|
Dendrochronologie arktické tundry
Lehejček, Jiří ; Svoboda, Miroslav (vedoucí práce) ; Monika, Monika (oponent)
Historicky bezprecedentní environmentální změny arktických ekosystémů jsou často zasazovány do kontextu jejich vývoje; minulého, ale i očekávaného budoucího. V oblastech s nedostatečnými instrumentálními meteorologickými pozorováními je nutné studovat klimatické archivy, které jsou schopny zasadit probíhající environmentální změny do kontextu minulosti. Práce předkládá syntézu jednoho takového archivu jalovce obecného (Juniperus communis) dlouhověkého cirkumpolárního keře arktické tundry. Na úrovni anatomie buňky bylo prozkoumáno 20 keřů. Kromě ekologických nároků druhu se tím odkryl i jeho potenciál pro environmentální a klimatické rekonstrukce. Mezi klíčové výsledky patří následující:
i) Zastavení exponenciálního zvětšování plochy vodivého aparátu s věkem je v rozporu s přirozeným charakterem tohoto fenoménu u stromů. To naznačuje, že keře nepotřebují zajišťovat potřeby vody a živin klasickými cestami zákonů hydraulické konduktivity ale spíše pomocí jiných mechanismů. Extrémní podmínky tedy limitují výškový vzrůst rostlin, které kvůli nim mění převládající směr svého růstu z vertikálního na horizontální. Jednotlivé projevy počasí však na vzrůst působí pravděpodobně odlišně. Zatímco sníh a vítr ovlivňují růst kmene/větví mechanicky, pak teplota spíše fyziologicky. Až do věku, kdy je mladý keř schopen ustát silný vítr ve vzpřímené pozici a jeho kmínek/větve mají dostatečnou resilienci se po odtání sněhové pokrývky opět narovnat, roste vzhůru a plocha vodivého aparátu se zvětšuje. Současně s tím teplota, resp. cykly opakovaného mrznutí a rozmrzání, způsobuje konzervativní vývoj keře, který preferuje bezpečnost (limitní velikost plochy vodivého aparátu) před hydraulickou efektivitou, čímž se brání embólii, ale tím i dalšímu výškovému růstu. Všechny tyto (ale i další) faktory jsou zřejmě dohromady zodpovědné za postupný přechod od vertikálního ke kvazihorizontálnímu růstu. Od této chvíle již není potřeba (ani to není fyziologicky možné) dále zvětšovat plochu vodivého aparátu, jelikož voda přestává být transportována proti gravitaci.
ii) Tento věkový/růstový trend je nutné uvažovat při dalším využívání růstových parametrů v paleoenvironmentálních studiích. Buněčné parametry by tedy neměly být využívány k těmto účelům, pokud nejsou správně detrendovány. To umožní nejen přesnější ale i delší rekonstrukce, protože je možné využít celý život rostlin včetně často opomíjené juvenilní fáze.
iii) Předložena je i rekonstrukce tání jihozápadní části Grónského ledovcového štítu (GrIS) během 20. st. Tato oblast je považována v rámci celého GrIS za nejaktivnější. Dle naší rekonstrukce není míra současného tání GrIS v kontextu 20. st. neobvyklá, resp. je srovnatelná s prvními dekádami 20. st. Tento poznatek je významným přispěním do debaty o Atlantické meridionální zpětné cirkulaci (AMOC). A sice, příliš velký přítok sladké studené vody do severního Atlantiku v důsledku tání GrIS může zpomalit nebo dokonce zastavit AMOC, což by způsobilo prohloubení kontinentálního charakteru evropského klimatu. Naše výsledky tak ukazují, že tato hranice leží výše, než je současná míra tání GrIS.
Jalovec obecný je fascinující arktický keř, který prokázal schopnost zodpovědět množství ekologický a environmentálních otázek. Především díky své dlouhověkosti a četnosti má obrovský potenciál stát se významných účastníkem arktického výzkumu.
|
|
Nutriční rozbor a optimalizace chovu vybraných druhů jedlého hmyzu v podmínkách ČR s ohledem na zdraví člověka
Adámková, Anna ; Kouřimská, Lenka (vedoucí práce)
Jedlý hmyz je ve světě považován za vysoce výživnou stravu s vysokým obsahem bílkovin a tuku. Nicméně, nutriční hodnota hmyzu není konstantní. Je ovlivněna živočišným druhem, vývojovým stádiem, podmínkami, místem chovu nebo výživou. Práce byla proto zaměřena na získání vybraných nutričních hodnot jedlého hmyzu. Analýzy byly zaměřeny na stanovení obsahu dusíkatých látek, tuku, profilu mastných kyselin a sterolů u vybraných druhů jedlého hmyzu, které je možné běžně chovat v podmínkách České republiky. Současně byly analyzovány i vzorky hmyzu chovaného na ostrově Sumatra z důvodu porovnání vlivu klimatických podmínek na nutriční hodnoty. Hlavním cílem práce bylo stanovení optimálních chovných podmínek, vývojových fází a krmných dávek pro získání dobré produkce hmyzu s vhodnými nutričními vlastnostmi pro výživu lidí. Provedené analýzy prokázaly vysokou nutriční hodnotu vybraných druhů hmyzu, zároveň však potvrdily průkazné rozdíly v obsahu jednotlivých nutrientů mezi jednotlivými druhy v závislosti klimatických podmínkách a vývojovém stádiu. Porovnáním obsahu tuku a dusíkatých látek u jedlého hmyzu a jiných konvenčních zdrojů masa bylo zjištěno, že obsahem tuku a dusíkatých látek je zkoumaný hmyz podobný hovězímu masu. Získané výsledky jsou podkladem pro stanovení vhodných chovných podmínek a vývojových fází pro získání hmyzu s požadovanými nutričními vlastnostmi pro výživu lidí.
|
|
Populačně genetický rozbor plemene starokladrubský kůň
Vostrá Vydrová, Hana ; Majzlík, Ivan (vedoucí práce) ; Karel, Karel (oponent)
Starokladrubský kůň, spolu s plemenem lipicán, andaluský kůň a lusitano, patří mezi plemena starošpanělského a staroitalského typu a je chováno ve dvou barevných variantách (bělouši a vraníci). Protože se jedná o uzavřenou populaci, je populace ohrožena ztrátou genetické proměnlivosti. Genetická rozmanitost a populační struktura byla analyzována u starokladrubského koně na základě rodokmenových záznamů jedinců registrovaných v plemenné knize. Dále byly identifikovány faktory, které mohou ovlivnit genetickou variabilitu starokladrubského plemene. Rodokmenové záznamy použité v analýze zahrnovaly data o 7971 jedincích v rozmezí let 1729 až do roku 2013. Rodokmenové záznamy zahrnovaly 33 generací předků, s průměrnou kompletností rodokmenu 15,1. Efektivní počet zakladatelů a předků přispívajících do současného genofondu populace byl 92,69 a 17,16. Průměrné hodnoty koeficientů příbuzenské plemenitby byly následující: 13 % (s maximální hodnotou 29 %) pro referenční populaci (jedince schopné reprodukce n=612 jedinců), 11 % pro variantu běloušů (s maximální hodnotou 25 %) a 15% pro vranou variantu (s maximální hodnotou 29 %). Podíl inbredních jedinců v celé referenční populaci představoval 99 %. Průměrný nárůst koeficientu příbuzenské plemenitby z generace na generaci nabýval hodnot: 1% pro celou referenční populaci, 0,8 % pro variantu běloušů a 1,1 % pro variantu vraníků. Těmto hodnotám odpovídaly také hodnoty efektivní velikosti populace, které byly odhadnuty: 52 jedinců pro referenční populaci, 62 jedinců pro bílou variantu a 45 jedinců pro variantu vraníků. Odhadnuté ztráty genetické rozmanitosti z důvodu nenáhodného páření uvnitř sledované populace a barevných subpopulací byly 1 % pro celou referenční populaci a pro variantu běloušů a 1,2 % pro variantu vraníků. Celková ztráta genetické rozmanitosti pro celou referenční populaci a pro variantu běloušů a vraníků dosahovaly hodnot 11 %, 13% a 17%.
|
|
Individuální hlasová variabilita a informace o rozeznávání predátorů obsažené ve vokální komunikaci morčat domácích (Cavia porcellus)
Baklová, Aneta ; Baranyiová, Eva (vedoucí práce) ; František, František (oponent)
Morčata reprezentují domestikované prekociální hlodavce, kteří se stali běžnými domácími mazlíčky. Od narození naplno vokalizují. Práce byla věnována zvukovým projevům mláďat morčat. Cílem práce bylo 1) určit věk, kdy bude prokazatelná vokální individualita zvuku whistle; 2) otestovat možné ultrazvukové signály
a 3) prozkoumat antipredační chování a varovné zvuky v přítomnosti vzdušného (dravec) a pozemního predátora (pes) a člověka (kontrolní test).
Celkem 16 mláďat morčat bylo otestováno na vokální individualitu, 28 mláďat na ultrazvukové signály a 27 odrostlých mláďat na rozeznávání predátorů. V rámci testování vokální ontogeneze v průběhu prvních 9 dnů od narození, byly pozorovány změny jak v časových a frekvenčních parametrech, tak i v parametrech intenzity. Při testování vokální individuality validovaná diskriminační analýza (DFA) založena
na deseti akustických parametrech přiřadila jednotlivé zvuky ke správným jedincům
s následující úspěšností: den 1 = 71,9 %, den 3 = 58,8 %, den 5 = 53,10 %, den
7 = 50,60 % a den 9 = 63,10 %. Nejvyšší naměřená frekvence u zvuku whistle byla 30,03 kHz. Při rozpoznávání predátorů byly měřeny reakce strnutí, útěk a ostražitost.
V přítomnosti psa morčata reagovala nejdéle a nejčastěji strnutím. Při vystavení dravci jsem u morčat nejdéle a nejčastěji pozorovala útěk a následné strnutí. Na přítomnost člověka morčata nejvíce reagovala ostražitostí. Zaznamenala jsem pouze dva případy výstražných signálů - drrr v přítomnosti psa a chirrup jako reakci na dravce.
V práci jsem dospěla k závěrům, že: 1) individualita morčat je prokazatelná od prvního dne života morčat a míra individuálně rozdílných vokálních parametrů se
s věkem mění; 2) morčata jsou schopna vokalizovat do frekvence 30 kHz, ale pro jejich komunikaci nejsou vysokofrekvenční signály klíčové; 3) morčata rozeznávají pozemní a vzdušné predátory, ale varovné zvuky vydávají jen zřídka.
|
|
Antioxidační, anti-proliferační a imunomodulační účinky ovoce, zeleniny a hub in vitro
Doskočil, Ivo ; Havlík, Jaroslav (vedoucí práce) ; Orsák, Matyáš (oponent)
V poslední době stoupá zájem o nalezení nových druhů rostlin a hub, které mají antioxidační nebo antiproliferační aktivitu. Tento zájem je vyvolán zejména jejich možným léčivým a potravinovým využitím při mnoha onemocněních, které mohou být spojeny s oxidačním stresem, jako jsou například zánětlivá onemocnění střev, kardiovaskulární onemocnění, hypertenze nebo nádorová onemocnění.
Tato práce předkládá charakterizaci in vitro antioxidační a anti proliferační aktivity vybraných 19 džusů a 28 metanolových extraktů z ovoce a zeleniny, které jsou běžnou součástí jídelníčku. Dále 13 etanolových extraktů jedlých hub řádu chorošotvarých (Popyporales). Pro stanovení antioxidační aktivity byly využity metody
2,2 diphenyl 1 picrylhydrazyl (DPPH); absorbance kyslíkových radikálů (oxygen radical absorbance capacity ORAC) a inhibice produkce oxidu dusnatého (NO). Cytotoxicita byla měřena pomocí metody MTT využívající tetrazolovou sůl 3 [4,5 dimetyltiazol 2 yl] 2,5 difenyltetrazol bromid; a pro stanovení imunomodulační aktivity byla použita metoda fagocytární aktivity lidských neutrofilních granulocytů. Dále byl zjišťován celkový obsah fenolů (TPC) a ß glukanů, jako potenciálně aktivních složek podílejících se na těchto aktivitách.
Z výsledků je patrné, že z testovaných vzorků ovoce a zeleniny vykazovaly nejvyšší antioxidační aktivitu džusy (TPC = 1603,2 mg GAE/l džusu; ORAC = 438,5 umol TE/g) a extrakty (ORAC 836,6 umol TE/g;
DPPH = 404,6 umol TE/g) z plodů brusnice borůvky (Vaccinium myrtillus), následované džusem z papriky (Capsicum L.)(TPC = 642,1 mg GAE/l džusu; ORAC = 127,9 umol TE/g) a extraktem z ředkve bílé (Raphanus sativus L.)(ORAC = 724,5 umol TE/g; DPPH = 52,2 umol TE/g). Z testovaných druhů ovoce a zeleniny inhibovaly produkci NO džusy z cibule kuchyňské (Allium cepa L)(snižoval produkci NO o 57 %) a mandarinka (Citrus reticulata Blanco)(o 52 %) spolu s extrakty z brokolice (Brassica oleracea var. botrytis italica) (o 21 %) a pomeranče (Citrus sinensis Pers.) (o 10 %). Z jedlých hub byl stanoven nejvyšší obsah fenolových sloučenin u Lentinus tigrinus (Bull.) (houževnatec tygrovaný) Fr. (TPC = 216,2 umol GAE/g extraktu), Ganoderma lucidum (Curtis) P. Kras (lesklokorka lesklá)(TPC = 257,9 umol GAE/g extraktu) a Royoporus badius (Pers.) A.B. De (choroš smolonohý)(TPC = 257,8 umol GAE/g extraktu). Obsah ß glukanů byl nejvyšší u Sparassis crispa (Wulfen) Fr. (kotrč kadeřavá)(117,4 mg/g extraktu). Významný efekt na fagocytární aktivitu granulocytů byl zaznamenán u Neolentinus lepideus (Fr.) Redhead & Ginns, Polyporus squamosus (Huds.) Fr. (choroš šupinatý) a S. crispa. U poslední ze zmíněných hub byl taktéž zaznamenán mírný inhibiční účinek vůči buněčné linii HT 29 kolorektálního karcinomu člověka (IC50 = 107 ug/ml extraktu).
Výsledky naznačují, že některé námi testované rostliny a houby mohou být perspektivní ve snižování následků vzniklých v důsledku oxidačního stresu, který má podíl na celé řadě onemocnění a snížení toho oxidačního stresu může vést ke snížení progrese těchto onemocnění. Výsledky naznačují možný mechanismus účinku na lidské zdraví, při jejich interpretaci je však třeba brát v úvahu, že in vitro testy a screeningy jsou prvním stupněm systematického výzkumu těchto účinků a slouží pro výběr kandidátů pro návazné podrobnější studie.
|
|
Využití popela ze spalování biomasy
Ochecová, Pavla ; Tlustoš, Pavel (vedoucí práce) ; Radim, Radim (oponent)
V České republice, podobně jako i v jiných zemích Evropské unie, dochází k rozvoji využití obnovitelných zdrojů energie. Důvodem je mimo jiné závazek členských států EU dosáhnout podílu 20 % energie získané z obnovitelných zdrojů do roku 2020, a tím se snižuje závislost národních hospodářství na fosilních palivech a importech energetických surovin, omezuje se tvorba skleníkových plynů, a v neposlední řadě se přispívá i k rozvoji zaměstnanosti v jednotlivých regionech.
Jedním z nejčastěji využívaných zdrojů obnovitelné energie je biomasa, především dřevní biomasa. Spalování patří mezi nejběžnější technologie využívající nahromaděné energie z biomasy k produkci tepla. Vedlejším produktem těchto technologií je popel, jehož složení je odvislé od složení vstupní suroviny i od technologie použité pro spalování.
Popel se skládá z širokého spektra chemických prvků a jejich sloučenin, mezi nimiž dominují prvky jako Si, Ca, Mg, Al, K a P. Tyto prvky byly součástí biomasy rostlin, ale mohou pocházet i z prachu zachyceného během růstu na povrchu rostlin, či jsou společně s biomasou sklizeny - například zbytky zeminy, kameny apod.
Vezmeme-li v úvahu zvyšující se počet instalovaných zařízení na spalování biomasy v České republice, a tedy i nárůst produkce popelů, je nutné se začít seriózně zabývat otázkou možného druhotného využití těchto popelů. Jednou z vhodných možností se zdá být, dle zahraničních zkušeností, a vzhledem k vysokému obsahu cenných živin, aplikace na zemědělskou či lesní půdu.
Při aplikaci popelů na půdu jsou důležitými faktory kromě jiného typ popela, jeho dávka a typ půdy, neboť půdní aditivum má většinou vliv na mobilitu prvků v půdě a na půdní vlastnosti. Nevhodně zvolený popel či jeho dávka mohou způsobit omezení příjmu živin rostlinami nebo kontaminaci půdy rizikovými prvky či sloučeninami.
Je tedy zřejmé, že pro případné zemědělské využití je třeba testovat popele ze spalování biomasy na půdách a rostlinách, podrobně popsat jejich vliv a hledat nejvhodnější kombinace pro konkrétní půdy a plodiny v našich podmínkách.
|
|
Frekvenčně stabilizovaný polovodičový laserový zdroj pro interferometrii s vysokým rozlišením
Řeřucha, Šimon ; Hucl, Václav ; Holá, Miroslava ; Čížek, Martin ; Pham, Minh Tuan ; Pravdová, Lenka ; Lazar, Josef ; Číp, Ondřej
Sestavili jsme experimentální laserový systém, založený na laserové diodě typu DBR (Distributed Bragg Reflector), frekvenčně stabilizovaný na absorpční čáry v parách molekulárního jodu. Laserový systém operuje na vlnové délce ležící v blízkosti vlnové délky stabilizovaných helium-neonových (HeNe) laserů (tj. 633 nm), které představují de-facto standardní laserový zdroj v oblasti metrologie délek. Cílem bylo ověřit, že parametry takového systému umožní jej využít jako náhradu právě He-Ne laserů, která navíc umožní větší rozsah a větší šířku pásma přeladění optické frekvence a vyšší výkon. Experimentálně jsme ověřili základní charakteristiky laserového zdroje, které jsme dále porovnali s charakteristikami typického frekvenčně stabilizovaného He-Ne laseru. K tomu jsme využili experimentální uspořádání blízké typickým využitím laserové interferometrie v metrologii délky. Výsledky prokazují, že laserový systém, založený na laserové diodě DBR představuje vhodný zdroj pro aplikace v (nano) metrologii délky tím, že zachovává fundamentální požadavky na laserový zdroj jako frekvenční stabilita a koherenční délka a zároveň umožňuje přeladění optické frekvence o více než 0.5 nm s šířkou pásma modulace až několik MHz, vyšší výkon v řádu několika mW a díky stabilizaci i fundamentální metrologickou návaznost.
|
|
Noise, Transport and Structural Properties of High Energy Radiation Detectors Based on CdTe
Šik, Ondřej ; Lazar, Josef (oponent) ; Navrátil, Vladislav (oponent) ; Grmela, Lubomír (vedoucí práce)
Because of demands from space research, healthcare and nuclear safety industry, gamma and X-ray imaging and detection is rapidly growing topic of research. CdTe and its alloy CdZnTe are materials that are suitable to detect high energy photons in range from 10 keV to 500 keV. Their 1.46 -1.6 eV band gap gives the possibility of high resistivity (10^10-10^11 cm) crystals production that is high enough for room temperature X-ray detection and imaging. CdTe/CdZnTe detectors under various states of their defectiveness. Investigation of detector grade crystals, crystals with lower resistivity and enhanced polarization, detectors with asymmetry of electrical characteristics and thermally degenerated crystals were subject of my work in terms of analysis of their current stability, additional noise, electric field distribution and structural properties. The results of the noise analysis showed that enhanced concentration of defects resulted into change from monotonous spectrum of 1/f noise to spectrum that showed significant effects of generation-recombination mechanisms. Next important feature of deteriorated quality of investigated samples was higher increase of the noise power spectral density than 2 with increasing applied voltage. Structural and chemical analyses showed diffusion of metal material and trace elements deeper to the crystal bulk. Part of this work is also focused on surface modification by argon ion beam and its effect on chemical and morphological properties of the surface.
|
|
New Methods for Increasing Efficiency and Speed of Functional Verification
Zachariášová, Marcela ; Dohnal, Jan (oponent) ; Steininger, Andreas (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
In the development of current hardware systems, e.g. embedded systems or computer hardware, new ways how to increase their reliability are highly investigated. One way how to tackle the issue of reliability is to increase the efficiency and the speed of verification processes that are performed in the early phases of the design cycle. In this Ph.D. thesis, the attention is focused on the verification approach called functional verification. Several challenges and problems connected with the efficiency and the speed of functional verification are identified and reflected in the goals of the Ph.D. thesis. The first goal focuses on the reduction of the simulation runtime when verifying complex hardware systems. The reason is that the simulation of inherently parallel hardware systems is very slow in comparison to the speed of real hardware. The optimization technique is proposed that moves the verified system into the FPGA acceleration board while the rest of the verification environment runs in simulation. By this single move, the simulation overhead can be significantly reduced. The second goal deals with manually written verification environments which represent a huge bottleneck in the verification productivity. However, it is not reasonable, because almost all verification environments have the same structure as they utilize libraries of basic components from the standard verification methodologies. They are only adjusted to the system that is verified. Therefore, the second optimization technique takes the high-level specification of the system and then automatically generates a comprehensive verification environment for this system. The third goal elaborates how the completeness of the verification process can be achieved using the intelligent automation. The completeness is measured by different coverage metrics and the verification is usually ended when a satisfying level of coverage is achieved. Therefore, the third optimization technique drives generation of input stimuli in order to activate multiple coverage points in the veri\-fied system and to enhance the overall coverage rate. As the main optimization tool the genetic algorithm is used, which is adopted for the functional verification purposes and its parameters are well-tuned for this domain. It is running in the background of the verification process, it analyses the coverage and it dynamically changes constraints of the stimuli generator. Constraints are represented by the probabilities using which particular values from the input domain are selected. The fourth goal discusses the re-usability of verification stimuli for regression testing and how these stimuli can be further optimized in order to speed-up the testing. It is quite common in verification that until a satisfying level of coverage is achieved, many redundant stimuli are evaluated as they are produced by pseudo-random generators. However, when creating optimal regression suites, redundancy is not needed anymore and can be removed. At the same time, it is important to retain the same level of coverage in order to check all the key properties of the system. The fourth optimization technique is also based on the genetic algorithm, but it is not integrated into the verification process but works offline after the verification is ended. It removes the redundancy from the original suite of stimuli very fast and effectively so the resulting verification runtime of the regression suite is significantly improved.
|
|
Packet Classification Algorithms
Puš, Viktor ; Lhotka,, Ladislav (oponent) ; Dvořák, Václav (vedoucí práce)
This thesis deals with packet classification in computer networks. Classification is the key task in many networking devices, most notably packet filters - firewalls. This thesis therefore concerns the area of computer security. The thesis is focused on high-speed networks with the bandwidth of 100 Gb/s and beyond. General-purpose processors can not be used in such cases, because their performance is not sufficient. Therefore, specialized hardware is used, mainly ASICs and FPGAs. Many packet classification algorithms designed for hardware implementation were presented, yet these approaches are not ready for very high-speed networks. This thesis addresses the design of new high-speed packet classification algorithms, targeted for the implementation in dedicated hardware. The algorithm that decomposes the problem into several easier sub-problems is proposed. The first subproblem is the longest prefix match (LPM) operation, which is used also in IP packet routing. As the LPM algorithms with sufficient speed have already been published, they can be used in out context. The following subproblem is mapping the prefixes to the rule numbers. This is where the thesis brings innovation by using a specifically constructed hash function. This hash function allows the mapping to be done in constant time and requires only one memory with narrow data bus. The algorithm throughput can be determined analytically and is independent on the number of rules or the network traffic characteristics. With the use of available parts the throughput of 266 million packets per second can be achieved. Additional three algorithms (PFCA, PCCA, MSPCCA) that follow in this thesis are designed to lower the memory requirements of the first one without compromising the speed. The second algorithm lowers the memory size by 11 % to 96 %, depending on the rule set. The disadvantage of low stability is removed by the third algorithm, which reduces the memory requirements by 31 % to 84 %, compared to the first one. The fourth algorithm combines the third one with the older approach and thanks to the use of several techniques lowers the memory requirements by 73 % to 99 %.
|
host ::
