model

Een complete cel van de minibacterie Mycoplasma genitalium zit nu in de computer. Hierma kan voor het eerst een levend organisme doorgerekend worden. Bron: Stanford.edu

Eerste complete computermodel van levend organisme ontwikkeld

Voor het eerst is  het wetenschappers gelukt alle levensprocessen van een compleet levend organisme in een computersimulatie na te bootsen.

Een complete cel van de minibacterie Mycoplasma genitalium zit nu in de computer. Hierma kan voor het eerst een levend organisme doorgerekend worden. Bron: Stanford.edu
Een complete cel van de minibacterie Mycoplasma genitalium zit nu in de computer. Hierma kan voor het eerst een levend organisme doorgerekend worden. Bron: Stanford.edu

Eenvoudigste bacterie bekend
Voor het eerst bestaat er nu een organisme zonder een black box. Mycoplasma genitalium, een parasitaire bacterie die in de geslachtsorganen van onder meer de mens leeft, heeft het kleinst bekende genoom van alle bekende bacteriën: slechts 525 genen (waarvan 482 voor eiwitten coderen), die samen 580.070 baseparen (de ‘letters’ van DNA) in beslag nemen. Dit is extreem weinig. De beruchte E. coli-bacterie, bijvoorbeeld, heeft acht maal zoveel genen, de mens zelfs rond de 20 000.  M. genitalium kan zich dit veroorloven vanwege de oparasitaire levenswijze: veel essentiële eiwitten en andere moleculen worden van de gastheercel geroofd. Het probleem tot nu toe was, dat celbiologen wel wisten welke eiwitten ruwweg welke functie hadden, maar het zicht op het grote geheel ontbrak. Nu is daar voor het eerst wel sprake van.

Eerste volledige model
In het celmodel, ontwikkeld door een lab van Stanford Universiteit onder leiding van Markus Covert, zijn de gegevens uit meer dan 900 wetenschappelijke publicaties verwerkt, die de effecten van de verschillende genen beschrijven. M. genitalium is zo eenvoudig dat nu alle interacties bekend zijn en er dus voor het eerst een compleet model van een cel in de computer zit. Het grote voordeel is dat nu zeer veel experimenten op de computer gedaan kunnen worden in plaats van, moeizaam, in vitro in het lab. In het model komen meer dan 1900 experimentele parameters voor, die gegroepeerd zijn in 28 biologische processen. In het model werken deze 28 processen op elkaar in. Het resultaat kan het gedrag van M. genitalium behoorlijk nauwkeurig imiteren, aldus hoofdauteur Jonathan Karr van de groep.

Bio-CAD
De ontwikkeling van dit model maakt het voor het eerst in de geschiedenis mogelijk om biologische organismen op de tekentafel te ontwerpen. Niet door trial and error, op dit moment gebruikelijk in biochemische laboratoria, maar deterministisch. Zoals nu machines ontworpen worden. Een dergelijk bio-CAD systeem zou een revolutie voor de biotechnologie betekenen en een grote sprong voorwaarts betekenen voor de ontwikkeling van bacteriën die bepaalde op dit moment zeer schaarse en dure medicijnen produceren. Ook het omzetten van restafval uit de landbouw in biobrandstof of biologisch afbreekbare plastics – of, waarom niet, voedsel – wordt zo praktisch haalbaar.

Biologisch model van een menselijke cel?
De hoofdprijs bestaat uiteraard uit het volledig vastleggen van alle biochemische processen in een menselijke cel. Deze is extreem veel ingewikkelder dan een M. genitalium bacterie, maar in principe betekent volledige kennis van de menselijke cel, dat onsterfelijkheid en genezing van alle ziekten van de mens binnen bereik komt. Ook kan je denken aan het ontwerpen van een ‘supermens’, met een superieure biochemie en bijvoorbeeld veel meer uithoudingsvermogen of snelheid. De droom van  Fyodorov, de inspirator van het Russische Kosmisme, was de mens uiteindelijk te veranderen in een wezen dat kan leven van zonlicht. Op dit moment is de vereiste computer-rekencapaciteit nog buiten bereik, maar de Wet van Moore stelt dat de computercapaciteit elke twee jaar verdubbelt. Exponentiële groei zal uiteindelijk ook dit binnen bereik brengen.

Bron
Stanford researchers produce first complete computer model of an organism, Stanford persbericht, 2012
Jonathan Karr et al., A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from Genotype, Cell, 2012 (alleen abstract gratis)

Dit soort demonstraties, maar dan intelligenter aangepakt dan dit, helpen om belastingontwijking impopulair te maken.

Sociale druk stopt belastingontwijking

Veel mensen, vooral uit rechtse kringen, zien belastingontwijkers als verzetshelden tegen de graaigrage, spilzuchtige overheid. Op een feestje opscheppen over handige fiscale trucs maakt je snel populair. Precies daar ligt de wortel van het probleem, ontdekten economen met een model.

Belastingontwijking en spilzuchtige overheid houden elkaar in stand
Belastingontwijking is een ernstig probleem in landen als Griekenland. Dit uiteraard gecombineerd met belachelijk hoge belastingen en een onzinnig, volkomen uit de hand gelopen uitgavenpatroon, waardoor veel belastingbetalers er terecht weinig voor voelen om hieraan bij te dragen. Met deze -zeer reële- tegenwerping, kunnen we toch vaststellen dat een betere belastingmoraal de nodige ellende had voorkomen in Griekenland en Italië. Kortom: het is doorgaans van maatschappelijk belang om belastingontwijking te verminderen. Althans: als het belastinggeld althans niet grotendeels over de balk wordt gegooid, anders is de maatschappij het beste af met totale belastingontduiking, zodat de overheid failliet gaat.

Dit soort demonstraties, maar dan intelligenter aangepakt dan dit, helpen om belastingontwijking impopulair te maken.
Dit soort demonstraties, maar dan intelligenter aangepakt dan dit, helpen om belastingontwijking impopulair te maken.

Belastingontwijking berekenen
Economen hebben daarom rekenmodellen ontwikkeld om belastingontduiking als fenomeen te bestuderen. Het basisidee is dat belastingbetalers hun gehele inkomen kunnen declareren, een deel van hun inkomen of helemaal geen inkomen. Het belastingtarief en hoeveel dit proportioneel hoger is voor hoge inkomens, is een belangrijke factor. Over het algemeen blijken onzekerheidsmijdende belastingbetalers het meest geneigd om belastingen te betalen.

Het risico van belastingontduiking is op zijn beurt weer afhankelijk van veel factoren. Denk aan de waarschijnlijkheid om gecontroleerd te worden door de FIOD en de straf die belastingzondaren boven het hoofd hangt. Er zijn ook sociale factoren die het psychologische klimaat voor belastingontduiken veranderen. In Griekenland is belastingontduiking onder de elite meer geaccepteerd dan in bijvoorbeeld Zweden. Voor een Zweed voelt belastingontduiking daarom doorgaans ook veel riskanter en verkeerder aan dan voor een Griek. In de nieuwste modellen reageren diverse actoren (gesimuleerde personen of bedrijven) op elkaar. Met opmerkelijke resultaten. De modellen suggereren bijvoorbeeld dat zelfs lage niveaus van controle kunnen leiden tot veel brave belastingbetalers, hoewel het tijd kost.

Natuurkundig Ising-model gebruikt
Nu is voor het eerst een simulatie uitgevoerd met een miljoen economische actors. Hiervoor gebruikten Michael Pickhardt en Goetz Seibold van de Brandenburgse technische universiteit Cottbus in Duitsland een zogeheten Ising model, de natuurkundigen onder jullie bekend uit vaste-stoffysica. Dit bestaat uit een rooster waarin elk knooppunt in twee verschillende staten kan bestaan. Elk knooppunt beïnvloedt zijn buren. Deze roosters kunnen enorm groot zijn, tot miljoenen eenheden. Isingmodellen kunnen uitstekend faseveranderingen beschrijven in bijvoorbeeld ferromagneten. Magneten richten zich, als ze vrij kunnen bewegen, in dezelfde richting. Dat kost het minste energie. Het Isingmodel voorspelt dat in een ferromagneet gebiedjes ontstaan met knooppunten die dezelfde richting wijzen, wat nauwkeurig overeenkomt met hoe ferromagneten zich werkelijk gedragen. Het Isingmodel is vrij simpel en kan daardoor snel doorgerekend worden.

Het magnetisme van brave belastingbetalers
Volgens het Ising-gedragsmodel van de twee fysisch economen, gedragen mensen zich precies zoals magneetjes. Mensen doen het liefste mee met de groep. Daarom zie je ook voorbeelden van Oranjekoorts waarbij een hele straat wordt omgetoverd en er enorme sociale druk is op alle bewoners om mee te doen. Tot nu toe waren Isingmodellen in de sociale wetenschappen niet erg succesvol. Ze waren te zwart-wit. Of je ontwijkt belasting totaal, of je bent een totale braverik. In de praktijk varieert belastingfraude uiteraard van een onterecht bonnetje teveel declareren tot complete schaduwboekhoudingen en trusts. In hun nieuwe model introduceerden ze daarom twee extra effecten: chaos, de neiging af te wijken van de groep (vergelijk temperatuur in een magneet, een hoge temperatuur gooit de elementaire magneetjes door elkaar), en sociale druk (een extern magneetveld, dat ze in dezelfde richting dwingt).

Mensen meer of minder gevoelig voor groepsdruk
Zoals bekend zijn er groepsmensen, keiharde individualisten en alle gradaties er tussenin. Dit modelleerden de twee door per knooppunt een andere groepsgevoeligheid in te stellen. Als hun model runt, werken deze knooppunten op elkaar in, net zoals in de werkelijke maatschappij, zonder de computer door te laten branden. Beiden voerden hun experiment uit met één miljoen actoren. Dat kunnen in een Ising model vrij gemakkelijk tien miljoen worden. Dit betekent ‘slechts’ een toename met factor tien in plaats van een explosie van complexiteit, zoals in bestaande economische modellen.

Tips voor de belastinginspecteur
Dit leverde een aantal interessante voorspellingen op. Naast voor de hand liggende: meer controleren en harder straffen, is het gevoel van angst onder de belastingbetalers te vergroten door ze na een belastingcontrole op de huid te blijven zitten. Ook werkt sociale druk, bijvoorbeeld door belastingontduikers aan de schandpaal te nagelen zoals de Occupy beweging nu doet. Zo kweek je een goede belastingmoraal aan, die zelfversterkend werkt. De vraag blijkt alleen of de werkelijkheid overeenkomt met de theorie. Zullen de Grieken nu als proefkonijnen dienen?

Bron:
Michael Pickhardt en Goetz Seibold, Income Tax Evasion Dynamics: Evidence from an Agent-based Econophysics Model, ArXiv (2011)