Simon Asher Levin

amerykański ekolog i biomatematyk

Simon Asher Levin (ur. 22 kwietnia 1941 w Baltimore) – amerykański ekolog i biomatematyk, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej Uniwersytetu w Princeton oraz dyrektor uniwersyteckiego Center for BioComplexity, członek rady Instytutu Santa Fe, zajmujący się empirycznymi badaniami złożonych systemów biosfery (traktowanych jako układy sterowane adaptacyjnie) i ich matematycznym modelowaniem metodami analizy danych przestrzennych, członek Amerykańskiej Akademii Sztuk i Nauk, National Academy of Sciences i wielu innych stowarzyszeń naukowych; otrzymał National Medal of Science, Nagrodę Kioto i inne odznaczenia międzynarodowe[1].

Simon Asher Levin
Data i miejsce urodzenia 22 kwietnia 1941
Baltimore
Zawód, zajęcie nauczyciel akademicki i naukowiec (biologia, matematyka)
Narodowość amerykańska
Alma Mater Uniwersytet Johnsa Hopkinsa
Uniwersytet Marylandu w College Park
Uczelnia Uniwersytet w Princeton
Uniwersytet Cornella
Instytut Santa Fe
Stanowisko profesor
Odznaczenia
Nagroda Kioto (2005)
National Medal of Science (2014)
Tyler Prize for Environmental Achievement (2014)
Strona internetowa

ŻyciorysEdytuj

DzieciństwoEdytuj

Simon Asher Levin urodził się 22 kwietnia 1941 roku w Baltimore (Maryland, USA). Jego ojciec, Theodore Levin, był farmaceutą, zainteresowanym przyrodą, pasjonatem publikacji popularnonaukowych. Chętnie spędzał czas w lesie i nad jeziorem, często razem z synami, Ephraimem i Simonem. Prawdopodobnie praca w aptece nie satysfakcjonowała go – zachęcał synów do studiowania medycyny[2].

Simon wspominał, że wczesne zainteresowania rozwiązywaniem łamigłówek arytmetycznych (również układaniem puzzli) rozwinęła w nim matka, Clara Levin. Będąc w wieku szkolnym poważnie potraktował wezwania Służby Leśnej Stanów Zjednoczonych do ochrony lasów przed pożarami i czynnie włączył się do akcji Smokey Bear[2].

Ephraim Levin został lekarzem, zainteresowanym pracą naukową w dziedzinie biochemii. Widząc pasje brata zachęcał go do studiowania matematyki[2].

StudiaEdytuj

Simon Levin ukończył studia matematyczne w Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore (B.A. 1961) i w Uniwersytecie Marylandu (Ph.D. 1964)[3][4]. Pracę doktorską nt. Uniqueness and nonlinearity wykonał pod opieką naukową Monroe H. Martina, założyciela Instytutu Dynamiki Płynów i Matematyki Stosowanej[5]. W czasie studiów podoktoranckich jego opiekunem był George Dantzig, nazywany „ojcem programowania liniowego”, a potrzebę stosowania matematyki w ekologii wskazali mu profesorowie Robert Whittaker i Richard B. Root[6][7].

Praca zawodowaEdytuj

W latach 1965–1992 pracował w Uniwersytecie Cornella na stanowiskach[3][4][8]:

  • od 1965 – assistant professor (odpowiednik stanowiska adiunkta)
  • od 1971 – associate Professor (odpowiednik profesora nadzwyczajnego)
  • od 1977 – Charles A. Alexander Professor of Biological Sciences
  • od 1980 – dyrektor Ecosystems Research Center
  • od 1987 – dyrektor Center for Environmental Research

W następnych latach był zatrudniony w Uniwersytecie w Princeton jako:

  • od 1992 – George M. Moffett Professor of Biology
  • od 1993 – dyrektor Princeton Environmental Institute
  • od 2001 – dyrektor Center for Biocomplexity

Jest profesorem wizytującym (Distinguished Visiting Professor) w Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, gdzie wykłada w Institute for Mathematical Behavioral Sciences (od 2007) oraz Ecology and Evolutionary Biology (od 2009)[6].

Współpracownikami Simona Levina byli m.in. botanik, ekolog i klimatolog Robert Whittaker, biolog, demograf i pedagog Paul R. Ehrlich, zoolog Robert T. Paine (inicjator stosowania pojęcia gatunek kluczowy) i wielu innych przedstawicieli różnych specjalności. Był promotorem 70 doktorantów oraz opiekunem ok. 90 stażystów podoktoranckich[6].

Tematyka badańEdytuj

Simon Levin jest zaliczany do czołówki naukowców, specjalizujących się w ekologii teoretycznej. W latach 1964–1973 zajmował się przede wszystkim matematyką stosowaną, publikując artykuły w takich specjalistycznych czasopismach, jak J. Mathematical Analysis and Applications, J. Differential Equations , J. Mathematics and Mechanics (również w J. Colloid and Interface Science). W następnych latach zaawansowane metody analiz matematycznych stosował rozwiązując teoretyczne i praktyczne problemy ekologii, początkowo głównie zagadnienia dynamiki liczebności populacji w biocenozach, a później problem struktury i organizacji całej biosfery, uznanej za jeden złożony system o wielkiej różnorodności (zob. teoria systemów), sterowany adaptacyjnie.

Dynamika wzrostu liczebności populacji w ekosystemach

W pierwszym okresie badań, odwołując się do koncepcji niszy ekologicznej G.E. Hutchinsona, określał m.in. warunki, w których możliwe lub niemożliwe jest osiągnięcie w różnych biocenozach stabilnej lub tylko okresowej równowagi biocenotycznej. Wskazał nieznane wcześniej zależności dynamiki wzrostu poszczególnych populacji od rodzaju i liczby czynników ograniczających (konkurencja, drapieżnictwo, dostępność zasobów pokarmowych; zob. pojemność środowiska, opór środowiska, krzywe J i S). Jednym z rozpatrywanych przykładów była prosta sieć pokarmowa, w której występują gatunki zajmujące różne nisze ekologiczne i czerpiące pożywienie ze źródeł dostępnych bez ograniczeń, a niezdolne do trwałego współistnienia w biocenozie, jeżeli są ofiarami tego samego drapieżnika. Artykuł, opublikowany w 1970 roku w American Naturalist[9], został zatytułowany Community Equilibria and Stability, and an Extension of the Competitive; w 1975 roku tekst został włączony do książki Niche: Theory and Application, zredagowanej wspólnie z Robertem Whittakerem[10][11].

Ekologia przestrzeni i problem skali

W następnych latach Simon Levin analizował rozmieszczenie organizmów, populacji i biocenoz w przestrzeni (ekologia przestrzeni[12], ang. spatial ecology, zob. też: analiza danych przestrzennych, ekologia krajobrazu, biogeografia). Opublikował potwierdzoną wynikami badań opinię, że głównym problemem ekologii, ważnym również w innych dziedzinach nauki, jest powiązanie zjawisk zachodzących w różnych skalach przestrzeni, czasu i organizacji[a] (artykuł The Problem of Pattern and Scale in Ecology). Praca wzbudziła bardzo duże zainteresowanie specjalistów[13]. Została wyróżniona nagrodą Ecological Society of America (1988), zaprezentowana w ramach serii wykładów Robert H. MacArthur Award Lecture (Toronto 1989) i opublikowana w czasopiśmie ESA Ecology[14] (MacArthur Award Series, 1992)[15]. Artykuł osiągnął rekordową liczbę cytowań w innych publikacjach[16].

Biosfera jako system adaptacyjny

Simon Levin ze współpracownikami apelował o podjęcie trudnych wyzwań dla statystyki i teorii systemów dynamicznych w dziedzinie populacjologii i badań ekosystemów (w tym ekologia, genetyka, epidemiologia, immunologia). Wskazywał, że wzrost potencjału obliczeń o dużej szybkości umożliwia przeanalizowanie powiązań dynamiki procesów zachodzących w dużych heterogenicznych zespołach jednostek ze zjawiskami obserwowanymi w małych częściach złożonego układu, sterowanego adaptacyjnie[17] (Ecosystems and the Biosphere as Complex Adaptive Systems, 1998)[18].

W ekosystemach traktowanych jak złożone systemy adaptacyjne o różnych wymiarach (od skali komórek do biosfery), wzorce wyższych poziomów organizacji wynikają z procesów interakcji i selekcji przebiegających na niższych poziomach (cechy systemu są określane – w różnym stopniu – przez samoorganizację i zewnętrzne warunki środowiskowe). Obliczenia mogą dostarczyć odpowiedzi na pytania m.in. o struktury migrujących stad zwierząt (wyłanianie lidera i sprawowanie przywództwa[19]), o kształtowanie się struktur ekosystemów o różnej wielkości (np. procesie sukcesji ekologicznej) oraz o ich odporność na zewnętrzne zmiany (wskazanie warunków, w których znajdują się w stanach krytycznych lub przechodzą w stan chaosu)[18][20]. Badania w tej dziedzinie zostały zintensyfikowane, gdy nasiliły się zagrożenia ekosystemów, związane z szybkimi zmianami środowiskowymi[21]. S. Levin uczestniczy m.in. w określaniu skali zagrożeń, związanych ze wzrostem liczby ludności Ziemi, m.in. w badaniach wzrostu ilości antybiotyków, stosowanych w skali globalnej w czasie chowu zwierząt rzeźnych[22].

Analizując warunki rozwoju globalnej społeczności ludzkiej Simon Levin stawia m.in. pytania, jak tworzą się grupy społeczne i instytucje, kiedy pojawiają się normy moralne, obyczaje itp. Stosując metody teorii gier bada wielopoziomowe oddziaływania między jednostkami a zbiorowościami oraz pomiędzy zbiorowościami[23][24]. W czasie wystąpienia na Kyoto international culture forum (2006)[25], apelował o budowę na Ziemi „kolektywu Kokoro” („kokoro”[26]: 1. serce, 2. umysł, 3. duch). Jako źródło większości współczesnych wyzwań środowiskowych wskazał niechęć do zachowań społecznych, będącą skutkiem działania doboru naturalnego, który nie nagradza zachowań altruistycznych[b].

Po 20 latach od opublikowania w 1992 roku artykułu Simona Levina na temat wzorca i skali[15] ukazała się – w specjalnym wydaniu Ecological Letters (temat: Ecological Effects of Environmental Change) – praca pt. The problem of pattern and scale in ecology: what have we learned in 20 years?. Stwierdzono, że niewiele artykułów naukowych miało większy wpływ na rozwój ekologii. Skłonił on nowe pokolenie ekologów do myślenia interdyscyplinarnego i korzystania z nieustannie rozwijających się metod badawczych. W okresie 1992–2012[27]:

  • szybkość obliczeń komputerowych wzrosła milion razy, a ich stosowanie w ekologii stało się oczywiste (zob. np. numeryczny model terenu)
  • stało się powszechne stosowanie w laboratoriach ekologicznych nowych technik biologii molekularnej (zob. np PCR w czasie rzeczywistym)
  • rozwinięto sieci udoskonalonych czujników środowiskowych, stosowanych w skali globalnej i lokalnej (zob. np. Lidar)
  • nastąpił rewolucyjny postęp w dziedzinie rozpowszechniania informacji, sprzyjający m.in. współpracy naukowej

W tym samym okresie populacja ludzka wzrosła o 25%, a emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych o 40%; nastąpiły również inne istotne zmiany, na które globalny system reaguje w sposób coraz bardziej przewidywalny[27].

Przykłady obiektów przestrzennych badań ekologicznych w dużej skali
z zastosowaniem metod teledetekcji i urządzeń satelitarnych, np. Landsat Thematic Mapper[c][28]
a – Mapa siedlisk małp człekokształtnych w Afryce Środkowej w 2002 roku (today) i prognoza na rok 2030
b – Mapa pokrycia terenu Nepalu
c – Zmiany w rejonie Morza Aralskiego w latach 2000–2011

PublikacjeEdytuj

Simon Levin jest autorem ponad 600 publikacji[10] (w PubMed znajduje się 199 pozycji[29]). Najbardziej popularna z nich, The problem of pattern and scale in ecology, cytowana do 2019 roku ok. 7 tysięcy razy, nadal budzi zainteresowanie[16]. Spośród innych wyróżnia się książkę Fragile Dominion: Complexity and the Commons (1999)[30] oraz artykuły[3]:

  • Disturbance, patch formation, and community structure, PNAS USA. 71: 2744–2747, 1974 (wsp. R.T. Paine)
  • Mathematical and computational challenges in population biology and ecosystem science, Science 275: 334–343, 1997 (wsp. B.T. Grenfell, A. Hastings i A.S. Perelson)
  • Strategic interactions in multi-institutional epidemics of antibiotic resistance, PNAS USA. 102: 3153–3158, 2005 (wsp. D.L. Smith i R. Laxminarayan)

Nagrody i wyróżnieniaEdytuj

Jednym z licznych dowodów uznania wysokiej pozycji Simona Levina w środowisku ekologów był wybór na przewodniczącego Ecological Society of America (1990–1991)[7]. Otrzymał również wiele odznaczeń, nagród i innych wyróżnień (krajowych i międzynarodowych)[31]. W 2014 roku otrzymał m.in. Narodowy Medal Nauki, przyznany za wkład w ekologię, ekonomię środowiska, epidemiologię, matematykę stosowaną i naukę o ewolucji oraz za znaczący wpływ na pokolenie naukowców, zajmujących się ochroną środowiska z zastosowaniem matematyki stosowanej[32].

Za najważniejsze nagrody międzynarodowe są uważane[31]:

S. Levin został też wyróżniony tytułem członka honorowego przez amerykańskie i zagraniczne instytucje i stowarzyszenia naukowe[8]:

Otrzymał doktoraty honorowe (Honorary Doctor of Sciences)[8]:

UwagiEdytuj

  1. Pojęcie skali zmieniało znaczenie od lat 80. XX w. wraz z rozwojem metodyki badań ekologicznych (technik eksperymentów polowych i metod komputerowej analizy wyników). Stało się oczywiste, że[36]:
    1. wiele pilnych problemów ekologii występuje w skali dziesięcioleci i skali dużych ekosystemów
    2. bezpośrednie pomiary są zwykle wykonywane na małych obszarach i w krótkich okresach czasu (rzadko w skali globalnej, np. z użyciem urządzeń Landsat)
    3. wzorce lub procesy obserwowane w małych skalach nie zawsze można bezpośrednio zastosować w skalach dużych. Typowym przykładem jest analizowanie przebiegu wymierania gatunków, które występują w skali ekosystemów lub biosfery, podczas gdy badania polowe są wykonywane na małych fragmentach zróżnicowanego siedliskowo obszaru (siedliska również nie są jednorodne).
    Nowoczesne metody obliczeniowe pozwalają rozwiązywać problemy ekologiczne na podstawie obserwacji dokonywanych w różnych skalach.
  2. Na głównej stronie internetowej „Levin Lab” zamieszczono motto, którym jest fragment wystąpienia kierownika laboratorium na międzynarodowej konferencji w Kyoto[1]:

    Two conflicting tendencies can be seen throughout the biological world: individuality and collective behavior. Natural selection operates on differences among individuals, rewarding those who perform better. Nonetheless, even within this milieu, cooperation arises, and the repeated emergence of multicellularity is the most striking example. The same tendencies are played out at higher levels, as individuals cooperate in groups, which compete with other such groups. Most of our environmental and other challenges can be traced to such conflict, and to the unwillingness of individual agents to take account of the greater good. We need to take multicellularity to yet a higher level, and find the collective Kokoro that is the only hope for the preservation of the planet. – Simon A. Levin (2006)

  3. Podstawowym źródłem danych dla naukowców różnych dziedzin oraz decydentów w dziedzinach gleboznawstwa i rolnictwa, leśnictwa, eksploracji zasobów naturalnych, urbanizacji i innych jest od kilkudziesięciu lat program Landsat, realizowany przez NASA i USGS[34][35]

PrzypisyEdytuj

  1. a b Welcome (ang.). W: The Levin Lab Princeton University. Ecology & Evolutionary Biology [on-line]. princeton.edu. [dostęp 2019-05-07].
  2. a b c Simon Asher Levin: Building on Strengths and Finding One’s Purpose (ang.). W: Kyoto Prize > Laureates [on-line]. Inamori Foundation. s. 1-20. [dostęp 2019-05-26].
  3. a b c Simon Asher Levin (ang.). W: Strona Kyoto Prize > Laureates [on-line]. Inamori Foundation. [dostęp 2019-05-08].
  4. a b Simon Levin; Science Board, Science Board Fellow (ang.). W: Strona internetowa Santa Fe Institute > People/profile [on-line]. Santa Fe Institute. [dostęp 2019-05-08].
  5. About Monroe H. Martin. W: Strona internetowa > Events > Monroe H. Martin Lectures [on-line]. Johns Hopkins University, Department of Mathematics. [dostęp 2019-05-13].
  6. a b c Doug Sprugel: Simon A. Levin (ang.). W: The Ecological Society of America's History and Records by the ESA Historical Records Committee [on-line]. ESA Historical Records Committee, December 8, 2015. [dostęp 2019-05-08].
  7. a b Simon A. Levin, President 1990–1991. „Bulletin of the Ecological Society of America”. 71 (3), s. 154–155, Sep 1990. Ecological Society of America (ang.). 
  8. a b c Simon A. Levin, Simon Asher Levin; James S. McDonnell Distinguished University Professor in Ecology and Evolutionary Biology (CV 2018) (ang.). W: The Levin Lab Princeton University. Ecology & Evolutionary Biology [on-line]. princeton.edu. [dostęp 2019-05-07]. (NarrativeBio, 2019)
  9. Simon A. Levin. Community Equilibria and Stability, and an Extension of the Competitive Exclusion Principle. „The American Naturalist”. 104 (939), s. 413–423, Sep–Oct 1970. The University of Chicago Press (ang.). 
  10. a b S.A. Levin: List of Publications (marzec 2019 (ang.). W: Strona internetowa The Levin Lab [on-line]. Princeton University, 2019. s. 1–37. [dostęp 2019-05-27].
  11. Robert Harding Whittaker, Simon A. Levin: Niche: Theory and Application Benchmark papers in ecology. Dowden, Hutchinson & Ross, 1975, s. ss 448. ISBN 0-470-94117-0.
  12. W. Sztumski. Ekologia przestrzeni. „Problemy Ekorozwoju”. 6 (1), s. 117-138, 2011. Polska Akademia Nauk, Komitet Człowiek i Środowisko. ISSN 1895-6912. 
  13. An interview with: Dr. Simon Levin (discusses his highly cited work, "The problem of pattern and scale in ecology") (ang.). W: in-cites > Papers [on-line]. [dostęp 2019-05-10].
  14. Ecology (ang.). W: Strona internetowa czasopisma [on-line]. Ecological Society of America. [dostęp 2019-05-19].
  15. a b Simon A. Levin. The Problem of Pattern and Scale in Ecology (The Robert H. MacArthur Award Lecture 1989). „Ecology; MacArthur Award Series”. 73 (6), s. 1943–1967, 01 December 1992. Ecological Society of America, ESA. ISSN 0012-9658 (ang.). 
  16. a b Simon Levin (ang.). W: Google Scholar [on-line]. scholar.google.com. [dostęp 2019-05-10].
  17. Simon A. Levin, Bryan Grenfell, Alan Hastings, Alan S. Perelson. Mathematical and Computational Challenges in Population Biology and Ecosystems Science. „Science”. 275 (5298), s. 334–343, 17 Jan 1997. DOI: 10.1126/science.275.5298.334 (ang.). 
  18. a b Simon A. Levin. Ecosystems and the Biosphere as Complex Adaptive Systems. „Ecosystems”. 1 (5), s. 431–436, 1998. ISSN 1432-9840 (ang.). 
  19. Iain D Couzin, Jens Krause, Nigel R Franks, Simon A Levin. Effective leadership and decision-making in animal groups on the move. „Nature”. 433 (7025), s. 513, 2005/2 (ang.). 
  20. Marten Scheffer, Stephen R. Carpenter, Timothy M. Lenton, Jordi Bascompte, William Brock, Vasilis Dakos, Johan van de Koppel, Ingrid A. van de Leemput, Simon A. Levin, Egbert H. van Nes, Mercedes Pascual, John Vandermeer. Anticipating Critical Transitions. „Science”. 338 (6105), s. 344–348, 19 Oct 2012. DOI: 0.1126/science.1225244. ISSN 0036-8075 (ang.). 
  21. PNAS”. 106 (Supplement 2), s. 19659–19665, November 17, 2009. DOI: 10.1073/pnas.0905137106 (ang.). , ref. 2: Thomas W. Schoener (2009) The niche w: The Encyclopedia of Ecology, ed. S.A. Levin (Princeton Univ Press, Princeton), ss 3–13
  22. Thomas P. Van Boeckel, Charles Brower, Marius Gilbertc, Bryan T. Grenfella, Simon A. Levina, Timothy P. Robinsoni , Aude Teillanta, Ramanan Laxminarayan. Global trends in antimicrobial use in food animals. „PNAS”. 112 (18), s. 5649–5654, May 5, 2015. United States National Academy of Sciences (United States). DOI: 10.1073/pnas.1503141112. ISSN 0027-8424 (ang.). 
  23. Simon Levin. Crossing scales, crossing disciplines: collective motion and collective action in the Global Commons. „Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci”. 365 (1537), s. 13–18, 2010 Jan 12. Royal Society (United Kingdom). DOI: 10.1098/rstb.2009.0197. 
  24. Simon A. Levin: Games, Groups, and the Global Good. Springer Science & Business Media, 9 cze 2009 (wzn. 210), s. ss 283. ISBN 978-3-540-85435-7.
  25. Prace Kyoto international culture forum 2006 : In quest of kokoro (ang.). W: wyszukiwarka biblioteki utoronto [on-line]. Uniwersytet w Toronto, 2006. [dostęp 2019-05-27].
  26. kokoro (ang.). W: Japanese–English Dictionary [on-line]. [dostęp 2019-05-21].
  27. a b Jérôme Chave. The problem of pattern and scale in ecology: what have we learned in 20 years?. „Ecology Letters”. 16 (1), s. 4–16, 2013. Wiley-Blackwell. DOI: 10.1111/ele.12048. ISSN 1461-023X (ang.). 
  28. The Thematic Mapper (ang.). W: Landsat Science [on-line]. [dostęp 2019-05-24].
  29. Levin S.A. Search results (ang.). W: Wyszukiwarka PubMed [on-line]. [dostęp 2019-05-10].
  30. David C. Krakauer, Martin A. Nowak. Fragile Dominium: Complexity and Commons. „Notices of the American Mathematical Society ; Book Review”. 47 (5), s. 564-568, May 2000. American Mathematical Society. ISSN 0002-9920 (ang.). 
  31. a b Simon Asher Levin; Honors and Awards. W: Strona internetowa The Levin Lab [on-line]. Princeton University, 2018. [dostęp 2019-05-07].
  32. Simon Asher Levin, 2014, National Medal of Science Biological Sciences (ang.). W: Strona internetowa National Science and Technology Medals Foundation [on-line]. NSTMF, 2014. [dostęp 2019-05-10].
  33. 'Dr A.H. Heineken Prize for Environmental Sciences' 2004 > Simon A. Levin (1941), USA (ang.). W: Strona internetowa oninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen [on-line]. KNAW. [dostęp 2019-05-10].
  34. How Landsat Helps (ang.). W: NASA Landsat Science [on-line]. NASA. [dostęp 2019-05-21].
  35. Practical Uses (ang.). W: NASA Landsat Science [on-line]. NASA. [dostęp 2019-05-21].
  36. David C. Schneider. The Rise of the Concept of Scale in Ecology: The concept of scale is evolving from verbal expression to quantitative expression. „BioScience”. 51 (7), s. 545–553, July 2001. Oxford University Press on behalf of the American Institute of Biological Sciences. ISSN 0006-3568 (ang.). 

Linki zewnętrzneEdytuj