Óxidos perovskita do tipo ABO3 têm estrutura ideal cúbica, mas algumas distorções nesse tipo de estrutura podem produzir mudança da simetria para ortorrômbica ou romboédrica. Na estrutura cúbica, o cátion A (de maior raio atômico) ocupa o centro de cada cubo, os cátions B ocupam os 8 vértices e os ânions situamse na metade de cada uma das 12 arestas de cada cubo. Distorções ocorridas nessas estruturas produzem o surgimento de novas propriedades elétricas, estruturais e magnéticas, que instigam grande interesse ciêntifico e tecnologico. Neste trabalho, foram estudados os compostos RCrO3 (R = Gd, Tb, Dy), conhecidas como ortocromitas. As amostras foram confeccionadas através do processo químico Sol Gel. Após a confecção as amostras foram analisadas pela difração de raios-x na qual foi concluida que as amostras tiveram uma única estrutura pertencente ao grupo espacial Pbnm. Logo foram realizadas medidas de correlação angular gama-gama perturbada utilizando para isso os nucleos de prova 181Hf(181Ta) e 111In(111Cd) que substituam os átomos A ou B. Os núcleos de prova foram introduzidos durante a fase de preparo das amostras. Um dos objetivos desse trabalho foi o estudo sobre variação do campo magnético hiperfino nos sítios A e B como função da temperatura, estrutura cristalográfica e a transição de fase antiferromagnética. As medidas foram feitas nas a temperaturas entre 20 e 300K para R = Gd, Tb e 20 a 800 K para R = Dy. Também foi medido o Gradiente de campo elétrico em função da temperatura. Foi possivel observar a transição e comprovar o alinhamento dos Spins do Cr, conforme consta na literatura. As temperaturas de Néel (TN ) para as amostras são ~170 K, ~164 K, e ~148 K, respectivamente para os compostos GdCrO3, TbCrO3 e DyCrO3. / ABO3 perovskite oxides have ideal cubic structure, however, some distortions in this type of structure may induce changes from cubic to orthorhombic or rombroedric symmetry. The larger atoms A are located at the center of a cube, the B atoms are on 8 vertices and oxygen atoms occupy 12 positions in the middle of each side of the cube. Distortions in this structure may lead to new magnetic and electrical properties, with great scientific and technological interest. In this work RCrO3 (R = Gd, Tb, Dy) compounds (also known as orthocromites) were studied. The samples were produced by means of sol-gel chemical procedure and analyzed by X-Ray Diffraction. The results showed a single phase with Pbnm space group. The perturbed gamma-gamma angular correlation (PAC) measurements were carried out using 181Hf(181Ta) and 111In(111Cd) nuclear probes, which substitute \"A\" and \"B\" positions respectively. The probe nuclei were introduced in the samples during the chemical procedures for preparation. One of the objectives of this work\'s was to study the hyperfine magnetic field and its variation as a function of temperature, crystallographic structure as well as the antiferromagnetic transition temperature (TN). The PAC Measurements were carried out in the temperature range of 20 to 300 K for R = Gd, Tb and 20 to 800 K in the case of R = Dy from. Electric field gradient was also measured as a function of temperature. It was possible to observe the expected transition as well as the alignment of Cr spins, as found in literature. The Neél temperatures (TN) for investigated samples are ~170 K, ~164 K and ~148 K for GdCrO3, TbCrO3 and DyCrO3 respectively. viii SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ix LISTA DE TABELAS xii INTRODUÇÃO 1 1. ÓXIDOS PEROVSKITAS 3 1.1 PEROVSKITAS E SUA ESTRUTURA 3 1.2 PEROVSKITAS ORTOCROMITAS 8 2. CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA 10 2.1 CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA NÃO PERTURBADA 10 2.2. CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA PERTURBADA 12 3. INTERAÇÕES HIPERFINAS ELETROMAGNÉTICAS 13 3.1 INTERAÇÕES HIPERFINAS ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS 13 3.2 INTERAÇÃO DE QUADRUPOLO ELÉTRICO 13 3.2.1 Material policristalino com h = 0 15 3.2.2 Material policristalino com h > 0 16 3.3 INTERAÇÃO HIPERFINA MAGNÉTICA 18 4. ARRANJOS EXPERIMENTAIS E PROCEDIMENTOS 20 4.1 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS 20 4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS PELA DIFRAÇÃO DE RAIOS-X 21 4.2.1 Difratogramas 23 COMPOSTO GdCrO3 23 COMPOSTO TbCrO3 24 COMPOSTO DyCrO3 25 4.3 INSERÇÃO

Óxidos perovskita do tipo ABO3 têm estrutura ideal cúbica, mas algumas distorções nesse tipo de estrutura podem produzir mudança da simetria para ortorrômbica ou romboédrica. Na estrutura cúbica, o cátion A (de maior raio atômico) ocupa o centro de cada cubo, os cátions B ocupam os 8 vértices e os ânions situamse na metade de cada uma das 12 arestas de cada cubo. Distorções ocorridas nessas estruturas produzem o surgimento de novas propriedades elétricas, estruturais e magnéticas, que instigam grande interesse ciêntifico e tecnologico. Neste trabalho, foram estudados os compostos RCrO3 (R = Gd, Tb, Dy), conhecidas como ortocromitas. As amostras foram confeccionadas através do processo químico Sol Gel. Após a confecção as amostras foram analisadas pela difração de raios-x na qual foi concluida que as amostras tiveram uma única estrutura pertencente ao grupo espacial Pbnm. Logo foram realizadas medidas de correlação angular gama-gama perturbada utilizando para isso os nucleos de prova 181Hf(181Ta) e 111In(111Cd) que substituam os átomos A ou B. Os núcleos de prova foram introduzidos durante a fase de preparo das amostras. Um dos objetivos desse trabalho foi o estudo sobre variação do campo magnético hiperfino nos sítios A e B como função da temperatura, estrutura cristalográfica e a transição de fase antiferromagnética. As medidas foram feitas nas a temperaturas entre 20 e 300K para R = Gd, Tb e 20 a 800 K para R = Dy. Também foi medido o Gradiente de campo elétrico em função da temperatura. Foi possivel observar a transição e comprovar o alinhamento dos Spins do Cr, conforme consta na literatura. As temperaturas de Néel (TN ) para as amostras são ~170 K, ~164 K, e ~148 K, respectivamente para os compostos GdCrO3, TbCrO3 e DyCrO3. / ABO3 perovskite oxides have ideal cubic structure, however, some distortions in this type of structure may induce changes from cubic to orthorhombic or rombroedric symmetry. The larger atoms A are located at the center of a cube, the B atoms are on 8 vertices and oxygen atoms occupy 12 positions in the middle of each side of the cube. Distortions in this structure may lead to new magnetic and electrical properties, with great scientific and technological interest. In this work RCrO3 (R = Gd, Tb, Dy) compounds (also known as orthocromites) were studied. The samples were produced by means of sol-gel chemical procedure and analyzed by X-Ray Diffraction. The results showed a single phase with Pbnm space group. The perturbed gamma-gamma angular correlation (PAC) measurements were carried out using 181Hf(181Ta) and 111In(111Cd) nuclear probes, which substitute \"A\" and \"B\" positions respectively. The probe nuclei were introduced in the samples during the chemical procedures for preparation. One of the objectives of this work\'s was to study the hyperfine magnetic field and its variation as a function of temperature, crystallographic structure as well as the antiferromagnetic transition temperature (TN). The PAC Measurements were carried out in the temperature range of 20 to 300 K for R = Gd, Tb and 20 to 800 K in the case of R = Dy from. Electric field gradient was also measured as a function of temperature. It was possible to observe the expected transition as well as the alignment of Cr spins, as found in literature. The Neél temperatures (TN) for investigated samples are ~170 K, ~164 K and ~148 K for GdCrO3, TbCrO3 and DyCrO3 respectively. viii SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ix LISTA DE TABELAS xii INTRODUÇÃO 1 1. ÓXIDOS PEROVSKITAS 3 1.1 PEROVSKITAS E SUA ESTRUTURA 3 1.2 PEROVSKITAS ORTOCROMITAS 8 2. CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA 10 2.1 CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA NÃO PERTURBADA 10 2.2. CORRELAÇÃO ANGULAR GAMA-GAMA PERTURBADA 12 3. INTERAÇÕES HIPERFINAS ELETROMAGNÉTICAS 13 3.1 INTERAÇÕES HIPERFINAS ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS 13 3.2 INTERAÇÃO DE QUADRUPOLO ELÉTRICO 13 3.2.1 Material policristalino com h = 0 15 3.2.2 Material policristalino com h > 0 16 3.3 INTERAÇÃO HIPERFINA MAGNÉTICA 18 4. ARRANJOS EXPERIMENTAIS E PROCEDIMENTOS 20 4.1 CONFECÇÃO DAS AMOSTRAS 20 4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS ESTRUTURAS CRISTALINAS PELA DIFRAÇÃO DE RAIOS-X 21 4.2.1 Difratogramas 23 COMPOSTO GdCrO3 23 COMPOSTO TbCrO3 24 COMPOSTO DyCrO3 25 4.3 INSERÇÃO

Orientador: Carlos Ourivio Escobar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ortiz_JefersonAltenhofen_D.pdf: 1112713 bytes, checksum: 5233f656ebd05b0fd2ac0f7d24b9ce9b (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar um código de simulação por Monte Carlo do perfil longitudinal de chuveiros atmosféricos extensos, dando-se ênfase a chuveiros com energias extremamente altas (>10 18 eV). Este código consiste em um método híbrido de simulação, baseado em chuveiros piônicos pré-simulados e em uma técnica recursiva, o qual calcula com eficiência e rapidez o desenvolvimento de chuveiros atmosféricos, possibilitando prever o perfil longitudinal médio do chuveiro, o número de múons ao nível de observação experimental acima de vários limiares de energia, explorar as propriedades dos chuveiros e investigar a influência dos modelos de interações hadrônicas nas grandezas observadas em um experimento de raios cósmicos. O método híbrido permite simular um número grande de chuveiros com energias extremamente altas e obter informações importantes referentes às flutuações das componentes eletromagnética e hadrônica de chuveiros. No primeiro capítulo pretende-se fornecer um entendimento sobre raios cósmicos, a dificuldade das investigações realizadas, de que modo estas partículas cósmicas induzem os chuveiros atmosféricos extensos e como os chuveiros se desenvolvem na atmosfera. A física necessária para compreensão mais aprofundada deste fenômeno atmosférico e de seu desenvolvimento longitudinal é explorada no segundo capítulo. No terceiro capítulo é apresentado o método híbrido para simulação de chuveiros por Monte Carlo, bem como suas possíveis aplicações. São apresentadas as principais características de chuveiros atmosféricos induzidos por prótons com energias até 10 20;5 eV, comparando as previsões dadas por diferentes modelos de interações hadrônicas. A influência dos modelos de interações hadrônicas na evolução do chuveiro, em particular na taxa de elongação, é discutida. A aplicabilidade de aproximações analíticas para a multiplicidade muônica em função da energia também é investigada. Por fim, o trabalho é sumariado, discutindo-se os pontos mais importantes, as limitações e a eficácia do método híbrido, bem como as aplicações futuras / Abstract: The goal of this thesis is present a fast one dimensional hybrid method by Monte Carlo scheme to efficiently simulate the longitudinal development of extensive air showers up to the highest observed energies (>10 18eV). Based on precalculated pion showers and a bootstrap technique, the method predicts the average shower profile, the number of muons at detector level above several en-ergy thresholds as well as the investigation of many air shower properties and the influence of the hadronic interaction models on shower observables. The hybrid method allows the collection of sufficiently high Monte Carlo statistics without losing important information about the fluctuations of the electromagnetic and hadronic components of the shower. This thesis is structured as follows. Chapter one intends to provide a brief explanation about cosmic rays, obstacles in cosmic rays investigation and detection, and how such cosmic particles might generate extensive showers in the atmosphere. In chapter two it supplies the necessary physics to understand very carefully this atmospheric phenomenon and its longitudinal development. Chapter three describes the hybrid method, demonstrates the self-consistency of the method, and shows some possible applications. It is applied the hybrid method to proton induced showers at fixed energy up to 1020;5 eV providing predictions from different hadronic interaction models. In addition the elongation rate theorem is discussed in terms of the different hadronic models and their influence on shower evolution in the atmosphere. An alternative muon multiplicity parametrization is also investigated. Chapter four summarizes the results, examining some weak points and important applications as well as further investigations / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

As propriedades eletrofracas do estado fundamental dos mésons pseudo-escalares, p, K, D, Ds , B e Bc foram investigadas em um modelo efetivo relatívistico de quarks constituintes na frente de luz, inspirado na Cromodinâmica Quântica. A dinâmica do modelo original é dada por um operador de massa quadrado que contém interações do tipo Coulomb e hiperfina de curto alcance singular, que foi tratada usando-se um método de renormalização Hamiltoniana. Nesta dissertação, a interação hiperfina singular foi regularizada usando-se um operador separável. O modelo regularizado foi parametrizado ajustando-se a massa e a constante de decaimento fraca do píon. Desta forma, os valores experimentais para as diferenças de massa entre os estados fundamentais dos mésons pseudoescalares e vetoriais foram reproduzidas razoavelmente pelo modelo. Os resultados para as constantes de decaimento fracas do K, D, Ds , B e Bc foram consistentes com os respectivos valores experimentais e com cálculos de Cromodinâmica Quântica na rede. Os dados experimentais para os fatores de forma eletromagnéticos do píon e do káon também foram reproduzidos pelo modelo.

Foi pesquisado a termoluminescência (TL) do LiF dopado com diversas concentrações de Mg e/ou Cu. O efeito do tratamento técnico em cada ciclo (recozimento, irradiação com raios gama e leitura) foi estudado para cinco ciclos sucessivos. Três diferentes tratamentos técnicos foram pesquisados: 230°C- 10 min, 400°C -1h e 400°C-1h + 100°C-2h. Este último foi o tratamento utilizado em todas as amostras para o resto do trabalho, pois provocou o aparecimento de um único pico (IVG) na curva de emissão na temperatura de (242±4)°C, com sensibilidade razoável, para amostras dopadas com Mg ou Mg + Cu, expostas aos raios gama. As curvas de emissão de todas as amostras foram analisadas quanto à sensibilidade TL e temperatura de máximo dos picos, após uma exposição com 0,26 mC/kg de raios gama ou com 0,4 J/cm² de radiação ultravioleta ou ainda após as duas exposições anteriores consecutivamente. Para as exposições citadas, de um modo geral, o pico a (242±4°)C devido aos raios gama é bem mais alto que os picos a (102±3)°C e (168±4)°C resultantes da iluminação com os raios ultravioleta. Foi constatado que nessas amostras a radiação ultravioleta preenche as armadilhas diretamente, sem promover a fototransferência de portadores de carga de armadilhas profundas, preenchidas após exposição à radiação ionizante, para as mais rasas. Além disso os dois tipos de radiação preenchem preferencialmente armadilhas com profundidades diferentes. Esses fatos nos permitem propor o uso do LiF dopado com 0,1 ou 0,2 mol% de Mg com 0,03 mo/% de Cu entre as amostras estudadas para fins de dosimetria da radiação gama e ultravioleta simultaneamente. O efeito das impurezas de Mg e Cu na sensibilidade do LiF à radiação gama foi estudado, através de uma análise empírica, ajustando uma curva às alturas do pico IVG de todas as amostras. Dessa análise é possível concluir que se o LiF for dopado somente com Mg ele pode atingir uma grande sensibilidade à radiação ionizante sendo, porém, muito critica a concentração de Mg para a obtenção da sensibilidade máxima. Essa situação critica pode ser contornada com a adição de Cu que desempenha, de uma certa forma, o papel de desativador diminuindo a proporção dos Mg responsáveis pela TL. / Thermoluminescence (TL) of LiF doped with different concentrations of Mg and/or Cu has been investigated. The effect of the thermal treatment on the crystals in each cycle (annealing, gamma ray exposure and readout) was studied for five successive cycles. Tree different thermal treatments were examined: 230°C for 10 min, 400°C for 1h and 400°C for 1h followed by 100°C for 2h. LiF doped with Mg or Mg + Cu submitted to the last quoted thermal treatment and radiated with 137 Cs gamma rays showed a reasonable sensitivity and glow curve with only one peak (IVG) at (242±4)°C. From these data, this annealing was adopted for all samples. TL sensitivity and glow peak temperatures for all available samples exposed to 0,26mC/kg of gamma rays or 0,4 J/cm² of UV or to both radiations consecutively were also analysed. The glow peak due to gamma rays appears at (242±4)°C and is higher than the peaks at (I02±3)°C and (I68±4)°C due to UV light. It has been shown experimentally that UV radiation fills directly the traps, producing no phototransference of charge carriers from deep traps, filled by ionizing radiation, to the shallow ones. Furthemore, each radiation, gamma or UV, fills different depth traps preferentially. These characteristics show the potential usefulness of LiF:Mg,Cu in gamma and UV radiation dosimetry simultaneously. The best choise amongst all the analysed samples is LiF doped with 0,1 or 0,2 mol% of Mg and 0,03 mol% of Cu. Also the influence of dopants (Mg and Cu) on the TL sensitivity of LiF to gamma rays was investigated performing an empirical analysis. An excellent fit between the experimental data and a mathematical relation was obtained. From this study it was possible to conclude that if LiF has only Mg as impurity, its glow curve can exhibit a high sensitivity to ionizing radiation, being however the maximum sensitivity extremely dependent on the Mg concentration. This fact can be avoided adding small quantity of Cu, which behaves as a poisoner, decreasing the quantity of Mg responsible for TL signal.

Invasões biológicas estão entre as principais causas da perda de biodiversidade no planeta. Ambientes isolados como as ilhas oceânicas e ambientes sujeitos a distúrbio antrópico são considerados mais propensos à invasão. Para as plantas, o sucesso na invasão pode ter relação com a superioridade na competição com as espécies nativas, que pode ocorrer através da produção de substâncias alelopáticas. Dentre as 100 principais espécies invasoras do planeta está a Leguminosa Leucaena leucocephala, que produz substâncias com potencial alelopático e está estabelecida em ilhas oceânicas tropicais em todo o mundo. No Brasil, a invasora foi introduzida na ilha de Fernando de Noronha, onde ocupa vastas áreas. Apesar da relevância desta ilha para a conservação da biodiversidade, não há informações essenciais para o manejo da invasora, como a situação da invasão e seus fatores determinantes. Neste trabalho, realizado em Fernando de Noronha, utilizamos experimentos para investigar a alelopatia como mecanismo associado à invasão e para avaliar o efeito de L. leucocephala sobre o estabelecimento de Erythrina velutina (Leguminosae), espécie nativa comum na ilha, mas frequentemente excluída das áreas invadidas por L. leucocephala. Não encontramos indícios de efeitos alelopáticos de L. leucocephala sobre a germinação de E. velutina, mas a exótica reduziu o crescimento e a sobrevivência da nativa. O efeito negativo é potencializado quando L. leucocephala está associada à Capparis flexuosa (Capparaceae), única espécie nativa frequentemente encontrada em áreas invadidas. Isoladamente, o efeito de C. flexuosa sobre E. velutina varia de positivo a neutro, evidenciando que o saldo das interações entre espécies nativas é alterado na presença de uma exótica. Adicionalmente, diagnosticamos a extensão atual da invasão e sua expansão nos últimos 20 anos, seus fatores determinantes e o impacto sobre a comunidade de plantas nativas em Fernando de Noronha. O diagnóstico da invasão mostrou que L. leucocephala está amplamente distribuída pela ilha, povoando densamente a maioria dos locais onde ocorre. A área ocupada pela espécie aumentou cerca de 40% nos últimos 20 anos, e não há restrições ambientais para o estabelecimento da exótica, embora ela seja favorecida pela atividade agropecuária. Em áreas invadidas o número de espécies nativas diminui quase pela metade e observamos uma tendência à homogeneização da comunidade. É provável que o alto grau de perturbação antrópica em Fernando de Noronha gere limitações à dispersão e modifique os ambientes tornando-os desfavoráveis para o estabelecimento de espécies nativas. Entretanto, há fortes evidências de que L. leucocephala causa mudanças ecológicas na ilha influenciando na perda espécies nativas. Considerando a importância biológica de Fernando de Noronha, ações de controle da expansão da exótica e restauração das áreas invadidas demonstram-se urgentes / Biological invasions are among the main causes of biodiversity loss on the planet. Isolated environments such as oceanic islands and disturbed environments are considered more prone to invasion. For plants, the invasion success may be related to advantages in competition with native species, which may occur through the production of allelopathic substances. Among the 100 most invasive species on the planet is the legume Leucaena leucocephala, which produces substances with putative allelopathic effects and is established on tropical oceanic islands worldwide. In Brazil, the invader was introduced on the island of Fernando de Noronha, where it occupies vast areas. Despite the relevance of this island for biodiversity conservation, important information for the management of the invasion, as its extension and determinants, do not exist. In this work we use experiments to investigate allelopathy as a mechanism associated with the invasion and to evaluate the effect of L. leucocephala on the establishment of Erythrina velutina, a native species common on the island, but often absent from invaded areas. We found no evidence of allelopathic effects of L. leucocephala in the germination of E. velutina, but the exotic reduced the growth and survival of the native. The negative effect is enhanced when L. leucocephala is associated with Capparis flexuosa, the only native species often found in heavily invaded areas. When alone, the effect of C. flexuosa on E. velutina varies from positive to neutral, indicating that the balance of interactions between native species is altered in the presence of an exotic. Additionally, we describe the current distribution of L. leucocephala and its expansion in the last 20 years in Fernando de Noronha. We also investigate the environmental and anthropic factors determining the invasion and the impact of L. leucocephala on the plant community. We found that L. leucocephala is widely distributed throughout the island, densely populating most places where it occurs. The area occupied by the species increased about 40% in the last 20 years, and there are no environmental restrictions for the establishment of exotic, although it is favored by farming. In invaded areas, the number of dominant native species decreased by almost half and we observed a tendency towards homogenization of the community. It is likely that the high degree of human disturbance in Fernando de Noronha poses dispersal limitations and modifies the environments making them unsuitable to the establishment of natives. However, there are strong evidences that L. leucocephala is driving ecological changes on the island that influence in native species loss. Considering the biological importance of Fernando de Noronha, actions to control the expansion of exotic and to restore the invaded areas are urgent

Espécies em comunidades ecológicas estão ligadas por meio de interações. Perturbações tais como flutuações em abundância, podem se propagar de uma espécie para outra espécie, por meio de interações ecológicas. Em consequência, perturbações podem percolar por toda comunidade e afetar todas as espécies, resultando em efeitos em cascata. Comunidades ecológicas diferem tanto em termos de composição de espécies quanto na maneira pela qual as interações estão organizadas dentro das comunidades. Como resultado, diferentes comunidades ecológicas são formadas por redes de interações com estruturas diversas, nas quais as espécies estão ligadas através de forças de interação que variam. Dado que espécies e interações estão sendo perdidas a ritmos alarmantes, é imprescindível compreender a robustez das diferentes comunidades frente a diferentes agentes promotores de extinção. Ademais, para que possamos prevenir o colapso das comunidades e restaurar interações perdidas, é necessário compreender como as comunidades são formadas, e como a robustez dessas comunidades muda com o passar do tempo. Entretanto, ainda não é claro como a estrutura da comunidade está relacionada com efeitos em cascata, e se as diferentes forças de interação entre as espécies afeta a robustez da rede, acelerando ou freiando os efeitos de diferentes promotores de extinção. Nesta tese, eu combinei simulações numéricas, redes teóricas e redes empíricas de interações mutualísticas para as quais existe informação sobre a força de interação entre espécies, para explorar a relação que estrutura e robustez têm com diferentes promotores de extinção e como a robustez dessas redes muda após a restauração de uma comunidade. Primeiramente eu investiguei como a estrutura da rede afeta o tempo até que uma perturbação atinja todas as espécies. O tempo de espalhamento foi usado como um indicador de robustez. Encontrei que as redes são mais robustas a efeitos em cascata quando incorporamos a força de interação das espécies, já que nestas simulações uma perturbação demorou mais tempo para atingir todas as espécies da rede. A riqueza de espécies, modularidade e aninhamento tiveram um forte efeito positivo no tempo de espalhamento da perturbação, independentemente da força de interação. Em seguida, criei redes teóricas com um número fixo de espécies e de interações, o que permitiu que eu isolasse os efeitos que o aninhamento e a modularidade têm na robustez. Explorei como a robustez a diferentes promotores de extinção está relacionada com o aninhamento e com a modularidade. Redes com valores maiores de aninhamento e modularidade apresentaram uma maior robustez a efeitos em cascata, enquanto que redes com valores intermediários de aninhamento foram mais robustas à remoção de espécies. Não encontrei nenhuma relação entre modularidade e remoção de espécies. Mostrei que a robustez depende não só do tipo de promotor de extinção que está sendo avaliado, como da medida de interesse. Por fim, usando uma série temporal de oito anos de redes de planta a polinizadores após a restauração de um habitat na Califórnia (EUA) explorei como a montagem e robustez de comunidades muda com o passar do tempo. Encontrei que as posições que as espécies ocupam na rede são altamente dinâmicas com o passar do tempo, fazendo com que o processo de montagem de comunidades seja pontuado por grandes reorganizações da rede. Não encontrei uma relação entre robustez da rede tempo após a restauração. O conjunto de resultados apresentado e discutido nesta tese contribuí para o entendimento dos mecanismos subjacentes à manutenção da biodiversidade. Para compreendermos como a robustez de diferentes comunidades varia, é necessário considerar não só a espécie per se, mas também as espécies que dependem direta e indiretamente da espécie em questão, a estrutura da comunidade na qual aquela espécie está inserida e também da natureza da perturbação que atinge a comunidade / Species in ecological communities are linked through interactions. Perturbations, such as fluctuations in abundance, can flow from a species to another through ecological interactions. As a consequence, perturbations can ripple across species assemblages resulting in cascading effects that can potentially affect all species in the community. Ecological assemblages differ both in terms of species composition and in the way in which interactions are organized. As a result, different ecological communities form interaction networks that differ both in their structures as well in the interaction strengths connecting pairs of species within networks. Given that species and interactions are being lost at alarming rates, it is imperative to comprehend how robust communities are to extinction drivers. Moreover, if we are to prevent communities\' collapse and restore lost interactions, we have to understand how communities are assembled, as well as if and how robustness change through time. Despite continued effort by ecologists, it remains unclear how community structure is related to cascading effects and whether interaction strength affects network robustness by enhancing or dampening cascading effects due to multiple extinction drivers. In this thesis, I combine empirical data on weighted mutualistic networks, numerical simulations, and theoretical networks to explore how robust different network structures are to different extinction drivers, and how robustness change as networks assemble. First, I investigate how the structure of mutualistic networks affects perturbation spreading time--a proxy of network robustness to cascading effects. I found that networks are more robust to cascading effects when I incorporate interaction strengths, since simulations in which interaction strength was included had higher perturbation spreading times. Species richness, modularity, and nestedness had a strong, positive effect in perturbation spreading time regardless of the interaction strengths. Then, using theoretical networks with a fixed number of species and number of interactions, I was able to disentangle the effects nestedness and modularity have on robustness. I explore how robustness to different extinction drivers, in addition to cascading effects, is related to nestedness and modularity. Networks with greater nestedness and modularity were more robust to cascading effects, whereas networks with intermediate nestedness levels were the most robust to species removal. Modularity had no effect on robustness to species removal. Most importantly, I show that robustness depends not only on the type of extinction driver assessed, but also on the measure being used to quantify robustness. Finally, I use an eight-year dataset of plant-pollination networks following habitat restoration to explore how the assembly of plant-pollinator communities, and their robustness, changes as community assembles. I found that species occupy highly dynamic network positions through time, causing the assembly process to be punctuated by major network reorganizations. There was no relationship between years since restoration and robustness to perturbation spreading and to species removal. Altogether, these results contribute to broaden our understanding of the mechanisms behind biodiversity maintenance. If we are to protect and restore ecological communities, it is essential to consider not only the species per se, but also all species that depend directly and indirectly of that particular species, to unravel the relationship between network structure and community robustness to extinction drivers, and to understand how network structure and robustness changes as communities assemble

Calculamos o alargamento de linhas de inversão da amônia (NH3) provocado por colisões com gases nobres (He, A), utilizando um novo tratamento teórico sugerido por M. Cattani (1). Os nossos resultados teóricos são comparados com os experimentais (2, 3, 4), com os teóricos obtidos segundo o formalismo de Anderson-Tsao e Curnutte (5,6), usualmente utilizado no cálculo de largura de linha, e com outras aproximações encontradas na literatura. / We calculate the pressure broadening for the Ammonia (NH3) microwave inversion spectrum by inert gases (He, A), using a new theoretical formulation suggested by M. Cattani (1). Our theoretical results are compared with experimental results (2, 3, 4) and with theoretical results obtained by the usual Anderson-Tsao Curnutte (5, 6) theory and by other approximations found in the literature.

As pressões seletivas impostas por interações ecológicas são uma das forças que moldam a adaptação por seleção natural em populações. Entre os resultados possíveis das pressões seletivas impostas por interações está a coevolução, isto é, mudanças evolutivas recíprocas que ocorrem nas populações das espécies que interagem. Um dos principais desafios para a ecologia evolutiva é entender se e como o processo coevolutivo ocorre quando espécies interagem com muitas outras espécies formando redes de interações. Nesta tese desenvolvi, com a ajuda de colaboradores, modelos que descrevem a coevolução entre espécies que interagem de forma antagonista. Interações antagonistas são interações ecológicas interespecíficas que resultam em consequências negativas para a aptidão de indivíduos de uma das espécies envolvidas e positivas para indivíduos da outra espécie. Busquei uma melhor compreensão sobre os mecanismos ecológicos e evolutivos responsáveis pela formação, manutenção e evolução das redes de interação antagonista. Em primeiro lugar, encontrei que a assimetria da seleção influenciou a dinâmica evolutiva em antagonismos. A dinâmica coevolutiva gerou corridas armamentistas quando a intensidade da seleção foi maior sobre as vítimas do que sobre os exploradores. Por outro lado, os valores dos fenótipos flutuaram quando a intensidade da seleção foi maior sobre os exploradores do que sobre as vítimas. No entanto, a dinâmica coevolutiva dependeu da estrutura das redes formadas por antagonistas. Redes aninhadas favoreceram a evolução de resistência em vítimas atacadas por exploradores generalistas. A dinâmica evolutiva também reorganizou as redes de interação e, especialmente em cenários nos quais a seleção favoreceu forte acoplamento fenotípico, formou módulos de espécies interagentes. Em segundo lugar, encontrei que regras de interação baseadas no acoplamento fenotípico ou em barreiras fenotípicas reproduziram a estrutura de redes antagonistas empíricas, mas as duas relações funcionais entre fenótipos e aptidão tenderam a subestimar o aninhamento e superestimar a modularidade das redes empíricas. No entanto, a evolução das características foi diferentemente moldada por essas relações funcionais, sendo mais flutuante no modelo de acoplamento fenotípico e mais direcional no modelo de barreiras fenotípicas. Portanto, a coevolução mediada por diferentes relações funcionais resultou em diferentes dinâmicas coevolutivas mas não teve impacto sobre a organização das redes de interação antagonistas. Em terceiro lugar, estudei como variações nas abundâncias e nos fenótipos estão relacionadas e encontrei que a coevolução rápida mediada por forte pressões seletivas impostas por interações ecológicas pode resultar em uma baixa variabilidade nas abundâncias das populações e alta variabilidade fenotípica. Em contraste, em cenários nos quais a seleção imposta por interações é fraca, encontrei uma alta variabilidade nos tamanhos populacionais e baixa variabilidade fenotípica. Portanto, a rápida resposta evolutiva reduziu as flutuações nos tamanhos populacionais, reduzindo extinções devido a flutuações demográficas. Porém, este resultado foi influenciado pela estrutura da rede: a modularidade aumentou a estabilidade das interações enquanto que o aninhamento esteve associado a maior flutuação demográfica. Por fim, estudei espalhamento de um parasita que infecta diferentes espécies de hospedeiros e que pode ser transmitido por meio da predação de um hospedeiro infectado ou por meio de vetores biológicos. Combinei as diferentes redes antagonistas formadas a partir das interações mediadas por cada mecanismo de transmissão em uma rede de interação múltipla espacialmente explícita. Por meio de um modelo matemático, obtive que a transmissão do parasita é maximizada quando ambos os mecanismos de transmissão são considerados ao mesmo tempo e quando os processos ocorrem com probabilidade semelhante. A análise da cartografia da rede múltipla aliada a simulações de imunização de diferentes tipos de hospedeiros mostraram que a estrutura da rede múltipla pode indicar o papel que cada espécie de hospedeiro desempenha na transmissão do parasita em um determinado ecossistema / Mutualisms are interactions in which organisms of different species exploit each other with net benefits for both interacting individuals. Multispecific mutualistic system can be depicted as interaction networks, such as those formed by plant-pollinator interactions, dispersal systems, species interacting in cleaning stations in reef environments, protective ants in plants, müllerian mimicry, and nitrogen fixing bacteria on the roots of plants. Mutualistic interaction is subject to cheating by individuals who, by means of a diversity of behavioral strategies, achieve the benefit provided by the partner offering nothing or few in return. However, the mutualistic interactions persist despite the existence of cheaters. In this work I show that the parasites of mutualistic interactions increase the resilience of mutualistic networks to disturbances in nested networks, typically found in species-rich mutualisms. Therefore the joint effect of cheating, structure and dynamics of mutualistic networks have implications for how biodiversity is maintained. I subsequently study the conditions under which tubular flowers, which suffer stronger damages when interacting with nectar robbers, can coexist with planar flowers, pollinators, and robbers through indirect effects of cheating on their reproductive success. The theft of nectar may increase the success of a plant if its interactions with robbers generate higher degrees of cross-pollination, thus increasing the reproductive success of plants that interact with both floral visitors. This study suggests a new source of continued cooperation and diversity strategies through non-linear effects of the interactions between different strategies. Finally, I study how local interactions can promote the prevalence of mimic (the cheaters) in a given population in the absence of their models. I found that prey interacting locally may favor the predominance of mimic preys and avoid predators that, after a few generations and under a non-random distribution of individuals in space, can further strengthen this unexpected effect allopatry of the mimic and its model

Um dos fundamentos teóricos e metodológicos da biologia de sistemas é a busca e interpretação das relações entre biomoléculas que têm lugar no interior da célula e que mantém seu funcionamento. As relações podem existir entre moléculas da mesma natureza, por exemplo entre proteínas, ou entre moléculas de natureza diferente como por exemplo DNA-proteína. De todas as relações possíveis, as relações entre genes têm sido bastante estudadas utilizando dois métodos: correlacionando valores de expressão genética a partir de diferentes medidas de dependência estatística, ou utilizando técnicas biotecnológicas como as interações genéticas que identificam relações entre genes medindo o efeito fenotípico de mutações ou deleções de genes alvo. Sem importar que sejam técnicas diferentes, o que se procura em ambos casos é identificar relações funcionais que pode existir entre um par de genes. Essa semelhança conceitual faz com que seja possível comparar o resultado das duas estratégias a fim de avaliar a proporção de relações funcionais que são identificadas de modo simultâneo pelas medidas de dependência e pelas interações genéticas. Para levar a cabo dita comparação, as medidas de dependência de Pearson e Spearman foram aqui utilizadas para obter as redes de co-expressão de três conjuntos de dados de expressão genética de Saccharomyces cerevisiae. As relações funcionais obtidas no passo anterior foram comparadas com aquelas relações obtidas pela técnica das interações genéticas que se encontram disponíveis nos dois principais bancos de dados. Como resultado dessas comparações, observou-se que apesar das duas técnicas serem desenhadas com o mesmo objetivo (identificar relações funcionais entre genes), o número de relações que são comuns às duas metodologias estudadas é muito baixo. Tanto a diferença nas técnicas de obtenção das relações como a ausência de uma definição específica do que é uma relação funcional, podem ser as principais causas do baixo nível de relação entre as duas estratégias. / One of the theoretical and methodological foundations of systems biology is the search and interpretation of the relationships between biomolecules that take place inside the cell and that maintains its functioning. Those relationships may exist either, between molecules of the same nature, for example between proteins, or between molecules of a different nature such as DNA-protein. Of all possible relationships, gene-gene relationships have been extensively studied using two methods: correlating genetic expression values from different measures of statistical dependence, or using biotechnological techniques such as genetic interactions that identify relationships between genes by measuring the phenotypic effect of mutations or deletions of target genes. Regardless of whether they are different techniques, what is sought in both cases are to identify functional relationships that may exist between a pair of genes. This conceptual similarity makes it possible to compare the results of this two strategies in order to assess the proportion of functional relationships that are simultaneously identified by measures of dependence and genetic interactions. To carry out such a comparison, the Pearson and Spearman dependency measures were used here to obtain the co-expression networks of three sets of Saccharomyces cerevisiae gene expression data. The functional relations obtained in the previous step were compared with those relations obtained by the technique of genetic interactions that are available in the two main databases. As a result of these comparisons, it was observed that although the two techniques are designed with the same objective (to identify functional relations between genes), the number of relations that are common to the two methodologies studied is very low. Both the difference in the techniques of obtaining relationships and the absence of a specific definition about what is a functional relationship can be the main causes of the low level of relationship between this two strategies.