How subtle are the biases that shape the fidelity of the fossil record? A test using marine molluscs

Biases in preservation shape the fossil record, and therefore impact on our reconstructions of past environments and biodiversity. Given the intensive recent research in the general fields of taphonomy and exceptional preservation, surprisingly, fundamental questions remain unanswered about species-level variation in skeletal preservation potential at low taxonomic levels (e.g. between genera from the same family, or between taxa from related families) across myriad groups with multi-element skeletons. Polyplacophoran molluscs (chitons sensu lato) are known from the late Cambrian to Recent, and possess a distinctive articulated scleritome consisting of eight overlapping calcareous valves. The apparent uniformity of living chitons presents an ideal model to test the potential for taphonomic biases at the alpha-taxon level. The vast majority of fossil chitons are preserved as single valves; few exhibit body preservation or even an articulated shell series. An experimental taphonomic programme was conducted using the Recent polyplacophorans Lepidochitona cinerea and Tonicella marmorea (suborder Chitonina) and Acanthochitona crinita (Acanthochitonina). Experiments in a rock tumbler on disarticulated valves found differential resistance to abrasion between taxa; in one experiment 53.8-61.5% of Lepidochitona valves were recovered but 92% of those from Tonicella and 100% of elements from Acanthochitona. Chiton valves and even partly decayed carcasses are more resistant to transportation than their limited fossil record implies. Different species of living chitons have distinctly different preservation potential. This, problematically, does not correlate with obvious differences in gross valve morphology; some, but not all, of the differences correlate with phylogeny. Decay alone is sufficient to exacerbate differences in preservation potential of multi-element skeletons; some, but not all, of the variation that results is due to specimen size and the fidelity of the fossil record will thus vary intra-specifically (e.g. between ontogenetic stages) as well as inter-specifically. 

Bone tool analysis

This article examines the osseous technologies that can be created from animal skeletons. 'Tool' status is accorded to a skeletal element or fragment that has been modified subsequent to its isolation from the carcass. Such anthropic adaptation may be deliberate (e.g., through manufacture) and/or appear as a result of utilization, and is granted in instances where these details cannot otherwise be ascribed to alternative nonanthropic causes. Implements can display a combination of traces from both human and natural sources and as such the study of them involves both zooarchaeological (i.e., via animal ecology, hunting, and butchery) and technological analysis.... As an exemplar of this, the following discussion will present some of the similarities and differences that exist between osseous and lithic raw materials and tool-blank production, and will situate both in an operational sequence of animal procurement and processing. It will then give an account of principal manufacturing techniques, methods for establishing tool function, and the phenomenon of 'pseudo tools'. © 2008 Copyright © 2008 Elsevier Inc.

Deep Salience: Visual Salience Modeling via Deep Belief Propagation

Visual salience is an intriguing phenomenon observed in biological neural systems. Numerous attempts have been made to model visual salience mathematically using various feature contrasts, either locally or globally. However, these algorithmic models tend to ignore the problem’s biological solutions, in which visual salience appears to arise during the propagation of visual stimuli along the visual cortex. In this paper, inspired by the conjecture that salience arises from deep propagation along the visual cortex, we present a Deep Salience model where a multi-layer model based on successive Markov random fields (sMRF) is proposed to analyze the input image successively through its deep belief propagation. As a result, the foreground object can be automatically separated from the background in a fully unsupervised way. Experimental evaluation on the benchmark dataset validated that our Deep Salience model can consistently outperform eleven state-of-the-art salience models, yielding the higher rates in the precision-recall tests and attaining the best F-measure and mean-square error in the experiments.

Exact and heuristic methods for solving Boolean games

Boolean games are a framework for reasoning about the rational behavior of agents whose goals are formalized using propositional formulas. Compared to normal form games, a well-studied and related game framework, Boolean games allow for an intuitive and more compact representation of the agents’ goals. So far, Boolean games have been mainly studied in the literature from the Knowledge Representation perspective, and less attention has been paid on the algorithmic issues underlying the computation of solution concepts. Although some suggestions for solving specific classes of Boolean games have been made in the literature, there is currently no work available on the practical performance. In this paper, we propose the first technique to solve general Boolean games that does not require an exponential translation to normal-form games. Our method is based on disjunctive answer set programming and computes solutions (equilibria) of arbitrary Boolean games. It can be applied to a wide variety of solution concepts, and can naturally deal with extensions of Boolean games such as constraints and costs. We present detailed experimental results in which we compare the proposed method against a number of existing methods for solving specific classes of Boolean games, as well as adaptations of methods that were initially designed for normal-form games. We found that the heuristic methods that do not require all payoff matrix entries performed well for smaller Boolean games, while our ASP based technique is faster when the problem instances have a higher number of agents or action variables.

Novel Application of Genetic Sequencing algorithms to optimisation of hardware resource sharing for DSP

Field programmable gate array (FPGA) technology is a powerful platform for implementing computationally complex, digital signal processing (DSP) systems. Applications that are multi-modal, however, are designed for worse case conditions. In this paper, genetic sequencing techniques are applied to give a more sophisticated decomposition of the algorithmic variations, thus allowing an unified hardware architecture which gives a 10-25% area saving and 15% power saving for a digital radar receiver.

Synthesis of FPGA-based accelerators implementing recursive algorithms

O desenvolvimento de sistemas computacionais é um processo complexo, com múltiplas etapas, que requer uma análise profunda do problema, levando em consideração as limitações e os requisitos aplicáveis. Tal tarefa envolve a exploração de técnicas alternativas e de algoritmos computacionais para optimizar o sistema e satisfazer os requisitos estabelecidos. Neste contexto, uma das mais importantes etapas é a análise e implementação de algoritmos computacionais. Enormes avanços tecnológicos no âmbito das FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) tornaram possível o desenvolvimento de sistemas de engenharia extremamente complexos. Contudo, o número de transístores disponíveis por chip está a crescer mais rapidamente do que a capacidade que temos para desenvolver sistemas que tirem proveito desse crescimento. Esta limitação já bem conhecida, antes de se revelar com FPGAs, já se verificava com ASICs (Application-Specific Integrated Circuits) e tem vindo a aumentar continuamente. O desenvolvimento de sistemas com base em FPGAs de alta capacidade envolve uma grande variedade de ferramentas, incluindo métodos para a implementação eficiente de algoritmos computacionais. Esta tese pretende proporcionar uma contribuição nesta área, tirando partido da reutilização, do aumento do nível de abstracção e de especificações algorítmicas mais automatizadas e claras. Mais especificamente, é apresentado um estudo que foi levado a cabo no sentido de obter critérios relativos à implementação em hardware de algoritmos recursivos versus iterativos. Depois de serem apresentadas algumas das estratégias para implementar recursividade em hardware mais significativas, descreve-se, em pormenor, um conjunto de algoritmos para resolver problemas de pesquisa combinatória (considerados enquanto exemplos de aplicação). Versões recursivas e iterativas destes algoritmos foram implementados e testados em FPGA. Com base nos resultados obtidos, é feita uma cuidada análise comparativa. Novas ferramentas e técnicas de investigação que foram desenvolvidas no âmbito desta tese são também discutidas e demonstradas.

Regularization and Bang-bang conjugate times in optimal control

Consideramos o problema de controlo óptimo de tempo mínimo para sistemas de controlo mono-entrada e controlo afim num espaço de dimensão finita com condições inicial e final fixas, onde o controlo escalar toma valores num intervalo fechado. Quando aplicamos o método de tiro a este problema, vários obstáculos podem surgir uma vez que a função de tiro não é diferenciável quando o controlo é bang-bang. No caso bang-bang os tempos conjugados são teoricamente bem definidos para este tipo de sistemas de controlo, contudo os algoritmos computacionais directos disponíveis são de difícil aplicação. Por outro lado, no caso suave o conceito teórico e prático de tempos conjugados é bem conhecido, e ferramentas computacionais eficazes estão disponíveis. Propomos um procedimento de regularização para o qual as soluções do problema de tempo mínimo correspondente dependem de um parâmetro real positivo suficientemente pequeno e são definidas por funções suaves em relação à variável tempo, facilitando a aplicação do método de tiro simples. Provamos, sob hipóteses convenientes, a convergência forte das soluções do problema regularizado para a solução do problema inicial, quando o parâmetro real tende para zero. A determinação de tempos conjugados das trajectórias localmente óptimas do problema regularizado enquadra-se na teoria suave conhecida. Provamos, sob hipóteses adequadas, a convergência do primeiro tempo conjugado do problema regularizado para o primeiro tempo conjugado do problema inicial bang-bang, quando o parâmetro real tende para zero. Consequentemente, obtemos um algoritmo eficiente para a computação de tempos conjugados no caso bang-bang.

Convex Quadratic Programming Approach to the Maximum Matching Problem

The problem of determining a maximum matching or whether there exists a perfect matching, is very common in a large variety of applications and as been extensively studied in graph theory. In this paper we start to introduce a characterisation of a family of graphs for which its stability number is determined by convex quadratic programming. The main results connected with the recognition of this family of graphs are also introduced. It follows a necessary and sufficient condition which characterise a graph with a perfect matching and an algorithmic strategy, based on the determination of the stability number of line graphs, by convex quadratic programming, applied to the determination of a perfect matching. A numerical example for the recognition of graphs with a perfect matching is described. Finally, the above algorithmic strategy is extended to the determination of a maximum matching of an arbitrary graph and some related results are presented.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Effect of light on ex situ production of symbiotic corals

The increasing interest in coral culture for biotechnological applications, to supply the marine aquarium trade, or for reef restoration programs, has prompted researchers to optimize coral culture protocols, with emphasis to ex situ production. When cultured ex situ, the growth performance of corals can be influenced by several physical, chemical and biological parameters. For corals harbouring zooxanthellae, light is one of such key factors, as it can influence the photosynthetic performance of these endosymbionts, as well as coral physiology, survival and growth. The economic feasibility of ex situ coral aquaculture is strongly dependent on production costs, namely those associated with the energetic needs directly resulting from the use of artificial lighting systems. In the present study we developed a versatile modular culture system for experimental coral production ex situ, assembled solely using materials and equipment readily available from suppliers all over the world; this approach allows researchers from different institutions to perform truly replicated experimental set-ups, with the possibility to directly compare experimental results. Afterwards, we aimed to evaluate the effect of contrasting Photosynthetically Active Radiation (PAR) levels, and light spectra emission on zooxanthellae photochemical performance, through the evaluation of the maximum quantum yield of PSII (Fv/Fm) (monitored non-invasively and non-destructively through Pulse Amplitude Modulation fluorometry, PAM), chlorophyll a content (also determined non-destructively by using the spectral reflectance index Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), photosynthetic and accessory pigments, number of zooxanthellae, coral survival and growth. We studied two soft coral species, Sarcophyton cf. glaucum and Sinularia flexibilis, as they are good representatives of two of the most specious genera in family Alcyoniidae, which include several species with interest for biotechnological applications, as well as for the marine aquarium trade; we also studied two commercially important scleractinian corals: Acropora formosa and Stylophora pistillata. We used different light sources: hydrargyrum quartz iodide (HQI) lamps with different light color temperatures, T5 fluorescent lamps, Light Emitting Plasma (LEP) and Light Emitting Diode (LED). The results achieved revealed that keeping S. flexibilis fragments under the same light conditions as their mother colonies seems to be photobiologically acceptable for a short-term husbandry, notwithstanding the fact that they can be successfully stocked at lower PAR intensities. We also proved that low PAR intensities are suitable to support the ex situ culture S. cf. glaucum in captivity at lower production costs, since the survival recorded during the experiment was 100%, the physiological wellness of coral fragments was evidenced, and we did not detect significant differences in coral growth. Finally, we concluded that blue light sources, such as LED lighting, allow a higher growth for A. formosa and S. pistillata, and promote significant differences on microstructure organization and macrostructure morphometry in coral skeletons; these findings may have potential applications as bone graft substitutes for veterinary and/or other medical uses. Thus, LED technology seems to be a promising option for scleractinian corals aquaculture ex situ.

The Structure of Design Processes: ideal and reality in Bruce Archer’s 1968 doctoral thesis

The paper centres on a single document, the 1968 doctoral thesis of L Bruce Archer. It traces the author’s earlier publications and the sources that informed and inspired his thinking, as a way of understanding the trajectory of his ideas and the motivations for his work at the Royal College of Art from 1962. Analysis of the thesis suggests that Archer’s ambition for a rigorous ‘science of design’ inspired by algorithmic approaches was increasingly threatened with disruption by his experience of large, complex design projects. His attempts to deal with this problem are shown to involve a particular interpretation of cybernetics. The paper ends with Archer’s own retrospective view and a brief account of his dramatically changed opinions. Archer is located as both a theorist and someone intensely interested in the commercial world of industrial design.

Estudo da variabilidade genética de marcadores moleculares ligados ao gene da MGP e sua aplicação para paternidades em Sparus aurata

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Especialização em Biotecnologia Marinha, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2008

Structural and chemical characterization of corals grown under present day and naturally elevated pCO2 conditions in Papua New Guinea - a window into the future

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Music and evolutionary computation

This paper presents a brief history of the western music: from its genesis to serialism and the Darmstadt school. Also some mathematical aspects of music are then presented and confronted with music as a form of art. The question is, are these two distinct aspects compatible? Can computers be of real help in automatic composition? The more appealing algorithmic approach is evolutionary computation as it offers creativity potential. Therefore, the Evolutionary Algorithms are then introduced and some results of GAs and GPs application to music generation are analysed.

As Necrópoles alto-medievais do concelho de Cascais : séculos VI e VII

A presente dissertação teve como finalidade estudar os testemunhos arqueológicos respeitantes às práticas funerárias levadas a cabo no atual concelho de Cascais durante os séculos VI e VII. As necrópoles em estudo são sítios bem conhecidos pelos investigadores, uma vez que a descoberta de algumas é precoce, datando de finais do século XIX. Com este trabalho, pretendeu-se introduzir uma série de componentes que a investigação privilegia atualmente, sobretudo no que respeita às vivências nos espaços rurais entre o fim do Império Romano e o domínio muçulmano na Península Ibérica. A investigação desenvolvida baseou-se no estudo preliminar das coleções osteológicas de quatro das cinco necrópoles, bem como na prospeção e no levantamento arqueológicos. O inventário antropológico teve como objetivo apurar o número mínimo de indivíduos por necrópole e por sepultura e fazer uma caracterização básica do sexo e da idade dos inumados. A prospeção assentou na análise das fontes bibliográficas sobre os sítios. Os trabalhos de campo desenvolveram-se no sentido de apurar o estado de conservação dos vestígios, na eventual identificação de outros novos e no consequente levantamento gráfico e fotográfico dos mesmos. Foi igualmente examinado o espólio cerâmico e metálico recolhido aquando da escavação das necrópoles, de modo obter uma visão abrangente sobre os rituais funerários e a estabelecer cronologias mais precisas. Embora se trate de um estudo limitado devido à inexistência de um registo mais rigoroso dos vestígios, foi possível tirar algumas conclusões e constatar alguns padrões. Os resultados possibilitaram apontar um conjunto de condições que se repetem nos locais onde estes cemitérios se implantam, percebendo dinâmicas em relação a fatores de caráter natural e de carácter antrópico. Também se apurou que existiriam diferentes formas de organizar os espaços funerários e que estes seriam constituídos por sepulturas muito diversas do ponto de vista construtivo. Além disso, começa-se a desvelar as razões para a reutilização de sepulturas para vários enterramentos e a entender a forma como as comunidades rurais conduziam os rituais funerários, ainda muito enraizados numa antiga matriz pagã.