コリーナ・タルニタが新進の数学者だったとき、彼女は数学への興味が燃え尽きようとしていることに気づきました。少女の頃、彼女はルーマニアの全国数学オリンピック (1999 年から 2001 年まで 3 連覇を達成) で猛威を振るいました。その後、学部生としてハーバード大学に進学し、純粋数学の問題を研究するために大学院に直行しました。
それから突然、約10年前に、それはもうそれほど楽しくありませんでした. 「私はまだ、問題を解決することに興奮を覚えます」と彼女は言いました。 「問題は、それが一種のエゴキックだったかどうかです。」
信仰の危機に直面したタルニタは、自分の将来がわずかな道しかないと感じていました。彼女は、銀行で働く快適な「クオンツ」の仕事を提供されていました。彼女は休みを取ることができました。そして、彼女は図書館で「Evolutionary Dynamics:Exploring the Equations of Life」というカラフルな表紙の興味深い本を見つけました。 この本の著者である数理生物学者のマーティン・ノワックも、都合よくハーバードにいた。仕事を決めなければならなかったのと同じ週に、彼女は彼に会いたいというメールを送りました。
その出会いが彼女の人生を変えました。 Tarnita は仕事を断り、Nowak で博士号を取得しました。 (彼女は修士号を取得してからわずか 1 年後に博士号を取得しました。) 彼女は彼と伝説的な生物学者エドワード O. ウィルソンと共にプロジェクトを開始し、2010 Nature につながりました。 アリやシロアリのような協力的な昆虫の進化に関する論文。 2013 年以来、彼女はプリンストン大学の教員として数学的ツールを使用して生物学の研究を続けています。
分野を変えて以来、Tarnita は生物がどのように自分自身をさまざまなスケールのパターンに調整するかに焦点を当ててきました。時々、自然淘汰の力が個人を圧迫します。また、アリのコロニーなどのユニットに作用することもあります。粘菌などの他の集団生物は、全体と個体の両方に対する進化の圧力と戦わなければなりません。そして、アフリカのサバンナのようなさらに大きなシステムでは、進化は構成要素を形成しますが、全体ではありません. 「小規模から大規模まで、自然は同じルールを使用するのでしょうか?」
タルニタが探求するすべてのパターンの中で、最も魅惑的で謎めいたものの 1 つは、フェアリー サークルです。ナミビアの草原に点在する不毛の丸いパッチは、ピザのペパロニ スライスのようです。それらは 75 年も持続する可能性がありますが、その原因については熱く議論されています。一部の科学者は、シロアリのコロニーがむき出しの円を構築して維持していると主張し、他の科学者は、植物が乾燥した風景全体で水を求めて戦っているのを非難している. 1 月、Tarnita と彼女の同僚は Nature に記事を掲載しました。 それは妥協案を示唆しました:異なるスケールで作用する両方のプロセスが一緒になって、観察されたパターンを生態系に刻み込む可能性があります.
彼女の他のプロジェクトの中でも、Tarnita はまだフェアリー サークルの理解に取り組んでいます。これにより、いつか環境科学者が衛星画像から、生態系が砂漠に崩壊する寸前であるかどうか (または特に回復力があるかどうか) を判断できるようになるかもしれません。 量子 は彼女に追いつき、数学への初期の進出、キャリア アーク、現在の研究について尋ねました。インタビューは、わかりやすくするために要約および編集されています。
あなたは最近、多細胞生物のようなシステムが個々の単位からどのように進化するかをよりよく理解する必要があると主張しました.この種の研究プログラムはどのようなものですか?
どんな種類のシステムについて考えても、階層的な組織はどこにでもあります。似たようなユニットが何らかの形で組み合わされて、新しいレベルが作成されます。人間の社会、アリの社会、シマウマ、霊長類、単細胞からなる多細胞生物など、自然界ではこれらの組み合わせが頻繁に発生します。私は、自然がどのように単純で似たような個体を、異なることをする新しいレベルに組織化するのかを理解しようとしています.
たとえば、あなたが単細胞生物だとします。あなたは捕食者に食べられ、その捕食者はあなたと同じ大きさの口を持っていますが、それよりも大きくはありません.細胞単体では大きくなれないので、他の細胞と一緒にいるしかありません。いくつかの異なる方法でそれを行うことができます。 1 つの方法を見つけた場合、別の方法を見つけることができなくなりますか?何かに対する単純な解決策を見つけたとしても、それは最善の解決策ではない可能性があります。進化は必ずしもオプティマイザではありません。いじくり屋です。事故によるものはどれくらいですか?
あなたは天才のようにスタートしました。数学を始めたきっかけは何ですか?
私の母は材料科学の教授であり、エンジニアでもあり、数学がとても好きです。彼女は常に次のようにアプローチしました。数学は言語です。他の言語と同じように、始めるのが早ければ早いほど、上達することができます。彼女は私を本当に早く始めました。私たちが話したことはすべて、子供の頃のフラストレーションに満ちていましたが、ある種の数学が含まれていました。しかし、それは本当に役に立ったと思います。
数学オリンピックで優勝したのはいつですか?
6年生で優勝し、とてもうれしかったです。私が覚えているのは、一般的に数学を行うことについて、とても落ち着いたことです。 6年生は、これが楽しい、これは素晴らしいことだと気づかせてくれました。私はこれをやり続けるつもりです。 9年生は、本当に計算の瞬間がありました。母が長い間それを奨励していたので、私はそれをやっていましたか、それともこれは本当に私だけのものでしたか?数学はそれになりますか？答えはイエスでした。その年の勝利は最も意味がありました。
大学院では、別の計算の瞬間を経て、世界で最も有名な生物学者の 1 人である E.O.ウィルソン。その経験はどのようなものでしたか?
私はいつも、自分が参加していない多くの分野の巨人に気づかないことを幸せに感じていました。私はE.O.を崇拝して育ちませんでした。ウィルソン。アンドリュー・ワイルズや数学の巨人に会うようなものではありませんでした。プリンストンに来たとき、ジョン・ナッシュに出くわし、かなり圧倒されました。彼に実際に何かを言うのはとても奇妙でした。しかし、エドの場合は、ああ、彼の声は素晴らしい、彼に会いたい、そしてこれがどうなるか見てみよう.
しかし、その後、当初予想していたよりも多くのことを得ることができました。私は、好きな生物を持っていて、フィールドで時間を過ごした本物の生物学者と一緒に仕事をしたことがありませんでした。彼は何時間もアリについて話すことができ、最も驚くべき話をすることができました.彼は私が生物学者であることを認識させてくれました.
プリンストンに行って以来、あなたはウィルソンの先例に倣い、社会的昆虫を見つけて戻ってきたようですね。どうやってシロアリに感染したのですか?
私は、社会的行動や協力の進化など、進化の問題を調べていました。プリンストンに引っ越して、行動を理解するには生態学を理解する必要があることに気付きました。それが私がシロアリに興味を持ち始めた理由であり、シロアリが自分自身を空間的に組織化する方法です.
シロアリは死骸を分解します。彼らはこれらすべての栄養素をシステムに放出し、マウンドでそうするので、植生ははるかによく成長します.もっとトカゲがいて、もっとクモがいて、もっとバッタがいます.
私の最も近い共同研究者の 1 人であるロブ プリングルは、私たちがケニアで取り組んでいるシステムでは、シロアリの塚が等間隔に配置されていることを示しました。シロアリの塚がサバンナ全体に均等に分布しているという事実は、それらの塚の他のランダムな分布よりもシステムの生産性を高めました.
これは興味深いかもしれません:小さなシロアリは、宇宙から見ることができる数百キロ、時には数千キロにも及ぶこの驚くべき空間パターンをどのように作成したのでしょうか?何がそれを推進していますか？システムは進化しません。多細胞生物とは違います。
では、彼らはどのようにそれを行うのでしょうか?
リソースをめぐる非常に激しい競争のために、それらは互いに間隔を空けています。 2 つの異なるコロニーが衝突した場合、彼らは死ぬまで戦います。彼らは互いに離れているのが好きなので、この六角形の蜂の巣型のパターンを作成します.
プリングルと一緒に科学 2015 年に、そして再び Annual Review of Entomology で彼と一緒に 今年、あなたは、シロアリ塚によって引き起こされたこの種の緑の島のパターン (健全な生態系を意味する) と、生態系が機能不全に陥っていることを意味する同様に見えるパターンとを区別することが重要であると主張しています。この 2 番目のパターンについて説明してもらえますか?
アラン・チューリングを知っていますか？チューリングは形態学的パターンに取りつかれていました。トラにはなぜ縞模様があるのか、ヒョウにはなぜ斑点があるのかなど。彼はいわゆる活性化抑制システムを作成しました。これは非常に洗練されたシステムで、植生にも使用されていました。
チューリング型のパターンでは、降雨量が多い場合、世界は十分に水をやった芝生のように見えるはずです。降水量が減り始めると、バイオマスが失われ始めますが、バイオマスが失われる方法は非常に予測可能な方法です.最初に見えるのは、植生の定期的な隙間のように見えるものです。降水量を減らしていくと、その隙間が美しい迷路のような迷路のようなパターンを形成し始めます。降水量をさらに減らし続けると、これらのギャップはさらに広がって斑点になります。
そして、斑点状になった直後、降水量が減り続けると、次に見えるのは砂漠です。壊滅的な崩壊と呼ばれるものがあります。すぐにすべてを失います。
このパターンをシロアリの塚によって形成される健康なパターンと比較すると、同じように見えるでしょうか?パターンの写真を見るだけで、どの形状が悪いかどうかを判断することはできません。
シロアリと植生の両方が、ケニアのサイトのような場所に緑のスポットを作成できます。これらの同じ 2 つの要因は、ナミビアの神秘的なフェアリー サークルの大きな競合理論と見なされています。しかし、フェアリー サークルはほとんど逆のように見えます。草原にむき出しになっているだけです。あるシステムから別のシステムに移動するにはどうすればよいですか?
シロアリは、さまざまな種類のマウンドを作成します。植物の島のように見えるとは限らないと思いました。城のように見えることを期待する場合もありますが、そのため、写真からはむき出しのパッチのように見える可能性があります。
私たちのフレームワークが言ったことは、シロアリと植生が同じシステムにある場合、それらは両方とも組織化されている可能性があるということです.どちらも、原則として同時に発生する必要があるプロセスです。そこで私たちが尋ねたのは、これら 2 つのプロセスが実際に 2 つの非常に異なるスケールで発生した場合はどうなるかということです。それはいいですね。
あるスケールでは、シロアリが優勢な非常に大きなパターンが得られるはずです。しかし、実際にズームインして円の間を調べ始めると、チューリング モデルによって予測されたより小さなスケールのパターンが表示されるはずです。私たちは学生をナミビアに派遣しましたが、彼らは植生の写真を撮り、とても気に入りました。 (最もエキゾチックな場所で最もエキゾチックなプロジェクトを行うと、彼らはとても喜ぶでしょう。) 私たちは 2 つのパターンを見つけました。小さなスポットを作成しているため、大きな円を作成します。これを本当に成功させるために、そこで実験の準備を始めたいと思っています.
さまざまなむらのあるパターンの原因をより一般的に理解したら、気候変動に直面して生態系がどのように機能しているかを上から診断するという考えですか?
これがすべての答えになるとは思っていません。これを理解していただきたいのは、保全上の理由からこれを何らかの方法で使用できるようにしたいからです。それから、これは単に驚くべきことであるという広い意味があります。
私たちが欲しいのは、いくつかの予測ツールです。私たちにとって、パターンは複雑なシステムへの少しの希望的な侵入です。複雑なアフリカのサバンナが、これほど驚くほど規則的なパターンを示すとは誰が予想できるでしょうか。非常に乱雑で、非常に多くの次元と要素を備えたものに、これほど驚くべき対称性を見つけるだけで、すでに信じられないほどの驚きです.対称性がそのシステムでどのように機能するかについて何かを教えてくれることを願っています.すべてではありませんが、いくつかのものがあります。
