Sistema de votació electrònica sobre corbes el·líptques amb mescla de vots mitjançant Random Group Full Checking

L'objectiu del treball és dissenyar i implementar un sistema de simulació de votació electrònica, emprant una adaptació sobre corbes el·líptiques del criptosistema ElGamal, per tal d'estudiar-ne la viabilitat, centrant l'atenció en temes de seguretat, especialment en el procés de mescla de vots per tal de desvincular un vot de la persona que l'ha emès.

Tightness of random knotting.

Long polymers in solution frequently adopt knotted configurations. To understand the physical properties of knotted polymers, it is important to find out whether the knots formed at thermodynamic equilibrium are spread over the whole polymer chain or rather are localized as tight knots. We present here a method to analyze the knottedness of short linear portions of simulated random chains. Using this method, we observe that knot-determining domains are usually very tight, so that, for example, the preferred size of the trefoil-determining portions of knotted polymer chains corresponds to just seven freely jointed segments.

Irreversible thermodynamics of Poisson processes with reaction

A kinetic model is derived to study the successive movements of particles, described by a Poisson process, as well as their generation. The irreversible thermodynamics of this system is also studied from the kinetic model. This makes it possible to evaluate the differences between thermodynamical quantities computed exactly and up to second-order. Such differences determine the range of validity of the second-order approximation to extended irreversible thermodynamics

Speed of reaction-transport processes

We present an approach to determining the speed of wave-front solutions to reaction-transport processes. This method is more accurate than previous ones. This is explicitly shown for several cases of practical interest: (i) the anomalous diffusion reaction, (ii) reaction diffusion in an advective field, and (iii) time-delayed reaction diffusion. There is good agreement with the results of numerical simulations

Role of Particle Shape on the Stress Propagation in Granular Packings

We present an experimental and numerical study on the influence that particle aspect ratio has on the mechanical and structural properties of granular packings. For grains with maximal symmetry (squares), the stress propagation in the packing localizes forming chainlike forces analogous to the ones observed for spherical grains. This scenario can be understood in terms of stochastic models of aggregation and random multiplicative processes. As the grains elongate, the stress propagation is strongly affected. The interparticle normal force distribution tends toward a Gaussian, and, correspondingly, the force chains spread leading to a more uniform stress distribution reminiscent of the hydrostatic profiles known for standard liquids

Predicting optimal lengths of random knots

In a thermally fluctuating long linear polymeric chain in a solution, the ends, from time to time, approach each other. At such an instance, the chain can be regarded as closed and thus will form a knot or rather a virtual knot. Several earlier studies of random knotting demonstrated that simpler knots show a higher occurrence for shorter random walks than do more complex knots. However, up to now there have been no rules that could be used to predict the optimal length of a random walk, i.e. the length for which a given knot reaches its highest occurrence. Using numerical simulations, we show here that a power law accurately describes the relation between the optimal lengths of random walks leading to the formation of different knots and the previously characterized lengths of ideal knots of a corresponding type.

Experimental plant communities develop phylogenetically overdispersed abundance distributions during assembly

The importance of competition between similar species in driving community assembly is much debated. Recently, phylogenetic patterns in species composition have been investigated to help resolve this question: phylogenetic clustering is taken to imply environmental filtering, and phylogenetic overdispersion to indicate limiting similarity between species. We used experimental plant communities with random species compositions and initially even abundance distributions to examine the development of phylogenetic pattern in species abundance distributions. Where composition was held constant by weeding, abundance distributions became overdispersed through time, but only in communities that contained distantly related clades, some with several species (i.e., a mix of closely and distantly related species). Phylogenetic pattern in composition therefore constrained the development of overdispersed abundance distributions, and this might indicate limiting similarity between close relatives and facilitation/complementarity between distant relatives. Comparing the phylogenetic patterns in these communities with those expected from the monoculture abundances of the constituent species revealed that interspecific competition caused the phylogenetic patterns. Opening experimental communities to colonization by all species in the species pool led to convergence in phylogenetic diversity. At convergence, communities were composed of several distantly related but species-rich clades and had overdispersed abundance distributions. This suggests that limiting similarity processes determine which species dominate a community but not which species occur in a community. Crucially, as our study was carried out in experimental communities, we could rule out local evolutionary or dispersal explanations for the patterns and identify ecological processes as the driving force, underlining the advantages of studying these processes in experimental communities. Our results show that phylogenetic relations between species provide a good guide to understanding community structure and add a new perspective to the evidence that niche complementarity is critical in driving community assembly.

Low dispersing species : population genetic processes in space and time : the genus "Trochulus" (Gastropoda: Hygromiidae) as a case study

RÉSUMÉ Une espèce est rarement composée d'une population unique. Parce que les individus ont des capacités de dispersion limitées et que les paysages sont des mosaïques d'habitats, la plupart des espèces sont plutôt composées de sous-populations connectées par la migration. Cette variation spatiale influence directement la distribution de la variabilité génétique dans et entre les populations. Durant ce travail, nous avons abordé certains des processus populationnels qui ont joué un rôle supposé dans l'apparition de nouvelles espèces au sein du genre Trochulus. Plus précisément, nous avons tenté d'évaluer les impacts respectifs de l'isolement passé (facteurs historiques) et présent (facteurs locaux). Nous avons d'abord pu montrer que les faibles capacités de dispersion des escargots terrestres ont directement influencé leur histoire évolutive à toutes les échelles spatiales et temporelles. En réduisant l'effet homogénéisant de la migration, une faible dispersion maintient dans les populations les traces génétiques d'évènements passés. A l'échelle de la distribution globale de Trochulus villosus, ces traces ont permis de reconstruire une histoire faite d'isolements et d'expansions de populations. En combinant des données génétiques avec une modélisation de la niche climatique passée, il a été possible de proposer un scénario significativement meilleur que toutes les hypothèses alternatives que nous avons testées. A l'échelle locale par contre, l'héritage historique est difficile à distinguer de la dynamique actuelle. Ce fut le cas des lignées mitochondriales du complexe sericeus-hispidus : les deux principales lignées étaient phylogénétiquement éloignées, avaient eu des démographies passées différentes et corrélaient avec des différences morphologiques. D'un autre côté, le flux de gène nucléaire était fort, contredisant l'idée de deux espèces cryptiques isolées reproductivement. Pour pouvoir conclure à la présence ou non de deux espèces, il nous a manqué des informations locales sur la dynamique des populations et les conditions écologiques que l'on trouve dans la région d'étude. Enfin, nous avons pu souligner que la connectivité entre populations d'escargots est soumise à la qualité des habitats et à leur organisation spatiale. Les escargots sont dépendants d'un habitat et s'y adaptent, comme l'indiquent la présence de «poils » uniquement sur la coquille d'espèces vivant dans des habitats humides ou la corrélation entre morphologie et habitat au sein du complexe sericeus-hispidus. Logiquement donc, les escargots migrent préférentiellement au travers d'habitats favorables comme l'a montré la réduction de flux de gènes au travers des prairies chez T. villosus (une espèce forestière). De ces données, nous pouvons supposer que les populations d'escargots en particulier, et des espèces à faible dispersion en général, ont de fortes chances d'être affectées par les changements climatiques, avec de probables implications pour leurs histoires évolutives. SUMMARY : Species rarely consists in a single population. Because individuals have limited dispersal abilities, because landscapes are habitat patchworks, most species are made of several subpopulations connected by migration. This spatial variation has consequences on the distribution of genetic diversity within and between populations, creating a structure among the populations. During the present work, we investigated some of the population processes assumed to have played an important role on the speciation within the genus Trochulus. More specifically, we questioned the respective impacts of past (historical factors) or present (local factors) population isolations. We first could show that the poor dispersal abilities of land snails have had profound impacts on their evolutionary histories at all spatial and temporal scales. Low dispersal maintains a strong signature of past events in the populations by minimising the homogenising effects of geneflow. At the scale of Trochulus villosus global distribution, they allowed to retrieve the detailed history of this species population isolations and expansions. Combining a large genetic dataset with paleo-climatic niche modelling ended up with a historical scenario significantly better than all traditional alternatives we tested. At local scale on the contrary, past events become difficult to tease apart from ongoing processes. This was the case for the divergent mitochondria) lineages within the sericeus-hispidus complex: the two principal lineages appeared to be phylogenetically distant, to have experienced different demographic histories and to correlate with morphological differences. On the other hand, nuclear (present day) geneflow was high, contradicting the idea of two reproductively isolated cryptic species. Information on the local population dynamics and environmental conditions are lacking to be able to decide whether past isolation has indeed resulted here in new species. Finally, we emphasised the importance of the habitat types present in a landscape as well as their spatial organisation for the population connectivity of land snails. These species are tightly dependent on a habitat and adapt to it as shown by thé occurrence of hair-like structures only in species living in humid environments or by the correlation between shell morphology and habitat in the sericeus-hispidus complex. As a result, land snails preferentially migrate through favourable habitats: Trochulus villosus, a forest species, had its geneflow significantly reduced across meadows. From these data, we can hypothesise that the populations of land snails in particular and of low dispersing species in general are likely to be strongly affected by the ongoing climate changes, with potential major consequences on their evolutionary histories.

Slope processes in changing permafrost environments: a geomorphological and sedimentological approach

Estudi realitzat a partir d’una estada al Centro de Estudos Geograficos de la Universidade de Lisboa, Portugal, entre 2011 i 2012. En aquest grup he desenvolupat la meva recerca focalitzada en ambients polars en presència de permafrost, concretament centrada en l’extrem nord-occidental de la Península Antàrtica (Shetland del Sud) i a l’Alt Àrtic (Svalvard). Ambdós àrees han registrat un augment de temperatura molt significatiu les darreres dècades. La meva recerca ha contemplat l’anàlisi de registres sedimentaris (lacustres, eòlics, vessant) i la monitorització de processos geomorfològics actuals a fi efecte d’entendre la dinàmica ambiental present i passada (i.e. clima). Amb aquesta finalitat he realitzat tres campanyes de treball de camp a l’Antàrtida i dues a l’Àrtic. El posterior treball de laboratori i d’oficina està propiciant nombroses publicacions que donen fe dels èxits assolits. A més, cal enfatitzar altres activitats desenvolupades durant la BP-A: coneixement de com organitzar i gestionar una campanya antàrtica, docència universitària, participació en comitès, associacions i tribunals de tesis doctorals, organització i participació en nombroses conferències, treball de camp en noves àrees d’estudi, referee per revistes internacionals, etc. Tanmateix, la concessió del projecte de recerca HOLOANTAR, del qual en sóc l’Investigador Responsable, ha estat l’èxit més important d’aquesta estada. Aquest projecte m’està conferint la capacitat de gestionar i integrar la recerca de 16 investigadors de diferents nacionalitats des d’una perspectiva multidisciplinar. Tothora, cal remarcar que no s’ha assolit un dels èxits que pretenia el meu projecte de BP-A: la transferència del bagatge i coneixement adquirit al sistema de recerca català. Malgrat haver presentat la meva candidatura per un contracte BP-B per tal que aquest background après a l’estranger revertís a Catalunya, el procés de selecció emprat en la convocatòria ho ha impedit i m’obliga a continuar la meva recerca a l’estranger.

Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

A comparison of random sequence reads versus 16S rDNA sequences for estimating the biodiversity of a metagenomic library

The construction of metagenomic libraries has permitted the study of microorganisms resistant to isolation and the analysis of 16S rDNA sequences has been used for over two decades to examine bacterial biodiversity. Here, we show that the analysis of random sequence reads (RSRs) instead of 16S is a suitable shortcut to estimate the biodiversity of a bacterial community from metagenomic libraries. We generated 10,010 RSRs from a metagenomic library of microorganisms found in human faecal samples. Then searched them using the program BLASTN against a prokaryotic sequence database to assign a taxon to each RSR. The results were compared with those obtained by screening and analysing the clones containing 16S rDNA sequences in the whole library. We found that the biodiversity observed by RSR analysis is consistent with that obtained by 16S rDNA. We also show that RSRs are suitable to compare the biodiversity between different metagenomic libraries. RSRs can thus provide a good estimate of the biodiversity of a metagenomic library and, as an alternative to 16S, this approach is both faster and cheaper.

Multiple target tracking using random sets

This paper presents several algorithms for joint estimation of the target number and state in a time-varying scenario. Building on the results presented in [1], which considers estimation of the target number only, we assume that not only the target number, but also their state evolution must be estimated. In this context, we extend to this new scenario the Rao-Blackwellization procedure of [1] to compute Bayes recursions, thus defining reduced-complexity solutions for the multi-target set estimator. A performance assessmentis finally given both in terms of Circular Position Error Probability - aimed at evaluating the accuracy of the estimated track - and in terms of Cardinality Error Probability, aimed at evaluating the reliability of the target number estimates.