De Dynamische Energie Budget-theorie: van bacteriële cel tot blauwe vinvis

Prof.dr. Bas Kooijman
Hoogleraar Theoretische Biologie

1. Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

Het zal vreemd klinken, maar ik denk dat mijn Dynamische Energie Budget (DEB) theorie de biologie grondig zal veranderen. De reden waarom ik eraan werk is omdat ik denk dat dit deze de belangrijkste doorbraak zal opleveren.

De theorie specificeert de processen van substraat (voedsel, nutriënten, licht, zuurstof etc.) opname en gebruik voor ontwikkeling, groei, onderhoud, reproductie, veroudering voor alle organismen (micro-organismen, dieren, planten) op kwantitatieve (= wiskundige) wijze, waarbij uitsluitend gebruikt wordt gemaakt van fysische en chemische principes.
Het individu staat hierin centraal als eenheid van evolutionaire selectie (veel soorten zijn eencellig) en de theorie volgt de gehele levenscyclus van het individu. Een korte intro is hier te vinden.

Er zijn nu ruim 400 artikelen en boeken hierover gepubliceerd en de laatste 18 jaar groeit het aantal exponentieel. Extrapolatie levert 1 artikel per week in 2012 en 1 per dag in 2018. (Zie hier.)

Het is geen theorie die met oneliners werkt, en daarom onbekend in de populaire pers, maar ik reken op een revolutie van onderaf: vrijwel elke eco-fysioloog zal binnen een aantal jaar met deze theorie blijken te werken.

Geen hype-type ontwikkeling dus; dat is meer voor eendagsvliegen in de wetenschap.
Het is de enige theorie waarmee de entropie van levende systemen bepaald kan worden: van bacteriële cel tot blauwe vinvis. De link met de thermodynamica, massa en energie behoud en systeem theorie staan centraal in DEB theorie.

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

Ik hoop dat DEB theorie unificerend zal werken in de biologie, dat microbiologen, planten en dier eco-fysiologen, moleculair en ecosysteem biologen zich beter dan ooit tevoren zich zullen realiseren dat ze aan verschillende aspecten van hetzelfde systeem werken en dat ook inhoudelijk kunnen duiden. Ik hoop dat deze theorie de communicatie tussen al deze uit elkaar drijvende disciplines zal bevorderen en zo de slagkracht bevorderen. Waar op dit moment de biologie nog vaak beschrijvend bezig is, en patroonherkenning een belangrijke rol speelt, hoopt ik dat DEB theorie zal inspireren tot theorie-gedreven experimenteel onderzoek en begrijpen belangrijker wordt dan beschrijven.

Elke toepassing van een theorie van dit type start met kennis van parameter waarden. Op dit moment bouwen wij aan een data en parameter collectie van dieren (add_my_pet, zie hier). Er zijn nu onderbouwde parameter waarden van ruim 100 soorten beschikbaar van vrijwel alle grotere phyla en alle 13 klassen van chordaten, en ik hoop dit uit te breiden naar micro-organismen en planten. De voorspelling van patronen in parameter-waarden tussen verschillende soorten is al een onderdeel van de theorie, voor zover die volgt uit fysische principes. Ik hoop dat de collectie niet alleen toepassingen zullen bevorderen, maar ook dat patronen in parameterwaarden licht zullen werpen op evolutionaire adaptaties.

Verder is er een lijstje van kortetermijndoorbraken die verwacht kunnen worden. Ik noem veranderingen in de dieet keuze van dieren gedurende hun ontwikkeling als voorbeeld in de gedrags-ecologie die gevolgen kan hebben voor de voedingswetenschappen. Een ander voorbeeld is theorie over de lichaamgrootteverdeling van organismen in een ecosysteem, waarbij tijd en ruimte schalen interacteren.

In Lissabon onderzoekt men parallellen tussen ecologische en economische systemen, waarbij de firma in de economie de rol van het individu in de biologie speelt. Een aantal DEB-principes lijken goed toepasbaar. Het frequent opsplitsen en samenvoegen van zowel individuen (in evolutionair perspectief) als firma’s (op veel kortere termijn) is een kenmerk dat individuen en firma’s verbindt en zware randvoorwaarden oplegt op de wijze waarop ze intern georganiseerd moeten zijn, willen ze kunnen overleven. De rol van het metabole geheugen, dat uniek is voor DEB theorie, is hierbij cruciaal, alsmede die van syntrofie (het interactief uitruilen van producten tussen de onderdelen van het systeem). Ik zie dit zelf als een mogelijk veelbelovende langetermijnontwikkeling. De economie is erg toe aan verklarende modellen

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

DEB theorie werd en wordt toegepast op de terreinen van eco-toxicologie, afvalwaterverwerking, biotechnologie, aquacultuur (vissen en schelpdieren), klimaatsverandering, gezondheid (obesitas), epidemiologie. Elke toepassing waarbij levende systemen betrokken zijn is metabole organisatie een aspect waar je mee te maken krijgt. Kennis over deze organismatie kan op verschillende wijze gebruikt worden.


Andere bijdragen in Biologie, Klimaat