A model for brain life history evolution

This work was funded by Swiss NSF grant PP00P3-146340 to LL http://www.snf.ch/en/Pages/default.aspx.Complex cognition and relatively large brains are distributed across various taxa, and many primarily verbal hypotheses exist to explain such diversity. Yet, mathematical approaches formalizing verbal hypotheses would help deepen the understanding of brain and cognition evolution. With this aim, we combine elements of life history and metabolic theories to formulate a metabolically explicit mathematical model for brain life history evolution. We assume that some of the brain’s energetic expense is due to production (learning) and maintenance (memory) of energy-extraction skills (or cognitive abilities, knowledge, information, etc.). We also assume that individuals use such skills to extract energy from the environment, and can allocate this energy to grow and maintain the body, including brain and reproductive tissues. The model can be used to ask what fraction of growth energy should be allocated at each age, given natural selection, to growing brain and other tissues under various biological settings. We apply the model to find uninvadable allocation strategies under a baseline setting (“me vs nature”), namely when energy-extraction challenges are environmentally determined and are overcome individually but possibly with maternal help, and use modern-human data to estimate model’s parameter values. The resulting uninvadable strategies yield predictions for brain and body mass throughout ontogeny and for the ages at maturity, adulthood, and brain growth arrest. We find that: (1) a me-vs-nature setting is enough to generate adult brain and body mass of ancient human scale and a sequence of childhood, adolescence, and adulthood stages; (2) large brains are favored by intermediately challenging environments, moderately effective skills, and metabolically expensive memory; and (3) adult skill is proportional to brain mass when metabolic costs of memory saturate the brain metabolic rate allocated to skills.Publisher PDFPeer reviewe

Structure of complex networks: Quantifying edge-to-edge relations by failure-induced flow redistribution

The analysis of complex networks has so far revolved mainly around the role of nodes and communities of nodes. However, the dynamics of interconnected systems is commonly focalised on edge processes, and a dual edge-centric perspective can often prove more natural. Here we present graph-theoretical measures to quantify edge-to-edge relations inspired by the notion of flow redistribution induced by edge failures. Our measures, which are related to the pseudo-inverse of the Laplacian of the network, are global and reveal the dynamical interplay between the edges of a network, including potentially non-local interactions. Our framework also allows us to define the embeddedness of an edge, a measure of how strongly an edge features in the weighted cuts of the network. We showcase the general applicability of our edge-centric framework through analyses of the Iberian Power grid, traffic flow in road networks, and the C. elegans neuronal network.Comment: 24 pages, 6 figure

AVALIAÇÃO IN VIVO DO POTENCIAL MUTAGÊNICO DOS FÁRMACOS CISPLATINA E OXALIPLATINA ATRAVÉS DO TESTE SMART EM Drosophila melanogaster – RESULTADOS PARCIAIS

No presente estudo foi investigada a atividade mutagênica dos fármacos cisplatina (CIS) e oxaliplatina (OXA), que são amplamente utilizados no tratamento do câncer. Esta investigação foi realizada através do teste para detecção de mutação e recombinação em células somáticas (SMART) de Drosophila melanogaster. Os resultados parciais obtidos até o momento mostram que a CIS (0,006 a 0,05 mM) mostrou-se uma potente indutora de danos genéticos, enquanto a OXA (0,006 a 0,5 mM) não foi capaz de induzir lesões no DNA. Estes dados estão de acordo com estudos prévios que demonstram haver diferenças importantes no números de lesões induzidas e nos sistemas de reparação de DNA entre os fármacos estudados

AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE TÓXICO-GENÉTICA DA ENROFLOXACINA

A Enrofloxacina foi a primeira fluoroquinolona introduzida e aprovada na medicina veterinária, sendo amplamenteutilizada em espécies domésticas, exóticas e silvestres, apresentando ação bactericida contra uma grande variedadede microorganismos. Devido à escassez de informações disponíveis na literatura sobre o seu potencial tóxico-genético,o presente trabalho avaliou a atividade recombinogênica e mutagênica da enrofloxacina através do teste SMART.Os resultados demonstraram aumentos significativos na frequência de indução de clones mutantes e indicaram quea enrofloxacina pode atuar principalmente como indutora de recombinação homóloga, evento genético associado aoprocesso carcinogênico

Structure of complex networks: Quantifying edge-to-edge relations by failure-induced flow redistribution

The analysis of complex networks has so far revolved mainly around the role of nodes and communities of nodes. However, the dynamics of interconnected systems is often focalized on edge processes, and a dual edge-centric perspective can often prove more natural. Here we present graph-theoretical measures to quantify edge-to-edge relations inspired by the notion of flow redistribution induced by edge failures. Our measures, which are related to the pseudo-inverse of the Laplacian of the network, are global and reveal the dynamical interplay between the edges of a network, including potentially non-local interactions. Our framework also allows us to define the embeddedness of an edge, a measure of how strongly an edge features in the weighted cuts of the network. We showcase the general applicability of our edge-centric framework through analyses of the Iberian power grid, traffic flow in road networks, and the C. elegans neuronal networ

Suscetibilidade do camarão-branco do Pacífico à infecção com Vibrio alginolyticus em diferentes saturações de oxigênio

Abstract: The present study aimed to evaluate the cumulative mortality, reactive oxygen species production (ROS) and total hemocyte counts (THC) of the marine shrimp Litopenaeus vannamei infected with Vibrio alginolyticus at different oxygen saturations. A total of 240 shrimp (10 ± 1.5g) were distributed into 16 tanks (60L), divided into two groups, infected and uninfected, which were subjected to 30 or 100% of saturation (in quadruplicate). During 72 hours after infection, daily hemolymph samples were collected for THC and ROS evaluation, and dead animals were removed and computed to assess cumulative mortality rates. Mortality was observed only in infected group, and was higher under 30% of saturation (97.2%) than 100% (77.8%), however, no significant differences were observed between THC and ROS production of infected and uninfected animals, under both saturations. Therefore, the results of this study suggested that hypoxia increases the susceptibility of the shrimps to vibrio infection, which may be not related to the modulation of THC and ROS production.Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a mortalidade acumulativa, a contagem total de hemócitos (CTH) e a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) de camarões Litopenaeus vannamei infectados com Vibrio alginolyticus e submetidos a diferentes saturações de oxigênio dissolvido. Para tanto, 240 camarões (10 ± 1,5g) foram distribuídos em 16 caixas plásticas (60L), divididos em quatro grupos, infectados e não infectados, submetidos a 30% ou 100% de saturação (em quadruplicata). Foram coletadas amostras de hemolinfa para avaliação da CTH e das EROs antes (0h) e depois (24h, 48h e 72h) da infecção, e estimada a mortalidade nesse período. Foi observada mortalidade apenas nos tratamentos com infecção, sendo maior com 30% de saturação (97,2%) do que 100% (77,8%), porém não foram constatadas diferenças significativas na CTH e nas EROs dos animais infectados e não infectados em ambas as saturações. Dessa forma, pode-se concluir que a hipóxia aumenta a susceptibilidade dos camarões à infecção bacteriana, porém, aparentemente, sem relação com a modulação da quantidade de hemócitos circulantes e do burst respiratório.

ESTUDO IN SILICO DA INTERAÇÃO DO Δ9-TETRAHIDROCANABINOL COM PROCESSOS BIOLÓGICOS EM Drosophila melanogaster E Homo sapiens

Cannabis sativa L. (C. sativa) é uma espécie do gênero Cannabis, pertencente à família Cannabaceae. Possui uma grande quantidade de substâncias ativas chamadas canabinoides (CBs), dentre eles destacamos o Δ9-tetrahidrocanabinol (THC), o responsável pelos efeitos psicoativos atribuídos à C. sativa. Drosophila melanogaster é utilizada como organismo modelo para o estudo de processos moleculares, celulares e de desenvolvimento de doenças já que, 75% de seus genes possuem ortólogos em humanos, o que vem contribuindo ao longo dos anos para a melhor compreensão dos mecanismos que são conservados em seres humanos. Em razão disso, utilizamos a biologia de sistemas, uma ferramenta de bioinformática, para realizar uma caracterização inicial da forma como o THC poderia interagir com os sistemas biológicos da mosca da fruta e seres humanos. Redes de proteínas e THC foram fusionadas utilizando STITCH 5.0, STRING 11.0 e o software Cytoscape 3.5. Embora D. melanogaster não possua receptores CB1 e CB2, que são receptores canabinoides bem estabelecidos em humanos, foram identificados 112 nós e 888 conectores para o D. melanogaster. Uma rede composta por 136 nós e 2447 conectores para Homo sapiens também foi criada e, quando comparados os resultados de centralidades de ambas as redes, observamos que as seis proteínas, com maior valor dentro da rede (Hub-bottleneck), eram ortólogas entre os dois organismos de estudo. Desta maneira, os resultados mostram que o THC possui capacidade de interagir com proteínas relacionadas à receptores acoplados à proteína G, proteínas ribossomais e ainda ubiquitina tanto em D. melanogaster quanto em H. sapiens. Estes resultados apontam para a possibilidade de utilizar D. melanogaster como organismo experimental em estudos que envolvem a avaliação da toxicidade e genotoxicidade de canabinoides, como o THC, com um bom nível de extrapolação dos resultados para humanos