Введение

Американский математик (1880–1949)

Альфред Джеймс Лотка (2 марта 1880 – 5 декабря 1949) был польско-американским математиком, физико-химиком и статистиком, прославившимся своими работами в области динамики популяций и энергетики. Будучи биофизиком, Лотка наиболее известен своим предложением модели «хищник-жертва», разработанной одновременно, но независимо от Вито Вольтерры. Модель Лотки-Вольтерры до сих пор лежит в основе многих моделей, используемых для анализа динамики популяций в экологии.

Жизнь

Лотка родился во Львове, Австро-Венгрия (ныне Львов, Украина) в семье американских родителей польского происхождения. Его родители, Жак и Мари (Дёбели) Лотка, были гражданами США. Он получил степень бакалавра наук в 1901 году в Бирмингемском университете, Англия.

Работа

Хотя сегодня он известен прежде всего уравнениями Лотки-Вольтерры, используемыми в экологии, Лотка был биоматематиком и биостатистиком, стремившимся применить принципы физических наук и к биологическим наукам. Его основным интересом была демография, что, возможно, повлияло на его профессиональный выбор – работу статистиком в компании Metropolitan Life Insurance. В 1912 году одна из его первых публикаций предложила решение второй модели малярии Рональда Росса. В 1923 году он опубликовал подробный пятичастный анализ и расширение обеих моделей малярии Росса. Четвертая часть серии, написанная в соавторстве с Ф. Р. Шарпом, моделировала временную задержку инкубации патогенов. В 1925 году Лотка опубликовал «Элементы физической биологии» – одну из первых книг по математической биологии после «О росте и форме» Д’Арси Томпсона. Он также известен своим энергетическим подходом к эволюции. Лотка предположил, что естественный отбор в своей основе представляет собой борьбу между организмами за доступную энергию; принцип Лотки утверждает, что выживают и преуспевают те организмы, которые захватывают и используют энергию более эффективно, чем их конкуренты. Лотка распространил свою энергетическую концепцию на человеческое общество. В частности, он предположил, что переход от использования солнечной энергии к невозобновляемым источникам энергии создаст уникальные и фундаментальные вызовы для общества. Эти теории сделали Лотку важным предшественником развития биофизической и экологической экономики, продвигаемой Фредериком Содди, Говардом Одумом и другими.

Элементы физической биологии

В период обучения в Джонс-Хопкинсе Лотка завершил свою книгу «Элементы физической биологии» (1925), в которой он развил работы Пьера Франсуа Верхульста. Его первая книга обобщает предыдущие исследования и систематизирует его представления о единстве и универсальности физических законов, делая его работы понятными для других ученых. Несмотря на широкий охват тем, от энергетики эволюции (см. ниже) до физической природы сознания, автор известен сегодня прежде всего уравнением Лотка — Вольтерры, описывающим динамику популяций.

Энергетики эволюции

Его ранние работы были сосредоточены на энергетике и применении термодинамики в биологических науках. Лотка предложил теорию о том, что дарвиновская концепция естественного отбора может быть выражена в виде физического закона. Предложенный им закон заключался в том, что эволюционный отбор благоприятствует максимальному преобразованию полезного потока энергии. Эколог общей системной теории Говард Т. Одум позже использовал предложение Лотки как ключевой принцип в своих исследованиях экосистемной экологии, назвав этот закон принципом максимальной мощности.

Демография и общественное здоровье

Работа Лотки в области математической демографии началась в 1907 году с публикации статей в журналах Science и American Journal of Science. Он опубликовал несколько десятков статей на эту тему в течение более чем двух десятилетий, что вылилось в создание труда «Théorie Analytique des Associations Biologiques» (Аналитическая теория биологических ассоциаций). 45-страничная первая часть, озаглавленная «Principes» (Принципы), была опубликована в 1934 году, а 149-страничная вторая часть, озаглавленная «Analyse demographique avec application particulière a l'espece humaine» (Демографический анализ с особым применением к человеческому виду), – в 1939 году; обе части изданы Hermann & Cie в Париже.

Библиометрия

В области библиометрии, в частности, в части, посвященной изучению научных публикаций, Лотка известен своим вкладом – "законом Лотки". Этот закон, открытый Лоткой, описывает продуктивность ученых. Как отмечал В. Г. Пуатье в 1981 году: "Распределение Лотки основано на законе обратных квадратов, согласно которому число авторов, опубликовавших n работ, составляет 1/n² от числа авторов, опубликовавших одну работу. Для каждой предметной области может быть определен показатель, характеризующий ее специфическую скорость научной продуктивности". Работа Лотки стимулировала дальнейшие исследования и внесла значительный вклад в развитие наукометрики – научного изучения научных публикаций. Он сотрудничал с Луисом Израилем Дублином, другим статистиком из Metropolitan Life, для написания трех книг по демографии и общественному здравоохранению: "Денежная стоимость человека" (1930), "Продолжительность жизни" (1936) и "Двадцать пять лет прогресса в здравоохранении" (1937).