Statistical Methods for Conservation and Alignment Quality in Proteins

Construction of multiple sequence alignments is a fundamental task in Bioinformatics. Multiple sequence alignments are used as a prerequisite in many Bioinformatics methods, and subsequently the quality of such methods can be critically dependent on the quality of the alignment. However, automatic construction of a multiple sequence alignment for a set of remotely related sequences does not always provide biologically relevant alignments.Therefore, there is a need for an objective approach for evaluating the quality of automatically aligned sequences. The profile hidden Markov model is a powerful approach in comparative genomics. In the profile hidden Markov model, the symbol probabilities are estimated at each conserved alignment position. This can increase the dimension of parameter space and cause an overfitting problem. These two research problems are both related to conservation. We have developed statistical measures for quantifying the conservation of multiple sequence alignments. Two types of methods are considered, those identifying conserved residues in an alignment position, and those calculating positional conservation scores. The positional conservation score was exploited in a statistical prediction model for assessing the quality of multiple sequence alignments. The residue conservation score was used as part of the emission probability estimation method proposed for profile hidden Markov models. The results of the predicted alignment quality score highly correlated with the correct alignment quality scores, indicating that our method is reliable for assessing the quality of any multiple sequence alignment. The comparison of the emission probability estimation method with the maximum likelihood method showed that the number of estimated parameters in the model was dramatically decreased, while the same level of accuracy was maintained. To conclude, we have shown that conservation can be successfully used in the statistical model for alignment quality assessment and in the estimation of emission probabilities in the profile hidden Markov models.

Research Priorities for seabirds: Improving seabird conservation and management in the 21st century

Seabirds are facing a growing number of threats in both terrestrial and marine habitats, and many populations have experienced dramatic changes over past decades. Years of seabird research have improved our understanding of seabird populations and provided a broader understanding of marine ecological processes. In an effort to encourage future research and guide seabird conservation science, seabird researchers from 9 nations identified the 20 highest priority research questions and organized these into 6 general categories: (1) population dynamics, (2) spatial ecology, (3) tropho-dynamics, (4) fisheries interactions, (5) response to global change, and (6) management of anthropogenic impacts (focusing on invasive species, contaminants and protected areas). For each category, we provide an assessment of the current approaches, challenges and future directions. While this is not an exhaustive list of all research needed to address the myriad conservation challenges seabirds face, the results of this effort represent an important synthesis of current expert opinion across sub-disciplines within seabird ecology. As this synthesis highlights, research, in conjunction with direct management, education, and community engagement, can play an important role in facilitating the conservation and management of seabird populations and of the ocean ecosystems on which they and we depend.

Frontal gòtic de Sant Llorenç de Morunys. Estudi del suport de fusta: tècnica de construcció i estat de conservació

Estudi preliminar realitzat a partir de la inspecció visual d’un frontal d’altar a les sales de reserva del Museu Diocesà i Comarcal de Solsona, lloc on es custodien les restes del que fou aquesta magnífica obra policromada de tombants del segle XIII executada en l’àmbit del bisbat d’Urgell. Avui en dia, la capa pictòrica ofereix un precari estat de conservació, però encara es conserven els estats preparatoris i una gran part del suport ligni. Les dades per a l’elaboració d’aquest estudi han estat recollides en diferents visites al museu durant els anys 2008-09. El suport del frontal de Sant Llorenç, de fusta de conífera, està constituït per quatre llargues posts disposades en sentit horitzontal que formen un plafó perfectament encaixat dins un marc que, en origen, tancava el conjunt. Actualment, les parts superior i inferior d’aquest marc no existeixen, degut a les nombroses vicissituds sofertes per l’obra al llarg del temps.L’encadellat de totes les peces es resolgué mitjançant espigues o clavilles de fusta, no detectant-se cap unió amb elements metàl·lics. Observant el revers del frontal amb llum rasant, s’aprecien les marques de l’eina que va desgruixar la superfície del suport, l’aixa. Pel sentit dels senyals deixats en la fusta, sembla que cada post va ser desbastada per separat. Després s’uniformaren els gruixos de cadascuna, tot passant un ribot per la zona que toca els cantells i es rebaixà la fusta tocant al perímetre del plafó per a facilitar l’encadellat del marc. Les labors de rebaix i allisat es durien a terme un cop el panell ja estava muntat. L’estat de conservació del suport ligni no és bo. La mancança de les peces superior i inferior del marc afecten l’estabilitat del conjunt que, al no quedar ben travat, acusa certs moviments de les peces amb les manipulacions i els trasllats, moviments que es transmeten també als estrats superiors, portadors de l’escassa policromia. Pel revers de l’obra es poden observar diverses pèrdues, de més o menys entitat, ocasionades per un antic i agressiu atac de xilòfags, de greus conseqüències per l’estructura lígnia, ja que ha debilitat molt les zones perimetrals del frontal, fent-les esdevenir poroses i fràgils.

Determinants of Polylepis (Rosaceae) Forest Distribution and Treeline Formation in the High Andes

High elevation treelines are formed under common temperature conditions worldwide, but the functional mechanisms that ultimately constrain tree growth are poorly known. In addition to environmental constraints, the distribution of high elevation forests is largely affected by human influence. Andean Polylepis (Rosaceae) forests are an example of such a case, forests commonly growing in isolated stands disconnected from the lower elevation montane forests. There has been ample discussion as to the role of environmental versus anthropogenic causes of this fragmented distribution of Polylepis forests, but the importance of different factors is still unclear. In this thesis, I studied functional, environmental and anthropogenic aspects determining Polylepis forest distribution. Specifically, I assessed the degree of genetic determinism in the functional traits that enable Polylepis species to grow in cold and dry conditions. I also studied the role of environment and human influence constraining Polylepis forest distribution. I found evidence of genetically determined climatic adaptations in the functional traits of Polylepis. High elevation species had reduced leaf size and increased root tip abundance compared to low elevation species. Thus these traits have potentially played an important role in species evolution and adaptation to high elevation habitats, especially to low temperatures. I also found reduced photosynthesis rate among high elevation tree species compared to low elevation species, supporting carbon source limitation at treelines. At low elevations, Polylepis forest distribution appeared to be largely defined by human influence. This suggests that the absence of Polylepis forests in large areas in the Andes is the result of several environmental and anthropogenic constraints, the role of environment becoming stronger towards high elevations. I also show that Polylepis trees grow at remarkably low air and soil temperatures near treelines, and present new evidence of the role of air temperatures in constraining tree growth at high elevations. I further show that easily measurable indices of accessibility are related to the degree of degradation of Polylepis forest, and can therefore be used in the rapid identification of potentially degraded Polylepis forests. This is of great importance for the conservation and restoration planning of Polylepis forests in the Andes. In a global context, the results of this thesis add to our scientific knowledge concerning high elevation adaptations in trees, and increase our understanding of the factors constraining tree growth and forest distribution at high-­elevation treelines worldwide.

Student Perceptions of Discretion in Discipline: Seeking Resolution and Restoration in a Punitive Culture

This study examined high school student perceptions of discretion utilized by educators in high school disciplinary proceedings. Using a sample of 6 high school students who had experienced differing levels of formal discipline, the study investigated the discretionary factors that influence an educator's decision making. The study was a generic qualitative study where the primary source of data collection was open-ended interviews to ensure the integrity of the research as a study of student voices and perceptions. Journaling was also employed to record observations and to identify researcher assumptions. The data were analyzed employing aspects of a grounded theory approach. The findings were coded to reveal 5 areas high school students identified in relation to discipline and discretion: punitive discipline versus problem resolution, effective processes, educator discretion, student discretion, and the student-educator relationship. The final discussion highlights the need for a community vision for high school discipline in order to channel discretion and to uphold students' best interests. Restorative justice is proposed as a feasible vision for high school discipline, whereby participants' responses are measured against a restorative paradigm.

Conserver ou restaurer? La dialectique de l’œuvre architecturale : histoire d'un débat qui a contribué à la formation de la culture de la conservation du patrimoine bâti

La question de recherche « Conserver ou restaurer ? » est le point de départ d’une aventure invitant le lecteur à répondre à qu’est-ce qui oriente nos interventions en matière de conservation du patrimoine bâti. Sachant que ces positions rivales ont toutes une prétention à la vérité, cette thèse fait l’hypothèse d’une médiation entre les deux approches en clarifiant ses différentes interprétations. À partir d'un regard critique de la théorie de Cesare Brandi fondée sur la dialectique historique-artistique de l’œuvre d’art ainsi que d'une réflexion sur la nature fonctionnelle de l’œuvre architecturale, cette thèse démontre qu’il n’y a pas lieu a priori de donner une prédominance à l’une des deux options, ni à établir une échelle de valeurs prédéterminées, mais dévoile un dénominateur commun qui est le temps. Ce dernier ne se restreint pas au passé et au présent, mais implique la puissance destructrice du temps de la nature et le temps historique fondé sur un présent durable riche du passé et ouvert sur l'avenir. Les résultats de la recherche révèlent enfin un dialogue possible entre nos deux alternatives, en proposant une éthique disciplinaire axée sur la dialectique du temps. Savoir « quand conserver ou quand restaurer » demande la reconnaissance de ce que l’on retient de plus significatif à travers l’existence de l’œuvre. Situer cette signification dans un passé révolu désigne l’œuvre comme témoignage d’un temps passé, en lui reconnaissant sa fonction mémorielle ou remémorative ; d’où l’approche à prédominance conservative visant à faire reculer la puissance destructrice du temps de la nature et à préserver le témoignage matériel de la dégradation. Au contraire, situer cette signification dans un présent vivant, c’est reconnaître sa vocation identitaire destinée à la représentation d’une culture ; d’où l’approche à prédominance restaurative (ré-intégrative) fondée sur le temps historique, d’un présent durable riche du passé et ouvert sur l'avenir visant à en révéler le sens. En bref, en ce qui concerne tout le patrimoine bâti, on ne peut parler que d’une dialectique fondamentale issue de la nature même de ces œuvres, à interpréter sous leur fonction mémorielle et leur vocation identitaire. Par conséquent, conserver ou restaurer devraient être réinterprétés par préserver la mémoire ou révéler l’identité. Ainsi, la conservation et la restauration ne doivent plus être entendues comme deux options antagonistes, mais comme deux modalités d’interprétation au service de la médiation de l’œuvre architecturale à travers le temps.

Anàlisi del Monestir de Sant Pere de Rodes

Es fa una anàlisi del Monestir de Sant Pere de Rodes, i s'estudia si el monument està ben gestionat. En el cas d'identificar mancances es plantegen estratègies i actuacions de millora de la gestió per tal d'aconseguir un màxim rendiment, tot tenint en compte la sostenibilitat

Dynamic management and restoration of virtual paths in broadband networks based on distributed software agents

La gestió de xarxes és un camp molt ampli i inclou molts aspectes diferents. Aquesta tesi doctoral està centrada en la gestió dels recursos en les xarxes de banda ampla que disposin de mecanismes per fer reserves de recursos, com per exemple Asynchronous Transfer Mode (ATM) o Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Es poden establir xarxes lògiques utilitzant els Virtual Paths (VP) d'ATM o els Label Switched Paths (LSP) de MPLS, als que anomenem genèricament camins lògics. Els usuaris de la xarxa utilitzen doncs aquests camins lògics, que poden tenir recursos assignats, per establir les seves comunicacions. A més, els camins lògics són molt flexibles i les seves característiques es poden canviar dinàmicament. Aquest treball, se centra, en particular, en la gestió dinàmica d'aquesta xarxa lògica per tal de maximitzar-ne el rendiment i adaptar-la a les connexions ofertes. En aquest escenari, hi ha diversos mecanismes que poden afectar i modificar les característiques dels camins lògics (ample de banda, ruta, etc.). Aquests mecanismes inclouen els de balanceig de la càrrega (reassignació d'ample de banda i reencaminament) i els de restauració de fallades (ús de camins lògics de backup). Aquests dos mecanismes poden modificar la xarxa lògica i gestionar els recursos (ample de banda) dels enllaços físics. Per tant, existeix la necessitat de coordinar aquests mecanismes per evitar possibles interferències. La gestió de recursos convencional que fa ús de la xarxa lògica, recalcula periòdicament (per exemple cada hora o cada dia) tota la xarxa lògica d'una forma centralitzada. Això introdueix el problema que els reajustaments de la xarxa lògica no es realitzen en el moment en què realment hi ha problemes. D'altra banda també introdueix la necessitat de mantenir una visió centralitzada de tota la xarxa. En aquesta tesi, es proposa una arquitectura distribuïda basada en un sistema multi agent. L'objectiu principal d'aquesta arquitectura és realitzar de forma conjunta i coordinada la gestió de recursos a nivell de xarxa lògica, integrant els mecanismes de reajustament d'ample de banda amb els mecanismes de restauració preplanejada, inclosa la gestió de l'ample de banda reservada per a la restauració. Es proposa que aquesta gestió es porti a terme d'una forma contínua, no periòdica, actuant quan es detecta el problema (quan un camí lògic està congestionat, o sigui, quan està rebutjant peticions de connexió dels usuaris perquè està saturat) i d'una forma completament distribuïda, o sigui, sense mantenir una visió global de la xarxa. Així doncs, l'arquitectura proposada realitza petits rearranjaments a la xarxa lògica adaptant-la d'una forma contínua a la demanda dels usuaris. L'arquitectura proposada també té en consideració altres objectius com l'escalabilitat, la modularitat, la robustesa, la flexibilitat i la simplicitat. El sistema multi agent proposat està estructurat en dues capes d'agents: els agents de monitorització (M) i els de rendiment (P). Aquests agents estan situats en els diferents nodes de la xarxa: hi ha un agent P i diversos agents M a cada node; aquests últims subordinats als P. Per tant l'arquitectura proposada es pot veure com una jerarquia d'agents. Cada agent és responsable de monitoritzar i controlar els recursos als que està assignat. S'han realitzat diferents experiments utilitzant un simulador distribuït a nivell de connexió proposat per nosaltres mateixos. Els resultats mostren que l'arquitectura proposada és capaç de realitzar les tasques assignades de detecció de la congestió, reassignació dinàmica d'ample de banda i reencaminament d'una forma coordinada amb els mecanismes de restauració preplanejada i gestió de l'ample de banda reservat per la restauració. L'arquitectura distribuïda ofereix una escalabilitat i robustesa acceptables gràcies a la seva flexibilitat i modularitat.

Breeding Biology of Grassland Birds in Western New York: Conservation and Management Implications

Declining grassland breeding bird populations have led to increased efforts to assess habitat quality, typically by estimating density or relative abundance. Because some grassland habitats may function as ecological traps, a more appropriate metric for determining quality may be breeding success. Between 1994 and 2003 we gathered data on the nest fates of Eastern Meadowlarks (Sturnella magna), Bobolinks (Dolichonyx oryzivorous), and Savannah Sparrows (Passerculus sandwichensis) in a series of fallow fields and pastures/hayfields in western New York State. We calculated daily survival probabilities using the Mayfield method, and used the logistic-exposure method to model effects of predictor variables on nest success. Nest survival probabilities were 0.464 for Eastern Meadowlarks (n = 26), 0.483 for Bobolinks (n = 91), and 0.585 for Savannah Sparrows (n = 152). Fledge dates for first clutches ranged between 14 June and 23 July. Only one obligate grassland bird nest was parasitized by Brown-headed Cowbirds (Molothrus ater), for an overall brood parasitism rate of 0.004. Logistic-exposure models indicated that daily nest survival probabilities were higher in pastures/hayfields than in fallow fields. Our results, and those from other studies in the Northeast, suggest that properly managed cool season grassland habitats in the region may not act as ecological traps, and that obligate grassland birds in the region may have greater nest survival probabilities, and lower rates of Brown-headed Cowbird parasitism, than in many parts of the Midwest.

Simulating metals and mine discharges in river basins using a new integrated catchment model for metals: pollution impacts and restoration strategies in the Aries-Mures river system in Transylvania, Romania

The INtegrated CAtchment (INCA) model has been developed to simulate the impact of mine discharges on river systems. The model accounts for the key kinetic chemical processes operating as well as the dilution, mixing and redistribution of pollutants in rivers downstream of mine discharges or acid rock drainage sites. The model is dynamic and simulates the day-to-day behaviour of hydrology and eight metals (cadmium, mercury, copper, zinc, lead, arsenic, manganese and chromium) as well as cyanide and ammonia. The model is semi-distributed and can simulate catchments, sub-catchment and in-stream river behaviour. The model has been applied to the Roia Montan Mine in Transylvania, Romania, and used to assess the impacts of old mine adits on the local catchments as well as on the downstream Aries and Mures river system. The question of mine restoration is investigated and a set of clean-up scenarios investigated. It is shown that the planned restoration will generate a much improved water quality from the mine and also alleviate the metal pollution of the river system.

Habitat re-creation and restoration at the landscape scale: woodlands in Wales

The aim of this three year project funded by the Countryside Council for Wales (CCW) is to develop techniques firstly, to refine and update existing targets for habitat restoration and re-creation at the landscape scale and secondly, to develop a GIS-based model for the implementation of those targets at the local scale. Landscape Character Assessment (LCA) is being used to map Landscape Types across the whole of Wales as the first stage towards setting strategic habitat targets. The GIS habitat model uses data from the digital Phase I Habitat Survey for Wales to determine the suitability of individual sites for restoration to specific habitat types, including broadleaf woodland. The long-term aim is to develop a system that strengthens the character of Welsh landscapes and provides real biodiversity benefits based upon realistic targets given limited resources for habitat restoration and re-creation.