Three new Galapagos books

Contents for three books: Galapagos: Volume 2 edited by Roger Perry. Evolution in the Galapagos edited by R.J. Berry. Patterns of Evolution in Galapagos Organisms edited by Robert I. Bowman, Margaret Berson and Alan E. Leviton.

Age validation, growth, mortality, and demographic modeling of spotted gully shark (Triakis megalopterus) from the southeast coast of South Africa

This study documents validation of vertebral band-pair formation in spotted gully shark (Triakis megalopterus) with the use of fluorochrome injection and tagging of captive and wild sharks over a 21-year period. Growth and mortality rates of T. megalopterus were also estimated and a demographic analysis of the species was conducted. Of the 23 OTC (oxytetracycline) -marked vertebrae examined (12 from captive and 11 from wild sharks), seven vertebrae (three from captive and four from wild sharks) exhibited chelation of the OTC and fluoresced under ultraviolet light. It was concluded that a single opaque and translucent band pair was deposited annually up to at least 25 years of age, the maximum age recorded. Reader precision was assessed by using an index of average percent error calculated at 5%. No significant differences were found between male and female growth patterns (P>0.05), and von Bertalanffy growth model parameters for combined sexes were estimated to be L∞=1711.07 mm TL, k=0.11/yr and t0=–2.43 yr (n=86). Natural mortality was estimated at 0.17/yr. Age at maturity was estimated at 11 years for males and 15 years for females. Results of the demographic analysis showed that the population, in the absence of fishing mortality, was stable and not significantly different from zero and particularly sensitive to overfishing. At the current age at first capture and natural mortality rate, the fishing mortality rate required to result in negative population growth was low at F>0.004/ yr. Elasticity analysis revealed that juvenile survival was the principal factor in explaining variability in population growth rate.

Estimates of body sizes at maturation and at sex change, and the spawning seasonality and sex ratio of the endemic Hawaiian grouper (Hyporthodus quernus, F. Epinephelidae)

A case study of the reproductive biology of the endemic Hawaiian grouper or hapu’upu’u (Hyporthodus quernus) is presented as a model for comprehensive future studies of economically important epinephelid groupers. Specimens were collected throughout multiple years (1978–81, 1992–93, and 2005–08) from most reefs and banks of the Northwestern Hawaiian Islands. The absence of small males, presence of atretic oocytes and brown bodies in testes of mature males, and both developed ovarian and testicular tissues in the gonads of five transitional fish provided evidence of protogynous hermaphroditism. No small mature males were collected, indicating that Hawaiian grouper are monandrous (all males are sex-changed females). Complementary microscopic criteria also were used to assign reproductive stage and estimate median body sizes (L50) at female sexual maturity and at adult sex change from female to male. The L50 at maturation and at sex change was 580 ±8 (95% confidence interval [CI]) mm total length (TL) and 895 ±20 mm TL, respectively. The adult sex ratio was strongly female biased (6:1). Spawning seasonality was described by using gonadosomatic indices. Females began ripening in the fall and remained ripe through April. A February–June main spawning period that followed peak ripening was deduced from the proportion of females whose ovaries contained hydrated oocytes, postovulatory follicles, or both. Testes weights were not affected by season; average testes weight was only about 0.2% of body weight—an order of magnitude smaller than that for ovaries that peaked at 1–3% of body weight. The species’ reproductive life history is discussed in relation to its management.

Estudo do comportamento de modelo de circuito de memória imediata

A modelagem matemática e computacional é uma ferramenta que tem sido bastante utilizada no campo da Biologia e das Ciências Biomédicas. Nos dias de hoje, uma quantidade significativa de dados experimentais nessa área pode ser encontrada na literatura, tornando possível o desenvolvimento de modelos que combinem a experimentação e hipóteses teóricas. O objetivo do presente projeto é implementar um modelo matemático de transmissão sináptica conectando neurônios em um circuito de descargas repetitivas ou reverberativo, a fim de investigar o seu comportamento diante de variações paramétricas. Através de simulações computacionais, utilizando um programa desenvolvido em linguagem C++, pretende-se utilizá-lo para simular um circuito de memória imediata. Afora o considerável avanço da Neurofisiologia e Neurociência computacional no sentido do entendimento das características fisiológicas e comportamentais das habilidades do Sistema Nervoso Central, muitos mecanismos neuronais ainda permanecem completamente obscuros. Ainda não se conhece definitivamente o mecanismo pelo qual o cérebro adquire, armazena e evoca as informações. Porém, o postulado de Hebb referente às redes reverberantes, onde a idéia de que redes de reverberação facilitariam a associação de dados coincidentes entre informações sensoriais, temporalmente divergentes, tem sido aceito para explicar a formação de memória imediata (Johnson et al., 2009). Assim, com base no postulado de Hebb, os resultados observados no modelo neuromatemático-computacional adotado possuem características de um circuito de memória imediata.

Análise vibratória de fundações de máquinas sobre estacas.

A análise de fundações sob solicitações dinâmicas é algo sempre presente em projetos na área industrial. É um campo pouco explorado na área de engenharia geotécnica, onde existem relativamente poucas informações no Brasil, de maneira geral. O método mais comum de realizar essas análises é a simplificação de modelos estruturais a partir do uso de molas. Sabe-se que esses coeficientes de reação têm uma variação relativamente grande e que esse enfoque de projeto pode, em alguns casos, mostrar-se contra a segurança ou levar a superdimensionamentos desnecessários. Verifica-se, então, a necessidade de uma avaliação mais criteriosa, utilizando a interação solo x estrutura, onde as molas comumente utilizadas nas análises vibratórias convencionais são substituídas pela rigidez real do solo quando concebido como um meio contínuo, através de sua discretização pelo método dos elementos finitos. A presente dissertação analisa o problema através do módulo de dinâmica do programa Plaxis 2D. Neste tipo de análise, além da modelagem do solo como um meio contínuo, torna-se possível introduzir condições de contorno específicas ao problema em estudo, múltiplas camadas de solo, sejam horizontais ou inclinadas, além da introdução de amortecedores capazes de evitar a reflexão espúria das ondas incidentes nos limites da malha de elementos finitos e assim modelar mais adequadamente a perda de energia por radiação. A presente dissertação compara medições experimentais e soluções eficientes de métodos vibratórios clássicos com a resposta obtida pelo MEF, mostrando resultados bastante satisfatórios tanto pelos métodos clássicos quanto pelo MEF.

Differences in Dolphin Mortality Rates in Night and Day Sets for the U.S. Eastern Tropical Pacific Tuna Purse Seine Fishery

Because dolphins sometimes travel with yellowfin tuna, Thunnus albacares, in the eastern tropical Pacific (ETP), purse seiners use the dolphins to locate and capture tuna schools. During the process of setting the purse seine nets, dolphins often become entangled and drown before they can be released. Data for the U.S. purse seine fleet in the ETP during 1979-88 show that dolphin mortality rates in sets made during the night are higher than mortality rates in sets made during the day. Even with efforts to reduce nightset mortality rates through the use of high intensity floodlights, night set mortality rates remain higher. The data are also used to simulate a regulation on the fishery aimed at eliminating night sets and show that dolphin mortality rates would decrease.

News from Academy Bay

CDRS Research Highlights, 2004. Plants. Social Sciences. Vertebrates. Invasive Species Total Control Plan. Terrestrial Invertebrates. Project Isabela. Marine Sciences.

Viability of seeds in food products proposed for field trips in Galapagos

Seeds of 14 plant species extracted from food products proposed for field trips in Galapagos were tested for viability. Strawberry Fragaria ananasa and Blackberry Rubus glaucus jams (Snob and Gustadina brands) contained no viable seeds. Schullo brand granola contained inviable Sesame Sesamum indicum seed, but Sesame in granolas prepared in Galapagos was viable. Sesame seed in bread was viable but Flax Linum usitatissimum seed in bread was not. Brown Rice Oryza sativa and Sunflower seeds Helianthus annuus were both viable. Fresh Apple Malus domestica, Naranjilla Solanum quitoense, Cucumber Cucumis sativus, Pineapple Ananas comosus, Pear Pyrus communis, Bell Pepper Capsicum annuum, Tomato Solanum lycopersicum, Grape Vinis vinifera all contained viable seeds. We recommend prohibiting any product with viable seeds from field trips to uninhabited areas. CDF Contribution Number 1009.

Localização colaborativa em robótica de enxame.

Diversas das possíveis aplicações da robótica de enxame demandam que cada robô seja capaz de estimar a sua posição. A informação de localização dos robôs é necessária, por exemplo, para que cada elemento do enxame possa se posicionar dentro de uma formatura de robôs pré-definida. Da mesma forma, quando os robôs atuam como sensores móveis, a informação de posição é necessária para que seja possível identificar o local dos eventos medidos. Em virtude do tamanho, custo e energia dos dispositivos, bem como limitações impostas pelo ambiente de operação, a solução mais evidente, i.e. utilizar um Sistema de Posicionamento Global (GPS), torna-se muitas vezes inviável. O método proposto neste trabalho permite que as posições absolutas de um conjunto de nós desconhecidos sejam estimadas, com base nas coordenadas de um conjunto de nós de referência e nas medidas de distância tomadas entre os nós da rede. A solução é obtida por meio de uma estratégia de processamento distribuído, onde cada nó desconhecido estima sua própria posição e ajuda os seus vizinhos a calcular as suas respectivas coordenadas. A solução conta com um novo método denominado Multi-hop Collaborative Min-Max Localization (MCMM), ora proposto com o objetivo de melhorar a qualidade da posição inicial dos nós desconhecidos em caso de falhas durante o reconhecimento dos nós de referência. O refinamento das posições é feito com base nos algoritmos de busca por retrocesso (BSA) e de otimização por enxame de partículas (PSO), cujos desempenhos são comparados. Para compor a função objetivo, é introduzido um novo método para o cálculo do fator de confiança dos nós da rede, o Fator de Confiança pela Área Min-Max (MMA-CF), o qual é comparado com o Fator de Confiança por Saltos às Referências (HTA-CF), previamente existente. Com base no método de localização proposto, foram desenvolvidos quatro algoritmos, os quais são avaliados por meio de simulações realizadas no MATLABr e experimentos conduzidos em enxames de robôs do tipo Kilobot. O desempenho dos algoritmos é avaliado em problemas com diferentes topologias, quantidades de nós e proporção de nós de referência. O desempenho dos algoritmos é também comparado com o de outros algoritmos de localização, tendo apresentado resultados 40% a 51% melhores. Os resultados das simulações e dos experimentos demonstram a eficácia do método proposto.

Distribuição da caspase-3 clivada no cerebelo de ratos durante o desenvolvimento em um modelo de hipóxia-isquemia sistêmica pré-natal

A Hipóxia-isquemia (HI) perinatal é um problema de saúde pública, e ocorrem aproximadamente 1,5 casos de encefalopatias por HI por 1000 nascidos vivos. Dos que sobrevivem 25-60% sofrem de deficiências permanentes do desenvolvimento neurológico, incluindo paralisia cerebral, convulsões, retardo mental, e dificuldade de aprender. Neurônios e oligodendrócitos, especialmente os progenitores, são os mais afetados pela HI. Existem vários modelos de HI, no entanto, poucos levam em consideração as intercorrências maternas, a importância da atividade placentária, e as trocas entre mãe-filho, que são clinicamente observadas em humanos. Robinson estabeleceu um modelo de HI sistêmica pré-natal transitório, onde o fluxo das artérias uterinas da rata grávida era obstruído por 45 minutos no décimo oitavo dia (E18) de gestação. Neste modelo foram observadas alterações que são similares às observadas em cérebros humanos que passaram por hipóxia perinatal, dentre as quais foram relatados aumento no nível de apoptose. Caspase-3 é descrita como uma enzima que atua na apoptose, e é amplamente utilizada como marcador para células apoptóticas. Vários autores vêm mostrando, entretanto, que a enzima caspase-3 pode estar ativada para fins não apoptóticos. No modelo de HI sistêmica pré-natal, foram observados astrogliose na substância branca, morte de oligodendrócitos, lesão em axônios tanto na substância branca como no córtex cerebral, e danos motores. Pouco se sabe da influencia do insulto HI no desenvolvimento do cerebelo, considerando que o cerebelo junto com o córtex motor, contribui para o controle motor. O objetivo desse trabalho foi avaliar a distribuição da caspase-3 clivada durante o desenvolvimento do cerebelo em um modelo de HI pré-natal. Os resultados deste trabalho demonstram que as células caspase-3 clivadas apresentaram duas morfologias distintas em ambos os grupos. Uma onde a caspase-3 foi observada apenas no núcleo, oscilando entre células com imunorreatividade fraca a intensa, e de células com a presença da caspase-3 no corpo celular, nos prolongamentos condensados e presença de fragmentos ao redor do soma, morfologia típica de célula em apoptose. A HI pré-natal, assim como nos hemisférios cerebrais, levou ao aumento de células caspase-3 clivadas com morfologia de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo do grupo HI em P2, mas não em P9 e P23. Também foi demonstrado que a HI pré-natal não levou a uma ativação da apoptose em oligodendrócitos, neurônios e microglia (identificados por seus respectivos marcadores, CNPase, NeuN e ED1) apresentando marcação no núcleos de células GFAP+, na substância branca, camada granular e nas células da glia de Bergmann, em P9 e P23 no cerebelo. Podemos concluir que a HI pré-natal aumentou o número de células imunorreativas para a caspase-3 em um período crítico do desenvolvimento da oligodendroglia no cerebelo, e que a diminuição de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo decorrente do insulto pré-natal visto em trabalhos anteriores, pode estar relacionada a morte celular por apoptose, embora não se possa descartar a hipótese da participação dessas células que apresentam caspase-3 clivada em outros eventos não apoptóticos desencadeados pela hipóxia-isquemia.

Harry Hess and sea-floor spreading

Harry Hess's hypothesis of sea-floor spreading brought together his long-standing interests in island arcs, oceanic topography, and the oceanic crust. The one unique feature of Hess's hypothesis was the origin of the oceanic crust as a hydration rind on the top of the mantle -- an idea that was not well received, even by the early converts to sea-floor spreading. Hess never changed his mind on this issue, and his stubbornness illuminates the logic of his discovery. Published and archival records show that 1) Hess became convinced the oceanic crust was a hydration rind as early as mid 1958, when he was still a fixist, 2) he devised sea-floor spreading in 1960 to reconcile the hydration-rind model with the newly discovered, high heat flow at oceanic ridge crests, and 3) Hess's new mobilist solution did the least amount of violence to his older fixist solution.

Evolution of the tectogene concept, 1930-1965

The tectogene, or crustal downbuckle, was proposed in the early 1930s by F.A. Vening Meinesz to explain the unexpected belts of negative gravity anomalies in island arcs. He attributed the isostatic imbalance to a deep sialic root resulting from the action of subcrustal convection currents. Vening Meinesz's model was initially corroborated experimentally by P.H. Kuenen, but additional experiments by D.T. Griggs and geological analysis by H.H. Hess in the late 1930s led to substantial revision in detail. As modified, the tectogene provided a plausible model for the evolution of island arcs into alpine mountain belts for another two decades. Additional revisions became necessary in the early 1950s to accommodate the unexpected absence of sialic crust in the Caribbean and the marginal seas of the western Pacific. By 1960 the cherished analogy between island arcs and alpine mountain belts had collapsed under the weight of the detailed field investigations by Hess and his students in the Caribbean region. Hess then incorporated a highly modified form of the tectogene into his sea-floor spreading hypothesis. Ironically, this final incarnation of the concept preserved some of the weaker aspects of the 1930s original, such as the ad hoc explanation for the regular geometry of island arcs.