Hoe meet je het vermogen om te veranderen, zonder dat verandering al heeft plaatsgevonden?
Een rups kan uitgroeien tot vlinder. Maar ook als die verandering nooit gebeurt, had de rups het vermogen ervoor al in zich. Hoe meet je zoiets? Een wetenschapper probeert daar nu een wiskundige greep op te krijgen.
In de biologie gebruiken onderzoekers vaak het woord "plasticiteit". Daarmee bedoelen ze het vermogen van een levend systeem, bijvoorbeeld een cel, een dier of een heel ecosysteem, om zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden. Het probleem is: tot nu toe kon je plasticiteit eigenlijk alleen zien aan de hand van de verandering die al had plaatsgevonden. Je herkende het dus pas achteraf, nooit van tevoren.
Dat levert een vreemde tegenstrijdigheid op. Een systeem kan heel veel mogelijke vormen hebben om naartoe te veranderen, maar toch nooit echt veranderen. Betekent dat dan dat het niet plastisch is? En omgekeerd: een systeem dat gedwongen wordt om drastisch te veranderen, lijkt heel plastisch, maar misschien had het eigenlijk maar één mogelijke uitweg. De hoeveelheid verandering zegt dus niet per se iets over het achterliggende vermogen.
Een nieuwe definitie
Eén onderzoeker stelt in een nieuwe theoretische studie een andere manier van kijken voor. Volgens deze aanpak gaat plasticiteit niet over hoeveel een systeem beweegt, maar over hoe sterk de huidige toestand van dat systeem alternatieven tegenhoudt. Hoe minder weerstand de huidige vorm biedt tegen verandering, hoe plastischer het systeem is, ook als die verandering nooit echt gebeurt.
Je kunt het vergelijken met een deur. Een deur die op een kier staat, kan makkelijk verder open of dicht, ook als niemand er ooit aan komt. Een deur die muurvast zit, kan dat niet, ook al zou iemand er hard tegenaan duwen en hem forceren. De kracht die nodig is om de deur te laten bewegen, zegt dus meer over het "vermogen" van die deur dan de uiteindelijke beweging zelf.
In de studie wordt dit uitgewerkt met netwerken: systemen van onderdelen die met elkaar verbonden zijn, zoals cellen in een lichaam of soorten in een ecosysteem. De sterkte van die onderlinge koppelingen bepaalt hoeveel weerstand het systeem biedt tegen verandering. Hoe losser die koppelingen, hoe meer vrijheid om naar andere toestanden te bewegen, en dus hoe hoger de plasticiteit volgens deze nieuwe definitie.
Wat betekent dit (nog) niet
Dit is een wiskundig raamwerk, geen experiment met echte dieren, planten of cellen. De onderzoeker beschrijft hoe je plasticiteit in theorie zou kunnen definiëren en meten, maar heeft dit nog niet in de praktijk getoetst op een concreet biologisch systeem. Het is bovendien het werk van één onderzoeksteam: andere wetenschappers moeten de aanpak nog beoordelen en toepassen voordat je kunt zeggen of hij werkt zoals bedoeld.
Toch is het idee interessant. Biologen gebruiken het woord plasticiteit voortdurend, van de manier waarop hersenen zich aanpassen tot hoe planten reageren op droogte. Maar een preciezere, wiskundige definitie kan helpen om dat begrip minder vaag te maken. In plaats van pas achteraf te concluderen "dit systeem bleek plastisch te zijn", zou je vooraf kunnen inschatten hoeveel ruimte een systeem heeft om te veranderen, nog voordat die verandering zich voordoet.
Dat zou bijvoorbeeld kunnen helpen om te voorspellen welke soorten zich beter kunnen aanpassen aan klimaatverandering, of welke cellen gevoeliger zijn voor aanpassing tijdens ziekte. Maar dat is voorlopig toekomstmuziek. Eerst moet dit wiskundige idee zich bewijzen in de praktijk, op echte biologische systemen.
Bron: A theory of plasticity: capacity for change as inverse configurational constraint