Category: Wetenschap

Dankzij een straffe oostenwind lag hier en daar flink wat ijs, eind februari. Dat riep bij een lezer de vraag op: „Zouden watervogels het vermogen verliezen om wakken in het ijs te onderhouden? Bij mijn weten zag je vroeger in sloten en vijvers altijd groepen eenden, zwanen en meeuwen gezamenlijk een wak openhouden. Afgelopen dagen zag ik juist veel vogels óp het ijs zitten, zonder wakken in de buurt. Zouden eenden en collega’s echt beseffen dat ze het water kunnen openhouden door te zwemmen? Geven ze die kennis door aan latere generaties? En verliezen ze dan die kennis nu er minder vaak ijs ligt?”

Je ziet het vooral op kleinere wateren: als de sloot of plas echt dicht ligt, hebben watervogels pech. Ze zitten óp het ijs, zolang als het gaat, of trekken meteen al weg. Grotere watervlakten vriezen minder snel dicht. Maar houden vogels die zelf actief open?

Studies die specifiek hierover gaan, blijken niet te vinden. Maar hoe zou je zoiets ook onderzoeken..? Er zijn wel anekdotische verhalen. Op een outdoorforum schrijft iemand uit Minnesota (VS), die uitkijkt op een plas met Canadese ganzen: „Er lijkt een soort ‘teaminspanning’ te zijn om open waterkanalen in het ijs te creëren. De ganzen volgen steeds dezelfde route om hun kanalen open te houden. Dit doen ze waarschijnlijk om toegang tot voedsel behouden, maar het gebeurt duidelijk met opzet. Erg vermakelijk en bijzonder om te zien!”

Een complexe mix

Is hier echt sprake van opzet? Heeft een vogel een doel in zijn hoofd, en handelt hij daar bewust naar, of reageert hij puur op de omstandigheden? En is dat dan aangeleerd, of vastgelegd in de genen? Al een eeuw geleden deden gedragsbiologen als Niko Tinbergen en Konrad Lorenz experimenten om dit te ontrafelen. Wat je ziet, concludeerden zij, is een complexe mix van instinctief en aangeleerd gedrag. Maar ook dat laatste heeft genetische elementen. Veel dieren hebben bijvoorbeeld vaste, gevoelige perioden waarin ze, als vanzelf, bepaalde dingen leren. Bijvoorbeeld wie hun ouders zijn. En hoe je moet vliegen, lopen of jagen. Zelfs een eend moet leren zwemmen.

Theunis Piersma, hoogleraar trekvogelecologie in Groningen, ontdekt de laatste jaren in vogellevens een steeds grotere rol voor ‘leren’. Trekgedrag, zo zag hij bijvoorbeeld, is een leerproces dat vorm krijgt gedurende een individueel vogelleven, op basis van genen én ervaringen. „Jouw vraag is dus te dichotoom”, reageert Piersma nu op het vogelwakkenvraagstuk. Oftewel: te zwart-wit. Het is niet óf-óf. Het liefst zou hij het gebruik van slechts twee termen (‘instinctief’ en ‘aangeleerd’) vermijden, want nature en nurture vloeien in elkaar over: al meteen na de bevruchting zijn er allerlei externe invloeden die bepalen hoe een ei zich ontwikkelt. Dat gaat het hele vogelleven door.

„De eenden en koeten klonteren samen op plekken die nog niet dichtgevroren zijn en houden de boel zo ook open, natuurlijk”, vat hij samen. „Maar jee, is dat aangeboren? Wat is er aangeboren aan het eend- of meerkoet-zijn? Net als jij en ik zijn het dieren in een fase van hun persoonlijke ontwikkeling. Ze vertonen leergedrag, samen met het soort gedrag dat adaptief is voor bepaalde soorten – bijvoorbeeld klonteren op goede plekken, en het opzijzetten van haantjesgedrag. Ik denk dat ze het daarom ook na vele warme winters weer heel snel zouden leren, dat wak-waken.”

Delen

Mail de redactie

Het zou begonnen zijn met drie kleuters in het Congolese dorpje Boloko die van een vleermuis zouden hebben gegeten, en vervolgens overleden. Inmiddels zijn er in deze nieuwe uitbraak van een dodelijke ziekte meer dan vierhonderd ziektegevallen gemeld en zeker 53 doden. Genetische tests in Kinshasa, de hoofdstad van de Democratische Republiek Congo, hebben uitgesloten dat het hier gaat om een uitbraak van ebola of marburg. Dat schrijft het regionale Afrikaanse kantoor van de Wereldgezondheidsorganisatie in een tussentijds rapport.

De drie kinderen met wie de uitbraak begon overleden al tussen 10 en 13 januari. Daarna zijn in het dorp Boloko in de Evenaarsprovincie nog enkele mensen overleden, evenals in het naburige dorp Danda. De slachtoffers hadden symptomen als koorts, overgeven, diarree, vermoeidheid, buikpijn, spierpijn en hoofdpijn. Bij enkele patiënten kwamen ook bloedingen voor, zoals die ook kunnen optreden bij hemorragische virusziekten als ebola en marburg. Vier bloedmonsters en een monsters van een overleden patiënt bleken eind januari echter negatief voor deze virussen bij pcr-testen in het National Institute of Biomedical Research in Kinshasa.

Geen ebola of marburg

De Congolese gezondheidsautoriteiten ontdekten vanaf 9 februari een tweede cluster van deze uitbraak van de onbekende dodelijke ziekte in de iets grotere plaats Bomate, honderdvijftig kilometer ten noordoosten van Bokolo. De onderzoekers konden geen link leggen tussen beide uitbraken, maar de symptomen kwamen overeen. In Bomate werden meer dan 400 ziektegevallen gemeld, en overleden zeker 45 mensen. Ook hier werden monsters genomen, die eveneens negatief testten op ebola en marburg.

Rond beide uitbraken zijn de medische hulpposten overbelast geraakt. Vanwege de afgelegen locatie en de zwakke gezondheidszorg-infrastructuur bestaat er „een verhoogd risico” dat de uitbraak zich nog verder zal uitbreiden, schrijft de WHO in het rapport. Of er een dodelijke infectieziekte of een levensgevaarlijke giftige stof in het spel is durven de autoriteiten nog niet te zeggen. Malaria, een onbekende virale hemorragische koorts, voedsel- of watervergiftiging, tyfus en meningitis behoren tot de oorzaken die de artsen nader onderzoeken.

Verspreiding naar Europa

„Wij hoeven niet bang te zijn dat deze ziekte zich snel naar Europa zal verplaatsen, want het gaat om een zeer afgelegen gebied met nauwelijks reisverkeer met Europa”, zegt professor Martin Grobusch, hoofd van het Centrum voor Tropische Geneeskunde en Reizigersgeneeskunde in Amsterdam UMC. „Maar voor de mensen in het getroffen gebied is dit wél zorgelijk”. Het gebrek aan goede gezondheidsvoorzieningen in combinatie met de armoede en gewapende conflicten maakt de lokale bevolking kwetsbaar, zegt hij.

Die omstandigheden kunnen bovendien het herkennen van een bekende ziekteverwekker ingewikkeld maken. „Afgelopen december was er ook een mysterieuze uitbraak in het zuidwesten van het land. Later bleek dat malaria, maar in combinatie met bloedarmoede en ondervoeding gaf dat een andere presentatie dan we van de ziekteverwekker kennen.”

In Congo steken regelmatig mysterieuze ziektes de kop op. Het is een van de armste landen ter wereld en inwoners zijn voor hun voedselvoorziening voor een groot deel afhankelijk van het eten van wilde dieren, reservoirs voor allerlei ziekteverwekkers. Vleermuizen staan erom bekend veel virussen bij zich te dragen.

Nieuwe verwekker

Toen Grobusch hoorde over de klachten van de drie kleuters, was hij in eerste instantie enigszins verbaasd dat ebola en marburg werden uitgesloten. „In combinatie met dat vleermuizenverhaal zou ik toch gelijk aan een van die twee virussen denken. Toen bleek dat er meer brandhaarden waren, werd dat al minder waarschijnlijk. En de pcr-test sloot dat helemaal uit.”

Er zou in theorie ook sprake kunnen zijn van een nieuwe, nog onbekende ziekteverwekker. Die besmet mensen juist op dit soort plekken, zegt Grobusch: in afgelegen regenwouden waar het contact tussen mens en dier groot is. „Maar logisch beredeneerd is de kans op vaak voorkomende virussen groter dan de kans op iets nieuws.”

De huidige stand van zaken vraagt om meer antwoorden, zegt Grobusch. „Dat de drie kinderen door iets anders ziek zijn geworden dan door de vleermuis is onwaarschijnlijk, maar we weten nog niet of die andere uitbraken rechtstreeks aan die drie gevallen gerelateerd kunnen worden.”

Lees ook

Lees ook: Welke ziekte zorgt voor een dodelijke uitbraak in Congo? Het zou malaria kunnen zijn

Delen

Mail de redactie

Schimmels en planten zijn voor hun voedingsstoffen van elkaar afhankelijk. Schimmels spelen bovendien een grote rol bij opslag van CO₂ in de bodem. Over hoe schimmelnetwerken groeien en de ‘handel’ in voedingsstoffen aanpakken is echter nog veel onbekend.

Nieuw onderzoek laat drie strategieën zien die de schimmels gebruiken om de uitwisseling van voedingsstoffen efficiënt te laten verlopen. Onderzoekers van natuurkundig onderzoeksinstituut Amolf en de VU Amsterdam bouwden hiervoor een robot die ontwikkeling van schimmelnetwerken in ruimte en tijd in beeld kan brengen. Ze publiceren er woensdag over in Nature.

Tot wel 70 procent van het totaal aan koolstof in de bodem is opgeslagen in de grote kluwen van ragfijne draden van zogenoemde mycorrhizaschimmels. Dit maakt schimmels van groot belang voor de CO₂-huishouding van de aarde. Mycorrhiza komt overal ter wereld voor. De schimmel groeit op koolstof afkomstig van planten en op hun beurt leveren de schimmels stikstof en fosfor aan de plant.

„Deze symbiotische relatie vraagt veel van de schimmels”, zegt Toby Kiers, auteur van het onderzoek en hoogleraar evolutionaire biologie aan de VU. „Ze moeten eerst voedingsstoffen verzamelen, die transporteren naar de plant en pas dan krijgen ze de voedingsstof waar ze zelf op groeien. Zo’n aanvoerketen moet efficiënt zijn, maar we hadden geen idee hoe schimmels dat aanpakken. Schimmels hebben geen centraal zenuwstelsel.”

Microscopisch klein

Schimmelnetwerken kunnen bovendien kilometers groot zijn, de individuele draden juist microscopisch klein en alles gebeurt ondergronds. Dat maakt onderzoek ingewikkeld. Bij eerdere experimenten in het lab werd alleen de begin- en de eindsituatie gemeten, vertelt Kiers.

Dankzij de nieuwe robot is de ontwikkeling van schimmelnetwerken in real time te volgen. „Kort gezegd legt hij 40 schimmelnetwerken die groeien in een petrischaaltje elke twee uur onder de microscoop, 24 uur per dag”, zegt Tom Shimizu, eveneens auteur, groepsleider bij Amolf en hoogleraar biofysica aan de VU. „Met de computer konden we vervolgens de ontwikkeling van een half miljoen vertakkingen gelijktijdig analyseren, de architectuur van het netwerk.”

Met een andere microscoop, waar de schimmels door een mens onder worden gelegd, zijn specifieke knooppunten in meer detail in beeld gebracht. „We zoomden in op de beweging van de voedingsstoffen binnen deze schimmeldraden, het gedrag van het verkeer op de weg als het ware”, zegt Shimizu. „Er is nog zo weinig onderzocht aan deze schimmels, bijna alles wat we zien is een nieuwe ontdekking.”

Schimmels blijken actief op zoek te gaan naar plekken waar veel voedingsstoffen zijn. Dit doen ze niet via exponentiële groei, zoals in de natuur vaak gebeurt, maar met specialistische schimmeldraden die verkennend werk uitvoeren. Die trekken eropuit, en in het kielzog ontwikkelen zich vertakkingen die net dik genoeg zijn voor het transporteren van bijvoorbeeld fosfaat. De verkenners blijken in hun zoektocht voorkeur te hebben voor grote winst in de toekomst boven beperkte winst op korte termijn.

Ook werd duidelijk dat binnen de schimmeldraden tweerichtingsverkeer plaatsvindt. Koolstof – in de vorm van suikers en vetten – wurmt zich langs fosfor en stikstof. „Dat gaat niet via aparte ‘rijstroken’”, zegt Kiers. „Stel het je voor als een chaotisch kruispunt met auto’s, fietsers en wandelaars. Verrassend genoeg botst er niemand.” Om opstoppingen te voorkomen passen schimmels de snelheid aan en op plekken waar veel voedingsstoffen nodig zijn vergroten ze de vaten.

Kruispunten die ontstaan

Verder blijkt dat de schimmeldraden onderling samenwerken op basis van ‘lokale regelgeving’. Als verschillende draden elkaar tegenkomen, dan ontstaat er een kruispunt in plaats van dat ze langs elkaar heen gaan en alles via eigen vertakkingen transporteren.

„We staan nog maar aan het begin van wat er mogelijk is met deze manier van onderzoeken”, zegt Shimizu. „We werken inmiddels aan een nieuwe versie van de robot, die sneller werkt en 200 netwerken tegelijk in beeld kan brengen. Hij kan ook het inzoomen zelf organiseren, een mens is niet meer nodig.”

„We hebben nu pas één type schimmel bekeken, maar er zijn er nog zoveel meer”, zegt Kiers. „Ook het bodemleven is eindeloos divers, wat gebeurt er als je bacteriën toevoegt? Of meerdere planten aan een schimmelnetwerk koppelt?”

Veel vragen zijn er ook over de relatie tussen schimmels en de CO₂huishouding van de aarde. Hoe reageren ze op temperatuurverandering en andere verstoringen? Shimizu: „Er gaat ongelooflijk veel koolstof om in schimmels, maar welke mechanismen er spelen weten we nog helemaal niet.”

Lees ook

Toby Kiers kijkt het liefst omlaag, want daar bevindt zich het schimmelrijk

Delen

Mail de redactie

Geheimhouding in de wetenschap, die bezigheid waar juist openheid zo goed werkt, dat intrigeerde natuurkundige Machiel Kleemans mateloos. „Vooral de soms nogal losse manier waarop wetenschappers daarmee omgaan.”

Een voorbeeld: „Na mijn afstuderen als natuurkundige werkte ik bij Reed Elsevier, en was uitgever van wetenschappelijke tijdschriften over kernfysica. Daarvoor kwam ik ook bij de grote Amerikaanse nucleaire laboratoria, waar nog altijd onderzoek gedaan wordt aan kernwapens. Ik ging in een van die labs met twee Amerikaanse onderzoekers praten over een nieuw tijdschrift. Dat kon, maar onder strenge voorwaarden. Wij werden in een kamertje gestopt, ergens in dat lab, en een mevrouw van de beveiliging kwam ons vertellen dat we daar absoluut niet uit mochten. Alles was echt superstrikt. En zij loopt de kamer uit, en die twee kijken elkaar aan en zeggen: kom, we gaan naar de kantine.”

In zijn proefschrift onderzoekt Kleemans hoe Nederland samen met Noorwegen in 1951 de eerste kernreactor voor open wetenschappelijk onderzoek kon starten: de Joint Establishment Experimental Pile (JEEP) in het Noorse Kjeller. Dit ondanks een monopolie op nucleaire kennis en draconische geheimhouding door de VS, die de eerste atoombom ontwikkelden.

„Geheimhouding kwam ik dus in mijn werk al tegen, en dat zette me aan het denken”, vertelt Kleemans in zijn woonkamer in Oegstgeest, „Wie besluit dat iets geheim is? Waarom is dat zo, en waarom wordt het weer vrijgegeven? Hoe werkt dat?”

Kernfysica, de natuurkunde van atoomkernen, begint in de jaren dertig als gewone, open wetenschap zonder duidelijke toepassingen. In 1932 was het neutron ontdekt en begon het duidelijk te worden hoe iedere atoomkern een klontje is van protonen en neutronen.

Maar in 1938 ontdekken Duitsers dat kernen van het zware element uranium uit elkaar vallen als je er een neutron op afschiet. Daarbij komen weer nieuwe neutronen vrij, wat kan leiden tot een kettingreactie, waarbij immense hoeveelheden energie vrijkomen: een kernexplosie.

Kleemans: „Wetenschappers beseffen heel snel: het is niet handig om dit allemaal in de openbaarheid te doen, zeker met de oorlog die er duidelijk aan zit te komen. Dus besluiten ze zelf om nieuwe details niet openbaar te maken.” De stroom publicaties droogt op, maar het onderzoek gaat door.

Hoofdrol voor Nederland

Nederland speelt op dat moment een hoofdrol in Europese natuurkundenetwerken, en de Leidse natuurkundige Wander de Haas zoekt contact met de regering. Samen met minister-president Hendrikus Colijn wordt snel besloten tot de aanschaf van tien ton yellowcake, uraniumoxide uit Belgisch Congo. Dat was te koop als pigment om glas een gele of groenige kleur te geven.

Kleemans loopt naar een kabinet. „Kijk, ik heb hier een glaasje dat met uraniumoxide gekleurd is.” Het borrelglaasje schittert gifgroen in het zonlicht.

Als de oorlog uitbreekt worden tweehonderd vaatjes verstopt in een kelder in het hoofdgebouw van de Technische Hogeschool in Delft, de latere Technische Universiteit. Werner Heisenberg, de leider van het Duitse atoomproject, komt er nog op bezoek, maar de vaatjes blijven verborgen.

Intussen starten de VS het Manhattan Project, het geheime project om een atoomwapen te ontwikkelen onder leiding van natuurkundige Robert Oppenheimer, die eerder nog in Nederland studeerde. Onder strikte geheimhouding werken meer dan honderdduizend mensen aan de atoombom – wetenschappers, technici en ondersteunend personeel. In augustus 1945 worden de Japanse steden Hiroshima en Nagasaki vernietigd door een Amerikaanse atoombom. Japan geeft zich over, de oorlog is voorbij.

Foto Norsk Teknisk Museum

Kleemans: „Wetenschappers verwachten dat de informatie nu wel vrij snel openbaar zal worden.” De jonge Noorse astronoom Gunnar Randers, geïnteresseerd in het ontwikkelen van kernenergie en zelfs een Noorse atoombom, reist in 1946 naar de VS en krijgt van bevriende collega-wetenschappers cruciale en geheime informatie, zoals het aantal neutronen dat per kernsplijting vrijkomt. Kleemans: „Dat was geheime informatie, maar doorslaggevend voor Randers. Hij komt tot de conclusie dat het mogelijk moet zijn om zelf een kernreactor te bouwen.” Randers, later bekend als ‘Atom Gunnar’, is ambitieus, en heeft het oor van de minister van Defensie. Kleemans: „Zij gingen het gewoon doen.”

Noorwegen heeft al ruim voor de Duitse bezetting in juni 1940 een fabriek voor zwaar water, gebruikmakend van overvloedige waterkracht-elektriciteit. Zwaar water, waarin de waterstofatomen zijn vervangen door het waterstof-isotoop deuterium, is een van de stoffen die kunnen dienen als ‘moderator’: een stof die neutronen kan afremmen. In een kernreactor helpt een moderator om een gecontroleerde kettingreactie op gang te brengen, essentieel voor het onderzoek en het produceren van plutonium, een ingrediënt voor atoomwapens. Het Noorse verzet speelt een hoofdrol in het vernietigen van de voorraden zwaar water en de fabriek, zodat die niet in Duitse handen komen.

Ook heel zuiver grafiet kan dienen als moderator, maar dat gegeven wordt met succes geheim gehouden voor de Duitse onderzoekers. Zij testen wel grafiet, maar door lichte verontreinigen komt het uit de bus als een slechte moderator.

Maar anders dan verwacht, komt de Amerikaanse openheid er na de oorlog niet. Op het lekken van nucleaire geheimen komt de doodstraf te staan. Wel publiceren de VS een technisch rapport over de nucleaire technologie.

Kleemans: „Dat biedt veel theoretische informatie, maar geeft ook scherp de grens van de openheid aan: over hoe je zaken werkelijk moet maken, zegt het niets. Randers vindt het heel frustrerend, hij zegt: het is een kookboek, maar er staat niet bij hoeveel van alle ingrediënten je nodig hebt.”

De wanhopige Noren zaten zonder splijtstof

Europese landen pionieren zelf, dromend van goedkope energie of zelfs eigen kernwapens. Frankrijk, ook voor de oorlog al vergevorderd in kernfysica, bouwt een eigen reactor, en Randers krijgt Franse medewerking. Maar aan eigen splijtstof ontbreekt het. „Randers probeert overal Noors zwaar water te ruilen tegen uranium, maar vangt steeds bot. Een poging om in Noorwegen uranium te delven loopt op niets uit: het erts is niet rijk genoeg. Zijn kernreactor in aanbouw dreigt zonder splijtstof te komen zitten. Kleemans: „Randers is eigenlijk wanhopig.”

Dan besluit de invloedrijke Nederlandse natuurkundige Hans Kramers, met goedvinden van de overheid, het Nederlandse geheim te onthullen. „Als Kramers op reis gaat naar Noorwegen krijgt hij toestemming om die informatie te delen als dat goed uitkomt.” Het Nederlandse uranium blijkt de perfecte bruidsschat om mee te doen aan het reactorproject. De Noorse kernwapenambities zijn dan al opgegeven – frustratie van Randers, die later nog een rol speelt bij het ontwikkelen van een Israëlische atoombom.

Wel vragen de Nederlanders braaf toestemming aan de VS. Kleemans: „Kramers stuurt voor de zekerheid toch een brief aan Oppenheimer, een huisvriend van de Kramers.” Die adviseert om dit vooral eerst met de Amerikaanse overheid te bespreken, niet als wetenschappers onderling. De Amerikanen gaan met frisse tegenzin akkoord. Nederland en Noorwegen zijn tenslotte „the best of the lot”, schrijft een Amerikaans politicus in 1950: de meest Atlantisch gezinde Europese staten buiten het VK.

De grootste druk is dan al van de ketel: in 1949 brengt de Sovjet-Unie een atoombom tot ontploffing. Geen loslippige wetenschappers hebben de atoomgeheimen verklapt, maar de spion Klaus Fuchs, die midden in het Manhattan-project werkte.

In juli 1951 wordt JEEP officieel geopend, in aanwezigheid van hoogwaardigheidsbekleders. Tot 1960 werken er onderzoekers en gaandeweg worden veel van de atoomgeheimen alsnog openbaar. Kleemans: „Ze meten bijvoorbeeld de kans op het splijten van uranium bij verschillende neutron-energieën, waar de Amerikanen slechts één waarde hadden vrijgegeven.” Nederland begint met het verrijken van uranium onder natuurkundige Jaap Kistemaker, wat leidt tot een complete verrijkingsindustrie.

Een radicale beleidswijziging

In 1953 kondigt Eisenhower het Atoms for Peace-programma aan, een radicale beleidswijziging, met nadruk op openheid en civiele toepassingen in plaats van kernwapens. De VS leveren complete reactoren met splijtstof aan bondgenoten. Kleemans: „Het was het einde van de geheimhouding, met als zeer bewust doel om invloed terug te winnen. De Noors-Nederlandse samenwerking heeft daarmee zijn beste tijd gehad, maar de Nederlandse wetenschappers hebben wel het gevoel: kijk dat hebben wij voor elkaar gekregen, met onze ontdekkingen. Volgens Kistemaker zeggen Amerikanen dat ook met zoveel woorden. Maar ik heb daarover helemaal niets terug kunnen vinden in de verslagen van de vergaderingen die de Amerikanen, Canadezen en Engelsen hielden over het ‘derubriceren’ van geheimen.” De plotselinge Amerikaanse openheid was vooral bedoeld om invloed te houden in het kernfysisch onderzoek, en om commerciële kansen niet voorbij te laten gaan.

Gaandeweg wordt het Kleemans duidelijk hoe geheimhouding en openheid twee kanten van een medaille zijn. „Zowel openheid als geheimhouding wordt voortdurend gebruikt om machtsverhoudingen te beïnvloeden. Eerst houden de VS alles geheim, daarna komen ze juist naar buiten. Ook Nederland zegt niets over zijn uraniumvoorraad, tot het juiste moment.”

Voor zijn onderzoek, verspreid over tien jaar, dook Kleemans in archieven in Nederland, het Verenigd Koninkrijk, de VS en Noorwegen. „Ik spreek geen Noors, maar dat bleek helemaal niet moeilijk te lezen. Verstaan is overigens een ander verhaal.”

Duidelijk werd ook dat zelfs in dit ruim zeventig jaar oude dossier de grenzen van de geheimhouding nog altijd schuiven. „Ik was vooral geïnteresseerd in besprekingen over het vrijgeven van materiaal. Die verslagen heb ik eind 2018 in Engeland ingezien, en ik kon ook foto’s maken. Maar in de maanden dat ik ze heb gezien, zijn ze allemaal uit het archief verdwenen. Heel veel nucleaire geschiedenis is niet meer te vinden. Ik kan wel raden waarom: het is nog altijd gevoelig materiaal: duizenden pagina’s geschiedenis, bouwtekeningen, procesbeschrijvingen, formules. Een herevaluatie was ook aangekondigd. Maar als je aan de beheerders vraagt waarom dit is verdwenen, krijg je geen antwoord. Dat is geheim.”

Delen

Mail de redactie

De studenten zaten máánden met hun neus in de boeken, blokten door in de avonduren en weekenden, stemden er hun gezinsuitbreidingen op af en schoven huwelijken vooruit: het driedelige MRCP(UK)-examen is een zware maar cruciale toets voor Britse artsen die zich na hun geneeskundediploma verder willen specialiseren, tot bijvoorbeeld cardioloog, internist of geriater.

Maar anderhalf jaar na hun examen, afgelegd in september 2023, was daar opeens die mail: 222 van de 1.451 deelnemers lazen dat ze tóch niet geslaagd waren voor het tweede, schriftelijke deel van de toets. Een „probleem met de dataverwerking”, stond er. De mail belandde om 17.00 uur in hun inbox. Gedupeerden, vol met vragen, kregen nul op het rekest: de telefoon werd niet meer opgenomen.

„Dit is precies hoe wij leerden dat een slechtnieuwsgesprek níet moet”, zegt een van hen, Katherine, in een nieuwsbericht in de British Medical Journal (BMJ). „In extase” was ze, toen ze destijds hoorde dat ze was geslaagd voor de toets. Toen ze de beruchte mail ontving, dacht ze eerst dat het spam was, of dat de mail naar de verkeerde persoon was gestuurd. „Maar toen het tot me doordrong dat dit écht was, kon ik alleen maar huilen.” Over een maand mogen de artsen de toets herkansen, kregen ze te horen. „Maar ik heb drie tot vier maanden geblokt”, zegt Katherine. „De suggestie dat je je hier in een maand op kunt voorbereiden is belachelijk.”

Een andere gedupeerde zegt de geboorte van haar tweede kind precies te hebben afgestemd op de toets. „Ik was destijds zwanger en had alvast de herkansing geboekt, voor het geval dat nodig zou zijn. Ik wíst hoeveel moeilijker studeren voor zo’n toets zou zijn als mijn tweede kind eenmaal geboren was. Er is al zoveel tijd overheen gegaan sinds die toets, een herkansing op korte termijn lukt me echt niet.”

Gratis herkansing

De artsen kregen het bedrag dat ze betaalden voor hun deelname terug en mogen gratis herkansen, liet de Britse federatie van artsenopleidingen (RCP) weten, de organisatie die de toets afneemt. Tegen de slachtoffers liet het RCP verder weinig los. Maar na navraag van BMJ („hoe kon dit pas zo laat ontdekt worden?”) bleek een kwaliteitscontrole de fout aan het licht te hebben gebracht.

Een deel van de gedupeerden is inmiddels begonnen met de opleiding tot specialist, maar de federatie toont zich onverbiddelijk. Het RCP noemt de toets „de gouden standaard voor beginnende specialisten”. Die standaard moet hooggehouden worden, vindt de organisatie, en dus moeten de kandidaten eerst de toets halen voordat ze verder studeren.

De Britse vakbond voor artsen (BMA) en verschillende artsenorganisaties spreken vol walging over het „catastrofale” incident en eisen een onafhankelijk onderzoek naar de vraag waarom dit pas 18 maanden later aan het licht is gekomen. De gedupeerden moeten mentale ondersteuning krijgen, vindt de BMA, en ze moeten ervan op aan kunnen dat deze fout geen consequenties heeft voor hun huidige werk.

61 aanvankelijk gezakte kandidaten kregen overigens door diezelfde controle te horen dat ze toch wél geslaagd waren. Ze deden onterecht een herkansing, of hebben het vak verlaten.

Delen

Mail de redactie

Op de Olympische Spelen is een gouden medaille meer waard dan een zilveren, maar in het oude Egypte was zilver kostbaarder dan goud. Dat kwam omdat het minder vaak dan goud in pure vorm in de natuur te vinden is, maar met behulp van vuur uit zijn omgeving verlost moet worden.

Zilver manifesteert zich meestal in erts, in combinatie met een ander metaal, vooral lood. In de antieke wereld ontwikkelde men, waarschijnlijk al in het vierde millennium voor Christus, een methode om het zilver hieruit los te maken: cupellatie. De zilvermix werd verhit tot ongeveer 1.000 graden Celsius, zodat de onedele metalen een reactie met de lucht aangingen en oxideerden. Het zilver dat achterbleef in de pan kon tot sieraad worden gemaakt, of in plakjes als betaalmiddel worden gebruikt.

Dat laatste gebeurde al lang voordat zilver vanaf 600 voor Christus tot munten werd gemaakt. In de Bijbel bijvoorbeeld koopt Abraham een begraafplaats voor zijn Sarah, en weegt ter betaling een bepaalde hoeveelheid zilver af.

De kleine restjes lood die bij het proces van cupellatie in het zilver achterbleven, maken het voor archeologen nu mogelijk om te achterhalen waar hun opgegraven zilver vandaan komt. Elk gebied heeft namelijk zijn eigen ‘handtekening’ als het gaat om de verhouding waarin loodisotopen in de grond voorkomen. Wie het lood-isotopenpatroon in een zilveren munt kan vaststellen, weet dus waar het gedolven is.

Op deze manier zijn archeologen erin geslaagd vast te stellen welke mijnen op welk moment het meeste zilver produceerden. Daardoor kunnen ze ook veranderende politieke machtsverhoudingen en handelsstromen beter in kaart brengen.

Een aardig voorbeeld daarvan geeft een artikel uit Journal of Archaeological Research van juli vorig jaar. De auteurs beschrijven hierin de ‘zilvergeschiedenis’ van de Levant – het huidige Syrië, Libanon en Israël – tussen 1700 en 600 voor Christus, de periode van de Late Bronstijd en IJzertijd. In de Levant bevonden zich geen zilvermijnen, dus kooplieden moesten hun zilver van ver halen. Aanvankelijk kwam het uit Griekenland, laten de isotopen zien, daarna Anatolië, toen Sardinië en uiteindelijk zelfs uit Spanje, waar de Feniciërs, een volk van handelaars uit Libanon, kolonies hadden.

Tegenwoordig is zilver niet meer in gebruik als betaalmiddel, maar de populariteit van het soepele metaal is onverminderd groot. In 2024 kwam er ongeveer 23.000 ton uit ’s werelds zilvermijnen. Behalve in juwelen belandt deze oogst vooral in elektronica, omdat zilver bijzonder goed stroom geleidt. In elke mobiele telefoon, computer of televisie zit zilver.

Een dun laagje pasta

Ook bij groene energie speelt zilver een belangrijke rol. In een gemiddeld zonnepaneel zit 20 gram zilver, in de vorm van een dun laagje pasta. Als licht het paneel raakt komen elektronen vrij uit het silicium, en de goede geleider zilver maakt hier een bruikbare elektrische stroom van. De verwachting is dat door de groei van zonne-energie in 2030 20 procent van alle jaarlijks gewonnen zilver naar deze bedrijfstak gaat.

Niet álle zilver komt overigens uit de grond. Onderzoekers slagen er sinds enige tijd in zilvernanodeeltjes uit planten te extraheren. Deze deeltjes lijken veelbelovend als het gaat om de bestrijding van bacteriën, schimmels, virussen en zelfs kankercellen.

Delen

Mail de redactie

In het hart van het Zwarte Woud, weg van de hectiek van het stadsleven, ligt een unieke plek waar wiskundigen zich volledig kunnen wijden aan hun vak. Het Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach, gelegen in een dorp met zo’n tweeënhalfduizend inwoners, organiseert het hele jaar door workshops en conferenties. Wiskundigen van over de hele wereld komen er samen om zonder afleiding van buitenaf te werken aan complexe vraagstukken.

In november vorig jaar was er een week gewijd aan de wiskunde van faseovergangen: de plotselinge omslag in gedrag wanneer een systeem een kritische drempel bereikt. Achttien wiskundigen uit de voorhoede van dit vakgebied kwamen samen om deze verschijnselen te doorgronden. Onder hen was de 29-jarige Piet Lammers, die na een bachelor in Utrecht en een master en promotieonderzoek in Cambridge zijn plek vond in Parijs.

Daar is Lammers sinds 2023 ‘junior professor’ aan het Centre national de la recherche scientifique. Vorig jaar gaf hij de Cours Peccot, prestigieuze lezingen die het Collège de France in Parijs al sinds het einde van de negentiende eeuw jaarlijks organiseert. Ze zijn bedoeld voor jonge, veelbelovende wiskundigen en worden toegekend op basis van uitzonderlijke prestaties.

Plotselinge verandering

Lammers neemt graag de tijd om te vertellen over de ontwikkelingen in zijn vakgebied. Om het idee van een faseovergang duidelijk te maken, beschrijft hij tijdens een videocall een experiment dat iedereen thuis kan doen: „Leg een fles water in de vriezer en laat die afkoelen tot één graad onder nul. Het water is dan nog niet bevroren, maar als je tegen de fles tikt, ontstaat er kristalvorming en verandert het in één keer in ijs. Dat is een faseovergang. Een plotselinge verandering.”

Empirisch onderzoek is echter niet wat Lammers doet. Een laboratorium of observatorium heeft hij niet nodig, enkel een kamer waar je kunt nadenken. „Het is pure wiskunde”, zegt hij. Geen experimenten dus, wel formules, redenaties, bewijzen. Abstracte notaties zijn dan ook onvermijdelijk wanneer Lammers uitlegt waar hij en zijn collega’s mee bezig zijn. Tijdens het gesprek deelt hij zijn scherm. Op zijn tablet tekent hij een rooster van kleine vierkantjes met pijltjes, de basis van een versimpeld model om magnetisme te verklaren.

Magneten bestaan uit miljoenen kleine deeltjes (‘spins’) die als miniatuur-kompasnaaldjes werken. Waarom verliest een magneet bij verhitting plotseling zijn aantrekkingskracht zodra een bepaalde temperatuur is bereikt? Ruim honderd jaar geleden stelde de Duitse natuurkundige Ernst Ising een magneet voor als een rooster van spins, die allemaal omhoog of omlaag wijzen en zelf eigenlijk kleine magneetjes voorstellen. „Die magneten werken samen, of werken tegen elkaar in”, legt Lammers uit. „Enerzijds is er een magnetische kracht, die ervoor zorgt dat de spins hun buren beïnvloeden. Ze gaan dan allemaal dezelfde kant op staan. Anderzijds is er een soort natuurkracht, de entropie, die maakt dat de spins willekeurig iets doen.”

Dit samenspel leidt tot een complex systeem waarin temperatuur de doorslag geeft: hoe hoger de temperatuur, hoe zwakker de magnetische kracht en hoe sterker de entropie. Boven een kritische waarde – de zogeheten curietemperatuur, vernoemd naar Pierre Curie – verdwijnt het magnetisme abrupt.

Het model van Ernst Ising vormt een startpunt voor het bestuderen van allerlei faseovergangen. Niet alleen in de natuurkunde, maar ook in vakken als economie, geologie en sociologie. Denk aan het optreden van een beurscrash, het ontstaan van een aardbeving of meningsvorming in sociale netwerken: situaties waarbij er vanaf een zeker moment een kantelpunt optreedt.

Hoewel het Isingmodel helpt om complex gedrag te begrijpen, is het te simpel om de realiteit volledig te beschrijven. Een verfijning is het ‘rotormodel’, waarin spins niet enkel omhoog of omlaag wijzen, maar vrij kunnen draaien. In de jaren zeventig ontdekte de Sovjet-natuurkundige Vadim Berezinski een faseovergang in dit model. Het fenomeen speelt een rol in ‘superfluïda’, vloeistoffen die zonder wrijving kunnen stromen. Bij lage temperaturen binden wervelingen en antiwervelingen zich en neutraliseren ze elkaar, waardoor superfluïditeit ontstaat. Boven een bepaalde temperatuur verdwijnt dit effect.

Ondergewaardeerde wiskundigen

Kort na Berezinski deden John Michael Kosterlitz en David Thouless dezelfde ontdekking, waarvoor zij in 2016 de Nobelprijs voor Natuurkunde ontvingen; Berezinski was toen al overleden. Ook Duncan Haldane deelde dat jaar in de prijs, voor werk dat conceptueel nauw verwant is aan dat van Berezinski, Kosterlitz en Thouless.

De vondst van de BKT-faseovergang, waarbij de letters BKT naar de ontdekkers verwijzen, was baanbrekend, maar de rigoureuze wiskundige behandeling ervan werd gedaan door Jürg Fröhlich en Thomas Spencer. „Zij zijn de helden in mijn vak”, zegt Lammers, die vindt dat ze altijd een beetje ondergewaardeerd worden. „In het juryrapport van de Nobelprijs werden ze niet eens genoemd.”

Het bewijs van Fröhlich en Spencer stamt uit 1981 en is bijzonder moeilijk. Lammers zag het als een uitdaging om te zoeken naar een eenvoudiger bewijs van de BKT-faseovergang. Kon je met een andere ingang hetzelfde doel bereiken?

Zeker: die ingang bleek percolatietheorie te zijn. Deze tak van wiskunde, ontwikkeld in de tweede helft van de vorige eeuw, bestudeert hoe bijvoorbeeld vloeistoffen door poreuze materialen bewegen. Denk aan water dat door een koffiefilter met gemalen koffie sijpelt. De koffiedeeltjes vormen een soort netwerk van kleine gaatjes en doorgangen. Water dat in het koffiefilter wordt gegoten, verspreidt zich langs de paden die door de gaatjes worden gecreëerd. Kan worden voorspeld of er een doorlopend pad ontstaat?

Oneindig vierkant rooster

Wiskundigen bestuderen percolatie met behulp van kansen. Stel je een oneindig vierkant rooster van knooppunten voor. Twee naast elkaar gelegen knooppunten (horizontaal of verticaal) zijn al dan niet met elkaar verbonden. Gooi voor elk tweetal naastgelegen punten een munt op, met een bepaalde kans x op ‘kop’. Als ‘munt’ valt, worden de punten met een lijnstukje verbonden, bij ‘kop’ niet.

Je kunt het rooster dan opvatten als een doolhof waar water doorheen kan stromen – de lijntjes vormen de muurtjes waar het water niet doorheen kan. De illustratie hieronder toont drie roosters, waarbij de waarde van x achtereenvolgens 0,4, 0,5 en 0,6 is. Als x klein is, dan zijn er veel verbindingslijnen. Water dat op het rooster wordt gegoten, zit dan gevangen in een begrensd gebied. Maar als x groot is, ontstaan er juist grote open clusters, waarbinnen het water alsmaar door kan stromen. In de context van het koffiefilter: kleine waarden van x horen bij fijn gemalen koffiebonen, grote waarden bij grof gemalen bonen.

Een centrale vraag in de percolatietheorie is vanaf welke waarde van x er gegarandeerd een pad is van oneindige lengte. In 1957 werd bewezen dat er een kritische waarde is, in de zin dat de kans op een oneindig cluster 0 is als x kleiner is dan die waarde, en 1 als x groter is. Het algehele gedrag van het systeem verandert dus abrupt. Als x toeneemt, dan komt er een moment waarop de kans op een oneindig cluster, waar het water alsmaar kan doorstromen, acuut springt van 0 naar 1. Pas in 1980 werd vastgesteld dat dit omslagpunt exact bij 50 procent ligt. Precies op dat punt is er echter geen oneindig cluster – de waarde van x moet echt groter zijn dan 0,5.

Percolatietheorie kent veel meer toepassingen dan water dat door een koffiefilter vloeit. Zo kan de verspreiding van een epidemie of een bosbrand ermee worden gemodelleerd. Schaakbordvormige roosters zijn nog overzichtelijk. Complexere varianten hanteren andere structuren, zoals een zeshoekig grid of een boomstructuur, of houden rekening met afhankelijkheden tussen knooppunten. Dit levert uitdagende wiskundige problemen op.

Driedimensionale percolatiemodellen zijn bedrieglijk ingewikkeld

Lammers en zijn collega’s vertalen modellen zoals het rotormodel naar percolatiemodellen. In het rotormodel vormen clusters van spins die dezelfde kant op wijzen een structuur die doet denken aan een doorstromende vloeistof in een poreus medium. De overgang van een geordende naar een chaotische toestand is vergelijkbaar met het omslagpunt in percolatie.

Lammers gaf de aanzet tot een van de grote resultaten van de laatste jaren in zijn vakgebied: een bewijs van de BKT-faseovergang met percolatietheorie. Het gebruik van een probabilistisch model was volkomen nieuw. Twee onderzoeksteams pakten zijn idee op. Uiteindelijk leidde dit tot een bewijs dat veel toegankelijker is dan dat van Fröhlich en Spencer. „Het is uit te leggen aan masterstudenten”, zegt Lammers, die uitnodigingen kreeg om erover te spreken op prestigieuze universiteiten, zoals Princeton, Genève en Straatsburg.

„Percolatietheorie gebruik ik in vrijwel elk artikel dat ik schrijf”, voegt hij toe. Er valt nog veel te ontdekken. Het bewijs van de faseovergang in het rotormodel geldt alleen in twee dimensies. Wat gebeurt er in andere dimensies? Lammers: „Het Isingmodel is goed begrepen, in alle dimensies. Het is erg curieus dat in het rotormodel voor alle dimensies groter dan twee onbekend is of de magnetische kracht geleidelijk of abrupt verandert als de temperatuur toeneemt.”

Dat geldt ook voor percolatie. „Driedimensionale percolatiemodellen zijn bedrieglijk ingewikkeld, ondanks de simpele definitie”, zegt Lammers. Verloopt in een rooster van kubussen de faseovergang geleidelijk of plotseling? „Deze vraag noemen wij de continuïteit van de faseovergang. Het is een heel groot open probleem en niemand weet hoe we dit kunnen aanpakken.”

Vreemd genoeg worden de zaken met het toenemen van de dimensie doorgaans weer eenvoudiger. Al gaan ze onze verbeelding te boven, modellen in honderd dimensies zijn relatief makkelijk te doorgronden. In percolatiemodellen is dan zo veel ruimte, dat alles moeiteloos kan stromen. Dat vereenvoudigt de studie naar faseovergangen aanzienlijk.

Delen

Mail de redactie

De doomsday fish wordt hij ook wel genoemd. De dag-des-oordeelsvis, de boodschapper van het einde der tijden. Al voor de vierde keer in korte tijd spoelde afgelopen week een exemplaar aan langs de Amerikaanse westkust – ditmaal in de Mexicaanse staat Baja California.

Zijn officiële naam is oar fish, riemvis. Met wat fantasie heeft de meterslange vis wat van roeiriemen weg. Wetenschappers onderscheiden drie soorten, waarvan een met een lengte tot elf meter de langste beenvis ter wereld is.

Wereldschokkend is het gedrag van de vis niet: hij eet zoöplankton, garnalen, nu en dan een visje. Vanwaar dan die doemconnotaties? Misschien is het z’n rol in de Japanse mythologie: daarin wordt gesuggereerd dat de riemvis aardbevingen aankondigt. Na de tsunami in Japan in maart 2011 (die naar verluidt vooraf werd gegaan door meerdere riemvisstrandingen) werd die hypothese wetenschappelijk onderzocht, maar in 2019 concludeerden Japanse wetenschappers dat van een causaal verband geen sprake was.

Hoe dan ook is het opmerkelijk dat er de afgelopen maanden meerdere riemvissen aanspoelden. Vanaf 1901 tot de zomer van 2024 werd in Californië slechts 20 keer een stranding gemeld; het afgelopen jaar zijn daar drie meldingen bijgekomen, en nu dus een vierde in Mexico. Een verklaring is er nog niet; mogelijk spelen veranderende oceaanstromingen en weerpatronen een rol.

Delen

Mail de redactie