Os conceitos presentes na Física Moderna e Contemporânea (FMC), como aqueles relacionados à estrutura da matéria, rompem com ideias do cotidiano e envolvem fenômenos e entidades que são parte de uma realidade tecnicamente construída e não podem ser percebidos de forma direta pelos sentidos humanos. Seu ensino requer meios representativos, e as simulações computacionais atendem a esta necessidade. Nesta pesquisa, tendo como marco teórico ideias relacionadas ao estudo dos modelos mentais e conceituais, ideias provenientes da epistemologia da ciência de Bachelard, e considerando algumas ideias presentes na teoria das situações didáticas de Brousseau, buscamos identificar obstáculos de aprendizagem que atuam no ensino de conceitos do tópico Estrutura da Matéria em que são utilizadas simulações computacionais. Tendo como pano de fundo um processo iterativo de desenho, implementação e redesenho de um curso sobre a estrutura da matéria e aceleradores de partículas, analisamos a emersão de possíveis obstáculos epistemológicos, e verificamos como obstáculos didático-pedagógicos facilitavam esta emersão. Como resultados, identificamos obstáculos epistemológicos e didático-pedagógicos de diferentes naturezas, entre os quais, alguns relacionados à percepção ingênua de fenômenos do cotidiano, alguns relacionados ao uso de metáforas e imagens, e outros relacionados a um raciocínio limitado e incongruente. Acreditamos que as análises e conclusões desta pesquisa contribuem para uma reflexão sobre o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea, e sobre o uso de simulações computacionais como ferramentas pedagógicas. / The concepts of Modern and Contemporary Physics (MCP), such as those related to the structure of matter, break with the everyday ideas and involve phenomena and entities that are part of a reality technically built that cannot be directly perceived by human senses. Its teaching requires representative media, and the computer simulations meet this need. In this research, having as theoretical framework ideas related to the study of mental and conceptual models, ideas from the epistemology of science of Bachelard, and considering some of the ideas present in the theory of didactic situations of Brousseau, we seek to identify learning obstacles who work in teaching concepts of the topic Structure of Matter in which computer simulations are used. Against the backdrop of an iterative process of design, implementing and redesign of a course on the structure of matter and particle accelerators, we analyze the possible emergence of epistemological obstacles, and check how didactic-pedagogical obstacles facilitated this emersion. As a result, we identified epistemological obstacles and didactic-pedagogical obstacles of different nature, including some related to the naive perception of everyday phenomena, some related to the use of metaphors and images, and other related to a limited reasoning and incongruous. We believe that the analysis and conclusions of this research contribute to a reflection on the teaching of Modern and Contemporary Physics topics, and on the use of computer simulations as educational tools.

As metaloproteinases de matriz (MMP) são enzimas superexpressas em quase todos os tumores humanos, sendo que os subtipos MMP-2 e MMP-9 têm sido associados ao potencial metastático e prognóstico desfavorável em neoplasias malignas como, por exemplo, melanoma metastático e glioma. Compostos capazes de inibir a atividade destas enzimas podem representar potenciais agentes terapêuticos. O composto 4-nerolidilcatecol (4-NC), isolado de plantas do gênero Pothomorphe, apresentou resultados promissores para o tratamento do melanoma e glioma e foi capaz de atuar em várias etapas bioquímicas importantes envolvidas na progressão dessas patologias, inclusive inibindo MMP-2 e MMP-9. No entanto, o mecanismo de ação do 4-NC não está completamente elucidado. O presente estudo envolveu a aplicação de métodos de modelagem molecular e de formalismos do planejamento de novas moléculas auxiliado por computador, CAMD (Computer-Aided Molecular Design) a fim de explorar a interação entre esta molécula e as enzimas MMP-2 e MMP-9, além de planejar novos inibidores para estes alvos. Análise exploratória de dados, que compreende a análise de agrupamentos hierárquicos e de componentes principais. foi desenvolvida para um conjunto de hidroxamatos (N=64) descritos como inibidores de MMP-2 e MMP-9, a fim de identificar as propriedades moleculares que mais influenciavam o processo de discriminação dos compostos. As propriedades termodinâmicas, eletrônicas e estéricas foram importantes para descrever os compostos mais ativos no conjunto de dados da MMP-2. Para a MMP-9, o coeficiente de distribuição (ClogD) em pH 1,5 foi relevante no processo de discriminação do conjunto. A presença de substituintes volumosos na porção R3 parece ser crucial para o conjunto de inibidores investigados. Esta região está envolvida em interações moleculares com a cavidade S1 de ambas as enzimas, mas há um limite de volume a ser considerado para estes substituintes. O formalismo QSAR-4D independente do receptor (IR) foi aplicado ao mesmo conjunto de dados e permitiu estabelecer o mapeamento do farmacóforo, além de explorar diferentes alinhamentos para a obtenção da hipótese de conformação bioativa prevista pelo melhor modelo de QSAR. OS modelos QSAR apresentaram boa capacidade de previsão, auxiliaram na proposição de novos inibidores e estimaram a atividade do 4-NC. Com o melhor modelo QSAR para MMP-9 (N=64), a atividade prevista para o 4-NC foi classificada na faixa dos inibidores com atividade moderada. Entretanto, o melhor modelo QSAR obtido para MMP-2 (N=38) não foi capaz de prever, de forma adequada, a atividade de compostos com arcabouço químico diferente daqueles utilizados na construção dos modelos. Estudos de ancoramento molecular foram desenvolvidos para investigar a orientação do 4-NC no sitio catalítico das duas enzimas e as interações que poderiam ser estabelecidas nestes complexos. Duas conformações favoráveis foram encontradas. Simulações computacionais de dinâmica molecular foram desenvolvidas com os complexos mais promissores selecionados nos estudos de ancoramento, a fim de obter informações mais detalhadas e de maior confiabilidade. sobre suas interações intermoleculares. O 4-NC tende a se orientar no sítio de forma a acomodar sua cadeia lateral no bolso S1 adjacente ao sítio catalítico em ambas as enzimas. Ensaios de zimografia também foram realizados com o objetivo de elucidar possíveis contribuições da cadeia lateral e do núcleo catecólico do 4-NC na atividade inibitória frente às enzimas em estudo. O núcleo catecólico parece ser o responsável por sua atividade, pois o composto 1,2dimetoxibenzeno, que possui as hidroxilas bloqueadas por grupos metil, não foi capaz de exercer atividade inibitória significante frente à MMP-2 e MMP-9. Estudos de voltametria reforçaram a hipótese de que o 4-NC tem a capacidade de quelar os íons zinco presentes no tampão de incubação. / Matrix metalloproteinases (MMP) enzymes are overexpressed in almost all human tumors, and MMP-2 and MMP-9 subtypes have been associated with metastatic potential and poor prognosis in malignant tumors, such as metastatic melanoma and glioma. Compounds capable of inhibiting the activity of theses enzymes would be considered as potential therapeutic agents. The 4-nerolidylcatechol compound (4-NC), isolated from plants of genus Pothomorphe, has showed promising results in the treatment of melanoma and glioma, and was able to act in several important biochemical steps involved in the progression of these diseases, as well as inhibiting MMP-2 and MMP-9. However, the 4-NC mechanism of action is not completely understood. This study has involved the application of molecular modeling methods and formalisms of computer-aided molecular design (CAMD) in order to explore the interaction between 4-NC and MMP-2/MMP-9, and to design new inhibitors for these targets. Exploratory data analysis, which comprises hierarchical cluster analysis and principal components analysis, was performed to a set of hydroxamates (N=64). previously reported as MMP-2 and MMP-9 inhibitors, in order lo identify the molecular properties that is most critical for the discrimination process regarding the investigated compounds. The thermodynamic, electronic, and steric properties were: quite important to describe the highly active compounds in the data set of MMP-2, whereas the apparent partition coefficient (ClogD) at pH 1.5 was the property more relevant for MMP-9 data set. The presence of bulky substituents on the R3 moiety seems to be crucial for this set of inhibitors due to the molecular interaction with the S1 subsite of both enzymes. However, there is a limit regarding the substituents volume in this region. Receptor independent (RI) 4D-QSAR analysis was applied lo the same data set and it was possible to establish the pharmacophore mapping, besides to explore different alignments in order to generate the hypothesized bioactive conformation through the best QSAR model. The QSAR models have presented good predictability, assisted in proposing new inhibitors, and estimated the activity of 4-NC. Regarding the best QSAR model for MMP-9 (N=64), the 4-NC predicted activity was classified in the range of the moderate active inhibitors. The best QSAR model obtained for MMP-2 (N=38), however was not able to properly predict the activity for compounds with different chemical scaffold from those used to build up the QSAR model. Molecular docking studies have been developed to investigate the 4-NC binding mode into the catalytic site of the two enzymes and the interactions that could be established in those complexes. The results have shown two favorable conformers regarding the MMP inhibition. Molecular dynamics computational simulation were combined to molecular docking studies in order to obtain more detailed and reliable information regarding the intermolecular interactions of each complex. The 4-NC molecule tends to accommodate the side chain in the S1 pocket adjacent to the catalytic site in both enzymes. Experimental zymography assays were also performed to elucidate the possible contribution of the side chain and the catechol core in the 4-NC inhibitory activity against the MMP-2 and MMP-9 enzymes. The catechol core seems to be responsible for its activity, since the 1,2 dimethoxybenzene compound, which has the hydroxyl blocked by a methyl group, was not able to exert any significant inhibition on enzymes. Voltametric assays confirmed the hypothesis that 4-NC chelates zinc ions present in the incubation buffer.

A dissertação apresenta os resultados obtidos com o desenvolvimento de um programa de computação abrangente em interface gráfica para ambiente Windows visando a estimativa de parâmetros de interesse genético-populacional (freqüências alélicas, respectivos erros-padrão e intervalos de confiança a 95%) e o teste de hipóteses genéticas (equilíbrio de Hardy-Weinberg e análise de estruturação hierárquica populacional), por meio de métodos tradicionais e por meio de testes exatos obtidos com procedimentos de simulação (bootstrap e jackknife). / The dissertation presents the results obtained with the development of a comprehensive computation program (software), running on the Windows (MS) graphic interface, with the aim of: (a) estimating parameters of population genetic interest (such as allelic frequencies and their corresponding standard errors and 95% confidence intervals); and (b) performing the testing of genetic hypotheses (Hardy-Weinberg population ratios and analysis of population hierarchical structure) by means of traditional methods as well as through exact tests obtained with computer simulation procedures (bootstrap and jackknife methods).

O presente trabalho tem por objetivo a caracterização dinâmica dos sistemas múltiplos de planetas extrassolares. O critério de classificação escolhido é baseado na proposta publicada inicialmente em Ferraz-Mello et al. (2005) e posteriormente modicada em Michtchenko et al. (2007). Para a obtenção dos parâmetros planetários orbitais foi feita uma pesquisa em diversos catálogos e artigos disponíveis para posterior criação de um catálogo próprio. Este incluiu somente sistemas extrassolares múlltiplos, ou seja, sistemas que contêm dois ou mais planetas orbitando a estrela. Foram feitas simulações numéricas de estabilidade dinâmica dos sistemas do catálogo próprio com tempos de integração de 200 mil até 21 milhões de anos. Ao todo, foram analisados 37 sistemas múltiplos extrassolares, divididos em 50 subsistemas considerando-se a estrela e dois planetas em órbitas consecutivas. Ao todo, foram analisados 37 sistemas múltiplos extrassolares, divididos em 50 subsistemas considerando-se a estrela e dois planetas em órbitas consecutivas. Estes foram submetidos ao total de 68 simulações computacionais. Os sistemas que apresentaram um cenário de estabilidade dinâmica foram posteriormente separados em três classes: ressonantes, seculares ou hierárquicos. Mais ainda, o comportamento secular desses sistemas foi classificado conforme o movimento do ângulo \"Deltavarpi\" : oscilatório em torno de 0º, oscilatório em torno de 180º ou circulatório. Os resultados das simulações são mostrados para todos os sistemas estudados. / The aim of the present work is a dynamic classification of multiple extrasolar systems. The characterization criterion used is based on a criterion proposed initially in Ferraz-Mello et al. (2005) and modified in Michtchenko et al. (2007). To obtain orbital parameters of the extrasolar systems, a search was done into several available catalogues and the scientific literature. A new catalogue was compiled containing only multiple extrasolar systems, that is, systems with two or more planets in orbit of the host star. Numerical simulations of dynamical stability of the cataloged systems were done considering pairs of planets on the consecutive orbits. Totally, 37 multiple extrasolar systems were analyzed, decomposed in 50 sub-systems each one consisting of the host star and two planets. The time evolution of those were simulated over time spans from 200 thousand years to 21 million years in 68 numerical simulations. The systems which have presented a dynamical stability were subsequently classified in resonants, secular or hierarchical and their secular behavior was classified with respect of the angle \"Deltavarpi\" as oscillation around 0º, oscillation around 180º or circulation. The result of all simulations are presented here for the analyzed systems.

As abundâncias e identidades das espécies de qualquer comunidade biológica mudam tanto ao longo do espaço quanto do tempo. Não obstante, aspectos espaciais da biodiversidade têm sido muito mais explorados do que os temporais. Um dos motivos pelos quais padrões temporais têm recebido menos atenção é a escassez de estudos de longo prazo, especialmente na região neotropical, uma das mais biodiversas e ameaçadas do planeta. Estudar a dinâmica de populações e comunidades ao longo do tempo pode revelar processos ecológicos fundamentais, bem como descrever como pressões naturais e humanas afetam a biodiversidade. Entender a dinâmica das populações e comunidades envolve entender as histórias de vida dos organismos, como eles interagem com o ambiente, o papel de interações entre espécies, o papel de processos demográficos estocásticos, dentre outros fatores. Nesta tese investigamos a dinâmica temporal de populações e comunidades de borboletas e aves, e ao longo dos capítulos avaliamos o papel de diferentes processos na regulação dessas dinâmicas. No Capítulo 1 investigamos se um comportamento sazonal observado em borboletas Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supostamente adaptativo à seca - os \"bolsões de Ithomiini\"- seria uma simples resposta reativa à falta de chuvas ou se mecanismos endógenos (\"relógios biológicos\") estariam envolvidos. No Capítulo 2 realizamos um estudo de dinâmica populacional comparada de borboletas miméticas da tribo Ithomiini. Algumas evidências têm sugerido que além de convergir na morfologia, espécies co-miméticas tenderiam a convergir também no comportamento, no uso de microhabitats e possivelmente em suas dinâmicas populacionais. Testamos as hipóteses de que 1) pares de espécies co-miméticas (i.e., com a morfologia convergente) ou 2) pares de espécies mais próximas filogeneticamente teriam suas dinâmicas populacionais mais correlacionadas do que pares de espécies agrupados ao acaso. No Capítulo 3 descrevemos como a composição de espécies de assembleias de aves e borboletas de nove localidades tropicais e subtropicais na América do Sul e do Norte variou ao longo do tempo (anos a décadas), e se diferenças demográficas entre espécies (nicho) seriam importantes para explicar os padrões observados. No Capítulo 1 encontramos evidências de que a agregações seriam um comportamento endógeno sincronizado com o fotoperíodo, com plasticidade limitada para lidar com as alterações no regime de chuvas previstas para a região e para o continente. No Capítulo 2 encontramos que as dinâmicas populacionais de pares de espécies de Ithomiini de um mesmo anel mimético ou mais próximas filogeneticamente não tenderam a ser mais correlacionadas do que pares reunidos ao acaso, e que as espécies, anéis miméticos e subtribos estudadas tiveram suas dinâmicas temporais mais correlacionados do que seria esperado por acaso. Estes resultados e os do Capítulo 1 sugerem que na dinâmica desse sistema as pressões seletivas exercidas por fatores ambientais seriam mais importantes do que interações entre espécies. No Capítulo 3 mostramos que a composição de espécies de assembleias de aves na Amazônia, Cerrado, Mata Atlântica e Flórida se alterou ao longo dos anos, mesmo em assembleias de áreas bem preservadas. Sobreposta a essa rotatividade (turnover) interanual também encontramos rotatividade sazonal, previsível, na composição de espécies de assembleias de aves da Amazônia e da Mata Atlântica e na assembleia de borboletas Ithomiini. Padrões de rotatividade sazonal na composição de espécies podem ser mais comuns em comunidades neotropicais do que se imagina. As estratégias temporais dos organismos neotropicais, as quais parecem ser a base dos padrões sazonais observados nas comunidades, podem ser largamente determinadas por ritmos (\"relógios\") endógenos. Estudos sobre a regulação dos ritmos e estratégias temporais dos organismos, e dos efeitos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre eles, são essenciais. Um importante passo nesse sentido é a disseminação de estudos de longo-prazo de populações e comunidades, contínuos, sistemáticos e com resolução para detectar padrões sazonais. Além disso, a interação das perspectivas, bases teóricas e abordagens da biologia molecular, fisiologia, cronobiologia e ecologia pode avançar nosso entendimento sobre os processos que moldam a dinâmica da biodiversidade e sobre as consequências das perturbações humanas sobre os ecossistemas / The species abundances and identities of any biological community change both over space and time. Nevertheless, Spatial biodiversity dimensions have been much more exploited than temporal ones. One of the reasons for which temporal patterns have received less attention is a scarcity of long-term studies, especially in the neotropical region, one of the most biodiverse and endangered on the planet. Studying the dynamics of populations and communities over time can reveal key ecological processes as well as describe how natural and human pressures affect biodiversity. Understanding the dynamics of populations and communities involves understanding organisms life histories, how they interact with the environment, the role of interactions among species, the role of stochastic demographic processes, and other factors. In this dissertation we investigated the temporal dynamics of butterflies and birds populations and assemblages, and throughout its chapters we evaluate the role of different processes in the regulation of dynamics. In Chapter 1 we investigated whether a seasonal behavior observed in butterflies Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supposedly adaptive to dissecation - the \"Ithomiini pockets \" - is a simple reactive response to drought or there is internal time-keeping mechanisms involved. In Chapter 2, we performed a comparative population dynamics study of mimetic butterflies of the Ithomiini tribe. Some evidence has suggested that besides the convergence in morphology, co-mimetic species would tend to converge also in behavior, in the use of microhabitats and possibly in their population dynamics. We hypothesized that (1) pairs of co-mimetic species or (2) pairs of species more phylogenetically related would have their population dynamics more correlated than pairs of species grouped at random. In Chapter 3 we described how species composition of bird and butterfly assemblages from nine tropical and subtropical locations in South and North America varied over time (years and decades), and if demographic differences between species (niche) are needed to explain observed patterns. In Chapter 1 we found evidence that Ithomiini pockets are regulated by internal time-keeping mechanisms synchronized to photoperiod, and that mechanism has limited plasticity to cope with rainfall regime changes predicted for the study region and for the continent as a whole. In Chapter 2 we found that the population dynamics of Ithomiini species pairs more phylogenetically related or belonging to the same mimetic ring did not tend to be more correlated than pairs assembled at random, and that the species, mimetic rings and subtribes had their temporal dynamics more correlated than would be expected By chance These results and those of Chapter 1 suggest that this system dynamics is more influenced by selective pressures exerted by environmental factors than by species interactions. In Chapter 3 we show that the composition of bird assemblages in the Amazon, Cerrado, Atlantic Rainforest, and Florida has changed over the years, even in assemblies of well-preserved areas. Superimposed to this interannual turnover we also found seasonal, predictable turnover in species composition of bird assemblages of the Amazon and Atlantic Forest and in the Ithomiini butterflies assembly. Patterns of seasonal turnover in species composition may be more common in neotropical communities than is imagined. The temporal strategies of neotropical organisms, which appear to be the basis of the seasonal patterns observed in communities, can be largely determined by endogenous rhythms (\"biological clocks\"). Studies on the regulation of organisms\' temporal rhythms and strategies, and the effects of climate change and land use on them, are essential. An important step in this direction is the dissemination of continuous, systematic, population and community long-term studies, with sampling resolution to detect seasonal patterns. In addition, the interaction of perspectives, theoretical basis, and approaches of molecular biology, physiology, chronobiology, and ecology can advance our understanding of the processes that shape biodiversity dynamics and the consequences of human disturbances on ecosystems

Submitted by Melchior Felix (melchior_felix@yahoo.com.br) on 2014-08-27T23:26:03Z No. of bitstreams: 1 Memória Longa em Dados Intradiários - Melchior Vinicius dos Santos Felix.pdf: 1262687 bytes, checksum: e23c42090eb78ab8e9251f4e82fa6bc1 (MD5) / Approved for entry into archive by JOANA MARTORINI (joana.martorini@fgv.br) on 2014-08-28T18:42:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Memória Longa em Dados Intradiários - Melchior Vinicius dos Santos Felix.pdf: 1262687 bytes, checksum: e23c42090eb78ab8e9251f4e82fa6bc1 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-28T19:38:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Memória Longa em Dados Intradiários - Melchior Vinicius dos Santos Felix.pdf: 1262687 bytes, checksum: e23c42090eb78ab8e9251f4e82fa6bc1 (MD5) Previous issue date: 2014-07-31 / Mandelbrot (1971) demonstrou a importância de considerar dependências de longo prazo na precificação de ativos - o método tradicional para mensurá-las, encontrado em Hurst (1951), faz uso da estatística R/S. Paralelamente a isso, Box e Jenkins (1976; edição original de 1970) apresentaram sua famosa metodologia para determinação da ordem dos parâmetros de modelos desenvolvidos no contexto de processos com memória de curto prazo, conhecidos por ARIMA (acrônimo do inglês Autoregressive Integrated Moving Average). Estimulados pela percepção de que um modelo que pretenda representar fielmente o processo gerador de dados deva explicar tanto a dinâmica de curto prazo quanto a de longo prazo, Granger e Joyeux (1980) e Hosking (1981) introduziram os modelos ARFIMA (de onde o F adicionado vem de Fractionally), uma generalização da classe ARIMA, nos quais a dependência de longo prazo estimada é relacionada ao valor do parâmetro de integração. Pode-se dizer que a partir de então processos com alto grau de persistência passaram a atrair cada vez mais o interesse de pesquisadores, o que resultou no desenvolvimento de outros métodos para estimá-la, porém sem que algum tenha se sobressaído claramente – e é neste ponto que o presente trabalho se insere. Por meio de simulações, buscou-se: (1) classificar diversos estimadores quanto a sua precisão, o que nos obrigou a; (2) determinar parametrizações razoáveis desses, entendidas aqui como aquelas que minimizam o viés, o erro quadrático médio e o desvio-padrão. Após rever a literatura sobre o tema, abordar estes pontos se mostrou necessário para o objetivo principal: elaborar estratégias de negociação baseadas em projeções feitas a partir da caracterização de dependências em dados intradiários, minuto a minuto, de ações e índices de ações. Foram analisadas as séries de retornos da ação Petrobras PN e do Índice Bovespa, com dados de 01/04/2013 a 31/03/2014. Os softwares usados foram o S-Plus e o R. / Mandelbrot (1971) demonstrated the need to take into account long-term dependences when pricing assets – the traditional method to measure it, proposed by Hurst (1951), is based on the R/S statistic. In parallel to this, Box and Jenkins (1976; first edition in 1970) presented their famous methodology to determine the order of the parameters of models developed in the context of short memory processes, known as ARIMA (acronym to Autoregressive Integrated Moving Average). Motivated by the perception that a model that aims to described correctly the data generating process needs to explain both the short-term as well as the longterm dynamics, Granger and Joyeux (1980) and Hosking (1981) introduced the ARFIMA models (the F is due to the added term Fractionally), a generalization of the ARIMA class, in which the estimated long-term dependence is related to the value of the integration parameter. It can be said that since then processes with a high degree of persistence have attracted greater interest of researchers, what resulted in the development of new methods to estimated it, although none of them has clearly excelled – and is at this point that the present work stands itself. Through simulations, we targeted to: (1) rank many estimators according to precision, what showed the necessity to; (2) determine reasonable values for the input parameters, defined as those that minimize the bias, the mean squared error and the standard deviation. Past reviewing the literature about the subject, analyzing these points proved necessary to the main objective: creating trading strategies based on forecasts derived through the characterization of dependences in intradaily quotes, minute by minute, of equities and equity indexes. In the tests were analyzed the Petrobras PN and Bovespa Index returns time series, from the period ranging from April 1st, 2013 to March 31st, 2014. The softwares used were the S-Plus e the R.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-10-21T16:40:39Z No. of bitstreams: 1 DissAFR.pdf: 2278033 bytes, checksum: c7c90860ad15e7ba874ca20e2461507d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:58:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAFR.pdf: 2278033 bytes, checksum: c7c90860ad15e7ba874ca20e2461507d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:58:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAFR.pdf: 2278033 bytes, checksum: c7c90860ad15e7ba874ca20e2461507d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T19:01:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAFR.pdf: 2278033 bytes, checksum: c7c90860ad15e7ba874ca20e2461507d (MD5) Previous issue date: 2016-08-03 / Não recebi financiamento / The student learning obtained by memorizing the information transmitted by the teacher's narrative, for further reproduction in the assessment, shows that the classic way of teaching, leads to a mechanical and not significant learning. The proposal of this study is to report the development and application of a Potentially Meaningful Teaching Unit (PMTU) proposed by Moreira, based on the Theory of Meaningful Learning of Ausubel. The proposal was drawn up using the PMTU steps in which, at first the survey of students' prior knowledge about the theme vectors was performed through the collective construction of a conceptual map and then the content of vectors was presented more generally through problem- situations. From that on, each vector operation was addressed more specifically, aiming the progressive differentiation and the integrative reconciliation. The students' performance was accomplished through their active participation and motivation in solving the problem-situations, in class debates, in the construction of maps, in simulations and video productions, that is with the use of The Information and Communication New Technologies of (ICNT). The concepts that were discussed and presented in accordance with the steps of PMTU: scalar greatness, vector greatness, trigonometric relationships in the triangle rectangle, vector addition by the polygon, the parallelogram and components methods, scalar product (real number) by one vector, scalar product and vector product of two vectors. The use of this sequence showed the evidence of occurrence of significant learning by the students and, therefore, many of the difficulties of high school students understanding have been overcome, since they are now familiar with the determination of some physical greatness, through operations with vectors presented in analytical geometry. / A aprendizagem do aluno obtida somente através da memorização das informações transmitidas pela narrativa do professor, para posterior reprodução na avaliação, mostra que a maneira clássica de ensinar, leva a uma aprendizagem mecânica e não significativa. A proposta deste trabalho é relatar o desenvolvimento e a aplicação de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) proposta por Moreira, baseada na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel. A mesma foi elaborada seguindo os passos da UEPS onde, num primeiro momento fez-se o levantamento dos conhecimentos prévios dos alunos acerca do tema vetores através da construção de um mapa mental e, em seguida foi apresentado o conteúdo de vetores de forma mais geral, através de situações-problemas. A partir daí, cada operação com vetores foi abordada de maneira mais específica, visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integradora. O desempenho dos alunos se deu pela participação ativa e motivação dos mesmos nas resoluções das situações-problemas, nos debates em sala, nas construções de mapas, nas simulações e na produção de vídeo, ou seja, no uso das Novas Tecnologias da Informação e Comunicação (NTIC). Os conceitos que foram abordados e apresentados de acordo com os passos da UEPS: grandeza escalar, grandeza vetorial, relações trigonométricas no triângulo retângulo, adição vetorial pelos métodos do polígono, do paralelogramo e das componentes, produto de escalar (número real) por um vetor, produto escalar e produto vetorial de dois vetores. A utilização dessa sequência apontou evidências da ocorrência de aprendizagem significativa por parte dos alunos e, com isso, muitas das dificuldades de compreensão dos alunos do Ensino Médio foram superadas, uma vez que agora estão familiarizados com a determinação de algumas grandezas físicas, através de operações com vetores, apresentadas na Geometria Analítica.

As abundâncias e identidades das espécies de qualquer comunidade biológica mudam tanto ao longo do espaço quanto do tempo. Não obstante, aspectos espaciais da biodiversidade têm sido muito mais explorados do que os temporais. Um dos motivos pelos quais padrões temporais têm recebido menos atenção é a escassez de estudos de longo prazo, especialmente na região neotropical, uma das mais biodiversas e ameaçadas do planeta. Estudar a dinâmica de populações e comunidades ao longo do tempo pode revelar processos ecológicos fundamentais, bem como descrever como pressões naturais e humanas afetam a biodiversidade. Entender a dinâmica das populações e comunidades envolve entender as histórias de vida dos organismos, como eles interagem com o ambiente, o papel de interações entre espécies, o papel de processos demográficos estocásticos, dentre outros fatores. Nesta tese investigamos a dinâmica temporal de populações e comunidades de borboletas e aves, e ao longo dos capítulos avaliamos o papel de diferentes processos na regulação dessas dinâmicas. No Capítulo 1 investigamos se um comportamento sazonal observado em borboletas Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supostamente adaptativo à seca - os \"bolsões de Ithomiini\"- seria uma simples resposta reativa à falta de chuvas ou se mecanismos endógenos (\"relógios biológicos\") estariam envolvidos. No Capítulo 2 realizamos um estudo de dinâmica populacional comparada de borboletas miméticas da tribo Ithomiini. Algumas evidências têm sugerido que além de convergir na morfologia, espécies co-miméticas tenderiam a convergir também no comportamento, no uso de microhabitats e possivelmente em suas dinâmicas populacionais. Testamos as hipóteses de que 1) pares de espécies co-miméticas (i.e., com a morfologia convergente) ou 2) pares de espécies mais próximas filogeneticamente teriam suas dinâmicas populacionais mais correlacionadas do que pares de espécies agrupados ao acaso. No Capítulo 3 descrevemos como a composição de espécies de assembleias de aves e borboletas de nove localidades tropicais e subtropicais na América do Sul e do Norte variou ao longo do tempo (anos a décadas), e se diferenças demográficas entre espécies (nicho) seriam importantes para explicar os padrões observados. No Capítulo 1 encontramos evidências de que a agregações seriam um comportamento endógeno sincronizado com o fotoperíodo, com plasticidade limitada para lidar com as alterações no regime de chuvas previstas para a região e para o continente. No Capítulo 2 encontramos que as dinâmicas populacionais de pares de espécies de Ithomiini de um mesmo anel mimético ou mais próximas filogeneticamente não tenderam a ser mais correlacionadas do que pares reunidos ao acaso, e que as espécies, anéis miméticos e subtribos estudadas tiveram suas dinâmicas temporais mais correlacionados do que seria esperado por acaso. Estes resultados e os do Capítulo 1 sugerem que na dinâmica desse sistema as pressões seletivas exercidas por fatores ambientais seriam mais importantes do que interações entre espécies. No Capítulo 3 mostramos que a composição de espécies de assembleias de aves na Amazônia, Cerrado, Mata Atlântica e Flórida se alterou ao longo dos anos, mesmo em assembleias de áreas bem preservadas. Sobreposta a essa rotatividade (turnover) interanual também encontramos rotatividade sazonal, previsível, na composição de espécies de assembleias de aves da Amazônia e da Mata Atlântica e na assembleia de borboletas Ithomiini. Padrões de rotatividade sazonal na composição de espécies podem ser mais comuns em comunidades neotropicais do que se imagina. As estratégias temporais dos organismos neotropicais, as quais parecem ser a base dos padrões sazonais observados nas comunidades, podem ser largamente determinadas por ritmos (\"relógios\") endógenos. Estudos sobre a regulação dos ritmos e estratégias temporais dos organismos, e dos efeitos das mudanças climáticas e do uso do solo sobre eles, são essenciais. Um importante passo nesse sentido é a disseminação de estudos de longo-prazo de populações e comunidades, contínuos, sistemáticos e com resolução para detectar padrões sazonais. Além disso, a interação das perspectivas, bases teóricas e abordagens da biologia molecular, fisiologia, cronobiologia e ecologia pode avançar nosso entendimento sobre os processos que moldam a dinâmica da biodiversidade e sobre as consequências das perturbações humanas sobre os ecossistemas / The species abundances and identities of any biological community change both over space and time. Nevertheless, Spatial biodiversity dimensions have been much more exploited than temporal ones. One of the reasons for which temporal patterns have received less attention is a scarcity of long-term studies, especially in the neotropical region, one of the most biodiverse and endangered on the planet. Studying the dynamics of populations and communities over time can reveal key ecological processes as well as describe how natural and human pressures affect biodiversity. Understanding the dynamics of populations and communities involves understanding organisms life histories, how they interact with the environment, the role of interactions among species, the role of stochastic demographic processes, and other factors. In this dissertation we investigated the temporal dynamics of butterflies and birds populations and assemblages, and throughout its chapters we evaluate the role of different processes in the regulation of dynamics. In Chapter 1 we investigated whether a seasonal behavior observed in butterflies Ithomiini (Nymphalidae, Danainae), supposedly adaptive to dissecation - the \"Ithomiini pockets \" - is a simple reactive response to drought or there is internal time-keeping mechanisms involved. In Chapter 2, we performed a comparative population dynamics study of mimetic butterflies of the Ithomiini tribe. Some evidence has suggested that besides the convergence in morphology, co-mimetic species would tend to converge also in behavior, in the use of microhabitats and possibly in their population dynamics. We hypothesized that (1) pairs of co-mimetic species or (2) pairs of species more phylogenetically related would have their population dynamics more correlated than pairs of species grouped at random. In Chapter 3 we described how species composition of bird and butterfly assemblages from nine tropical and subtropical locations in South and North America varied over time (years and decades), and if demographic differences between species (niche) are needed to explain observed patterns. In Chapter 1 we found evidence that Ithomiini pockets are regulated by internal time-keeping mechanisms synchronized to photoperiod, and that mechanism has limited plasticity to cope with rainfall regime changes predicted for the study region and for the continent as a whole. In Chapter 2 we found that the population dynamics of Ithomiini species pairs more phylogenetically related or belonging to the same mimetic ring did not tend to be more correlated than pairs assembled at random, and that the species, mimetic rings and subtribes had their temporal dynamics more correlated than would be expected By chance These results and those of Chapter 1 suggest that this system dynamics is more influenced by selective pressures exerted by environmental factors than by species interactions. In Chapter 3 we show that the composition of bird assemblages in the Amazon, Cerrado, Atlantic Rainforest, and Florida has changed over the years, even in assemblies of well-preserved areas. Superimposed to this interannual turnover we also found seasonal, predictable turnover in species composition of bird assemblages of the Amazon and Atlantic Forest and in the Ithomiini butterflies assembly. Patterns of seasonal turnover in species composition may be more common in neotropical communities than is imagined. The temporal strategies of neotropical organisms, which appear to be the basis of the seasonal patterns observed in communities, can be largely determined by endogenous rhythms (\"biological clocks\"). Studies on the regulation of organisms\' temporal rhythms and strategies, and the effects of climate change and land use on them, are essential. An important step in this direction is the dissemination of continuous, systematic, population and community long-term studies, with sampling resolution to detect seasonal patterns. In addition, the interaction of perspectives, theoretical basis, and approaches of molecular biology, physiology, chronobiology, and ecology can advance our understanding of the processes that shape biodiversity dynamics and the consequences of human disturbances on ecosystems

O presente trabalho tem por objetivo a caracterização dinâmica dos sistemas múltiplos de planetas extrassolares. O critério de classificação escolhido é baseado na proposta publicada inicialmente em Ferraz-Mello et al. (2005) e posteriormente modicada em Michtchenko et al. (2007). Para a obtenção dos parâmetros planetários orbitais foi feita uma pesquisa em diversos catálogos e artigos disponíveis para posterior criação de um catálogo próprio. Este incluiu somente sistemas extrassolares múlltiplos, ou seja, sistemas que contêm dois ou mais planetas orbitando a estrela. Foram feitas simulações numéricas de estabilidade dinâmica dos sistemas do catálogo próprio com tempos de integração de 200 mil até 21 milhões de anos. Ao todo, foram analisados 37 sistemas múltiplos extrassolares, divididos em 50 subsistemas considerando-se a estrela e dois planetas em órbitas consecutivas. Ao todo, foram analisados 37 sistemas múltiplos extrassolares, divididos em 50 subsistemas considerando-se a estrela e dois planetas em órbitas consecutivas. Estes foram submetidos ao total de 68 simulações computacionais. Os sistemas que apresentaram um cenário de estabilidade dinâmica foram posteriormente separados em três classes: ressonantes, seculares ou hierárquicos. Mais ainda, o comportamento secular desses sistemas foi classificado conforme o movimento do ângulo \"Deltavarpi\" : oscilatório em torno de 0º, oscilatório em torno de 180º ou circulatório. Os resultados das simulações são mostrados para todos os sistemas estudados. / The aim of the present work is a dynamic classification of multiple extrasolar systems. The characterization criterion used is based on a criterion proposed initially in Ferraz-Mello et al. (2005) and modified in Michtchenko et al. (2007). To obtain orbital parameters of the extrasolar systems, a search was done into several available catalogues and the scientific literature. A new catalogue was compiled containing only multiple extrasolar systems, that is, systems with two or more planets in orbit of the host star. Numerical simulations of dynamical stability of the cataloged systems were done considering pairs of planets on the consecutive orbits. Totally, 37 multiple extrasolar systems were analyzed, decomposed in 50 sub-systems each one consisting of the host star and two planets. The time evolution of those were simulated over time spans from 200 thousand years to 21 million years in 68 numerical simulations. The systems which have presented a dynamical stability were subsequently classified in resonants, secular or hierarchical and their secular behavior was classified with respect of the angle \"Deltavarpi\" as oscillation around 0º, oscillation around 180º or circulation. The result of all simulations are presented here for the analyzed systems.

A Emodina (EMH) é uma das antraquinonas mais abundantes na natureza. Essa molécula vem sendo largamente usada como material de estudo científico por apresentar diversas atividades farmacológicas, tais como antiviral, antitumoral, antifungal, digestiva e outras. É conhecido que a Emodina em solução aquosa alcalina pode sofrer mais de um processo de desprotonação, apresentando-se na forma desprotonada, EM-, após a primeira desprotonação. Nesta tese de doutorado estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas da molécula Emodina em meio solvente e em bicamadas lipídicas a fim de caracterizar as propriedades relacionadas à espectroscopia UV-Vis, à reatividade e à termodinâmica dessa molécula nesses ambientes. Realizamos cálculos quânticos com a Emodina em vácuo e em meio solvente, onde consideramos todos os possíveis sítios de desprotonação. Como resultados desses cálculos, identificamos os sítios da primeira, segunda e terceira desprotonação. Calculamos o pKa1 da Emodina em água e o pK*a1 em metanol através de simulações computacionais com o método Monte Carlo e cálculos quânticos, com o solvente descrito com o modelo contínuo polarizável. Nossos melhores valores para o pKa1 da Emodina determinados nesses solventes foram 8.4±0.5 e 10.3±1.5, que estão em boa concordância com os valores experimentais, (pKa1=8.0±0.2 e pK*a1=11.1±0.1) obtidos nesta tese para Emodina em água e metanol, respectivamente. Adicionalmente realizamos simulações com Dinâmica Molecular com as espécies EMH e EM- em bicamada lipídica de DMPC, para investigar a nível atômico as interações dessas espécies com a bicamada e determinar as posições preferenciais dessas espécies nesse ambiente anfifílico. Os resultados dessas simulações mostraram que as espécies EMH e EM- ficam inseridas na bicamada, na região polar dos lipídios, próximos aos gliceróis. Esses resultados corroboram as nossas medidas do espectro de absorção dessas espécies em bicamada lipídica, onde mostramos de forma qualitativa, que ambas as espécies ficam inseridas na bicamada, na região das cabeças polares dos lipídios. A análise das propriedades estruturais da bicamada na vizinhança das espécies da Emodina como área por lipídio e densidade eletrônica dos lipídios, mostrou que o efeito da EM- na estrutura da bicamada lipídica é maior do que o da EMH. Esses resultados corroboram as nossas medidas de DSC(Differential Scanning Calorimetry) das espécies da Emodina na bicamada. / Emodin (EMH) is one of the most abundant anthraquinone derivatives found in nature. This molecule has been used widely as research material, due to its biological and pharmacological activities such as antiviral, anticancer, antifungal, digestive and antibacterial activities. It is known that Emodin in alkaline aqueous solution can undergo more than one deprotonation, leading to the specie EM- in the first deprotonation process. In this PhD thesis, we studied the structural and electronic properties of this molecule in several solvents and lipid bilayers, in order to characterize the properties related to UV-Vis absorption spectroscopy, reactivity and thermodynamics of this molecule in these environments. Performing quantum mechanics (QM) calculations for all possible deprotonation sites and tautomeric isomers of Emodin in vacuum and in water, we identified the sites of the first, second and third deprotonations. We calculated the pKa1 of Emodin in water and pK*a1 in methanol with free energy perturbation method, implemented in the Monte Carlo simulation, and with QM calculations, where the solvent was treated as a polarizable continuum medium. Our best values for pKa1 of Emodin in these solvents were 8.4±0.5 and 10.3±1.5, which are in very good agreement with the experimental values obtained in this thesis pKa1=8.0±0.2 and pK*a1=11.1±0.1, for water and methanol, respectively. Additionally, we performed molecular dynamics simulations of both species in fully hydrated lipid bilayers of DMPC to investigate at atomic detail the molecular mechanism of the interaction of these species with lipid membrane and its preferred positions in this amphiphilic environment. As results of these simulations, we obtained that both species of Emodin have a strong tendency to insert into the lipid bilayer, remaining near the glycerol group of DMPC. These results corroborate our measured absorption spectra of these species in the bilayer, which qualitatively showed that both species are within the bilayer, inserted in the lipid headgroup region. Our results also show that the effect of EM- specie in the lipid bilayer structure is stronger than the EMH, which corroborate our DSC(Differential Scanning Calorimetry) measurements.