30 jaar theoretische biologie Afscheidsrede als Professor bij

30 jaar theoretische biologie Afscheidsrede als Professor bij de Vrije Universiteit Amsterdam Bas Kooijman Dept theoretical biology Vrije Universiteit Amsterdam Bas. Kooijman@vu. nl http: //www. bio. vu. nl/thb Amsterdam 2015/05/08

Inhoud • • • Balans Biologie als wetenschap Taakstelling Wat is er bereikt? Impact Dankwoord

Balans • 60 cursussen statistiek, waarschijnlijkheidsrekening, modelbouw, theoretische biologie, ecotoxicologie, DEB theorie 1 -60 dagen, nationaal/ internationaal • 5 -10 lezingen/jaar • 50 promovendi • 300 publicaties waaronder 4 boeken • h-index = 44, i 10 -index = 166 • citatie-snelheid: oplopend naar eens per 8 uur • onderzoek via extern gefinancierde projecten

Biologie als wetenschap • Buitenstaanders: biologen kijken naar planten en dieren • Toepassingen = medische wetenschappen, pharmacologie, landbouw, visserij, biotechnologie, afvalwater zuivering = milieubeheer, klimaatsverandering, recycling = sociologie, psychologie, economie • Beschijvend/constaterend ↔ analyseren/probleem oplossen • Geen algemene wetmatigheden? Geen vereenvoudiging • Verstikkende specialisatie door randgebieden wiskunde, fysica, chemie, geologie, informatica breedte/ volume literatuur • Theoretisch biologie: specialisatie in integratie = molekuul, cel, organisme, populatie, ecosysteem, aarde = randgebieden als steunvakken = samenwerking met specialisten

Theoretische Biologie • Specialisatie-overkoepelende theorie vorming • Experimenteel → theorie-gedreven onderzoek experimenteel: geen scherpe vraagstelling, niet sterk kantitatief, patroon-herkenning theorie: centrale rol voor wiskundige modellen

Mijn taakstelling Opstellen: formeel en consistent raamwerk voor biologie als fysica Funktie: bevorderen communicatie: geintegreerde wetenschap biologen die maatschappelijke verantwoordelijkheid nemen Casus: Dynamische Energie Budget theorie stromen van energie, substraat van/naar individu (1 of meer cellig) gehele levencyclus: start ontwikkeling embryo tot dood door veroudering alle soorten: planten, dieren, micro-organismen interakties: symbiose, concurrentie, predator/prooi, parasitisme Voorbeeld-funktie voor andere theorieen

Space-time scales space Each process has its characteristic domain of space-time scales system earth ecosystem population individual cell molecule When changing the space-time scale, new processes will become important other will become less important This can be used to simplify models, by coupling space-time scales Complex models are required for small time and big space scales and vv Models with many variables & parameters hardly contribute to insight time

Biochemical ↔ Pools • many compounds need for selection • conservation laws cannot be used • wide range in scales • complex dynamics • few pools • use of homeostasis • conservation laws can be used • narrow range in scales • simple dynamics • easy connection with molecular level with literature • complex connection with molecular level with literature Bridge calls for intermediary levels of organisation

Wat is er bereikt? • Expliciete DEB modellen die uit theorie volgen Modulair karakter: isotopen, groei tumoren, microbiele vlokken, moeder-foetus, parasiet-gastheer • Mijlpalen: vrijwel elk jaar over 35 jaar onderzoek Synthesizing Units: alternatief voor enzym kinetica Co-variatie regels voor parameter waarden • Software pakket DEBtool >1000 funkties • Stevig empirisch getest verklaart verandering door toxische stoffen 400 diersoorten in de add_my_pet collectie • Synthese van vele empirische modellen

Empirical models Author year model Lavoisier 1780 multiple regression of heat against mineral fluxes Mayneord 1932 cube root growth of tumours Gompertz 1825 survival probability for ageing Monod 1942 growth of bacterial populations Bergmann 1847 body size increase toward the poles Emerson 1950 cube root growth of bacterial colonies Arrhenius 1889 temperature dependence of physiological rates Huggett & Widdas 1951 foetal growth Huxley 1891 allometric growth of body parts Weibull 1951 survival probability for ageing Henri 1902 Michaelis--Menten enzyme kinetics Best 1955 diffusion limitation of uptake Blackman 1905 bilinear functional response Smith 1957 embryonic respiration Hill 1910 Hill's functional response Leudeking & Piret 1959 microbial product formation Thornton 1917 heat dissipation Holling 1959 hyperbolic functional response Pűtter 1920 von Bertalanffy growth of individuals Marr & Pirt 1962 maintenance in yields of biomass Pearl 1927 logistic population growth Droop 1973 reserve (cell quota) dynamics Fisher & Tippitt 1928 Weibull ageing Rahn & Ar 1974 water loss in bird eggs Kleiber 1932 respiration scales with body weight^3/ 4 Hungate 1975 digestion Beer & Anderson 1997 development of salmonid embryos

p 93 p 94

Impact 1: tijdschriften met mijn DEB artikelen • sub-disciplines in biology Am. Nat. , Ecol. Lett. , Func. Ecol. , J. Anim. Ecol. , Oikos, Ecol. Model. , Ecol. Monogr. , Math. Model. Nat. Phenom. , Plant & Soil, J. Ornith. , Comp. Biochem. Physiol. , Neth. J. Zool. , Biotech. Bioeng. , Aquaculture, A. van Leeuwenhoek, J. Eukaryotic Microbiol. , Yeast, FEMS Microbiol. Ecol. , Aquat. Microbiol. Ecol. , Mar. Ecol. Prog. Ser. , Limnol. Oceanogr. , J. Mar. Res. , J. Sea Res. , J. Plankton Res. , J. Exp. Mar. Biol. Ecol. Biogerontol. , Mut. Res. , Br. J. Cancer, Aquat Toxicol. , Ecotoxicol. Model. , Fundam. Appl. Toxicol. • general biology Biol. Rev. , Phil. Trans. R. Soc. B, C. R. Acad. Sci. Ser. III, Inserm, J. Biol. Syst. , J. Theor. Biol. , Acta Biotheor. , Plos Biol. , Plos. One • chemistry Biophys. Chem. , Chemosphere, Organohal. Comp. • physics Phys. Rev. E, Geophys. Res. Let. , J. Geophys. Res. , J. Deep Sea Res. • applied mathematics J. Math. Biol. , Bull. Math. Biol. , Math Biosci. , Math. Biosci. Eng. , Theor. Pop. Biol. , Ann. Systems Res. , Nonlin. Anal. , Nonlin. World • environment Water Res. , Wat. Sci. Tech. , Sci. Total Environ. , Environ. Tox. Chem. , Environ. Pollut. , SAR & QSAR in Environ. Res. , Environ. Ecol. Stat. , J. Agri. Biol. Environ. Stat. , Ecotox. Eviron. Saf. , Environ. Sci. Technol. , J. Exp. Anal. Environ. Epidem. , Risk Anal. , J. Envir. Radioactivity

Impact 2: Special DEB issues >500 DEB publikaties

Impact 3: 124 deelnemers aan de DEB cursus 2015 2 -jaarlijks; tele- + practisch gedeelte + symposium gecumuleerd > 1000 deelnemers

Impact 4 • Eredoctoraat in Marseille, lid KNAW: erkenning geen impact professeur invité Marseille, Lille • OECD/ISO guidelines voor beoordeling van toxiciteit • Banen ex-promoventie vanwege DEB kennis vergroting intra-murale samenhang • Onderwijs DEB theorie in verplicht curriculum Brest, Lissabon • DEB cursussen/symposia gaan door 2017 Tromso

Kritiek Ingewikkeld! Eigen mening: DEB theorie is een zeer eenvoudige voor een netwerk van zeer ingewikkelde processen Echter: er komen veel disciplines bij elkaar Vergelijk: relativiteitstheorie in de fysica Fysica: ingewikkelde modellen voor eenvoudige processen? Biologie: eenvoudige modellen voor ingewikkelde processen? Nemen biologen hun vak serieus of hebben zij hoop opgegeven?

Trends • Universitair biologie curriculum: ondaan van steunvakken biologie loop gevaar af te glijden naar recreationele sfeer • Moeilijk banen krijgen in ecologie zonder wiskunde • 2 tot 3 jaars projecten zonder samenhang onderdeel van in 5 jr stimulerings–programma’s • Sterke druk op publikaties nutteloze stroom van ongelezen publikaties • Sterke nadruk op toepassingen links met bedrijfsleven; STW profits binnen 5 jr technologie versus wetenschap: tijdschaal

Conclusie • Nog te vroeg voor impact evaluatie • Beoordeling niet aan mij • DEB theorie is erg relevant voor milieu-kwaliteits-zorg voedsel/drinkwater-produktie medische zorg • Heb met zeer veel plezier aan DEB theorie gewerkt

Vaarwel 30 jaar Theoretische Biologie Amsterdam, 8 Mei 2015 nationale afscheidsrede DEB theory: where fascination meets profession Marseille, 30 April 2015 internationale afscheidsrede Theoretische Biologie, een specialisatie in integratie Amsterdam, 18 Juni 1987 inaugurele rede

Dankbetuiging • VU • Truus Meijer criticaster/aanmoediger/gastvrouw/kok/lief & pittig • Afd Theoretische Biologie Bob Kooi, Tjalling Jager, Jaap van der Meer 50 Ph. D’s • Collega’s Roger Nisbet, Hans Metz, Odo Diekmann, Jean-Christophe Poggiale Curatoren: Dina Lika, Starrlight Augustine, Laure Pecquerie, Goncalo Marques Lissabon groep, Tiago Domingos, Tania Sousa, Goncalo Marques, Carlos Teixeira AQUAdeb: Marriane Alunno-Bruscia, Cedric Bacher, Fred Jean, Laure, Jonathan Flye Mike Kearney, Peter Westbroek, Rob Hengeveld, Seb Levebvre • Tutoren: Evert Meelis, Dick Brandt • Ondersteuning: Karin Uyldert • Dank voor uw belangstelling! Receptie mede names Bob Kooi