D'Arcy Thompsons werk is de kiem van computationele biologie

'Jammer dat hij zelf nog niet over een computer kon beschikken'

De Schotse bioloog D'Arcy Thompson publiceerde in 1917 een baanbrekend boek over de wiskunde van het leven. Achteraf gezien jammer dat die man nog niet de beschikking had over een computer.

Beeld Arjen Born

Ze zien er wat geschrokken uit, de vissen in de simpele lijntekeningen waarmee de Schotse bioloog D'Arcy Thompson zijn baanbrekende theorie uit 1917 illustreerde. We zien de wrakbaars Polyprion op een rechthoekig stuk ruitjespapier, een langwerpig hoekig beest met prominente afhangende vinnen en een waaier van een staart. En zo'n groot verbaasd oog.

En daaronder de Pseudopriacantus altus, een grootoogbaars die zijn Nederlandse naam in elk geval wat ogen betreft nog meer eer aandoet. Thompson heeft ook die op ruitjespapier gelegd, alleen is dat nu niet rechthoekig, maar taps toelopend. De grootoogvis wordt er boller van. De achtervin is kleiner, de staart stomp. Sprekend een wrakbaars, eigenlijk, maar dan aan de achterkant gekrompen en aan de voorkant opgeblazen. Een kwestie van rekken en strekken, suggereert het ruitjespapier.

'Toonbeeld van wetenschappelijk denken'

Het zijn wellicht de beroemdste tekeningen uit het 780 pagina's dikke boek On Growth and Form dat D'Arcy Wentworth Thompson een eeuw geleden het licht deed zien. Biologen wereldwijd, maar ook kunstenaars en architecten vieren het eeuwfeest al sinds dit voorjaar. In Nederland verscheen onlangs voor het eerst in een eeuw een vertaling.

De tamelijk onbekende hoogleraar aan het University College in Dundee, Schotland, tevens conservator van het plaatselijke zoölogisch museum, werd er in één klap beroemd mee. 'Een boek als een van Darwins boeken, weloverwogen, geduldig uiteengezet, geleerd en voorzichtig', schreef Nature in een recensie. 'Een prestatie waarop de auteur trots kan zijn.' En: een toonbeeld van wetenschappelijk denken.

D'Arcy Wentworth Thompson (1860-1948) studeerde als jongeling eerst geneeskunde in Cambridge, maar stapte daarna over op de biologie - de zoölogie om precies te zijn. Van practicumassistent klimt hij in de kleine Schotse universiteit in Dundee op tot hoogleraar en maakt snel naam als een excentriek docent, die met handen en voeten, papieren modellen, skeletten en preparaten, en zeepbellen zijn ideeën over vorm in het dieren- en plantenrijk probeert te verhelderen. Hij blijft 32 jaar in Dundee, daarna krijgt hij een steenworp zuidelijker een leerstoel aan de universiteit van St Andrews.

Pagina uit On Growth and Form uit 1917.

Krachtlijnen en vervormingen

Kort na zijn aantreden daar presenteert Thompson voor vakgenoten een voordracht die min of meer de aanzet vormt voor zijn boek van 1917. Darwin heeft in On the Origin of Species uit 1859 uiteengezet dat dieren evolueren door een geleidelijke aanpassing. Natuurlijke selectie is daarbij de richtinggevende kracht. Maar dat zint D'Arcy Thompson, die Darwin in diens nadagen persoonlijk heeft gekend, niet. Darwins theorie houdt, vindt hij, te weinig rekening met fysische en chemische krachten die in en op dieren en planten werken. Cellen groeien niet in een abstracte werkelijkheid, het is duwen en trekken. Zijn daarom zulke krachten niet veel bepalender voor de vormen die organismen kunnen aannemen, dan alleen biologische geschiktheid?

In On Form and Growth onderzoekt D'Arcy Thompson systematisch de rol van die krachten in de bouw van planten en dieren. Verwante dieren, laat hij zien, hebben vaak eenzelfde bouwplan dat alleen vervormd is via eenvoudige wiskundige uitrekkingen. Op celniveau spelen symmetrie en vlakverdeling een belangrijke rol. Het boek staat vol bouwtekeningen met krachtlijnen en vervormingen, die behalve biologen ook architecten zullen inspireren. Volgens D'Arcy Thompson wijst de wiskunde de evolutie de weg en houdt haar in toom: rekken en strekken richting minste weerstand is gemakkelijker dan grote sprongen.

Pagina uit On Growth and Form uit 1917.

Thompson zelf bleef altijd terughoudend en impliciet in zijn kritiek op Darwins evolutietheorie, die de biologie in zijn tijd meer en meer in zijn greep kreeg. In 1945, drie jaar voor zijn dood en weer een wereldoorlog verder, maakt de Schot een uitgebreide tweede druk, die liefst 1.050 pagina's telt, met vooral nog veel meer voorbeelden, maar ook veel serieuzere wiskunde en natuurkunde dan in het origineel. Het werk geldt niet alleen als een groot biologisch werk, maar ook als een literair hoogstandje. D'Arcy Thompson is een fantastisch en erudiet verteller, die niet terugschrikt voor citaten in het Latijn, Grieks, Frans, Duits.

Op hedendaagse blogs maken sommige Thompson-fans zich kwaad over wat er daarna met het werk van de grote meester gebeurt. In 1961 verschijnt een moderne derde druk, die opeens nog maar 327 pagina's telt. 'Meer een slachtpartij dan een inkorting en de wraak van de mainstream biologie', is de verzuchting.

Computationele biologie

Zo gek, zegt de Amsterdamse mathematisch bioloog Jaap Kaandorp, is die gedachte niet. 'In de jaren vijftig begint het tijdperk van de genetica en moleculaire biologie. Informatie en chemie lijken de hoofdzaken in de levenswetenschappen te worden, en het hele gedoe over lichaamsbouw en krachten een bijzaak. Uitzondering lijkt iemand als Alan Turing, die in de jaren vijftig berekent hoe huidpatronen door een paar simpele wiskundige regels voor de verspreiding van groeistoffen kunnen ontstaan.'

Tegenwoordig wordt in het denken van D'Arcy Thompson de eerste kiem gezien van wat heet de computationele biologie, het vak dat met computermodellen de ontwikkeling van weefsels, structuren en organismen bestudeert, van koralen tot kikkervisjes. Lang niet alles wat de Schotse bioloog een eeuw geleden bedacht en noteerde, klopt nog, zegt Kaandorp. 'Maar dat kan ook haast niet, gezien de middelen waarmee hij werkte. Je zou wensen dat iemand met zijn ideeën al een computer had gehad.'

Pagina uit On Growth and Form uit 1917. Beeld RV
Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.