A High-level strategy for C-net discovery

Causal nets have been recently proposed as a suitable model for process mining, due to their declarative semantics and compact representation. However, the discovery of causal nets from a log is a complex problem. The current algorithmic support for the discovery of causal nets comprises either fast but inaccurate methods (compromising quality), or accurate algorithms that are computational demanding, thus limiting the size of the inputs they can process. In this paper a high-level strategy is presented, which uses appropriate clustering techniques to split the log into pieces, and benefits from the additive nature of causal nets. This allows amalgamating structurally the discovered Causal net of each piece to derive a valuable model. The claims in this paper are accompanied with experimental results showing the significance of the high-level strategy presented.Postprint (published version

Similarity-Based Supervisory Control of Discrete Event Systems

Due to the appearance of uncontrollable events in discrete event systems, one may wish to replace the behavior leading to the uncontrollability of pre-specified language by some quite similar one. To capture this similarity, we introduce metric to traditional supervisory control theory and generalize the concept of original controllability to \ld-controllability, where \ld indicates the similarity degree of two languages. A necessary and sufficient condition for a language to be \ld-controllable is provided. We then examine some properties of \ld-controllable languages and present an approach to optimizing a realization.Comment: 22 pages, 5 figure

Performance Bounds for Synchronized Queueing Networks

Las redes de Petri estocásticas constituyen un modelo unificado de las diferentes extensiones de redes de colas con sincronizaciones existentes en la literatura, válido para el diseño y análisis de prestaciones de sistemas informáticos distribuidos. En este trabajo se proponen técnicas de cálculo de cotas superiores e inferiores de las prestaciones de redes de Petri estocásticas en estado estacionario. Las cotas obtenidas son calculables en tiempo polinómico en el tamaño del modelo, por medio de la resolución de ciertos problemas de programación lineal definidos a partir de la matriz de incidencia de la red (en este sentido, las técnicas desarrolladas pueden considerarse estructurales). Las cotas calculadas dependen sólamente de los valores medios de las variables aleatorias que describen la temporización del sistema, y son independientes de los momentos de mayor orden. Esta independencia de la forma de las distribuciones de probabilidad asociadas puede considerarse como una útil generalización de otros resultados existentes para distribuciones particulares, puesto que los momentos de orden superior son, habitualmente, desconocidos en la realidad y difíciles de estimar. Finalmente, las técnicas desarrolladas se aplican al análisis de diferentes ejemplos tomados de la literatura sobre sistemas informáticos distribuidos y sistemas de fabricación. ******* Product form queueing networks have long been used for the performance evaluation of computer systems. Their success has been due to their capability of naturally expressing sharing of resources and queueing, that are typical situations of traditional computer systems, as well as to their efficient solution algorithms, of polynomial complexity on the size of the model. Unfortunately, the introduction of synchronization constraints usually destroys the product form solution, so that general concurrent and distributed systems are not easily studied with this class of models. Petri nets have been proved specially adequate to model parallel and distributed systems. Moreover, they have a well-founded theory of analysis that allows to investigate a great number of qualitative properties of the system. In the original definition, Petri nets did not include the notion of time, and tried to model only the logical behaviour of systems by describing the causal relations existing among events. This approach showed its power in the specification and analysis of concurrent systems in a way independent of the concept of time. Nevertheless the introduction of a timing specification is essential if we want to use this class of models for the performance evaluation of distributed systems. One of the main problems in the actual use of timed and stochastic Petri net models for the quantitative evaluation of large systems is the explosion of the computational complexity of the analysis algorithms. In general, exact performance results are obtained from the numerical solution of a continuous time Markov chain, whose dimension is given by the size of the state space of the model. Structural computation of exact performance measures has been possible for some subclasses of nets such as those with state machine topology. These nets, under certain assumptions on the stochastic interpretation are isomorphic to Gordon and Newell's networks, in queueing theory terminology. In the general case, efficient methods for the derivation of performance measures are still needed. Two complementary approaches to the derivation of exact measures for the analysis of distributed systems are the utilization of approximation techniques and the computation of bounds. Approximate values for the performance parameters are in general more efficiently derived than the exact ones. On the other hand, "exactness" only exists in theory! In other words, numerical algorithms must be applied in practice for the computation of exact values, therefore making errors is inevitable. Performance bounds are useful in the preliminary phases of the design of a system, in which many parameters are not known accurately. Several alternatives for those parameters should be quickly evaluated, and rejected those that are clearly bad. Exact (and even approximate) solutions would be computationally very expensive. Bounds become useful in these instances since they usually require much less computation effort. The computation of upper and lower bounds for the steady-state performance of timed and stochastic Petri nets is considered in this work. In particular, we study the throughput of transitions, defined as the average number of firings per time unit. For this measure we try to compute upper and lower bounds in polynomial time on the size of the net model, by means of proper linear programming problems defined from the incidence matrix of the net (in this sense, we develop structural techniques). These bounds depend only on the mean values and not on the higher moments of the probability distribution functions of the random variables that describe the timing of the system. The independence of the probability distributions can be viewed as a useful generalization of the performance results, since higher moments of the delays are usually unknown for real cases, and difficult to estimate and assess. From a different perspective, the obtained results can be applied to the analysis of queueing networks extended with some synchronization schemes. Monoclass queueing networks can be mapped on stochastic Petri nets. On the other hand, stochastic Petri nets can be interpreted as monoclass queueing networks augmented with synchronization primitives. Concerning the presentation of this manuscript, it should be mentioned that chapter 1 has been written with the object of giving the reader an outline of the stochastic Petri net model: its definition, terminology, basic properties, and related concepts, together with its deep relation with other classic stochastic network models. Chapter 2 is devoted to the presentation of the net subclasses considered in the rest of the work. The classification presented here is quite different from the one which is usual in the framework of Petri nets. The reason lies on the fact that our classification criterion, the computability of visit ratios for transitions, is introduced for the first time in the field of stochastic Petri nets in this work. The significance of that criterion is based on the important role that the visit ratios play in the computation of upper and lower bounds for the performance of the models. Nevertheless, classical important net subclasses are identified here in terms of the computability of their visit ratios from different parameters of the model. Chapter 3 is concerned with the computation of reachable upper and lower bounds for the most restrictive subclass of those presented in chapter 2: marked graphs. The explanation of this fact is easy to understand. The more simple is the model the more accessible will be the techniques an ideas for the development of good results. Chapter 4 provides a generalization for live and bounded free choice nets of the results presented in the previous chapter. Quality of obtained bounds is similar to that for strongly connected marked graphs: throughput lower bounds are reachable for bounded nets while upper bounds are reachable for 1-bounded nets. Chapter 5 considers the extension to other net subclasses, like mono-T-semiflow nets, FRT-nets, totally open deterministic systems of sequential processes, and persistent nets. The results are of diverse colours. For mono-T-semiflow nets and, therefore, for general FRT-nets, it is not possible (so far) to obtain reachable throughput bounds. On the other hand, for bounded ordinary persistent nets, tight throughput upper bounds are derived. Moreover, in the case of totally open deterministic systems of sequential processes the exact steady-state performance measures can be computed in polynomial time on the net size. In chapter 6 bounds for other interesting performance measures are derived from throughput bounds and from classical queueing theory laws. After that, we explore the introduction of more information from the probability distribution functions of service times in order to improve the bounds. In particular, for Coxian service delay of transitions it is possible to improve the throughput upper bounds of previous chapters which held for more general forms of distribution functions. This improvement shows to be specially fruitful for live and bounded free choice nets. Chapter 7 is devoted to case studies. Several examples taken from literature in the fields of distributed computing systems and manufacturing systems are modelled by means of stochastic Petri nets and evaluated using the techniques developed in previous chapters. Finally, some concluding remarks and considerations on possible extensions of the work are presented

Approximation methods for stochastic petri nets

Stochastic Marked Graphs are a concurrent decision free formalism provided with a powerful synchronization mechanism generalizing conventional Fork Join Queueing Networks. In some particular cases the analysis of the throughput can be done analytically. Otherwise the analysis suffers from the classical state explosion problem. Embedded in the divide and conquer paradigm, approximation techniques are introduced for the analysis of stochastic marked graphs and Macroplace/Macrotransition-nets (MPMT-nets), a new subclass introduced herein. MPMT-nets are a subclass of Petri nets that allow limited choice, concurrency and sharing of resources. The modeling power of MPMT is much larger than that of marked graphs, e.g., MPMT-nets can model manufacturing flow lines with unreliable machines and dataflow graphs where choice and synchronization occur. The basic idea leads to the notion of a cut to split the original net system into two subnets. The cuts lead to two aggregated net systems where one of the subnets is reduced to a single transition. A further reduction leads to a basic skeleton. The generalization of the idea leads to multiple cuts, where single cuts can be applied recursively leading to a hierarchical decomposition. Based on the decomposition, a response time approximation technique for the performance analysis is introduced. Also, delay equivalence, which has previously been introduced in the context of marked graphs by Woodside et al., Marie's method and flow equivalent aggregation are applied to the aggregated net systems. The experimental results show that response time approximation converges quickly and shows reasonable accuracy in most cases. The convergence of Marie's method and flow equivalent aggregation are applied to the aggregated net systems. The experimental results show that response time approximation converges quickly and shows reasonable accuracy in most cases. The convergence of Marie's is slower, but the accuracy is generally better. Delay equivalence often fails to converge, while flow equivalent aggregation can lead to potentially bad results if a strong dependence of the mean completion time on the interarrival process exists

Modelling Early Transitions Toward Autonomous Protocells

This thesis broadly concerns the origins of life problem, pursuing a joint approach that combines general philosophical/conceptual reflection on the problem along with more detailed and formal scientific modelling work oriented in the conceptual perspective developed. The central subject matter addressed is the emergence and maintenance of compartmentalised chemistries as precursors of more complex systems with a proper cellular organization. Whereas an evolutionary conception of life dominates prebiotic chemistry research and overflows into the protocells field, this thesis defends that the 'autonomous systems perspective' of living phenomena is a suitable - arguably the most suitable - conceptual framework to serve as a backdrop for protocell research. The autonomy approach allows a careful and thorough reformulation of the origins of cellular life problem as the problem of how integrated autopoietic chemical organisation, present in all full-fledged cells, originated and developed from more simple far-from-equilibrium chemical aggregate systems.Comment: 205 Pages, 27 Figures, PhD Thesis Defended Feb 201

Modelling early transitions toward autonomous protocells.

252 p.La transición entre materia inerte y viviente sigue constituyendo un problema abierto en ciencia. Las líneas de investigación actuales en el campo del origen de la vida, ya sean basadas en moléculas replicativas individuales o en la nueva visión protocelular del problema, están típicamente orientadas hacia una concepción evolutiva de lo vivo. De acuerdo a esta concepción, el interés fundamental se centra en descubrir cómo moléculas o ensamblados químicos prebióticamente plausibles comenzaron a replicarse, a engarzarse en dinámicas selectivas y a aumentar en complejidad -- en último término, hacia la complejidad bioquímica de las células vivas. Esta tesis doctoral se enfrenta al problema del origen de vida celular desde una plataforma conceptual alternativa, la perspectiva de los sistemas autónomos, la cual pivota sobre la teoría de la Autonomía Biológica. Desde dicha perspectiva sistémica de la organización celular, las transiciones clave en el origen de la vida deben ser reformuladas en términos de cómo determinados sistemas químicos compartimentados (es decir, protocélulas) comenzaron a desarrollar infraestructuras químicas integradas para poder mantenerse en condiciones alejadas del equilibrio; y, a continuación, cómo estas infraestructuras integradas pasaron a constituir la organización autopoiética que despliegan las células propiamente biológicas. La autonomía define un marco global cualitativamente distinto --y también más amplio y apropiado, se argumenta-- para conducir y dar sentido a la investigación científica sobre protocélulas.El trabajo presentado en esta tesis resulta de un bucle en el que se entrelazan la reflexión filosófica sobre el problema del origen de la vida y la modelización científica en torno a los sistemas proto-celulares. Podríamos decir que constituye una demostración práctica de cómo la interacción directa entre ciencia y filosofía es capaz de dar lugar a intuiciones nuevas y fructíferos resultados en torno a un problema complejo, como lo es la transición desde la física y la química hacia la biología. A nivel conceptual, este trabajo de tesis doctoral se adentra en la concepción de vida como autonomía y analiza las implicaciones (radicales) que esta visión organizativa y sistémica de lo vivo tiene en el planteamiento sobre las transiciones principales de la evolución proto-celular. A nivel científico, la tesis se ha construido en torno a la elaboración de modelos proto-celulares realistas, ¿semi-empíricos¿, mediante los cuales se ha pretendido iluminar los primeros pasos que deben darse, desde un escenario físico-químico generalista, hacia los sistemas autónomos más primitivos o mínimos. A lo largo de todo el trabajo, ambos niveles de análisis, conceptual y científico, se retroalimentan, quedando profundamente imbricados y mutuamentereforzados: los aspectos conceptuales resultan esenciales para definir y destacar el valor de las cuestiones científicas abordadas, mientras que la labor de carácter propiamente científico hace posible una mayor especificación de algunas problemáticas que tienden a ser desdeñadas en el campo de investigación de la química prebiótica, incluyendo los enfoques proto-celulares.Objetivos principalesLos objetivos principales de esta tesis doctoral son los siguientes:1. Explicar de qué manera(s) la perspectiva de la autonomía biológica condiciona el programa de investigación sobre el origen de la vida, detallando el conjunto de cuestiones científicas que dicha perspectiva lleva a tratar, así como las transiciones prebióticas que plantea como fundamentales -- en contraste con el paradigma evolutivo establecido en el campo.2. Explorar las raíces físico-químicas de la autonomía biológica, identificando y poniendo en relieve un área ciega en la investigación actual sobre proto-células: a saber, la modelización teórica rigurosa de sistemas químicos elementales en interacción con compartimentos lipídicos dinámicos. Argumentar en qué sentido este escenario prebiótico constituye una transición necesaria hacia formas de autonomía protocelular básica o mínima.3. Desarrollar modelos protocelulares semi-empíricos que aporten nuevas claves sobre la cuestión del acoplamiento temprano entre reacciones químicas y compartimentos lipídicos dinámicos, previo a la aparición de células metabólicas -- es decir, propiamente auto-productivas.4. Examinar pormenorizadamente las implicaciones de dicho trabajo de modelización sobre el marco conceptual general de la autonomía y, más específicamente, en lo que se refiere a su aplicación al contexto del origen de la vida.5. Identificar y explicar los retos futuros a los que se enfrenta la modelización semi-empírica de sistemas proto-celulares, proponiendo estrategias para avanzar en la comprensión sobre cómo dichos sistemas fueron desarrollando comportamiento autónomo.A continuación se ofrece un compendio de los contenidos de este trabajo de tesis doctoral, destacando las ideas principales y la línea conceptual básica que se ha seguido. Los capítulos 1-3 consisten en una introducción extendida al trabajo, incluyendo una revisión detallada de la bibliografía previa relevante. Esta parte inicial establece el marcoteórico general desde el cual se enfoca el problema del origen de la vida en la tesis, examinando cuidadosamente las implicaciones que la perspectiva de la autonomía tiene sobre el programa de investigación en sistemas proto-celulares, antes de acometer la identificación y especificación de los problemas concretos que se someterán a modelización en la misma, como contribución de naturaleza más estrictamente científica.Sumario de contenidosEsta tesis comienza en el Capítulo 1 con un repaso general introductorio sobre la investigación en sistemas proto-celulares. Dentro del campo del origen de la vida, las proto-células (sistemas físico-químicos compartimentados que se asemejan de un modo más o menos distante a las células vivas) se perciben cada día más como un puente fundamental hacia los sistemas biológicos. Pueden citarse muchas razones por las que la presencia de compartimentos auto-ensamblados desde fases muy tempranas en el origen de la vida es beneficiosa, al tiempo que altamente plausible. Los argumentos a favor de su relevancia prebiótica abarcan desde el papel que pudieron jugar como `localizadores¿ o `segregadores¿ de poblaciones moleculares (permitiendo su evolución) hasta el de establecer el andamiaje y las condiciones químicas adecuadas para acoger y potenciar complejas secuencias de reacciones químicas interconectadas.No obstante, aunque constituyan un vehículo útil para explicar el proceso de abiogénesis, las protocélulas son más bien neutrales desde un punto de vista conceptual y, tomadas en un sentido amplio, no definen un programa de investigación específico sobre el origen de vida -- sobre todo bajo la asunción de que ésta debe convertirse en celular en algún momento. De hecho, en la práctica, las proto-células son empleadas en programas de investigación científica que se adhieren a visiones generales notablemente divergentes sobre lo que el fenómeno `vida¿ lleva consigo. Distintos autores mantienen (implícita o explícitamente) concepciones muy diferentes sobre lo que es la vida y estas concepciones se filtran y sesgan el tipo de experimentos y de modelos protocelulares que impulsan, así como la manera en que interpretan los resultados de dichos experimentos.Por tanto, una labor de reflexión teórica y filosófica más profunda sobre lo que constituye `vida¿ es de central importancia para la investigación proto-celular y, más en general, para el estudio del origen de los sistemas biológicos. A pesar de que persisten las dificultades a la hora de establecer una clara ¿línea divisoria¿, universalmente aceptada, entre el mundo inerte y el viviente, los investigadores de campos como el origen de la vida, la vida artificial o la biología sintética se siguen demarcando según dos amplias corrientes conceptuales. El objetivo del Capítulo 2 es explicar, en detalle, los principios básicos sobre los que se articulan dichas corrientes conceptuales. La corriente dominante en la actualidad, que mantiene una visión evolutiva de la vida, pivota sobre una perspectivadiacrónica de los sistemas biológicos, analizados a través de sucesivas generaciones o linajes, de acuerdo a la cual lo vivo se manifestaría por primera vez en sistemas químicos capaces de reproducción, proliferación, e incremento de complejidad por procesos de competición y selección. Esta perspectiva se apoya en la extensión de los principios evolutivos (como por ejemplo, el mecanismo de la selección natural) a unidades mucho más simples que los organismos vivos, y subyace a hipótesis de trabajo como la del `mundo ARN¿ o al proyecto de la `ribo-célula¿. La corriente alternativa, menos extendida en el campo de los orígenes hasta la fecha, se apoya sobre una visión de la vida como autonomía (o `autopoiesis¿), interpretando los sistemas biológicos desde una perspectiva sincrónica, que se centra en el estudio del tipo de organización de componentes y procesos que los caracteriza, aquí y ahora, como sistemas alejados del equilibrio pero de gran robustez dinámica. Esta concepción defiende enfoques como los de la `química de sistemas¿ (acoplamiento de redes auto-catalíticas) o el `mundo de los lípidos¿.A pesar de que las líneas de investigación prebiótica más importantes en la actualidad se encuadran dentro la concepción evolutiva de la vida, en esta tesis doctoral se argumenta que la perspectiva de la autonomía, si bien aún minoritaria, es de hecho el marco conceptual más adecuado y abarcador a la hora de encarar el problema del origen de la vida -- en particular, la emergencia de la celularidad. Un punto ciego muy importante de los enfoques evolutivos es que, al percibir que la vida se manifiesta, por encima de todo, `a través del tiempo¿, adolecen de una falta de rigurosidad en cuanto a la descripción de la organización material, físico-química, que subyace a un sistema celular con metabolismo propio. Los planteamientos evolutivos asumen implícitamente que las células vivas son redes químicas instruidas genéticamente e individualizadas en `bolsas lipídicas¿. Esta noción tan débil de celularidad se traduce en programas de investigación principalmente enfocados al estudio de conjuntos o poblaciones de especies químicas de relevancia biológica que tengan potencial de incrementar por sí mismas en complejidad a lo largo del tiempo (típicamente aplicando técnicas de evolución artificial, in vitro o in silico). Así, se lleva a cabo un uso meramente instrumental de los compartimentos protocelulares, incluyéndolos como `contenedores químicos¿ del sistema tan sólo en la medida en que se compruebe o se intuya que puedan facilitar la consecución de dicho objetivo evolutivo primario.La perspectiva de la autonomía, en cambio, inculca un profundo reconocimiento del complejo entramado organizativo en el que se disponen las moléculas biológicas, coordinadas tanto espacialmente como temporalmente, para lograr constituir una célula funcional que mantenga su dinámica alejada del equilibrio. Esta visión sistémica y organizativa de la celularidad se refleja en un empeño mucho más pronunciado por comprender, en el contexto del origen de la vida, cómo es posible que surjan y se establezcan sistemas químicos acoplados con los compartimentos en los que son espontáneamente encapsulados, de manera que progresen hacia formas de integracióncada vez más similares a la complementariedad autopoiética, auto-productiva, que caracteriza a las células vivas. Por tanto, la clave que distingue a la perspectiva de la autonomía es su pretensión de hacer tan explícito y preciso como sea posible el problema del acoplamiento y la integración funcional de componentes y procesos químicos diversos, como un requisito necesario para constituir --en condiciones alejadas del equilibrio termodinámico-- entidades con identidad y frontera propias. Esto conduce de manera natural, como se muestra en esta tesis, al tratamiento de aspectos específicos relacionados con el auto-ensamblaje de compartimentos supramoleculares, su permeabilidad selectiva a distintos componentes moleculares, posibles desequilibrios osmóticos (y trasvases acuosos compensatorios a través de la membrana), canalización y distribución de recursos energéticos¿ aspectos todos ellos en los que la perspectiva evolutiva no suele mostrar mayor interés.El Capítulo 3 explica el modo en que puede implementarse un programa de investigación sobre autonomía protocelular, construyendo un puente entre los enfoques científicos y conceptuales descritos los dos primeros capítulos. El capítulo comienza analizando las razones por las cuales la teoría de la autonomía biológica, a pesar de su relevancia y centralidad, conduce a retos o problemáticas que no son fáciles de traducir en modelos simplificados, cuantitativos y precisos. A continuación se revisan las aproximaciones, experimentales y computacionales, que se han venido realizando en el pasado para implementar sistemas autopoiéticos mínimos, in vitro e in silico, descritos como intentos preliminares para la modelización de sistemas autónomos, mostrando asimismo sus correspondientes limitaciones. Una vez completada la revisión, se introduce el planteamiento ¿semi-empírico¿ híbrido que será defendido en la tesis como vía teórica, bien apoyada en resultados experimentales realistas, que permite enfrentarse de un modo más sólido y coherente al origen de la autonomía protocelular.En la última parte del Capítulo 3 se identifica y delimita de manera más precisa el área concreta en el que este trabajo de tesis doctoral ha llevado a cabo sus contribuciones científicas: la modelización realista de químicas alejadas del equilibrio que tienen lugar en compartimentos lipídicos dinámicos. Esta área implica la elaboración de modelos de reactores proto-celulares tempranos, los cuales precedieron a las primeras proto-células estrictamente auto-productivas. Este tipo de reactor compartimentado inicial no tendría aún la capacidad de fabricar componentes orgánicos relativamente complejos (como lípidos o péptidos), pero habrían comenzado a desplegar comportamientos no-lineares y emergentes de relevancia biológica.El Capítulo 4 proporciona una síntesis, sin entrar en mucho detalle técnico, de las aportaciones científicas llevadas a cabo. Cuatro modelos diferentes, elaborados durante la realización de esta tesis, son revisados en secuencia. Entre ellos destaca el trabajo de modelización de la cinética de intercambio de lípidos de membrana (con su entornoacuoso), validado de manera rigurosa frente a resultados experimentales, como parte fundamental del modelo semi-empírico proto-celular introducido en el Capítulo 3. También se pone de especial relieve otro modelo, planteado a un nivel de complejidad protocelular superior, en el cual ya hay presencia de una cierta química interna. Con este modelo queda demostrado que el flujo acuoso a través de la membrana de vesículas relativamente simples (aunque, eso sí, de volumen variable) puede contribuir a crear una mayor riqueza de comportamientos dinámicos reactivos, asociados a dicha química interna. Este tipo de acoplamiento entre reactor y frontera encapsuladora se daría en un amplio espectro de condiciones, siempre y cuando el flujo de agua ocurra en respuesta a efectos osmóticos generados por la propia química interna. Así pues, en ese punto se introduce y explica pormenorizadamente la idea del `acoplamiento osmótico¿, como un principio sistémico general que sería de aplicación a toda clase de metabolismo compartimentado, independientemente de su complejidad, siempre que el compartimento sea dinámico, de volumen variable.Finalmente, en el Capítulo 5 se aborda una recapitulación general del trabajo y un debate acerca de las limitaciones del planteamiento semi-empírico defendido, así como una serie de indicaciones sobre líneas de trabajo de posible interés para el futuro. Se vuelve a poner en valor la perspectiva organizativa-sistémica que propugna la teoría de la autonomía, argumentando a favor de la necesidad de una caracterización adecuada, bien articulada, de las entidades individuales básicas que en definitiva son capaces de evolución biológica: las células vivas. Desde ese punto de vista, alternativo al establecido mayoritariamente en el campo del origen de la vida, se sugiere un conjunto de transiciones prebióticas fundamentales que reflejan, en esencia, el hipotético desarrollo de poblaciones de sistemas proto-celulares de complejidad creciente.ConclusionesEn definitiva, como resultado de este trabajo de tesis doctoral, podemos extraer las siguientes conclusiones generales:1. La investigación científica sobre el origen de la vida requiere un importante trabajo de análisis y clarificación conceptual. El campo de la química prebiótica es un área de investigación que se beneficia claramente de la combinación de planteamientos científicos y filosófico-conceptuales. Cualquier intento de sintetizar sistemas biológicos a partir de sus ingredientes o precursores físico-químicos elementales se lleva a cabo desde una determinada concepción sobre lo que es `vida¿. Y según la interpretación que se haga de este término, incluso las agendas o programas de investigación enfocados sobre sistemas proto-celulares pueden llegar a ser divergentes, o sorprendentemente diferentes. Portanto, es muy aconsejable que los investigadores reconozcan y hagan lo más explícita posible su postura sobre esta cuestión en sus contribuciones científicas.2. La perspectiva de la autonomía, aplicada al problema del origen de la vida, promueve retos de carácter sistémico, de gran calado para la química, asociados a la emergencia de la organización celular. La aceptación y el despliegue de este tipo de planteamiento lleva emparejado una reformulación radical de las transiciones prebióticas y la investigación en sistemas proto-celulares. En particular, preguntarse por la cuestión de la autonomía mínima conduce a programas de investigación que buscan con ahínco descubrir los principios y mecanismos moleculares que subyacen a los distintos tipos/grados de acoplamiento funcional (entre componentes y procesos de transformación de dichos componentes) que debieron darse a lo largo del desarrollo de la protocelularidad. Los enfoques sobre proto-células puramente evolutivos pasan por alto este requerimiento del acoplamiento y la integración funcional, que no obstante es clave para desentrañar el modo en que diversas estructuras materiales consiguen constituirse como organizaciones celulares. El desarrollo riguroso de una teoría sobre la organización celular y su emergencia en condiciones prebióticas pasa por comprender mejor de qué manera distintos compartimentos proto-celulares y químicas proto-metabólicas pueden engarzarse funcionalmente e iniciar un proceso de co-evolución que lleve hacia un comportamiento autónomo básico lo suficientemente robusto.3. La autonomía es un concepto multidimensional y heurístico que puede transformarse en un conjunto de cuestiones concretas a investigar científicamente mediante la modelización semi-empírica de sistemas proto-celulares. Más específicamente, este tipo de labor de modelización teórica se puede aplicar con éxito al estudio de la co-evolución entre membrana y red proto-metabólica en un contexto protocelular. Los resultados obtenidos, si el modelo está bien construido y justificado empíricamente, pueden efectivamente abrir nuevas vías de exploración experimental y proporcionar argumentos explicativos complementarios a los enfoques proto-celulares in vitro.4. La síntesis de la membrana por parte del metabolismo, como defiende clásicamente la teoría de la autopoiesis, no es estrictamente necesaria para que los sistemas protocelulares comiencen a exhibir comportamientos emergentes, no lineales, de profundo interés biológico. Redes compartimentadas de reacciones químicas con capacidad de fabricar internamente sus propios componentes (como lípidos, catalizadores o péptidos) pueden considerarse como una etapa intermedia, o relativamente tardía, en la evolución de la organización proto-celular. Previamente deben desarrollarse, con alta probabilidad, otro tipo de proto-células que presenten acoplamientos más débiles o indirectos entre sus componentes y los procesos transformativos en los que estos están involucrados. La especificación rigurosa de este tipo de acoplamientos entre química ycompartimentos debería pasar a ser uno de los objetivos fundamentales a abordar por la investigación sobre proto-células que se realice en el futuro5. El acoplamiento osmótico constituye un nuevo principio o constricción general, de carácter sistémico, que debe aplicarse sobre proto-células metabólicas de distinto tipo. Aunque se trata de un aspecto que ha recibido muy poca atención hasta la fecha en el campo del origen de la vida, tiene importantes implicaciones ya que prácticamente todos los modelos proto-celulares empíricos en la actualidad están basados en vesículas que son muy susceptibles a desequilibrios osmóticos pero, al mismo tiempo, incapaces de regular de manera efectiva su volumen acuoso interno. Así, las variaciones en volumen que se produjeran en las protocélulas tempranas tendrían efectos muy significativos en las dinámicas internas de reacción, como se demuestra en este trabajo de tesis doctoral. En particular, una de las publicaciones científicas asociadas a esta tesis explica detalladamente los efectos que el volumen variable de una proto-célula puede tener sobre reacciones que, siendo en principio independientes químicamente, por el mero hecho de compartir un mismo espacio reactivo (el definido por el micro-compartimento lipídico), se acoplarían de manera indirecta pero efectiva, dando lugar a procesos intera

Advances in Robotics, Automation and Control

The book presents an excellent overview of the recent developments in the different areas of Robotics, Automation and Control. Through its 24 chapters, this book presents topics related to control and robot design; it also introduces new mathematical tools and techniques devoted to improve the system modeling and control. An important point is the use of rational agents and heuristic techniques to cope with the computational complexity required for controlling complex systems. Through this book, we also find navigation and vision algorithms, automatic handwritten comprehension and speech recognition systems that will be included in the next generation of productive systems developed by man

Formal Techniques for Component-based Design of Embedded Systems

Embedded systems have become ubiquitous - from avionics and automotive over consumer electronics to medical devices. Failures may entailmaterial damage or compromise safety of human beings. At the same time, shorter product cycles, together with fast growing complexity of the systems to be designed, create a tremendous need for rigorous design techniques. The goal of component-based construction is to build complex systems from simpler components that are well understood and can be (re)used so as to accelerate the design process. This document presents a summary of the formal techniques for component-based design of embedded systems I have (co-)developed