Water isotope tracers and multi-proxy paleolimnological approaches are used to characterize the present and past hydrology of the Slave River Delta (SRD), NWT. This research addresses crucial gaps in knowledge about the role of major hydrological processes on the water balances of northern freshwater lakes, and responds to concerns expressed by local land users about declining flood frequency in the delta following upstream river regulation. Contemporary hydrological studies were conducted using multiple lakewater sampling campaigns from a suite of 41 delta lakes situated in three previously recognized biogeographical zones - outer delta, mid-delta and apex – that were initially sampled in fall 2002, and again immediately following the spring melt, during summer, and in the fall of 2003-2005. Paleolimnological studies aimed at reconstructing flood frequency in the Slave River focus on a sediment core obtained from a flood-susceptible lake in the active delta. Together, contemporary and past studies of SRD hydrology provide a detailed picture of environmental change and variability in an important northern freshwater ecosystem.

Thesis (M. A.)--University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (p. 127-146).

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Cédérom en pochette. Bibliogr.: f. 423-453. Publié aussi en version électronique.

Le Delta de l'Okavango est un système endorhéique formant un cône alluvial dans la dépression du Kalahari. L'écosystème y est rythmé par une crue annuelle en provenance de l'Angola et entravée par l'escarpement des failles normales du graben de l'Okavango. Ce régime annuel est très variable, car la répartition de la crue annuelle diffère tous les ans. À plus grande échelle temporelle, du millénaire au Ma, l'endorhéisme du Delta peut varier entre des marais (actuel), un mega-lac ou perdre son caractère endorhéique (rivière). Les processus pouvant contrôler ces variations de régime sont 1) l'hydrologie du système, 2) l'activité des failles du graben, 3) l'apport sédimentaire et 4) l'écosystème. Cette étude apporte des contraintes quantifiées éclairant deux de ces processus à travers l'observation de la déformation de la surface terrestre par l'enregistrement de stations GPS permanentes. Le signal observé est annuellement impacté par la charge hydraulique résultant de la saison des pluies, et inter-annuellement par les variations de cette charge, ainsi que l'activité tectonique du graben. Les satellites GRACE fournissent un enregistrement quasi-continu de la variation du stock d'eau continentale, rendant possible la modélisation de la déformation élastique de la surface terrestre sous l'effet de cette charge. Le signal de déformation ainsi modélisé est comparable au signal saisonnier enregistré, validant les données satellitaires GRACE et révélant un important aquifère dans le bassin de l'Okavango. GRACE fournit ainsi un nouveau proxy permettant de suivre l'évolution de l'aquifère, et de valider le modèle hydrologique calibré précédemment pour le bassin. Les variations inter-annuelles d'eau souterraine dans le bassin validées par GRACE confirment le rôle de tampon des variations climatiques joué par l'aquifère sur la modulation des variations climatiques. La phase des variations du stock d'eau met de plus en évidence un effet de seuil dans la recharge de ce stock, en fonction de l'intensité des premières pluies. La faible résolution spatiale des variations du stock d'eau continental fournie par GRACE peut finalement être mieux contrainte par un examen plus détaillé des signaux GPS dans le bassin. Les vitesses de déformation horizontales de part et d'autre du graben révèlent une déformation tectonique faible sur l'ensemble du graben, de 1 mm/an exclusivement décrochante dextre. Une si faible déformation exclut une influence significative de l'activité tectonique et sismique du graben sur la variabilité de la distribution de la crue. Cette déformation observée remet en question le modèle géodynamique admis dans la région, soit une phase précoce de rifting liée à la propagation d'une branche SW du Rift Est-Africain. Un recensement des nombreuses études géophysiques réalisées dans la région dans la dernière décennie et un réexamen de la sismicité de l'Afrique australe n'amène aucune preuve significative de rifting dans le graben de l'Okavango. Un autre modèle géodynamique pour l'Afrique australe est proposé, basé sur l'accommodation lointaine de la déformation associée à l'ouverture à taux différentiels du Rift Est-Africain et le déplacement du craton du Kalahari par rapport au reste de la plaque nubienne. / The Okavango Delta is an endorheic system forming an alluvial fan in the Kalahari depression. The local ecosystem is paced by the annual flood coming from the Angolan highlands, blocked downstream by the normal faults scarps of the Okavango graben. This annual regime is highly variable, with the spatial distribution of the flood differing every year. At the geological time scale, from millenary to mega-annual, the Delta's endorheism can also vary between wetlands (current regime), mega-lake or loose its endorhism to turn into a river. Processes driving these regime variations are 1) the hydrological system, 2) the faulting of the graben, 3) the sedimentary input and 4) the ecosystem. This study brings quantitative constraints regarding two of these processes through the deformation of the Earth's ground surface monitored by permanent GPS stations. The observed signal is impacted seasonally by the hydrological loading resulting from the rainy season, and inter-annually by the variations of the terrestrial water storage, as well as the tectonic activity of the graben. GRACE satellites provide a quasi-continuous record of the variations of the Earth's continental water storage, allowing the modelling of the elastic deformation imposed on the Earth's crust by loading. The resulting modelled deformation signal is well correlated to the observed seasonal signal, hence validating the GRACE data products and revealing a large aquifer in the Okavango basin. GRACE thus provides a new proxy to monitor the evolution of water storage, and to validate more robustly the hydrological model calibrated for the basin. The variations in terrestrial water storage (TWS) in the basin validated by GRACE confirm the buffer effect of the aquifer in the modulation of climatic variations. The phase of the TWS variations moreover highlights a threshold in the recharge of TWS during the rainy season, depending on the intensity of the first rains. Finally, the poor spatial resolution of TWS variations provided by GRACE can be further constrained by a detail examination of the GPS signals in the basin. Horizontal displacements rates across the graben reveal a low tectonic deformation rate, of 1 mm/yr, exclusively along a dextral strike-slip component. Such a low deformation rate excludes a significant influence of the graben faulting on the variability of the flood distribution. The observed deformation calls into question the current geodynamic model for the area, i.e. incipient rifitng due to the propagation of a southwestern branch of the East African Rift System. A review of the numerous geophysical studies in the study area over the last decade, as well as a re-examination of the seismic data in southern Africa does not provide significant evidence for rifting in the Okavango graben. An alternative geodynamic model is proposed, based on the far-field accommodation of the deformation resulting from the differential extension rates in the Rift Valley, and the displacement of the Kalahari craton relative to the Nubian plate.

É bem conhecido que muitos efeitos tóxicos do cádmio (Cd) resultem da ação da interação com metais essenciais, incluindo zinco (Zn). Sendo um poluente ambiental, a exposição à Cd conduz a distúrbios no conteúdo e atividade de Zn no organismo, representando importante via para o desenvolvimento de sua toxicidade. Evidências suportam que Zn pode reduzir os efeitos do Cd, prevendo ou reduzindo a ação tóxica deste metal, enquanto que a deficiência de Zn pode intensificar a toxicidade de Cd. Com base nisto, este trabalho buscou investigar (1) o efeito da interação Zn-Cd sobre o tecido hepático de ratos adultos, por representar um importante alvo biológico à ação dos metais e (2) se estes efeitos são estendidos ao SNC mesmo protegido pela barreira hemato-encefálica. Através da avaliação de parâmetros bioquímicos, como [delta]-aminolevulinato-desidratase e metalotioneína, os resultados encontrados suportam a sobreposição do efeito tóxico de Cd sobre as funções essenciais de Zn, entretanto existe diferença entre os tecidos quanto ao mecanismo protetivo exercido sobre a toxicidade de Cd. Além disso, obtemos dados sobre os níveis de MT que contrapõem suas funções benéficas previamente descritas. Em resumo, essa dissertação reforça a ação tóxica de Cd por vias biológicas comuns ao Zn e expõe diferenças entre o tecido hepático e o SNC quanto ao mecanismo interativo. / It is well known that many toxic effects of cadmium (Cd) results from the action of the interaction with essential metals, for example zinc (Zn). Cd is an environmental pollutant, which exposure leads to disturbance in the content and atividade of Zn in the body. Evidences indicate that Zn can reduce the effects of Cd for provide or reduce the toxic action of this metal, whereas Zn deficiency can intensify the toxicity of Cd. On account of this, our study aimed investigate (1) the effect of Zn-Cd interaction on the liver tissue of adult rats, which represents important biological target for action of the metals and (2) if these effects are extended to the CNS even protected by the blood-brain barrier. Through the evaluation of biochemical parameters, as [delta]-aminolevulinate-dehydratase ([delta]-ALA-D) and metallothionein (MT), the results support the overlap of the toxic effect of Cd on the essential functions of Zn; however there is difference between the tissues on the protective mechanism exerted on the toxicity of Cd. Furthermore, we obtain data on the levels of MT that contrast to their beneficial functions previously described. In summary, this work reinforces the toxic effect of Cd by biological pathways common to the Zn and explains differences between the liver tissue and CNS in relation to the interactive mechanism.

In this research an approach to all optical delta sigma modulator (ADSM) has been elaborated. Two important components of ADSM; "leaky integrator" and "inverted bi-stable quantizer" were modeled, on the basis of cross gain modulation of the Semiconductor Optical Amplifier (SOA). The simulations (via VPI photonics) were all in micrometer scale (suitable for chip fabrication). By simulating each element of ADSM the whole circuit was simulated and results have been showed and analyzed. By investigating the ADSM, the limiting factor for reaching higher frequencies (THz) was recognized to be the quantization device. Thus a new optical switch was introduced, for the first time so called "proteresis." By applying proteretic bi-stable device in the delta sigma modulator, the resonance frequency was improved minimum two fold from 295MHz to 575MHz without making any change in hysteretic bi-stable switch. The broad impact of this research is on the digital technologies that can be utilized in high-speed signal processing. The prime examples are the RF technologies used in military and civilian applications. Furthermore introduction of proteresis opens a new research gate for compensating delay in almost every system.

É bem conhecido que muitos efeitos tóxicos do cádmio (Cd) resultem da ação da interação com metais essenciais, incluindo zinco (Zn). Sendo um poluente ambiental, a exposição à Cd conduz a distúrbios no conteúdo e atividade de Zn no organismo, representando importante via para o desenvolvimento de sua toxicidade. Evidências suportam que Zn pode reduzir os efeitos do Cd, prevendo ou reduzindo a ação tóxica deste metal, enquanto que a deficiência de Zn pode intensificar a toxicidade de Cd. Com base nisto, este trabalho buscou investigar (1) o efeito da interação Zn-Cd sobre o tecido hepático de ratos adultos, por representar um importante alvo biológico à ação dos metais e (2) se estes efeitos são estendidos ao SNC mesmo protegido pela barreira hemato-encefálica. Através da avaliação de parâmetros bioquímicos, como [delta]-aminolevulinato-desidratase e metalotioneína, os resultados encontrados suportam a sobreposição do efeito tóxico de Cd sobre as funções essenciais de Zn, entretanto existe diferença entre os tecidos quanto ao mecanismo protetivo exercido sobre a toxicidade de Cd. Além disso, obtemos dados sobre os níveis de MT que contrapõem suas funções benéficas previamente descritas. Em resumo, essa dissertação reforça a ação tóxica de Cd por vias biológicas comuns ao Zn e expõe diferenças entre o tecido hepático e o SNC quanto ao mecanismo interativo. / It is well known that many toxic effects of cadmium (Cd) results from the action of the interaction with essential metals, for example zinc (Zn). Cd is an environmental pollutant, which exposure leads to disturbance in the content and atividade of Zn in the body. Evidences indicate that Zn can reduce the effects of Cd for provide or reduce the toxic action of this metal, whereas Zn deficiency can intensify the toxicity of Cd. On account of this, our study aimed investigate (1) the effect of Zn-Cd interaction on the liver tissue of adult rats, which represents important biological target for action of the metals and (2) if these effects are extended to the CNS even protected by the blood-brain barrier. Through the evaluation of biochemical parameters, as [delta]-aminolevulinate-dehydratase ([delta]-ALA-D) and metallothionein (MT), the results support the overlap of the toxic effect of Cd on the essential functions of Zn; however there is difference between the tissues on the protective mechanism exerted on the toxicity of Cd. Furthermore, we obtain data on the levels of MT that contrast to their beneficial functions previously described. In summary, this work reinforces the toxic effect of Cd by biological pathways common to the Zn and explains differences between the liver tissue and CNS in relation to the interactive mechanism.

Na primeira parte desta tese, estudamos os princípios operacionais das decisões celulares mediadas pelo sistema de sinalização Notch. Este sistema tem papel importante nas decisões celulares que ocorrem durante o desenvolvimento embrionário, cicatrização de feridas e na formação de tumores. O circuito de sinalização é ativado quando o receptor Notch de uma célula interage com um dos ligantes - Delta ou Jagged - de uma célula vizinha. O circuito Notch-Delta forma um comutador intercelular, e duas células vizinhas tendem a adotar estados diferentes - Emissor (muito ligante e pouco receptor) e Recebedor (pouco ligante e muito receptor). Neste manuscrito, apresentamos uma nova abordagem teórica que integra ambos Delta e Jagged no circuito Notch. Mostramos que o circuito Notch-Delta-Jagged permite um novo estado - um híbrido Emissor/Recebedor (E/R) com concentrações intermediárias de receptores e ligantes, e portanto o circuito é age como uma chave de três vias. Em seguida, observamos que a taxa de produção de ambos os ligantes, assim como a modulação assimétrica da afinidade de ligação do Notch com seus ligantes mediada pela glicosiltransferase Fringe, afeta severamente o intervalo de existência dos estados e sua relativa estabilidade - altos níveis de Jagged, mas não de Fringe ou Delta, promovem o estado híbrido E/R e o processo de indução lateral. Nós elucidamos o papel de Jagged na determinação dos estados celulares e discutimos sua possível implicação no entendimento da comunicação entre tumor e estroma, que frequentemente envolve comunicação via interações Notch-Jagged. Posteriormente, avaliamos a interação entre Notch, inflamação e a população de Células Cancerígenas Estaminais (CCE). Mostramos que inflamação pode expandir a população de CCE por meio do aumento dos níveis de produção de Jagged que posteriormente ativa o sistema de sinalização Notch em células vizinhas não-CCE. Nossos resultados sugerem que a inibição da produção de Jagged atenua o efeito da expansão de CCE devido a inflamação, indicando que inflamação cresce a população de CCE via interações Notch-Jagged. Nossos resultados são consistentes com observações em câncer de mama do subtipo basal (triplo negativo), onde a perda de Fringe e a ativação constitutiva do eixo NF-kB - Jag1 promove a expansão da população de CCE. Nossa abordagem computacional pode ser adaptada para incluir circuitos adicionais tais como p53 e hipóxia, que afetam a plasticidade celular, proporcionando assim uma plataforma útil para a projeção de novas terapias. Na segunda parte desta tese, introduzimos um novo método para seleção de características: Suvrel. Este é um método variacional, inspirado em aprendizado de relevância, para determinar tensores métricos para definição de distâncias baseadas em similaridades, para utilização em métodos de classificação. Nós introduzimos uma nova metodologia na qual o tensor métrico pode ser calculado analiticamente. O preprocessamento das características por uma transformação linear utilizando o tensor métrico calculado via Suvrel melhora a eficiência dos classificadores. Testamos nosso método para conjuntos de dados públicos, utilizando os classificadores mais comumente utilizados. Nós também aplicamos esta metodologia no estudo da relação entre parâmetros estruturais globais e o sistema de classificação de função enzimática. Por último, introduzimos uma nova metodologia para a identificação de genes diferencialmente expressos utilizando a tecnologia de microarranjos de DNA. Diferentemente das abordagens tradicionais, nossa metodologia evita passos intermediários de preprocessamento que são desnecessários e devido a isto não acumula erros destas análises, o que resulta em um método mais sensível e robusto. / In the first part of this thesis, we studied the operating principles of cell fate decisions mediated by Notch signaling pathway. This pathway have important role in cell fate determination during embryonic development, wound healing and tumorigenesis. Notch signaling is activated by binding of Notch receptor of one cell to either of its ligand- Delta or Jagged- of another cell. Notch-Delta circuit forms an intercellular toggle switch, and two neighboring cells tend to adopt different fates - Sender (high ligand, low receptor) and Receiver (low ligand, high receptor). Here, we present a new tractable theoretical framework that incorporates both Delta and Jagged in Notch signaling, and show that Notch-Delta-Jagged circuit enables an additional fate - hybrid Sender/Receiver (S/R) (medium ligand, medium receptor) and behaves as a three-way switch. Further, we found that production rates of both the ligands and the asymmetric modulation of binding affinity of Notch to its ligands by glycosyltransferase Fringe severely affects the parameter range of the existence of these states and their relative stability - high levels of Jagged, but not that of Fringe or Delta, promote hybrid S/R state and lateral induction. We elucidate the role of Jagged in cell fate determination and discuss its possible implications in understanding tumor-stroma crosstalk, which frequently entails Notch-Jagged communication. We further evaluate the interplay among Notch signaling, inflamation and Cancer Stem Cell population. We show that inflammation can expand the population of Cancer Stem Cells (CSCs) by increasing the levels of Jagged in cells that can further activate Notch signaling pathway in neighboring non-CSCs. Our results suggest that, inhibiting the production of Jagged dampens the effect of inflammation in expanding the CSC population, indicating that inflammatory signal function through Notch-Jagged signaling to increase CSCs. Our results are consistent with observations in basal-like breast cancer, where loss of Fringe and constitutive activation of NF-kB-Jag1 axis promotes CSC population. Our computational framework can be tailored to include additional signals such as p53 and hypoxia that affect this plasticity to gain stemness, thus providing a platform that can be useful in designing novel therapies. In the second part of the thesis, we introduce a new method for feature selection: Supervised Variational Relevance Learning (Suvrel). This is a variational method to determine metric tensors to define distance based similarity in pattern classification, inspired in relevance learning. We propose a new methodology where the metric tensor can be calculated analytically. Preprocessing the patterns by doing linear transformations using the metric tensor yields a dataset which can be more efficiently classified. We test our methods using publicly available datasets, for some standard classifiers. We also applied this methodology to study the relationship between global structural parameters and the Enzyme Commission hierarchy. Lastly, we propose a new methodology for identifying the differentially expressed genes using DNA microarray technology. Unlike traditional approaches, our methodology skips intermediate unnecessary preprocessing steps and therefore does not accumulate errors due to these analysis, resulting in a more sensitive and robust method.

Neste trabalho é estudado o comportamento termodinâmico de um gás unidimensional de bosons sob a ação de uma impureza delta atrativa. O sistema apresenta o fenômeno da condensação de Bose- Einstein e a causa da transição é atribuida ao estado ligado introduzido pela impureza no espectro de partícula livre. A fase condensada é composta pelas partículas capturadas pela impureza, formando uma gota de partículas bem localizadas no espaço. Isto dá à condensação de Bose-Einstein apresentada pelo sistema a aparência da conhecida transição líquido-vapor. A ordem de transição é analisada pela equação de Clausius-Clayperon e interpretada como de primeira ordem. Deste modo, a semelhança entre a condensação de Bose-Einstein neste sistema ma e a transição líquido-vapor é reforçada.O cálculo do calor específico a comprimento constante, mostra a existência de uma descontinuidade finita na temperatura de transição. / The thermodynamic behavior of the one-dimensional Bose gas-attractive delta impurity system is studied in this work. The system is shown to undergo the Bose-Einstein condensation and the cause of the phase transition is attributed to the bound state introduced by the impurity in the free particle energy spectrum. The condensed phase is composed by particles captured by the impurity, forming a drop of particles well localized in space. This gives to the Bose-Einstein condensation in this system the appearance of the ordinary vapor-liquid phase transition. The order of the phase transition is analized with the aid of the Clausius-Clayperon equation wich allowed us to conclude that the transition is a first order one. This reinforce the interpretation of a vapor-liquid transition.The evaluation of the heat capacity at constant length shows the existence of a finite discontinuity at the transition temperature.

Neste trabalho usamos a teoria de Thomas-Fermi para estudar as propriedades eletrônicas de semicondutores planarmente dopados, ou delta-dopados, com densidade de dopantes de moderada a alta. O principal objetivo do trabalho é a verificação de que esta teoria apresenta muito bons resultados com os do método auto-consistente na aproximação de Hartree quando aplicada a este tipo de problema. Verificamos que muitas situações físicas relacionadas a semicondutores delta-dopados podem ser descritas de uma maneira simples e com muito bons resultados. Estudamos o problema de um poço isolado e o problema da super-rede, comparando os resultados de Thomas-Fermi e Hartree. / In this work we have used the Thomas-Fermi theory to study the electronic properties of planar doped semiconductors, or delta-doping, with a moderate to high density of dopants. The main aim of this work is to verify that this theory gives very good results when compared with the self-consistent method in the Hartree aproximation. We have checked that many physical situations related to delta-doping can be described in a simple manner and also with very good results. We have studied the single delta problem and the superlattice problem and we have compared the Thomas-Fermi´s and Hartree´s results.