REIS, Saulo Davi Soares e. Navegação em redes espacialmente correlacionadas. 2009. 72 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-16T20:25:53Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_sdsreis.pdf: 1915908 bytes, checksum: f38f094759742ce9d7cc35ad2d50209c (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-18T18:21:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_sdsreis.pdf: 1915908 bytes, checksum: f38f094759742ce9d7cc35ad2d50209c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-18T18:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_sdsreis.pdf: 1915908 bytes, checksum: f38f094759742ce9d7cc35ad2d50209c (MD5) Previous issue date: 2009 / A significant number of real networks have well-defined spatial characteristics. We studied how network with spatially correlated topolgies can influence the processes of navigation through them. For this, we study the behavior of the average shortest-path length to networks defined within Kleinberg’s model [1, 2] to analyze the navigation dictated by rules of global knowledge. The Kleinberg’s model is characterized by allowing long-range connections between two vertices u and v distributed by a power-law probability distribution. For a better understanding of the topological characteristics presented by this family of networks, we applied the epidemic model susceptible-infected-susceptible (SIS) and we found that, we see that the Kleinberg’s model presents the small-world phenomenon only for a certain range of values of the clustering exponent α. We introduced a model of spatially embedded networks, conceptually based on the Kleinberg’s model. This model consist in introduction of a constrain to the distribution of long-range connections. We associate his constrain to a possible cost involved in the process of adding new long-range connections to the network. We studied how this cost constrain affects the navigation through the system, taking as a basis for comparison the work of Kleinberg for navigation with local knowledge, and our results conserning for navigation with global knowledge. / Um número significativo de redes reais apresentam características espaciais bem definidas. Nós estudamos como topologias de redes espacialmente correlacionadas podem influenciar processos de navegação através das mesmas. Para isso estudamos o comportamento do mínimo caminho médio para redes definidas dentro de modelo de Kleinberg para analisar a navegação ditada por regras de conhecimento global. O modelo que Kleinberg caracteriza-se por permitir conexões de longo alcance entre dois vértices u e v distribuídas por uma distribuição de probabilidade em lei de potência. Para um melhor entendimento das características topológicas apresentadas por essa família de redes, nós aplicamos o modelo epidêmico suscetível-infectado-suscetível (SIS), e com isso verificamos que o modelo de Kleinberg apresenta fenômeno de mundo pequeno apenas para uma determinada faixa de valores assumidos pelo expoente de agregação α. Em seguida, introduzimos um modelo de redes espacialmente embutidas, conceitualmente inspirado no modelo de Kleinberg. Este traduz-se na introdução de um vínculo para a distribuição das conexões de longo alcance. Associamos este vínculo a um possível custo envolvido no processo de adição de novas conexões de longo alcance à rede. Estudamos como esse vínculo no custo afeta a navegação na rede, tendo como base de comparação os trabalhos de Kleinberg para a navegação com conhecimento local da topologia, e nossos resultados considerando a navegação com conhecimento global.

REIS, Saulo Davi Soares e. Local and global effects on navigation in small-world networks and explosive percolation. 2012. 86 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-16T20:35:22Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_sdsreis.pdf: 3097854 bytes, checksum: 3798beb23c0415893113a8072fc802fe (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-18T18:21:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_sdsreis.pdf: 3097854 bytes, checksum: 3798beb23c0415893113a8072fc802fe (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-18T18:21:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_sdsreis.pdf: 3097854 bytes, checksum: 3798beb23c0415893113a8072fc802fe (MD5) Previous issue date: 2012 / A significant number of real networks have well-defined local and nonlocal features. We investigate the influence of these features in the navigation through small-world networks and in explosive percolation. First, we investigate the navigation problem in lattices with long-range connections and subject to a cost constraint. Our network is built from a regular d-dimensional lattice to be improved by adding long-range connections (shortcuts) with probability $P_{ij} sim r_{ij}^{-alpha}, where $r_{ij}$ is the Manhattan distance between nodes $i$ and $j$, and a is $alpha$ variable exponent. We find optimal transport in the system for $alpha = d+1$. Remarkably, this condition remains optimal, regardless of the strategy used for navigation being based on local or global knowledge of the network structure. Second, we present a cluster growth process that provides a clear connection between equilibrium statistical mechanics and the nonlocal explosive percolation process. We show that the following two ingredients are sufficient for obtaining an abrupt transition in the fraction of the system occupied by the largest cluster: (i) the size of all growing clusters should be kept approximately the same, and (ii) the inclusion of merging bonds (i.e., bonds connecting nodes in different clusters) should dominate with respect to the redundant bonds (i.e., bonds connecting nodes in the same cluster). Finally, we introduce a generalization of the product rule for explosive percolation that reveals the effect of nonlocality on the critical behavior of the percolation process. Precisely, pairs of unoccupied bonds are chosen according to a probability that decays as a power law of their Manhattan distance, and only that bond connecting clusters whose product of their sizes is the smallest becomes occupied. Our results for d-dimensional lattices at criticality shows that the power law exponent of the product rule has a significant influence on the finite-size scaling exponents for the spanning cluster, the conducting backbone, and the cutting bonds of the system. For all these types of clusters, we observe a clear transition from ordinary to (nonlocal) explosive percolation. / Um número significativo de redes reais possui características locais ou não-locais bem definidas. Nós estudamos como estas características podem influenciar processos de navegação e processos percolativos que venham a ocorrer nas mesmas. Primeiramente, estudamos o problema de navegação em redes regulares com ligações de longo alcance e sujeitas a um vínculo de custo. Neste caso, a rede é construída a partir de uma rede regular de dimensão d a ser melhorada por meio da adição de ligações de longo alcance (atalhos) com uma probabilidade $P_{ij} sim r_{ji}^{-alpha}$ , onde $r_{ij}$ é a distância de Manhattan entre os sítios $i$ e $j$. Mostramos que a condição de navegação ótima, $alpha = d+1$, permanece ótima, independente da estratégia de navegação utilizada, seja ela baseada em um conhecimento local ou global da estrutura da rede. Em seguida, apresentamos um processo de crescimento de agregados que fornece uma clara conexão entre a Mecânica Estatística no equilíbrio e o processo percolativo não-local conhecido como Percolação Explosiva. Mostramos que dois ingredientes são suficientes para obter uma transição abrupta na fração do sistema ocupada pelo maior agregado: (i) os tamanhos de todos os agregados devem ser mantidos aproximadamente iguais durante o processo percolativo e (ii) a inclusão de ligações de fusão (i.e., ligações que conectam agregados diferentes) deve dominar o processo em detrimento de ligações redundantes (i.e., ligações que conectam sítios em um mesmo agregado). Por último, introduzimos um modelo que generaliza a regra do produto para Percolação Explosiva que revela os efeitos da não-localidade no comportamento crítico do processo de percolação. Mais precisamente, pares de ligações não ocupadas são escolhidos de acordo com uma probabilidade que decai em lei de potência com sua distância de Manhattan, e apenas a ligação que conecta agregados para os quais o produto de seus tamanho é o menor, é ocupada. Nossos resultados para redes regulares finitas em diversas dimensões sugerem que, na criticalidade, o expoente da lei de potência tem uma influência significativa nos expoentes de escala, onde observa-se uma transição nos expoentes da percolação tradicional para os expoentes da percolação explosiva (não-local) em determinados casos.

PIRES, Rilder de Sousa. Difusão singular em um sistema confinado. 2013. 64 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-23T19:14:37Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_rspires.pdf: 2524951 bytes, checksum: 2a38032e0c2de28e051d588ecd2b47f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-23T19:38:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_rspires.pdf: 2524951 bytes, checksum: 2a38032e0c2de28e051d588ecd2b47f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T19:38:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_rspires.pdf: 2524951 bytes, checksum: 2a38032e0c2de28e051d588ecd2b47f3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Patterns of scale invariance, associated with power laws, are often found in nature, for instance, in the fluctuations of prices of items in stock markets and in the energy spectrum of turbulent systems. These two systems and many others that exhibit scale invariance present some common properties: they are comprised of several elements that interact in a non-linear way, are not in equilibrium, and exhibit self-organization. Scale invariance is also found in the correlations observed in the critical state of systems that present phase transitions. The concept of self-organized criticality suggests that the properties of invariance spontaneously arise in complex systems. Several models exhibit properties of self-organized critically, including invasion percolation, sand-piles and the trough model, however it is not clear what are the necessary ingredients for criticality to arise. It is known that this property appears in some non-linear diffusive systems. In this work, we introduce a confining potential in a one-dimensional diffusion model with a singular non-linearity on diffusion coefficient, and analyze how this affects in the steady state of the system. We then derive a diffusion equation and obtain a solution for stationary density profile. Our analytical solution is in good agreement with the numerical results. We also present a statistical study of the distribution of avalanches sizes in this model, and obtain profiles following power laws, what is not usually observed in other one-dimensional systems. We also investigated how these profiles vary when the confinement increases, and using finite size scaling we found a universal curve for the distribution of avalanche sizes. Our results show that the action of confinement in a one-dimensional system can yield scale invariance. / Padrões de invariância de escala, associados à leis de potência, são frequentemente observados na natureza. Alguns exemplos são: flutuações em preços de itens de bolsa de valores e outros investimentos, além do espectro de energia em sistemas turbulentos. Esses dois sistemas e vários outros que exibem invariância de escala têm propriedades em comum: compõem-se de vários elementos que interagem de forma não linear, estão fora do equilíbrio e exibem auto-organização. Invariância de escala também é encontrada nas correlações observadas no ponto crítico de sistemas que apresentam transições de fase. O conceito de criticalidade auto-organizada sugere que as propriedades de invariância emergem espontaneamente em sistema complexos. Vários modelos exibem propriedades criticamente auto-organizadas, entre eles percolação invasiva, pilhas de areia e o modelo de desníveis, no entanto, não se sabe ao certo quais os ingredientes necessários para criticalidade emergir. Sabe-se que essa propriedade se manifesta em alguns sistemas difusivos não lineares. Nesse trabalho, introduzimos um potencial confinante em um modelo de difusão unidimensional com uma não linearidade singular no coeficiente de difusão e analisamos a influência dessa mudança no estado estacionário do sistema. Conseguimos, então, derivar uma equação de difusão do modelo e obtemos uma solução para o perfil de densidade. Nossa solução analítica concorda perfeitamente com os resultados numéricos. Fizemos, ainda, um estudo estatístico do perfil de avalanches do modelo, e obtemos perfis de avalanche em leis de potência, o que normalmente não é observado em outros sistemas unidimensionais. Analisamos, ainda, como esses perfis variam na medida que se aumenta o confinamento, e usando transformações de escala encontramos uma curva universal para os perfis de distribuição de tamanhos de avalanche. Nossos resultados demonstram que a ação do confinamento em um sistema unidimensional pode levar ao surgimento da invariância de escala.

As preocupações, desejos e necessidades dos consumidores à jusante tendem a guiar, cada vez mais, as iniciativas dos produtores à montante e esta é uma realidade também na agricultura, com a seleção de alimentos mais saudáveis, saborosos e com valor agregado por parte dos compradores, gerando um ambiente propício para produtos com estas características. O azeite extra virgem de oliva, cujas características se enquadram nos novos hábitos alimentares, vem assumindo uma posição de destaque entre os consumidores do mundo todo e não é diferente no Brasil. A despeito da pouca tradição na produção olivícola, o Brasil e em especial o Rio Grande do Sul, ao longo da última década tem iniciado uma produção concreta deste alimento, o qual vem chegando lentamente às gôndolas dos supermercados locais e nacionais gozando de uma reputação excelente. Diante, portanto, da possível emergência deste sistema de produção agrícola, da demanda potencial deste produto e da possibilidade de satisfazê-la por meio da produção local em contraposição às importações, entendeu-se que um estudo deste fenômeno recente e por conseguinte pouco analisado pode lançar as bases teóricas para a sua compreensão. Assim, teorias ligadas à governança foram utilizadas para a identificação da organização e coordenação do sistema. Para a análise dos elementos básicos do sistema, o referencial teórico utilizado foi o de sistemas complexos e para a compreensão da relação dos elementos básicos na formação de um sistema complexo, aplicou-se o ferramental da economia institucional evolucionária. Em função deste referencial teórico e da problemática a ser trabalhada, optou-se por um método reconhecidamente institucional com uma abordagem qualitativa, ou seja, um estudo de caso em modo exploratório, realizando entrevistas com participantes considerados chave no sistema e submetendo posteriormente os dados colhidos no campo aos dados secundários e ao referencial teórico. Os resultados encontrados apontam para um gradual florescimento da organização do sistema, com a coordenação não mercadológica do setor, entende-se governança, a cargo dos governos estadual e federal, mas não foram encontrados, até o momento, indícios de uma governança por parte da base, isto é, dos produtores. No que tange ao relacionamento dos elementos para a emergência do sistema, verificou-se que esta se dá por meio das trocas de informações constantes e transações que ocorrem entre os agentes e a economia local, influenciando uns aos outros em uma dinâmica base-topo e no sentido inverso, topo-base, quando o sistema reage às influências e inicia a estimular as estruturas de governança e infra-estrutura institucional. Nesta perspectiva, entende-se que os elementos do sistema que está efetivamente emergindo foram caracterizados, bem como sua relação com a economia local e que é imprescindível, para os participantes, que este sistema complexo seja entendido e tratado como tal, com intervenções adequadas, de modo que possa, desta forma, propiciar ganhos a todos os envolvidos. / Consumers concerns, desires and necessities in downstream tend to increasingly guide initiatives of producers in the upstream and this is a reality also in agriculture, with the selection of healthier, tastier, and with higher market value food, which generates a welcoming environment for products with such characteristics. Extra virgin olive oil, whose characteristics fit in the new dietary habits, has been assuming a highlighted position among consumers from the whole world, which is not different in Brazil. Despite having little tradition in olive cultivation, Brazil, especially the state of Rio Grande do Sul, has started since the last decade a solid production of this product, which has slowly reached national and international supermarkets’ shelves while receiving an excellent reputation. Therefore, with the possible emergence of this agricultural production system, and by the high demand of the product as well as the possibility of fulfilling this demand through local production instead of imports, we assume that a study about this recent, and consequently little studied, phenomenon can provide theoretical basis for its comprehension. Hence, governance theories were used to identify the system’s organization and coordination. In order to analyze basic elements of the system, the theoretical background used was that of complex systems; for the comprehension of the basic elements’ relation in the formation of a complex system, the apparatus of institutional-evolutionary economics was applied. Having in mind this theoretical background and the problem studied, we opted for a method acknowledgedly institutional with a qualitative approach i.e. an exploratory case study conducting interviews with participants considered as fundamental in the system, submitting afterwards the data collected in field to the secondary data and the theoretical background. The results obtained point to a gradual blooming of the system’s organization, with coordination not subjected to the market action of the sector, by which is understood governance, of Federal and State responsibility. However, until the moment evidences were not found of a governance of the base i.e. the producers. In reference to the relationship of the elements for the system’s emergence, it was verified that this occurs by means of constant information exchange and transactions that occur between the agents and the local economy. The agents and the local economy influence each other reciprocally in a bottom-up dynamics and in the reverse, topdown, when the system reacts to influences and begins to stimulate governance structures and institutional infrastructure. In this perspective, it is understood that the system’s elements that are effectively emerging were characterized, as well as their relation with local economy. It is crucial for the participants that this complex system can be understood and treated as so, with adequate interventions in a way that it can propitiate gains to all parts involved.

Esta tese tem como problema de pesquisa “como analisar atividades e eventos na perspectiva da teoria dos sistemas cognitivos correlacionados com foco no trabalho e nos fenômenos emergentes das interações entre humanos e seus sistemas tecnológicos?” A partir disso, busca como objetivo, propor um protocolo para realização dessa análise. A pesquisa é realizada por meio de um estudo etnográfico no contexto da análise da atividade de cálculo das velocidades de decolagem em aeronaves de transporte comercial, sendo apresentada em cinco artigos. O primeiro descreve de que modos o campo da Engenharia de Sistemas Cognitivos (CSE) vem sendo constituído. Adicionalmente, é proposta uma agenda de pesquisa em sistemas socio‐técnicos complexos enfatizando a necessidade de trabalhos com o foco de análise nos fenômenos emergentes das interações, tomando o sistema cognitivo como unidade de análise. O segundo artigo visa à identificação e caracterização da atividade de cálculo das velocidades de decolagem e dos protótipos de falhas nessa atividade. Os resultados indicam a existência de fragilidades caracterizadas por 12 protótipos de falhas. O terceiro artigo tem por objetivo analisar o cálculo das velocidades de decolagem como um processo de cognição situada e distribuída, a fim de identificar possíveis vulnerabilidades nessa atividade. O estudo constatou quatro vulnerabilidades, vistas aqui muito mais como características nos processos da atividade: as representações ao nível do cockpit são sempre parciais e incompletas; algumas interações requerem, além da corporificação, interpretações; as interações entre os agentes não seguem um processo canônico de coordenação; e o controle da prevenção de falhas é preciso, porém, não é adequado. O quarto artigo descreve como a coordenação pode ser interpretada como um fenômeno cognitivo distribuído e situado em cockpit de aeronaves. Nesse sentido, o estudo parte da integração da perspectiva da teoria dos sistemas cognitivos correlacionados com quatro requisitos de coordenação descritos na literatura: representação compartilhada (common ground), interprevisibilidade, diretividade e sincronia. A automação, além dos pilotos, é concebida como um terceiro agente da cabine. Como resultados dessa integração, são propostos quatro modos de coordenação no cockpit, os quais ocorrem em diferentes etapas de um voo. O quinto artigo apresenta o protocolo para análise dos fenômenos emergentes resultantes de interações em sistemas cognitivos correlacionados A aplicação do protocolo é ilustrada por meio da análise do cálculo das velocidades de decolagem. Os resultados do estudo são usados para a avaliação do protocolo, segundo critérios de validade, confiabilidade, usabilidade e potencial para alavancagem de melhorias. / This thesis seeks to answer the research question “how to analyze activities and events in the perspective of joint cognitive systems as focused on the work and the phenomena emerging from interactions between humans and their technical system?” Hence, the study aims at proposing a protocol to carry out this analysis. The research is conducted by means of an ethnographic research in the context of the activity of takeoff speeds calculation in commercial transport aircraft, and is presented in five articles. The first one describes how the conceptual field of Cognitive Systems Engineering (CSE) has been made up. In addition, a research agenda in complex socio‐technical systems is proposed, emphasizing the need for the analysis of work with focus on phenomena emerging from interactions. The second article aims at identifying and characterizing the activity of take‐off speeds calculation and its prototypes of failure. The results indicate the existence of fragilities, that were organized in 12 prototypes of failure. The third article aims at analyzing take‐off speeds calculation as a situated and distributed process in order to identify possible vulnerabilities in this activity. The study has found four vulnerabilities, which are seen as characteristics of the process: the representations at the cockpit level are always partial and incomplete; some interactions require interpretations instead of corporifications; the interactions between agents do not follow a canonical coordination process; and the failure prevention control is accurate, although, not adequate. The fourth article describes how coordination may be interpreted as a situated and distributed phenomenon in the cockpit of an aircraft. In this respect, the study draws on the integration of the perspectives of joint cognitive systems theory with four coordination requirements described in the literature: shared representation (common ground), interpredictability, directability and synchrony. Automation, rather than only pilots, is conceived of as a third agent in the cabin. As a result of this integration, four modes of coordination in the cockpit are proposed, which occur at different stages of the flight. The fifth article presents a protocol for the analysis of emerging phenomena in joint cognitive systems. The application of the protocol is illustrated by means of the analysis of take‐off speeds calculation. The results of the study are used for the evaluation of the protocol, according to criteria of validity, reliability, usability and potential for the leverage of improvements.

abstract: What makes living systems different than non-living ones? Unfortunately this question is impossible to answer, at least currently. Instead, we must face computationally tangible questions based on our current understanding of physics, computation, information, and biology. Yet we have few insights into how living systems might quantifiably differ from their non-living counterparts, as in a mathematical foundation to explain away our observations of biological evolution, emergence, innovation, and organization. The development of a theory of living systems, if at all possible, demands a mathematical understanding of how data generated by complex biological systems changes over time. In addition, this theory ought to be broad enough as to not be constrained to an Earth-based biochemistry. In this dissertation, the philosophy of studying living systems from the perspective of traditional physics is first explored as a motivating discussion for subsequent research. Traditionally, we have often thought of the physical world from a bottom-up approach: things happening on a smaller scale aggregate into things happening on a larger scale. In addition, the laws of physics are generally considered static over time. Research suggests that biological evolution may follow dynamic laws that (at least in part) change as a function of the state of the system. Of the three featured research projects, cellular automata (CA) are used as a model to study certain aspects of living systems in two of them. These aspects include self-reference, open-ended evolution, local physical universality, subjectivity, and information processing. Open-ended evolution and local physical universality are attributed to the vast amount of innovation observed throughout biological evolution. Biological systems may distinguish themselves in terms of information processing and storage, not outside the theory of computation. The final research project concretely explores real-world phenomenon by means of mapping dominance hierarchies in the evolution of video game strategies. Though the main question of how life differs from non-life remains unanswered, the mechanisms behind open-ended evolution and physical universality are revealed. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2017

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-04-17Bitstream added on 2014-06-13T18:50:13Z : No. of bitstreams: 1 damineli_dsc_me_rcla.pdf: 754791 bytes, checksum: bfbdcea3d2e6e4d7e5a07ecc4b1fd915 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A estabilidade é fundamental para todos os sistemas biológicos, possibilitando que lidem com a variabilidade ambiental. As propriedades que conferem estabilidade a sistemas biológicos ainda são desconhecidas, mas evidências apontam para a complexidade da dinâmica de certas variáveis fisiológicas e para a força de interação entre elementos de suas redes organizacionais subjacentes. Esta relação foi investigada no sistema de trocas gasosas de espécies florestais tropicais, pertencentes a grupos funcionais distintos: pioneiras e não-pioneiras. O modelo de recursos múltiplos atribui maior flexibilidade fisiológica às espécies pioneiras, mas os métodos geralmente empregados não são capazes de avaliar a estabilidade de um sistema adequadamente. Este estudo foi realizado em séries temporais de trocas gasosas, onde foi possível estimar parâmetros relacionados à estabilidade do sistema. A força de interação entre elementos foi avaliada pela conectância da rede (Cg) e a complexidade da dinâmica de assimilação de CO2 (A) e condutância estomática (gs) pelo algoritmo de entropia aproximada (ApEn). Os resultados revelaram que espécies com perfil fisiológico de pioneira, em condições constantes, apresentam maior Cg e ApEn de gs, possivelmente indicando maior estabilidade. Estas espécies tiveram maior aproveitamento de pulsos de luz (“lightflecks”), o que indicou a importância da modulação de rede (mudanças na conectância) na resposta às variações ambientais, e que maior Cg pode conferir maior capacidade de controle. Além da conectância, grau de acoplamento do sistema ao ambiente foi decisivo na resposta a “sunflecks”. Os resultados sugerem que dinâmicas mais complexas estão ligadas a redes com maior conectância, que por sua vez conferem maior capacidade de controle ao sistema, sendo fundamental a capacidade de modulação da rede. / Stability is a key feature to all biological systems, enabling them to deal with environmental variability. The properties that promote stability in biological systems are still unknown, but evidences point towards the complexity of the dynamics of certain physiological variables and to the strength of interaction among elements pertaining to its underlying organizational networks. This relationship was investigated in the gasexchange system of tropical forest species, belonging to distinct functional groups: pioneer and non-pioneer. The multiple resources model attributes higher physiological flexibility to pioneer species, but the methods usually employed are not capable of properly evaluating a system’s stability. This study was carried out in gas-exchange time-series, enabling the calculation of parameters related to the system’s stability. The strength of interaction among elements was evaluated by network connectance (Cg), and the complexity of CO2 assimilation (A) and stomatal conductance (gs) dynamics was evaluated by the algorithm of Approximate Entropy (ApEn). The results revealed that, under constant conditions, species with a pioneer-like physiological profile showed higher Cg and ApEn of gs, possibly indicating greater stability. These species showed higher lightfleck use efficiency, indicating the importance of network modulation (connectance changes) in response to environmental variability, and that higher Cg could provide greater control capability. Besides connectance, the strength of coupling between system and environment was decisive in response to sunflecks. The results suggest that more complex dynamics are linked to higher network connectance, which provide greater control capability to the system, network modulation being fundamental. Also, higher coupling of the system with its environment apparently promotes stability in contexts where environmental variability occurs within the system’s control capability.

As preocupações, desejos e necessidades dos consumidores à jusante tendem a guiar, cada vez mais, as iniciativas dos produtores à montante e esta é uma realidade também na agricultura, com a seleção de alimentos mais saudáveis, saborosos e com valor agregado por parte dos compradores, gerando um ambiente propício para produtos com estas características. O azeite extra virgem de oliva, cujas características se enquadram nos novos hábitos alimentares, vem assumindo uma posição de destaque entre os consumidores do mundo todo e não é diferente no Brasil. A despeito da pouca tradição na produção olivícola, o Brasil e em especial o Rio Grande do Sul, ao longo da última década tem iniciado uma produção concreta deste alimento, o qual vem chegando lentamente às gôndolas dos supermercados locais e nacionais gozando de uma reputação excelente. Diante, portanto, da possível emergência deste sistema de produção agrícola, da demanda potencial deste produto e da possibilidade de satisfazê-la por meio da produção local em contraposição às importações, entendeu-se que um estudo deste fenômeno recente e por conseguinte pouco analisado pode lançar as bases teóricas para a sua compreensão. Assim, teorias ligadas à governança foram utilizadas para a identificação da organização e coordenação do sistema. Para a análise dos elementos básicos do sistema, o referencial teórico utilizado foi o de sistemas complexos e para a compreensão da relação dos elementos básicos na formação de um sistema complexo, aplicou-se o ferramental da economia institucional evolucionária. Em função deste referencial teórico e da problemática a ser trabalhada, optou-se por um método reconhecidamente institucional com uma abordagem qualitativa, ou seja, um estudo de caso em modo exploratório, realizando entrevistas com participantes considerados chave no sistema e submetendo posteriormente os dados colhidos no campo aos dados secundários e ao referencial teórico. Os resultados encontrados apontam para um gradual florescimento da organização do sistema, com a coordenação não mercadológica do setor, entende-se governança, a cargo dos governos estadual e federal, mas não foram encontrados, até o momento, indícios de uma governança por parte da base, isto é, dos produtores. No que tange ao relacionamento dos elementos para a emergência do sistema, verificou-se que esta se dá por meio das trocas de informações constantes e transações que ocorrem entre os agentes e a economia local, influenciando uns aos outros em uma dinâmica base-topo e no sentido inverso, topo-base, quando o sistema reage às influências e inicia a estimular as estruturas de governança e infra-estrutura institucional. Nesta perspectiva, entende-se que os elementos do sistema que está efetivamente emergindo foram caracterizados, bem como sua relação com a economia local e que é imprescindível, para os participantes, que este sistema complexo seja entendido e tratado como tal, com intervenções adequadas, de modo que possa, desta forma, propiciar ganhos a todos os envolvidos. / Consumers concerns, desires and necessities in downstream tend to increasingly guide initiatives of producers in the upstream and this is a reality also in agriculture, with the selection of healthier, tastier, and with higher market value food, which generates a welcoming environment for products with such characteristics. Extra virgin olive oil, whose characteristics fit in the new dietary habits, has been assuming a highlighted position among consumers from the whole world, which is not different in Brazil. Despite having little tradition in olive cultivation, Brazil, especially the state of Rio Grande do Sul, has started since the last decade a solid production of this product, which has slowly reached national and international supermarkets’ shelves while receiving an excellent reputation. Therefore, with the possible emergence of this agricultural production system, and by the high demand of the product as well as the possibility of fulfilling this demand through local production instead of imports, we assume that a study about this recent, and consequently little studied, phenomenon can provide theoretical basis for its comprehension. Hence, governance theories were used to identify the system’s organization and coordination. In order to analyze basic elements of the system, the theoretical background used was that of complex systems; for the comprehension of the basic elements’ relation in the formation of a complex system, the apparatus of institutional-evolutionary economics was applied. Having in mind this theoretical background and the problem studied, we opted for a method acknowledgedly institutional with a qualitative approach i.e. an exploratory case study conducting interviews with participants considered as fundamental in the system, submitting afterwards the data collected in field to the secondary data and the theoretical background. The results obtained point to a gradual blooming of the system’s organization, with coordination not subjected to the market action of the sector, by which is understood governance, of Federal and State responsibility. However, until the moment evidences were not found of a governance of the base i.e. the producers. In reference to the relationship of the elements for the system’s emergence, it was verified that this occurs by means of constant information exchange and transactions that occur between the agents and the local economy. The agents and the local economy influence each other reciprocally in a bottom-up dynamics and in the reverse, topdown, when the system reacts to influences and begins to stimulate governance structures and institutional infrastructure. In this perspective, it is understood that the system’s elements that are effectively emerging were characterized, as well as their relation with local economy. It is crucial for the participants that this complex system can be understood and treated as so, with adequate interventions in a way that it can propitiate gains to all parts involved.

O objetivo principal deste trabalho é apresentar um protocolo para avaliação de compatibilidade entre a gestão de procedimentos e a complexidade do sistema sócio-técnico em que esses são aplicados. Tal protocolo consiste das seguintes etapas: (a) delimitação do sistema sócio-técnico a ser estudado; (b) caracterização do sistema sócio-técnico; (c) caracterização da complexidade do sistema em estudo; (d) aplicação de dois tipos de questionários aos membros do sistema investigado; um deles destinado a avaliar a percepção em relação a um conjunto de princípios acerca de como os procedimentos deveriam ser gerenciados em um sistema complexo; outro destinado a avaliar a percepção acerca da extensão pela qual os princípios realmente são usados; (e) uma reunião de retorno dos resultados da avaliação aos membros do sistema sócio-técnico; (f) elaboração de recomendações para melhorar a gestão de procedimentos. A aplicação do protocolo é ilustrada por meio de um estudo de caso na sala de controle de uma refinaria de petróleo. / The main objective of this dissertation is to introduce a protocol for assessing the compatibility between the procedures management and the complexity of a socio-technical system in which these are applied to. This protocol consist of the following steps: (a) definition of the socio-technical system to be studied, (b) characterization of socio-technical system, (c) characterizing of the system under study complexity, (d) applying two questionnaires of different kinds to the members of the system investigated, one of them to assess the perceptions in relation to a set of principles about how the procedures should be managed in a complex system, and another designed to assess the perception of the extent to which the principles are actually used, (e) carrying out a return meeting of the assessment results to the members of socio-technical system, (f) developing of recommendations to improve management procedures. The application of the protocol is illustrated through a case study in an oil refinery control room.

abstract: The origin of Life on Earth is the greatest unsolved mystery in the history of science. In spite of progress in almost every scientific endeavor, we still have no clear theory, model, or framework to understand the processes that led to the emergence of life on Earth. Understanding such a processes would provide key insights into astrobiology, planetary science, geochemistry, evolutionary biology, physics, and philosophy. To date, most research on the origin of life has focused on characterizing and synthesizing the molecular building blocks of living systems. This bottom-up approach assumes that living systems are characterized by their component parts, however many of the essential features of life are system level properties which only manifest in the collective behavior of many components. In order to make progress towards solving the origin of life new modeling techniques are needed. In this dissertation I review historical approaches to modeling the origin of life. I proceed to elaborate on new approaches to understanding biology that are derived from statistical physics and prioritize the collective properties of living systems rather than the component parts. In order to study these collective properties of living systems, I develop computational models of chemical systems. Using these computational models I characterize several system level processes which have important implications for understanding the origin of life on Earth. First, I investigate a model of molecular replicators and demonstrate the existence of a phase transition which occurs dynamically in replicating systems. I characterize the properties of the phase transition and argue that living systems can be understood as a non-equilibrium state of matter with unique dynamical properties. Then I develop a model of molecular assembly based on a ribonucleic acid (RNA) system, which has been characterized in laboratory experiments. Using this model I demonstrate how the energetic properties of hydrogen bonding dictate the population level dynamics of that RNA system. Finally I return to a model of replication in which replicators are strongly coupled to their environment. I demonstrate that this dynamic coupling results in qualitatively different evolutionary dynamics than those expected in static environments. A key difference is that when environmental coupling is included, evolutionary processes do not select a single replicating species but rather a dynamically stable community which consists of many species. Finally, I conclude with a discussion of how these computational models can inform future research on the origins of life. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2018