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Item Replicadores: aplicações em evolução pré-biótica e linguagem(2017-05-16) Fontanari, Jose FernandoUma das idéias científicas mais originais e controversas é a sugestão de que muito da complexidade associada à vida e ao comportamento humano é conseqüência da ação não planejada de replicadores. Entende-se por replicador a entidade (genes no caso biológico e idéias ou memes no caso cultural) capaz de se auto-replicar, dadas as condições necessárias para isso. Uma característica importante, embora extremamente restritiva, é que as cópias produzidas, perfeitas ou não, sejam também replicadores. Essa condição é necessária para que a força organizadora da seleção natural possa atuar. Nossa proposta é estudar a emergência e a evolução de replicadores em dois casos de grande importância para muitos ramos da ciência: evolução pré-biótica (origem da vida) e evolução da linguagem. Devido ao conceito unificador de replicador, a formalização matemática bem como a metodologia de estudo são idênticas nessas duas situações, apesar de à primeira vista corresponderem a fenômenos completamente distintos. Métodos analíticos da mecânica estatística de sistemas desordenados (a técnica das réplicas e a contagem de estados meta-estáveis, por exemplo), teoria de processos de ramificação e teoria de sistemas dinâmicos são ferramentas que podem ser empregadas na caracterização dos estados estacionários da dinâmica de replicadores. No contexto da evolução da linguagem, nosso objetivo principal é entender como as limitações sensoriais e de processamento dos agentes determinam e limitam a estrutura da linguagem desenvolvida. Já no contexto da evolução pré-biótica, pretendemos nos concentrar principalmente na questão da emergência de metabolismos através da simulação de uma cinética química artificial, sendo esta uma forma de abordar, através de primeiros-princípios, a origem dos replicadores, visto por muitos como o evento mais fundamental da história da vida. Além desses objetivos admitidamente ambiciosos que servem para nortear o rumo da pesquisa, diversas outras questões serão abordadas como o acúmulo de mutação em populações microbianas, a coexistência de espécies moleculares distintas, e a formulação de um modelo estocástico para a evolução da linguagem.Item Evolução molecular teórica(2017-05-16) Fontanari, Jose FernandoA introdução de métodos moleculares no estudo da evolução transformou esse campo de pesquisa numa ciência exata, na qual os parâmetros relevantes podem ser medidos com precisão e as teorias testadas contra os dados experimentais. Neste projeto vamos nos concentrar em duas áreas de estudo, a saber, (a) reconstrução da história evolucionária de genes e organismos (inferência ancestral), e (b) evolução pré-biótica ou a origem da vida. Embora essas áreas tenham sido tradicionalmente estudadas separadamente, principalmente porque a origem da vida ainda é uma questão bastante especulativa, vamos argumentar que, pelo menos do ponto de vista teórico, os modelos usados para estudar esses dois problemas são essencialmente os mesmos; a principal diferença sendo a ênfase dada a diferentes características ou grandezas do processo evolucionário. Neste sentido, planejamos usar nossa experiência de 5 anos de trabalho em evolução pré-biótica para abordar problemas de reconstrução filogenética e genealógica. Esse tipo de problema possui enorme importância prática como, por exemplo, a elucidação da origem e história natural dos vírus. Mais especificamente, vamos nos concentrar nos efeitos da seleção (ou reprodução diferenciada) nas propriedades estatísticas de árvores genealógicas tais como os padrões de adjacência e a distribuição de distâncias internodais. Embora essas propriedades sejam bem entendidas no caso de evolução neutra, há muito poucos trabalhos que levam a seleção em conta. Com relação ao tema evolução pré-biótica, vamos nos concentrar principalmente na aplicação de idéias da teoria de seleção de grupos para explicar a coexistência estável de moléculas auto-replicadoras com taxas de replicação distintas. Essa coexistência é fundamental para o surgimento de aglomerados moleculares complexos capazes de funcionar como um metabolismo rudimentar.Item Estudos no modelo de Axelrod: transições de fase de não-equilíbrio, difusão de inovações, e computação coletiva(2017-05-16) Fontanari, Jose FernandoUma característica importante do modelo de Axelrod de disseminação cultural é a existência de configurações absorventes que exibem diversos domínios culturais, a despeito da regra de interação entre os agentes que promove a similaridade entre eles. Os agentes estão fixos em sítios de uma rede quadrada com conexões entre primeiros vizinhos apenas e são representados por listas de F características culturais, cada uma representada por um número inteiro escolhido entre q possibilidades. Dependendo dos valores desses parâmetros o estado estacionário do modelo exibe coexistência cultural ou não, sendo esses regimes separados por uma transição de fase de não equilíbrio no espaço (q,F). A probabilidade de interação entre agentes cresce linearmente com sua superposição cultural: agentes similares interagem mais frequentemente e agentes sem nenhuma característica em comum não interagem. Nosso primeiro objetivo é caracterizar a transição de fase de não-equilíbrio do modelo de Axelrod lembrando que existe um número infinito de estados absorventes no limite termodinâmico e que a dinâmica sempre congela em um desses estados. Nosso segundo objetivo é investigar o processo de difusão de inovações introduzindo um campo externo local para o papel do agente de inovação. Estudaremos também o efeito da expansão demográfica, permitindo que os agentes se movam na rede. Finalmente, nosso terceiro objetivo é explorar a ideia da sociedade como um 'cérebro' coletivo capaz de executar tarefas complexas. Nesse caso, o conjunto de características culturais de um agente é interpretado como uma solução tentativa de algum problema de otimização.