Dynamic Resource Allocation in Conservation Planning

Consider the problem of protecting endangered species by selecting patches of land to be used for conservation purposes. Typically, the availability of patches changes over time, and recommendations must be made dynamically. This is a challenging prototypical example of a sequential optimization problem under uncertainty in computational sustainability. Existing techniques do not scale to problems of realistic size. In this paper, we develop an efficient algorithm for adaptively making recommendations for dynamic conservation planning, and prove that it obtains near-optimal performance. We further evaluate our approach on a detailed reserve design case study of conservation planning for three rare species in the Pacific Northwest of the United States

Bifurcations and dynamics emergent from lattice and continuum models of bioactive porous media

We study dynamics emergent from a two-dimensional reaction--diffusion process modelled via a finite lattice dynamical system, as well as an analogous PDE system, involving spatially nonlocal interactions. These models govern the evolution of cells in a bioactive porous medium, with evolution of the local cell density depending on a coupled quasi--static fluid flow problem. We demonstrate differences emergent from the choice of a discrete lattice or a continuum for the spatial domain of such a process. We find long--time oscillations and steady states in cell density in both lattice and continuum models, but that the continuum model only exhibits solutions with vertical symmetry, independent of initial data, whereas the finite lattice admits asymmetric oscillations and steady states arising from symmetry-breaking bifurcations. We conjecture that it is the structure of the finite lattice which allows for more complicated asymmetric dynamics. Our analysis suggests that the origin of both types of oscillations is a nonlocal reaction-diffusion mechanism mediated by quasi-static fluid flow.Comment: 30 pages, 21 figure

Lattice and Continuum Modelling of a Bioactive Porous Tissue Scaffold

A contemporary procedure to grow artificial tissue is to seed cells onto a porous biomaterial scaffold and culture it within a perfusion bioreactor to facilitate the transport of nutrients to growing cells. Typical models of cell growth for tissue engineering applications make use of spatially homogeneous or spatially continuous equations to model cell growth, flow of culture medium, nutrient transport, and their interactions. The network structure of the physical porous scaffold is often incorporated through parameters in these models, either phenomenologically or through techniques like mathematical homogenization. We derive a model on a square grid lattice to demonstrate the importance of explicitly modelling the network structure of the porous scaffold, and compare results from this model with those from a modified continuum model from the literature. We capture two-way coupling between cell growth and fluid flow by allowing cells to block pores, and by allowing the shear stress of the fluid to affect cell growth and death. We explore a range of parameters for both models, and demonstrate quantitative and qualitative differences between predictions from each of these approaches, including spatial pattern formation and local oscillations in cell density present only in the lattice model. These differences suggest that for some parameter regimes, corresponding to specific cell types and scaffold geometries, the lattice model gives qualitatively different model predictions than typical continuum models. Our results inform model selection for bioactive porous tissue scaffolds, aiding in the development of successful tissue engineering experiments and eventually clinically successful technologies.Comment: 38 pages, 16 figures. This version includes a much-expanded introduction, and a new section on nonlinear diffusion in addition to polish throughou

Quantifying the combustion behavior of polymers by the combustion efficiency with regard to the weighting of fire loads

For assessing fi re loads in industrial buildings it is essential to quantify the burning behavior of materials as accurate as adequate. There for the combustion effi ciency is used. To determine the combustion effi ciency required energies and energy rates can be measured via Cone Calorimeter. Exemplifi ed by two polymers, polyethylene and polymethylmethacrylate, these parameters are determined and analyzed with regard to the calculation of the combustion effi ciency

Die Erfassung von Aufmerksamkeit, Aktivität und Impulsivität bei Kindern und Jugendlichen mit einer Essstörung mittels QbTest, einem Infrarot Bewegungsanalysesystem

Das Ziel unserer Untersuchung war es, die drei Parameter Aufmerksamkeit, Aktivität und Impulsivität mit Hilfe des QbTests, einem computergestützen Verfahren, objektiv darzustellen und die Ergebnisse verschiedener Krankheitsbilder zu vergleichen. Wir untersuchten dafür die Inanspruchnahmepopulation (n=502) der Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie und Psychotherapie der Philipps-Universität Marburg vom 01.06.2004 – 31.12.2005 mit 315 Patienten (63%). Die Ergebnisse der Patienten mit einer Essstörung (ES, n041) wurden vier weiteren Diagnosegruppen (Patienten mit: einer schizophrenen Erkrankung (n=22), affektiven Störungen (n=20), neurotischen, Belastungs- und somatoformen Störungen (n=68) und Störungen des Sozialverhaltens (n=31) gegenübergestellt. Es fand ein Vergleich zwischen den Ergebnissen bei stationärer Aufnahme und denen bei Entlassung statt. Wir verglichen die Ergebnisse der Patienten mit einer Anorexia nervosa (AN) mit denen von Patienten mit einer Bulimia nervosa (BN), und die Resultate von Patienten mit einer sekundären Amenorrhoe mit denen ohne dieses Symptom. Wir versuchten weitere eventuelle Einflussfaktoren wie den IQ, das Alter und den BMI zu ermitteln. Die Patienten mit einer ES erzielten die besten Aufmerksamkeitsleistungen und unterschieden sich damit signifikant von den Patienten mit einer Schizophrenie und denen mit einer Störung des Sozialverhaltens. Zur internen Validitätskontrolle wandten wir außerdem den d2-C-Test an. Dort fand sich außerdem ein signifikanter Unterschied zur Gruppe der Patienten mit einer neurotischen Störung. In der Messung der Impulsivität zeigten die Patienten mit einer ES (F50) die niedrigsten Ergebnisse. Signifikant hoben sie sich damit von den Patienten mit einer Störung des Sozialverhaltens ab. Die motorische Aktivität der Patienten mit einer ES war die geringste. Im Vergleich der Ergebnisse der 1. und 2. Testung verbesserten vier der fünf Diagnosegruppen ihre Aufmerksamkeitsleistungen. In der Patientengruppe mit einer ES gab es eine Divergenz in den Ergebnissen der beiden verwendeten Testverfahren: im QbTest zeigte sich eine leichte, jedoch nicht signifikante Verschlechterung der Aufmerksamkeitsleistungen. Im d2-C-Test kam es zu einer Verbesserung der Aufmerksamkeit mit großer Effektstärke. Ähnliches gilt für die motorische Aktivität, wo die Gruppe F50 sich (ohne Effektstärke) leicht unruhiger zeigte. In den Bereichen der Impulsivität verbesserte sich die Gruppe F50. Nur für die Patientengruppe mit einer ES konnten korrelative Zusammenhänge zwischen allen einzelnen Testparametern gefunden werden. Im Vergelich der Ergebnisse von Patienten mit einer AN und einer BN konnten wir keine signifikanten Disparitäten feststellen. Die Untersuchung der Gruppen von Patienten a) mit einer sekundären Amenorrhoe und b) ohne dieses Symptom erbrachte keine signifikanten Unterschiede. Als überprüfte Einflussgrößen konnte der IQ vor allem für die Ergebnisse des QbTests für die Patienten mit einer ES als entscheidend herausgearbeitet werden. Zu überprüfen jedoch wäre die allgemeine Abhängigkeit dieses Testverfahrens vom IQ. Für die Gruppe F50 war nur für zwei Aufmerksamkeitswerte ein Zusammenhang mit dem Alter nachweisbar. Als letzter untersuchter Parameter erbrachte der Wert des BMI zu zwei Unterpunkten der Aufmerksamkeit und den beiden Impulsivitätswerten einen signifikanten Zusammenhang in der Patientengruppe F50. Die Patienten mit einer ES erbrachten damit im Vergleich zu den vier anderen Diagnosegruppen die besten Leistungen in den Bereichen Aufmerksamkeit, Impulsivität und Aktivität. Zu kritisieren sind an unserer Arbeit die relativ geringen Fallzahlen und das Fehlen von Normwerten als Vergleich. Die dargestellten Ergebnisse sind also eher deskriptiv zu werten. Die Nutzung des QbTest als objektives Messverfahren, welches eine kombinierte Überprüfung dreier in neuropsychologischen Testverfahren wichtigen Parameter ermöglicht, können wir als bereichernd und klinisch gut anwendbar empfehlen. Es zeigte sich in unseren Untersuchung praktisch gut anwendbar und kann als Verlaufskontrolle bei chronischen Erkrankungen oder bei der medikamentösen Einstellung beispielsweise als sehr hilfreich angesehen werden

TGF-β2 dictates disseminated tumour cell fate in target organs through TGF-β-RIII and p38α/β signalling

In patients, non-proliferative disseminated tumour cells (DTCs) can persist in the bone marrow (BM) while other organs (such as lung) present growing metastasis. This suggested that the BM might be a metastasis ‘restrictive soil’ by encoding dormancy-inducing cues in DTCs. Here we show in a head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) model that strong and specific transforming growth factor-β2 (TGF-β2) signalling in the BM activates the MAPK p38α/β, inducing an (ERK/p38)low signalling ratio. This results in induction of DEC2/SHARP1 and p27, downregulation of cyclin-dependent kinase 4 (CDK4) and dormancy of malignant DTCs. TGF-β2-induced dormancy required TGF-β receptor-I (TGF-β-RI), TGF-β-RIII and SMAD1/5 activation to induce p27. In lungs, a metastasis ‘permissive soil’ with low TGF-β2 levels, DTC dormancy was short-lived and followed by metastatic growth. Importantly, systemic inhibition of TGF-β-RI or p38α/β activities awakened dormant DTCs, fuelling multi-organ metastasis. Our work reveals a ‘seed and soil’ mechanism where TGF-β2 and TGF-β-RIII signalling through p38α/β regulates DTC dormancy and defines restrictive (BM) and permissive (lung) microenvironments for HNSCC metastasis.Fil: Bragado, Paloma. Mount Sinai School of Medicine. Tisch Cancer Institute; Estados UnidosFil: Estrada, Yeriel. Mount Sinai School of Medicine. Tisch Cancer Institute; Estados UnidosFil: Parikh, Falguni. Mount Sinai School of Medicine. Tisch Cancer Institute; Estados UnidosFil: Krause, Sarah. University Hospital of Schleswig-Holstein; AlemaniaFil: Capobianco, Carla Sabrina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Oncología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Farina, Hernán Gabriel. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Oncología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Schewe, Denis M.. Mount Sinai School of Medicine. Tisch Cancer Institute; Estados UnidosFil: Aguirre Ghiso, Julio A.. Mount Sinai School of Medicine. Tisch Cancer Institute; Estados Unido

Can massive stars form in low mass clouds?

The conditions required for massive star formation are debated, particularly whether massive stars must form in conjunction with massive clusters. Some authors have advanced the view that stars of any mass (below the total cluster mass) can form in clusters of any mass with some probability (random sampling). Others pointed out that the scatter in the determinations of the most massive star mass for a given cluster mass was consistent with the measurement error, such that the mass of the most massive star was determined by the total cluster mass (optimal sampling). Here we investigate the relation between cluster mass (M\textsubscript{ecl}) and the maximum stellar mass (M\textsubscript{max}) using a suite of SPH simulations. Varying cloud mass and turbulence random seed results in a range of cluster masses which we compare with their respective maximum star masses. We find that more massive clusters will have, on average, higher mass stars with this trend being steeper at lower cluster masses (M\textsubscript{max} \propto M\textsubscript{ecl}^{0.31} for M\textsubscript{ecl}<500M\,_{\odot}) and flattening at higher cluster masses (M\textsubscript{max} \propto M\textsubscript{ecl}^{0.11} for M\textsubscript{ecl}>500M\,_{\odot}). This rules out purely stochastic star formation in our simulations. Significant scatter in the maximum masses with identical initial conditions also rules out the possibility that the relation is purely deterministic (that is that a given cluster mass will result in a specific maximum stellar mass). In conclusion our simulations disagree with both random and optimal sampling of the initial mass function.Comment: Accepted in MNRA

Can massive stars form in low mass clouds?

© 2023 The Author(s). This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY), https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/The conditions required for massive star formation are debated, particularly whether massive stars must form in conjunction with massive clusters. Some authors have advanced the view that stars of any mass (below the total cluster mass) can form in clusters of any mass with some probability (random sampling). Others pointed out that the scatter in the determinations of the most massive star mass for a given cluster mass was consistent with the measurement error, such that the mass of the most massive star was determined by the total cluster mass (optimal sampling). Here we investigate the relation between cluster mass (M\textsubscript{ecl}) and the maximum stellar mass (M\textsubscript{max}) using a suite of SPH simulations. Varying cloud mass and turbulence random seed results in a range of cluster masses which we compare with their respective maximum star masses. We find that more massive clusters will have, on average, higher mass stars with this trend being steeper at lower cluster masses (M\textsubscript{max} \propto M\textsubscript{ecl}^{0.31} for M\textsubscript{ecl}500M\,_{\odot}). This rules out purely stochastic star formation in our simulations. Significant scatter in the maximum masses with identical initial conditions also rules out the possibility that the relation is purely deterministic (that is that a given cluster mass will result in a specific maximum stellar mass). In conclusion our simulations disagree with both random and optimal sampling of the initial mass function.Peer reviewe