Connecting Scientific Data to Scientific Experiments with Provenance

As scientific workflows and the data they operate on, grow in size and complexity, the task of defining how those workflows should execute (which resources to use, where the resources must be in readiness for processing etc.) becomes proportionally more difficult. While "workflow compilers", such as Pegasus, reduce this burden, a further problem arises: since specifying details of execution is now automatic, a workflow's results are harder to interpret, as they are partly due to specifics of execution. By automating steps between the experiment design and its results, we lose the connection between them, hindering interpretation of results. To reconnect the scientific data with the original experiment, we argue that scientists should have access to the full provenance of their data, including not only parameters, inputs and intermediary data, but also the abstract experiment, refined into a concrete execution by the "workflow compiler". In this paper, we describe preliminary work on adapting Pegasus to capture the process of workflow refinement in the PASOA provenance system.

The Requirements of Using Provenance in e-Science Experiments

In e-Science experiments, it is vital to record the experimental process for later use such as in interpreting results, verifying that the correct process took place or tracing where data came from. The process that led to some data is called the provenance of that data, and a provenance architecture is the software architecture for a system that will provide the necessary functionality to record, store and use process documentation. However, there has been little principled analysis of what is actually required of a provenance architecture, so it is impossible to determine the functionality they would ideally support. In this paper, we present use cases for a provenance architecture from current experiments in biology, chemistry, physics and computer science, and analyse the use cases to determine the technical requirements of a generic, technology and application-independent architecture. We propose an architecture that meets these requirements and evaluate a preliminary implementation by attempting to realise two of the use cases.

Provenance-based Validation of E-Science Experiments

E-Science experiments typically involve many distributed services maintained by different organisations. After an experiment has been executed, it is useful for a scientist to verify that the execution was performed correctly or is compatible with some existing experimental criteria or standards, not necessarily anticipated prior to execution. Scientists may also want to review and verify experiments performed by their colleagues. There are no existing frameworks for validating such experiments in today's e-Science systems. Users therefore have to rely on error checking performed by the services, or adopt other ad hoc methods. This paper introduces a platform-independent framework for validating workflow executions. The validation relies on reasoning over the documented provenance of experiment results and semantic descriptions of services advertised in a registry. This validation process ensures experiments are performed correctly, and thus results generated are meaningful. The framework is tested in a bioinformatics application that performs protein compressibility analysis.

Provenance: The Bridge Between Experiments and Data

Current scientific applications are often structured as workflows and rely on workflow systems to compile abstract experiment designs into enactable workflows that utilise the best available resources. The automation of this step and of the workflow enactment, hides the details of how results have been produced. Knowing how compilation and enactment occurred allows results to be reconnected with the experiment design. We investigate how provenance helps scientists to connect their results with the actual execution that took place, their original experiment and its inputs and parameters.

An Injection-locked Diode Laser for Cold Rydberg Atom Experiments

A free-running, temperature stabilized diode laser has been injection-locked to an external cavity diode laser for use in cold Rydberg atom experiments. Cold rubidium atoms in a magneto-optical trap (MOT) are excited to Rydberg states using a 10 ns laser pulse. The Rydberg atoms spontaneously ionize due to dipole forces, and the collisional ionization dynamics are observed as a function of atom density and principal quantum number of the Rydberg state, n. The injection-locked diode laser will be used as a repumper in conjunction with a dark spontaneous-force optical trap (SPOT) to increase the Rydberg state density. We report on the design of the injection-locked laser system.

Biologia reprodutiva de duas espécies do gênero Bryconamericus (Characidae: Tetragonopterinae) dos sistemas dos Rios Jacuí e Uruguai, RS

Neste trabalho são abordados aspectos da biologia reprodutiva como o período reprodutivo, fecundidade e presença de caracteres sexuais secundários de duas espécies do gênero Bryconamericus, que são tetragonopteríneos pertencentes à família Characidae. O gênero distribui-se desde a Costa Rica até o Oeste da Argentina por uma variedade de ecossistemas de água doce. Foram feitas coletas mensais nos rios Vacacaí e Ibicuí no Rio Grande do sul, entre abril de 2001 e março de 2002, utilizando redes do tipo picaré. Os animais capturados foram fixados em formol 10% e, em laboratório, foram medidos, pesados, separados por sexo e dissecados para a retirada e pesagem de gônadas, estômago e fígado. A partir destes dados, foram calculados os índices gonadossomático, de repleção estomacal e hepatossomático. As gônadas foram identificadas macro e microscopicamente quanto ao estádio de maturação. O período reprodutivo de B. iheringii compreende os meses de setembro e outubro e o de B. stramineus, os meses de outubro, novembro e fevereiro. O teste de correlação não paramétrico de Spearman não demonstrou significância entre as médias de IGS das duas espécies e os fatores bióticos e abióticos, com exceção dos valores de IGS de machos de B. stramineus e os valores do fotoperíodo, que mostraram haver correlação A fecundidade absoluta, estimada a partir da contagem total dos ovócitos vitelinados teve uma média de 933,71 ovócitos para B. iheringii e de 371,3 ovócitos para B. stramineus. A fecundidade relativa média para B. iheringi foi de 0,36 ovócitos por mg de peso total e para B. stramineus foi de 0,35. Os caracteres sexuais secundários analisados foram a presença de ganchos nas nadadeiras pélvicas e anal dos machos, cuja presença e freqüência foi estimada de acordo com os diferentes estádios de maturação gonadal, com o mês analisado e por classes de comprimento padrão. Em ambas espécies observa se maior incidência de ganchos desenvolvidos em machos no estádio em maturação e de ganchos bem desenvolvidos em machos maduros. A análise mensal mostra um predomínio de ganchos bem desenvolvidos nos meses correspondentes ao período reprodutivo, para ambas as espécies. De acordo com as classes de comprimento, ganchos bem desenvolvidos foram encontrados sempre nos indivíduos maiores. Durante a pesquisa foi observada também, a presença de uma glândula na região anterior do primeiro arco branquial, outro caracter sexual secundário, que está sendo registrado pela primeira vez para essas duas espécies.

Biologia de Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (Lepidoptera: noctuidae) em genótipos de milho doce e comum

Spodoptera frugiperda, uma das principais pragas do milho, tem grande importância pelos danos e dificuldades de controle. A ausência de informações sobre seu impacto em milho doce motivou a comparação de sua biologia entre os genótipos ELISA, BR 400 (milho doce) e BR PAMPA (milho comum). Parcelas com estes genótipos foram estabelecidas em área experimental do Departamento de Fitossanidade, UFRGS, Porto Alegre, RS, de outubro-novembro/2000 e de outubro-novembro/2001. Em condições de laboratório (25±1ºC; 70±10%UR; fotofase 12 horas), lagartas foram individualizadas e alimentadas com seções de 3,14 cm2 de milho, totalizando 60 indivíduos/genótipo. Diariamente, avaliou-se a área foliar consumida, peso das lagartas, indivíduos mortos e recolheram-se as cápsulas cefálicas. As pupas foram sexadas e pesadas, computando-se os indivíduos mortos. Os adultos foram mantidos aos casais, registrando-se períodos de pré-oviposição, oviposição e pós-reprodutivo, número de posturas e de ovos/postura, período de incubação, intervalo entre oviposições e longevidade. A preferência alimentar foi avaliada quantificando-se o consumo foliar em observações de 12, 36 e 72 horas. Foram calculados índices nutricionais. Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas por Tukey a 5%. Não se registrou diferença na largura das cápsulas, nos três primeiros ínstares. No quarto e quinto ínstares, as cápsulas das lagartas mantidas em BR 400 foram menores O consumo foliar, o peso das lagartas e das pupas, a duração dos ínstares e a razão sexual não diferiram entre os genótipos. A duração da fase pupal foi menor nas fêmeas mantidas em BR 400. A mortalidade foi maior, na fase larval, em ELISA e na pupal, em BR PAMPA. Na fase reprodutiva constatou-se diferença apenas no período de incubação, que em BR 400 foi mais longo. Não se observou preferência alimentar. Em relação aos índices nutricionais, somente a taxa de crescimento relativo (RGR) diferiu entre os genótipos, sendo que em BR 400 e ELISA foram observados valores superiores.

Biologia e dinâmica populacional de Aegla leptodactyla Buckup & Rossi, 1977 (Crustacea, Anomura, Aeglidae)

O presente trabalho teve por objetivo avaliar alguns aspectos relacionados à zoogeografia e ecologia dos ostracodes da plataforma interna norte do Rio de Janeiro, próximo à cidade de Cabo Frio. O material de estudo resultou da análise de 43 amostras sedimentológicas coletadas durante a expedição GEOCOSTA RIO II. Este estudo permitiu o reconhecimento de 16 famílias, 49 gêneros, 66 espécies e dois gêneros que permaneceram em nomenclatura indeterminada. A descrição de uma nova espécie, Actinocythereis brasiliensis sp. n., também foi realizada no âmbito do presente trabalho. As famílias mais representativas quanto à abundância e o número de espécies foram Thaerocytheridae e Cytheruridae, respectivamente. A espécie mais constante na área foi Caudites ohmerti e, dentre as com maior dominância estão, Caudites ohmerti, Meridionalicythere? dubia, Callistocythere litoralensis, Paracytheridea bulbosa, Urocythereis dimorphica, Henryhowella inflata, Oculocytheropteron delicatum, Xestoleberis umbonata, Henryhowella macrocicatricosa e Brasilicythere reticulispinosa. As preferências sedimentológicas e batimétricas das espécies são também discutidas neste trabalho. É sugerido que se estenda a distribuição zoogeográfica, um pouco mais ao norte, para sete espécies: Cushmanidea variopunctata, Neocytherideis impudicus, Hemingwayella advena, Hemingwayella sp., Urocythereis dimorphica, Munseyella cornuta e Basslerites costata. A grande maioria das espécies são características da plataforma continental sul, sendo que destas o maior percentual pertence à Subprovíncia Sul-Brasileira. De acordo com a fauna registrada, predominantemente de águas frias, chegamos a conclusão que a sua presença se deve, em grande parte, à influência da ressurgência marinha na área de estudo A proporção sexual foi de 1,19 machos para 1 fêmea. Fêmeas ovígeras encontradas entre abril e setembro e o ingresso de juvenis na população (recrutamento) foi observado em novembro e dezembro de 2000.

Biologia alimentar da taxocenose de peixes do Rio Silveira (cabeceira do Rio Pelotas), São José dos Ausentes, Rio Grande do Sul, Brasil

A região de São José dos Ausentes (planalto sul-riograndense), onde se situa o rio Silveira pertencente a cabeceira do rio Pelotas (bacia do rio Uruguai), caracteriza-se por uma ictiofauna composta de espécies endêmicas e várias espécies novas ainda não descritas. O conhecimento referente a estrutura trófica da ictiofauna desta região ainda é inexistente, motivo pelo qual este trabalho teve com objetivo caracterizar a biologia alimentar das espécies de peixes encontradas no rio Silveira. O período de amostragem iniciou em julho de 2000 e concluiu-se em julho 2001. Os indivíduos foram capturados mensalmente através de redes de espera (malhas 1,5 cm entrenós) e puçás, em ambientes de corredeiras e remansos. Foram encontradas seis espécies de peixes neste trecho do rio Silveira: Astyanax sp. n. 4 (Characidae), Eurycheilichthys pantherinus (Loricariidae), Hemipsilichthys sp. n. I (Loricariidae), Cichlasoma facetum (Cichlidae), Rhamdia sp. (Pimelodidae) e Bryconamericus sp. n. 1 (Characidae). O conteúdo estomacal foi identificado para cada uma destas espécies, sendo somente analisado através do método de freqüência de ocorrência, composição percentual e pelo cálculo do índice de importância alimentar para as três espécies mais freqüentes e abundantes. Dentre os itens encontrados destacam-se para Astyanax sp. n. 4 matéria vegetal e Ephemeroptera; para Eurycheilichthys pantherinus larvas de Diptera Simulidae e Ephemeroptera; e em Hemipsilichthys sp. n. I detritos, onde se verificou a presença de diatomáceas e clorofítas. O cálculo do coeficiente de sobreposição alimentar não apresentou valor significativo para estas três espécies. As demais espécies apresentaram os seguintes itens em sua dieta, Cichlasoma facetum larvas de Tricoptera, Ephemeroptera, Gastropoda e insetos alóctones; Rhamdia sp. escamas, Gastropoda, larvas de Lepidoptera, Tricoptera, Ephemeroptera, sementes, matéria vegetal, sedimento; e Bryconamericus sp. n. 1 larvas de Diptera (Simulidae, Psychodidae, Chironomidae), larvas de Tricoptera, Ephemeroptera, Diatomáceas, Clorofítas, Diptera adulto, Hymenoptera, Coleoptera. Esta dieta sugere os seguintes hábitos alimentares para Astyanax sp. n. 4 onívoro, Eurycheilichthys pantherinus insetívoro, Hemipsilichthys sp. n. I detritívoro, Cichlasoma facetum insetívoro, Rhamdia sp. onívoro, e Bryconamericus sp. n. 1 insetívoro.

Biologia populacional e classificação etária do roedor subterrâneo Tuco-Tuco Ctenomys minutus Nehring, 1887 (Rodentia, Ctenomyidae) na planície costeira do Rio Grande do Sul, Brasil

O roedor subterrâneo tuco-tuco Ctenomys minutus (Rodentia, Ctenomyidae) habita campos arenosos da Planície Costeira do RS. Esta espécie é uma das cinco existentes no Rio Grande do Sul (Brasil), ocorrendo desde o Farol de Santa Marta (SC) até São José do Norte (RS). O objetivo deste trabalho foi descrever a biologia populacional de C. minutus e desenvolver um método para classificação etária individual que utilize medidas corporais de fácil obtenção em campo. Foram realizadas 22 campanhas de amostragens em 14 meses em três locais de amostragem. Foram capturados 191 animais (73 machos e 118 fêmeas) e foram obtidas 39 recapturas ao longo do estudo. Os animais foram capturados com armadilhas Oneida Victor nº 0, anestesiados, marcados e soltos após serem tomadas medidas corporais de peso, comprimento total, comprimento da cauda e largura do dente incisivo. Durante os trabalhos, foram registradas evidências de atividade nas tocas, indicadas pelo bloqueio das aberturas das tocas após a colocação das armadilhas. Foi desenvolvido um método de classificação etária com base em diagramas de dispersão de pontos entre medidas corporais e sua associação com estado reprodutivo de fêmeas. Os resultados demonstram que a utilização de pelo menos duas medidas corporais, associadas às informações de estado reprodutivo permite a construção de um diagrama consistente com os dados biológicos obtidos em campo. Com base nesta constatação, é proposto o Diagrama de Classificação Etária que pode ser utilizado para quaisquer duas medidas, associado a dados de estado reprodutivo, podendo ser adaptado para outras espécies de tuco-tucos Entretanto, o método deve ser aperfeiçoado para machos, possivelmente a partir de informações sobre estruturas reprodutivas internas. As classes etárias utilizadas foram jovem, subadulto e adulto. As fêmeas foram classificadas quanto ao estado reprodutivo em não perfurada, perfurada, cicatrizada e prenhe. O estado reprodutivo de machos não foi determinado porque estes não possuem testículos aparentes. A população de C. minutus estudada foi composta por 84,8 % de adultos, 9,4 % de subadultos e 5,8 % de jovens, com razão sexual nas fases jovem e subadulta de 1:1 e na fase adulta de 0,5 machos:1 fêmea. Há uma época preferencial de acasalamento nos meses de inverno e de nascimentos no final do inverno e primavera. Entretanto, ocorrem indivíduos com atividade reprodutiva durante todas as estações do ano, porém em menor número. Ctenomys minutus atinge a maturidade sexual com aproximadamente seis ou sete meses de idade, com o comprimento do corpo por volta de 155 mm e a partir de 170 mm todos os indivíduos são considerados adultos. Os machos tendem a ser mais pesados que fêmeas de mesmo comprimento, principalmente a partir de 150 mm de comprimento de corpo. O tamanho aproximado de primeira maturação (início da fase adulta) é de 155 mm de comprimento do corpo Com dados de captura-marcação-recaptura foi demonstrado que esta espécie pode viver até aproximadamente três anos. Ctenomys minutus é uma espécie solitária, que compartilha as galerias somente para o acasalamento e durante o cuidado das crias. Aparentemente, os machos não participam do cuidado da prole, uma vez que somente fêmeas foram capturadas na mesma toca que jovens. O menor número mínimo de indivíduos na população de um local de amostragem foi de 20 indivíduos (setembro/2001) e o maior foi de 39 indivíduos (março/2002). A densidade absoluta encontrada em cada dia de amostragem foi de no mínimo sete indivíduos/ha (janeiro/2002) e de no máximo 15 indivíduos/ha (setembro/2002). Não foram detectadas diferenças sazonais no padrão de atividade (IAp), nem no número mínimo de indivíduos na população ou na densidade absoluta (indivíduos/ha) da população estudada.

Aspectos da biologia e ecologia da Tartaruga Tigre D'Agua, Trachemys dorbigni, (Testudines - Emydidae) no extremo sul do Estado do Rio Grande do Sul - Brasil

Populações de Trachemys dorbigni foram estudadas em duas áreas geográficas distintas. Estas áreas localizam-se na Estação Ecológica do Taim (Base Santa Marta) (UTM x=346185 y=6365666 22H) e na Lagoa Verde, no município de Rio Grande (UTM x=385820 y=644500 22H), ambas no sul do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. A população da Lagoa Verde serviu de subsídio para a caracterização da estrutura populacional da espécie, enquanto que a da Estação Ecológica do Taim foi analisada quanto aos aspectos da biologia e ecologia reprodutiva. A caracterização da estrutura foi analisada utilizando-se 210 exemplares adultos (104 fêmeas e 106 machos). As fêmeas atingem comprimentos da carapaça maiores que os machos ( x CMC= 212,1mm ± 14,823; x CMC= 181,6mm ± 17,076), sendo significativamente diferente (F1,207=191,140; P<0,001). O surgimento dos dimorfismos sexuais secundários dos machos ocorre a partir de 130mm de comprimento da carapaça, e se caracterizam pelo maior tamanho da cauda e pela melanização. Os machos de T. dorbigni não apresentam dimorfismo quanto à concavidade do plastrão. A maturidade das fêmeas foi estimada entre 150 e 160mm. A espécie desova entre os meses de outubro e janeiro, depositando, em média, 12,1 ovos. Os ovos de T. dorbigni são brancos, pergaminosos e elípticos O comprimento médio dos ovos é 39,3mm ± 2,06, a largura é 25,8mm ± 1,07 e o peso é 14,9g ± 1,47. As fêmeas podem realizar até três posturas por temporada reprodutiva, havendo um intervalo de 15 a 20 dias entre cada evento. Apenas 31% da população de fêmeas desova anualmente. As fêmeas depositam seus ninhos a distâncias que podem variar de 0 a 560,3m ( x =69,2m; N=101) da água. As estimativas do deslocamento de fêmeas em terra foi de 132m/dia (Mín.=15m; Máx.=285m; N=8). Já o maior deslocamento na água foi 950m em um dia. A média geral da distância entre duas capturas consecutivas para fêmeas não transferidas foi de 545,0m, enquanto que para as transferidas foi 520,5m. Constatou-se uma acentuada capacidade de orientação nas fêmeas transferidas ( =59,089; P<0,01), sendo que 86% destas foram capazes de retornarem na direção do seu ponto de captura após sua transferência.

Biologia reprodutiva e hábito alimentar de Eigenmannia trilineata López & Castello, 1966 (Teleostei, Sternopygidae) do Parque Estadual de Itapuã, Rio Grande do Sul, Brasil

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