CASUS- und SAIFR-Physiker hat das Verständnis der Dynamik komplexer lebender Systeme verbessert

Die Complex Systems Society (CSS) hat bei ihrer jährlichen Conference on Complex Systems Dr. Ricardo Martínez-García mit dem Junior Scientific Award 2023 ausgezeichnet. Der Physiker erhält den Preis für seine herausragenden wissenschaftlichen Arbeiten zur Organisationsdynamik. Martínez-García leitet derzeit eine Nachwuchsgruppe am Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR). Gleichzeitig ist er assoziierter Forscher des Südamerikanischen Instituts für Grundlagenforschung in São Paulo (ICTP-SAIFR) am Institut für Theoretische Physik der Staatlichen Universität São Paulo (IFT-UNESP).

Was haben der Fahrzeugverkehr, das Gehirn, unsere Gesellschaft und das Mikrobiom gemeinsam? Sie alle sind Beispiele für komplexe Systeme, die sich aus zahlreichen, untereinander vielschichtig interagierenden Elementen zusammensetzen. Als Ergebnis dieser Wechselwirkungen weisen solche Systeme oft neue, eigenständige Merkmale auf, die sich von der Summe der Eigenschaften ihrer einzelnen Bestandteile stark unterscheiden. Die Erforschung komplexer Systeme ermöglicht einen Brückenschlag zwischen traditionellen Wissenschaftsgebieten.

Dies ist auch ein charakteristisches Merkmal der Arbeit von Martínez-García. Er beschäftigt sich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Systeme, von der mikrobiellen Gemeinschaft des Biofilms bis hin zu ariden und semi-ariden Ökosystemen in Steppenlandschaften. Seine Forschung konzentriert sich innerhalb dieser verschiedenen Systeme auf ein Ziel: zu verstehen, wie verschiedene Organismen, ob Pflanzenarten in einer Steppe oder Bakterien in einem Biofilm, miteinander interagieren und wie sich diese Interaktionen auf die Funktionalität des Systems als Ganzes auswirken. Mit Hilfe des Ansatzes komplexer Systeme will der Görlitzer Forscher ermitteln, inwieweit verschiedene ökologische Systeme einem Mindestmaß an Regeln unterliegen, was dazu beitragen wird, sie besser beeinflussen und hoffentlich erhalten zu können.

Auswahlgremium hebt Martínez-Garcías Arbeit zur Organisationsdynamik hervor

Die Complex Systems Society fördert seit ihrer Gründung als internationale Gesellschaft im Jahr 2006 die Erforschung komplexer Systeme. Mit dem Nachwuchspreis der CSS werden exzellente wissenschaftliche Leistungen von jungen Forschungstalenten gewürdigt, die innerhalb von zehn Jahren nach der Promotion erbracht wurden. Er wird einmal pro Jahr an maximal zwei Personen verliehen. Die Preisentscheidung wird von einem Auswahlgremium getroffen, das vom Exekutivausschuss der CSS ernannt wird. In seiner Begründung für die Preisvergabe verwies das Auswahlgremium auf Martínez-Garcías theoretische Arbeit zu evolutionärer, organisatorischer und ökologischer kollektiver Dynamik.

Martínez-Garcías Interesse an komplexen ökologischen Systemen begann mit seiner Liebe zur freien Natur und der Beobachtung von Naturvorgängen: „Als ich in der Schule erfuhr, dass man Physik und Mathematik dazu nutzen kann, die Regeln hinter den Naturphänomenen zu verstehen, für die ich mich so begeisterte, war für mich sofort klar, dass ich diese Schnittstelle genauer erkunden wollte.“ Er betont auch, wie sehr der Austausch mit anderen Wissenschaftsbegeisterten im Laufe der Jahre dazu beigetragen hat, sein Forschungsprogramm zu gestalten: „Was ich mit am meisten an meiner Arbeit schätze, ist, mit Menschen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Fachgebieten zu sprechen und zu lernen, wie sie über Fragen und Probleme denken, die auch ich interessant finde.“

„Ein fantastischer Beruf“

Der Forscher fügt hinzu, dass die Auszeichnung ihn ermutigt, weiterhin unermüdlich zu arbeiten. Eine Empfehlung, die er allen Studierenden mit auf den Weg gibt, die sich für einen wissenschaftlichen Beruf interessieren – einen Beruf, der ebenso spannend wie herausfordernd ist: „Es ist sehr erfreulich zu erfahren, dass andere Fachleute in meinem Gebiet die Relevanz meiner Arbeit anerkennen und sie als wertvoll erachten. Ich glaube, wir konzentrieren uns oft zu stark auf Ablehnungen und die Schattenseiten einer wissenschaftlichen Karriere, obwohl es sich ganz generell um einen fantastischen Beruf handelt.“

Ein weiterer Nachwuchspreis ging in diesem Jahr an Giulia Menichetti (Harvard Medical School & Brigham and Women’s Hospital, Boston, USA), die die gesamte chemische Komplexität der menschlichen Ernährung erforscht und quantitative Verfahren entwickelt, um die Auswirkungen dieser Chemikalien auf unsere Gesundheit zu bestimmen. Die prestigeträchtigste Auszeichnung des CSS („Senior Award“) vergab der Auswahlausschuss der CSS in diesem Jahr an Melanie Mitchell (Santa Fe Institute, USA), unter anderem für ihre Beiträge zum adaptiven Rechnen, zu biologisch inspirierten Rechnern und zum maschinellen Lernen.


Über das Center for Advanced Systems Understanding

Das CASUS wurde 2019 in Görlitz gegründet und betreibt digitale interdisziplinäre Systemforschung in unterschiedlichen Bereichen wie Erdsystemforschung, Systembiologie und Materialforschung. Innovative Forschungsmethoden aus Mathematik, theoretischer Systemforschung, Simulation, Daten- und Computerwissenschaft werden mit dem Ziel eingesetzt, komplexe Systeme von bisher nie dagewesener Realitätstreue abzubilden und so zur Lösung drängender gesellschaftlicher Fragen beizutragen. Gründungspartner sind das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig (UFZ), das Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden (MPI-CBG), die Technische Universität Dresden (TUD) und die Universität Wrocław (UWr). Das Zentrum wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sowie des Sächsischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) gefördert und wird als ein Institut des HZDR geführt.

Über das ICTP-SAIFR

Das Südamerikanische Institut für Grundlagenforschung (ICTP-SAIFR) ist ein internationales Zentrum in São Paulo, Brasilien, das in Zusammenarbeit mit dem Internationalen Zentrum für Theoretische Physik (ICTP) in Triest, Italien, dem Institut für Theoretische Physik (IFT) der Staatlichen Universität São Paulo (UNESP) und der São Paulo Research Funding Agency (FAPESP) gegründet wurde. Zu seinen Aktivitäten gehören die Forschung im Bereich der theoretischen Physik und ihrer Anwendungen sowie die postgraduale Weiterbildung. Das ICTP-SAIFR fördert auch die Öffentlichkeitsarbeit mit Sensibilisierungs- und Bildungsmaßnahmen für Lehrer- und Schülerschaft der Oberstufe sowie für die breite Öffentlichkeit. Weitere Informationen sind auf www.ictp-saifr.org zu finden.

Über das IFT-UNESP

Das Institut für Theoretische Physik (IFT) ist eine Graduiertenabteilung für Physik der Staatlichen Universität São Paulo (UNESP) im Zentrum von São Paulo. Das IFT-UNESP wurde 1951 als private Stiftung gegründet und 1987 in die UNESP eingegliedert. Es hat etwa 20 Professorinen und Professoren und 70 Doktorandinen und Doktoranden in Physik und erhält seit 2011 die Bestnote von der nationalen Förderagentur.

Martínez-García promovierte in statistischer Physik und komplexen Systemen am Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems, einem gemeinsamen Forschungszentrum des Spanish National Research Council und der Universität der Balearen, Spanien. In seiner Dissertation kombinierte er Ansätze aus der Physik und der Informatik, um verschiedene ökologische Probleme wie Tierbewegungen und die Entstehung regelmäßiger Vegetationsmuster in Trockengebieten zu untersuchen. Anschließend erhielt er ein Stipendium der Life Science Research Foundation für einen Postdoc-Aufenthalt in Ökologie und Evolutionsbiologie an der Princeton University (USA). Dort untersuchte er das Zusammenspiel von Ökologie, Evolution und selbstorganisierter Mehrzelligkeit mikrobieller Gemeinschaften. Bevor er ans CASUS kam, arbeitete Martínez-García am ICTP-SAIFR, das am Institut für Theoretische Physik der Staatlichen Universität São Paulo (UNESP) angesiedelt ist. Dort war er São Paulo Research Foundation Young Investigator und Assistenzprofessor für Biologische Physik.

Martínez-García während seines Vortrags auf der CSS-Konferenz 2023 in Salvador (Brasilien)

Logo des Südamerikanischen Instituts für Grundlagenforschung (ICTP-SAIFR)

Logo des Instituts für Theoretische Physik (IFT) der Staatlichen Universität São Paulo (UNESP)