Distributed optimal control of a nonstandard system of phase field equations

We investigate a distributed optimal control problem for a phase field model of Cahn-Hilliard type. The model describes two-species phase segregation on an atomic lattice under the presence of diffusion; it has been recently introduced by the same authors in arXiv:1103.4585v1 [math.AP] and consists of a system of two highly nonlinearly coupled PDEs. For this reason, standard arguments of optimal control theory do not apply directly, although the control constraints and the cost functional are of standard type. We show that the problem admits a solution, and we derive the first-order necessary conditions of optimality.Comment: Key words: distributed optimal control, nonlinear phase field systems, first-order necessary optimality condition

Microsatellite diversity and effective population size in a germplasm bank of Hymenaea courbaril var. stilbocarpa (Leguminosae), an andangered tropical tree: recommendations for conservation.

Made available in DSpace on 2018-06-13T00:44:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SP19753ID31775.pdf: 319689 bytes, checksum: 4102fddb197838c87dc923afabc26672 (MD5) Previous issue date: 2009-09-1

Estudio mediante dinámica molecular de la estructura tridimensional del κ–carragenano en diferentes solventes

El κ–carragenano es un polisacárido iónico extraído de algas marinas rojas constituido por unidades repetitivas copolimericas de α–(1–3) D–galactosa 4–sulfato y β–(1–4) 3,6–anhydro–D–galactosa. El conocimiento de las bases moleculares que determinan la conformación tridimensional de este polisacárido, es fundamental tanto para comprender las interacciones que llevan a la formación de geles como para regular sus propiedades industriales. Como sucede con tantos biopolímeros, si bien su estructura primaria es conocida, su estructura secundaria no está aún bien determinada, dependiendo la misma de las condiciones físico–químicas de la solución. En este trabajo proponemos estudiar el efecto de las moléculas de solvente sobre la conformación molecular. Para ello se ha realizado un estudio mediante dinámica molecular (MD) de un decámero de las unidades disacarídicas que forman el κ–carragenano, con el soluto sumergido en dos solventes moleculares explícitos de propiedades muy distintas: DMSO y agua. Las simulaciones fueron realizadas utilizando el paquete computacional GROMACS MD, utilizando en ambos cálculos átomos de Na+ como contraiones. Se han calculado las trayectorias de los ángulos diedros glicosídicos, los enlaces hidrógenos y las distancias interatómicas más relevantes a la conformación polimérica, mostrándose un buen acuerdo con los resultados experimentales disponibles, así como una coherencia global con cálculos previos de mecánica y dinámica molecular en agua o vacío.The κ–carrageenan is an ionic polysaccharide extracted from marine red algae constituted by the copolymeric repetitive units of α–(1–3) D–galactose 4 – sulfate and β–(1–4) 3,6–anhydro–D–galactose. The knowledge of the molecular bases that determine the three–dimensional conformation of this polysaccharide is fundamental to understand the interactions leading to gel formation, as well as the regulation of its industrial properties. As with other biopolymers, even though its primary structure is well–known, the secondary structure is still a matter of debate. This work present and discuss the results of Molecular Dynamics (MD) simulations of a decamer of the repeating disaccharide unit constituting the κ–carrageenan. The simulations were run using the GROMACS MD package, with the solute immersed in molecular solvent, either DMSO or water, and using Na+ atoms as counterions. The dynamics of the central glycosidic angles are presented, as well as the pattern of possible intramolecular and solvent mediated H–bonds and some characteristics interatomic distances. These results are in good agreement with the available experimental data, as well as those of previous molecular mechanics and dynamics.Fil: Fernandez Gauna, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; ArgentinaFil: Villegas, M.. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Guidugli, S.. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Esteban, C.. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Paoletti, S.. Universita Degli Studi Di Trieste; ItaliaFil: Pantano, S.. Instituto Pasteur de Montevideo; UruguayFil: Benegas, Julio Ciro. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis; Argentin

Equatorial and related non-equilibrium states in magnetization dynamics of ferromagnets: Generalization of Suhl's spin-wave instabilities

We investigate the nonlinear dynamics underlying the evolution of a 2-D nanoscale ferromagnetic film with uniaxial anisotropy in the presence of perpendicular pumping. Considering the associated Landau-Lifshitz spin evolution equation with Gilbert damping together with Maxwell equation for the demagnetization field, we study the dynamics in terms of the stereographic variable. We identify several new fixed points for suitable choice of external field in a rotating frame of reference. In particular, we identify explicit equatorial and related fixed points of the spin vector in the plane transverse to the anisotropy axis when the pumping frequency coincides with the amplitude of the static parallel field. We then study the linear stability of these novel fixed points under homogeneous and spin wave perturbations and obtain a generalized Suhl's instability criterion, giving the condition for exponential growth of P-modes under spin wave perturbations. Two parameter phase diagrams (in terms of amplitudes of static parallel and oscillatory perpendicular magnetic fields) for stability are obtained, which differ qualitatively from those for the conventional ferromagnetic resonance near thermal equilibrium and are amenable to experimental tests.Comment: 23 pages, 5 figures, To appear in Physica

Polymeric properties of κ-carrageenan chains at diferents temperatures

Este trabajo describe la dependencia con la temperatura de la longitud de persistencia y el cociente característico de cadenas del polisacárido iónico κ-carragenano. Estas propiedades poliméricas fueron calculadas en una asamblea estadística de cadenas largas (n=900) construidas con un algoritmo de Monte Carlo que utiliza resultados de dinámica molecular para asignar probabilidades para la agregación de unidades poliméricas a una cadena en construcción. Los resultados muestran que al bajar la temperatura de la solución de 363K a 282K la longitud de persistencia de las cadenas casi se duplica, obteniéndose a 282K un valor de 7 nm, muy cercano al valor experimental. Este comportamiento indica que al bajar la temperatura las cadenas se ordenan y vuelven más rígidas, condiciones esenciales para la formación de los geles termoreversibles y mesofases ordenadas que caracterizan a este polisacárido iónico en solución acuosa.This work describes the temperature dependence of persistence lengths and characteristic ratios of 900 residues long κ−carrageenans chains. These polymeric properties were calculated on an appropriate ensemble of calculated long chains (n=900), which were built with a Monte Carlo algorithm that assigned conformational probabilities based on the results of previously run molecular dynamics simulations. In very good agreement with experimental results, a value of 7nm is obtained for the calculated persistence length at 282K, which almost double the value calculated at 363K. This behavior indicates that the κ−carrageenans chains become more rigid and ordered at low temperatures, the basic condition for chain association leading to the formation of the thermo reversible gels and ordered mesophases that characterize this polysaccharide in aqueous solutions.Fil: Villegas, M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Guidugli, S.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Esteban, C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Fernandez Gauna, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Pantano, S.. Instituto Pasteur de Montevideo; UruguayFil: Paoletti, S.. Universita Degli Studi Di Trieste; ItaliaFil: Benegas, Julio Ciro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentin

Flexibilty of neutral and charged chains of polygalacturonic acid in diferent solvent

El objetivo de este trabajo es estudiar el efecto del solvente y del estado de carga sobre la flexibilidad de cadenas de ácido péctico (poli(1→4)-α-D-galacturónico). Para ello se construyeron cadenas de longitud creciente mediante un algoritmo de Monte Carlo que utiliza los resultados de dinámica molecular (DM) para asignar probabilidades para la orientación de cada monómero agregado a la cadena. Mediante este procedimiento se crearon asambleas estadísticas de cadenas no perturbadas de hasta 900 monómeros, para los cuatro casos de interés: cadenas totalmente ionizadas o neutras de ácido péctico en agua o dimetilsulfóxido (DMSO). Las correspondientes longitudes de persistencia y cocientes característicos calculados en estas asambleas estadísticas establecen que, en agua, el ácido péctico ionizado es más rígido que el descargado, confirmando algunos resultados de literatura. En DMSO se revierte la situación, señalando la complejidad de la dependencia con el estado de carga y el solvente de las propiedades conformacionales de este biopolímero. Un análisis de los resultados de las respectivas DM muestra que los puentes hidrógenos intramoleculares no se correlacionan con este comportamiento de la longitud de persistencia, pero que sí lo hace la masa de las moléculas de solvente unidas mediante enlaces de hidrógeno al soluto. Se especula que, para este polisacárido extendido y relativamente rígido, la interacción con las moléculas del solvente, manifestada a través del efecto inercial de esta masa "extra", puede ser un factor importante de estabilidad conformacional.The aim of this work is to study the effect of different molecular solvents and charge state on the conformational properties of pectic acid (poly(1→4)-α-D-galacturonic). For that purpose statistical ensembles of long polygalacturonic chains have been created using a Monte Carlo approach in which, after an initial monomer is selected, the dihedral angles of the following monomer are assigned through a Metropolis algorithm that uses conformational probabilities obtained from the trajectories of molecular dynamics simulations of the four cases of interest; the fully protonated and charged polymer in molecular water or DMSO solvents. For all these cases characterization of polymer flexibility is obtained by calculating characteristic ratios and persistence lengths on the respective populations. The results show that the charged chains in water are more rigid than the neutral counterpart, while in explicit DMSO the situation is reversed. Analyses of the previous MD show that intramolecular Hbond patterns (both direct and mediated by solvent molecules) do not correlate with this flexibility pattern. An important correlation is found, however, between the variation of the persistence length and the “extra” mass, defined as the mass of solvent molecules H-bonded added to the saccharide. We speculate that, for this type of elongated molecules, whose conformational space is restricted to a single region at large values of both glycosidic angles, the large inertia of this “extra” mass could play an important role in hindering its torsional mobility.Fil: Guidugli, S.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Villegas, M.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; ArgentinaFil: Esteban, C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Fernandez Gauna, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Pantano, S.. Instituto Pasteur de Montevideo; UruguayFil: Paoletti, S.. Universita Degli Studi Di Trieste; ItaliaFil: Benegas, Julio Ciro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis "Prof. Ezio Marchi". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico, Matemáticas y Naturales. Instituto de Matemática Aplicada de San Luis ; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentin

Wolbachia in the flesh: symbiont intensities in germ-line and somatic tissues challenge the conventional view of Wolbachia transmission routes

Symbionts can substantially affect the evolution and ecology of their hosts. The investigation of the tissue-specific distribution of symbionts (tissue tropism) can provide important insight into host-symbiont interactions. Among other things, it can help to discern the importance of specific transmission routes and potential phenotypic effects. The intracellular bacterial symbiont Wolbachia has been described as the greatest ever panzootic, due to the wide array of arthropods that it infects. Being primarily vertically transmitted, it is expected that the transmission of Wolbachia would be enhanced by focusing infection in the reproductive tissues. In social insect hosts, this tropism would logically extend to reproductive rather than sterile castes, since the latter constitute a dead-end for vertically transmission. Here, we show that Wolbachia are not focused on reproductive tissues of eusocial insects, and that non-reproductive tissues of queens and workers of the ant Acromyrmex echinatior, harbour substantial infections. In particular, the comparatively high intensities of Wolbachia in the haemolymph, fat body, and faeces, suggest potential for horizontal transmission via parasitoids and the faecal-oral route, or a role for Wolbachia modulating the immune response of this host. It may be that somatic tissues and castes are not the evolutionary dead-end for Wolbachia that is commonly thought