2D position system for a mobile robot in unstructured environments

Nowadays, several sensors and mechanisms are available to estimate a mobile robot trajectory and location with respect to its surroundings. Usually absolute positioning mechanisms are the most accurate, but they also are the most expensive ones, and require pre installed equipment in the environment. Therefore, a system capable of measuring its motion and location within the environment (relative positioning) has been a research goal since the beginning of autonomous vehicles. With the increasing of the computational performance, computer vision has become faster and, therefore, became possible to incorporate it in a mobile robot. In visual odometry feature based approaches, the model estimation requires absence of feature association outliers for an accurate motion. Outliers rejection is a delicate process considering there is always a trade-off between speed and reliability of the system. This dissertation proposes an indoor 2D position system using Visual Odometry. The mobile robot has a camera pointed to the ceiling, for image analysis. As requirements, the ceiling and the oor (where the robot moves) must be planes. In the literature, RANSAC is a widely used method for outlier rejection. However, it might be slow in critical circumstances. Therefore, it is proposed a new algorithm that accelerates RANSAC, maintaining its reliability. The algorithm, called FMBF, consists on comparing image texture patterns between pictures, preserving the most similar ones. There are several types of comparisons, with different computational cost and reliability. FMBF manages those comparisons in order to optimize the trade-off between speed and reliability.

Land cover classification of Lago Grande de Curuai floodplain (Amazon, Brazil) using multi-sensor and image fusion techniques

Given the limitations of different types of remote sensing images, automated land-cover classifications of the Amazon várzea may yield poor accuracy indexes. One way to improve accuracy is through the combination of images from different sensors, by either image fusion or multi-sensor classifications. Therefore, the objective of this study was to determine which classification method is more efficient in improving land cover classification accuracies for the Amazon várzea and similar wetland environments - (a) synthetically fused optical and SAR images or (b) multi-sensor classification of paired SAR and optical images. Land cover classifications based on images from a single sensor (Landsat TM or Radarsat-2) are compared with multi-sensor and image fusion classifications. Object-based image analyses (OBIA) and the J.48 data-mining algorithm were used for automated classification, and classification accuracies were assessed using the kappa index of agreement and the recently proposed allocation and quantity disagreement measures. Overall, optical-based classifications had better accuracy than SAR-based classifications. Once both datasets were combined using the multi-sensor approach, there was a 2% decrease in allocation disagreement, as the method was able to overcome part of the limitations present in both images. Accuracy decreased when image fusion methods were used, however. We therefore concluded that the multi-sensor classification method is more appropriate for classifying land cover in the Amazon várzea.

Resilience of concrete structures in the marine environment through microstructural innovation

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Auditory spatial deficits following hemispheric lesions: Dissociation of explicit and implicit processing.

Auditory spatial deficits occur frequently after hemispheric damage; a previous case report suggested that the explicit awareness of sound positions, as in sound localisation, can be impaired while the implicit use of auditory cues for the segregation of sound objects in noisy environments remains preserved. By assessing systematically patients with a first hemispheric lesion, we have shown that (1) explicit and/or implicit use can be disturbed; (2) impaired explicit vs. preserved implicit use dissociations occur rather frequently; and (3) different types of sound localisation deficits can be associated with preserved implicit use. Conceptually, the dissociation between the explicit and implicit use may reflect the dual-stream dichotomy of auditory processing. Our results speak in favour of systematic assessments of auditory spatial functions in clinical settings, especially when adaptation to auditory environment is at stake. Further, systematic studies are needed to link deficits of explicit vs. implicit use to disability in everyday activities, to design appropriate rehabilitation strategies, and to ascertain how far the explicit and implicit use of spatial cues can be retrained following brain damage.

Appropriation of technology in "non-western" societies: an approximation to the case of Bulgaria

The principal focus of the PhD thesis lies in the Social Software area and the appropriation of technology in "non-Western" societies taking the example of Bulgaria. The term "non-Western" is used to explain places considered technologically underdeveloped. The aims have been to capture how Bulgarian users creatively interpret and appropriate Internet identifying the sociocultural, political and subjective conditions in which that appropriation occurs, to identify emerging practices based on the interpretation and use of Internet and the impact they had on society and what conditions could influence the technological interpretation and the meaning these practices had for both users and social configuration of Internet as media in Bulgaria. An ethnographic approach has been used simultaneously in different online and offline contexts. On the one hand, this study is based on exploration of the Bulgarian Internet Space through online participant observation in forums and websites reviews and on the other hand, on semi-structured interviews with different types of users of the virtual platforms found, made both face to face and online and finally online participant observation at the same platforms. It is based on some contributions of the ethnographic work of Christine Hine in virtual environments and the notions of time and space of Barbara Czarniawska contextualized in the modern form of organization that occurs in a network of multiple and fragmented contexts across many movements.

Prevalence of human papillomavirus infection, distribution of viral types and risk factors in cervical samples from human immunodeficiency virus-positive women attending three human immunodeficiency virus-acquired immune deficiency syndrome reference centres in northeastern Brazil

Human immunodeficiency virus (HIV)-positive patients have a greater prevalence of coinfection with human papillomavirus (HPV) is of high oncogenic risk. Indeed, the presence of the virus favours intraepithelial squamous cell lesion progression and may induce cancer. The aim of this study was to evaluate the prevalence of HPV infection, distribution of HPV types and risk factors among HIV-positive patients. Cervical samples from 450 HIV-positive patients were analysed with regard to oncotic cytology, colposcopy and HPV presence and type by means of polymerase chain reaction and sequencing. The results were analysed by comparing demographic data and data relating to HPV and HIV infection. The prevalence of HPV was 47.5%. Among the HPV-positive samples, 59% included viral types of high oncogenic risk. Multivariate analysis showed an association between HPV infection and the presence of cytological alterations (p = 0.003), age greater than or equal to 35 years (p = 0.002), number of partners greater than three (p = 0.002), CD4+ lymphocyte count < 200/mm3 (p = 0.041) and alcohol abuse (p = 0.004). Although high-risk HPV was present in the majority of the lesions studied, the low frequency of HPV 16 (3.3%), low occurrence of cervical lesions and preserved immunological state in most of the HIV-positive patients were factors that may explain the low occurrence of precancerous cervical lesions in this population.

Bayesian Markov chain Monte Carlo inversion of geophysical data for the purpose of estimating the hydraulic properties of the unsaturated zone

Ground-penetrating radar (GPR) has the potential to provide valuable information on hydrological properties of the vadose zone because of their strong sensitivity to soil water content. In particular, recent evidence has suggested that the stochastic inversion of crosshole GPR data within a coupled geophysical-hydrological framework may allow for effective estimation of subsurface van-Genuchten-Mualem (VGM) parameters and their corresponding uncertainties. An important and still unresolved issue, however, is how to best integrate GPR data into a stochastic inversion in order to estimate the VGM parameters and their uncertainties, thus improving hydrological predictions. Recognizing the importance of this issue, the aim of the research presented in this thesis was to first introduce a fully Bayesian inversion called Markov-chain-Monte-carlo (MCMC) strategy to perform the stochastic inversion of steady-state GPR data to estimate the VGM parameters and their uncertainties. Within this study, the choice of the prior parameter probability distributions from which potential model configurations are drawn and tested against observed data was also investigated. Analysis of both synthetic and field data collected at the Eggborough (UK) site indicates that the geophysical data alone contain valuable information regarding the VGM parameters. However, significantly better results are obtained when these data are combined with a realistic, informative prior. A subsequent study explore in detail the dynamic infiltration case, specifically to what extent time-lapse ZOP GPR data, collected during a forced infiltration experiment at the Arrenaes field site (Denmark), can help to quantify VGM parameters and their uncertainties using the MCMC inversion strategy. The findings indicate that the stochastic inversion of time-lapse GPR data does indeed allow for a substantial refinement in the inferred posterior VGM parameter distributions. In turn, this significantly improves knowledge of the hydraulic properties, which are required to predict hydraulic behaviour. Finally, another aspect that needed to be addressed involved the comparison of time-lapse GPR data collected under different infiltration conditions (i.e., natural loading and forced infiltration conditions) to estimate the VGM parameters using the MCMC inversion strategy. The results show that for the synthetic example, considering data collected during a forced infiltration test helps to better refine soil hydraulic properties compared to data collected under natural infiltration conditions. When investigating data collected at the Arrenaes field site, further complications arised due to model error and showed the importance of also including a rigorous analysis of the propagation of model error with time and depth when considering time-lapse data. Although the efforts in this thesis were focused on GPR data, the corresponding findings are likely to have general applicability to other types of geophysical data and field environments. Moreover, the obtained results allow to have confidence for future developments in integration of geophysical data with stochastic inversions to improve the characterization of the unsaturated zone but also reveal important issues linked with stochastic inversions, namely model errors, that should definitely be addressed in future research.

SESAM - a new framework integrating macroecological and species distribution models for predicting spatio-temporal patterns of species assemblages

Two different approaches currently prevail for predicting spatial patterns of species assemblages. The first approach (macroecological modelling, MEM) focuses directly on realised properties of species assemblages, whereas the second approach (stacked species distribution modelling, S-SDM) starts with constituent species to approximate assemblage properties. Here, we propose to unify the two approaches in a single 'spatially-explicit species assemblage modelling' (SESAM) framework. This framework uses relevant species source pool designations, macroecological factors, and ecological assembly rules to constrain predictions of the richness and composition of species assemblages obtained by stacking predictions of individual species distributions. We believe that such a framework could prove useful in many theoretical and applied disciplines of ecology and evolution, both for improving our basic understanding of species assembly across spatio-temporal scales and for anticipating expected consequences of local, regional or global environmental changes. In this paper, we propose such a framework and call for further developments and testing across a broad range of community types in a variety of environments.

Deciding analytically or trusting your intuition? The advantadges and disadvantadges of analytic and intuitive thought

Recent research has highlighted the notion that people can make judgmentsand choices by means of two systems that are labeled here tacit(or intuitive) and deliberate (or analytic). Whereas most decisionstypically involve both systems, this chapter examines the conditions underwhich each system is liable to be more effective. This aims to illuminatethe age-old issue of whether and when people should trust intuition or analysis. To do this, a framework is presented to understand how thetacit and deliberate systems work in tandem. Distinctions are also madebetween the types of information typically used by both systems as wellas the characteristics of environments that facilitate or hinder accuratelearning by the tacit system. Next, several experiments that havecontrasted intuitive and analytic modes on the same tasks are reviewed.Together, the theoretical framework and experimental evidence leads tospecifying the trade-off that characterizes their relative effectiveness.Tacit system responses can be subject to biases. In making deliberate systemresponses, however, people might not be aware of the correct rule to dealwith the task they are facing and/or make errors in executing it. Whethertacit or deliberate responses are more valid in particular circumstancesrequires assessing this trade-off. In this, the probability of making errorsin deliberate thought is postulated to be a function of the analytical complexityof the task as perceived by the person. Thus the trade-off is one of bias (inimplicit responses) versus analytical complexity (when tasks are handled indeliberate mode). Finally, it is noted that whereas much attention has beenpaid in the past to helping people make decisions in deliberate mode, effortsshould also be directed toward improving ability to make decisions intacit mode since the effectiveness of decisions clearly depends on both. Thistherefore represents an important frontier for research.

A theory of reference-dependent behavior

Extensive field and experimental evidence in a variety of environments show that behavior depends on a reference point. This paper provides an axiomatic characterization of this dependence. We proceed by imposing gradually more structure on both choice correspondences and preference relations, requiring increasingly higher levels of rationality, and freeing the decision-maker from certain types of inconsistencies. The appropriate degree of behavioral structure will depend on the phenomenon that is to be modeled. Lastly, we provide two applications of our work: one to model the status-quo bias, and another to model addictive behavior.

The ant fauna of hospitals: advancements in public health and research priorities in Brazil

Ants inhabit several types of natural and urban habitats, where they successfully nest. In urban environments, the hospitals should be considered priority for studies, as ants pose risks to human health due to their pathogen carrying potential. We aimed at surveying the literature about studies on ants in hospital settings in Brazil in the past 20 years. We found 40 papers in 22 journals, the first one published in 1993. Among them, 26 papers assessed pathogenic microorganisms on ants. We recorded 59 ant species, being Tapinoma melanocephalumthe most common. The Minas Gerais and São Paulo states had the largest number of published papers. Mato Grosso do Sul and Rio Grande do Sul showed the highest number of species. Exotic ant species were recorded in all states, except Goiás. Considering the potential to carry microorganisms and the importance of thorough studies on the ecology of ant species, our results can support and guide further research in Brazil.

Catalogue of Anisopodidae (Diptera, Bibionomorpha) types housed in the collection of the Museu de Zoologia da Universidade de São Paulo, Brazil

ABSTRACT Following a recommendation of the International Code of Zoological Nomenclature, this paper provides a catalogue of the type specimens of Anisopodidae (Diptera: Bibionomorpha) held in the collection of the Museu de Zoologia da Universidade de São Paulo, Brazil (MZUSP). Information on labels and type conditions, on 54 type specimens (including 21 primary types) of 24 Neotropical species are provided.

The role of fungi in the precipitation of calcite : relationships between fungal filaments, nanofibres, and needle fibre calcite

RésuméLes champignons sont impliqués dans les cycles biogéochimiques de différentes manières. En particulier, ils sont reconnus en tant qu'acteurs clés dans la dégradation de la matière organique, comme fournisseurs d'éléments nutritifs via l'altération des minéraux mais aussi comme grands producteurs d'acide oxalique et de complexes oxalo-métalliques. Toutefois, peu de choses sont connues quant à leur contribution à la genèse d'autres types de minéraux, tel que le carbonate de calcium (CaCO3). Le CaCO3 est un minéral ubiquiste dans de nombreux écosystèmes et il joue un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques du carbone (C) et du calcium (Ca). Le CaCO3 peut être d'origine physico-chimique ou biogénique et de nombreux organismes sont connus pour contrôler ou induire sa biominéralisation. Les champignons ont souvent été soupçonnés d'être impliqué dans ce processus, cependant il existe très peu d'informations pour étayer cette hypothèse.Cette thèse a eu pour but l'étude de cet aspect négligé de l'impact des champignons dans les cycles biogéochimiques, par l'exploration de leur implication potentielle dans la formation d'un type particulier de CaCO3 secondaires observés dans les sols et dans les grottes des environnements calcaires. Dans les grottes, ces dépôts sont appelés moonmilk, alors que dans les sols on les appelle calcite en aiguilles. Cependant ces deux descriptions correspondent en fait au même assemblage microscopique de deux habitus particulier de la calcite: la calcite en aiguilles (au sens strict du terme cette fois-ci) et les nanofibres. Ces deux éléments sont des habitus aciculaires de la calcite, mais présentent des dimensions différentes. Leur origine, physico-chimique ou biologique, est l'objet de débats intenses depuis plusieurs années déjà.L'observation d'échantillons environnementaux avec des techniques de microscopie (microscopie électronique et micromorphologie), ainsi que de la microanalyse EDX, ont démontré plusieurs relations intéressantes entre la calcite en aiguilles, les nanofibres et des éléments organiques. Premièrement, il est montré que les nanofibres peuvent être organiques ou minérales. Deuxièmement, la calcite en aiguilles et les nanofibres présentent de fortes analogies avec des structures hyphales, ce qui permet de confirmer l'hypothèse de leur origine fongique. En outre, des expériences en laboratoire ont confirmé l'origine fongique des nanofibres, par des digestions enzymatiques d'hyphes fongiques. En effet, des structures à base de nanofibres, similaires à celles observées dans des échantillons naturels, ont pu être produites par cette approche. Finalement, des enrichissements en calcium ont été mesurés dans les parois des hyphes et dans des inclusions intrahyphales provenant d'échantillons naturels de rhizomorphes. Ces résultats suggèrent une implication de la séquestration de calcium dans la formation de la calcite en aiguilles et/ou des nanofibres.Plusieurs aspects restent à élucider, en particulier la compréhension des processus physiologiques impliqués dans la nucléation de calcite dans les hyphes fongiques. Cependant, les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de confirmer l'implication des champignons dans la formation de la calcite en aiguilles et des nanofibres. Ces découvertes sont d'une grande importance dans les cycles biogéochimiques puisqu'ils apportent de nouveaux éléments dans le cycle couplé C-Ca. Classiquement, les champignons sont considérés comme étant impliqués principalement dans la minéralisation de la matière organique et dans l'altération minérale. Cette étude démontre que les champignons doivent aussi être pris en compte en tant qu'agents majeurs de la genèse de minéraux, en particulier de CaCO3. Ceci représente une toute nouvelle perspective en géomycologie quant à la participation des champignons au cycle biologique du C. En effet, la présence de ces précipitations de CaCO3 secondaires représente un court-circuit dans le cycle biologique du C puisque du C inorganique du sol se retrouve piégé dans de la calcite plutôt que d'être retourné dans l'atmosphère.AbstractFungi are known to be involved in biogeochemical cycles in numerous ways. In particular, they are recognized as key players in organic matter recycling, as nutrient suppliers via mineral weathering, as well as large producers of oxalic acid and metal-oxalate. However, little is known about their contribution to the genesis of other types of minerals such as calcium carbonate (CaCO3). Yet, CaC03 are ubiquitous minerals in many ecosystems and play an essential role in the biogeochemical cycles of both carbon (C) and calcium (Ca). CaC03 may be physicochemical or biogenic in origin and numerous organisms have been recognized to control or induce calcite biomineralization. While fungi have often been suspected to be involved in this process, only scarce information support this hypothesis.This Ph.D. thesis aims at investigating this disregarded aspect of fungal impact on biogeochemical cycles by exploring their possible implication in the formation of a particular type of secondary CaC03 deposit ubiquitously observed in soils and caves from calcareous environments. In caves, these deposits are known as moonmilk, whereas in soils, they are known as Needle Fibre Calcite (NFC - sensu lato). However, they both correspond to the same microscopic assemblage of two distinct and unusual habits of calcite: NFC {sensu stricto) and nanofibres. Both features are acicular habits of calcite displaying different dimensions. Whether these habits are physicochemical or biogenic in origin has been under discussion for a long time.Observations of natural samples using microscopic techniques (electron microscopy and micromorphology) and EDX microanalyses have demonstrated several interesting relationships between NFC, nanofibres, and organic features. First, it has shown that nanofibres can be either organic or minera! in nature. Second, both nanofibres and NFC display strong structural analogies with fungal hyphal features, supporting their fungal origin. Furthermore, laboratory experiments have confirmed the fungal origin of nanofibres through an enzymatic digestion of fungal hyphae. Indeed, structures made of nanofibres with similar features as those observed in natural samples have been produced. Finally, calcium enrichments have been measured in both cell walls and intrahyphal inclusions of hyphae from rhizomorphs sampled in the natural environment. These results point out an involvement of calcium sequestration in nanofibres and/or NFC genesis.Several aspects need further investigation, in particular the understanding of the physiological processes involved in hyphal calcite nucleation. However, the results obtained during this study have allowed the confirmation of the implication of fungi in the formation of both NFC and nanofibres. These findings are of great importance regarding global biogeochemical cycles as they bring new insights into the coupled C and Ca cycles. Conventionally, fungi are considered to be involved in organic matter mineralization and mineral weathering. In this study, we demonstrate that they must also be considered as major agents in mineral genesis, in particular CaC03. This is a completely new perspective in geomycology regarding the role of fungi in the short-term (or biological) C cycle. Indeed, the presence of these secondary CaC03 precipitations represents a bypass in the short- term carbon cycle, as soil inorganic C is not readily returned to the atmosphere.

Affective state and voice : cross-cultural assessment of speaking behavior and voice sound characteristics : a normative multicenter study of 577 + 36 healthy subjects

BACKGROUND: Human speech is greatly influenced by the speakers' affective state, such as sadness, happiness, grief, guilt, fear, anger, aggression, faintheartedness, shame, sexual arousal, love, amongst others. Attentive listeners discover a lot about the affective state of their dialog partners with no great effort, and without having to talk about it explicitly during a conversation or on the phone. On the other hand, speech dysfunctions, such as slow, delayed or monotonous speech, are prominent features of affective disorders. METHODS: This project was comprised of four studies with healthy volunteers from Bristol (English: n = 117), Lausanne (French: n = 128), Zurich (German: n = 208), and Valencia (Spanish: n = 124). All samples were stratified according to gender, age, and education. The specific study design with different types of spoken text along with repeated assessments at 14-day intervals allowed us to estimate the 'natural' variation of speech parameters over time, and to analyze the sensitivity of speech parameters with respect to form and content of spoken text. Additionally, our project included a longitudinal self-assessment study with university students from Zurich (n = 18) and unemployed adults from Valencia (n = 18) in order to test the feasibility of the speech analysis method in home environments. RESULTS: The normative data showed that speaking behavior and voice sound characteristics can be quantified in a reproducible and language-independent way. The high resolution of the method was verified by a computerized assignment of speech parameter patterns to languages at a success rate of 90%, while the correct assignment to texts was 70%. In the longitudinal self-assessment study we calculated individual 'baselines' for each test person along with deviations thereof. The significance of such deviations was assessed through the normative reference data. CONCLUSIONS: Our data provided gender-, age-, and language-specific thresholds that allow one to reliably distinguish between 'natural fluctuations' and 'significant changes'. The longitudinal self-assessment study with repeated assessments at 1-day intervals over 14 days demonstrated the feasibility and efficiency of the speech analysis method in home environments, thus clearing the way to a broader range of applications in psychiatry. © 2014 S. Karger AG, Basel.