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Magíster en Ciencias, Mención Física / En el presente trabajo se estudia la dinámica de suspensiones en un sistema cuasi bidimensional (celda de Hele-Shaw), considerando partículas no Brownianas inmersas en un fluido viscoso confinado entre dos paredes infinitas, paralelas al plano en que se mueven las partículas. Al desplazarse una partícula, ésta provoca una perturbación en el fluido, el cual la transmite a lo largo del sistema y, por lo tanto, afecta a las demás partículas presentes. El objetivo principal es obtener un modelo que permita describir las interacciones de campo lejano entre las partículas, continuando la investigación que realizó la Dra. Álvarez en su tesis doctoral [1]. La aproximación del modelo dipolar desarrollada por la Dra. Álvarez se extiende a un modelo cuadrupolar; en otras palabras, se analizó el siguiente término en la serie de Fourier. Se recuperan los resultados de la Dra. Álvarez en relación a la fuerza hidrodinámica entre las partículas; específicamente, el lento decaimiento (que va como el cuadrado del inverso de la distancia, R-2) y el fenómeno de "antiarrastre'' entre partículas. En la expresión de esta fuerza queda de manifiesto la interacción entre todas las partículas del sistema, además del efecto que la misma partícula produce sobre sí misma al desplazarse. Se procede a analizar el caso particular de la sedimentación, i.e., el efecto de considerar la fuerza de gravedad. Se calcula la velocidad terminal de sedimentación, como también sus fluctuaciones (i.e., la desviación estándar). Para ello se utilizan tanto el modelo dipolar como el cuadrupolar, lo cual permite comparar ambos modelos; se concluye que las correcciones del modelo cuadrupolar no son despreciables si se desea precisión, pero de todas maneras el modelo dipolar logra rescatar la dinámica principal del sistema. Para realizar los cálculos utilizando un modelo consistente que no presente problemas de convergencia, se incorpora la presencia de paredes perpendiculares al plano en que se mueven las partículas mediante el método de imágenes. Una importante conclusión obtenida es que tanto la velocidad de sedimentación como sus fluctuaciones son independientes de tanto el tamaño como la geometría del sistema, a diferencia del caso tridimensional, en donde estudios teóricos indican que la geometría del sistema determina el comportamiento de las fluctuaciones. Finalmente, se desarrolla un modelo a partir de la Mecánica Estadística para calcular la función distribución de pares de partículas g(2) y se obtiene la jerarquía YBG correspondiente a este sistema. Considerando el régimen de una suspensión muy diluida se logra calcular una expresión analítica para g(2), la cual presenta en su forma el hecho de que la fuerza de campo lejano tiende a producir un déficit en el número de partículas cerca de una partícula de prueba. La nueva expresión para g(2) es empleada para calcular un nuevo valor de la velocidad terminal de sedimentación.

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En el contexto del cambio climático antropogénico, las proyecciones futuras del clima prevén para el ámbito mediterráneo un aumento generalizado de las temperaturas, una mayor presencia de olas de calor, un descenso de la pluviometría y una mayor frecuencia y severidad de los eventos de sequía. Los elementos del clima influyen de forma muy importante en la dinámica de crecimiento de los bosques de Pinus halepensis, una especie ampliamente representada en la cuenca mediterránea. El objetivo general de esta tesis es analizar la dinámica de crecimiento de esta especie en su área de distribución natural en el Mediterráneo, para saber cómo responde a la variabilidad climática y cuáles son los umbrales que es capaz de tolerar. Los objetivos específicos son analizar las principales características de sus anillos de crecimiento incluyendo el análisis de la frecuencia de aparición de los anillos ausentes (MR) y las fluctuaciones intra-anuales de la densidad de su madera (IADFs). El objetivo final en ambos casos es el de cuantificar su frecuencia de aparición en una red dendrocronológica de la especie así como identificar los factores ambientales que los generan a lo largo de su área de distribución. Desde el punto de vista metodológico, estas características de los anillos de crecimiento se han analizado a partir del estudio de determinadas características anatómicas, los procesos de xilogénesis y el análisis de las relaciones clima-crecimiento mediante una aproximación dendroecológica. En relación a los principales resultados cabe destacar que el análisis global de la red dendrocronológica ha permitido explorar las tendencias biológicas en la aparición de MR y IADFs a la vez que sirve también como método de estandarización. La frecuencia de MR es mayor conforme aumenta la edad del árbol, mientras que las IADFs son más frecuentes en arboles más jóvenes y alcanzan su nivel máximo a los 27 años. La frecuencia global de MR es 1.84% en el conjunto de la red mientras que la de IADFs es del 8.45%. La presencia de MR está fuertemente relacionada con las condiciones climáticas y se maximiza cuando las temperaturas medias son superiores a los 5º C desde octubre previo hasta febrero y las precipitaciones son inferiores a 50 mm desde septiembre previo hasta mayo. Las IADFs son más frecuentes donde y cuando las temperaturas son elevadas, la sequía estival intensa y la época principal de lluvias es el otoño. Su formación está relacionada con altas temperaturas mínimas y con las condiciones húmedas en final de verano y en otoño. En general en los árboles la presencia de MR y IADFs se corresponde con anomalías del crecimiento, pero no necesariamente estas desviaciones podrían considerarse anomalías en el sentido negativo sino variabilidad en las respuestas de los árboles a distintas condiciones ambientales. En el caso de Pinus halepensis, los MR se forman bajo las condiciones ambientales extremas y pueden interpretarse como marcadores de la ocurrencia de los eventos extremos y las IADFs reflejan las variaciones de las condiciones climáticas durante la temporada de crecimiento y pueden usarse como los proxies para la reconstrucción de condiciones ambientales del pasado con una resolución intra-anual. La presencia de MR y IADFs demuestra alta plasticidad de adaptación de Pinus halepensis a las condiciones ambientales variables y severas como las que habitualmente se dan en ámbitos mediterráneos.

Cells are the minimum unit of life. They are born, they eat, the may grow, they may move, and, eventually, they die. By contrast, from a physicist point of view, cells are systems out of equilibrium continuously transducing between matter, energy and information. This transduction is what grants the cell their active properties. In order to perform such tasks, cells have a set of macromolecules, a machinery, which are called, Molecular Motors or Molecular Machines. The operation of molecular motors is multiple. For instance, kinesins are molecular motors able to transport cargoes along the cell, or the Bacterial Flagellar Motor works as a nanometric ionic turbine transmitting its rotation to bacterial flagella propelling the cell. The energy input of such nanometric devices have two primary sources. On one hand the hydrolysis of nucleotide derivatives, such as ATP. On the other hand, molecular motors can also be found in biological membranes obtaining energy from the natural flux of ions crossing the membrane due to mechano-chemical energetic differences at each side. The recycling of ATP molecules takes place in another molecular machine, the F0F1 ATP synthase. F0F1 is made up of two subunits that can be separated themselves in two different molecular machines. This way, the F1 motor can couple a rotatory motor with the synthesis/hydrolysis of ATP. Understanding the working of molecular motors is not straightforward. The transduction processes result from a complex set of interactions of all the molecules conforming the motor plus all the interactions with the surrounding molecules. Thus, different approaches with different levels of abstraction are necessary. In the current thesis, molecular motors are studied through the identification of the energetic transduction cycles out of the trajectory of the motor. Trajectories allow to identify the different mechanical and chemical processes driving the motor and allow to propose a spatio-temporal potential for the motor that give information of the energetic performance of the motor such as power and efficiency. This analysis is performed on the F1 motor (in its hydrolysis regime). Such analysis allowed to identify the origin of two well differentiated mechanical and chemical processes that were quantified by means of the reaction kinetics theory and the overdamped dynamics associated with the nanometric biological scale. From this analysis resulted a prediction for the average velocity of the motor with the experimental control parameters. The resulting velocity matches experimental measures of the average velocity without fitting any parameter since all the parameters needed can be extracted from alternative experimental assays. The appealing results of the average velocity lead to a proposal of motor potential for the F1 motor consisting on two linear piece-wise potentials flashing between them. Each potential presenting the experimental characteristics observed when the catalytic site of the motor is empty or occupied. The potential also hold the substepping mechanism observed experimentally. Thus, the resulting potential can be tested, together with the overdamped dynamics of the potential and the thermal fluctuations characteristic of the biological cellular scale. This results in a Langevin equation leading the dynamics of the motor. Again, the stochastic dynamics proposed are able to reproduce the velocity of the motor returning a better approximation than the deterministic approach. As happened in the previous case, there is no fitting in the parameters to test the validity of the velocity expression. Actually, the model is able to predict the measured substep angle from optimisation arguments. The mismatch between the deterministic and the stochastic results was identified as a result of a loss of ATP hydrolysis events due to thermal fluctuations that has been also properly quantified through the Fokker-Planck formalism of the corresponding Langevin equation. The motor potential proposed was also used to study experimental assays of the F1 motor working against conservative forces. The effect of a conservative torque in the working of the motor contains contributions both mechanical and chemical. Altogether, this contributions were successfully addressed presenting again an analytical and stochastic prediction for the velocity of the motor that matches the experimental observations without the need of any parameter fitting. This analysis also entailed a study of the energetic performance of the motor which is unavailable experimentally. The results show a complete divergence between the stochastic and deterministic predictions. The divergence is specially dramatical near the stall force of the motor where the determenistic analysis predicts an efficiency maximum and the stochastic analysis returns a null efficiency. This points out that the stochastic effects are very relevant to the energetic performance of the motor and can not be missed in a proper energetic study of a molecular machine. Besides the study of the F1 motor, also a rotatory device working with an ionic flux was analised. The aim of the analysis was the devise of a minimal mechanistic turbine and the study of its main working features. Such a machine is composed by a mobile piston with periodic boundary conditions at both ends of a nanometric channel separating two particle reservoirs. Hence, the turbine is able to transduce energy between the flux of ions and an external force hindering the natural motion of the piston. Again, thermal fluctuations provide a stochastic dynamic that must be studied through a Langevin equation that can be tackled analytically. This study revealed that the velocity and the flux are not coupled. Specially, two different stall forces appear for the motor. One for the velocity and one for the flux. This results in an intermediate zone where there is a continuous leakage of ions that does not allow any energetic output. This effect is originated from thermal fluctuations. Thus, when the energetic performance is evaluated, a similar behaviour than the one obtained for the F1 motor is recuperated. This minimal model was extended with more complex turbines that take into account more thoroughly the biophysics of molecular machines. All of them result in the same energetic landscape where a minimum of efficiency is obtained near the stall of the motor. Additionally, a new formalism has been developed to simplify the resulting Langevin equations (Fokker-planck white noise limit) and a new algorithm has been devised able to integrate Langevin equations with non-continuous multiplicative noise / Los Motores Moleculares son macromoléculas biológicas que se encargan de hacer las transducciones energéticas necesarias dentro de las células. Este trabajo estudia la transformación de energía de motores moleculares rotatorios reales principalmente la F1-ATPasa, el Motor Flagelar de las Bacterias y el F0. Para estudiar la dinámica del motor se han utilizado ecuaciones de Langevin sobreamortiguadas que recogen la importancia de las fluctuaciones térmicas, así como las fuerzas externas aplicadas al motor (conservativas y disipativas) y el potencial interno del motor que contiene la información físico-química de su comportamiento. Este estudio se ha aplicado a la F1-ATPasa, que se puede estudiar tanto analíticamente, obviando las fluctuaciones térmicas como desde su naturaleza estocástica mediante potenciales intermitentes. En ambos casos, el modelo es capaz de describir la dinámica del motor y su dependencia con los diferentes parámetros controlables experimentalmente: Concentración de ATP, fuerza disipativa y fuerza conservativa. En el mismo sentido se ha diseñado una turbina nanoscópica que recoge los principios básicos de la interacción mecánica entre un flujo de iones y la rotación del motor. En ambos casos, tanto en la turbina como en el F1 se observa que el ruido térmico no afecta mucho a la velocidad del motor y en cambio produce cambios enormes en parámetros energéticos como la potencia o la eficiencia. Concretamente, el escenario clásico en que un máximo de eficiencia se obtiene para la fuerza de calado desaparece obteniendo nuevos regímenes óptimos de trabajo. Adicionalmente, se ha desarrollado un formalismo para simplificar las ecuaciones de Langevin obtenidas (límite de ruido blanco) y se ha diseñado un nuevo algoritmo para integrar ecuaciones de Langevin en las cuales el ruido multiplicativo es discontinuo en el espacio.

The three chapters of this thesis investigate different aspects of the economics of health and wellbeing. The first chapter tests the rationality of life satisfaction forecasts. Contrary to the rational expectations hypothesis it shows that young people and those who are satisfied strongly overpredict future life satisfaction while the elderly and the unsatisfied strongly underpredict it. The second chapter is about how wealth shocks affect the health of retirees in the US. Results indicate strongly positive effects on physical health, mental health and mortality. The third chapter analyzes the effects of graduating in an unfavorable economic environment on graduates' subsequent income, health insurance and mortality. It finds that recession graduates have significantly lower incomes and worse health insurance coverage. And during the outbreak of the HIV/AIDS epidemic AIDS mortality has been significantly higher among these unlucky cohorts. / Los tres capítulos de esta tesis doctoral investigan aspectos de la economía del bienestar y de la salud. El primer capítulo pone a prueba la racionalidad de las predicciones de las personas respecto a la satisfacción global que experimentarán con su vida en el futuro. Se muestra que, en contra de la hipótesis de expectativas racionales, las predicciones de los jóvenes y de quien está satisfecho con su vida son más altas que los niveles de satisfacción realizados posteriormente, mientras las predicciones de las personas mayores y de quien no está satisfecho con su vida son más bajas que los niveles posteriormente experimentados. El segundo capítulo investiga cómo los cambios exógenos de riqueza afectan la salud de una muestra de jubilados en los EEUU. Los resultados indican efectos positivos de la riqueza sobre la salud, tanto física como mental, y un efecto negativo sobre la mortalidad. El tercer capítulo analiza los efectos de graduarse de la universidad en un entorno económico recesivo sobre la salud, la riqueza, y la mortalidad. Graduarse en tiempos de recesión tiene efectos negativos persistentes sobre el salario, la cobertura médica, y - durante la epidemia del SIDA - tambien sobre la mortalidad.

Es bien subido en la geografía económica que la distribución espacial de la población y las empresas está lejos de ser aleatoria, incluso después de controlar por características geográficas, como la existencia de recursos naturales, ríos, atraque marítimo o número de horas de sol en un año. Dentro de los países, observamos áreas muy densas con numerosas empresas locales activas con gran potencial de mercado y también lugares escasamente poblados. La aglomeración afecta a una amplia gama de fenómenos económicos que influyen en la vida cotidiana de los agentes económicos. Por ejemplo, la aglomeración puede causar mayores niveles de productividad para las empresas o mayores salarios para los trabajadores. Por otro lado, las áreas más densas también pueden sufrir los efectos de la congestión, que pueden dar lugar a elevados precios de alquiler y compra de vivienda, así como de otros bienes de consumo. La motivación subyacente de mi tesis es entender las relativamente menos estudiadas o nuevas consecuencias de las fuerzas de aglomeración. El principal objetivo de esta tesis es estimar el impacto de la aglomeración en los precios de los bienes raíces e investigar empíricamente el efecto de la densidad económica en la estabilidad del crecimiento de las empresas. La tesis también evalúa el impacto de esas fluctuaciones en la volatilidad del crecimiento agregado. La tesis contribuye al campo de la Microeconomía desde una perspectiva empírica, y se divide en tres capítulos separados. El objetivo del primer capítulo de la tesis es contrastar las implicaciones derivadas de una versión simplificada del modelo de renta ricardiana utilizando datos para Hungría. Según los principales resultados que obtenemos en este trabajo, un aumento de 10 puntos porcentuales en el crecimiento esperado de la población eleva los precios de la vivienda entre un 2 y un 8% según las diferentes especificaciones regionales. La magnitud de la población también influye significativamente: la elasticidad de los precios de la vivienda con respecto al tamaño de la ciudad varía de 0,065 a 0,21. La ubicación relativa es también un factor clave para determinar los precios de la vivienda: vivir un minuto más lejos del centro micro-regional disminuye un 2% el precio de la vivienda. El segundo capítulo investiga empíricamente el papel de la densidad económica en las fluctuaciones de las empresas. Según de los principales resultados de este segundo capítulo, la densidad de la actividad económica influye en la volatilidad de las empresas. La aglomeración, medida por la población local, el número de empresas o el número de trabajadores, afecta negativamente a la volatilidad del crecimiento de las ventas y el empleo de las empresas manufactureras húngaras durante los años 2000 y 2008. Estimamos una elasticidad negativa de la volatilidad de las empresas con respecto a la densidad, que implica que duplicar la densidad en un municipio o en una microrregión, mitiga las fluctuaciones de la empresa en torno a 2-11% dependiendo de las diferentes definiciones de aglomeración y técnicas econométricas. Para hacer controlar por la potencial endogeneidad de la aglomeración, debida a características de localización no observadas que simultáneamente atraen a las empresas y los trabajadores y alteran las fluctuaciones de las empresas, utilizamos un análisis de variables instrumentales análogo al de de Ciccone y Hall (1996) que utiliza valores históricos de la población local como instrumento para la densidad. Para aprovechar la estructura del panel de los datos, también utilizamos efectos fijos de empresa para controlar por las características inobservables que no varían en el tiempo. Ambos métodos llevan a la misma conclusión: niveles más altos de densidad económica local mitigan las fluctuaciones de las empresas. En el tercer capítulo se muestra que las fluctuaciones en las tasas de crecimiento de las empresas también tienen consecuencias a nivel agregado. Según los resultados, a nivel de la empresa, la gran mayoría de los shocks que afectan a las empresas son idiosincráticos, mientras que el componente macro-sectorial desempeña un papel relativamente menos importante para explicar el crecimiento de las ventas de la empresa. Curiosamente y lo más importante, esos shocks idiosincráticos no desaparecen a nivel de país. Además, la desviación estándar relativa del componente específico de la empresa es sorprendentemente alta: el 55,5% de las fluctuaciones agregadas puede explicarse por shocks idiosincráticos para toda la economía y 56,4% para el sector manufacturero. Estos resultados son robustos para diferentes definiciones de crecimiento y recorte y también a incorporar reacciones heterogéneas a los shocks. La contribución de la tesis al campo de la Microeconomía Aplicada es triple. En primer lugar, la comprensión de las consecuencias de la población (cambiante) sobre los precios de la vivienda es crucial, ya que la vivienda constituye la mayor parte de la riqueza de la mayoría de las familias. Los hallazgos, según los cuales una disminución de 10 puntos porcentuales del crecimiento esperado de la población disminuye los precios de la vivienda en un 2-10%, implica serias consecuencias para los mercados locales de vivienda a medio plazo, teniendo en cuenta que en muchos países se espera que ocurran cambios considerables a la estructura de edad con una distribución espacial desigual. Los asentamientos con menor población futura esperada, como las pequeñas aldeas en las zonas transdanúbianas del sur o en las regiones noreste de Hungría, tienden a tener precios de vivienda más bajos ya. Mientras tanto, los mercados inmobiliarios de los cinturones suburbanos en crecimiento disfrutan de un mayor nivel de precios debido a la creciente población esperada. No sólo el cambio, sino la magnitud de la población es crucial en la determinación de los precios de la vivienda, un factor mayormente y equivocadamente ignorado de los enfoques hedónicos. La elasticidad de la población en los precios de la vivienda está entre 0.065 y 0.21. Como predice la teoría ricardiana de la renta, la localización es también un factor clave para determinar los precios de la vivienda: vivir un minuto más lejos del centro micro-regional da como resultado un alojamiento más barato del 2%, sin embargo, la ubicación relativa a otros centros agregados, como a un condado o a una región, no tiene impacto en los precios de la vivienda. Las fuerzas de aglomeración también podrían tener un impacto positivo en los agentes económicos. La tesis da una nueva perspectiva de tales ventajas al proporcionar evidencia empírica sobre el efecto de la densidad económica sobre la estabilidad del crecimiento de las empresas. Los resultados indican que duplicar la población local, o el número de empresas o trabajadores en un municipio o micro-región mitiga las fluctuaciones de las ventas y el empleo de un 2-11% dependiendo de las medidas de estratificación y densidad regionales usadas. Nuestros hallazgos principales sugieren que la proximidad a otras empresas, especialmente a los proveedores de inputs potenciales, y los mercados de trabajo más grandes, se asocian con una trayectoria de crecimiento más estable. Por otro lado, en los municipios y micro-regiones menos aglomerados, las personas se enfrentan a un mayor riesgo de ser despedidas, lo que exige la necesidad de tener en cuenta esos riesgos no sólo para los trabajadores, sino también para los responsables de la política laboral. Nuestros hallazgos también podrían aportar nuevas ideas para los debates de política regional. Aunque a nivel individual, la mayoría de los shocks idiosincráticos golpean a las empresas, los shocks a nivel de empresa también son capaces de dar forma al ciclo económico, además tienen una contribución sorprendentemente alta en la volatilidad agregada del crecimiento de las ventas - a diferencia del saber común de décadas de antigüedad según la cual los shocks idiosincráticos se promedian a nivel macro. A pesar de que Hungría es una de las economías más abiertas del mundo, expuesta a shocks externos y sectoriales, casi el 50% de la volatilidad agregada de las ventas se debe a las fluctuaciones de la empresa. La evidencia sugiere que la alta contribución de los factores específicos de la empresa a las fluctuaciones agregadas es impulsada por vínculos entre empresas: los shocks de una sola empresa pueden propagarse y amplificarse a través de las redes de producción. Aunque las ventas húngaras están bastante concentradas, los resultados también implican que el rendimiento de las grandes empresas tiene un impacto moderado en la volatilidad agregada. La sorprendentemente alta importancia de los shocks a nivel de la empresa en la generación de ciclos económicos exige la necesidad de futuras investigaciones sobre la comprensión de los determinantes de las perturbaciones a nivel de la empresa. Para resumir las contribuciones de esta tesis doctoral al campo de la Economía Urbana e Inmobiliaria y la investigación de la fluctuaciones de las empresas, podemos resaltar que el Capítulo 1 es el primero en cuantificar el impacto de la población cambiante en los precios de la vivienda en Hungría, mientras que la novedad del capítulo 3 radica en el cálculo de la distribución estándar relativa de los shocks idiosincráticos a la volatilidad agregada de las ventas utilizando también datos de empresas húngaras. El capítulo 2 prueba y valida una nueva idea, según la cual la densidad económica tiene un efecto positivo sobre la estabilidad del crecimiento de las empresas.