Development of Shape-Optimization Tools for the Aerodynamic Design of Turbomachinery Blades

The aim of this work is to develop an automated tool for the optimization of turbomachinery blades founded on an evolutionary strategy. This optimization scheme will serve to deal with supersonic blades cascades for application to Organic Rankine Cycle (ORC) turbines. The blade geometry is defined using parameterization techniques based on B-Splines curves, that allow to have a local control of the shape. The location in space of the control points of the B-Spline curve define the design variables of the optimization problem. In the present work, the performance of the blade shape is assessed by means of fully-turbulent flow simulations performed with a CFD package, in which a look-up table method is applied to ensure an accurate thermodynamic treatment. The solver is set along with the optimization tool to determine the optimal shape of the blade. As only blade-to-blade effects are of interest in this study, quasi-3D calculations are performed, and a single-objective evolutionary strategy is applied to the optimization. As a result, a non-intrusive tool, with no need for gradients definition, is developed. The computational cost is reduced by the use of surrogate models. A Gaussian interpolation scheme (Kriging model) is applied for the estimated n-dimensional function, and a surrogate-based local optimization strategy is proved to yield an accurate way for optimization. In particular, the present optimization scheme has been applied to the re-design of a supersonic stator cascade of an axial-flow turbine. In this design exercise very strong shock waves are generated in the rear blade suction side and shock-boundary layer interaction mechanisms occur. A significant efficiency improvement as a consequence of a more uniform flow at the blade outlet section of the stator is achieved. This is also expected to provide beneficial effects on the design of a subsequent downstream rotor. The method provides an improvement to gradient-based methods and an optimized blade geometry is easily achieved using the genetic algorithm.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

An application of fuzzy logic for hardware/software partitioning in embedded systems

Hardware/Software partitioning (HSP) is a key task for embedded system co-design. The main goal of this task is to decide which components of an application are to be executed in a general purpose processor (software) and which ones, on a specific hardware, taking into account a set of restrictions expressed by metrics. In last years, several approaches have been proposed for solving the HSP problem, directed by metaheuristic algorithms. However, due to diversity of models and metrics used, the choice of the best suited algorithm is an open problem yet. This article presents the results of applying a fuzzy approach to the HSP problem. This approach is more flexible than many others due to the fact that it is possible to accept quite good solutions or to reject other ones which do not seem good. In this work we compare six metaheuristic algorithms: Random Search, Tabu Search, Simulated Annealing, Hill Climbing, Genetic Algorithm and Evolutionary Strategy. The presented model is aimed to simultaneously minimize the hardware area and the execution time. The obtained results show that Restart Hill Climbing is the best performing algorithm in most cases.

Family structure and age at menarche: A children-of-twins approach

Girls who grow up in households with an unrelated adult male reach menarche earlier than peers, a finding hypothesized to be an evolutionary strategy for families under stress. The authors tested the alternative hypothesis that nonrandom selection into stepfathering due to shared environmental and/or genetic predispositions creates a spurious relation between stepfathering and early menarche. Using the unique controls for genetic and shared environmental experiences offered by the children-of-twins design, the authors found that cousins discordant for stepfathering did not differ in age of menarche. Moreover, controlling for mother's age of menarche eliminated differences in menarcheal age associated with stepfathering in unrelated girls. These findings strongly suggest selection, and not causation, accounts for the relationship between stepfathering and early menarche.

(Table 2) Fatty acid composition of polychaetes sampled during POLARSTERN cruise ANT-XXIV/2

The fatty acid (FA) composition of representatives belonging to 18 polychaete families from the Southern Ocean shelf and deep sea (600 to 5337 m) was analysed in order to identify trophic biomarkers and elucidate possible feeding preferences. Total FA content was relatively low with few exceptions and ranged from 1.0 to 11.6% of total body dry weight. The most prominent FA found were 20:5(n-3), 16:0, 22:6(n-3), 18:1(n-7), 20:4(n-6), 18:0, 20:1(n-11) and 18:1(n-9). For some polychaete families and species FA profiles indicated selective feeding on certain dietary components, like freshly deposited diatom remains (e.g., Spionidae, Fauveliopsidae and Flabelligeridae) or foraminiferans (e.g., Euphrosinidae, Nephtyidae and Syllidae). Feeding patterns were relatively consistent within families at the deep stations, while the FA composition differed between the deep and the shelf stations within the same family. Fatty alcohols, indicative of wax ester storage, were found in almost all families (in proportions of 0.0 to 29.3% of total FA and fatty alcohols). The development of this long-term storage mechanism of energy reserves possibly displays an evolutionary strategy.

'Exploiting problem structure in a genetic algorithm approach to a nurse rostering problem'

There is considerable interest in the use of genetic algorithms to solve problems arising in the areas of scheduling and timetabling. However, the classical genetic algorithm paradigm is not well equipped to handle the conflict between objectives and constraints that typically occurs in such problems. In order to overcome this, successful implementations frequently make use of problem specific knowledge. This paper is concerned with the development of a GA for a nurse rostering problem at a major UK hospital. The structure of the constraints is used as the basis for a co-evolutionary strategy using co-operating sub-populations. Problem specific knowledge is also used to define a system of incentives and disincentives, and a complementary mutation operator. Empirical results based on 52 weeks of live data show how these features are able to improve an unsuccessful canonical GA to the point where it is able to provide a practical solution to the problem.

Exploiting problem structure in a genetic algorithm approach to a nurse rostering problem

There is considerable interest in the use of genetic algorithms to solve problems arising in the areas of scheduling and timetabling. However, the classical genetic algorithm paradigm is not well equipped to handle the conflict between objectives and constraints that typically occurs in such problems. In order to overcome this, successful implementations frequently make use of problem specific knowledge. This paper is concerned with the development of a GA for a nurse rostering problem at a major UK hospital. The structure of the constraints is used as the basis for a co-evolutionary strategy using co-operating sub-populations. Problem specific knowledge is also used to define a system of incentives and disincentives, and a complementary mutation operator. Empirical results based on 52 weeks of live data show how these features are able to improve an unsuccessful canonical GA to the point where it is able to provide a practical solution to the problem.

'Exploiting problem structure in a genetic algorithm approach to a nurse rostering problem'

There is considerable interest in the use of genetic algorithms to solve problems arising in the areas of scheduling and timetabling. However, the classical genetic algorithm paradigm is not well equipped to handle the conflict between objectives and constraints that typically occurs in such problems. In order to overcome this, successful implementations frequently make use of problem specific knowledge. This paper is concerned with the development of a GA for a nurse rostering problem at a major UK hospital. The structure of the constraints is used as the basis for a co-evolutionary strategy using co-operating sub-populations. Problem specific knowledge is also used to define a system of incentives and disincentives, and a complementary mutation operator. Empirical results based on 52 weeks of live data show how these features are able to improve an unsuccessful canonical GA to the point where it is able to provide a practical solution to the problem.

A two-phase strategy for detecting recombination in nucleotide sequences

Genetic recombination can produce heterogeneous phylogenetic histories within a set of homologous genes. Delineating recombination events is important in the study of molecular evolution, as inference of such events provides a clearer picture of the phylogenetic relationships among different gene sequences or genomes. Nevertheless, detecting recombination events can be a daunting task, as the performance of different recombination-detecting approaches can vary, depending on evolutionary events that take place after recombination. We previously evaluated the effects of post-recombination events on the prediction accuracy of recombination-detecting approaches using simulated nucleotide sequence data. The main conclusion, supported by other studies, is that one should not depend on a single method when searching for recombination events. In this paper, we introduce a two-phase strategy, applying three statistical measures to detect the occurrence of recombination events, and a Bayesian phylogenetic approach to delineate breakpoints of such events in nucleotide sequences. We evaluate the performance of these approaches using simulated data, and demonstrate the applicability of this strategy to empirical data. The two-phase strategy proves to be time-efficient when applied to large datasets, and yields high-confidence results.

Use of the q-Gaussian mutation in evolutionary algorithms

This paper proposes the use of the q-Gaussian mutation with self-adaptation of the shape of the mutation distribution in evolutionary algorithms. The shape of the q-Gaussian mutation distribution is controlled by a real parameter q. In the proposed method, the real parameter q of the q-Gaussian mutation is encoded in the chromosome of individuals and hence is allowed to evolve during the evolutionary process. In order to test the new mutation operator, evolution strategy and evolutionary programming algorithms with self-adapted q-Gaussian mutation generated from anisotropic and isotropic distributions are presented. The theoretical analysis of the q-Gaussian mutation is also provided. In the experimental study, the q-Gaussian mutation is compared to Gaussian and Cauchy mutations in the optimization of a set of test functions. Experimental results show the efficiency of the proposed method of self-adapting the mutation distribution in evolutionary algorithms.

Legal and political regulation of higher education in Portugal: an evolutionary perspective on the current policy issues and the problem of order

The higher education system in Europe is currently under stress and the debates over its reform and future are gaining momentum. Now that, for most countries, we are in a time for change, in the overall society and the whole education system, the legal and political dimensions have gained prominence, which has not been followed by a more integrative approach of the problem of order, its reform and the issue of regulation, beyond the typical static and classical cost-benefit analyses. The two classical approaches for studying (and for designing the policy measures of) the problem of the reform of the higher education system - the cost-benefit analysis and the legal scholarship description - have to be integrated. This is the argument of our paper that the very integration of economic and legal approaches, what Warren Samuels called the legal-economic nexus, is meaningful and necessary, especially if we want to address the problem of order (as formulated by Joseph Spengler) and the overall regulation of the system. On the one hand, and without neglecting the interest and insights gained from the cost-benefit analysis, or other approaches of value for money assessment, we will focus our study on the legal, social and political aspects of the regulation of the higher education system and its reform in Portugal. On the other hand, the economic and financial problems have to be taken into account, but in a more inclusive way with regard to the indirect and other socio-economic costs not contemplated in traditional or standard assessments of policies for the tertiary education sector. In the first section of the paper, we will discuss the theoretical and conceptual underpinning of our analysis, focusing on the evolutionary approach, the role of critical institutions, the legal-economic nexus and the problem of order. All these elements are related to the institutional tradition, from Veblen and Commons to Spengler and Samuels. The second section states the problem of regulation in the higher education system and the issue of policy formulation for tackling the problem. The current situation is clearly one of crisis with the expansion of the cohorts of young students coming to an end and the recurrent scandals in private institutions. In the last decade, after a protracted period of extension or expansion of the system, i. e., the continuous growth of students, universities and other institutions are competing harder to gain students and have seen their financial situation at risk. It seems that we are entering a period of radical uncertainty, higher competition and a new configuration that is slowly building up is the growth in intensity, which means upgrading the quality of the higher learning and getting more involvement in vocational training and life-long learning. With this change, and along with other deep ones in the Portuguese society and economy, the current regulation has shown signs of maladjustment. The third section consists of our conclusions on the current issue of regulation and policy challenge. First, we underline the importance of an evolutionary approach to a process of change that is essentially dynamic. A special attention will be given to the issues related to an evolutionary construe of policy analysis and formulation. Second, the integration of law and economics, through the notion of legal economic nexus, allows us to better define the issues of regulation and the concrete problems that the universities are facing. One aspect is the instability of the political measures regarding the public administration and on which the higher education system depends financially, legally and institutionally, to say the least. A corollary is the lack of clear strategy in the policy reforms. Third, our research criticizes several studies, such as the one made by the OECD in late 2006 for the Ministry of Science, Technology and Higher Education, for being too static and neglecting fundamental aspects of regulation such as the logic of actors, groups and organizations who are major players in the system. Finally, simply changing the legal rules will not necessary per se change the behaviors that the authorities want to change. By this, we mean that it is not only remiss of the policy maker to ignore some of the critical issues of regulation, namely the continuous non-respect by academic management and administrative bodies of universities of the legal rules that were once promulgated. Changing the rules does not change the problem, especially without the necessary debates form the different relevant quarters that make up the higher education system. The issues of social interaction remain as intact. Our treatment of the matter will be organized in the following way. In the first section, the theoretical principles are developed in order to be able to study more adequately the higher education transformation with a modest evolutionary theory and a legal and economic nexus of the interactions of the system and the policy challenges. After describing, in the second section, the recent evolution and current working of the higher education in Portugal, we will analyze the legal framework and the current regulatory practices and problems in light of the theoretical framework adopted. We will end with some conclusions on the current problems of regulation and the policy measures that are discusses in recent years.

Gains from switching and evolutionary stability in multi-player matrix games.

In this paper we unify, simplify, and extend previous work on the evolutionary dynamics of symmetric N-player matrix games with two pure strategies. In such games, gains from switching strategies depend, in general, on how many other individuals in the group play a given strategy. As a consequence, the gain function determining the gradient of selection can be a polynomial of degree N-1. In order to deal with the intricacy of the resulting evolutionary dynamics, we make use of the theory of polynomials in Bernstein form. This theory implies a tight link between the sign pattern of the gains from switching on the one hand and the number and stability of the rest points of the replicator dynamics on the other hand. While this relationship is a general one, it is most informative if gains from switching have at most two sign changes, as is the case for most multi-player matrix games considered in the literature. We demonstrate that previous results for public goods games are easily recovered and extended using this observation. Further examples illustrate how focusing on the sign pattern of the gains from switching obviates the need for a more involved analysis.

Behavioural Flexibility: evolutionary past and its role in a changing world

A través de la historia de la vida, gran parte de los organismos han desarrollado estrategias para responder a un mundo en constante cambio. Hoy en día, las actividades humanas producen cambios ambientales a una velocidad sin precedentes, lo cual se traduce en grandes desafíos para la persistencia de biodiversidad. Esta investigación evalúa las respuesta de los animales a los cambios ambientales enfocándose en la flexibilidad del comportamiento como estrategia adaptativa. En una primera aproximación a una escala evolutiva, se otorgan evidencias del vínculo hasta ahora tenue entre la cognición e historias de vida, entregando un claro apoyo a la relación entre longevidad, vida reproductiva y el tamaño del cerebro en mamíferos. La longevidad es el centro de muchas hipótesis respecto a las ventajas de desarrollar un cerebro grande, como por ejemplo en la hipótesis del buffer cognitivo y las respuestas flexibles frente a nuevos ambientes. En un segundo nivel, se abordan factores extrínsecos e intrínsecos que podrían explicar las diferencias individuales en innovación, un componente clave en la flexibilidad del comportamiento. Por medio de una aproximación experimental, se evalúan potenciales escenarios que podrían conducir a consistentes diferencias individuales en uno de los principales factores subyacentes a la innovación (i.e. la motivación), y el potencial control endocrino sobre estos escenarios. Posteriormente, con el objetivo de evaluar la respuesta de los animales frente a los cambios ambientales actuales, se explora la respuesta de los animales frente a una de las actividades humanas mas disruptivas sobre los ecosistemas, la urbanización. Por medio de un analisis filogenetico comparativo a nivel global en aves se abordan los mecanismos implicados en la perdida de biodiversidad observada en ambientes urbanos. Los resultados entregan evidencias sobre la importancia de procesos de dispersión local junto con el papel clave de los rasgos de historia de vida, pero en un sentido diferente al clasicamente pensado. Finalmente por medio de una revisión bibliográfica se entregan evidencias teóricas y empíricas que respaldan el rol clave de la flexibilidad del comportamiento en confrontar los desafíos de una vida urbana. La integración de estos resultados muestra cómo el pasado evolutivo contribuye a hacer frente a los retos ambientales actuales, y pone de relieve posibles consecuencias ante un planeta más cambiante que nunca.

Behavioural Flexibility: evolutionary past and its role in a changing world

A través de la historia de la vida, gran parte de los organismos han desarrollado estrategias para responder a un mundo en constante cambio. Hoy en día, las actividades humanas producen cambios ambientales a una velocidad sin precedentes, lo cual se traduce en grandes desafíos para la persistencia de biodiversidad. Esta investigación evalúa las respuesta de los animales a los cambios ambientales enfocándose en la flexibilidad del comportamiento como estrategia adaptativa. En una primera aproximación a una escala evolutiva, se otorgan evidencias del vínculo hasta ahora tenue entre la cognición e historias de vida, entregando un claro apoyo a la relación entre longevidad, vida reproductiva y el tamaño del cerebro en mamíferos. La longevidad es el centro de muchas hipótesis respecto a las ventajas de desarrollar un cerebro grande, como por ejemplo en la hipótesis del buffer cognitivo y las respuestas flexibles frente a nuevos ambientes. En un segundo nivel, se abordan factores extrínsecos e intrínsecos que podrían explicar las diferencias individuales en innovación, un componente clave en la flexibilidad del comportamiento. Por medio de una aproximación experimental, se evalúan potenciales escenarios que podrían conducir a consistentes diferencias individuales en uno de los principales factores subyacentes a la innovación (i.e. la motivación), y el potencial control endocrino sobre estos escenarios. Posteriormente, con el objetivo de evaluar la respuesta de los animales frente a los cambios ambientales actuales, se explora la respuesta de los animales frente a una de las actividades humanas mas disruptivas sobre los ecosistemas, la urbanización. Por medio de un analisis filogenetico comparativo a nivel global en aves se abordan los mecanismos implicados en la perdida de biodiversidad observada en ambientes urbanos. Los resultados entregan evidencias sobre la importancia de procesos de dispersión local junto con el papel clave de los rasgos de historia de vida, pero en un sentido diferente al clasicamente pensado. Finalmente por medio de una revisión bibliográfica se entregan evidencias teóricas y empíricas que respaldan el rol clave de la flexibilidad del comportamiento en confrontar los desafíos de una vida urbana. La integración de estos resultados muestra cómo el pasado evolutivo contribuye a hacer frente a los retos ambientales actuales, y pone de relieve posibles consecuencias ante un planeta más cambiante que nunca.

A novel bioinformatics pipeline to discover genes related to arbuscular mycorrhizal symbiosis based on their evolutionary conservation pattern among higher plants.

BACKGROUND: Genes involved in arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis have been identified primarily by mutant screens, followed by identification of the mutated genes (forward genetics). In addition, a number of AM-related genes has been identified by their AM-related expression patterns, and their function has subsequently been elucidated by knock-down or knock-out approaches (reverse genetics). However, genes that are members of functionally redundant gene families, or genes that have a vital function and therefore result in lethal mutant phenotypes, are difficult to identify. If such genes are constitutively expressed and therefore escape differential expression analyses, they remain elusive. The goal of this study was to systematically search for AM-related genes with a bioinformatics strategy that is insensitive to these problems. The central element of our approach is based on the fact that many AM-related genes are conserved only among AM-competent species. RESULTS: Our approach involves genome-wide comparisons at the proteome level of AM-competent host species with non-mycorrhizal species. Using a clustering method we first established orthologous/paralogous relationships and subsequently identified protein clusters that contain members only of the AM-competent species. Proteins of these clusters were then analyzed in an extended set of 16 plant species and ranked based on their relatedness among AM-competent monocot and dicot species, relative to non-mycorrhizal species. In addition, we combined the information on the protein-coding sequence with gene expression data and with promoter analysis. As a result we present a list of yet uncharacterized proteins that show a strongly AM-related pattern of sequence conservation, indicating that the respective genes may have been under selection for a function in AM. Among the top candidates are three genes that encode a small family of similar receptor-like kinases that are related to the S-locus receptor kinases involved in sporophytic self-incompatibility. CONCLUSIONS: We present a new systematic strategy of gene discovery based on conservation of the protein-coding sequence that complements classical forward and reverse genetics. This strategy can be applied to diverse other biological phenomena if species with established genome sequences fall into distinguished groups that differ in a defined functional trait of interest.