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Las Yungas del noroeste argentino han sido fuertemente afectadas por el desmonte de tierras prístinas, en particular de pedemonte, para el cultivo extensivo. El objetivo de esta tesis fue estudiar, a través de una cronosecuencia, el efecto del desmonte y el tiempo bajo uso agrícola sobre las comunidades microbianas del suelo (CMS) en una zona productiva de la región. El muestreo se realizó sobre tres fincas como réplicas independientes de cada categoría de uso: 0, 3-5, 11-14 y 28-30 años de cultivo. Se evaluaron aspectos estructurales y funcionales de las CMS, así como su resistencia y resiliencia al estrés hídrico. Luego de 3-5 años de cultivo se destacó una reducción en biomasa microbiana y funciones hidrolíticas (fosfatasa ácida y amonificación), y un incremento en respiración basal y cociente metabólico qCO2 (i.e., menor eficiencia metabólica). Asimismo, con PCR cuantitativo se detectó una reducción en la abundancia de metanótrofos totales y de tipo II. La mayoría de las variables se estabilizaron (biomasa, actividad hidrolítica) o restablecieron parcialmente (respiración, qCO2) a lo largo de la cronosecuencia. En respuesta al estrés hídrico impuesto, las CMS de larga historia agrícola presentaron la mayor resistencia y resiliencia en biomasa, estructura de ácidos grasos de los fosfolípidos y eficiencia metabólica. Por su parte, las CMS de monte de destacaron por su resiliencia en estos aspectos y mayor resistencia en la utilización de un sustrato recalcitrante, mientras que las de corta historia agrícola se mostraron en general más frágiles y variables. Los resultados sugieren que las CMS se alteran marcadamente con posterioridad al desmonte, en respuesta a cambios en la cobertura vegetal y a las labores ligadas a esta transición, en tanto que sucesivos años bajo el mismo manejo agrícola parecen inducir una homogeneización de las CMS junto con una adaptación a las condiciones impuestas por la agricultura.

El estudio de los sistemas supramoleculares de interés biológico requiere de la colaboración interdisciplinaria de diversas ramas del conocimiento. En estos sistemas complejos la organización de los individuos genera procesos cooperativos que resultan impredecibles a través de la simple adición del comportamiento individual. Las células que forman los organismos más complejos pueden crecer en medios quasi-artificiales para el estudio de sus propiedades individuales o de grupo. Estas constituyen per se sistemas complejos capaces de sentir y procesar las señales provenientes del medio en el que se desarrollan y desencadenar un conjunto de funcionalidades y comportamiento dependientes de su origen y que de fine su fenotipo para cada condición particular. Las células constituyen entes inteligentes que responden a perturbaciones proporcionadas por el entorno y dan cuenta de sus características fisicoquímicas y bioquímicas. Las células en los tejidos pueden percibir un conjunto de señales biofísicas y bioquímicas e integrarlas para cambiar su estado dinámico. En este sentido las células son "materiales inteligentes" y este comportamiento es de gran importancia para el diseño de nuevos materiales con aplicaciones particulares. La adhesión celular es el primer paso en muchos procesos fisiológicos, como la cicatrización de heridas, o patológicos, como las infecciones bacterianas y la propagación tumoral. La adhesión celular juega también un papel preponderante en la ingeniería de tejidos y en el diseño de superficies utilizadas en implantes médicos. Por eso resulta necesario conocer el efecto de cambios locales en las propiedades de los materiales que forman el medio o matriz extracelular (MEC), tales como cambios en la composición, micro-topografía, rigidez, etc., sobre el comportamiento de las células. La propagación de los sistemas multicelulares conlleva variaciones espacio-temporales de las interacciones entre los individuos y con el entorno durante el desarrollo de fenómenos colectivos. De esta manera queda condicionada la expansión de la población celular y la movilidad de cada célula, determinando la organización y el crecimiento del sistema. En esta tesis se observarán y describirán procesos que tienen lugar en los cultivos celulares en distintos entornos y que resultan comunes al crecimiento y expansión de sistemas complejos en general, tanto de origen inorgánico como orgánico. Además, se intentará modificar la funcionalidad de las células a través del cambio en las condiciones del medio en el que se desarrollan. Se propone avanzar en el conocimiento de la dinámica de sistemas supramoleculares de interés biológico y el papel que juegan en ella su organización y respuesta funcional. Se prevé caracterizar la fenomenología del comportamiento de sistemas multicelulares in vitro y como influye el cambio de las propiedades fisicoquímicas del entorno. Se conoce que los procesos celulares dependen de las interacciones recíprocas y dinámicas de las células con el microambiente que las rodea. Este les proporciona estímulos bioquímicos y mecánicos determinados por las células vecinas y el entorno extra-celular. El tema resulta de particular interés para la ingeniería de biomateriales enfocada al estudio de regeneración de tejidos y la comprensión de los procesos y transformaciones que ocurren en la propagación de ciertos tejidos y tumores. En general, estos procesos son el resultado de la coordinación espacio-temporal de la diferenciación, la proliferación y la migración celular, estos tres regulados por un conjunto complejo de señales fisicoquímicas dinámicas que se generan en el ambiente extra-celular. Esta tesis trata del uso de cultivos celulares para estudiar diversos aspectos del crecimiento y expansión de sistemas celulares y propiedades de materiales biocompatibles. Se comenzará con una breve descripción de algunos de los descubrimientos y desarrollos más importantes vinculados a los cultivos celulares, tanto procariotas como eucariotas, y sus aplicaciones. Continuará con una breve descripción de técnicas de análisis utilizadas en física y química aplicadas a sistemas biológicos. Un gran número de biomateriales se desarrollaron para modular las funcionalidades de las células y son brevemente descriptos al final del marco teórico. A continuación se describirán e interpretarán los resultados obtenidos a partir de cada sistema de estudio. En el capítulo 1 se estudiará el fenotipo celular y la fenomenología de la propagación de colonias con geometrías quasi-circulares y quasi-lineales. En el capítulo 2 se analizarán los cambios que produce en el fenotipo celular y en el mecanismo de propagación de las colonias la modificación de las propiedades reológicas del medio de cultivo. A continuación, en el capítulo 3, se mostrará como la presencia de agentes solubles con bioactividad en el medio de cultivo afecta las características celulares y la dinámica de crecimiento de las colonias. En todos los casos se vincularán los cambios morfológicos y dinámicos globales de la colonia con las características microscópicas de la misma, como la aparición de heterogeneidades espacio-temporales y los cambios en la movilidad y fenotipo celulares. En los capítulos 4, 5 y 6 se describirá la interacción de las células con numerosas superficies poliméricas fabricadas utilizando la técnica de ensamblado de capa por capa y cómo las características de las multicapas obtenidas determinan la adhesión celular. En el capítulo 4 se mostrarán las características de la adhesión de células epiteliales sobre multicapas de polielectrolitos de distintas composiciones. Además, se propondrá una estrategia para mejorar las propiedades adhesivas de multicapas de biopolielectrolitos basada en el ensamblado de un bloque formado por polielectrolitos de origen natural sobre un bloque inferior que contiene el policatión de origen natural pero un polianión sintético. En el capítulo 5 se propondrá otra técnica para mejorar la adhesión celular sobre películas de biopolielectrolitos basada en el recocido térmico de las mismas. Luego, en el capítulo 6, se mostrará que el recocido térmico de multicapas de otra composición disminuye la adhesión celular y bacteriana sobre esta superficie. En el capítulo 7 se mostrará como la microestructuración del sustrato permite controlar la dirección de los movimientos celulares y permite validar la aplicación de ciertos modelos universales a la dinámica de crecimiento de la interfase de una colonia. Finalmente se presentarán algunas conclusiones generales.

La encapsulación de aceites ricos en ácidos grasos poliinsaturados surge como una estrategia para retardar y/o minimizar el deterioro oxidativo, permitiendo la obtención de ingredientes innovadores. El objetivo del trabajo fue avanzar en la comprensión de la influencia de los factores físico-químicos e interacciones que afectan la estabilidad de ácidos grasos poliinsaturados en cápsulas de polielectrolitos naturales para el desarrollo de alimentos funcionales. En particular, se evaluó el comportamiento de la goma exudada de Prosopis alba (GAL) como excipiente no convencional. Se definió el método de extracción y purificación más conveniente, y se profundizó el estudio de su estructura molecular y toxicidad por medio de técnicas in vivo. Se evaluó la funcionalidad de la goma en términos de las propiedades de hidratación, emulsificantes, reológicas, antioxidantes y de sorción, encontrándose numerosos puntos de similitud con la goma arábiga. La incorporación de GAL como material de pared en cápsulas de polielectrolitos (alginato, quitosano) confirió mayor estabilidad al aceite y mejores propiedades tecnológicas. El estudio integral de las propiedades físico-químicas, estructurales y de estabilidad de las capsulas permitió avanzar en el conocimiento de las interacciones involucradas. La incorporación de los encapsulados en hamburguesas mejoró las propiedades nutricionales y de estabilidad durante el almacenamiento y cocción. Los resultados advierten la potencial aplicación de GAL en el desarrollo de nuevos sistemas de encapsulación, con los beneficios adicionales que derivan del uso de una fuente autóctona actualmente no utilizada y renovable.

Fil:Saluzzi, María Elena. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El software distribuido que resulta de los nuevos paradigmas que están emergiendo, tales como el de computación orientada a servicios (SOC), computación en la nube e internet de las cosas, está transformando el mundo de los sistemas de software de modo de dar soporte a aplicaciones capaces de responder y adaptarse a los cambios en su entorno de ejecución, dando impulso a lo que se conoce como la economía de las APIs. La idea que subyace a la economía de las APIs es que es posible construir piezas de software a partir de componer servicios previamente registrados en repositorios y provistos por terceros. Esto promete una generación de aplicaciones ejecutando sobre recursos computacionales y una infraestructura de comunicación globalmente distribuidos que, en tiempo de ejecución son reconfiguradas dinámica y transparentemente mediante la intervención de un middleware dedicado. Esta reconfiguración está sujeta a la negociación de un acuerdo de nivel de servicio - SLA [25]. En este paradigma los servicios de software son accedidos a través de sus APIs. Muchos de los aspectos relacionados con la provisión de fundamentos formales y herramientas para dar soporte a estos nuevos paradigmos han sido resueltos en los últimos años [66], sin embargo algunos permanecen abiertos. En particular la habilidad para proveer una infraestructura capaz de llevar a cabo los procesos de discovery y bindig de manera completamente automática es aún un desafío abierto [33, 59]. En esta tesis contribuimos a este objetivo haciendo foco en dos aspectos del problema: (1) la provisión de elementos formales capaces de capturar las particularidades de estos paradigmas siendo la más relevante el hecho de que no es posible saber en tiempo de diseño qué servicio, si es que alguno, podrá satisfacer un determinado requerimiento y (2) la necesidad de ser capaces de determinar en tiempo de ejecución si existe un servicio particular, en un repositorio dado, capaz de satisfacer un determinado requerimiento. Como contribución al punto (1) proporcionamos una semántica operacional para las Asynchronous Relational Networks [24] que captura tanto las transiciones internas como las acciones de reconfiguración que ocurren durante la ejecución de un servicio. También extendimos esta semántica con la habilidad para capturar reconfiguraciones no incrementales con respecto a la estructura, de modo de dar soporte a la falta de confiabilidad derivada de la infraestructura de ejecución. Como contribución al punto (2) exploramos el uso de CFSMs [9] en nuestro modelo para expresar tanto requerimientos como contratos de provisión de servicio. De esta manera recurrimos al mecanismo dado en [38] para proveer un chequedo de interoperabilidad automático para servicios. También extendimos las CFSMs y las equipamos con datos y condiciones de tipo asunción/garantía en la forma de fórmulas de primer orden sobre esos datos. De este modo transformamos a las CFSMs en un mecanismo apropiado para expresar y chequear contratos funcionales restringidos.

El objetivo principal de esta Tesis está centrado en el estudio de las fluctuaciones cuánticas de vacío y en particular del efecto Casimir para situaciones fuera del equilibrio. Para ello, en el presente trabajo se combinan, básicamente, dos métodos funcionales de gran poder: por una parte, se utiliza el formalismo de integrales de camino temporal cerrado (ó CTP de sus siglas en inglés) para el estudio de la evolución temporal de valores medios cuánticos; mientras que por otro lado, se incorpora el formalismo de la funcional de influencia de Feynman y Vernon como herramienta fundamental para el tratamiento de la dinámica de sistemas cuánticos abiertos. En una primera parte, se analizó una de las posibles formas de abordar el efecto Casimir en medios disipativos en un régimen estacionario y de equilibrio térmico, mediante un formalismo de cuantización canónica en el estado estacionario. En este punto, discutimos los posibles modelos físicos de permitividad de los medios materiales, conectando natural y necesariamente la teoría del movimiento Browniano cuántico al problema de la fuerza de Casimir con medios materiales reales. Luego, y como modelo más cercano al que representa el interés de la tesis, planteamos un problema de condiciones iniciales para un campo escalar en interacción con grados de libertad que representan a las principales propiedades de la materia. En este modelo, obtuvimos el régimen estacionario como el límite de tiempos largos, lo que nos llevó a una formulación conceptualmente correcta para la cuantización canónica en el límite estacionario. Posteriormente, extendimos el enfoque al caso del campo electromagnético. Logramos resolver las dificultades propias que impone un campo de gauge de tipo vectorial al momento de cuantizar, y ganamos generalidad en los modelos de medios materiales al poder representar materiales anisótropos (birrefringencia). Finalmente, a partir del formalismo desarrollado y de los modelos planteados, estudiamos el caso del efecto Casimir en su situación más realista: consideramos un campo electromagnético en interacción con materia en un contexto fuera del equilibrio. Abordamos el problema de dos placas paralelas semi-infinitas (problema de Lifshitz) de forma completa, estudiando al mismo tiempo varios de sus aspectos termodinámicos. Obtuvimos fórmulas analíticas exactas, demostrando que el estado estacionario de dicho escenario presenta dos contribuciones para la presión, una asociada a las condiciones iniciales del campo y la otra asociada a los baños térmicos que actúan de entorno sobre el material de las placas. Al mismo tiempo, la transferencia de calor (estudiada a través del vector de Poynting) presenta sólo una de las contribuciones, la asociada a los baños térmicos. Palabras claves: teoría de campos fuera del equilibrio - efecto Casimir - cuantización - sistemas cuánticos abiertos

Se analizan críticamente la detinición del estado de vacio u la renormalización del tensor energía-momento para la teoría cuántica de un campo escalar en presencia de un campo gravitatorio clásico; introducido a través de la geometria de fondo segun los métodos de la teoría de la relatividad general. El enfoque desarrollado se basa en la construcción explícita de todos los propagadores del campo escalar cuyo comportamiento local sea una generalización geométrica de la estructura, para longitud de arco geodésica pequeña, del propagador análogo para la misma teoria en el espacio de Minkomski. Se demuestra que no existe ningún propagador para campos no masivos con ese comportamiento en una geometria de fondo arbitraria, si bien la restricción a la Familia de métricas con tensor de Weyl nulo permite llevar a cabo la construcción propuesta. S establece la conexión entre este resultado y la imposibilidad de Formular una prescripción de renormalización geométrica tal que las divergencias eliminadas no resulten acompañadas por una contribución finita a la traza del tensor energia-momento, hecho que engendra el fenómeno conocido como anomalía de traza. Se manifiestan también, a partir de los resultados obtenidos, los aspectos no-covariantes de la definición del estado de vacio. Se particularizan luego los enfoques propuestos a universos de Robertson-Walker especialmente planos. Se demuestra, hasta el orden perturbativo involucrado en el proceso de renormalización, que el propagador obtenido mediante el desarrollo adiabático de los modos normales del campo coincide con el que determina el formalismo de tiempo propio, que es un propagador geométrico a partir del cual suele basarse el proceso de renormalizacidn. Se formula una hipótesis mínima que debe cumplir todo candidato a estado de vacio alternativo: las divergencias del tensor energía-momento en ese estado deben ser las mismas que las originadas en el vacio adiabático. La exigencia adicional de minimización instantánea de la energia sólo puede ser verificada si el acoplamiento del campo escalar con la curvatura es de tipo conforme. Finalmente se obtienen expresiones formales para el valor de expectación del tensor energia-momento, identificando un término de polarización y otro debido a las particulas creadas por la expansión del universo, en el estado cuántico que corresponde a la ausencia de particulas en la singularidad cosmológica. A partir de esas expresiones se desprenden conclusiones acerca de las condiciones de contorno que ese estado cuántico representa para la solución de un problema cosmológico.

Las aplicaciones de técnicas provenientes de la Geometría Diferencial moderna y la Topología han ayudado a una mayor comprensión de los problemas provenientes de la teoría de Sistemas Dinámicos. Estas aplicaciones han reformulado la mecánica analítica y clásica en un lenguaje geométrico que junto a nuevos métodos analíticos, topológicos y numéricos conforman una nueva área de investigación en matemática y física llamada Mecánica Geométrica. La Mecánica Geométrica se configura como un punto de encuentro de disciplinas diversas como la Mecánica, la Geometría, el Análisis, el Álgebra, el Análisis Numérico, las Ecuaciones en Derivadas Parciales, entre otras. Actualmente, la Mecánica Geométrica es un área de investigación pujante con fructíferas conexiones con otras disciplinas como la Teoría de Control no-lineal y los Sistemas Dinámicos. El objetivo de la Teoría de Control es determinar el comportamiento de un sistema dinámico por medio de acciones externas de forma que se cumplan ciertas condiciones prefijadas, como por ejemplo, que haya un extremo fijo, los dos, que ciertas variables no alcancen algunos valores u otro tipo de situaciones más o menos complicadas. Las aplicaciones de la Mecánica Geométrica en Teoría de Control han causado grandes progresos de esta área de investigación. Por otro lado, los sistemas híbridos son sistemas dinámicos que poseen dos componentes particulares en su dinámica: una dinámica a tiempo continua y una dinámica discreta. Estos sistemas son capaces de modelar varios sistemas ingenieriles como por ejemplo robots bípedos y el trabajo cooperativo con drones. La teoría de reducción es uno de los temas más estudiados de la Mecánica Geométrica. El punto de partida de todos los trabajos que estudian este tema es eliminar variables asociadas con un grupo de simetrías para reducir los grados de libertad de un sistema mecánico. En Mecánica Geométrica, las variedades simplécticas son utilizadas como espacios de fases de momentos, es decir, fibrados cotangentes en un espacio de configuración Q. En ese caso, las variedades simplécticas son los espacios naturales en las cuales se realiza la formulación Hamiltoniana de la Mecánica Clásica en el sentido autónomo. Dado un grupo de Lie, si el grupo de Lie actúa en Q, entonces se puede reducir la variedad simpléctica con respecto a la correspondiente acción levantada al cotangente y la aplicación momento canónica. Una de la formulaciones modernas de la teoría de reducción es conocida como reducción simpléctica o reducción de Marsden-Weinstein. La idea principal es la siguiente: suponer que un grupo de Lie actúa simplécticamente en una variedad simpléctica y que la aplicación momento está dada. El conjunto de nivel de esta aplicación, está equipado con una 2-forma canónica cerrada que generalmente no es no-degenerada. Bajo ciertas condiciones, se puede cocientar con respecto al grupo de isotropía para así eliminar las variables degeneradas y obtener una nueva 2-forma que resulta ser simpléctica. En el marco de sistemas que dependen explícitamente del tiempo, la situación es diferente. El espacio de configuraciones es una variedad diferenciable con su parte en el conjunto de números reales. Uno puede pensar en aplicar nuevamente los resultados conocidos a este nuevo marco y realizar una teoría análoga dependiente en el tiempo. En esta Tesis, el estudio de reducción por simetrías para sistemas Lagrangianos y Hamiltonianos híbridos es desarrollado en profundidad generalizando los resultados ya conocidos. Todos los distintos procesos de reducción que aparecen en mecánica de sistemas a tiempo continuo, de una u otra manera, pueden ser llevados a cabo en el contexto híbrido y así conseguir un sistema equivalente (que luego recuperará la solución del original) más fácil de resolver. El presente trabajo de investigación incluye nuevos resultados en el área de la Mecánica Geométrica que permiten el estudio de sistemas mecánicos (en particular sobre técnicas de reducción aplicadas en distintos contextos), su aplicación a la teoría de control y a los sistemas híbridos con y sin dependencia del tiempo. Presentamos una nueva formulación geométrica para la dinámica de los sistemas mecánicos de orden superior reducidos y la existencia de términos magnéticos, tanto en estos sistemas como en los sistemas mecánicos híbridos, que aparecen luego de aplicar un proceso de reducción Hamiltoniana. El trabajo desarrollado en esta Tesis contribuye a la Mecánica de Orden Superior, la Mecánica Discreta, la Teoría de reducción, la estabilidad y reducción de los Sistemas Mecánicos Híbridos, la Geometría Cosimpléctica y la Teoría de Control Geométrico.

Hemos estudiado algunos aspectos de la cuantificación de la gravedad. Utilizando la teoría de concomitantes, encontrarnos un teorema que generaliza el teorema de Weyl, resolviendo rigurosa y unívocamente el problema del lagrangiano de las teorías semiclásicas. Estudiamos, también haciendo uso de la teoría de concomitantes, expresiones para el valor renormalizado del campo escalar al cuadrado en cuatro y seis dimensiones. Finalmente nos ocupamos de las modificaciones que producen los cambios de topología en la teoría de campos. Hallamos las soluciones de la ecuación de campo, las funciones de Green y el valor renormalizado del tensor de energía-impulso, para el caso de observadores acelerados cualesquiera en un espacio-tiempo en el que se han realizado identificaciones antipodales. Relacionamos el problema de la norma nula de los elementos de la base de Fock con la presencia de horizontes de eventos y la periodicidad de las funciones de Green con la existencia de simetría esférica.