Брэдли Кардинале - Bradley Cardinale

Брэдли Кардинале
Брэдли Кардинале.jpg
оккупацияЭколог, природоохранный биолог, академик и исследователь
Академическое образование
ОбразованиеБакалавр биологии
M.S., Рыболовство и дикая природа
Кандидат биологических наук
Альма-матерУниверситет штата Аризона
Университет штата Мичиган
Университет Мэриленда
ДокторантМаргарет А. Палмер
Академическая работа
ДисциплинаЭколог
СубдисциплинаБиолог-консервация

Брэдли Кардинале американский эколог, биолог, ученый и исследователь. В настоящее время он является профессором Школы окружающей среды и устойчивого развития университет Мичигана и директор Совместного института исследования Великих озер.[1]

Работа Кардинале сосредоточена на сохранении и восстановлении биоразнообразие в природных системах, а также экологический дизайн систем, созданных человеком, которые извлекают выгоду из биоразнообразия.[2] Он использует математические модели, лабораторные и полевые эксперименты, наблюдательные исследования природных экосистем и метаанализ существующих данных, чтобы изучить, как деятельность человека влияет на биологическое разнообразие Земли, а также для защиты и управления видами, их обитателями. экосистемы, и услуги, которые они предоставляют обществу. Он написал более 120 научных работ, а также учебник по биология сохранения.[3]

Кардинале является избранным членом Американская ассоциация развития науки,[4] и Экологическое общество Америки.[5] В 2014 году Кардинале был назван Thomson Reuters как один из самых влиятельных научных умов в мире.[6]

ранняя жизнь и образование

Кардинале родился в Феникс, Аризона в 1969 г. Учился в Университет штата Аризона где в 1993 году он получил степень бакалавра наук. в биологии.[7]

После получения степени бакалавра Кардинале продолжал получать степень магистра наук. в области рыболовства и дикой природы в 1996 г. Университет штата Мичиган где он помог разработать методы восстановления прибрежных водно-болотных угодий в Великие озера. Затем он получил докторскую степень. в биологии из Университет Мэриленда в 2002 году, где он руководил проектами по восстановлению биоразнообразия и экосистемных процессов в деградированных водотоках в Аппалачи. Получив докторскую степень, Кардинале получил докторскую степень на кафедре зоологии Университет Висконсин-Мэдисон.[8]

Карьера

В 2005 году Кардинале присоединилась к кафедре экологии, эволюции и морской биологии Калифорнийский университет в Санта-Барбаре в качестве доцента, а в 2010 году стал адъюнкт-профессором. В 2011 году он покинул Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, чтобы поступить в Мичиганский университет, где он стал профессором в 2015 году. Он работал координатором программы природоохранной экологии в университете. Мичигана с 2012 по 2014 год.[9]

В 2013 году он был избран Национальной академией наук США одним из трех представителей США в первый научный комитет Организация Объединенных Наций инициатива Земля будущего. Земля будущего была реорганизацией Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), который объединил пять программ глобальных изменений, основанных на дисциплинах, в единую междисциплинарную исследовательскую программу.[10]

В период с 2009 по 2013 год Кардинале помог сформировать США. Национальная сеть экологических обсерваторий (NEON), помогая в выборе основных водных объектов и входя в Научный комитет Тихоокеанского и юго-западного регионов. Он также был соучредителем Уолтера Доддса и Маргарет А. Палмер по предложению, в соответствии с которым была создана Сеть наблюдений и экспериментов за потоком (STREON) - скоординированный набор национальных экспериментов по изменению климата, которые в конечном итоге были исключены из NEON в рамках сокращения бюджета и сокращения расходов.[11]

Кардинале получил премию Хайнса для новых исследователей от Общество пресноводных наук в 2003 г.[12] Он также получил премию Бертона В. Барнса от Сьерра Клуб в 2015 году за его лидерство в организации академических ученых в 13 университетах штата Мичиган, которые выступили против законодательства, направленного против биоразнообразия, которое должно было сделать земли штата более доступными для гидроразрыва, лесозаготовок и добычи полезных ископаемых. Это усилие в конечном итоге привело к наложению вето на закон губернатором Мичигана.[13]

В 2016 году Кардинале был назначен директором Совместного института исследований Великих озер (CIGLR). CIGLR - один из 16 кооперативных институтов в США, которые финансируются NOAA для связи государственных исследовательских лабораторий с университетскими партнерами, неправительственными организациями и партнерами по частному бизнесу, которые помогают им в достижении их целей в области исследований и разработок.[14]

Исследования и работа

Исследования Кардинале сосредоточены на сохранении и восстановлении биоразнообразия, а также на использовании экологического дизайна для улучшения экосистем, созданных человеком. Большая часть его работы была сосредоточена на управлении биоразнообразием в пресноводных средах обитания (ручьи, озера, водно-болотные угодья), хотя он работал в таких разнообразных экосистемах, как луга, леса и заросли водорослей.[15]

Работа лаборатории Cardinale Lab получила широкое признание в популярных СМИ, что привело к многочисленным интервью на Национальном общественном радио США (NPR).[16] и освещение в Reuters,[17] Британская вещательная корпорация (BBC),[18] и Канадская вещательная корпорация (CBC).[19]

Биология сохранения

Значительная часть исследований Cardinale была сосредоточена на разработке ключевого аргумента в пользу сохранения биоразнообразия, а именно, что биоразнообразие является основой здоровой планеты. Его работа показала, что утрата биоразнообразия влияет на важные экологические процессы, которые необходимы для продуктивности и стабильности экосистем, а также на товары и услуги, которые они предоставляют людям.[20]

Кардинале и его коллеги разработали набор математических моделей для описания того, как биологические особенности видов, взаимодействия между видами и структура целых пищевых сетей влияют на важные процессы, такие как первичное производство, разложение и круговорот питательных веществ.[21][22] Он проверил предсказания этих моделей как в полевых, так и в лабораторных экспериментах, в первую очередь используя пресноводные организмы в качестве модельных систем. Его эксперименты были одними из первых, которые показали, что биоразнообразие повышает эффективность и продуктивность экосистем за счет разделения ниш между видами,[23] и посредством стимулирующих взаимодействий, в результате которых различные сообщества становятся больше, чем сумма их частей.[24] Долгое время считалось, что эти механизмы действуют в природе, но эмпирических данных не хватало.

Кардинале, пожалуй, наиболее известен своим лидерством в организации основных синтезов данных, которые помогли достичь консенсуса относительно возможных последствий утраты биоразнообразия для человечества. Он организовал многочисленные рабочие группы, финансируемые Национальным научным фондом США, Программой ООН по окружающей среде, Национальным центром экологического анализа и синтеза и Центром социально-экономического синтеза окружающей среды.[25][26] В этих рабочих группах Кардинале и его коллеги собрали обширные наборы данных о тысячах экспериментов.[27] и наблюдательные исследования[28][29] которые позволили количественно оценить, как изменения в биоразнообразии влияют на широкий спектр экологических процессов и экосистемных услуг для организмов, населяющих 30 биомов на 5 континентах. Их синтез привел к публикации 15 официальных метаанализов.

В 2012 году Кардинале организовал и провел специальный обзор специального выпуска журнала Nature, посвященного 20-летию саммита Земли в Рио, в котором он и его коллеги обобщили более 1700 статей, в которых исследовалось влияние биоразнообразия на 34 экосистемных товара и услуги. Этот синтез выявил удивительную степень универсальности того, как биоразнообразие влияет на функционирование экосистем Земли и услуги, которые они предоставляют обществу.[30]

Реставрационная экология

Кардинале также провел значительные исследования по восстановлению экосистем и их биоразнообразия. Во время учебы в магистратуре Кардинале работал над восстановлением прибрежных водно-болотных угодий Великих озер в озере Гурон, которые были осушены для нужд сельского хозяйства.[31] Он показал, что, как только гидрологическая связь будет восстановлена, растительность осушенных водно-болотных угодий может быть восстановлена ​​из существующих семенных банков, которые пережили почти столетие земледелия на сельскохозяйственных почвах. Он также показал, что определенные формы зарыбления и увеличения могут помочь восстановить естественные сообщества беспозвоночных, которые составляют основу пищевых сетей водно-болотных угодий.[32]

Позже, во время учебы в аспирантуре, Кардинале обратил внимание на восстановление ручьев, где он экспериментально проверил общие методы, которые используются для восстановления ручьев в Аппалачских горах на востоке США. Его работа помогла определить, какие методы статистически улучшают восстановление биоразнообразия и важных экологических процессов, и какие методы имеют самые высокие показатели успешности восстановления.[33]

В начале 2010-х Кардинале работал над совместными проектами с биологами и геоморфологами, чтобы оценить успех увеличения гравия в восстановлении нерестилищ для исчезающих видов чавычи. Работая на восстановленном участке реки Мерсед в центральной Калифорнии, он и его ученики продемонстрировали, что увеличение гравия на самом деле улучшает нерестилище чинуков.[34][35] Но такая практика также приводит к появлению аномально подвижных русел, которые могут повредить икру лососевых, снизить численность и изменить состав корма, а также изменить скорость кормления, выживаемость и рост местной рыбы, включая молодь лосося, которая вылупляется из нерестилищ.[36][37]

В 2017 году Кардинале учредил Кооперативный институт исследований Великих озер (CIGLR), который объединяет академические учреждения с государственными учреждениями и частными предприятиями, которые вместе работают над достижением устойчивого использования Великих озер.[38] При финансировании со стороны NOAA и Инициативы по восстановлению Великих озер CIGLR и более 40 научных сотрудников работали над восстановлением проблемных районов Великих озер, восстановлением прибрежных местообитаний рыб, управлением инвазивными видами и восстановлением прибрежных зон, пострадавших от вредоносного цветения водорослей и т. гипоксия.[39]

Экологический дизайн

Заключительная часть исследовательской программы Кардинале находится на пересечении экологии и инженерии, где он использовал принципы экологического дизайна для повышения эффективности и устойчивости созданных человеком экосистем. Он провел ряд экспериментов и опубликовал несколько ключевых статей, показывающих, что составом видов в биологических сообществах можно управлять для максимального удаления загрязняющих веществ из пресной воды. В 2011 году он опубликовал статью в журнале «Nature», показывающую, что ручьи, которым удалось максимально увеличить биоразнообразие водорослей, более эффективно удаляют из воды питательные загрязнители, такие как нитраты, чем менее разнообразные системы.[40] Вскоре после этого он расширил эту работу, включив в нее появляющиеся загрязнители, и показал, что определенными комбинациями видов можно управлять для максимального удаления наночастиц диоксида титана из водотока.[41]

Кардинале также изучил, как можно спроектировать биологические сообщества, чтобы максимально контролировать эрозию и минимизировать потерю наносов со дна ручьев и берегов рек. Он и его исследовательская группа показали, что увеличение разнообразия естественной растительности вдоль русел рек создает сложные системы укоренения, которые помогают снизить вероятность обрушения берегов и их обрушения.[42][43] Кроме того, они показали, что мелкие насекомые, которые живут на дне ручьев, могут связывать камни вместе, когда они плетут сети для строительства своих домов, и эти сети значительно снижают вероятность эрозии русел во время наводнений.[44][45]

С 2013 года Cardinale изучает возможности использования экологического дизайна для повышения эффективности и устойчивости систем водорослевого биотоплива.[46] Он и его лабораторная группа показали, что определенные комбинации видов могут максимизировать производство исходного сырья для водорослей, и что комбинации видов могут быть разработаны таким образом, чтобы они дополняли переработку дорогостоящих удобрений, которые используются для выращивания водорослей в открытых прудах.[47] Кроме того, он показал, что гнездование дополнительных видов в более разнообразных сообществах водорослей может помочь облегчить проблемы, связанные с патогенами, паразитами и хищниками, которые часто приводят к разрушению исходного сырья.[48]

Награды и отличия

  • 2003 - Премия Хайнса для новых исследователей, Общество пресноводных наук
  • 2010 - Мемориальная премия Гарольда Дж. Плюса, Калифорнийский университет, Санта-Барбара
  • 2013 - Избранный член Научного комитета Земли будущего
  • 2013 г .-- Избранный научный сотрудник Американской ассоциации развития науки.
  • 2015 - Премия Бертона В. Барнса за выдающиеся достижения в академической сфере, Sierra Club
  • 2017 - Избранный сотрудник Экологического общества Америки.

Публикации

Книги

  • Кардинале, Б. Дж., Р. Б. Примак и Дж. Д. Мердок. 2019. Биология сохранения, 1-е издание. Издательство Оксфордского университета. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. 672 страницы.

Избранные статьи

  • Кардинале, Б. Дж., Даффи, Дж. Э., Гонсалес, А., Хупер, Д. У., Перрингс, К., Венаил, П., ... Наим, С. (2012). Утрата биоразнообразия и ее влияние на человечество. Природа, 486 (7401), 59–67.
  • Даффи, Дж. Э., К. М. Годвин и Б. Дж. Кардинале. 2017. Воздействие на биоразнообразие в дикой природе является обычным явлением и столь же сильным, как и ключевые факторы производительности. Nature, 549: 261-264.
  • Кардинале, Б. Дж., Шривастава, Д. С., Эммет Даффи, Дж., Райт, Дж. П., Даунинг, А. Л., Шанкаран, М., и Джузо, К. (2006). Влияние биоразнообразия на функционирование трофических групп и экосистем. Природа, 443 (7114), 989–992.
  • Хупер, Д. У., Адаир, Э. К., Кардинале, Б. Дж., Бирнс, Дж. Э. К., Хангейт, Б. А., Матулич, К. Л., ... О’Коннор, М. И. (2012). Глобальный синтез показывает, что потеря биоразнообразия является основным фактором изменения экосистемы. Природа, 486 (7401), 105–108.
  • Кардинале, Б. Дж., Райт, Дж. П., Кадот, М. В., Кэрролл, И. Т., Гектор, А., Шривастава, Д. С., ... Вейс, Дж. Дж. (2007). Воздействие разнообразия растений на производство биомассы со временем увеличивается из-за взаимодополняемости видов. Труды Национальной академии наук, 104 (46), 18123–18128.
  • Кардинале, Брэдли Дж., Матулич, К. Л., Хупер, Д. У., Бирнс, Дж. Э., Даффи, Э., Гамфельд, Л., ... Гонсалес, А. (2011). Функциональная роль разнообразия производителей в экосистемах. Американский журнал ботаники, 98 (3), 572–592.
  • Кардинале, Б. Дж., Палмер, М. А., и Коллинз, С. Л. (2002). Разнообразие видов улучшает функционирование экосистемы за счет межвидового взаимодействия. Природа, 415 (6870), 426–429.
  • Даффи, Дж. Э., Кардинал, Б. Дж., Франция, К. Е., Макинтайр, П. Б., Тебо, Э. и Лоро, М. (2007). Функциональная роль биоразнообразия в экосистемах: включение трофической сложности. Письма по экологии, 10 (6), 522–538.
  • Кардинале, Брэдли Дж. (2011). Биоразнообразие улучшает качество воды за счет разделения ниш. Природа, 472 (7341), 86–89.
  • Годвин, К. М., Д. К. Хиетала, А. Р. Лашавей, А. Нарвани, П. Е. Сэвидж, Б. Дж. Кардинале. 2018. Экологическая стехиометрия встречается с экологической инженерией: использование поликультуры водорослей для повышения многофункциональности биокрудных систем водорослей. Наука об окружающей среде и технологии, 51: 11450-11458
  • Альбертсон, Л. К., Л. С. Скайлар, С. Д. Купер и Б. Дж. Кардинале. 2019. Стабилизируют ли водные макробеспозвоночные отложения гравийных отложений? Полевые испытания ручейников, прядущих из шелковой сети. PLoS One 14: e0209087
  • Аллен, Д. К., Б. Дж. Кардинале и Т. Винн-Томпсон. 2018. Биоразнообразие прибрежных растений снижает скорость миграции русел. Экогидрология.

использованная литература

  1. ^ "Брэдли Дж. Кардинале".
  2. ^ «Брэдли Кардинале из Мичиганского университета обсуждает, как биоразнообразие способствует повышению качества воды».
  3. ^ "Брэдли Кардинале - Scopus".
  4. ^ "Брэдли Кардинале".
  5. ^ "Стипендиаты ЕКА".
  6. ^ «Самые влиятельные научные умы мира 2014» (PDF).
  7. ^ "Брэдли Дж. Кардинале".
  8. ^ "Брэдли Дж. Кардинале".
  9. ^ "Брэдли Кардинале - резюме" (PDF).
  10. ^ "Члены Комитета по наукам о Земле будущего включены в список" Самых влиятельных ученых мира 2014 "'".
  11. ^ Mulholland, P.J .; Dodds, W. K .; Палмер, М. А .; Кардинале, Б. Дж. (2008). «Долгосрочные экспериментальные сети для исследований экосистемы водотока: эксперимент по межсайтовому азоту Lotic (LINX) и компонент сети экспериментальных и обсерваторий потоков (STREON) Национальной сети экологических обсерваторий». Тезисы осеннего собрания AGU. 2008: H12A – 01. Bibcode:2008AGUFM.H12A..01M.
  12. ^ "Премия Хайнса".
  13. ^ «Кардинале получает премию Бертона В. Барнса, клуб MI Sierra».
  14. ^ «U-M выигрывает Кооперативный институт исследования Великих озер».
  15. ^ "Брэдли Кардинале - ученый Google".
  16. ^ «Ученый в области экологии, эволюции и морской биологии получает премию Гарольда Дж. Плюса».
  17. ^ «Биоразнообразие жизненно важно для водотоков по мере роста вымирания».
  18. ^ «Сохранение» требует более широкого взгляда'".
  19. ^ «Вымирание может снизить продуктивность растений вдвое».
  20. ^ «Утрата биоразнообразия и ее влияние на человечество».
  21. ^ Ives, A. R .; Кардинале, Б. Дж. (2004). «Взаимодействия пищевой сети определяют устойчивость сообществ после неслучайных исчезновений». Природа. 429 (6988): 174–7. Дои:10.1038 / природа02515. PMID  15141210.
  22. ^ Кардинале, Брэдли Дж .; Айвз, Энтони Р .; Инчаусти, Пабло (2004). «Влияние видового разнообразия на первичную продуктивность экосистем: расширение наших пространственных и временных масштабов вывода». Ойкос. 104 (3): 437–450. Дои:10.1111 / j.0030-1299.2004.13254.x.
  23. ^ «Биоразнообразие водорослей очищает ручьи».
  24. ^ «Исследования показывают, почему больше видов лучше для экосистем».
  25. ^ «Биоразнообразие и функционирование экосистем: перевод результатов модельных экспериментов в функциональную реальность».
  26. ^ «Связь биоразнообразия и экосистемных услуг: от экспертного мнения к прогнозированию и применению».
  27. ^ Кардинале, Брэдли Дж .; Srivastava, Diane S .; Даффи, Дж. Эммет; Райт, Джастин П .; Даунинг, Эми Л .; Шанкаран, Махеш; Жузо, Клэр; Cadotte, Marc W .; Кэрролл, Ян Т .; Вейс, Джером Дж .; Гектор, Энди; Лоро, Мишель (2009). «Влияние биоразнообразия на функционирование экосистем: резюме 164 экспериментальных манипуляций с богатством видов». Экология. 90 (3): 854. Дои:10.1890/08-1584.1.
  28. ^ «Воздействие на биоразнообразие в дикой природе является обычным явлением и столь же сильным, как и ключевые факторы производительности».
  29. ^ «Биоразнообразие столь же мощно, как изменение климата для здоровых экосистем».
  30. ^ «20 лет спустя после саммита Земли в Рио: экологи призывают к сохранению оставшегося биологического разнообразия планеты».
  31. ^ Cardinale, B.J .; Brady, V.J .; Бертон, Т. (1998). «Изменения в численности и разнообразии прибрежной фауны водно-болотных угодий от края открытой воды / макрофитов к берегу». Экология и управление водно-болотными угодьями. 6: 59–68. Дои:10.1023 / А: 1008447705647.
  32. ^ Брэди, Валери Дж .; Кардинале, Брэдли Дж .; Gathman, Joseph P .; Бертон, Томас М. (2002). "Помогает ли содействие пополнению фауны восстановлению экосистемы? Экспериментальное исследование скоплений беспозвоночных в мезокосмах водно-болотных угодий". Реставрация экологии. 10 (4): 617–626. Дои:10.1046 / j.1526-100X.2002.01042.x.
  33. ^ «Влияние гетерогенности субстрата на метаболизм биопленок в экосистеме ручья».
  34. ^ Utz, R.M .; Zeug, S.C .; Кардинале, Б. Дж. (2012). «Молодь чавычи, Oncorhynchus tshawytscha, рост и диета в речной среде обитания разработаны для улучшения условий нереста». Управление рыболовством и экология. 19 (5): 375–388. Дои:10.1111 / j.1365-2400.2012.00849.x.
  35. ^ «Как восстановить среду обитания для чавычи (Oncorhynchus Tshawytscha) в реке Мерсед в Калифорнии по сравнению с другими ручьями чавычи?». S2CID  15441560. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  36. ^ Utz, R.M .; Mesick, C.F .; Cardinale, B.J .; Данн, Т. (2013). «Как увеличение грубого гравия влияет на выживаемость эмбрионов чавычи Oncorhynchus tshawytscha на ранней стадии?». Журнал биологии рыб. 82 (5): 1484–96. Дои:10.1111 / jfb.12085. HDL:2027.42/98336. PMID  23639149.
  37. ^ «Трофическая экология и характеристики популяций двух постоянно проживающих в речных средах обитания неигровых рыб, спроектированные для повышения успеха нереста лосося».
  38. ^ «В Мичиганском университете появился новый научно-исследовательский институт Великих озер».
  39. ^ «Кооперативный институт исследования Великих озер».
  40. ^ «Биоразнообразие водорослей очищает ручьи».
  41. ^ Кулацкий, К. Дж .; Cardinale, B.J .; Келлер, А. А .; Bier, R .; Диксон, Х. (2012). «Как организмы ручьев реагируют на концентрацию наночастиц диоксида титана и влияют на нее? Исследование мезокосма с водорослями и травоядными животными». Экологическая токсикология и химия. 31 (10): 2414–22. Дои:10.1002 / и др. 1962. HDL:2027.42/93650. PMID  22847763.
  42. ^ Allen, D.C .; Cardinale, B.J .; Винн-Томпсон, Т. (2016). «Воздействие биоразнообразия растений на сокращение речной эрозии ограничивается низким видовым богатством». Экология. 97 (1): 17–24. Дои:10.1890/15-0800.1. PMID  27008770.
  43. ^ «Биоразнообразие прибрежных растений снижает скорость миграции в руслах трех рек в Мичигане, США: биоразнообразие прибрежных растений снижает скорость миграции в руслах ручьев».
  44. ^ «Механистическая модель, связывающая шелковые сети насекомых (Hydropsychidae) с зарождающимся движением наносов в ручьях с гравийным слоем».
  45. ^ Альбертсон, Л.К .; Sklar, L. S .; Купер, С. Д .; Кардинале, Б. Дж. (2019). «Водные макробеспозвоночные стабилизируют отложения гравийного дна: испытание с использованием ручейников, прядущих шелковую сеть в полуестественных речных руслах». PLOS ONE. 14 (1): e0209087. Дои:10.1371 / journal.pone.0209087. ЧВК  6314585. PMID  30601831.
  46. ^ «От прудов к энергии: 2 миллиона долларов на идеальные водоросли в качестве дизельного топлива».
  47. ^ Годвин, Кейси М .; Хиетала, Дэвид С .; Lashaway, Aubrey R .; Нарвани, Анита; Savage, Phillip E .; Кардинале, Брэдли Дж. (2017). «Экологическая стехиометрия встречает экологическую инженерию: использование поликультуры для повышения многофункциональности систем водорослей». Экологические науки и технологии. 51 (19): 11450–11458. Дои:10.1021 / acs.est.7b02137. PMID  28825799.
  48. ^ «Биоразнообразие улучшает экологический дизайн устойчивых систем биотоплива».