Doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas

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A Theory to Reason About Distributed Information
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Ramírez Rico, Sergio Steven; Valencia Posso, Frank Darwin; Rueda, Camilo
Esta disertación se enfoca en el análisis de información grupal en sistemas multiagentes espacialmente distribuidos. Se propone una generalización de los sistemas espaciales de restricciones (SCS por sus siglas en inglés) los cuales representan adecuadamente sistemas con información parcial (restricciones) distribuida en espacios proporcionados a los agentes del sistema. En el marco SCS los espacios se representan como funciones que preservan el operator join, que permiten razonar sobre información espacial y conocimiento. Intuitivamente, la información almacenada o que reside en los espacios de los agentes puede verse como local para el agente o como información que este considera verdadera. Sin embargo, SCS no proporciona un mecanismo para representar y analizar la información distribuida de grupos de agentes. Tener la capacidad de caracterizar dicha información es relevante en ambientes distribuidos ya que esta corresponde a información distribuida entre los miembros de un grupo, aunque ninguno de ellos necesariamente la posea. Además, la información distribuida puede ser usada, por ejemplo, para analizar o predecir cambios en la información de un grupo cuando se agrega o remueve un agente, con el propósito de prevenir evoluciones del sistema potencialmente peligrosas o no deseadas. Este trabajo desarrolla la teoría de SCS para formalizar y analizar información de grupos de agentes (que pueden ser infinitos). Equiparemos SCS con funciones adaptadas, que preservan el operador join, para representar la información de algún grupo I que se entiende como un simple agente. Intuitivamente, estas funciones representan la información que pertenece a un espacio (virtual) que se forma con los agentes de I. Específicamente, las principales contribuciones de este trabajo son: (i) caracterización de la información distribuida de grupos como funciones particulares que preservan el operador join, (ii) formalización de propiedades composicionales de dichas funciones para especificar la información de grupos en términos de la información de sus subgrupos, (iii) definición de condiciones específicas bajo las cuales la información de un grupo infinito de agentes puede ser representada en términos de un subgrupo finito de dichos agentes, (iv) desarrollo de algoritmos para calcular información distribuida y aplicaciones en geometría y morfología matemática, y (v) una especificación formal en lógica de reescritura para representar SCS que permite la verificación de propiedades tales como tolerancia a fallas e inferencia de conocimiento.
Exploring the macrophage response to leishmania infection: immunometabolism and pathway biocuration
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Murillo Silva, Julieth Irene; Gómez, María Adelaida; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto
La Leishmaniasis es una inmunopatología de carácter pro-inflamatorio desarrollada como consecuencia de la infección con parásitos de Leishmania. Éstos residen y se replican en los macrófagos, células fagocíticas a cargo de la eliminación de microbios intracelulares. Como en toda infección microbiana de similar naturaleza, la resolución de la Leishmaniasis implica dos eventos claves. Primero, una activación transitoria de la respuesta pro-inflamatoria que potencie la función microbicida del macrófago, seguido de una respuesta amortiguadora que permita la expresión de los mecanismos reparadores de tejido. A esto le sigue una respuesta anti-inflamatoria a más largo plazo, que permite la expresión de los mecanismos de reparación tisular. En la infección sintomática con Leishmania, los procesos microbicidas en el macrófago no se activan eficientemente incluso en condiciones altamente proinflamatorias. ¿Qué explica la incapacidad del macrófago para responder a estas señales? En inmunopatologías análogas se conoce que los macrófagos tienen la capacidad de reprogramar manera de dinámica funciones inmunológicas y metabólicas después de su exposición a estímulos pro-inflamatorios. Éste fenómeno ha sido propuesto o estudiado en la Leishmaniasis. La principal hipótesis de mi trabajo de investigación doctoral es que en macrófagos infectados con Leishmania, rutas inmunometabólicas son reprogramadas de manera dinámica después estímulos pro-inflamatorios. Dependiendo del programa inmunometabólico, el macrófago favorece o no, la supervivencia del parásito. Mi trabajo derivó dos principales contribuciones científicas en este tema.A partir de datos de RNA-seq, análisis de enriquecimiento y una extensiva revisión de la literatura, caractericé las rutas involucradas en el inmunometabolismo del macrófago a las 24 horas de la infección con Leishmania. (2) Complementariamente, datos de transcriptómica y modelamiento matemático, me permitieron construir un modelo de la reprogramación que sufren rutas del inmunometabolismo del macrófago durante las primeras 24 horas de infección. En resumen, encontramos que: durante las primeras horas de la interacción Leishmania-macrófago, la célula hospedera activa una fuerte respuesta inflamatoria, así como oxidativa, evidenciada por la expresión de factores de transcripción, citoquinas, enzimas productoras de ROS (especies reactivas de oxígeno), entre otros. Adicionalmente, la bioenergética de la célula hospedera se sostiene principalmente en glicólisis, a diferencia de fosforilación oxidativa en mitocondria durante condiciones basales (sin infección). No obstante, mecanismos amortiguadores de éstas respuesta son en su mayoría activados paralelamente. Hacia las 24 horas de la infección, el macrófago presenta un perfil predominantemente antinflamatorio, anti-oxidativo y con una bioenergética de tipo basal. Éstas son precisamente las condiciones que favorecen la supervivencia del parásito. En el capítulo 1 ofrecemos una descripción detallada de las interacciones moleculares que sostienen este perfil. Esperamos que esta red molecular sirva como punto de partida para identificar nodos de intervención clave en la reversión de permisividad del macrófago a la infección. Adicionalmente, esperamos que la parametrización y estructuración del modelo matemático, discutido en el capítulo 2, motive tanto experimentos in silico como ex vivo/in vitro, para estudiar el sistema en presencia de estímulos pro-inflamatorios, factores moleculares secretados por el parásito, entre otros escenarios. Nuestro trabajo además tiene una tercera contribución científica. También nos propusimos abordar el problema de extraer información biológica significativa de los datos de RNA-seq en el contexto de la Leishmaniasis. Consideramos que muchos de los transcriptomas disponibles de macrófagos infectados con Leishmania están subexplotados para explorar mecanismos que trasciendan los mecanismos clásicos de estudio en la Leishmaniasis. Para esto, construimos el primer repositorio de rutas de señalización de importancia en la Leishmaniasis, en la base de datos publica Reactome. En el capítulo discutimos la importancia de estructurar la representación de procesos biológicos teniendo en la cuenta el contexto de la inmunopatología de esta enfermedad. Así, nosotros agrupamos rutas de señalización según su participación en: internalización del parásito, inducción de respuesta pro-inflamatorias e inducción de respuestas anti-inflamatorias que favorecen la supervivencia del parásito. Las rutas de señalización con las que inicializamos “Leishmania infection pathways” son de alta importancia en el control de la infección, con base en la literatura reciente. Tras reanalizar datos de transcriptómica previamente publicados,mostramos cómo nuestra base de datos potencia el discernimiento de mecanismos moleculares subyacentes a alguna de las categorías mencionadas, que no fueron reportados en los estudios originales. Por ejemplo, la ruta de señalización ADORA2B, contribuye al mantenimiento de un perfil antinflamatorio en macrófagos infectados con Leishmania. Esto es posible a través de la cascada de señalización que conduce a la producción de la interleucina 10. En general, esperamos que la comunidad científica en Leishmaniasis, haga uso y contribuya a la expansión de este repositorio, y así acelerar nuestro entendimiento de la biología de la infección. En conjunto, en este trabajo de investigación doctoral se integra el uso de herramientas computacionales y datos ómicos para realizar un análisis comprensivo de la respuesta del macrófago a la infección con parásitos de Leishmania.
Robust video trackers against in-capture and post-capture distortions using video quality assessment based on natural scene statistics and deep learning
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Gómez Nieto, Roger Alfonso ; Benítez Restrepo, Hernán Darío; Bovik, Alan
El trabajo investigativo realizado hasta el momento en Seguimiento de Objetos en Video (VOT) ha estudiado diversos factores de la imagen que afectan el rendimiento de VOT. Por ejemplo, factores como oclusión, aglomeración, confusión, la forma del objeto, velocidad variable, acercamiento, entre otros, influencian la calidad del video y afectan la precisión del seguidor. Sin embargo, hasta el momento, no se ha definido una distinción clara entre los desafíos originados por la escena, tales como oclusión y aglomeración de objetos, con los desafíos impuestos directamente por la calidad del video. Estas distorsiones que afectan la calidad del video pueden generarse por etapas o fases presentes en la captura, compresión, procesamiento y transmisión del video. A pesar de la abundancia de métodos VOT en la literatura, aún se presenta una ausencia de estudios detallados que analicen el rendimiento de los VOT en videos que contengan distorsiones en captura y post-captura. El seguimiento de objetos en video es una tarea desafiante debido a la necesidad de trabajar con videos que tienen múltiples imperfecciones y distorsiones. Entre estas se encuentran rectángulos de inicialización del objeto mal ubicados, ruido en el sensor, latencia por transmisión de video, cambios de iluminación, y pérdida de datos por algoritmos de compresión. Un importante y actual campo de investigación es la interacción entre la calidad de video y el desempeño en la tarea. Esto al tener en cuenta que los videos usados en video-vigilancia están plagados con numerosas fuentes de distorsión, incluyendo borrosidad, ruido y artefactos que surgen de procesos como compresión, escalado, conversión de formato, entre otros. A menudo en un mismo video se encuentran múltiples distorsiones, las cuales interactúan, lo cual complica significativamente la tarea del seguidor de objetos. Aunque en el estado del arte se proponen numerosos algoritmos seguidores de objeto cada año, hacerlos robustos contra la amplia variedad de distorsiones no lineales, a menudo contenidas de forma simultánea, y además, poco entendidas, es un problema altamente complejo. A pesar de la buena precisión de los algoritmos seguidores recientes, estos no han demostrado ser lo suficientemente robustos a distorsiones de video en captura y postcaptura. Algo que no ha permitido el avance en la mejora de dicha robustez, es la ausencia de bases de datos de videos que presenten distorsiones en captura. Similarmente, no se reporta una evaluación sistemática de los seguidores del estado del arte en videos que adquieran distorsiones durante la captura y postcaptura.
Hierarchical multi-label classification methods for gene function prediction
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2022) Romero González, Miguel Ángel; Rocha Niño, Hernán Camilo; Finke Ortiz, Jorge
Exploración de los mecanismos moleculares relacionados con el rol antioxidante y el potencial antiproliferativo de extractos obtenidos de subproductos de la industria azucarera
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Molina Cortés, Andrea; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto; Tobar Tosse, Henry Fabián
En un contexto social cada vez más orientado hacia el desarrollo sostenible, el uso racional de los recursos naturales y la minimización de impactos negativos al medio ambiente, la investigación aplicada ha experimentado un notable avance para abordar problemáticas relacionadas con la transformación de materias primas a nivel industrial y su inevitable generación de residuos. La incorporación de principios propios de la investigación científica ha conducido a la formulación de estrategias integradoras y holísticas para darle a estos materiales residuales una segunda oportunidad para ser aprovechados en función de sus potencialidades. En este marco de referencia, el presente trabajo doctoral está alineado con la creciente tendencia hacia la sostenibilidad y la revalorización de subproductos agroindustriales. A través de la implementación de un enfoque interdisciplinario que combina elementos de la química analítica, la biología celular, la biología molecular y la bioinformática, este estudio ofrece un valioso entendimiento de la versatilidad y el potencial terapéutico de dos subproductos aparentemente descartables de la agroindustria de la caña de azúcar: las melazas y las vinazas. Al evaluar las características fisicoquímicas y los efectos biológicos de extractos derivados de estas dos fuentes, se busca comprender los aspectos mecanísticos que podrían conferirles un importante valor científico con posibles aplicaciones futuras. En este sentido, el objetivo principal de esta investigación consistió en explorar los mecanismos moleculares subyacentes al rol antioxidante y al potencial antiproliferativo de extractos obtenidos a partir de la melaza y la vinaza de caña. Como primer paso para alcanzar este objetivo, se procedió a la caracterización fisicoquímica de ambos subproductos. Posteriormente, se sometieron a un proceso de extracción en fase sólida, del cual se derivaron dos fracciones por cada subproducto: una fracción metanólica, que se esperaba contuviera principalmente compuestos fenólicos (PCs), y otra fracción acuosa, en la cual estarían presentes compuestos inducidos por el calor (HICs). Cada fracción se caracterizó en términos de su contenido de compuestos antioxidantes totales, capacidad antioxidante in vitro y perfil de compuestos de interés. La identificación tentativa de estos compuestos se realizó aplicando técnicas de cromatografía líquida (LC) y de gases (GC) acopladas a espectrometría de masas de alta resolución (MS/MS). En consecuencia, los PCs fueron identificados en los extractos metanólicos por LC-MS/MS, mientras que los extractos acuosos se procesaron por GC-MS/MS para determinar su composición de compuestos volátiles generados térmicamente (HICs). Los resultados de esta caracterización fisicoquímica confirmaron que tanto la melaza como la vinaza de caña son ricas en diversos compuestos bioactivos. En las fracciones metanólicas se encontraron compuestos como el ácido p-cumárico, el schaftósido, el ácido clorogénico y el ácido feruloilquínico; mientras que en los extractos acuosos se identificaron compuestos como la DDMP, el 1-butoxi-2-propanol, el ácido isociánico, el 3,4-dimetoxifenol y la 1,6-anhidro-beta-D-glucopiranosa. A pesar de estas diferencias composicionales, los análisis demostraron que el tipo de subproducto no influyó significativamente en los contenidos de compuestos antioxidantes totales, por lo que estos hallazgos posicionan a la melaza y la vinaza de caña como materiales con cualidades antioxidantes comparables. Tras el análisis químico de los extractos, se realizó la determinación de sus efectos biológicos en un contexto celular específico. Para ello, se examinó la respuesta antiproliferativa de células NIH-3T3 tratadas con los extractos más sobresalientes del paso anterior. Como resultado de estos ensayos, se seleccionaron los cultivos celulares con la mejor respuesta diferencial a los tratamientos aplicados, y se realizó la respectiva evaluación de los cambios en los patrones de expresión génica. Para este fin, se realizó un estudio transcriptómico comparativo aplicando técnicas de secuenciación por RNA-Seq para identificar los transcritos diferencialmente expresados. Con los datos obtenidos se implementó un flujo de trabajo bioinformático que incluyó la anotación funcional de los genes basada en ontologías génicas, un análisis de enriquecimiento funcional mediante las rutas metabólicas de la base de datos KEGG, y un análisis de redes de interacción proteína-proteína. A través de esta metodología se evidenció una influencia notable de los extractos en la proliferación celular. A nivel molecular, los resultados revelaron modificaciones significativas y generalizadas en la expresión génica de procesos biológicos, componentes celulares, funciones moleculares, rutas metabólicas y redes de interacción proteica relacionadas con la matriz extracelular y la membrana citoplasmática. Algo destacable de estos hallazgos, fue que, aunque los conjuntos de genes diferencialmente expresados variaron en cada caso, se encontró que los extractos provenientes de ambos subproductos evaluados afectaron casi los mismos eventos celulares de una forma dependiente del tiempo. Posteriormente, se examinó la influencia de los extractos sobre marcadores moleculares característicos de los procesos de ciclo celular y apoptosis mediante análisis de expresión génica por qPCR. Como producto de estas pruebas se detectaron disminuciones significativas en la expresión de genes reguladores maestros del ciclo celular tales como CCNA1 y CCNB1, los cuales desempeñan un rol esencial en la progresión de las fases S, G2 y M. Aunque se observaron cambios en la transcripción de genes relacionados con la apoptosis, no fue posible confirmar que las células hubieran desplegado completamente una muerte programada por vía mitocondrial. Estos hallazgos, junto con la pérdida de viabilidad celular observada en los ensayos antiproliferativos, plantean la necesidad de emprender estudios adicionales para investigar otros tipos de muerte celular. Considerando las afectaciones observadas sobre el ciclo celular y la apoptosis en la línea celular NIH-3T3, se replicó un estudio semejante en células cancerosas de la línea HT-29. Los resultados obtenidos en este contexto neoplásico reflejaron similitudes significativas con los hallazgos previamente observados en las células no cancerosas; de aquí que se pudieran demostrar las propiedades antiproliferativas de los extractos para los dos entornos celulares estudiados. A la luz de los resultados globales de esta tesis doctoral, se ha proporcionado evidencia relevante que demuestra las posibilidades que las melazas y vinazas de caña pueden ofrecer como fuentes de compuestos biológicamente activos. La capacidad antioxidante inherente de estos extractos, respaldada por la presencia de PCs y HICs, sugiere su utilidad en la prevención del daño celular inducido por radicales libres. Adicionalmente, el impacto en la proliferación celular plantea perspectivas interesantes para el futuro diseño de terapias antiproliferativas, incluso en el ámbito oncológico. Aunque persisten interrogantes sobre los mecanismos tras los efectos observados, este estudio establece los cimientos para investigaciones posteriores en esta dirección. Finalmente, esta investigación demuestra lo prometedor que puede resultar el uso de subproductos industriales para aprovechar sus cualidades como fuente de agentes bioactivos. Además de los beneficios ambientales y económicos que podrían derivarse de esta revalorización, los hallazgos obtenidos tienen el potencial de impulsar avances científicos significativos en los campos de la medicina y la biotecnología.
Identification of stress-responsive genes in differential co-expression networks
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Riccio Rengifo, Camila; Rocha Niño, Hernán Camilo; Finke Ortiz, Jorge
Comprender como los organismos responden al estres ambiental es crucial en el campo de la biologia. Los genes que responden al estres desempenan un papel fundamental en esta adaptacion y su identificacion es un desafio significativo. Los enfoques tradicionales para encontrar estos genes tienen limitaciones para capturar las complejas interacciones geneticas que gobiernan las respuestas al estres. Esta tesis introduce el flujo de trabajo de Integracion de Datos de Control-Estres con Agrupacion Superpuesta (CSI-OC por sus siglas en ingles). La aproximación propuesta combina metodos estadisticos y basados en redes para identificar genes que responden al estres. Utiliza metricas de cambio en la expresion genica y construye redes de coexpresion diferencial para analizar las interacciones genicas. Su caracteristica mas distintiva es la capacidad de detectar modulos de genes superpuestos y seleccionar aquellos relacionados con rasgos fenotipicos. El flujo de trabajo se aplica en arroz y cana de azucar, dos cultivos importantes en la agricultura, revelando genes clave relacionados con la respuesta a estres. Estos modulos superpuestos resultan vitales para comprender las redes de co-expresion y la respuesta al estres. La experimentacion con datos sinteticos valida la fiabilidad del flujo de trabajo. En ultima instancia, esta disertacion enriquece el campo de la biologia al proporcionar una herramienta analítica solida para identificar genes que responden al estres. La deteccion de modulos superpuestos representa un progreso notable, reflejando la intrincada dinamica de las interacciones genicas. Ademas, las aplicaciones potenciales de este flujo de trabajo se extienden mas alla de la biología y abarcan areas como la economia y las ciencias sociales, donde entender las interacciones es clave para comprender los fenomenos sistemicos.
An in silico study of the GCR1 role, mediated by Gibberellin GA1 and Abscisic Acid, to regulate GP in plant cells
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Hernández Acosta, Pedro Miguel; Jaramillo Botero, Andrés; Arango Mambuscay, Carlos Alberto
DNA methylation patterns associated with aluminum tolerance in cultivated and wild rice species
(Pontificia Universidad Javeriana de Cal, 2023) Gallo Franco, Jenny Johana; Quimbaya Gómez, Mauricio Alberto
Las plantas son organismos se siles que se enfrentan constantemente a condiciones bio ticas y abióticas estresantes que deben combatir para poder sobrevivir. Para ello, han desarrollado diversas estrategias que involucran enfoques gene ticos, moleculares y fisiológicos. Recientemente, ha surgido un gran interés en el estudio del papel de la epigenética en la respuesta de las plantas a las condiciones de estrés. Las modificaciones epigenéticas, que incluyen alteraciones en el ADN o proteínas histonas, pueden afectar la expresión de los genes de manera potencialmente estable y heredable, sin afectar la composición del ADN. Aunque existen diversos estudios del papel de la epigenética en la respuesta a estrés por parte de las plantas, aún existen grandes vacíos alrededor del tema con la mayoría de los estudios enfocados en algunas especies o en condiciones de estrés específicas. Esta disertación doctoral estudia el papel de la metilación del ADN, uno de los mecanismos epigenéticos más estudiados, en relación con los niveles de tolerancia a estrés por aluminio en plantas de arroz. Esta investigación aborda el problema propuesto a través de varios enfoques: (i) evaluación de marcas epigenéticas preexistentes en genotipos tolerantes y susceptibles de Oryza sativa y Oryza glumaepatula, así como cambios en la metilación del ADN generados en respuesta a la exposición al Al (ii) Evaluación de la expresión diferencial de genes de respuesta al estrés por aluminio; y (ii) correlación de los patrones de expresión ge nica con los cambios en los niveles de metilación del ADN en respuesta al estrés. Los resultados de este estudio representan bases fundamentales para el entendimiento de la epigenética como un factor clave en la respuesta de las plantas a estrés por condiciones abióticas. A partir de estos resultados también se plantean nuevo interrogantes y retos para futuras investigaciones en el campo científico.
Electrochemical non-invasive biosensors for humans and plants health monitoring
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Perdomo Ospino, Sammy Alejandro; Jaramillo Botero, Andrés
Modelado y análisis de sistemas complejos: desde la estimación de parámetros hasta la selección de marcadores genéticos asociados a características de interés agronómico en caña de azúcar
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2023) Medina López, Jan Alejandro; Silva, Fernando; Jaramillo, Andrés
Sustainable optimization of rice production in Colombia: Integrating intermittent irrigation strategies, cultivar selection, and heat-resistant genotypes for greenhouse gas emission mitigation and preservation of agricultural yields in diverse climatic conditions
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2024) Loaiza Mera, Sandra Patricia; Jaramillo Botero, Andrés; Valencia Ochoa, Drochss Pettry; Pittelkow, Cameron
La sostenibilidad en la producción de arroz en América Latina es crucial para preservar nuestros ecosistemas, prevenir la degradación del suelo y contribuir a la mitigación del cambio climático. Este estudio se centró en enfrentar desafíos específicos relacionados con la gestión del agua, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), la selección de variedades de arroz e identificación de genotipos resistentes a condiciones de altas temperaturas. La implementación de prácticas como el riego de alternancia de inundación y secado (AWD) se exploró como estrategia para mantener los rendimientos del cultivo, reduciendo al mismo tiempo el impacto ambiental. Se evaluaron diversos cultivares en términos de emisiones de metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), rendimiento del grano y su contribución al calentamiento global. Además, se investigó el cambio de inundación a riego intermitente en diversas regiones colombianas, revelando beneficios significativos en la reducción de emisiones y la preservación de los rendimientos del cultivo. La eficiencia en el uso de fertilizantes y la gestión óptima del agua emergieron como prácticas clave para lograr una producción de arroz más sostenible. En resumen, este estudio proporciona una visión integral y estratégica para mejorar la sostenibilidad de la producción de arroz, considerando la gestión eficiente del agua y la reducción de emisiones de GEI en contextos regionales específicos. La creciente demanda de arroz en América Latina requiere prácticas sostenibles de riego para abordar la escasez de agua y reducir las emisiones de GEI. Este estudio investiga el potencial de AWD en comparación con métodos convencionales en el cultivo de arroz tropical en Colombia. Durante cuatro temporadas, los tratamientos AWD (AWD5cm y AWD10cm) demostraron una reducción del 19-56% en el uso acumulado de agua, especialmente en estaciones secas. Además, AWD redujo significativamente las emisiones de CH4 en un 72-100% y las emisiones de N2O en un 12-70%, resultando en una reducción del 25-73% en el potencial de calentamiento global (PCG) en comparación con el control, con un impacto mínimo en la productividad del cultivo (5.2-8.2 Mg ha-1). Los hallazgos sugieren que AWD es una estrategia prometedora para mitigar las emisiones de GEI en el cultivo de arroz tropical a pesar de las barreras de adopción. La selección de cultivares emerge como un factor crítico en la mitigación de GEI, como se demostró en un estudio paralelo sobre cuatro cultivares comerciales de arroz en dos regiones de Colombia. Los resultados indicaron que las emisiones de CH4 y el GWP fueron relativamente bajos debido al drenaje frecuente del campo, con las emisiones de N2O contribuyendo en su mayoría al GWP. Variedades específicas, como F-67 y F-Itagua, redujeron significativamente el GWP en un 32-61%, principalmente a través de la reducción de las emisiones de N2O. Este estudio destaca el papel de la selección de variedades de arroz en la reducción de las emisiones de N2O bajo irrigación no continua, una práctica crucial para abordar el cambio climático y la escasez de agua. Además, esta investigación contrasta el impacto de la gestión del agua en tratamientos de riego intermitente e inundado en dos regiones colombianas, Tolima y Casanare. Al evaluar las emisiones de CH4 y N2O, el PCG y el rendimiento del cultivo para dos variedades comerciales de arroz, los hallazgos revelan que la transición de la inundación al riego intermitente reduce significativamente las emisiones de CH4 en aproximadamente un 100% en ambas regiones. Notablemente, se observa una reducción del 54 al 78% en las emisiones de N2O en Tolima, del 6 al 46% en sistemas de secano y un 100% en sistemas irrigados con manejo de la humedad del suelo durante la fertilización en Casanare. En general, el GWP experimenta una reducción que oscila entre el 62 y el 85% en Tolima, del 14 al 62% en sistemas de secano y un 100% en el sistema irrigado en Casanare, destacando el potencial del riego intermitente para minimizar el GWP global y preservar los rendimientos. Por último, una investigación centrada en variedades comerciales de arroz y genotipos resistentes al calor en la región de Tolima bajo riego intermitente e inundado reveló una reducción en las emisiones de CH4 (74-75% en variedades comerciales, 81-95% en genotipos) y una reducción del 61-85% en el GWP. No se observaron diferencias significativas en las emisiones de N2O entre cultivares y tratamientos, enfatizando el papel de la gestión de recursos hídricos sobre la selección de cultivares. A pesar de proporcionar valiosos conocimientos y reconocer las limitaciones del estudio, se propone la investigación futura para explorar el impacto de condiciones climáticas extremas en la sostenibilidad y productividad de diferentes cultivares de arroz. Esta investigación abre la puerta a un estudio más profundo de estrategias de mitigación en diversos aspectos de las prácticas agronómicas del arroz, como los tipos de siembra, el manejo de fertilizantes y la selección de genotipos. El objetivo es determinar el impacto ambiental de estas estrategias sin comprometer la seguridad alimentaria y económica del agricultor. Adicionalmente, este estudio proporciona una base de conocimiento crucial sobre el comportamiento de los cultivos de arroz bajo diferentes prácticas de manejo del riego en condiciones arroceras contrastantes. Asimismo, ofrece información valiosa acerca de los factores de emisión de CH4 y N2O, constituyendo contribuciones significativas para la elaboración de inventarios a nivel nacional y departamental de gases de efecto invernadero en Colombia. Estas contribuciones son fundamentales para fortalecer las Acciones de Mitigación Nacionalmente Apropiadas (sigla en inglés: NAMAs). Además, se busca proporcionar apoyo a los agricultores, permitiéndoles evaluar y considerar qué tipo de prácticas agronómicas pueden contribuir efectivamente a reducir el impacto ambiental y mejorar sus condiciones socioeconómicas y de seguridad alimentaria.
Graph based Image fusion and features extraction for remote sensing applications
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2024) Jiménez Sierra, David Alejandro; Benítez Restrepo, Hernán Darío; Vargas Cardona, Hernán Darío
Recientemente los avances en la tecnología de sensores han conllevado a un incremento en la disponibilidadde imágenes (a una alta resolución espacial y espectral) hiper-espectrales, multi-espectrales(ME), y de radar de apertura sintética (SAR), las cuales permiten describir un objeto o un fenómeno. Cada sensor captura diferente información que explica distintas características físicas. Por ejemplo, un sensor SAR captura información relacionada a características de la superficie (como la aspereza, estructura geométrica, y orientación), y un sensor ME captura la reflectancia de los objetos a diferentes longitudes de onda. Sin embargo, la información obtenida en tierra por un solo sensor es limitada para sacar conclusiones confiables sobre algún fenómeno como la detección de cambios en la cobertura del suelo y el crecimiento de biomasa. Por el contrario, las técnicas de fusión de imágenes integran información espectral, espacial y temporal de diferentes sensores con el fin de obtener información apropiada y generar imágenes adecuadas para la percepción humana y de maquina. La fusión de imágenes es el proceso de combinar dos o más imágenes en una sola, la cual debe de ser más informativa y por lo tanto útil en diferentes aplicaciones de sensado remoto (i.e. geología, agricultura, miliar, etc). Por ende, generalmente es deseado el uso de datos capturados por diferentes sensores. Aunque la fusión de datos contribuye a mejorar el desempeño en tareas de clasificación y detección en sensado remoto, es una tarea que es compleja. Por ejemplo, las diferentes resoluciones, unidades,dimensiones, y formatos son retos impuestos por los datos sin procesamiento alguno. Además, los datos homogéneos (i.e. datos captados por el mismo sensor) presentan pequeñas variaciones intraclase y distorsiones por brillo (artefactos), para el caso de datos heterogéneos (i.e. datos captados por diferentes sensores) los pixeles poseen diferentes firmas y por lo tanto siguen un comportamiento estadístico diferente lo cual dificulta la extracción de información relevante de los datos fusionados. En consecuencia, puede ser necesario el uso de pre-procesamiento y post-procesamiento. A pesar de que numerosos métodos propuestos en las últimas décadas para la fusión de datos que se enfocan en la extracción de características, embebimiento de espacios, modelamiento de datos, adaptación de dominio, transformación de datos, aprendizaje por transferencia, y traducción de imagen a imagen, el análisis estructural inducido por los grafos no ha sido ampliamente explorado. Más precisamente, los actuales algoritmos de fusión basados en grafos han mostrado su habilidad para lidiar con la variabilidad que presentan el formato de los datos y han permitido de una manera flexible representar la relación entre entidades de datos. No obstante, los métodos de fusión de datos basados en grafos no explotan la información prior embebida en los datos (i.e. procesamiento de señales en grafos), son altamente impactados por la forma de representar una imagen (i.e. pixelescomo nodos, super-píxeles como nodos, y parches como nodos), y la regla de fusión que se utiliza usualmente depende más de la matriz de pesos que de las bases espectrales.

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