היינץ אדולף לוונשטאם
קריירה מקצועית

לוונשטאם החל את לימודיו האקדמיים באוניברסיטת פרנקפורט בתחום הפלאונטולוגיה של החולייתנים, אך בהגיעו ללימודים התברר שהמסלול בו בחר עומד בפני קריסה עקב מותו של הפליאונטולוג המוביל באוניברסיטה. הוא עבר לאוניברסיטת מינכן בסתיו 1933, ולמד אצל הפרופסורים פרדיננד ברוילי (אנ'), אדגר דקה והביולוג קרל פון פריש. תקופת לימודיו של לוונשטאם במינכן התרחשה במקביל לעליית היטלר והמפלגה הנאצית לשלטון, וההידרדרות החמורה במצבם של יהודי גרמניה. על פי דברי הביוגרף שלו, ג'וזף ל. קירשווינק, "בשנת 1935, הצהיר לוונשטאם על כוונתו לערוך את מחקר השדה לדוקטורט שלו בארץ ישראל, זאת למורת רוחו של ראש המחלקה שלו שהיה פרו-נאצי". לאחר שבילה 18 חודשים בחקר הגאולוגיה של ההרים ממזרח לנצרת, הוא חזר למינכן בשנת 1936 וגילה כי חוק חדש, שהתקבל בגרמניה כשבוע לפני הגנת התזה שלו, אסר על הענקת תוארי דוקטורט ליהודים. בלית ברירה עזבו היינץ לוונשטאם ואשתו אילזה לארצות הברית והגיעו לשיקגו ביוני 1937. הוריו ואחותו הצליחו להימלט לברזיל, אך מרבית קרובי משפחתו מצד אמו נספו מאוחר יותר בשואה.
לאור מצבו, פנה לוונשטאם אל הפקולטה לגאולוגיה באוניברסיטת שיקגו, והודות למכתב ההמלצה של מוריו ממינכן - ברולי ודקה, התקבל להשלים את עבודת הדוקטורט שלו. בשנת 1939 סיים את לימודיו והוענק לו תואר דוקטור. בזמן המלחמה הוא התנדב לצבא ארצות הברית אשר החליט לייעד את כישוריו המדעיים לטובת פיתוח עתודות פחם ונפט במסגרת המכון הגאולוגי באילינוי. מאוחר יותר עבד לוונשטאם בחברת נפט קטנה עד שהתמנה לתפקיד האוצר במחלקה לפליאונטולוגיה של חסרי חוליות במוזיאון של מדינת אילינוי. במסגרת עבודתו שם ביצע לוונשטאם מחקר שדה על הפליאו-אקולוגיה של שונית אלמוגים בקרבת שיקגו, באזור עשיר בשוניות אלמוגים מאובנות. עבודה זו הביאה את לוונשטאם לגילוי "מערכת מסיבית של שוניות סילוריות (מהתקופה הסילורית) שנמתחו מקצה הרי אוזארק בארצות הברית עד גרינלנד". לוונשטאם הבין שהמבנה הגאולוגי שגילה מהווה מלכודת אידיאלית להצטברות מרבצי נפט וגז, אך הוא לא ניצל את תגליתו זו לעשיית רווח כספי, ופרסם את ממצאיו בספרות המדעית הפתוחה לטובת הכלל.
במהלך תקופה זו החל להתפתח באוניברסיטת שיקגו תחום הגאוכימיה האיזוטופית. קבוצת המחקר של הרולד יורי התקדמה בצעדים משמעותיים בפיתוח שיטה לניצול השינויים באיזוטופים יציבים למדידת טמפרטורות האוקיינוס בתקופות עתיקות. בעת שלוונשטאם עבד כגאולוג במכון הגאולוגי של אילינוי הוא הוזמן להצטרף לקבוצת המחקר של הרולד יורי כדי לסייע בתכנון תוכנית המחקר ובאיסוף המאובנים הדרושים לשם כך. הוא התקבל כעמית מחקר בתחום הגיאוכימיה באוניברסיטת שיקגו, ובשנת 1950 התקדם ומונה לאיש סגל בפקולטה. מעמד זה איפשר ללוונשטאם "להמשיך במחקריו על שוניות סילוריות, וכן להרחיב את מאמצי החיפוש אחר מאובנים קדמונים אשר בהמשך סללו את הדרך למחקריו על ביו-מינרליזציה". בראשית שנות החמישים של המאה העשרים החלה פעילות מחקר בתחום הגיאוכימיה האיזוטופית גם באוניברסיטת קליפורניה ובמכון הטכנולוגי קלטק. המוסדות בקליפורניה גייסו לצורך כך מדענים צעירים מקבוצת המחקר של הרלוד יורי וגיאוכימאים נוספים משיקגו. בשנת 1954, כשהוצעה ללוואנשטם מישרה בקלטק, היו כבר רבים מעמיתיו, כולל הריסון בראון, סם אפשטיין, קליר פטרסון ואפילו הרולד יורי בקליפורניה. הוא בחר להגדיר את עיסוקו כ"פליאו-אקולוג" והמשיך בשיתוף הפעולה עם עמיתיו משיקגו שהתקבצו עכשו בקלטק, ואף הרחיב את עבודתו במחקר גיאוכימי מעמיק של היווצרות מאובנים.
לוונשטאם שקד על פיתוח שיטות גיאוכימיות לשם הבנת התהליכים הביולוגיים שבאמצעותם שולטים אורגניזמים על תהליך המינרליזציה, וכן על פיתוח מדידות מהן ניתן להפיק מידע סביבתי כגון מליחות וטמפרטורה במערכות אקולוגיות קדמוניות. במחקרים אלה התמקד לוונשטאם בשוניות אלמוגים צעירות בברמודה. בעבודתו באזור זה הוא גילה כי הארגוניט - CaCO3 - מינרל המופיע בתצורת מחטים, ומהווה את מרבית המסה המשקעית בלגונות שבברמודה - הוא תוצר של תהליך ביולוגי באצות מיקרוסקופיות. תגלית זו עמדה במוקד ויכוח סוער עם הפטרולוגים שטענו כי הארגוניט הוא תוצר של תהליכים אי-אורגנים. ממצאי מעבדה הוכיחו את נכונות תגליתו של לוונשטאם על מוצאו הביולוגי של הארגוניט. תגליתו החשובה של לוונשטאם התרחשה ב-1961 בעת שניסה להבין את תהליך הארוזיה של סלעי המשקע בחוף באיי פאלאו באוקיינוס השקט. הוא הבחין כי פני הסלע מכוסים בחריצים זעירים שנראו כאילו נחצבו בתהליך כרסום כלשהו. עד לאותה עת תהליך השחיקה תואר כתוצאה של פעולת גלי הים וגבישי מלח שהכו בסלעים בקרבת החוף. בעודו מתבונן בתצורת החריצים ראה לוונשטאם כיצד כיטון (רכיכה ימית) מותיר אחריו חריץ טרי על פני הסלע הקשה. מתצפית זו הסיק לוונשטאם כי הכיטון ניזון מאצות זעירות הנמצאות בסדקים קטנים בסלע, אך הוא תהה כיצד מסוגלת רכיכה לכרסם סלע קשה. בדיקות במעבדה הראו כי לכיטון שיניים המכוסות במינרל שחור קשה ביותר. בחקירה נוספת זיהה לוונשטאם את המינרל כמגנטיט (Fe3O4 ). מסקנת המחקר כי המינרל, המגנטי ביותר על פני כדור הארץ, אשר התגלה בכיטון, הוא תוצר של תהליך ביולוגי היוותה תרומה חשובה ביותר לתחום הביו-מינרליזציה. "לפני תגלית זו, חשבנו כי המגנטיט נוצר רק בסלע יסוד או בסלע מותמר בטמפרטורות ובלחצים גבוהים". מחקרים מאוחרים יותר אשר התבססו על עבודתו זו של לוונשטאם "אישרו את תפקידו המרכזי של המגנטיט כמתמר ביופיזי של השדה המגנטי באורגניזמים חיים, המתקיים לאורך כל הספקטרום האבולוציוני - מהחיידק המגנטוטקטי ועד ליונקים - וכל זאת מתועד במאובנים לאורך תקופה שנמשכת לפחות 2 מיליארד שנה על פני כדור הארץ ואולי 4 מיליארד שנים על מאדים ". לוונשטאם השאיר לאחרים לחקור את ההשלכות של ביומגנטיות והמשיך במאמץ המחקר לפענח את תהליך יצירת המינרלים על ידי אורגניזמים. במהלך שני העשורים הבאים הוסיף לוונשטאם לגלות ולקטלג מינרלים שהם תוצרי תהליכים ביולוגים וכן לנסות לעקוב אחר מוצאם האבולוציוני. בשנת 1980 התפרסם מאמרו החשוב "מינרלים הנוצרים על ידי אורגניזמים" המסכם את המחקר בתחום הביומינרלזיציה. המשיך לחקור את תהליכי הביומינרליזציה בכיטון בשיתוף עם תלמידו האחרון סטיב ויינר - לימים פרופסור במחלקה לביולוגיה מבנית במכון ויצמן. מחקרם חשף את השלבים בתהליך התהוות המינרלים אצל יצורים חולייתים. בשלב הראשון בתהליך הביולוגי נוצרים מינרלים אמורפיים אשר הופכים למינרלים בעלי סידור גבישי מובהק רק בשלב השני של התהליך. תיאור תהליך זה הפך לפרדיגמה במחקר הביולוגי של כל החולייתנים. בשנת 1989 התפרסם ספרם של לוונשטאם וויינר "על ביומינרליזציה" שסקר בהרחבה את התחום והחידושים בו. הספר קיבע גם את שמו של תחום מחקר זה -ביומינרלזיציה - שהחליף את השם "קלציפיקציה" שהיה נהוג עד שנות ה-80 של המאה העשרים. פרופסור לוונשטאם ביקר פעמים רבות בישראל. הוא התארח במכון ויצמן ברחובות וביצע עבודות מחקר משותפות עם פרופסור סטיב ויינר.
הוא נשאר בקלטק כפרופסור נערץ עד מותו בשנת 1993.