7.1 Oorsprong van bewustzijn: de geboorte van proto-bewustzijn

Startpagina ／ Hoofdstuk 7: Allerlei beschouwingen (V5.05)

I. Vier voorwaarden voor de kleinste bewustzijnslus

Wij definiëren het “kleinste bewustzijn” als een toetsbare en falsifieerbare lus die gelijktijdig vier voorwaarden vervult: waarnemen, bewaren, kiezen en eigen voordeel. Met de taal van de Energie-filamenttheorie (EFT)—“filament”, “zee”, “dichtheid” en “spanning”—kunnen we per stap aangeven op welk fysisch mechanisme zij rust.

1. Waarnemen: externe verschillen op de grens schrijven

• Betekenis: Een structuur reageert verschillend op sterkte, aankomstrichting of type prikkel.
• Filament/zee-schets: Het celmembraan is een georiënteerde “filament”-grens; de intra- en extracellulaire vloeistof vormen de “zee”. Bij licht, chemicaliën of afschuifstroming worden membraanspanning en -kromming herschreven; gepoorte kanalen—feitelijk “bijna-drempelpoorten”—krijgen richting-afhankelijke openingskansen. Dat is “waarnemen”.

2. Bewaren: kort vasthouden wat zojuist gebeurde

• Betekenis: Na het einde van de prikkel keert het systeem niet direct naar nul terug; een korte vertraging zorgt dat de volgende respons de vorige “onthoudt”.
• Fysische basis: Herstel van membraanspanning kost tijd; kanalen desensitiseren en recupereren; tweede-boodschappers (bijvoorbeeld calciumionen en cyclische nucleotiden) nemen af met een eigen tijdschaal. Zo blijft de “ingeschreven toestand” kort behouden—dat is “bewaren”.

3. Kiezen: “bewaren” omzetten in een bias voor de volgende stap

• Betekenis: Uit meerdere haalbare responsen geeft het systeem de voorkeur aan één optie.
• Realisatie: Richtings- of drempelbias in kanaalopenkans, oppervlaktespanning, Marangoni-oppervlakte-stroming, werkpunt van ionpompen en slagfrequentie van flagellen zet “geheugen” om in een verschil in keuze-kans. Dat is “kiezen”.

4. Eigen voordeel: de gekozen bias verhoogt overleving of opbrengst

• Betekenis: De keuze is voordelig voor het systeem zelf (dichter bij hulpbronnen, weg van schade, behoud van homeostase) en verhoogt statistisch de overlevingskans of contactkans met hulpbronnen. Dat is “eigen voordeel”.

Beslisregel: Alle vier zijn noodzakelijk. Louter waarnemen of passieve terugkeer naar evenwicht is geen bewustzijn; pas wanneer de lus “waarnemen–bewaren–kiezen–eigen voordeel” operationeel rond is, spreken we van proto-bewustzijn.

II. Enkele cel in de werkelijkheid: van fototaxis tot chemotaxis

Groene algen, eugleniden en andere eencelligen vertonen stabiele fototaxis; veel bacteriën en amoeben vertonen chemotaxis. In het raamwerk van de vier voorwaarden worden de mechanismen concreet.

1. Fototaxis: gericht licht wordt een gerichte spanningsverschil

• Waarnemen:
  • Lichtgevoelige moleculen in membranen of kanaalproteïnen (bijvoorbeeld rhodopsine-achtige kanalen en protonpompen) zetten lichtintensiteit en -richting om in transmembranaire gradiënten en lokale herschrijving van spanning.
  • Veel eencelligen hebben een schaduwvlek of geometrische polariteit door pigmentkorrels onder het membraan, zodat de “lichtkomstrichting” asymmetrische membraanresponsen geeft.
• Bewaren:
  • Lichtgestuurde kanalen hebben inactivatie- en herstel-tijden.
  • Downstream calcium-signalen, cyclische nucleotiden en proton-gradiënten vervallen natuurlijk.
  • Vervormingen van cytoskelet en membraan veren vertraagd terug. Samen leveren zij kortdurend “ingeschreven geheugen”.
• Kiezen:
  • Cellen vertalen de zojuist ingeschreven bias naar gedrag via verschillen in flagel-slag, richting van pseudopodium-groei, regeling van ionpompen en metabole gating.
  • Niet-bewegende cellen kunnen groei/uitstulping richting-bias geven via membraan-oppervlakte-stromen en veranderde hecht-/loskans.
• Eigen voordeel:
  • Migratie naar een geschikt lichtgebied betekent passendere energie-aanvoer en minder fotobeschadiging; het voordeel blijkt uit langere persistentie en hogere delingskansen.
  • Voor lichtmijdende typen geldt hetzelfde maar omgekeerd: nog steeds “eigen voordeel”.
• Samengevat: Fototaxis is geen “mysterieuze reactie” maar een zichtbare keten: licht → spanningsverschil → gating → kort geheugen → bias in beweging/gating.

2. Chemotaxis: chemische gradiënten herschrijven spanning en gating

• Waarnemen: Receptoren of kanalen reageren op ligand-concentratieverschillen en wekken asymmetrie in membraanspanning en elektrochemische gradiënten.
• Bewaren: Receptoradaptatie en desensitisatie, afname van signaalcascades en terugveer van membraan-cytoskelet leveren kort geheugen.
• Kiezen: Wisselen van flagel-rotatierichting, verandering van adhesiekans en asymmetrische pseudopodium-extensie zetten het geheugen om in een keuze.
• Eigen voordeel: Toegang tot nutriëntrijke zones wordt gemakkelijker en toxische zones worden gemeden; overlevings- en proliferatiekansen stijgen.
• Foto versus chemo: Het verschil zit alleen in welk type “golfpakket/prikkel” wordt gebruikt om spanning te herschrijven; de lusstructuur is isomorf.

3. Waarom “licht op zich” nog geen bewustzijn betekent
   Licht is een spanningsverstorend golfpakket en kan de spanningsverdeling van het membraan herschrijven. Voor “fototactisch bewustzijn” zijn echter drie extra onderdelen nodig:

• Een transductieketen die licht omzet in een spanningsverschil (fotothermisch, fotochemisch of foto-elektrisch, meestal via lichtgevoelige moleculen).
• Een beetje geometrische polariteit (schaduwvlek, ongelijke kanaalverdeling of asymmetrische kromming) die “aankomstrichting” omzet in “responsverschil”.
• Kort geheugen plus een actuator (desensitisatie/terugveer + beweging of gating) die “bewaren” omzet in “kiezen”.
  Zijn alle drie aanwezig, dan verschijnt proto-bewustzijn; ontbreekt er één, dan rest hoogstens passieve waarneming of relaxatie—niet voldoende.

III. Minimaal toetsbaar prototype: primitief lipide-vesikel + mechanosensitieve kanalen

1. Criteria om te beslissen dat “het eenvoudigste bewustzijn” is ontstaan (voor experiment en reflectie)

• Waarnemen: Bij prikkels met gelijke amplitude maar verschillende richting treden richtingsafhankelijke verschillen op in kanaal-gating, spanningsindicatoren van het membraan en micromigratie-vectoren.
• Bewaren: In dubbel-puls-proeven hangt de tweede respons af van de eerste en dooft het effect tijdsafhankelijk uit.
• Kiezen: Na “inschrijving” ontstaat bij meerdere even sterke ingangen een statistisch significante keuze-bias.
• Eigen voordeel: In micro-omgevingen met zowel hulpbronnen als remmingen vergroot de bias de overlevings- of contactkans.
  Pas als alle vier voldaan zijn is de lus rond; één of twee criteria halen is geen proto-bewustzijn.

2. Prototype-ontwerp: een gesloten lipide-vesikel met spaarzame mechanosensitieve kanalen in het membraan (bijna-drempelporiën die gemakkelijker openen bij membraanspanning en gerichte afschuif).
   Eén lusrun in gebeurtenissen:

• Waarnemen: Gerichte verstoringen—osmotische gradiënt, afschuifstroom, lokale verwarming of licht-geïnduceerde lokale “aanspanning”—trekken één zijde van het membraan strakker, waardoor daar meer mechanosensitieve kanalen openen.
• Bewaren: Pas geopende kanalen desensitiseren; membraanspanning en -kromming herstellen vertraagd. Lokale drempels veranderen tijdelijk en laten kort geheugen achter.
• Kiezen: Verschil in kanaal-gating veroorzaakt verschillen in ion/klein-molecuul-flux en oppervlaktestroom, wat gerichte micro-drift of een interne gating-configuratie met bias oplevert.
• Eigen voordeel: De bias leidt het vesikel vaker naar milde osmose en nutriënten of weg van schade; overlevings- en contactkansen nemen toe.
  Dit prototype vereist geen neuronen of complexe metabole netwerken. Met een grens (membraan), poorten (kanalen), kort geheugen (desensitisatie/terugveer) en actuatoren (oppervlaktestromen/herverdeling van flux of micromigratie) zijn de vier voorwaarden vervuld—een “nul-naar-één” brug.

3. Experimentele routes

• Mechanosensorische route (“spanning → gating → kort geheugen → keuze”):
  • Componenten: gigantische unilamellaire vesikels (GUV), mechanosensitieve kanalen (bijv. MscL/MscS), spanningsread-outs van het membraan (spanningskleurstof/vorm), ion-/fluorescentie-indicatoren (Ca²⁺, pH).
  • Handelingen: Trek het membraan gericht met microfluidica of micropipetten (afschuif/negatieve druk); registreer eerste opening → desensitisatie/herstel → her-stimulatie (kort geheugen). Observeer in gradiëntkanalen gerichte micro-drift of voordeel in interne stabiliteit.
  • Criteria: Richtingsafhankelijke openingsdrempels, duidelijke dubbel-puls-hysterese en meetbare winst in overleving/inhoudsbehoud.
• Fotosensorische route (“licht → spanning/elektrochemie → gating → keuze”):
  • Componenten: GUV, lichtgedreven pompen/kanalen (bijv. bacteriorhodopsine en licht-gepoorte kanalen), pH/voltage/calcium-indicatoren, lichte schaduw-polariteit (submembranaire deeltjes/gepatroneerde belichting).
  • Handelingen: Richtingsgevoelige belichting om lokale spanning/elektrochemische verschillen te creëren; volg anisotrope kanaalopening en membraan-stromen. Meet na uitschakelen het trage herstel (kort geheugen). Vergelijk in lichtgradiënten de kans op gerichte drift en de stabiliteit van de interne omgeving (eigen voordeel).

IV. Samengevat (vijf kernzinnen)

• Proto-bewustzijn is geen mystiek, maar een fysische lus van waarnemen, bewaren, kiezen en eigen voordeel.
• Het celmembraan is het natuurlijke platform voor grens en poorten: de “zee” transporteert energie, het “filament” vormt de gestalte, “dichtheid” levert materiaal, en “spanning” bepaalt richting en tijdschaal.
• Fototaxis en chemotaxis delen één lus: externe verschillen worden in membraanspanning en gating geschreven; kort geheugen draagt de “vorige tel” naar de “volgende tel”; actuatoren zetten dit om in een keuze.
• Zodra deze vier stappen verbonden zijn, vertoont een eencellige al de eenvoudigste vorm van bewustzijn; neuronen zijn niet beslissend.
• Vanuit deze “kleinste steen”—door poorten te stapelen, geheugen te verlengen en koppeling uit te breiden—ontstaan hogere vormen van bewustzijn als schaalvergrotingen en orkestraties van dezelfde fysica.