Global Self-Organization of the Cellular Metabolic Structure

Background: Over many years, it has been assumed that enzymes work either in an isolated way, or organized in small catalytic groups. Several studies performed using "metabolic networks models'' are helping to understand the degree of functional complexity that characterizes enzymatic dynamic systems. In a previous work, we used "dissipative metabolic networks'' (DMNs) to show that enzymes can present a self-organized global functional structure, in which several sets of enzymes are always in an active state, whereas the rest of molecular catalytic sets exhibit dynamics of on-off changing states. We suggested that this kind of global metabolic dynamics might be a genuine and universal functional configuration of the cellular metabolic structure, common to all living cells. Later, a different group has shown experimentally that this kind of functional structure does, indeed, exist in several microorganisms. Methodology/Principal Findings: Here we have analyzed around 2.500.000 different DMNs in order to investigate the underlying mechanism of this dynamic global configuration. The numerical analyses that we have performed show that this global configuration is an emergent property inherent to the cellular metabolic dynamics. Concretely, we have found that the existence of a high number of enzymatic subsystems belonging to the DMNs is the fundamental element for the spontaneous emergence of a functional reactive structure characterized by a metabolic core formed by several sets of enzymes always in an active state. Conclusions/Significance: This self-organized dynamic structure seems to be an intrinsic characteristic of metabolism, common to all living cellular organisms. To better understand cellular functionality, it will be crucial to structurally characterize these enzymatic self-organized global structures.

Short-range-order effects on intrinsic plasticity of metallic glasses

Through a systematical analysis of the elastic moduli for 137 metallic glasses (MGs) and 56 polycrystalline metals, we use a simple model developed by Knuyt et al. [J. Phys. F: Met. Phys. 16 (1986) p.1989; Phil. Mag. B 64 (1991) p.299] based on a Gaussian distribution for the first-neighbor distance to reveal the short-range-order (SRO) structural conditions for plasticity of MGs. It is found that the SRO structure with dense atomic packing, large packing dispersion and a significant anharmonicity of atomic interaction within an MG is favorable for its global plasticity. Although these conditions seem paradoxical, their perfect matching is believed to be a key for designing large plastic bulk MGs not only in compression but also in tension.

Linking Reduced Deforestation and a Global Carbon Market: Impacts on Costs, Financial Flows, and Technological Innovation

25 p.

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Proposta de construção de um indicador global para sustentabilidade ambiental do processo industrial numa empresa petroquímica instalada no estado do Rio de Janeiro

No presente trabalho foi realizada uma na pesquisa bibliográfica sobre indicadores globais para avaliação da eficiência de um sistema de gestão ambiental (SGA) e sobre o conceito de sustentabilidade ambiental, com o objetivo de estudar o SGA de uma empresa petroquímica, instalada no Rio de Janeiro, certificada pela ISO 9001, ISO 14001 e OSHA 18001. Procurou-se, assim, identificar, a partir da análise dos indicadores de avaliação do desempenho ambiental, a possibilidade de implantar um indicador único para avaliação da eficiência do SGA estudado, de forma a mostrar aos observadores externos e internos, o efetivo engajamento da empresa na preservação dos recursos naturais e na minimização das emissões atmosféricas e de gases de efeito estufa, dentro da ótica de sustentabilidade ambiental focando-se um processo produtivo industrial. Por meio da pesquisa, verificou-se que, apesar de a empresa utilizar indicadores relacionados com o consumo de água, de emissões fugitivas e de geração de resíduos, dentre outros, ela não monitora, de forma objetiva, as emissões em termos de CO2 equivalente e todas as ações ligadas à sustentabilidade ambiental. Assim, foi proposto um indicador global de sustentabilidade ambiental para ser utilizado como referência do processo produtivo, visando fornecer ao responsável pelo SGA os subsídios necessários para tratar da gestão do processo sob a ótica da sustentabilidade ambiental

Biocombustíveis, governança global e comércio internacional: Rumo a um novo paradigma energético?

Considerando-se este importante momento de transição em que as tradicionais matrizes energéticas são paulatinamente substituídas por um conjunto de fontes renováveis, das quais os biocombustíves sobressaem-se pela capacidade de contribuir para o meio ambiente, trazendo igualmente benefícios econômicos e sociais a seus produtores; o presente trabalho visa contribuir para o panorama energético global que se começa a se delinear. Diante da impotência do Estado em lidar hodiernamente com determinadas questões, testemunha-se a participação de atores privados (organizações não governamentais, empresas transnacionais e sociedade civil, entre outros) atuando como vetores na transmissão de compromissos internacionais junto a estruturas nacionais para a solução de problemas comuns da humanidade. A essa nova arquitetura jurídica e política convencionou-se designar de governança global. Diante da inexistência de uma governança energética global que opere no interesse de países importadores, exportadores e investidores do setor de energia, agindo também como promotora de desenvolvimento social e econômico junto a países em desenvolvimento; e, por fim, em face da ausência de uma regulação internacional exclusiva na área energética, o presente estudo se dedica a investigar as possibilidades de disciplinamento do comércio internacional dos biocombustíveis. Admitindo-se o relevante desempenho que o Brasil detém na produção e exportação deste produto, inclusive na área tecnológica, a presente tese busca identificar o foro adequado, condições justas de produção, investimento, concessão de subsídios, adoção de medidas técnicas, de compra e venda, concorrência entre outros itens que o tema relaciona.

Convergence Properties and Fixed Points of Two General Iterative Schemes with Composed Maps in Banach Spaces with Applications to Guaranteed Global Stability

This paper investigates the boundedness and convergence properties of two general iterative processes which involve sequences of self-mappings on either complete metric or Banach spaces. The sequences of self-mappings considered in the first iterative scheme are constructed by linear combinations of a set of self-mappings, each of them being a weighted version of a certain primary self-mapping on the same space. The sequences of self-mappings of the second iterative scheme are powers of an iteration-dependent scaled version of the primary self-mapping. Some applications are also given to the important problem of global stability of a class of extended nonlinear polytopic-type parameterizations of certain dynamic systems.

Uma dedução dos critérios de multicriticalidade e o cálculo de pontos tricríticos via otimização global

Uma dedução dos critérios de multicriticalidade para o cálculo de pontos críticos de qualquer ordem representa a formalização de ideias utilizadas para calcular pontos críticos e tricríticos e ainda amplia tais ideias. De posse desta dedução pode-se compreender os critérios de tricriticalidade e, com isso, através de uma abordagem via problema de otimização global pode-se fazer o cálculo de pontos tricríticos utilizando um método numérico adequado de otimização global. Para evitar um excesso de custo computacional com rotinas numéricas utilizou-se aproximações na forma de diferenças finitas dos termos que compõem a função objetivo. Para simular a relação P v - T optou-se pela equação de estado cúbica de Peng-Robinson e pela regra clássica de fluidos de van der Vaals, para modelagem do problema também se calculou os tensores de ordem 2, 3, 4 e 5 da função do teste de estabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e por resultados obtidos com outros autores que utilizaram métodos numéricos, equação de estado ou abordagem diferente das utilizadas neste trabalho.

Fish for the poor under a rising global demand and changing fishery regime

In the past, agricultural researchers tended to ignore the fisheries factor in global food and nutritional security. However, the role of fish is becoming critical as a result of changes in fisheries regimes, income distribution, demand and increasing international trade. Fish has become the fastest growing food commodity in international trade and this is raising concern for the supply of fish for poorer people. As a result, the impact of international trade regimes on fish supply and demand, and the consequences on the availability of fish for developing countries need to be studied. Policies aimed at increasing export earnings are in conflict with those aimed at increasing food security in third world countries. Fisheries policy research will need to focus on three primary areas which have an impact on the marginal and poorer communities of developing countries: increased international demand for low-value fish on the supply of poorer countries; improved aquaculture technologies and productivity on poorer and marginal farmers; and land and water allocation policy on productivity, food security and sustainability across farm, fishery and related sectors. The key to local food security is in the integration of agriculture, aquaculture and natural resources but an important focus on fisheries policy research will be to look at the linkages between societal, economic and natural systems in order to develop adequate and flexible solutions to achieve sustainable use of aquatic resources systems.

Proposição de um indicador global de funcionalidade operacional para sistemas de processamento primário em instalações marítimas de produção de petróleo: estudo de caso para o sistema de separação e tratamento de óleo

Este texto verificou o tema de monitoramento de processos de produção de petróleo em plataformas no mar de forma a propor indicadores globais para monitoramento da funcionalidade dos equipamentos que envolvem estes processos, permitindo a antecipação da tomada de decisão sobre suas eminentes quedas de disponibilidade. Para tal, buscando conhecer as áreas envolvidas na gestão de uma plataforma de petróleo no mar, foram identificados os principais sistemas relacionados ao processo de produção de petróleo e optou-se pelo Sistema de Separação e Tratamento de Óleo para desenvolvimento e validação dos indicadores propostos. O Indicador Global de Funcionalidade Operacional (IGFO) foi desenvolvido a partir dos dados disponíveis para monitoramento dos processos de produção de petróleo, focado nas visões das principais áreas envolvidas na gestão da plataforma. Este indicador foi elaborado com objetivo de simplificar a análise dos processos, permitindo assim aferir o desempenho das ações de monitoramento de processos em plataformas de petróleo, de modo a atuar de forma antecipativa, contribuindo com a identificação e a disseminação das melhores práticas de manutenção preditiva. Neste aspecto, os indicadores na forma de normalização utilizada permitem comparações em diversos níveis, tanto em relação as plataformas dentro de uma empresa, como plataformas de empresas diferentes. Os indicadores globais propostos obtiveram resultados que permitiram avaliar a queda de funcionalidade dos equipamentos do Sistema de Separação e Tratamento de Óleo durante o período avaliado, servindo de base para identificação das causas das falhas destes equipamentos. Assim sendo, pôde-se perceber que a utilização dos indicadores globais identificados pode responder com sucesso às necessidades propostas

Progress toward a global genealogy of common carp (Cyprinus carpio L.) strains using mitochondrial nucleotide sequences data

As part of a study of genetic variation in the Vietnamese strains of the common carp (Cyprinus carpio L.) using direct DNA sequencing of mitochondrial control and ATPase6/8 gene regions, samples from a number of other countries were analyzed for comparison. Results show that the levels of sequence divergence in common carp is low on a global scale, with the Asian carp having the highest diversity while Koi and European carp are invariant. A genealogical analysis supports a close relationship among Vietnamese, Koi, Chinese Color and, to a lesser extent, European carp. Koi carp appear to have originated from a strain of Chinese red carp. There is considerable scope to extend this research through the analysis of additional samples of carp from around the world, especially from China, in order to generate a comprehensive global genealogy of common carp strains.

Formulação teórica dos fundamentos da otimização global topográfica com análise de desempenho e aplicações à estabilidade de fases de misturas termodinâmicas

Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

A reprodução do Mapa Invertido da América do Sul nas visões críticas sobre o Sul global

O Mapa Invertido da América do Sul (1943) é um mapa diferente. Primeiro, porque não foi feito pelos cânones da ciência cartográfica, mas pelas mãos de um artista uruguaio, chamado Torres-García. Segundo, porque não utilizou a orientação convencional ao Norte, mas inverte o posicionamento do Sul para o topo da imagem. A presente pesquisa foi motivada pela visão de mundo diferenciada que esse mapa artístico apresenta, onde o objetivo é compreender os diversos contextos que reproduzem esse mapa, contribuindo para sua notoriedade até os dias atuais. Para tanto, é necessário entender os significados, os questionamentos e as ideologias expressas nessa inversão, pois contribuem na identificação com a obra em tempos além de sua elaboração. Nesse sentido, a pesquisa foi embasada em um exame bibliográfico de correntes de pensamento que propõem uma visão crítica sobre os processos de formação histórica do Sul global, destacavelmente o póscolonialismo e o pósdesenvolvimento. Tais subsídios teóricos auxiliam em um entendimento de mapa que seja tão plural quanto às visões de mundo podem ser, trilhando uma relação entre geopolítica, cartografia e arte

Otimização global topográfica aplicada a problemas de otimização com restrições de igualdade e desigualdade

Os métodos de otimização que adotam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são eficientes e normalmente esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados através da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, o qual tem caráter local. Esses métodos levam a algoritmos iterativos que são usados para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear, principalmente não-convexas e multimodais, dependendo da posição dos pontos de partida. Método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, o qual é fundamentado nos conceitos elementares da teoria dos grafos, com a finalidade de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, com base nos pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem como objetivo a aplicação do método de Otimização Global Topográfica junto com um método robusto e eficaz de direções viáveis por pontos-interiores a problemas de otimização que tem restrições de igualdade e/ou desigualdade lineares e/ou não lineares, que constituem conjuntos viáveis com interiores não vazios. Para cada um destes problemas, é representado também um hiper-retângulo compreendendo cada conjunto viável, onde os pontos amostrais são gerados.

Optimal H2 order-one reduction by solving eigenproblems for polynomial equations

A method is given for solving an optimal H2 approximation problem for SISO linear time-invariant stable systems. The method, based on constructive algebra, guarantees that the global optimum is found; it does not involve any gradient-based search, and hence avoids the usual problems of local minima. We examine mostly the case when the model order is reduced by one, and when the original system has distinct poles. This case exhibits special structure which allows us to provide a complete solution. The problem is converted into linear algebra by exhibiting a finite-dimensional basis for a certain space, and can then be solved by eigenvalue calculations, following the methods developed by Stetter and Moeller. The use of Buchberger's algorithm is avoided by writing the first-order optimality conditions in a special form, from which a Groebner basis is immediately available. Compared with our previous work the method presented here has much smaller time and memory requirements, and can therefore be applied to systems of significantly higher McMillan degree. In addition, some hypotheses which were required in the previous work have been removed. Some examples are included.