duren ruwweg 90.000 jaar en worden afgewisseld met kortere warme perioden. De warme perioden duren tussen enkele duizenden jaren tot meer dan tienduizend jaar bij de huidige piek. Maar er komt onherroepelijk een einde aan. Dan breekt een lange ijstijd aan en groeien de aardse ijskappen flink. De noordpoolkap verovert dan Scandinavië, Canada en soms zelfs Noord-Nederland. De Utrechtse heuvelrug en de Veluwe zijn er het gevolg van. In ijstijden ligt de wereldgemiddelde temperatuur tussen de twee en acht graden lager dan die van de huidige warme periode.
Voorspellen wanneer de volgende ijstijd begint, is buitengewoon moeilijk. Drie factoren spelen zeker een rol. De licht ellipsvormige baan van de aarde om de zon is soms iets ronder en soms iets minder rond. Dat maakt uit voor hoe dicht de aarde gemiddeld bij de zon staat en dus hoeveel zonne-energie de aarde ontvangt. Die vorm varieert in een cyclus van ongeveer 100.000 jaar. Ten tweede doet de stand van de aardas een duit in het zakje. Omdat deze schuin staat, kent de aarde seizoenen. Met een cyclustijd van zo’n 41.00 jaar verandert de hoek een klein beetje. Is de hoek iets kleiner, dan zijn de zomers iets koeler. De derde belangrijke invloed ontstaat doordat de aardas niet alleen een beetje van hoek verandert, maar ook heel langzaam wiebelt rond de verticaal, net zoals een tol doet wanneer hij niet meer op zijn hardst ronddraait. Dat wiebelen gebeurt met een cyclus van ongeveer 23.000 jaar.
Deze drie effecten spelen door elkaar heen. Maar in de getallen zitten flinke onzekerheden, en geen wetenschapper zal beweren dat hij het geologisch grillige temperatuurverloop precies kan reconstrueren, laat staan voorspellen. Op een tijdschaal van honderdduizenden jaren zit er een regelmatig patroon in, maar de details op een schaal van honderden jaren begrijpen we (nog) niet. Er lijkt een chaotisch effect in te zitten. Bij het voorspellen van de volgende ijstijd moeten we dus een stevige slag om de arm houden. “Op grond van alleen deze drie factoren zou het waarschijnlijk nog zo’n 50.000 jaar duren voor de volgende ijstijd begint”, denkt Hans Renssen, universitair hoofddocent paleoklimatologie – het klimaat in het verre verleden – van de Vrije Universiteit Amsterdam.
Inmiddels is de menselijke bemoeienis erbij gekomen. Het verstoken van fossiele brandstoffen heeft meer broeikasgas in de atmosfeer gebracht dan er de afgelopen honderdduizenden jaren van nature in zat. Renssen: “Het extra broeikasgas zou het aanbreken van de volgende ijstijd kunnen uitstellen. Verschillende modellen doen echter sterk uiteenlopende voorspellingen. Volgens het meest extreme model breekt de volgende ijstijd pas over 500.000 jaar aan. Andere modellen houden op 100.000 jaar. Ik denk dat dat realistischer is.” Hoe het ook zij, na opwarming komt afkoeling, en niet zo’n beetje ook. Dat is een geologische waarheid als een koe.
Saturday, March 8, 2008
Op dun ijs
Van de Canadian Coast Guard en de CFL-onderzoekers heb ik de bevestiging gekregen dat ik van 24 april tot 8 mei 2008 op de Amundsen-onderzoeksijsbreker welkom ben. Een vliegtuig brengt me vanuit het Noord-Canadese Inuvik naar de ijsbreker, en twee weken later weer terug.
Tijd om me te verdiepen in het onderzoek.
De Amundsen is een soort varend laboratorium, dat een deel van de beroemde Noordwestpassage bevaart. De Noordwestpassage is de eeuwenlang gezochte korte vaarroute van Noord-Europa naar Azië: onder Groenland langs; tussen vrijwel onbewoonde Canadese eilanden door; over de Beaufort Zee en ten slotte door de Bering Straat richting China en Japan. Verreweg het grootste deel van het jaar verhindert zeeijs deze vaarroute. ’s Zomers ligt er minder zeeijs dan ’s winters, maar meestal nog meer dan genoeg om de Noordwestpassage onbevaarbaar te maken. Slechts enkele keren is het gelukt van Noord-Europa via de Noordwestpassage naar Azië te varen.
De afgelopen drie decennia is het zeeijsoppervlak van de Noordpool geslonken: 8,9% per decennium in september (wanneer het zeeijsoppervlak minimaal is), en met 2,5% per decennium in maart (wanneer het zeeijsoppervlak maximaal is). Ook wordt het ijs dunner. Waar twintig jaar geleden het poolijs in februari voor zestig procent uit ijs ouder dan twee jaar bestond (dik ijs), is dat nu nog maar dertig procent.
Komt dit door het broeikaseffect of is het gewoon een natuurlijke variatie? We hebben pas drie decennia satellietmetingen. Wat er daarvoor gebeurde is minder goed bekend.
De aanwijzingen uit klimaatmodellen zijn stevig dat het broeikaseffect er debet aan is, maar ik hoor er graag meer over van de onderzoekers op de Amundsen. Het modelleren van hoe zeeijs zich gedraagt, is erg complex. Luchttemperatuur, watertemperatuur, wind, zeestromingen, de hoeveelheid sneeuw die op het ijs valt – ze spelen allemaal tegelijk een rol.
Hoofdonderzoeker op de Amundsen – en zeeijsspecialist – Dave Barber (Canada Research Chair in Arctic System Science, University of Manitoba) beschouwde zich jarenlang als een klimaatscepticus en dacht eerst dat het zeeijs gewoon door een natuurlijk toeval in oppervlakte afnam. Maar ook hij denkt dat de veranderingen te snel gaan om ze nog aan natuurlijke variaties toe te schrijven. Ik wil graag van hem horen wat zijn argumenten zijn. Volgens Barber is er geen zomer in de afgelopen miljoen jaar geweest waarin de noordpool ijsvrij was. En als de modelberekeningen kloppen, kan dat binnen een paar decennia voor het eerst wel gebeuren.
So what? Wat maakt het uit dat de Noordpool smelt?
So what? Wat maakt het uit dat de Noordpool smelt?
Het afnemende zeeijs heeft negatieve gevolgen voor het klimaat (minder lichtterugkaatsing, met een versterkte opwarming als gevolg), voor de pool-ecologie en voor de Inuïtbewoners in de poolstreken. Maar positieve gevolgen voor de scheepvaart (sneller en vaker van noord naar west) en voor de olie- en gasexploratie in het poolgebied (een kwart van de geschatte onontgonnen oliereserves op aarde). Hoewel deze positieve effecten op termijn dan weer negatieve gevolgen voor het milieu hebben…
De Amundsen doet experimenteel onderzoek op het deel van de Noordwestpassage dat ligt tussen Banks Island en het Canadese vasteland: de Amundsen Golf. Hier ontstaan breuken in het zeeijs, omdat het losliggende, centrale zeeijs heen en weer beweegt, terwijl het kust-zeeijs vastzit aan het Canadese vasteland. Die breuken ontstaan vaak in de herfst. In de winter bevriezen ze een beetje, maar het ijs blijft er dun. De breuken komen in het hele noordpoolgebied voor, en staan bekend onder de naam Circumpolar Flaw Leads. Behalve breuken komen er ook grotere open stukken in het zeeijs voor: polynya’s.
Juist deze breuken en polynya’s zijn door hun geringe ijsbedekking gevoelig voor klimaatverandering. Het hoeft maar iets warmer te worden en de breuken en polynya’s vriezen ook in de winter niet meer dicht.
De Amundsen-onderzoekers richten zich op de breuken in het ijs: de Circumpolar Flaw Lead Study (CFL). De vraag is hoe het zeeijs verandert, en wat de gevolgen zijn voor het fysische en biologische systeem: van de bodem van de oceaan tot de top van de atmosfeer, van virussen tot ijsberen. Het is voor het eerst dat zo’n ijsbreuk een heel jaar lang wordt bestudeerd.
Internet
About sea ice: http://nsidc.org/sotc/sea_ice.html
About the CFL-study: http://ipy-cfl.ca/index.html
Internet
About sea ice: http://nsidc.org/sotc/sea_ice.html
About the CFL-study: http://ipy-cfl.ca/index.html
Photos of the Arctic and the Amundsen: http://www.arcticnet-ulaval.ca/index.php?fa=PhotoGallery.home
Books about the Arctic and Arctic exploration
United Nations Environment Programme. Global outlook for ice and snow. (2007)
Barry Lopez. Arctic Dreams. (1986)
Pierre Berton. The Arctic Grail - The quest for the Northwest Passage and the north pole, 1818-1909. (1988)
Elizabeth Kolbert (ed.). The Arctic. (2007) [A collection of great writing about the Arctic, with stories from John Franklin, Elisha Kent Kane, Jules Verne, Fridtjof Nansen and Robert Peary)]
Digitaal zoeken in handgeschreven archieven
Hoe kun je op een Google-achtige manier door grote hoeveelheden handgeschreven archiefmateriaal zoeken? Informatici werken samen met natuurhistorisch museum Naturalis en het Nationaal Archief aan machinelerende technieken om dat voor elkaar te krijgen.
Dit artikel is gepubliceerd in Informatieprofessional, maart 2008
Het Nationaal Archief beheert de archieven van het Kabinet der Koningin: dikke boeken met de ministeriële besluiten die de koningin heeft ondertekend. Een groot deel van dit archief is handgeschreven. In het onderzoeksproject SCRATCH (Script Analysis Tools for the Cultural Heritage) werken onderzoekers van de Universiteit van Groningen samen met het Nationaal Archief om in die handgeschreven archieven digitaal te zoeken. Wie bijvoorbeeld een grootvader heeft die gelegerd was in Indonesië, zou op grootvaders naam in de gedigitaliseerde archieven willen zoeken.
Helaas werken bestaande technieken voor het omzetten van analoge in digitale teksten niet voor willekeurig handgeschreven materiaal. De enorme diversiteit van de soort informatie stelt een computer nog voor onoverkomelijke problemen. Alleen in gesloten domeinen, zoals bij de herkenning van kentekenplaten of de herkenning van adresvelden op postenveloppen, lukt het redelijk. Maar hier weet de computer precies welk soort informatie hij voorgeschoteld krijgt.
“Het Kabinet der Koningin heeft ongeveer dertig meter handgeschreven archief, als je alle boeken rug aan rug zet”, vertelt SCRATCH-projectleider Lambert Schomaker van de Universiteit van Groningen. “Wij beloven niet dat we al het handgeschreven materiaal foutloos kunnen omzetten in digitale teksten. Dat is echt nog te moeilijk. Er zit zoveel ruis op de pagina’s: door elkaar lopende letterlussen, inktvlekken, verschillende spatieafstanden tussen woorden. Dat bemoeilijkt automatische herkenning enorm. We staan eigenlijk voor het dilemma of we heel weinig gedigitaliseerde tekst willen, maar dan wel vrijwel exact omgezet, of dat we genoegen nemen met minder exact, maar dan wel heel veel materiaal. Wij hebben voor dat laatste gekozen omdat we denken dat je zo een brede groep van gebruikers kunt bedienen. Wij richten ons in eerste instantie op het ontwikkelen van een techniek die woorden herkent op hun geschreven vorm: het woordbeeld. En die vorm varieert natuurlijk van schrijver tot schrijver.”
De SCRATCH-onderzoekers hebben tot nu toe het hele archief van 1903 eerst gescand als beeldbestanden en daarna automatisch verwerkt tot digitale tekstbestanden. Het systeem is nu getraind op het herkennen van het handschrift van die ene klerk die het materiaal uit 1903 heeft geschreven. Voor historici zit er allerlei interessante informatie tussen. Schomaker: “We komen bijvoorbeeld veel besluiten tegen over grondonteigening. Het blijkt dat in 1903 het spoorwegnetwerk in rap tempo werd uitgebreid. Meer en meer plaatsen werden opgenomen in het treinnetwerk, en daarvoor waren veel grondonteigeningsprocedures nodig.”
Annotatie speelt een cruciale rol in het SCRATCH-onderzoek. Schomaker: “Om het handgeschreven archief te ontsluiten, combineren we de specialistische kennis van medewerkers van het Nationaal Archief met onze machinelerende software. Daarvoor bieden we hen via het web ons gedigitaliseerde archiefmateriaal aan. Stapje voor stapje verbeteren de medewerkers vervolgens de annotatie door foute zoekresultaten te corrigeren. Zij annoteren eerst de pagina’s, dan de regels en ten slotte de woorden. Nu hebben we zo’n 29.000 geannoteerde regels en 50.000 geannoteerde woorden. Dat is al een goudmijn. Elk woordlabel vertelt of een woord een plaatsnaam is een eigennaam, enzovoort. Hierop laten we onze technieken van patroonherkenning en kunstmatige intelligentie los. Vervolgens kun je bijvoorbeeld zoeken op een persoonsnaam of een plaatsnaam. Twee medewerkers van het Nationaal Archief gebruiken ons systeem nu om de annotaties van de eindgebruikers te controleren. Er is nu ook voor gezorgd dat we een grote nieuwe collectie kunnen digitaliseren. Door de collectie van 1903 zijn we namelijk heen. De meest interessante resultaten kunnen we bereiken als we door meerdere jaren heen kunnen zoeken.”
Hebben jullie een Griekse zeeschildpad?
In tegenstelling tot het SCRATCH-project gaat het project MITCH er al vanuit dat de handgeschreven tekst is omgezet naar gedigitaliseerde tekst. In MITCH (Mining for Information in Texts from the Cultural Heritage) werken de Universiteit van Tilburg en Naturalis samen om gedigitaliseerde versies van oude, handgeschreven logboeken handig doorzoekbaar te maken via een Google-achtig zoeksysteem. Museum Naturalis in Leiden bewaart een groot aantal dieren en planten, die de afgelopen eeuwen zijn verzameld. Deze vondsten zijn beschreven in grotendeels handgeschreven logboeken. Biologen noteerden wat ze gevonden dachten te hebben, waar de vondst werd gedaan, hoe, wanneer enzovoort.
“Naturalis heeft zo’n tachtig boeken met reptielen en amfibieën pagina voor pagina gefotografeerd en laten overtikken in digitale bestanden”, vertelt MITCH-projectleider Antal van de Bosch van de Universiteit van Tilburg. “Dan heb je ruwe tekstbestanden, met alle vaagheid en dubbelzinnigheid van natuurlijk taalgebruik. Ons doel is nu om ervoor te zorgen dat natuurhistorici, taxonomen en collectiebeheerders op een handige manier door alle informatie heen kunnen zoeken. Naturalis krijgt bijvoorbeeld als vraag van een ander museum: ‘Hebben jullie een Griekse zeeschildpad in de collectie?’ Dan wil de collectiebeheerder niet alleen ja of nee kunnen antwoorden, maar, als hij die zeeschildpad in de collectie heeft, ook de logboekinformatie van de betreffende vondst erbij geven. Om door die ruwe tekstbestanden heen te zoeken, gebruiken we machinelerende technieken.”
De computer leert aan de hand van tientallen tot honderden voorbeelden om de gedigitaliseerde logboeken volautomatisch in betekenisvolle stukjes te knippen. Elk stukje staat voor een bepaald deel van de beschrijving van een dier of een plant (naam, vindplaats, biotoop, tijdstip…). Een groot probleem is dat geen enkele beschrijving van een vondst zich aan een standaard houdt, en dat het voor een computer moeilijk is om te zien waar het ene deel van de beschrijving ophoudt en het andere begint. Bovendien loopt de computer aan tegen het probleem dat de meeste woorden meerdere betekenissen hebben. Van den Bosch: “In logboeken betekent N.W. meestal ‘noordwest’. Maar soms kan N.W. ook wel eens slaan op de initialen van een persoon. Dit soort problemen komen we overal tegen.”
Van den Bosch laat in een demonstratieversie zien wat het zoeksysteem nu al kan. Tik je de Latijnse naam in voor de Griekse zeeschildpad – Testudo Graeca – dan geeft de Naturaliscollectie acht gevonden zeeschildpadexemplaren. Bij elk resultaat staat de volledige naam van het dier, een foto of een filmpje, de vindplaats en andere relevante informatie. Elk deel van de beschrijving heeft een andere kleur. De vindplaatsen verschijnen ook op een kaart via Google Maps.
Sommige logboeken zijn in de afgelopen vijftien jaar al handmatig omgezet in een digitale database. Dat gebeurt nooit foutloos. Van den Bosch laat het voorbeeld zien van specimen nummer 14655: een slang. Het zoeksysteem toont een lampje als icoon. “Dat betekent dat het systeem waarschijnlijk een fout heeft gevonden. In dit geval heeft iemand ‘amfibie’ ingevoerd, terwijl een slang een reptiel is. Dit is nog een eenvoudige fout, maar er komen allerlei fouten voor die alleen door experts herkend worden. We hebben de museumexpert nodig voor correcties van de metadata. Dat is een vorm van annotatie. Onze geautomatiseerde textmining is dus niet alleen een zoekmachine voor de museumprofessional, maar ook een annotatie-instrument voor de professional om de database te corrigeren.”
Zowel SCRATCH als MITCH ontwikkelen technieken die een veel bredere toepassing hebben dan alleen voor het Nationaal Archief of voor Naturalis. In principe kan de machinelerende software voor alle typen handgeschreven archieven worden gebruikt. Alleen moet de software voor ieder nieuw type archief opnieuw worden getraind in samenwerking met museum- of archiefmedewerkers.
CATCH
CATCH (Continuous Access To Cultural Heritage) is een onderzoeksprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) gericht op het digitaal toegankelijk maken van het Nederlandse culturele erfgoed. Dat erfgoed is beschikbaar in de vorm van teksten (zoals logboeken en rijksarchieven), beelden (zoals foto’s, film, tv en schilderijen) en geluiden (zoals radio-uitzendingen). CATCH gaat niet over het omzetten van analoog erfgoed naar een digitale vorm – dat lukt al vrij goed – maar juist om de digitale gegevens handig doorzoekbaar te maken.
In CATCH werken informaticawetenschappers samen met geesteswetenschappers en beheerders bij culturele erfgoedinstellingen zoals de Koninklijke Bibliotheek, het Nederlands Instituut voor Beeld en Geluid en natuurhistorisch museum Naturalis. CATCH ging van start in november 2004 en loopt tot 2009. Het onderzoeksprogramma is onderverdeeld in tien projecten, die elk een onderzoeksteam hebben bestaande uit een promovendus, een postdoc, een wetenschappelijk programmeur, senior onderzoekers van universiteiten en senior stafleden van culturele instellingen.
Internet
Overzicht van alle CATCH-projecten en een doorverwijzing naar de bijbehorende demo’s: www.nwo.nl/catch
www.ai.rug.nl/~lambert/
http://ilk.uvt.nl/mitch
Dit artikel is gepubliceerd in Informatieprofessional, maart 2008
Het Nationaal Archief beheert de archieven van het Kabinet der Koningin: dikke boeken met de ministeriële besluiten die de koningin heeft ondertekend. Een groot deel van dit archief is handgeschreven. In het onderzoeksproject SCRATCH (Script Analysis Tools for the Cultural Heritage) werken onderzoekers van de Universiteit van Groningen samen met het Nationaal Archief om in die handgeschreven archieven digitaal te zoeken. Wie bijvoorbeeld een grootvader heeft die gelegerd was in Indonesië, zou op grootvaders naam in de gedigitaliseerde archieven willen zoeken.
Helaas werken bestaande technieken voor het omzetten van analoge in digitale teksten niet voor willekeurig handgeschreven materiaal. De enorme diversiteit van de soort informatie stelt een computer nog voor onoverkomelijke problemen. Alleen in gesloten domeinen, zoals bij de herkenning van kentekenplaten of de herkenning van adresvelden op postenveloppen, lukt het redelijk. Maar hier weet de computer precies welk soort informatie hij voorgeschoteld krijgt.
“Het Kabinet der Koningin heeft ongeveer dertig meter handgeschreven archief, als je alle boeken rug aan rug zet”, vertelt SCRATCH-projectleider Lambert Schomaker van de Universiteit van Groningen. “Wij beloven niet dat we al het handgeschreven materiaal foutloos kunnen omzetten in digitale teksten. Dat is echt nog te moeilijk. Er zit zoveel ruis op de pagina’s: door elkaar lopende letterlussen, inktvlekken, verschillende spatieafstanden tussen woorden. Dat bemoeilijkt automatische herkenning enorm. We staan eigenlijk voor het dilemma of we heel weinig gedigitaliseerde tekst willen, maar dan wel vrijwel exact omgezet, of dat we genoegen nemen met minder exact, maar dan wel heel veel materiaal. Wij hebben voor dat laatste gekozen omdat we denken dat je zo een brede groep van gebruikers kunt bedienen. Wij richten ons in eerste instantie op het ontwikkelen van een techniek die woorden herkent op hun geschreven vorm: het woordbeeld. En die vorm varieert natuurlijk van schrijver tot schrijver.”
De SCRATCH-onderzoekers hebben tot nu toe het hele archief van 1903 eerst gescand als beeldbestanden en daarna automatisch verwerkt tot digitale tekstbestanden. Het systeem is nu getraind op het herkennen van het handschrift van die ene klerk die het materiaal uit 1903 heeft geschreven. Voor historici zit er allerlei interessante informatie tussen. Schomaker: “We komen bijvoorbeeld veel besluiten tegen over grondonteigening. Het blijkt dat in 1903 het spoorwegnetwerk in rap tempo werd uitgebreid. Meer en meer plaatsen werden opgenomen in het treinnetwerk, en daarvoor waren veel grondonteigeningsprocedures nodig.”
Annotatie speelt een cruciale rol in het SCRATCH-onderzoek. Schomaker: “Om het handgeschreven archief te ontsluiten, combineren we de specialistische kennis van medewerkers van het Nationaal Archief met onze machinelerende software. Daarvoor bieden we hen via het web ons gedigitaliseerde archiefmateriaal aan. Stapje voor stapje verbeteren de medewerkers vervolgens de annotatie door foute zoekresultaten te corrigeren. Zij annoteren eerst de pagina’s, dan de regels en ten slotte de woorden. Nu hebben we zo’n 29.000 geannoteerde regels en 50.000 geannoteerde woorden. Dat is al een goudmijn. Elk woordlabel vertelt of een woord een plaatsnaam is een eigennaam, enzovoort. Hierop laten we onze technieken van patroonherkenning en kunstmatige intelligentie los. Vervolgens kun je bijvoorbeeld zoeken op een persoonsnaam of een plaatsnaam. Twee medewerkers van het Nationaal Archief gebruiken ons systeem nu om de annotaties van de eindgebruikers te controleren. Er is nu ook voor gezorgd dat we een grote nieuwe collectie kunnen digitaliseren. Door de collectie van 1903 zijn we namelijk heen. De meest interessante resultaten kunnen we bereiken als we door meerdere jaren heen kunnen zoeken.”
Hebben jullie een Griekse zeeschildpad?
In tegenstelling tot het SCRATCH-project gaat het project MITCH er al vanuit dat de handgeschreven tekst is omgezet naar gedigitaliseerde tekst. In MITCH (Mining for Information in Texts from the Cultural Heritage) werken de Universiteit van Tilburg en Naturalis samen om gedigitaliseerde versies van oude, handgeschreven logboeken handig doorzoekbaar te maken via een Google-achtig zoeksysteem. Museum Naturalis in Leiden bewaart een groot aantal dieren en planten, die de afgelopen eeuwen zijn verzameld. Deze vondsten zijn beschreven in grotendeels handgeschreven logboeken. Biologen noteerden wat ze gevonden dachten te hebben, waar de vondst werd gedaan, hoe, wanneer enzovoort.
“Naturalis heeft zo’n tachtig boeken met reptielen en amfibieën pagina voor pagina gefotografeerd en laten overtikken in digitale bestanden”, vertelt MITCH-projectleider Antal van de Bosch van de Universiteit van Tilburg. “Dan heb je ruwe tekstbestanden, met alle vaagheid en dubbelzinnigheid van natuurlijk taalgebruik. Ons doel is nu om ervoor te zorgen dat natuurhistorici, taxonomen en collectiebeheerders op een handige manier door alle informatie heen kunnen zoeken. Naturalis krijgt bijvoorbeeld als vraag van een ander museum: ‘Hebben jullie een Griekse zeeschildpad in de collectie?’ Dan wil de collectiebeheerder niet alleen ja of nee kunnen antwoorden, maar, als hij die zeeschildpad in de collectie heeft, ook de logboekinformatie van de betreffende vondst erbij geven. Om door die ruwe tekstbestanden heen te zoeken, gebruiken we machinelerende technieken.”
De computer leert aan de hand van tientallen tot honderden voorbeelden om de gedigitaliseerde logboeken volautomatisch in betekenisvolle stukjes te knippen. Elk stukje staat voor een bepaald deel van de beschrijving van een dier of een plant (naam, vindplaats, biotoop, tijdstip…). Een groot probleem is dat geen enkele beschrijving van een vondst zich aan een standaard houdt, en dat het voor een computer moeilijk is om te zien waar het ene deel van de beschrijving ophoudt en het andere begint. Bovendien loopt de computer aan tegen het probleem dat de meeste woorden meerdere betekenissen hebben. Van den Bosch: “In logboeken betekent N.W. meestal ‘noordwest’. Maar soms kan N.W. ook wel eens slaan op de initialen van een persoon. Dit soort problemen komen we overal tegen.”
Van den Bosch laat in een demonstratieversie zien wat het zoeksysteem nu al kan. Tik je de Latijnse naam in voor de Griekse zeeschildpad – Testudo Graeca – dan geeft de Naturaliscollectie acht gevonden zeeschildpadexemplaren. Bij elk resultaat staat de volledige naam van het dier, een foto of een filmpje, de vindplaats en andere relevante informatie. Elk deel van de beschrijving heeft een andere kleur. De vindplaatsen verschijnen ook op een kaart via Google Maps.
Sommige logboeken zijn in de afgelopen vijftien jaar al handmatig omgezet in een digitale database. Dat gebeurt nooit foutloos. Van den Bosch laat het voorbeeld zien van specimen nummer 14655: een slang. Het zoeksysteem toont een lampje als icoon. “Dat betekent dat het systeem waarschijnlijk een fout heeft gevonden. In dit geval heeft iemand ‘amfibie’ ingevoerd, terwijl een slang een reptiel is. Dit is nog een eenvoudige fout, maar er komen allerlei fouten voor die alleen door experts herkend worden. We hebben de museumexpert nodig voor correcties van de metadata. Dat is een vorm van annotatie. Onze geautomatiseerde textmining is dus niet alleen een zoekmachine voor de museumprofessional, maar ook een annotatie-instrument voor de professional om de database te corrigeren.”
Zowel SCRATCH als MITCH ontwikkelen technieken die een veel bredere toepassing hebben dan alleen voor het Nationaal Archief of voor Naturalis. In principe kan de machinelerende software voor alle typen handgeschreven archieven worden gebruikt. Alleen moet de software voor ieder nieuw type archief opnieuw worden getraind in samenwerking met museum- of archiefmedewerkers.
CATCH
CATCH (Continuous Access To Cultural Heritage) is een onderzoeksprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) gericht op het digitaal toegankelijk maken van het Nederlandse culturele erfgoed. Dat erfgoed is beschikbaar in de vorm van teksten (zoals logboeken en rijksarchieven), beelden (zoals foto’s, film, tv en schilderijen) en geluiden (zoals radio-uitzendingen). CATCH gaat niet over het omzetten van analoog erfgoed naar een digitale vorm – dat lukt al vrij goed – maar juist om de digitale gegevens handig doorzoekbaar te maken.
In CATCH werken informaticawetenschappers samen met geesteswetenschappers en beheerders bij culturele erfgoedinstellingen zoals de Koninklijke Bibliotheek, het Nederlands Instituut voor Beeld en Geluid en natuurhistorisch museum Naturalis. CATCH ging van start in november 2004 en loopt tot 2009. Het onderzoeksprogramma is onderverdeeld in tien projecten, die elk een onderzoeksteam hebben bestaande uit een promovendus, een postdoc, een wetenschappelijk programmeur, senior onderzoekers van universiteiten en senior stafleden van culturele instellingen.
Internet
Overzicht van alle CATCH-projecten en een doorverwijzing naar de bijbehorende demo’s: www.nwo.nl/catch
www.ai.rug.nl/~lambert/
http://ilk.uvt.nl/mitch
Monday, March 3, 2008
Waarom is de mens de enige soort die huilt met tranen?
Dit artikel is gepubliceerd in Trouw, 3 maart 2008
Als ik u vraag om nú te lachen, dan trekt u uw mondhoeken omhoog. Een gemaakt lachje. Boos kijken, dat lukt ook wel. Maar spontaan de waterlanders over uw wangen laten rollen is moeilijk, zelfs voor goede acteurs. Hooguit huilt u krokodillentranen.
Tranen biggelen uit de traanklieren in onze ooghoeken. Veel dieren hebben die klieren ook, en als hun ogen geïrriteerd zijn, dan kan er traanvocht verschijnen. Ook hebben veel dieren emoties die in principe gepaard zouden kunnen gaan met huilen. Toch huilen dieren geen tranen met tuiten, zelfs krokodillen niet. Het lijkt erop alsof hun breinen verbindingen missen die onze relatief grote, bijna anderhalve kilo hersenkwabben wel hebben.
De Amerikaan Marc Hauser is hoogleraar psychologie aan de Harvard University. In vergelijkend onderzoek bij mensen en apen bestudeert hij hoe vermogens als taal, wiskunde, muziek en moraal zijn ontstaan uit hersenbouwstenen die onze evolutionair verwanten ook hebben. “Waarom de mens de énige soort is die huilt met tranen, weten we niet”, vertelt Hauser in Boston. “Het is net als met het ontstaan van taal. We hebben nog te weinig fossiele gegevens en te weinig kennis van de hersenen om die vragen te beantwoorden. Dan vervallen we snel in het bedenken van verhalen die weliswaar plausibel klinken, maar moeilijk experimenteel te testen zijn.”
Maar gegeven dát ooit de eerste tranen van onze wangen rolden, kunnen we wel uitleggen wat de functie is, aldus Hauser. “Behalve extreem blozen, is huilen de enige emotionele uiting die voor vrij lange tijd sporen achterlaat: onze ogen worden nat, tranen rollen van onze wangen, onze blik wordt wazig. Dat is een handicap. Waarom zouden we dan huilen? Waarschijnlijk is het als een toevallig evolutionair bijproduct ontstaan. Maar toen het eenmaal ontstond, bood het voordelen. Huilen is kostbaar, moeilijk te simuleren en daarom een heel eerlijk signaal aan onze omgeving. Een signaal dat we een ander dichtbij ons willen om ons te troosten wanneer we heel verdrietig zijn en om onze ervaring te delen wanneer we juist heel blij zijn. Als we een stevige arm om ons heen voelen, stoppen we vaak met huilen. Misschien is dat fysieke contact precies wat we dan willen. Ook in het dierenrijk zien we dat signalen die heel kostbaar zijn om te produceren, heel eerlijk zijn. Alleen fitte gazellen springen op hun achterpoten de lucht in om een cheeta te imponeren. Voor veinzers ligt de drempel te hoog.”
Dieren hebben capaciteiten ontwikkeld om specifieke problemen op te lossen. ‘Laser-beam intelligence’ noemt Hauser dat. Bijen gebruiken hun eenvoudige ‘danstaal’ op één manier: om aan te geven waar voedsel ligt. Mensen kunnen capaciteiten niet slechts voor één specifiek probleem gebruiken, maar voor meerdere. ‘Floodlight-intelligence’ in de woorden van de Amerikaan. Het geheim zit waarschijnlijk in extra verbindingen tussen hersenmodules die wij wel hebben en dieren niet. En zo is bij ons op een of andere manier een verbinding ontstaan tussen de hersenmodules ‘emotie voelen’ en ‘tranen produceren’.
Als ik u vraag om nú te lachen, dan trekt u uw mondhoeken omhoog. Een gemaakt lachje. Boos kijken, dat lukt ook wel. Maar spontaan de waterlanders over uw wangen laten rollen is moeilijk, zelfs voor goede acteurs. Hooguit huilt u krokodillentranen.
Tranen biggelen uit de traanklieren in onze ooghoeken. Veel dieren hebben die klieren ook, en als hun ogen geïrriteerd zijn, dan kan er traanvocht verschijnen. Ook hebben veel dieren emoties die in principe gepaard zouden kunnen gaan met huilen. Toch huilen dieren geen tranen met tuiten, zelfs krokodillen niet. Het lijkt erop alsof hun breinen verbindingen missen die onze relatief grote, bijna anderhalve kilo hersenkwabben wel hebben.
De Amerikaan Marc Hauser is hoogleraar psychologie aan de Harvard University. In vergelijkend onderzoek bij mensen en apen bestudeert hij hoe vermogens als taal, wiskunde, muziek en moraal zijn ontstaan uit hersenbouwstenen die onze evolutionair verwanten ook hebben. “Waarom de mens de énige soort is die huilt met tranen, weten we niet”, vertelt Hauser in Boston. “Het is net als met het ontstaan van taal. We hebben nog te weinig fossiele gegevens en te weinig kennis van de hersenen om die vragen te beantwoorden. Dan vervallen we snel in het bedenken van verhalen die weliswaar plausibel klinken, maar moeilijk experimenteel te testen zijn.”
Maar gegeven dát ooit de eerste tranen van onze wangen rolden, kunnen we wel uitleggen wat de functie is, aldus Hauser. “Behalve extreem blozen, is huilen de enige emotionele uiting die voor vrij lange tijd sporen achterlaat: onze ogen worden nat, tranen rollen van onze wangen, onze blik wordt wazig. Dat is een handicap. Waarom zouden we dan huilen? Waarschijnlijk is het als een toevallig evolutionair bijproduct ontstaan. Maar toen het eenmaal ontstond, bood het voordelen. Huilen is kostbaar, moeilijk te simuleren en daarom een heel eerlijk signaal aan onze omgeving. Een signaal dat we een ander dichtbij ons willen om ons te troosten wanneer we heel verdrietig zijn en om onze ervaring te delen wanneer we juist heel blij zijn. Als we een stevige arm om ons heen voelen, stoppen we vaak met huilen. Misschien is dat fysieke contact precies wat we dan willen. Ook in het dierenrijk zien we dat signalen die heel kostbaar zijn om te produceren, heel eerlijk zijn. Alleen fitte gazellen springen op hun achterpoten de lucht in om een cheeta te imponeren. Voor veinzers ligt de drempel te hoog.”
Dieren hebben capaciteiten ontwikkeld om specifieke problemen op te lossen. ‘Laser-beam intelligence’ noemt Hauser dat. Bijen gebruiken hun eenvoudige ‘danstaal’ op één manier: om aan te geven waar voedsel ligt. Mensen kunnen capaciteiten niet slechts voor één specifiek probleem gebruiken, maar voor meerdere. ‘Floodlight-intelligence’ in de woorden van de Amerikaan. Het geheim zit waarschijnlijk in extra verbindingen tussen hersenmodules die wij wel hebben en dieren niet. En zo is bij ons op een of andere manier een verbinding ontstaan tussen de hersenmodules ‘emotie voelen’ en ‘tranen produceren’.
Subscribe to:
Posts (Atom)