Howard T. Odum

Howard Thomas Odum (1 de septiembre de 1924 – 11 de septiembre de 2002), generalmente citado como H. T. OdumEra un ecologista americano. Es conocido por su trabajo pionero en la ecología de los ecosistemas, y por sus propuestas provocativas de leyes adicionales de la termodinámica, fundadas por su trabajo en la teoría de los sistemas generales.

Biografía

Odum fue el tercer hijo de Howard W. Odum, un sociólogo estadounidense, y su esposa, Anna Louise (de soltera Kranz) Odum (1888-1965). Era el hermano menor de Eugene Odum. Su padre "alentó a sus hijos a dedicarse a la ciencia y desarrollar nuevas técnicas para contribuir al progreso social". Howard aprendió sus primeras lecciones científicas sobre (a) aves de su hermano, (b) peces y la filosofía de la biología mientras trabajaba después de la escuela para el zoólogo marino Robert Coker, y (c) circuitos eléctricos de The Boy Electrician (1929) de Alfred Powell Morgan.

Howard Thomas estudió biología en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, donde publicó su primer artículo cuando aún era estudiante. Su educación fue interrumpida durante tres años por su servicio en la Segunda Guerra Mundial con la Fuerza Aérea del Ejército en Puerto Rico y la Zona del Canal de Panamá, donde trabajó como meteorólogo tropical. Después de la guerra, regresó a la Universidad de Carolina del Norte y completó su B.S. en zoología (Phi Beta Kappa) en 1947.

En 1947, Odum se casó con Virginia Wood y luego tuvieron dos hijos. Después de la muerte de Wood en 1973, se casó con Elisabeth C. Odum (que tenía cuatro hijos de su matrimonio anterior) en 1974. El consejo de Odum sobre cómo gestionar una familia mixta fue para asegurarnos de seguir hablando; El de Isabel fue frenar la disciplina y las nuevas reglas.

En 1950, Odum obtuvo su doctorado. en zoología en la Universidad de Yale, bajo la dirección de G. Evelyn Hutchinson. Su tesis se tituló La biogeoquímica del estroncio: con discusión sobre la integración ecológica de elementos, que lo llevó al campo emergente de la ecología de sistemas. Hizo un "análisis meteorológico de la circulación global del estroncio, [y] anticipó a finales de los años 1940 la visión de la Tierra como un gran ecosistema".

Mientras estaba en Yale, Howard comenzó sus colaboraciones de toda la vida con su hermano Eugene. En 1953, publicaron el primer libro de texto en inglés sobre ecología de sistemas, Fundamentals of Ecology. Howard escribió el capítulo sobre energética, que introdujo su lenguaje de circuitos energéticos. Continuaron colaborando en la investigación y escribiendo por el resto de sus vidas. Para Howard, su lenguaje de sistemas energéticos (al que llamó "energese") era en sí mismo una herramienta de colaboración.

De 1956 a 1963, Odum trabajó como director del Instituto Marino de la Universidad de Texas. Durante este tiempo, tomó conciencia de la interacción de fuerzas ecológicas, energéticas y económicas. Enseñó en el Departamento de Zoología de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y fue uno de los profesores del nuevo plan de estudios de Ciencias Marinas hasta 1970.

Ese año se mudó a la Universidad de Florida, donde enseñó en el Departamento de Ciencias de Ingeniería Ambiental, fundó y dirigió el Centro de Política Ambiental y fundó el Centro de Humedales de la universidad en 1973; fue el primer centro de este tipo en el mundo que todavía está en funcionamiento en la actualidad. Odum continuó este trabajo durante 26 años hasta su jubilación en 1996.

En las décadas de 1960 y 1970, Odum también fue presidente del comité de planificación del bioma tropical del Programa Biológico Internacional. Contó con el apoyo de grandes contratos con la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, lo que resultó en la participación de casi 100 científicos, que realizaron estudios de radiación de una selva tropical. Su proyecto destacado en la Universidad de Florida en la década de 1970 fue el reciclaje de aguas residuales tratadas en pantanos de cipreses. Este fue uno de los primeros proyectos en explorar el enfoque ahora generalizado de utilizar los humedales como ecosistemas para mejorar la calidad del agua. Esta es una de sus contribuciones más importantes a los inicios del campo de la ingeniería ecológica.

En sus últimos años, Odum fue profesor emérito de investigación de posgrado y director del Centro de Política Ambiental. Fue un ávido observador de aves tanto en su vida profesional como personal.

La Sociedad Ecológica otorgó a Odum su Premio Mercer para reconocer sus contribuciones al estudio del arrecife de coral en el atolón Eniwetok. Odum también recibió el Prix de Vie francés y el Premio Crafoord de la Real Academia Sueca de Ciencias, considerado el equivalente al Nobel de biociencias. Charles A. S. Hall describió a Odum como uno de los pensadores más innovadores e importantes de la época. Hall señaló que Odum, solo o con su hermano Eugene, recibió prácticamente todos los premios internacionales otorgados a los ecologistas. El único instituto de educación superior que otorgó títulos honoríficos a ambos hermanos Odum fue la Universidad Estatal de Ohio, que honró a Howard en 1995 y a Euene en 1999.

Las contribuciones de Odum a la ecología de los ecosistemas han sido reconocidas por la Mars Society, que nombró a su estación experimental "H. Invernadero T. Odum" por sugerencia de su antiguo alumno Patrick Kangas. Kangas y su alumno David Blersch contribuyeron significativamente al diseño del sistema de reciclaje de aguas residuales de la estación.

Los estudiantes de Odum han ampliado su trabajo en instituciones de todo el mundo, en particular Mark Brown en la Universidad de Florida, David Tilley y Patrick Kangas en la Universidad de Maryland, Daniel Campbell en la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Enrique Ortega en la UNICAMP de Brasil, y Sergio Ulgiati en la Universidad de Siena. El trabajo realizado en estas instituciones continúa evolucionando y propagando el concepto de emergía de Odum. Sus ex alumnos Bill Mitsch, Robert Costanza y Karin Limburg son algunos ex alumnos que han sido reconocidos internacionalmente por sus contribuciones a la ingeniería ecológica, la economía ecológica, la ciencia de los ecosistemas, la ecología de los humedales, la ecología de los estuarios, el modelado ecológico y campos relacionados.

Trabajo: una visión general

Odum dejó un gran legado en muchos campos asociados con la ecología, los sistemas y la energía. Estudió ecosistemas en todo el mundo y fue pionero en el estudio de varias áreas, algunas de las cuales ahora son campos de investigación distintos. Según Hall (1995, p.ix), Odum publicó uno de los primeros artículos importantes en cada una de las siguientes áreas:

• Modelado ecológico (Odum 1960a)
• Ingeniería ecológica (Odum) et al. 1963)
• Economía ecológica (Odum 1971)
• Ecología estuarina (Odum y Hoskins 1958)
• Ecología de los ecosistemas tropicales (Odum y Pidgeon 1970)
• Teoría de sistemas generales

Las contribuciones de Odum a estas y otras áreas se resumen a continuación.

Odum también escribió sobre ecología de la radiación, ecología de sistemas, ciencia unificada y el microcosmos. Fue uno de los primeros en discutir el uso de ecosistemas para la función de soporte vital en los viajes espaciales. Algunos han sugerido que Odum tenía una orientación tecnocrática, mientras que otros creen que se puso del lado de quienes pedían "nuevos valores".

Modelado ecológico

Un nuevo enfoque integrador en ecología

En su doctorado de 1950. En su tesis, Odum dio una nueva definición de ecología como el estudio de grandes entidades (ecosistemas) en el "nivel natural de integración". En el papel tradicional de un ecologista, uno de los objetivos doctorales de Odum era reconocer y clasificar grandes entidades cíclicas (ecosistemas). Sin embargo, otro de sus objetivos era hacer generalizaciones predictivas sobre los ecosistemas, como el mundo entero, por ejemplo. Para Odum, como entidad grande, el mundo constituía un ciclo giratorio con gran estabilidad. Era la presencia de estabilidad lo que Odum creía que le permitía hablar de la teleología de tales sistemas. Mientras escribía su tesis, Odum consideró que el principio de selección natural era más que empírico, porque tenía una "estabilidad en el tiempo" componente. Como ecólogo interesado en el comportamiento y la función de entidades grandes a lo largo del tiempo, Odum buscó dar una declaración más general de la selección natural para que fuera igualmente aplicable a entidades grandes como a entidades pequeñas tradicionalmente estudiadas en biología.

Odum también quería ampliar el alcance y la generalidad de la selección natural para incluir grandes entidades como el mundo. Esta extensión se basó en la definición de entidad como una combinación de propiedades que tienen cierta estabilidad en el tiempo. El enfoque de Odum fue motivado por la idea de Lotka sobre la energía de la evolución.

Simulación de ecosistemas

Odum utilizó un análogo de las redes de energía eléctrica para modelar las vías del flujo de energía de los ecosistemas. Sus modelos eléctricos analógicos tuvieron un papel importante en el desarrollo de su enfoque de los sistemas y han sido reconocidos como uno de los primeros ejemplos de ecología de sistemas.

El flujo de electrones en la red eléctrica representó el flujo de material (por ejemplo, carbono) en el ecosistema, la carga en un capacitor era análoga al almacenamiento de un material y el modelo se amplió al ecosistema de interés ajustando el tamaño de la red eléctrica. componente.

Análogo ecológico de la ley de Ohm

En la década de 1950, Odum presentó sus diagramas de circuitos eléctricos de ecosistemas a la Sociedad Ecológica de América. Afirmó que la energía era impulsada a través de los sistemas ecológicos por una "ecofuerza" análogo al papel del voltaje en los circuitos eléctricos.

Odum desarrolló una analogía de la Ley de Ohm que pretendía ser una representación de flujos energéticos a través de ecosistemas. En términos de la termodinámica estatal constante, la Ley de Ohm puede considerarse un caso especial de una ley de flujo más general, donde el flujo (${displaystyle J}$) "es proporcional a la fuerza termodinámica de conducción (${displaystyle X}$) con conductividad (${displaystyle C}$), o ${displaystyle J=CX}$.

Kangas afirma que Odum concluyó que, como sistemas termodinámicos, los ecosistemas también deberían obedecer la ley de flujo de fuerza, y que la ley de Ohm y los circuitos analógicos eléctricos pasivos se pueden utilizar para simular ecosistemas. En esta simulación, Odum intentó derivar un análogo ecológico del voltaje eléctrico. El voltaje, o fuerza motriz, está relacionado con la biomasa en libras por acre. El concepto análogo requerido es el de la actividad de la biomasa, es decir, el empuje termodinámico, que puede ser lineal. Aún no se sabe exactamente qué es esto en la naturaleza, ya que es un concepto nuevo.

Tal consideración llevó a Odum a plantear dos preguntas metodológicas importantes:

• ¿Cuál es el significado eléctrico de una función observada en la naturaleza?
• Dada una unidad eléctrica en un circuito, ¿qué es en el sistema ecológico?

Por ejemplo, ¿qué es un diodo en la naturaleza? Se necesita un diodo para permitir que la biomasa se acumule después de que se haya puesto el voltaje del sol, o de lo contrario el circuito se invierte. Los organismos superiores como los peces son diodos.

El estudio de Silver Springs

Silver Springs es un tipo común de arroyo alimentado por manantiales en Florida con una temperatura y composición química constantes. El estudio que Odum realizó aquí fue el primer análisis completo de un ecosistema natural.

Odum comenzó con un modelo general y en sus primeros trabajos utilizó una metodología de diagramación muy similar a los diagramas de Sankey utilizados en la ingeniería de procesos químicos.

A partir de ese modelo general, Odum trazó en detalle todas las rutas de flujo hacia y desde el arroyo. Midió el aporte energético del sol y de la lluvia, y de toda la materia orgánica -incluso la del pan que los turistas arrojaban a los patos y a los peces- y luego midió la energía que poco a poco iba abandonando el manantial. De esta manera pudo establecer el presupuesto energético del arroyo."

Energía ecológica y biológica

Alrededor de 1955, Odum dirigió estudios de radioecología, que incluían los efectos de la radiación en la selva tropical de El Verde, Puerto Rico (Odum y Pidgeon), y los arrecifes de coral y la ecología oceánica en el atolón de Eniwetok. La Comisión de Energía Atómica se acercó a los hermanos Odum para que realizaran un estudio detallado del atolón después de las pruebas nucleares; El atolón era lo suficientemente radiactivo como para que, a su llegada, los Odum pudieran producir una imagen autorradiográfica de una cabeza de coral colocándola en papel fotográfico. Estos estudios fueron aplicaciones tempranas de conceptos energéticos a sistemas ecológicos y exploraron las implicaciones de las leyes de la termodinámica cuando se utilizan en estos nuevos entornos.

Desde este punto de vista, los ciclos biogeoquímicos son impulsados por la energía radiante. Odum expresó el equilibrio entre la entrada y la producción de energía como la relación entre la producción (P) y la respiración (R): P-R. Clasificó los cuerpos de agua según sus proporciones P-R, que separaban los ecosistemas autótrofos de los heterótrofos: “Las mediciones de [Odum] del metabolismo del agua corriente eran mediciones de sistemas completos. Odum estaba midiendo a la comunidad como un sistema, no sumando el metabolismo de los componentes como habían hecho Lindeman y muchos otros". Este razonamiento parece haber seguido el del supervisor doctoral de Odum, G. E. Hutchinson, quien pensaba que si una comunidad era un organismo entonces debía tener una forma de metabolismo. Sin embargo, Golley señala que Odum intentó ir más allá del informe de meras proporciones, una medida que resultó en el primer desacuerdo serio en la energía de sistemas.

Teoría de la potencia máxima y propuesta de leyes adicionales de la termodinámica/energética

En un movimiento controvertido, Odum y Richard Pinkerton (en ese momento físico de la Universidad de Florida) fueron motivados por los artículos de Alfred J. Lotka sobre la energética de la evolución y posteriormente propusieron la teoría de que los sistemas naturales tienden a operar con una eficiencia que produzca la máxima potencia de salida, no la máxima eficiencia.

Lenguaje de sistemas energéticos

A finales de la década de 1960, los modelos de simulación ecológica del circuito electrónico de Odum fueron reemplazados por un conjunto más general de símbolos energéticos. Cuando se combinan para formar diagramas de sistemas, estos símbolos fueron considerados por Odum y otros como el lenguaje del macroscopio que podría representar patrones generalizados de flujo de energía: "Describir esos patrones y reducir las complejidades de los ecosistemas a los flujos de energía, según Odum, permitiría descubrir los principios generales de los ecosistemas". Algunos han intentado vincularlo con los proyectos de lenguaje científico universal que han aparecido a lo largo de la historia de la filosofía natural.

Kitching afirmó que el lenguaje era un resultado directo del trabajo con computadoras analógicas y reflejaba el enfoque de un ingeniero eléctrico al problema de la representación del sistema: "Debido a su analogía eléctrica, el sistema Odum es relativamente fácil de convertir en ecuaciones matemáticas... Si uno está construyendo un modelo de flujo de energía, entonces ciertamente se debe considerar seriamente el sistema Odum... "

Emergía

En la década de 1990, en la última parte de su carrera, Odum y David M. Scienceman desarrollaron la idea de emergía como un uso específico del término energía incorporada. Algunos consideran el concepto de "emergía", a veces brevemente definido como "memoria energética", como una de las contribuciones más significativas de Odum, pero el concepto no está exento de controversia ni sus críticos. Odum consideraba que los sistemas naturales se formaban mediante el uso de diversas formas de energía en el pasado: "La emergía es una medida de energía utilizada en el pasado y, por lo tanto, es diferente de una medida de energía actual". La unidad de emergía (uso de energía disponible en el pasado) es el emjulio, a diferencia de los julios utilizados para la energía disponible que queda ahora. Esto fue concebido como un principio de máximo poder, que podría explicar la evolución de los sistemas abiertos autoorganizados. Sin embargo, el principio sólo se ha demostrado en unos pocos experimentos y no goza de un amplio reconocimiento en la comunidad científica.

Ecología de ecosistemas y ecología de sistemas

Para J. B. Hagen, el principio de máxima potencia y el principio de estabilidad podrían traducirse fácilmente al lenguaje de los sistemas de homeostasis y cibernética. Hagen afirma que los bucles de retroalimentación en los ecosistemas eran, para Odum, análogos a los tipos de bucles de retroalimentación diagramados en circuitos electrónicos y sistemas cibernéticos. Este enfoque representó la migración de las ideas cibernéticas a la ecología y condujo a la formulación de la ecología de sistemas. En el trabajo de Odum, estos conceptos forman parte de lo que Hagen llamó un "intento ambicioso e idiosincrásico de crear una ciencia universal de los sistemas".

Macroscopio

Hagen identificó los sistemas, pensando en Odum como una forma de pensamiento holístico, quien contrastó el pensamiento holístico de la ciencia de sistemas con el pensamiento microscópico reduccionista, y utilizó el término macroscopio para referirse a la visión holística, que era una especie de &# 34;eliminador de detalles" permitiendo crear un diagrama simple.

Microcosmos

Odum fue un pionero en el uso de pequeños ecosistemas cerrados y abiertos en la enseñanza en el aula, que a menudo se construían a partir de peceras o botellas y se les ha llamado microcosmos. Sus estudios de microcosmos influyeron en el diseño de Biosphere 2.

Economía ecológica

La economía ecológica es un campo activo entre la economía y la ecología con conferencias anuales, sociedades internacionales y una revista internacional. De 1956 a 1963, Odum trabajó como Director del Instituto Marino de la Universidad de Texas. Durante este tiempo Odum tomó conciencia de la interacción de fuerzas ecológicas, energéticas y económicas. Por lo tanto, financió la investigación sobre el uso de enfoques económicos convencionales para cuantificar los valores en dólares de los recursos ecológicos para usos recreativos, de tratamiento y otros. Esta investigación calculó el valor potencial de la producción primaria por superficie de bahía.

Para Halle la importancia del trabajo de Odum surgió a través de su integración de sistemas, ecología y energía con economía, junto con la opinión de Odum de que la economía puede ser evaluada en términos objetivos como la energía en lugar de subjetiva, disposición a pagar base.

Ingeniería ecológica

La ingeniería ecológica es un campo de estudio emergente entre la ecología y la ingeniería que se ocupa del diseño, monitoreo y construcción de ecosistemas. El término ingeniería ecológica fue acuñado por primera vez por Odum en 1962, antes de trabajar en la Universidad de Florida. La ingeniería ecológica, escribió, son "aquellos casos en los que la energía suministrada por el hombre es pequeña en relación con las fuentes naturales, pero suficiente para producir grandes efectos en los patrones y procesos resultantes". La ingeniería ecológica como campo práctico fue desarrollada por su ex estudiante de posgrado Bill Mitsch, quien comenzó y continúa editando la revista estándar en el campo y ayudó a iniciar sociedades internacionales y estadounidenses dedicadas a la ingeniería ecológica, y ha escrito dos libros de texto sobre el tema. Uno de los últimos artículos de Odum fue su evaluación de la ingeniería ecológica que se publicó en la revista Ecoological Engineering en 2003, un año después de la muerte de Odum.

Teoría general de sistemas

En 1991, Odum fue elegido presidente número 30 de la Sociedad Internacional de Ciencias de Sistemas, anteriormente denominada Sociedad Internacional para la Investigación General de Sistemas. Presentó muchos artículos sobre la teoría general de sistemas en sus conferencias anuales y editó el último Anuario General de Sistemas publicado. La segunda edición revisada de la principal obra de su vida se tituló Sistemas ecológicos y generales: una introducción a la ecología de sistemas (1994). Algunos de sus modelos y simulaciones de energía contenían componentes de sistemas generales. Odum ha sido descrito como un "optimista tecnocrático", y su enfoque estuvo significativamente influenciado por su padre, quien también era un defensor de ver el mundo social a través de las diversas lentes de la ciencia física. Dentro de los procesos en la Tierra, Odum (1989) creía que los humanos desempeñan un papel central: dijo que "el ser humano es el procesador de información programático y pragmático de la biosfera para lograr el máximo rendimiento".

Publicaciones

Odum escribió alrededor de 15 libros y 300 artículos, y se publicó un volumen Festschrift (Maximum Power: The Ideas and Applications of H. T. Odum, 1995) en honor a su trabajar.

Odum también fue honrado por la revista Ecological Engineering por sus contribuciones al campo de la ingeniería ecológica y la ecología general en reconocimiento a su 70 cumpleaños. La publicación incluyó más de 25 cartas de distinguidos científicos de todo el mundo, entre ellos Mitsch (editorial principal), John Allen, Robert Ulanowitcz, Robert Beyers, Ariel Lugo, Marth Gilliland, Sandra Brown, Ramon Margalef, Paul Risser, Eugene Odum, Kathy Ewel., Kenneth Watt, Pat Kangas, Sven Jørgensen, Bob Knight, Rusong Wang, John Teal, Frank Golley, AnnMari y Bengt-Owe Jansson, Joan Browder, Carl Folke, Richard Wiegert, Scott Nixon, Gene Turner, John Todd y James Zuchetto.

Libros

Artículos (selección)