Spatio-temporal variations in reproductive patterns and population structure of Pasiphaea multidentata (Decapoda: Caridea) in the Blanes canyon and adjacent margin, North-western Mediterranean Sea

The bathyal faunal communities of the NW Mediterranean slopes have been studied consistently in the last two decades, with a special focus on population structure, trophic dynamics and benthopelagic coupling of commercial deep-sea decapod crustaceans and fishes (reviewed in Sardà et al. 2004) and associated species (Cartes and Sardà, 1993; Company and Sardà, 1997, 2000; Cartes et al., 2001; Company et al., 2001, 2003, 2004). One of the major topographic features in the North-western Mediterranean slope is the presence of submarine canyons. Canyons play a major role in funnelling energy and organic matter from the shelf to bathyal and abyssal depths (Puig et al., 2000), but the implications of this enhanced organic supply in the deep-sea benthic communities is still mostly unknown. Trophic supply can follow two major pathways – vertical deposition in the water column (Billett et al., 1983; Baldwin et al., 1998; Lampitt et al., 2001) or down-slope advection on the margins (Puig et al., 2001; Bethoux et al., 2002; Canals et al., 2006) – and can be a limiting factor in the deep-sea, being especially important in the oligotrophic Mediterranean Sea (Sardà et al., 2004). Differences in the quantity, quality and timing of organic matter input to the deep seafloor have been used to explain patterns of biomass and abundance in benthic communities (Levin et al., 1994; Gooday & Turley, 1990; Billett et al., 2001; Galéron et al., 2001; Puig et al., 2001; Gage, 2003) as well as other biological process and in particular the existence of seasonal reproduction (Tyler et al., 1994; Company et al., 2004 (MEPS). Reproduction is a highly energetic process tightly linked to food availability and quality.

Bilinear models for spatio-temporal point distribution analysis: application to extrapolation of left ventricular, biventricular and whole heart cardiac dynamics

In this work we describe the usage of bilinear statistical models as a means of factoring the shape variability into two components attributed to inter-subject variation and to the intrinsic dynamics of the human heart. We show that it is feasible to reconstruct the shape of the heart at discrete points in the cardiac cycle. Provided we are given a small number of shape instances representing the same heart atdifferent points in the same cycle, we can use the bilinearmodel to establish this. Using a temporal and a spatial alignment step in the preprocessing of the shapes, around half of the reconstruction errors were on the order of the axial image resolution of 2 mm, and over 90% was within 3.5 mm. From this, weconclude that the dynamics were indeed separated from theinter-subject variability in our dataset.

Front dynamics in the presence of spatio-temporal structured noises

Front dynamics modeled by a reaction-diffusion equation are studied under the influence of spatiotemporal structured noises. An effective deterministic model is analytical derived where the noise parameters, intensity, correlation time, and correlation length appear explicitly. The different effects of these parameters are discussed for the Ginzburg-Landau and Schlögl models. We obtain an analytical expression for the front velocity as a function of the noise parameters. Numerical simulation results are in a good agreement with the theoretical predictions.

Response of fine root respiration to variations in biotic and abiotic factors in a mixed Mediterranean forest affected by drought-induced secondary succession

Understanding the factors controlling fine root respiration (FRR) at different temporal scales will help to improve our knowledge about the spatial and temporal variability of soil respiration (SR) and to improve future predictions of CO2 effluxes to the atmosphere. Here we present a comparative study of how FRR respond to variability in soil temperature and moisture in two widely spread species, Scots pines (Pinus sylvestris L.) and Holm-oaks (HO; Quercus ilex L.). Those two species show contrasting water use strategies during the extreme summer-drought conditions that characterize the Mediterranean climate. The study was carried out on a mixed Mediterranean forest where Scots pines affected by drought induced die-back are slowly being replaced by the more drought resistant HO. FRR was measured in spring and early fall 2013 in excised roots freshly removed from the soil and collected under HO and under Scots pines at three different health stages: dead (D), defoliated (DP) and non-defoliated (NDP). Variations in soil temperature, soil water content and daily mean assimilation per tree were also recorded to evaluate FRR sensibility to abiotic and biotic environmental variations. Our results show that values of FRR were substantially lower under HO (1.26 ± 0.16 microgram CO2 /groot·min) than under living pines (1.89 ± 0.19 microgram CO2 /groot·min) which disagrees with the similar rates of soil respiration previously observed under both canopies and suggest that FRR contribution to total SR varies under different tree species. The similarity of FRR rates under HO and DP furthermore confirms other previous studies suggesting a recent Holm-oak root colonization of the gaps under dead trees. A linear mixed effect model approach indicated that seasonal variations in FRR were best explained by soil temperature (p<0.05) while soil moisture was not exerting any direct control over FRR, despite the low soil moisture values during the summer sampling. Plant assimilation rates were positively related to FRR explaining part of the observed variability (p<0.01). However the positive relations of FRR with plant assimilation occurred mainly during spring, when both soil moisture and plant assimilation rates were higher. Our results finally suggest that plants might be able to maintain relatively high rates of FRR during the sub-optimal abiotic and biotic summer conditions probably thanks to their capacity to re-mobilize carbon reserves and their capacity to passively move water from moister layers to upper layers with lower water potentials (where the FR were collected) by hydraulic lift.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Investigació integrada amb EPs i RMf de la interacció entre la memòria de treball i la distracció

Estudi elaborat a partir d’una estada a la University of Wales, Bangor, Regne Unit entre setembre i desembre del 2006. Els sons distractors augmenten el temps de reacció i el nombre de respostes incorrectes en una tasca de classificació visual, demostrant que hi ha distracció conductual durant la realització de la tasca visual. L’enregistrament concomitant de potencials evocats durant la distracció mostra un patró neuroelèctric característic, el potencial de distracció, que es caracteritza per una ona trifàsica. Darrerament, s’ha demostrat que factors “des de dalt” associats al muntatge experimental tindrien una gran influència en els efectes que els estímuls distractors tindrien en la tasca. Estudis recents mostrarien que aquesta resposta d’atenció exògena es pot modular per la càrrega en memòria de treball, reduint-ne la distracció amb la càrrega, fet que contradiu altres dades que mostraven l’efecte oposat. L’objectiu d’aquest estudi ha estat investigar en quines condicions la càrrega en memòria de treball pot exercir un efecte modulador en les respostes conductuals i cerebrals als sons novedosos distractors, i establir la dinàmica espacio-temporal d’aquesta modulació.

Dinàmica de sistemes mesoscòpics amb correlacions quàntiques mitjançant la formulació de de Broglie-Bohm

Per a determinar la dinàmica espai-temporal completa d’un sistema quàntic tridimensional de N partícules cal integrar l’equació d’Schrödinger en 3N dimensions. La capacitat dels ordinadors actuals permet fer-ho com a molt en 3 dimensions. Amb l’objectiu de disminuir el temps de càlcul necessari per a integrar l’equació d’Schrödinger multidimensional, es realitzen usualment una sèrie d’aproximacions, com l’aproximació de Born–Oppenheimer o la de camp mig. En general, el preu que es paga en realitzar aquestes aproximacions és la pèrdua de les correlacions quàntiques (o entrellaçament). Per tant, és necessari desenvolupar mètodes numèrics que permetin integrar i estudiar la dinàmica de sistemes mesoscòpics (sistemes d’entre tres i unes deu partícules) i en els que es tinguin en compte, encara que sigui de forma aproximada, les correlacions quàntiques entre partícules. Recentment, en el context de la propagació d’electrons per efecte túnel en materials semiconductors, X. Oriols ha desenvolupat un nou mètode [Phys. Rev. Lett. 98, 066803 (2007)] per al tractament de les correlacions quàntiques en sistemes mesoscòpics. Aquesta nova proposta es fonamenta en la formulació de la mecànica quàntica de de Broglie– Bohm. Així, volem fer notar que l’enfoc del problema que realitza X. Oriols i que pretenem aquí seguir no es realitza a fi de comptar amb una eina interpretativa, sinó per a obtenir una eina de càlcul numèric amb la que integrar de manera més eficient l’equació d’Schrödinger corresponent a sistemes quàntics de poques partícules. En el marc del present projecte de tesi doctoral es pretén estendre els algorismes desenvolupats per X. Oriols a sistemes quàntics constituïts tant per fermions com per bosons, i aplicar aquests algorismes a diferents sistemes quàntics mesoscòpics on les correlacions quàntiques juguen un paper important. De forma específica, els problemes a estudiar són els següents: (i) Fotoionització de l’àtom d’heli i de l’àtom de liti mitjançant un làser intens. (ii) Estudi de la relació entre la formulació de X. Oriols amb la aproximació de Born–Oppenheimer. (iii) Estudi de les correlacions quàntiques en sistemes bi- i tripartits en l’espai de configuració de les partícules mitjançant la formulació de de Broglie–Bohm.

L’impacte de les institucions internacionals sobre la Unió Europea: presa de decisions, integració i europeïtzació

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Center for European Integration de la Freie Universität Berlin, Alemania, entre 2007 i 2009. El tema central del projecte consisteix en la descripció matemàtica de processos espai-temporals mitjançant la teoria dels Continuous-Time Random Walks. L'aportació més significativa del nostre treball en aquest camp consisteix en considerar per primera vegada la interacció entre diversos processos actuant de manera acoblada, ja que fins ara els models existents es limitaven a l'estudi de processos individuals o independents. Aquesta idea fa possible, per exemple, plantejar un sistema de transport en l'espai i a la vegada un procés de reacció (una reacció química, per exemple), i estudiar estadísticament com cada un pot alterar el comportament de l'altre. Això suposa un salt qualitatiu important en la descripció de processos de reacció-dispersió, ja que els nostres models permeten incorporar patrons de dispersió i comportaments temporals (cicles de vida) força realistes en comparació amb els models convencionals. Per tal de completar aquest treball teòric ha estat necessari també desenvolupar algunes eines numèriques (models de xarxa) per facilitar la implementació dels models. En la vessant pràctica, hem aplicat aquestes idees al cas de la dinàmica entre virus i el sistema immunològic que té lloc quan es produeix una infecció a l'organisme. Diferents estudis experimentals portats a terme els últims anys mostren com la resposta immunològica dels organismes superiors presenta una dinàmica temporal força complexa (per exemple, en el cas de la resposta programada). Per aquest motiu, les nostres tècniques matemàtiques són d'especial utilitat per a l'anàlisi d'aquests sistemes. Finalment, altres possibles aplicacions dels models, com ara l'estudi d'invasions biològiques, també han estat considerades.

Leveraging explicitly disclosed location information to understand tourist dynamics: a case study

In recent years, the large deployment of mobile devices has led to a massiveincrease in the volume of records of where people have been and when they were there.The analysis of these spatio-temporal data can supply high-level human behaviorinformation valuable to urban planners, local authorities, and designer of location-basedservices. In this paper, we describe our approach to collect and analyze the history ofphysical presence of tourists from the digital footprints they publicly disclose on the web.Our work takes place in the Province of Florence in Italy, where the insights on thevisitors’ flows and on the nationalities of the tourists who do not sleep in town has beenlimited to information from survey-based hotel and museums frequentation. In fact, mostlocal authorities in the world must face this dearth of data on tourist dynamics. In thiscase study, we used a corpus of geographically referenced photos taken in the provinceby 4280 photographers over a period of 2 years. Based on the disclosure of the locationof the photos, we design geovisualizations to reveal the tourist concentration and spatiotemporalflows. Our initial results provide insights on the density of tourists, the points ofinterests they visit as well as the most common trajectories they follow.

Pattern selection in a lattice of pulse-coupled oscillators

We study spatio-temporal pattern formation in a ring of N oscillators with inhibitory unidirectional pulselike interactions. The attractors of the dynamics are limit cycles where each oscillator fires once and only once. Since some of these limit cycles lead to the same pattern, we introduce the concept of pattern degeneracy to take it into account. Moreover, we give a qualitative estimation of the volume of the basin of attraction of each pattern by means of some probabilistic arguments and pattern degeneracy, and show how they are modified as we change the value of the coupling strength. In the limit of small coupling, our estimative formula gives a pefect agreement with numerical simulations.

Space-time front-ends for RAKE receivers in the FDD mode of UTRA

A unified and general vision of different space-time processors is presented. Many popular receivers can beaccomodated, like V-RAKE receivers, weighted V-RAKE, or spatial narrowband beamforming. By makingappropriate assumptions on the space/time characteristic of the interference it is possible to enhance theperformance of the receiver through spatial/temporal pre-processors. These receivers will be tested in the FDDmode of UTRA.

Multi-scale effects of nestling diet on breeding performance in a terrestrial top predator inferred from stable isotope analysis

Inter-individual diet variation within populations is likely to have important ecological and evolutionary implications. The diet-fitness relationships at the individual level and the emerging population processes are, however, poorly understood for most avian predators inhabiting complex terrestrial ecosystems. In this study, we use an isotopic approach to assess the trophic ecology of nestlings in a long-lived raptor, the Bonelli"s eagle Aquila fasciata, and investigate whether nestling dietary breath and main prey consumption can affect the species" reproductive performance at two spatial scales: territories within populations and populations over a large geographic area. At the territory level, those breeding pairs whose nestlings consumed similar diets to the overall population (i.e. moderate consumption of preferred prey, but complemented by alternative prey categories) or those disproportionally consuming preferred prey were more likely to fledge two chicks. An increase in the diet diversity, however, related negatively with productivity. The age and replacements of breeding pair members had also an influence on productivity, with more fledglings associated to adult pairs with few replacements, as expected in long-lived species. At the population level, mean productivity was higher in those population-years with lower dietary breadth and higher diet similarity among territories, which was related to an overall higher consumption of preferred prey. Thus, we revealed a correspondence in diet-fitness relationships at two spatial scales: territories and populations. We suggest that stable isotope analyses may be a powerful tool to monitor the diet of terrestrial avian predators on large spatio-temporal scales, which could serve to detect potential changes in the availability of those prey on which predators depend for breeding. We encourage ecologists and evolutionary and conservation biologists concerned with the multi-scale fitness consequences of inter-individual variation in resource use to employ similar stable isotope-based approaches, which can be successfully applied to complex ecosystems such as the Mediterranean.

Time and space: genetic structure of the common sea urchin paracentrotus lividus in the south-eastern iberian coast

Spatio-temporal variability in settlement and recruitment, high mortality during the first life-history stages, and selection may determine the genetic structure of cohorts of long-lived marine invertebrates at small scales. We conducted a spatial and temporal analysis of the common Mediterranean Sea urchin Paracentrotus lividus to determine the genetic structure of cohorts at different scales. In Tossa de Mar (NW Mediterranean), recruitment was followed over 5 consecutive springs (2006-2010). In spring 2008, recruits and two-year-old individuals were collected at 6 locations along East and South Iberian coasts separated from 200 to over 1,100 km. All cohorts presented a high genetic diversity based on a fragment of mtCOI. Our results showed a marked genetic homogeneity in the temporal monitoring and a low degree of spatial structure in 2006. In 2008, coupled with an abnormality in the usual circulation patterns in the area, the genetic structure of the southern populations studied changed markedly, with arrival of many private haplotypes. This fact highlights the importance of point events in renewing the genetic makeup of populations, which can only be detected through analysis of the cohort structure coupling temporal and spatial perspectives.

Ionospheric tomography using GNSS reflections

In this paper, we report a preliminary analysis of the impact of Global Navigation Satellite System Reflections (GNSS-R) data on ionospheric monitoring over the oceans. The focus will be on a single polar Low Earth Orbiter (LEO) mission exploiting GNSS-R as well as Navigation (GNSS-N) and Occultation (GNSS-O) total electron content (TEC) measurements. In order to assess impact of the data, we have simulated GNSS-R/O/N TEC data as would be measured from the LEO and from International Geodesic Service (IGS) ground stations, with an electron density (ED) field generated using a climatic ionospheric model. We have also developed a new tomographic approach inspired by the physics of the hydrogen atom and used it to effectively retrieve the ED field from the simulated TEC data near the orbital plane. The tomographic inversion results demonstrate the significant impact of GNSS-R: three-dimensional ionospheric ED fields are retrieved over the oceans quite accurately, even as, in the spirit of this initial study, the simulation and inversion approaches avoided intensive computation and sophisticated algorithmic elements (such as spatio-temporal smoothing). We conclude that GNSS-R data over the oceans can contribute significantly to a Global/GNSS Ionospheric Observation System (GIOS). Index Terms Global Navigation Satellite System (GNSS), Global Navigation Satellite System Reflections (GNSS-R), ionosphere, Low Earth Orbiter (LEO), tomography.