Modelado y Comparación de Colecciones en la Web Semántica

En esta tesis se estudia la representación, modelado y comparación de colecciones mediante el uso de ontologías en el ámbito de la Web Semántica. Las colecciones, entendidas como agrupaciones de objetos o elementos con entidad propia, son construcciones que aparecen frecuentemente en prácticamente todos los dominios del mundo real, y por tanto, es imprescindible disponer de conceptualizaciones de estas estructuras abstractas y de representaciones de estas conceptualizaciones en los sistemas informáticos, que definan adecuadamente su semántica. Mientras que en muchos ámbitos de la Informática y la Inteligencia Artificial, como por ejemplo la programación, las bases de datos o la recuperación de información, las colecciones han sido ampliamente estudiadas y se han desarrollado representaciones que responden a multitud de conceptualizaciones, en el ámbito de la Web Semántica, sin embargo, su estudio ha sido bastante limitado. De hecho hasta la fecha existen pocas propuestas de representación de colecciones mediante ontologías, y las que hay sólo cubren algunos tipos de colecciones y presentan importantes limitaciones. Esto impide la representación adecuada de colecciones y dificulta otras tareas comunes como la comparación de colecciones, algo crítico en operaciones habituales como las búsquedas semánticas o el enlazado de datos en la Web Semántica. Para solventar este problema esta tesis hace una propuesta de modelización de colecciones basada en una nueva clasificación de colecciones de acuerdo a sus características estructurales (homogeneidad, unicidad, orden y cardinalidad). Esta clasificación permite definir una taxonomía con hasta 16 tipos de colecciones distintas. Entre otras ventajas, esta nueva clasificación permite aprovechar la semántica de las propiedades estructurales de cada tipo de colección para realizar comparaciones utilizando las funciones de similitud y disimilitud más apropiadas. De este modo, la tesis desarrolla además un nuevo catálogo de funciones de similitud para las distintas colecciones, donde se han recogido las funciones de (di)similitud más conocidas y también algunas nuevas. Esta propuesta se ha implementado mediante dos ontologías paralelas, la ontología E-Collections, que representa los distintos tipos de colecciones de la taxonomía y su axiomática, y la ontología SIMEON (Similarity Measures Ontology) que representa los tipos de funciones de (di)similitud para cada tipo de colección. Gracias a estas ontologías, para comparar dos colecciones, una vez representadas como instancias de la clase más apropiada de la ontología E-Collections, automáticamente se sabe qué funciones de (di)similitud de la ontología SIMEON pueden utilizarse para su comparación. Abstract This thesis studies the representation, modeling and comparison of collections in the Semantic Web using ontologies. Collections, understood as groups of objects or elements with their own identities, are constructions that appear frequently in almost all areas of the real world. Therefore, it is essential to have conceptualizations of these abstract structures and representations of these conceptualizations in computer systems, that define their semantic properly. While in many areas of Computer Science and Artificial Intelligence, such as Programming, Databases or Information Retrieval, the collections have been extensively studied and there are representations that match many conceptualizations, in the field Semantic Web, however, their study has been quite limited. In fact, there are few representations of collections using ontologies so far, and they only cover some types of collections and have important limitations. This hinders a proper representation of collections and other common tasks like comparing collections, something critical in usual operations such as semantic search or linking data on the Semantic Web. To solve this problem this thesis makes a proposal for modelling collections based on a new classification of collections according to their structural characteristics (homogeneity, uniqueness, order and cardinality). This classification allows to define a taxonomy with up to 16 different types of collections. Among other advantages, this new classification can leverage the semantics of the structural properties of each type of collection to make comparisons using the most appropriate (dis)similarity functions. Thus, the thesis also develops a new catalog of similarity functions for the different types of collections. This catalog contains the most common (dis)similarity functions as well as new ones. This proposal is implemented through two parallel ontologies, the E-Collections ontology that represents the different types of collections in the taxonomy and their axiomatic, and the SIMEON ontology (Similarity Measures Ontology) that represents the types of (dis)similarity functions for each type of collection. Thanks to these ontologies, to compare two collections, once represented as instances of the appropriate class of E-Collections ontology, we can know automatically which (dis)similarity functions of the SIMEON ontology are suitable for the comparison. Finally, the feasibility and usefulness of this modeling and comparison of collections proposal is proved in the field of oenology, applying both E-Collections and SIMEON ontologies to the representation and comparison of wines with the E-Baco ontology.

The University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database: emphasizing enzymes

The University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database (UM-BBD, http://umbbd.ahc.umn.edu/) provides curated information on microbial catabolic enzymes and their organization into metabolic pathways. Currently, it contains information on over 400 enzymes. In the last year the enzyme page was enhanced to contain more internal and external links; it also displays the different metabolic pathways in which each enzyme participates. In collaboration with the Nomenclature Commission of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology, 35 UM-BBD enzymes were assigned complete EC codes during 2000. Bacterial oxygenases are heavily represented in the UM-BBD; they are known to have broad substrate specificity. A compilation of known reactions of naphthalene and toluene dioxygenases were recently added to the UM-BBD; 73 and 108 were listed respectively. In 2000 the UM-BBD is mirrored by two prestigious groups: the European Bioinformatics Institute and KEGG (the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Collaborations with other groups are being developed. The increased emphasis on UM-BBD enzymes is important for predicting novel metabolic pathways that might exist in nature or could be engineered. It also is important for current efforts in microbial genome annotation.

Revisão taxonômica e filogenia da Seção Myzorhynchella de Anopheles (Nyssorhynchus) (Diptera: Culicidae)

Anopheles é o gênero da família Culicidae mais estudado devido sua importância médica. Atualmente o gênero Anopheles compreende 472 espécies válidas que estão divididas em sete subgêneros. Os principais vetores de plasmódio da Malária no Brasil pertencem ao subgênero Nyssorhynchus, que inclui 39 espécies oficialmente reconhecidas e um número crescente de complexos de espécies crípticas que estão distribuídas em três Seções: Myzorhynchella, Albimanus e Argyritarsis. Atualmente a Seção Myzorhynchella é formada por seis espécies: An. lutzii, An. parvus, An. nigritarsis, An. guarani, An. antunesi e An. pristinus. Para o desenvolvimento da análise morfológica, observou-se material-tipo depositado em diferentes coleções, espécimes depositados na coleção entomológica da FSP/USP, além de outros obtidos em coletas realizadas durante o presente estudo em diferentes localidades do Brasil. As análises moleculares foram desenvolvidas a partir de espécimes obtidos nas coletas. Revisão taxonômica da Seção Myzorhynchella é apresentada, incluindo-se descrições de quatro novas espécies e redescrições das demais, informações sobre bionomia, importância médica, caracterização molecular, distribuição geográfica, estado de preservação do material-tipo, além de chaves de identificação de adultos, larva de quarto estádio e genitália masculina. Os resultados das análises filogenéticas utilizando sequências de ITS2, COI e Catalase indicam a existência de pelo menos doze espécies dentro da Seção Myzorhynchella, os espécimes que vêm sendo identificados como An. antunesi constitui um complexo formado por possíveis cinco espécies e aqueles de An. parvus e An. pristinus também podem representar complexos de espécies. As sequências de ITS2 podem ser utilizadas como marcador diagnóstico para espécies da Seção Myzorhynchella. Contudo, o estudo ainda demonstra que pouco se conhece sobre a diversidade de espécies de Anopheles que ocorrem em ambientes onde a malária ocorre em baixa endemicidade. Pelo número de espécies novas encontradas e pela escassez de trabalhos com espécies da Seção, fica evidente a necessidade de mais estudos.

Descrição morfológica e posicionamento filogenético de um lagarto (Reptilia, Squamata) do Mioceno Inferior da Formação Chichínales, General Roca, Província de Río Negro, Argentina

Embora os escamados sejam comumente encontrados em sítios fossilíferos cenozóicos sul−americanos, materiais esqueléticos completos são raros. Apenas alguns poucos exemplares assim foram registrados, com a maioria dos achados representando materiais fragmentários de crânio e mandíbulas ou vértebras isoladas. Dentre as localidades provedoras de vertebrados fósseis na América do Sul, a Formação Chichínales se destaca pela recente descoberta, em seus sedimentos, de um crânio quase completo de um lagarto teiídeo previamente desconhecido. Dada a fauna associada, a idade da formação é definida como Mioceno Temprano (Colhuehuapense). No presente estudo, conclui−se, através de uma análise filogenética contendo 39 espécies viventes e fósseis de escamados e 149 caracteres osteológicos, que este material pertence a uma nova espécie do gênero contemporâneo Callopistes. Uma descrição morfológica detalhada do fóssil, obtida através de análises estereoscópicas e de microtomografia computadorizada de alta resolução (CT Scan), também é apresentada. A matriz morfológica foi analisada com o auxílio do software TNT Versão 1.1, seguindo o princípio de máxima parcimônia, com todos os caracteres tratados com a mesma pesagem, resultando em quatro árvores igualmente parcimoniosas, que foram então utilizadas para a construção de uma árvore de consenso estrito. Em todas as quatro árvores, o novo táxon posicionou−se dentro da família Teiidae como um membro do clado formado pelas demais espécies viventes de Callopistes. Entretanto, não foi possível estabelecer uma relação de grupo−irmão inequívoca entre as duas espécies de Callopistes presentes na análise e o fóssil. A atual distribuição das duas espécies viventes de Callopistes e a localidade de onde foi recuperado o fóssil em estudo indicam que esse gênero possuía uma distribuição muito mais ampla no passado, chegando a áreas patagônicas cis−Andinas, diferentemente das áreas trans−Andinas de altitude onde as duas espécies atuais estão restritas

Estudo da aplicabilidade do processo de descontaminação de drogas vegetais empregando óxido de etileno

O consumo de plantas medicinais no país tem aumentado de maneira significativa nas últimas décadas. Dados da Organização mundial de Saúde estimam que 80% da população mundial usam plantas medicinais como alternativa terapêutica. No entanto, pouca informação se encontra disponível sobre os constituintes dos mesmos, bem como sobre o potencial de riscos à saúde humana. Assim, questões relacionadas à qualidade dessas drogas apresentam fundamental importância. Em função de sua origem, a carga microbiana detectada em drogas vegetais pode ser considerada normalmente elevada, oferecendo riscos potenciais ao usuário. Desta forma, a avaliação de sua qualidade sanitária bem como a utilização de processos descontaminantes constituem-se em etapas importantes no que se refere ao aspecto de segurança ao consumidor. Portanto o objetivo deste trabalho foi a determinação dos níveis de contaminação, a pesquisa de indicadores patogênicos; além da eficácia da exposição de 30 e 60 minutos ao gás óxido de etileno, a determinação de residuais tóxicos e a verificação de possíveis alterações nos níveis de marcadores em amostras de Matricaria recutita L., Cynara scolimus L., Paulinia cupana H.B.K. e Ginkgo biloba L. proveniente de três fornecedores diferentes. Todas as drogas vegetais analisadas continham elevados níveis de bactérias e fungos, na ordem de 105 ufc/g, além de terem sido detectados microrganismos patogênicos nas amostras estudadas. Entretanto após a exposição destas por 30 e 60 minutos ao gás óxido de etileno, observou-se a eliminação de cerca de 90% e 99,8% respectivamente. No que se refere aos patógenos específicos a exposição de 30 minutos foi capaz de eliminá-los completamente. Os níveis residuais de óxido de etileno nas drogas vegetais analisadas, foram reduzidos a índices aceitáveis após 14 dias de aeração ambiental, já os níveis de etilenoglicol e etilenocloridrina mantiveram-se dentro do limite da sensibilidade do método adotado. Com relação à análise de principios ativos naturais, não houve alteração nas concentrações dos marcadores das drogas vegetais camomila, ginkgo biloba e guaraná analisadas mesmo após ciclo de exposição de 60 minutos ao gás óxido de etileno. Sendo assim verifica-se a necessidade da adoção de métodos de descontaminação microbiana com o intuito de fornecer um produto mais seguro para o consumo humano visto que estes são por vezes consumidos por enfermos, idosos e crianças com a saúde comprometida. Pode-se concluir também que o processo de descontaminação de drogas vegetais por óxido de etileno é um processo eficaz e seguro, desde que sejam adotados os requisitos de segurança necessários que infelizmente, nem sempre são adotadas no mercado nacional

Efeito da adição de fibras de cana-de-açúcar pré-tratadas na produção de metano advinda da biodigestão anaeróbia de gorduras do leite

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.

Evolution of alkaloid biosynthesis in the genus Narcissus

In an attempt to reveal the relationships between alkaloid biosynthesis and phylogeny, we investigated by GC–MS the alkaloid patterns of 22 species and 3 hybrids (from 45 locations) from seven main sections of the genus Narcissus (Amaryllidaceae). The results indicate that the first alkaloids to evolve in the genus Narcissus were of the lycorine- and homolycorine-type. The alkaloid pattern of the Nevadensis section supports its recent separation from the Pseudonarcissus section. The plants of Narcissus pallidulus (Ganymedes section) show a predominance of Sceletium-type compounds, which are quite rare in the Amaryllidaceae family. Two successful evolutionary strategies involving alkaloid biosynthesis and leading to an expansion in taxa and occupied area were determined. Firstly, a diversification of alkaloid patterns and a high alkaloid concentration in the organs of the large Narcissus species (in the Pseudonarcissus section) resulted in an improved chemical defence in diverse habitats. Secondly, both plant size and alkaloid biosynthesis were reduced (in the Bulbocodium and Apodanthi sections) relegated to dry pastures and rocky places.

Hydrocarbon gas concentrations in sediments from ODP Leg 164 sites

Residual concentrations and distributions of hydrocarbon gases from methane to n-heptane were measured in sediments at seven sites on Ocean Drilling Program (ODP) Leg 164. Three sites were drilled at the Cape Fear Diapir of the Carolina Rise, and one site was drilled on the Blake Ridge Diapir. Methane concentrations at these sites result from microbial generation which is influenced by the amount of pore-water sulfate and possible methane oxidation. Methane hydrate was found at the Blake Ridge Diapir site. The other hydrocarbon gases at these sites are likely the product of early microbial processes. Three sites were drilled on a transect of holes across the crest of the Blake Ridge. The base of the zone of gas-hydrate occurrence was penetrated at all three sites. Trends in hydrocarbon gas distributions suggest that methane is microbial in origin and that the hydrocarbon gas mixture is affected by diagenesis, outgassing, and, near the surface, by microbial oxidation. Methane hydrate was recovered at two of these three sites, although gas hydrate is likely present at all three sites. The method used here for determining amounts of residual hydrocarbon gases has its limitations and provides poor assessment of gas distributions, particularly in the stratigraphic interval below about ~100 mbsf. One advantage of the method, however, is that it yields sufficient quantities of gas for other studies such as isotopic determinations.

The Cerambycidae of North America.

Pt. <6-7 >: By E. Gorton Linsley and John A. Chemsak.

Ancient colour vision: Multiple opsin genes in the ancestral vertebrates

Molecular investigation of the origin of colour vision has discovered five visual pigment (opsin) genes, all of which are expressed in an agnathan (jawless) fish, the lamprey Geotria australis. Lampreys are extant representatives of an ancient group of vertebrates whose origins are thought to date back to at least the early Cambrian, approximately 540 million years ago [1.]. Phylogenetic analysis has identified the visual pigment opsin genes of G. australis as orthologues of the major classes of vertebrate opsin genes. Therefore, multiple opsin genes must have originated very early in vertebrate evolution, prior to the separation of the jawed and jawless vertebrate lineages, and thereby provided the genetic basis for colour vision in all vertebrate species. The southern hemisphere lamprey Geotria australis (Figure 1A,B) possesses a predominantly cone-based visual system designed for photopic (bright light) vision [2. S.P. Collin, I.C. Potter and C.R. Braekevelt, The ocular morphology of the southern hemisphere lamprey Geotria australis Gray, with special reference to optical specializations and the characterisation and phylogeny of photoreceptor types. Brain Behav. Evol. 54 (1999), pp. 96–111.2. and 3.]. Previous work identified multiple cone types suggesting that the potential for colour vision may have been present in the earliest members of this group. In order to trace the molecular evolution and origins of vertebrate colour vision, we have examined the genetic complement of visual pigment opsins in G. australis.

An identification tool for the Australian weedy Sporobolus species based on random amplified polymorphic DNA (RAPD) profiles

Based on morphological features alone, there is considerable difficulty in identifying the 5 most economically damaging weed species of Sporobolus [ viz. S. pyramidalis P. Beauv., S. natalensis ( Steud.) Dur and Schinz, S. fertilis ( Steud.) Clayton, S. africanus (Poir.) Robyns and Tourney, and S. jacquemontii Kunth.] found in Australia. A polymerase chain reaction (PCR)-based random amplified polymorphic DNA ( RAPD) technique was used to create a series of genetic markers that could positively identify the 5 major weeds from the other less damaging weedy and native Sporobolus species. In the initial RAPD pro. ling experiment, using arbitrarily selected primers and involving 12 species of Sporobolus, 12 genetic markers were found that, when used in combination, could consistently identify the 5 weedy species from all others. Of these 12 markers, the most diagnostic were UBC51(490) for S. pyramidalis and S. natalensis; UBC43(310,2000,2100) for S. fertilis and S. africanus; and OPA20(850) and UBC43(470) for S. jacquemontii. Species-specific markers could be found only for S. jacquemontii. In an effort to understand why there was difficulty in obtaining species-specific markers for some of the weedy species, a RAPD data matrix was created using 40 RAPD products. These 40 products amplified by 6 random primers from 45 individuals belonging to 12 species, were then subjected to numerical taxonomy and multivariate system (NTSYS pc version 1.70) analysis. The RAPD similarity matrix generated from the analysis indicated that S. pyramidalis was genetically more similar to S. natalensis than to other species of the 'S. indicus complex'. Similarly, S. jacquemontii was more similar to S. pyramidalis, and S. fertilis was more similar to S. africanus than to other species of the complex. Sporobolus pyramidalis, S. jacquemontii, S. africanus, and S. creber exhibited a low within-species genetic diversity, whereas high genetic diversity was observed within S. natalensis, S. fertilis, S. sessilis, S. elongates, and S. laxus. Cluster analysis placed all of the introduced species ( major and minor weedy species) into one major cluster, with S. pyramidalis and S. natalensis in one distinct subcluster and S. fertilis and S. africanus in another. The native species formed separate clusters in the phenograms. The close genetic similarity of S. pyramidalis to S. natalensis, and S. fertilis to S. africanus may explain the difficulty in obtaining RAPD species-specific markers. The importance of these results will be within the Australian dairy and beef industries and will aid in the development of integrated management strategy for these weeds.

The medical zoologist - Ronald Vernon Southcott

Dr Ronald Vernon Southcott (1918–1998) was amongst the greatest of the Australian doctor-naturalists. His toxinological contributions included the description and naming of the box-jellyfish, Chironex fleckeri, the first definitive study (1950–1957) of the toxinology, taxonomy and biology of Australian scorpions; and the first observations in Australia of the introduced fiddleback spider, Loxosceles. His research into the medical effects of toxic fungi, poisonous plants and Australian insects was extensive. He was a founding member of the International Society on Toxinology and served on the Toxicon Editorial Board for more than 30 years. He also made extensive contributions to acarology, and to the taxonomy of mites, specifically the sub-families and genera of the Erythraeoidea. This prodigious output was achieved by one who, with the exception of war service (1942–1946), almost never travelled outside South Australia, was almost entirely self-funded and worked from his home laboratory. With Dr. P.D. Scott and C.J. Glover, he was also the authority on the fish of South Australia. Dr. Southcott was also a medical epidemiologist and senior medical administrator (1949–1978) with the Australian Commonwealth Department of Veterans’ Affairs. He served for 30 years as an Honorary Consultant in Toxicology to the Adelaide Children's Hospital. As a zoologist and botanist of astounding breadth, he worked indefatigably in a voluntary capacity for the South Australian Museum, of which he was Museum Board Chairman from 1974 to 1982. In the pantheon of the great doctor-naturalists who have worked in Australia, he stands with Robert Brown and Thomas Lane Bancroft.

Enzymatic stabilization of gelatin-based scaffolds

The definitive goal of this research is to develop protein-based scaffolds for use in soft tissue regeneration, particularly in the field of dermal healing. The premise of this investigation was to characterize the mechanical properties of gelatin cross-linked with microbial transglutaminase (mTGase) and to investigate the cytocompatibility of mTGase cross-linked gelatin. Dynamic rheological analysis revealed a significant increase in the storage modulus and thermal stability of gelatin after cross-linking with mTGase. Static, unconfined compression tests showed an increase in Young's modulus of gelatin gels after mTGase cross-linking. A comparable increase in gel strength was observed with 0.03% mTGase and 0.25% glutaraldehyde cross-linked gelatin gels. In vitro studies using 3T3 fibroblasts indicated cytotoxicity at a concentration of 0.05% mTGase after 72 h. However, no significant inhibition of cell proliferation was seen with cells grown on lower concentrations of mTGase cross-linked gelatin substrates. The mechanical improvement and cytocompatibility of mTGase cross-linked gelatin suggests mTGase has potential for use in stabilizing gelatin gels for tissue-engineering applications.

Studies on the growth rates of lichens

Progress in the field of lichen growth rate studies is briefly reviewed. The application of a new method of measuring growth rate to thalli of different size has led to the conclusion that there are changes in the radial growth rate during the life of a lichen thallus. For most of the life of a lichen thallus the radial growth rate is constant and the thallus radius increases linearly. Preceding the linear phase the radial growth rate increases with time and the thallus radius increases logarithmically. There is no evidence for a postlinear phase in the radial growth of a lichen thallus. Studies on the growth rate of lichens are applied both to the problems of determining the age of a lichen thallus on an undated susbtratum and to an ecological investigation in the field.

Reflective journals:can they be used to identify struggling students?

The ability to identify early failure in knowledge accquisition amongst students is important because it enables tutors to put in place suitable interventions to help struggling students. We hypothesised that if a reflective learning journal is a useful learning tool, there ought to be relationship between the type of journal entries and the depth of knowledge acquisition. Our research question is: can reflectiuve journals be used to identify struggling students? Previous work with reflective journals has not related the level of reflection with module outcomes obtained by the student. In our study, we have classified journal entries written by first year students in a foundationalprogramming module based on the SOLO taxonomy and compared this against the outcomes of two module assessments. Our results suggest that there is potential for using reflective journals to identify struggling stuidents in first year programming.