Hierarchical artificial immune system for crop stage classification

This paper presents a new hierarchical clustering algorithm for crop stage classification using hyperspectral satellite image. Amongst the multiple benefits and uses of remote sensing, one of the important application is to solve the problem of crop stage classification. Modern commercial imaging satellites, owing to their large volume of satellite imagery, offer greater opportunities for automated image analysis. Hence, we propose a unsupervised algorithm namely Hierarchical Artificial Immune System (HAIS) of two steps: splitting the cluster centers and merging them. The high dimensionality of the data has been reduced with the help of Principal Component Analysis (PCA). The classification results have been compared with K-means and Artificial Immune System algorithms. From the results obtained, we conclude that the proposed hierarchical clustering algorithm is accurate.

Filling-in Void and Sparse Regions in Protein Sequence Space by Protein-Like Artificial Sequences Enables Remarkable Enhancement in Remote Homology Detection Capability

Protein functional annotation relies on the identification of accurate relationships, sequence divergence being a key factor. This is especially evident when distant protein relationships are demonstrated only with three-dimensional structures. To address this challenge, we describe a computational approach to purposefully bridge gaps between related protein families through directed design of protein-like ``linker'' sequences. For this, we represented SCOP domain families, integrated with sequence homologues, as multiple profiles and performed HMM-HMM alignments between related domain families. Where convincing alignments were achieved, we applied a roulette wheel-based method to design 3,611,010 protein-like sequences corresponding to 374 SCOP folds. To analyze their ability to link proteins in homology searches, we used 3024 queries to search two databases, one containing only natural sequences and another one additionally containing designed sequences. Our results showed that augmented database searches showed up to 30% improvement in fold coverage for over 74% of the folds, with 52 folds achieving all theoretically possible connections. Although sequences could not be designed between some families, the availability of designed sequences between other families within the fold established the sequence continuum to demonstrate 373 difficult relationships. Ultimately, as a practical and realistic extension, we demonstrate that such protein-like sequences can be ``plugged-into'' routine and generic sequence database searches to empower not only remote homology detection but also fold recognition. Our richly statistically supported findings show that complementary searches in both databases will increase the effectiveness of sequence-based searches in recognizing all homologues sharing a common fold. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Artificial photosynthesis and the splitting of water to generate hydrogen

It is no exaggeration to state that the energy crisis is the most serious challenge that we face today. Among the strategies to gain access to reliable, renewable energy, the use of solar energy has clearly emerged as the most viable option. A promising direction in this context is artificial photosynthesis. In this article, we briefly describe the essential features of artificial photosynthesis in comparison with natural photosynthesis and point out the modest success that we have had in splitting water to produce oxygen and hydrogen, specially the latter.

Rhythmic egg-laying behaviour in virgin females of fruit flies Drosophila melanogaster

Fruit fly Drosophila melanogaster females display rhythmic egg-laying under 12: 12 h light/dark (LD) cycles which persists with near 24 h periodicity under constant darkness (DD). We have shown previously that persistence of this rhythm does not require the neurons expressing pigment dispersing factor (PDF), thought to be the canonical circadian pacemakers, and proposed that it could be controlled by peripheral clocks or regulated/triggered by the act of mating. We assayed egg-laying behaviour of wild-type Canton S (CS) females under LD, DD and constant light (LL) conditions in three different physiological states; as virgins, as females allowed to mate with males for 1 day and as females allowed to mate for the entire duration of the assay. Here, we report the presence of a circadian rhythm in egg-laying in virgin D. melanogaster females. We also found that egg-laying behaviour of 70 and 90% females from all the three male presence/absence protocols follows circadian rhythmicity under DD and LL, with periods ranging between 18 and 30 h. The egg-laying rhythm of all virgin females synchronized to LD cycles with a peak occurring soon after lights-off. The rhythm in virgins was remarkably robust with maximum number of eggs deposited immediately after lights-off in contrast to mated females which show higher egg-laying during the day. These results suggest that the egg-laying rhythm of D. melanogaster is endogenously driven and is neither regulated nor triggered by the act of mating; instead, the presence of males results in reduction in entrainment to LD cycles.

Skeletal Muscle Degeneration and Regeneration in Mice and Flies

Many aspects of skeletal muscle biology are remarkably similar between mammals and tiny insects, and experimental models of mice and flies (Drosophila) provide powerful tools to understand factors controlling the growth, maintenance, degeneration (atrophy and necrosis), and regeneration of normal and diseased muscles, with potential applications to the human condition. This review compares the limb muscles of mice and the indirect flight muscles of flies, with respect to the mechanisms of adult myofiber formation, homeostasis, atrophy, hypertrophy, and the response to muscle degeneration, with some comment on myogenic precursor cells and common gene regulatory pathways. There is a striking similarity between the species for events related to muscle atrophy and hypertrophy, without contribution of any myoblast fusion. Since the flight muscles of adult flies lack a population of reserve myogenic cells (equivalent to satellite cells), this indicates that such cells are not required for maintenance of normal muscle function. However, since satellite cells are essential in postnatal mammals for myogenesis and regeneration in response to myofiber necrosis, the extent to which such regeneration might be possible in flight muscles of adult flies remains unclear. Common cellular and molecular pathways for both species are outlined related to neuromuscular disorders and to age-related loss of skeletal muscle mass and function (sarcopenia). The commonality of events related to skeletal muscles in these disparate species (with vast differences in size, growth duration, longevity, and muscle activities) emphasizes the combined value and power of these experimental animal models.

Skeletal Muscle Degeneration and Regeneration in Mice and Flies

Many aspects of skeletal muscle biology are remarkably similar between mammals and tiny insects, and experimental models of mice and flies (Drosophila) provide powerful tools to understand factors controlling the growth, maintenance, degeneration (atrophy and necrosis), and regeneration of normal and diseased muscles, with potential applications to the human condition. This review compares the limb muscles of mice and the indirect flight muscles of flies, with respect to the mechanisms of adult myofiber formation, homeostasis, atrophy, hypertrophy, and the response to muscle degeneration, with some comment on myogenic precursor cells and common gene regulatory pathways. There is a striking similarity between the species for events related to muscle atrophy and hypertrophy, without contribution of any myoblast fusion. Since the flight muscles of adult flies lack a population of reserve myogenic cells (equivalent to satellite cells), this indicates that such cells are not required for maintenance of normal muscle function. However, since satellite cells are essential in postnatal mammals for myogenesis and regeneration in response to myofiber necrosis, the extent to which such regeneration might be possible in flight muscles of adult flies remains unclear. Common cellular and molecular pathways for both species are outlined related to neuromuscular disorders and to age-related loss of skeletal muscle mass and function (sarcopenia). The commonality of events related to skeletal muscles in these disparate species (with vast differences in size, growth duration, longevity, and muscle activities) emphasizes the combined value and power of these experimental animal models.

Experimental Characterization and Control of Miniaturized Pneumatic Artificial Muscle

Robotic surgical tools used in minimally invasive surgeries (MIS) require miniaturized and reliable actuators for precise positioning and control of the end-effector. Miniature pneumatic artificial muscles (MPAMs) are a good choice due to their inert nature, high force to weight ratio, and fast actuation. In this paper, we present the development of miniaturized braided pneumatic muscles with an outer diameter of similar to 1.2 mm, a high contraction ratio of about 18%, and capable of providing a pull force in excess of 4 N at a supply pressure of 0.8 MPa. We present the details of the developed experimental setup, experimental data on contraction and force as a function of applied pressure, and characterization of the MPAM. We also present a simple kinematics and experimental data based model of the braided pneumatic muscle and show that the model predicts contraction in length to within 20% of the measured value. Finally, a robust controller for the MPAMs is developed and validated with experiments and it is shown that the MPAMs have a time constant of similar to 10 ms thereby making them suitable for actuating endoscopic and robotic surgical tools.

Ionic Bonding between Artificial Atoms

Conventional solids are prepared from building blocks that are conceptually no larger than a hundred atoms. While van der Waals and dipole-dipole interactions also influence the formation of these materials, stronger interactions, referred to as chemical bonds, play a more decisive role in determining the structures of most solids. Chemical bonds that hold such materials together are said to be ionic, covalent, metallic, dative, or otherwise a combination of these. Solids that utilize semiconductor nanocrystal quantum dots as building units have been demonstrated to exist; however, the interparticle forces in such materials are decidedly not chemical. Here we demonstrate the formation of charge transfer states in a binary quantum dot mixture. Charge is observed to reside in quantum confined states of one of the participating quantum dots. These interactions lead to materials that may be regarded as the nanoscale analog of an ionic solid. The process by which these materials form has interesting parallels to chemical reactions in conventional chemistry.

Evaluación de tres tipos de dietas (calostro: leche) en terneras holstein friesian bajo crianza artificial

El presente trabajo se realizó en la Empresa Genética Roberto Alvarado (Chiltepe), ubicada en la península de Chiltepe, en el departamento de Managua, con el objetivo de establecer la mejor forma de suministrar dietas liquidas, establecer la asociación entre los niveles de calostro con los comportamientos productivos de terneras bajo crianza artificial. Se emplearon 18 terneras de raza Holstein F., con un promedio de 40 Kg+- 8 kg de peso vivo, las que fueron distribuidas aleatoriamente en tres grupos asignándoles los siguientes tratamientos: T15 litros de leche entera/día (testigo) ; T2: 5 Litros de mezcla de calostro y leche/día (20:80) y T3: 5 Litros de mezcla de calostro y leche/día (40:60). Adicionalmente todos los tratamientos recibieron "adibitum", alimento solido a base de forraje Taiwán picado, heno de pasto estrella, agua y concentrado iniciador. El manejo de las terneras se realizó de manera similar a la utilizada en los centros de crianza de las empresas. Se efectuaron pasajes semanales individuales y se registró el consumo de concentrado. Se realizó análisis bromatológico de las dietas liquidas según metodología A.O.A.C. (1984), así como un análisis económico de las mismas. Al realizar ANDEVA para la variable GMD28, GMD49 y GMD70, se encontró para la primera que no existen diferencias (P<0.05) y para la dos últimas si existen diferencias significativas (P<0.05). El ANDECOVA (mínimo cuadrado realizado para la variable P28, utilizando la covariable PI mostró que no existen diferencias entre las dietas, y diferencias significativas (P<0.05) para la covariable. Para la variable Cons28, utilizando como variable el PI, se encontró diferencias significativas entre las dietas y no significativas para la variable concomitante. Al analizar la variable P49 usando como variable concomitante el P28, mostró diferencias estadísticamente significativas (P<0.05) tanto para las dietas como para la covariable. Para la variable P70, utilizando como covariable P49, se encontró que existen diferencias significativas para las dietas suministradas así como para la variable concomitante. Posteriormente al realizar prueba de separación de medidas con rangos múltiples utilizando test de Duncan, para las variables GMD14, GMD28, GMD49 y GMD70 se encontró el siguiente orden de mérito para las dietas: Calostro: Leche (40:60) a; Calostro: Leche (20:80)a, y Calostro: Leche (0:100) b. El análisis económico mostro que las dietas T3 y T2 tiene costos notablemente inferiores en relación al costo del T1. Estos análisis conllevan a establecer un orden decreciente del efecto de las dietas liquidas sobre la GMD y el PF según el siguiente esquema: T3 (40:60)>T2 (20:80)>T1 (0.100). Encontrando que la dieta más efectiva es la del T3.

Comparación de parámetros reproductivos bajo inseminación artificial y monta natural en cerdas, (Cofradia, G.E.P.)

Este experimento se realizó en la Granja Experimental Porcina (G.E.P), Cofradía, Masaya, con 82 cerdas del cuarto parto, 30 servidas a través de inseminación artificial (I.A) y 52 cerdas por monta natural (M.N); iniciando en mayo de 1,995 hasta mayo de 1,996 con el objetivo de evaluar los parámetros reproductivos y económicos en ambos sistemas de monta. Los dos grupos de cerdas reproductoras estaban compuestos por las razas LANDRACE, YORKSHIRE y DUROC. Las variables evaluadas fueron: Tasa de concepción (T.C) y tasa de parición (T.P), números de crías por partos (N.C.P), peso vivo promedio del lechón en la camada al nacer (P.V.L.C), relación beneficio-costo (B-C). Los resultados finales comprobados al 5% de significancia estadísticas fueron: T.P en I.A con 56.66% menor que en M.N con 76.92%, en N.C.P para I.A con 7.06, menor que en M.N de 8.725, P.V.L.C en I.A de 1.85 kg, similar a 1.74 kg, en MN. Para la relación B-C en I.A fue de 0.53 córdobas y para M.N de 0.56 córdobas.

Comparación de índices productivos y reproductivos de monta natural e inseminación artificial con semen congelado en cerdos

El presente trabajo de tesis se realizó en la granja experimental porcina MAGFOR-Misión China de la república de Taiwán, ubicada en Cofradía. El estudio consistió en la evaluación de los parámetros reproductivos en grupos de cerdas obtenidos por inseminación artificial y grupos obtenidos a través de la monta natural, también se aborda el tema de la consanguinidad y sus consecuencias como un factor negativo en la fijación de caracteres indeseables, esto sucede en las poblaciones en las que existe una alta homocigosis debido al origen común del material genético (padres emparentados). Las variables evaluadas en el presente trabajo fueron: tamaño de la camada al nacimiento, peso promedio de los lechones al nacimiento, peso promedio de los lechones al destete e intervalo parto parto. para el análisis estadístico se elaboraron tablas de contingencias por cada una de las variables con base en los promedios. Para la variable tamaño de la camada al nacimiento se obtuvo para el tratamiento inseminación artificial un promedio de 9.16 lechones y para la monta natural un promedio de 9.89 lechones al contrastar las medias de los dos tratamientos se obtuvo un valor de t de 0.88 que comparado con el valor tabulado al 5% resulto no significativo al observar el comportamiento de las diferentes razas ,la yorkshire obtuvo los mayores promedios en inseminación el caso especifico de esta habían muy pocos ejemplares 6 . Se trabajo en condiciones normales de producción lo cual pudo influir en estos resultados debido al tamaiio de la muestra en esta raza. Los resultados para la variable peso promedio de los lechones al nacimiento, arrojaron un promedio de 1.76 Kg. para las camadas obtenidas por inseminación artificial y 1.67kg para las obtenidas por el método de monta natural en las observaciones de los promedios por razas, se obtuvo el mayor peso a favor de la raza Landrace con 1.99 Kg. seguido de la raza duroc con 1.85 Kg. en el tratamiento de inseminación artificial, y para la monta natural el menor peso lo obtuvo la raza duroc con 1.44 Kg. y elmayor peso fue también la raza Landrace. la raza Yorkshire mostró un comportamiento similar tanto en inseminacion artificial, como en monta natural. Para la variable peso promedio de los lechones al destete, se obtuvo un peso promedio de 7.39 Kg. para los lechones obtenidos por el método de inseminacion artificial y un peso promedio de 6.71 Kg. en el caso de lechones obtenidos por monta natural al evaluar las razas, la raza Landrace obtuvo el mayor peso al destete con 8.01 Kg. como era de esperar al obtener los mayores promedios en peso al nacimiento esto fue para las camadas obtenidas por inseminacion artificial. en el caso. de los lechones obtenidos mediante la monta natural el mayor peso correspondió a la raza Hampshire pudiendo haber influido el numero de lechones, ya que esta fue la que presento el menor numero la raza Yorkshire tuvo en este caso un comportamiento similar en los dos tratamientos. Para la variable intervalo parto-parto, en el caso de las cerdas servidas por el método de inseminacion artificial presentaron un IPP de 5.52 meses o sea 167 días y las cerdas servidas por monta natural obtuvieron un IPP de5.01 meses o 152 días. En la prueba de hipótesis tanto como el contraste de varianza, los resultados fueron significativos y una diferencia de 15 días vacíos en una hembra eleva los costos de producción de una manera considerable por esta razón un IPP como el de la inseminación artificial solo se justifica en la granja experimental porcina en un numero especifico de cerdas elite y como apoyo al mejoramiento genético del hato porcino de esta así como del hato nacional.

Establecimiento de técnica de extracción de semen en gallos criollos e inseminación artificial en gallinas criollas en Nejapa - Managua

La inseminación artificial es una técnica que fue desarrollada en la década de los años treinta utilizando el método descrito por Buno\VS y Quinn (1937), consistía en practicarle masajes abdominales y en la cloaca tanto al ave macho como a la hembra Este trabajo de investigación que tiene por título: Establecimiento de técnicas de extracción de semen en gallos criollos e inseminación artificial en gallinas criollas, fue investigado con los tines de realizar la técnica inseminación artificial en gallinas criollas que no se utiliza en nuestro país, y también comprobar que esta tiene resultado positivo. En la investigación se trabajo con 10 gallinas y 2 gallos en donde se divide dos tratamientos: 1er tratamiento monta natural que se utilizaron 5 gallinas y un gallo, 2do tratamiento Inseminación artificial que se utilizaron 5 gallinas y un gallo Los cuales fueron seleccionados con Jónne parámetros establecidos En el tratamiento en la monta natural las gallinas estaban en manejo tradicional y la alimenticio ad-libitum y copulacion natural de gallo. Mientras que en 2do tratamiento para el gallo de la inseminación se le realizo un adiestramiento durante 6 meses para lograr la obtención de semen puro posteriormente inseminar a las gallinas destinadas para el 2do tratamiento. En los resultados de la variable de incubación de cada tratamiento se valoró la diferencia de los tratamiento empleados, mostrando que en el tratamiento 1 por la monta natural (T1 M.N) fue de margen inferior de 75%, donde para el tratamiento 2 de inseminación artificial (T2 LA) un margen de superioridad reflejado en 83% Se encontró un Chi­ cuadrado de 1.7562 no significativo al5% con 1 grado de libertad,-- (filas-uno)*(columnas-1) -­ entendiéndose que las diferencias observadas en el porcentaje de huevos nacidos de cada grupo de tratamiento, así como el porcentaje de huevos no nacidos de cada grupo de tratamiento están en el rango posible de diferencias atribuibles a la casualidad propias de unidades experimentales biológicas empleando un nivel de significación del 5 % También se rellejo el porcentaje de huevos incubables fue para(T1 M.N) 35% y ("12 LA) 31%, para mortalidad embrionaria se determino un 32%(T1 M.N)y el 20% para elpara(T2I.A). En elcomportamiento reproductivo se constato que para (T1 M.N) un margen de 28- 15 huevos y para (T2 LA) un margen de 24- 13 huevos. Concluyendo que la técnica de inseminación attiticial se puede realizar, y puede ser beneficiosa, pero a niveles industriales o en aves de razas debido a que los costos son significativamente costosos no siendo viable para los pequeños productores de gallinas de patio

Efecto de un carbón no activado en el desarrollo de terneros durante la crianza artificial

Resumen: Las terneras de reposición son las unidades productivas futuras del tambo. Su desarrollo va a tener un impacto en la rentabilidad de la actividad, no sólo porque las terneras enfermas pueden perder potencial productivo futuro, sino también porque retrasarán su ingreso al tambo, incrementando los costos de reposición. Uno de los mayores riesgos de la crianza artificial es la alta probabilidad de existencia de diarreas durante el primer mes de vida de los terneros. El objetivo de este trabajo fue evaluar el uso de un carbón no activado en la ganancia diaria de peso y en la incidencia de diarreas de terneras de tambo criadas artificialmente. El ensayo se realizó con 63 terneras de 3 a 100 días de edad. Se tomaron los pesos a diferentes edades y los datos se analizaron con un modelo de regresión no lineal del tipo exponencial. La presencia de diarreas se evalúo por observación positiva y su incidencia se midió mediante una prueba de comparación de proporciones (Chi2). Los resultados demostraron que para ambas variables no se encontraron diferencias significativas entre el grupo control y el grupo tratado. La tasa de crecimiento resultante del modelo estimado de regresión no lineal fue de 0,0140 y 0,0142 para el grupo control y tratamiento respectivamente, con un solapamiento de los intervalos de confianza. En lo que respecta a la incidencia de diarreas, el número de animales afectados fue similar en ambos grupos, por lo que se infiere que no existe correlación entre el uso del producto y la prevalencia de la enfermedad. Se concluye que, para las condiciones de este ensayo, el agregado del carbón a la dieta líquida del ternero no tiene efectos sobre la ganancia diaria de peso ni sobre la incidencia de diarreas en terneros