Evolución y Biosemiótica: Nuevas lecciones del mundo bacteriano.
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EVOLUCI EVOLUCI Ó Ó N N Y BIOSEMIÓTICA Y BIOSEMIÓTICA Nuevas lecciones del mundo bacteriano Nuevas lecciones del mundo bacteriano Mauricio Corredor Rodríguez Mauricio Corredor Rodríguez Ingenio Tardes de
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EVOLUCIEVOLUCIÓÓN N Y BIOSEMIÓTICAY BIOSEMIÓTICANuevas lecciones del mundo bacterianoNuevas lecciones del mundo bacteriano
Mauricio Corredor RodríguezMauricio Corredor Rodríguez
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ContenidoContenido
Darwin y La microbiologíaDarwin y La microbiología Semiótica y BiosemióticaSemiótica y Biosemiótica La bacterias y comunicaciónLa bacterias y comunicación Evolución y Biosemiótica BacterianaEvolución y Biosemiótica Bacteriana Teoría de la InformaciónTeoría de la Información
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Evolución Biológica
Quorum sensing (Comunicación celular y molecular)
Información (Biosemiótica)
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El hombre con todas su nobles El hombre con todas su nobles cualidades todavía lleva en su cualidades todavía lleva en su
estructura corporal la huella de su estructura corporal la huella de su humilde origenhumilde origen
Charles DarwinCharles Darwin
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Darwin y la MicrobiologíaDarwin y la Microbiología
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Charles Darwin y Los Charles Darwin y Los MicroorganismosMicroorganismos
Tiempo y Varibilidad actúan sobre Tiempo y Varibilidad actúan sobre organismosorganismos
Evolución Biológica y ancestro comúnEvolución Biológica y ancestro común Exceso de Población? (Maltusiano)Exceso de Población? (Maltusiano)
No es evidente hablar de Selección Natural No es evidente hablar de Selección Natural sobre las bacteriasobre las bacteria
Las bacterias no tienen, núcleo, no forman Las bacterias no tienen, núcleo, no forman tejidos, son haploides y no tienen génerotejidos, son haploides y no tienen género
Charles Darwin y Los Charles Darwin y Los MicroorganismosMicroorganismos
El concepto de especie en bacterias es El concepto de especie en bacterias es complejo y no puede usar las mismas complejo y no puede usar las mismas ideas Darwinianas o Mendelianasideas Darwinianas o Mendelianas
A simple vista los genes de resistencia se A simple vista los genes de resistencia se han considerados simplemente producto han considerados simplemente producto de la Selección Naturalde la Selección Natural
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1959Se decide Darwin
1957Director Escuela Normal
1954Sociedad Agricola de Brunn
1822-18951822-18841809-1882
Los tres imperiosLos tres imperios
Lo que no pudieron saber los Lo que no pudieron saber los trestres
Sin saberlo Darwin, sus investigaciones Sin saberlo Darwin, sus investigaciones colocaron hoy en un mismo recipiente colocaron hoy en un mismo recipiente intelectual las investigaciones de Mendel y intelectual las investigaciones de Mendel y PasteurPasteur
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Dawin no habló Dawin no habló de los de los
microorganismos microorganismos en el en el Origen de Origen de
las Especieslas Especies
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Emma los Emma los utilizó para utilizó para preparar el preparar el
panpan
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Para hervir arroz. Echar sal al agua, y cuando hierva verter el arroz. Tener hirviendo durante doce minutos, cronometrados, escurrir el agua y dejar reposar la olla en las brasas durante diez minutos- el arroz estará listo para servir. Página 24 del recetario de Emma Darwin con la caligrafía de su esposo.
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Casa de la familia DarwinCasa de la familia Darwin
Microscopio para el BeagleMicroscopio para el Beagle
Un microscopio acuatico muy similar al que llevo Darwin en el viaje a la vuelta del mundo sobre el Baeagle. Fabricado por Robert Banks; aprox. 1825
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Segundo microscopio de Segundo microscopio de DarwinDarwin
Microscopio Microscopio acromatico utilizado acromatico utilizado por Charles Darwin, por Charles Darwin, fabricado por James fabricado por James SmithSmith XR en 1846. XR en 1846. Darwin utilizó el Darwin utilizó el microscopio para microscopio para trabajar en used the trabajar en used the microscope to work microscope to work en percebes en percebes (crustaceos) y (crustaceos) y plantas. plantas.
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Hubo que esperar a que Hubo que esperar a que pasara el tiempopasara el tiempo
Darwin no supo de los Darwin no supo de los trabajos de Mendel, trabajos de Mendel, no tenía elemento no tenía elemento para asociarlospara asociarlos
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Hubo que esperar a que Hubo que esperar a que pasara el tiempopasara el tiempo
Pasteur practicamente Pasteur practicamente “tumba” la teoría de “tumba” la teoría de la la generación generación espontaneaespontanea y y descubre el papel de descubre el papel de los microorganismos los microorganismos en la vida del hombreen la vida del hombre
NeodarwinismoNeodarwinismo Ya tiene más de 100 añosYa tiene más de 100 años
En 1909 se acuña la palabra gen por En 1909 se acuña la palabra gen por Wilhelm Wilhelm Johannsen quien denomina a las unidades Johannsen quien denomina a las unidades hereditarias de Mendel como genes.hereditarias de Mendel como genes.
Darwin y sus otros librosDarwin y sus otros libros
On the various contrivances by which British and foreign orchids are On the various contrivances by which British and foreign orchids are fertilised by insects, and on the good effects of intercrossing.fertilised by insects, and on the good effects of intercrossing.London: J. Murray, 1862. Original plum-colored cloth London: J. Murray, 1862. Original plum-colored cloth
Hardwicke's science-gossip : an illustrated medium of interchange and Hardwicke's science-gossip : an illustrated medium of interchange and gossip for students and lovers of nature.gossip for students and lovers of nature. [Vol. 1][Vol. 1]London: Robert Hardwicke, 1866.London: Robert Hardwicke, 1866.
The movements and habits of climbing plants.The movements and habits of climbing plants.London: John Murray, 1875. London: John Murray, 1875.
The variation of animals and plants under domestication.The variation of animals and plants under domestication.2 vols. London: John Murray, 1868. First edition, first issue. 2 vols. London: John Murray, 1868. First edition, first issue.
The descent of man, and selection in relation to sex.The descent of man, and selection in relation to sex. 2 vols. London: John 2 vols. London: John Murray, 1871. First edition, first issue. Murray, 1871. First edition, first issue.
Insectivorous plants.Insectivorous plants.London: John Murray, 1875.London: John Murray, 1875.
The effects of cross and self fertilisation in the vegetable kingdom. The effects of cross and self fertilisation in the vegetable kingdom. London: John Murray, 1876.London: John Murray, 1876.
The different forms of flowers on plants of the same species. The different forms of flowers on plants of the same species. London: John Murray, 1877.London: John Murray, 1877.
The power of movement in plants.The power of movement in plants.London: John Murray, 1880.London: John Murray, 1880.
Darwin y sus otros librosDarwin y sus otros libros
The formation of The formation of vegetable mould : vegetable mould : through the action through the action of worms, with of worms, with observations on observations on their habits.their habits.London: John Murray, London: John Murray, 1881. 1881.
Darwin y sus otros librosDarwin y sus otros libros
The Expression of the The Expression of the Emotions in Man and Emotions in Man and AnimalsAnimals London: John London: John Murray, 1872. First Murray, 1872. First edition, second issue edition, second issue
Como! Biosemiótica?Como! Biosemiótica?
biocogniciónbiocognición
Fotos del libroFotos del libro
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Semiótica y BiosemióticaSemiótica y Biosemiótica
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PragmatismoPragmatismo
Pierce fue padre del pragmatismo. La Pierce fue padre del pragmatismo. La epistemologepistemología del pragmatismo temprano ía del pragmatismo temprano fue fuertemente influenciada por el fue fuertemente influenciada por el Darwinismo. El pragmatismo no fue el Darwinismo. El pragmatismo no fue el primero en ver la relevancia de la primero en ver la relevancia de la evolución para las teorías del conocimiento evolución para las teorías del conocimiento : la misma relación convenció a : la misma relación convenció a Shopenhauer en la cual debemos adoptar Shopenhauer en la cual debemos adoptar el idealismo biológico en ciertos aspectosel idealismo biológico en ciertos aspectos
Biosemiótica Biosemiótica Del griego Del griego biosbios que significa “ que significa “vidavida" y " y semeionsemeion
que significa "que significa "signosigno“. Es un campo que se “. Es un campo que se comienza a desarrollarse en la biología, el cual comienza a desarrollarse en la biología, el cual estudia la producciestudia la producción, la acción y la ón, la acción y la interpretación de los signos en el mundo interpretación de los signos en el mundo biológicobiológico. La biosemiótica trata de integrar la . La biosemiótica trata de integrar la biología científica con la semiótica, biología científica con la semiótica, representando un cambio paradigmático en la representando un cambio paradigmático en la visión de la ciencias occidentales de la vida, visión de la ciencias occidentales de la vida, demostrando que la semiosis (procesamiento de demostrando que la semiosis (procesamiento de los signos incluyendo significado e los signos incluyendo significado e interpretación), es una caracteristica inminiente. interpretación), es una caracteristica inminiente. El termino “biosemiótica” fue un termino El termino “biosemiótica” fue un termino utilizado por primera vez en 1962 por Friedrich utilizado por primera vez en 1962 por Friedrich S.S.
Sistemas procesadores de la Sistemas procesadores de la informacióm (memoria)informacióm (memoria) Luis RochaLuis Rocha
Sistema genéticoSistema genético- Construcción (expresión, desarrollo y mantenimiento)
- Ontogeneéticamente: transmisión horizontal - Herencia (reproducción) celular y fenotipos :
transmisión vertical Sitema Inmune
- Respuesta interna basada en acumulación de experiencia
Sitema neviosos y neurológico- Respuesta a señales externas basadas sobre memoria
Language, Social, Ecological, Eco-social, etc.
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DNA RNA proteintranscription translation
““Dogma” CentralDogma” Central
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ProteínasProteínas
Estructura tridimensional de la luciferasa de Estructura tridimensional de la luciferasa de Photinus Photinus pyralispyralis luciernaga luciernaga
The stem-loop secondary structure of a pre-microRNA from Brassica oleracea.
virtual cells
La bacterias y comunicaciónLa bacterias y comunicación
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Las bacterias y los seres Las bacterias y los seres humanoshumanos
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La pesteLa peste
Médico alemán con vestimenta para prevenir el contagio de la peste (siglo XVII).
Yersinia pestis ampliado por microscopio. Esta bacteria causa la peste
CarbuncoCarbunco
Bacillus antracis 100X El autor de Sherlock Holmes
GangrenaGangrena
Clostridium perfringens
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CCóóleralera
Vibrio colerae
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NeumoniaNeumonia
Staphyloccocus, Klebsiella y Legionella
DiarreaDiarrea
Escherichia coli
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AlimentosAlimentos
YogurtYogurt
QuesoQueso
Kumis y KefirKumis y Kefir
182 Types of Bacteria Live on Human SkinFebruary 07, 2007 by
Verdell A. Wright
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Bonnie BasslerBonnie Bassler
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Comunicación BacterianaComunicación Bacteriana
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Bioluminiscencia es la generación de luz "fría" con radiación termal baja producida (resumiendo) cuando el oxígeno "oxida" la luciferina (sustrato de proteína), que en presencia de la luciferasa (enzima catalizadora) acelera el proceso, cuya reacción emite luz. IngenioTardes de
luciferin + ATP → luciferyl adenylate + PPi luciferyl adenylate + O2 → oxyluciferin + AMP + light
Roger TsienRoger Tsien, científico al que debemos el estudio de distintas , científico al que debemos el estudio de distintas mutaciones de la GFP (bueno, no sólo son de GFP sino mutaciones de la GFP (bueno, no sólo son de GFP sino también de la Dsred; en la siguiente fotografía desde también de la Dsred; en la siguiente fotografía desde mHoneydew hacia la plum provienen de Dred) que nos han mHoneydew hacia la plum provienen de Dred) que nos han dado una inmensa variedad de emisiones en distintas dado una inmensa variedad de emisiones en distintas longitudes de onda longitudes de onda
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Un grupo de hongos bioluminiscentes, recogidos en el parque turístico estatal Valle Ribeira, cerca de São Paulo, Brasil, emanan un suave resplandor verde cuando oscurece:
En la foto se puede ver una imagen captada durante el día y otra por la noche en la que una reacción química hace que el hongo emita dicho resplandor verde, conocido como "Fuegos del zorro" ("Foxfire" en inglés para referirse al brillo de ciertos hongos que crecen sobre maderas podridas, y el nombre viene de una antigua leyenda sobre el zorro ártico haciendo fuegos y rociando el cielo con nieve utilizando la cola, referente al origen de las también brillantes auroras boreales)
Mientras Stevani (en la foto) de la Universidad de São Paulo, buscaba hongos bioluminiscentes ya conocidos en el bosque, esta cara se le quedó cuando encontró un espécimen "inusual" que fue enviado a Dennis Desjardin (profesor de Micología en la Universidad "San Francisco State" de California), quien lo identificó como "Gerronema viridilucens", una especie nueva para la ciencia y el primer hongo bioluminiscente del género Gerronema que se conoce.
Además de las setas, una variedad de animales marinos así como especies selectas de bacterias, insectos, y anélidos (gusanos) son conocidos también como bioluminiscentes.
Marea roja formando olas brillantes en una playa de Carlsbad California. La bioluminiscencia de estas olas se debe a los miles de millones de Lingulodinium polyedrum (dinoflagellata) presentes en el agua.
Quorum SensingQuorum Sensing
Las bacterias lo usan para responder al medio incluyendo
• Apareamiento
• Emisión de toxinas
• Causar enfermedad (virulencia)
Quorum Sensing
Es un proceso muy interesante que ocurre entre células de una misma estirpe, especie o cepa. Se trata de una comunicación mediante señales extracelulares que a una determinada concentración, provoca cambios internos que se traducen en movimiento, sintesis o comunicación entre las células (comportamientos “sociales” coordinados).
Diagrama del quorum sensing. A la izquierda, la población de células y la concentración de la molécula autoinductora (puntos azules) son bajas, por lo que la sustancia (puntos rojos) no se produce. Esto sí sucede cuando la población ha aumentado y la concentración del autoinductor es alta (derecha de la imagen) [wikipedia]
Es un hecho del cual todavía se está investigando en el campo de la microbiología ya que se intenta buscar todos los factores y moléculas responsable.
En Myxobacteria se forma una asociación positiva, ya que no se produce competencia intercelular
• Vibrio fischeri habita en mar abierto (en baja cncentración), igualmente habita en los organos luminosos del calamar (en alta densidad)• La fluerescencia que emite solo ocurre en alta concentración bacteriana
VibrioVibrio fischerifischeri bioluminesente bioluminesente
EL calamar cultiva en alta densidad las cEL calamar cultiva en alta densidad las céélulas lulas de de V. fischeriV. fischeri en los en los óórganos luminosos, rganos luminosos, permitiendo que el auto inductor se acumule permitiendo que el auto inductor se acumule a una concentración indicada a una concentración indicada
En este punto el auto inductor se combina En este punto el auto inductor se combina con el gen productor lux R para estimular la con el gen productor lux R para estimular la expresiexpresióón del gen de la luciferasa n del gen de la luciferasa produciendo entonces luzproduciendo entonces luz
Quorum sensing
IngenioTardes de
Vibrio fischeri
• foto en cuarto oscuro; la luz se produce por sola gracias a la expresión de la gran concentración de la bacteria en el medio
La habilidad de la bacteria para sensar a La habilidad de la bacteria para sensar a los estimulos ambientales tales como pH, los estimulos ambientales tales como pH, temperatura, nutrientes entre otrostemperatura, nutrientes entre otros
TambiTambiéén se sabe hoy que las bacterias n se sabe hoy que las bacterias pueden responder al la sepueden responder al la seññal intra al intra especie e inter especiesespecie e inter especies
Todo ello se produce debido a la Todo ello se produce debido a la respuesta de moleculas conocidas como respuesta de moleculas conocidas como autoinductoresautoinductores
Quorum sensing
IngenioTardes de
SEÑALESSEÑALES El Esperanto bacteriano El Esperanto bacteriano
que puede detectar la que puede detectar la concentración de sus concentración de sus congeneras alrededorcongeneras alrededor
Homoserina Lactona Homoserina Lactona regulara la concentración regulara la concentración de la población por de la población por medio de la medio de la comunicación bacterianacomunicación bacteriana
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quorum-sensing modelquorum-sensing model (from University of Nottingham Quorum Sensing Research Group (Paul Williams))
• En conclusión este sistema regula la expresión de genes inter población
Emisión de señal = presence de otros microbios
• Utiliza moléculas señal (e.g., acil homoserina lactone, AHL) la cual se excreta en mayor cantidad con el aumento de población
• Un proceso parecido sucede con bacterias que utilizan como inductores los péptidos
• EL aumento del inductor desencadena la transcripción de un otro gen
Quorum sensing
IngenioTardes de
Como las células se Como las células se coordinan en el coordinan en el
ambienteambiente
Como las bacterias patogenas Como las bacterias patogenas utilizan Quorum Sensingutilizan Quorum Sensing
Estos cambios culminará Estos cambios culminará entonces en una infección, la entonces en una infección, la cual puede hacer cual puede hacer desencadenar respuesta en el desencadenar respuesta en el sistema inmune para superar sistema inmune para superar la infecciónla infección
Las bacteria aparenta ser inocua cuando el crecimiento es bajo en número.
Cuando a población se eleva a un cierto nivel es debido a cambios a nivel de
• Ambiente
• Homeostasis
• Metabolismo
Muchos patogenos usan QSMuchos patogenos usan QS La producción de La producción de
virulencia de virulencia de Pseudomonas Pseudomonas aeruginosaaeruginosa es es activado por un activado por un sistema conocido sistema conocido como doble como doble componenete lcomponenete l
Virulence factorsVirulence factors ElastasaElastasa HemolysinaHemolysina Toxina A Toxina A
Sistema de regulación de Doble-componente :Sistema de regulación de Doble-componente :
signal transduction:• sensor kinase auto-
phosphorylates in response to signal
• response regulator phosphorylated in turn
• phosphorylated regulator acts (e.g., DNA-binding repressor or activator)
• phosphatase activity removes PO4
Mas acerca de Quorum SensingMas acerca de Quorum Sensing
1.1. Bacteria leak a chemical into Bacteria leak a chemical into their surroundings.their surroundings.
n Independent, solitary bacterial Independent, solitary bacterial cells become part of a large, cells become part of a large, multicellular organism, known multicellular organism, known as as biofilmbiofilm, when the amount of , when the amount of a certain chemical reaches a a certain chemical reaches a particular level.particular level.
What do we call such chemicals?
Give an example of a common biofilm.
QS in QS in Candida albicansCandida albicans
Density is critical factor in C. albicansDensity is critical factor in C. albicans At a density of > 10At a density of > 106 6 cell/ml, yeast cell do not cell/ml, yeast cell do not
shift (germinate) to hyphae or do so at low shift (germinate) to hyphae or do so at low frequenciesfrequencies
While at density < 10While at density < 106 6 cell/ml germination cell/ml germination occurs.occurs.
Farnesol is a molecule QS in C. albicansFarnesol is a molecule QS in C. albicans Farnesol is autoinducer signal, cells exposed to it Farnesol is autoinducer signal, cells exposed to it
do not germinate, even a low cell densitiesdo not germinate, even a low cell densities
Evolución y Biosemiótica Evolución y Biosemiótica bacterianabacteriana
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Claude ShannonClaude Shannon
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Semiótica ComputacionalSemiótica Computacional
Es un campo interdiciplinario que aplica, Es un campo interdiciplinario que aplica, conduce y esquematiza las investigaciones en conduce y esquematiza las investigaciones en lógica, matemática, teoría y practica de la lógica, matemática, teoría y practica de la computación, lenguage formal y natural, y las computación, lenguage formal y natural, y las ciencias cognitivas, propiamente la semióticaciencias cognitivas, propiamente la semiótica
Un tema clave en la semiótica computacional es Un tema clave en la semiótica computacional es la adopción de perspectiva de la teoria-signo la adopción de perspectiva de la teoria-signo sobre la inteligencia artificialsobre la inteligencia artificial
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Parametros probabilisticos del Modelo Oculto de Markov (ejemplo)x — estadoy — observaciones posiblesa — probabilidades de estados de transiciónb — Probabilidades de salida
Modelo oculto de MárkovModelo oculto de Márkov La probabilidad de observar la secuenciaLa probabilidad de observar la secuencia
De longitud De longitud LL dada por dada por
Donde la sumatoria se extiende sobre las secuencias de los Donde la sumatoria se extiende sobre las secuencias de los
nodos ocultos nodos ocultos
Un Un modelo oculto de Márkovmodelo oculto de Márkov o o HMMHMM (por sus siglas del (por sus siglas del inglés, inglés, Hidden Markov ModelHidden Markov Model) es un modelo estadístico en el ) es un modelo estadístico en el que se asume que el sistema a modelar es un proceso de que se asume que el sistema a modelar es un proceso de Márkov de parámetros desconocidos. El objetivo es determinar Márkov de parámetros desconocidos. El objetivo es determinar los parámetros desconocidos (u los parámetros desconocidos (u ocultosocultos, de ahí el nombre) de , de ahí el nombre) de dicha cadena a partir de los parámetros observables dicha cadena a partir de los parámetros observables
La secuencia de observación puede ser producida por los siguientes estados de las siguientes secueciencia
5 3 2 5 3 25 3 1 2 1 24 3 2 5 3 24 3 1 2 1 23 1 2 5 3 2
Las probabilidades de transición y observación se indican cn las líneas opacas
states = ('Rainy', 'Sunny')
observations = ('walk', 'shop', 'clean')
start_probability = {'Rainy': 0.6, 'Sunny': 0.4}
transition_probability = { 'Rainy' : {'Rainy': 0.7, 'Sunny': 0.3},'Sunny' : {'Rainy': 0.4, 'Sunny': 0.6}, }
emission_probability = { 'Rainy' : {'walk': 0.1, 'shop': 0.4, 'clean': 0.5},'Sunny' : {'walk': 0.6, 'shop': 0.3, 'clean': 0.1}, }
El hombre con todas su nobles El hombre con todas su nobles cualidades todavía lleva en su cualidades todavía lleva en su
estructura corporal la huella de su estructura corporal la huella de su humilde origenhumilde origen
Charles DarwinCharles Darwin
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BibliografíaBibliografía
Demasiada Demasiada Se las puedo enviar por email quien la Se las puedo enviar por email quien la
necesitenecesite [email protected]@matematicas.udea.edu.co
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