Understanding Subsystems in Biology through Dimensionality Reduction, Graph Partitioning and Analytical Modeling

Biological systems exhibit rich and complex behavior through the orchestrated interplay of a large array of components. It is hypothesized that separable subsystems with some degree of functional autonomy exist; deciphering their independent behavior and functionality would greatly facilitate understanding the system as a whole. Discovering and analyzing such subsystems are hence pivotal problems in the quest to gain a quantitative understanding of complex biological systems. In this work, using approaches from machine learning, physics and graph theory, methods for the identification and analysis of such subsystems were developed. A novel methodology, based on a recent machine learning algorithm known as non-negative matrix factorization (NMF), was developed to discover such subsystems in a set of large-scale gene expression data. This set of subsystems was then used to predict functional relationships between genes, and this approach was shown to score significantly higher than conventional methods when benchmarking them against existing databases. Moreover, a mathematical treatment was developed to treat simple network subsystems based only on their topology (independent of particular parameter values). Application to a problem of experimental interest demonstrated the need for extentions to the conventional model to fully explain the experimental data. Finally, the notion of a subsystem was evaluated from a topological perspective. A number of different protein networks were examined to analyze their topological properties with respect to separability, seeking to find separable subsystems. These networks were shown to exhibit separability in a nonintuitive fashion, while the separable subsystems were of strong biological significance. It was demonstrated that the separability property found was not due to incomplete or biased data, but is likely to reflect biological structure.

Análisis de una iniciativa estudiantil de investigación surgida en Criptogamia, una asignatura optativa de segundo ciclo de Biología = Analysis of a students’ research initiative originating in Cryptogamy, an elective course in the last two years of the Biology degree

Presentamos una experiencia exitosa de aprendizaje que partió de Criptogamia (asignatura optativa de segundo ciclo de Biología), que dio lugar a un proyecto de investigación gestionado por los propios alumnos. La iniciativa se consolidó estableciendo una Asociación de Estudiantes centrada en investigación y divulgación. En poco tiempo, los participantes han presentado comunicaciones científicas, y organizado actividades dirigidas a diversos públicos, dentro y fuera de la comunidad universitaria. Actualmente se plantea una colaboración multidisciplinar con otros organismos de investigación y la extensión de su ámbito de estudio. Abordamos su incidencia en el aprendizaje en varios aspectos: científico (técnicas específicas, rigor, búsqueda de información e interpretación de resultados), comunicativo (estructuración y presentación de la información obtenida, para diversos públicos), y organizativo, incluyendo el trabajo en equipo. Aunque de carácter espontáneo, esta experiencia muestra rasgos evaluables en cuanto a sus posibilidades para otras asignaturas. Analizamos las características y planteamiento de esta optativa, el perfil de sus alumnos, y el contexto universitario que la acoge. Detectamos como factores principales los aspectos participativos de la asignatura, la cohesión del grupo, el carácter voluntario de la implicación, los beneficios percibidos por los estudiantes, y la disponibilidad de recursos humanos (supervisión) y materiales (equipamiento y subvenciones)

Mathematical Population Biology

math3052 lecture notes (2008-9)

Genome-wide evidence for speciation with gene flow in Heliconius butterflies

Most speciation events probably occur gradually, without complete and immediate reproductive isolation, but the full extent of gene flow between diverging species has rarely been characterized on a genome-wide scale. Documenting the extent and timing of admixture between diverging species can clarify the role of geographic isolation in speciation. Here we use new methodology to quantify admixture at different stages of divergence in Heliconius butterflies, based on whole-genome sequences of 31 individuals. Comparisons between sympatric and allopatric populations of H. melpomene, H. cydno, and H. timareta revealed a genome-wide trend of increased shared variation in sympatry, indicative of pervasive interspecific gene flow. Up to 40% of 100-kb genomic windows clustered by geography rather than by species, demonstrating that a very substantial fraction of the genome has been shared between sympatric species. Analyses of genetic variation shared over different time intervals suggested that admixture between these species has continued since early in speciation. Alleles shared between species during recent time intervals displayed higher levels of linkage disequilibrium than those shared over longer time intervals, suggesting that this admixture took place at multiple points during divergence and is probably ongoing. The signal of admixture was significantly reduced around loci controlling divergent wing patterns, as well as throughout the Z chromosome, consistent with strong selection for Müllerian mimicry and with known Z-linked hybrid incompatibility. Overall these results show that species divergence can occur in the face of persistent and genome-wide admixture over long periods of time.

Desarrollo de un curso de Biología contextualizado en el Bachillerato : el caso del proyecto Salters-Nuffield Advanced Biology.

Resumen tomado de la publicación

Human biology and health studies.

Proporciona a los estudiantes los temas requeridos para el primer año del curso GCSE, especialidad biología. Es una edición revisada para el nuevo AQA GCSE en Fisiología humana y estudios de la salud.

Biology : GCSE.

Este libro de texto cumple con las nuevas especificaciones para el curso GCSE ciencias, especialidad de biología. Incluye nuevos capítulos sobre la genética aplicada, ingeniería genética, clonación, huella genética y el proyecto del genoma humano; la conservación de las especies, de los genes, de los hábitats y de los recursos; y sobre los ecosistemas.

Cambridge IGCSE biology.

Este libro de texto va acompañado de un CD-ROM y esta pensado para ayudar a cumplir con los requisitos necesarios del curso IGCSE en biología . Esta dividido en cuatro secciones: características y clasificación de los seres vivos, organización y mantenimiento del organismo humano,desarrollo de este organismo y la continuidad de la vida; y las relaciones de estos organismos con otros y con su entorno. Al final del libro hay tipos de exámenes prácticos con respuestas.

Revise AS and A2 biology : study guide.

Permite superar los cursos del nivel A de biología, que desde, septiembre de 2000, está dividido en dos partes, con una serie de módulos ó unidades en cada una de las dos partes. Aunque la mayoría de los estudiantes comienzan con el AS (Advanced Subsidiary), otros estudian la segunda parte del curso, llamado A2.

CGSE biology.

Está escrito siguiendo las especificaciones que para GCSE Biología se utilizan en Inglaterra y Gales. Estas especificaciones se basan en el National Currículum Key Stage 4. Comprende varias unidades y cada una de ellas consta de: unas breves sesiones de revisión del tema, unos ejercicios de control sobre lo estudiado, información extra ó adicional, ideas y pruebas sobre temas como el desarrollo de ideas científicas, aplicaciones de la biología, y la utilización práctica de esta información.

The Usborne illustrated dictionary of Biology.

Obra de referencia para los estudiantes del General Certificate of Secundary Education (GCSE).Está organizada en secciones temáticas que abarcan todos los aspectos del currículo de biología. Los conceptos clave y las ideas básicas se explican con un texto sencillo completado con imágenes y diagramas. Incluye una sección de gráficos, tablas y conversiones. Tiene glosario, índice y , además, enlaces a sitios web educativos para ampliar el aprendizaje de esta materia.

Biology 1 for OCR.

Este volumen proporciona una cobertura completa para la enseñanza de la nueva especificación del Nivel Avanzado (AS) para la enseñanza de la Ciencia del revisado plan de estudios de septiembre del año dos mil ocho, y ha sido respaldado por el OCR. Los objetivos están definidos, para que los estudiantes sepan exactamente qué es lo que necesitan aprender. Las preguntas de auto-evaluación y el modelo de examen al final de cada capítulo, ofrecen oportunidades para el estudio independiente. Viene con un CD-ROM que proporciona información adicional y enlaces a sitios web libres, llenos de actividades de aprendizaje electrónico para el avance de los alumnos que lo necesiten y fomentar la ampliación del conocimiento. Biología 1 permite a los alumnos aprender sobre:estructura celular; las membranas celulares; división celular y organización celular; intercambio; transporte de animales; transporte en las plantas; moléculas biológicas; ácidos nucleicos; enzimas; dieta y la producción de alimentos; la salud y la enfermedad; diversidad biológica; clasificación; evolución; los seres humanos, la conservación y el futuro. Tiene un glosario de palabras clave, respuestas a la autoevaluación e índice.

Biology 2 for OCR.

Este volumen proporciona una cobertura completa para la enseñanza de la nueva especificación del Nivel Avanzado (AS) para la enseñanza de la Ciencia del revisado plan de estudios de septiembre del año dos mil ocho, y ha sido respaldado por el OCR. Los objetivos están definidos para que los estudiantes sepan exactamente qué es lo que necesitan aprender. Preguntas de auto- evaluación y el modelo de examen al final de cada capítulo, ofrecen oportunidades para el estudio independiente. Viene con un CD-ROM que proporciona información adicional y enlaces a sitios web libres, llenos de actividades de aprendizaje electrónico para el avance de los alumnos que lo necesiten y fomentar la ampliación del conocimiento. Biología 2 permite a los alumnos aprender sobre: comunicación; nervios; hormonas; excreción; fotosíntesis; respiración; control celular; la meiosis; la clonación en plantas y animales; biotecnología; tecnologías de genomas y genes ecosistemas; poblaciones y sostenibilidad; respuestas de las plantas; respuesta animal; comportamiento de los animales. Tiene un glosario de palabras clave, respuestas a la autoevaluación e índice .

Biology : As level and A level.

Esta publicación cumple con los requisitos de la Universidad Internacional de Exámenes de Cambridge (CIE) para programas del Nivel Avanzado (AS) y nivel A de Biología, y está respaldada para su uso en estos exámenes. Cada capítulo comienza con una lista de objetivos de aprendizaje. Hay preguntas a lo largo del texto para reforzar la comprensión de los alumnos y para ayudar en la preparación de los exámenes. El material es adecuado para todos los estudiantes, incluidos aquellos para los que el inglés no es su primer idioma. En la parte primera se ofrece una cobertura completa del plan de estudios de nivel AS:estructura celular; moléculas biológicas; enzimas; las membranas celulares; control genético de las proteínas estructura y función; división nuclear; energía y ecosistemas; el sistema circulatorio en los mamíferos; el corazón de los mamíferos; circulación en las plantas multicelulares; intercambio gaseoso; fumar y las enfermedades; enfermedades infecciosas; inmunidad. La segunda parte cubre todos los materiales básicos para el segundo año de estudios del nivel A:energía y respiración; fotosíntesis; la meiosis, la genética y el control de genes; la evolución y la selección; de control, la coordinación y la homeostasis; biodiversidad y conservación; tecnología de genes; biotecnología; del cultivo de plantas; aspectos de la reproducción humana. Apéndice 1; grupos de aminoácidos R. Apéndice 2; código ADN. Apéndice 3, estadística; respuestas a las preguntas de auto-evaluación, glosario, índice.

Biology now! 11-14.

Cumple con los requisitos del curriculum nacional inglés para la etapa 3 de la secundaria (Key stage 3).Pero, además, del conocimiento de hechos, métodos, principios y teorías sobre la ciencia de la biología este texto pretende otros objetivos: presentarla como una actividad humana, y desarrollar en los alumnos habilidades para la comprensión, aplicación, análisis, síntesis, evaluación y discusión de hechos científicos tanto actuales cómo futuros. Este libro del alumno se apoya en un libro/recurso para el profesor.