Study Guides (248,595)
Canada (121,624)
Biology (423)
BIOL 302 (14)
Quiz

quiz 2

42 Pages
124 Views

Department
Biology
Course Code
BIOL 302
Professor
Victoria L Friesen

This preview shows pages 1,2,3,4. Sign up to view the full 42 pages of the document.
Description
Lecture 10 13­10­30 7:47 AM ­ What are the ecological consequences of variable photosynthetic strategies in plants? ­ 3 ways to photosynthesize ­ NB see Chapter 7 in text (172­174, 191­192) ­ C23 plants (ancestral pathway) ­ Most widespread (97% land plant species) ­ More abundant towards pole and up mountains (cooler temperatures) ­ Responsible for 75% of plant growth ­ C3 plants do BEST: ­ • Where CO2 is abundant (have low affinity for CO2) ­ • Under moderate temperature (20­25°C) and light levels (1/4­1/3 full sunlight) ­ • With abundant water (b/c lose water quickly via transpiration ­ C3 Photosynthesize via the Calvin Cycle ­ Just know the application of the cycle; no need to memorize diagrams ­ M & C Fig 7.4 ­ C3 plants do best… • Where CO2 is abundant (have low affinity for CO2) • Under moderate temperature (20­25 degrees celcius) and light levels (1/4 – 1/3 full sunlight) • With abundant water (because lose water quickly via transpiration) ­ C4 Plants • Have evolved from C3 plants (discover 1965!) • Have C3 pathway PLUS second pathway • Comprise only 3% of plant species (about 7500) • More abundant towards equator (Warm temperatures) – grasses, sedges • Responsible for 25% plant growth BUT many key food species ­ Difference in C3 and C4 chlorophyll starts with their leaf anatomy (look at diagrams of them) ­ C4 plants are designed to pick up CO2 (high affinity) – do not need to open stoma as often as C3  plants ­ C4 plants do best: • Under hot temperatures (optimum at 30­35 degrees Celsius) and high light levels (full  sunlight) • Where CO2 is limited (high affinity for CO2) • Can tolerate lower water levels as low transpiration ­ When comparing to C3 plants, C4 plants: • are more efficient @ low CO2 • Don’t reach full photosynthetic capacity (saturation) even at full sunlight • Produce more sugars and starches per unit leaf area ­ C4 plants dominate in warmer latitudes ­ CAM photosynthesis • =Crassuleacean Acid Metabolism (rarest form!) • 2 stages • Fix Carbon at night: CO2 = malate • Complete photosynthesis next day (optimum at 35 degrees C) ­ Energy and Nutrients (Chapter 7) ­ Chemical autotrophs are found in extreme environments (i.e bottom of ocean) – fig 7.15 ­ Chemoautotrophic sulfur­oxidizing bacteria provide nutrients – oxidize hydrogen sulfide and yields  energy ­ Chemical Autotrophy: Nitrifying Bacteria – M & C Fig 7.16 ­ What do Carbon:Nitrogen Ratios tell use about heterotrophs?  • Heterotrophs (animals, fungi, bacteria) are large weight; low C:N ratio organisms • Fairly high levels of nitrogen in tissues • Plant have high C:N ratio. Why? Cellulose and other rigid structures have a major impact to  this. Always short of Nitrogen; rich in carbon ­ Nutrient challenges facing herbivores • High C:N ratios in plants foods • Inedible tissues (cellulose, lignin) • Adaptations: Bulk feeders, ruminants ­ Substantial individual variation in diets of carnivores: extremely variable diet ­ Photosynthetic response curve (fig 7.18) ­ Food density and animal functional response (Fig 7.21) • Type 1: linear increase in food uptake with prey density until maximum rate • Type 2: initially linear increase, then slowed rate of increase before leveling off • Type 3: S­shaped: slow rate of increase initially, then faster until maximum level  ­ Optimal time to feed in a patch: the marginal value theorem (Fig 7.24a) Lecture 11/12 10/08/2013 ­ Chapter 9 – 224­243, 246­251 ­ The ideal organism should  • Reproduce right after birth Produce many well­adapted young • • Live for a long time • Provide unlimited parental car • BUT limits to time and energy force trade­offs ­ The challenge • Make the best use of limited time, energy, and resources to maximize fitness • Selection acts on these strategic decisions • The life plan that results = life history (species­specific) ­ Question: Lack’s hypothesis is tested ­ Answer: the number of eggs laid is ultimately limited by the number of offspring parents can feed ­ Lack’s hypothesis: Bird parents have more hours of daylight to catch food at higher latitudes ­ Key Points • Life history traits influences fitness • Life histories are open to selection • Life history theory makes testable predictions ­ Life history re­cap: • Life histories results from selection to optimize fitness via strategic decisions about survival and  reproduction • Life histories are always limited by phylogeny, body size, mode of thermoregulation, mode and  reproduction Lecture 11/12 10/08/2013 ­ All life histories reflect trade­offs • Physiological = growth vs. reproduction or survival • Reproductive = reproduction vs. survival; offspring size vs. fecundity; age of first reproduction  vs. mortality ­ Egg size, clutch size and gene flow – consequences of life history trade­offs in darters; smaller larvae  lead to greater gene flow (fig 9.5) ­ Seed size and number in plants – large variation in plant seed sizes can reflect movement of seeds ­ Trade­offs in plants – negative relationship between seed mass and seed number (9.7) ­ Jakobsson and Eriksson (2000) planted seeds of 50 species of meadow plants ­ Larger seeds = greater recruitment (why?) ­ Smaller seeds = better germination in disturbed environments (why?) – 9.9 ­ If reproduction trade­offs against survival, why variation in senescence? • Senescence = gradual decline, common  • Difficult to detect Not just “wear & tear” because longevity varies across species of similar size and physiology • • (mice live 3­5 yrs; bats 10­20 yrs in captivity) • key variable = pattern of adult survival • if low adult survival, selection should favor early, fast senescence (mice) • if high, senescence should start later and be more gradual (bats) ­ Life history variation among species • Mortality rates should be key to age at first reproduction (9.10) ­ Life history & parent – offspring conflict: • Female red deer; maternal condition affects offspring sex Lecture 11/12 10/08/2013 ­ Life history variation within species ­ Sometimes trade­offs select for dramatic temporal changes in life histories, such as sex change ­ (i.e. coral reef fish [female to male]) ­ or alternative reproductive strategies ­ i.e. pumpkinseed fish territorial vs. sneakers ­ Mart Gross, 537 Honors Thesis at QUBS, 1975 ­ Life history variation within species: alternative life histories in Coho salmon – fig 9.12 nd ­ On pg231 – second column on right hand side, 2  paragraph, line 7, reversed jack and hooknose ­ How can alternate strategies co­exist? ­ Equal fitness pay offs for Jacks and Hooknoses = disruptive selection on male age at sexual maturity ­ But if environment changes? Suppose anglers impose higher mortality on hooknoses?? ­ Why breed only once? ­ Semelparity : when the benefit of reproduction requires GREAT EFFORT ­ In other words, any lesser effort = 0 success ­ Big bang breeders breed once, have very high reproductive rates, then DIE (“programmed death”) – i.e  bamboo and shad flies ­ Why breed repeatedly? Iteroparity: when good reproductive success can be achieved at LOW levels of  effort ­ When adult survival is high and juvenile survival highly variable ­ In some species, males are semelparous but females are iteroparous (capelin – sardine­like fish,  redbacked spiders) ­ How genes and environment shape life history in the water flea ­ Daphnia pulex  can reproduce 2 ays, with and without sex ­ (a) The first way, most common, is via cyclical parthenogenesis (CP) Lecture 11/12 10/08/2013 • (1) Mom makes diploid eggs through mitosis = offspring are clones (This is ASEXUAL) • (2) but eggs develop into females at low population densisites and males at high population  densities = ESD • so offspring genetically identical but different gender ­ BUT when environment worsens… ­ CP Moms undergo meiosis = eggs (N) that need a male to fertilize (2N) (This is SEXUAL) ­ Why sex when environment worsens? ­ The male parent may come from same clone as Mom, or a different clone ­ The second way to reproduce is obligate parthogenesis (OP) – rarer ­ Mom ALWAYS produces eggs via mitosis, because meiosis is suppressed. These offspring are clones,  never haploid (OBLIGATE ASEXUAL) ­ But a few OP clones can produce males via ESD – function of these males unclear ­ Innes and Hebert (1988): what is the genetic basis of OP? ­ Study crossed males from obligately parthenogenetic (OP) clones to females from CP clones (ON, ILL,  MI, IOWA) ­ Did 19 crosses producing 102 hybrid clone offspring ­ Then collected “resting” eggs produced by 10 of the hybrids; looked at protein sequences of hatchlings ­ Predicted eggs produced by OP more uniform ­ Predicted eggs produced by CP more variable ­ i.e. they used the protein variability of hatchlings to determine whether eggs were produced by CP or  OP mode ­ RESULTS ­ Of the eggs from the 10 hybrids: Eggs of 4 hybrids produced by OP (like dad); eggs of 6 hybrids  reproduced by CP(like mom) ­ Recall all females were CP at start, this means mating with OP males caused almost half the hybrids to  switch mode of reproduction ­ SO genes suppressing meiosis (OP) can be transferred by male parent = means OP is under basic  genetic control ­ Life History Classification ­ r & K selection; intrinsic rate of growth – population increases, K is the max popn (carrying capacity)  when the popn runs out of natural resources ­ Pianka (1970, 1972)  ­ r and K are ends of a continuum; most organisms fall between two ends – 9.20 ­ Elephant is K; mouse is r ­ Plant life histories – fig 9.22 – grime 1979 Lecture 13 13­10­30 7:47 AM Chapter 10 Lecture 13 13­10­30 7:47 AM ­ Distribution and abundance are  • fundamental population parameters, determined by population dynamics • Distribution – size, shape, and allocation of area occupied • Density = number of individuals per unit area, or absolute density o Ecologists measure relative density = number of individuals per unit area suitable  habitat ­ Estimating abundance • B = birth • I – immigration • D = death • E = emigration ­ When density changes, due to what parameter?  ­ Challenges: wide range of densities, size and mobility of organisms ­ Measuring absolute desnity: • Total counts (only reliable for a few spp)  o census (humans, aerial surveys, colony “snapshots” • Sample counts   o quadrats (plants, limpets) o Capture – recapture ­ Assumptions of mark­recap methods • Closed population (no B, D, E, I) between time of marking and checking! Lecture 13 13­10­30 7:47 AM • All animals are equally likely to be captured/re­sighted! • Markings don’t disappear/fall off! • Finally, do we really know the area over which density is being estimated? • Despite these limitations, still a common method for measuring Absolute Density ­ How to measure relative density – pellet counts, pelt records, vocalizations, number of artifacts, ground  cover, bait records, roadside counts, citizen science ­ Why do species have range limits? • Physical environmental limits geographic distribution of a species; at the edges of a species  niche, the metabolic costs of dealing with environmental stressors become too great ­ Response to gradients: Example 1 (Temperature) • Tiger beetle Cincindela longilabris ) lives at higher latitudes and elevations than most  other tiger beetle species in North America • M and C Fig 10.3 ­ Individuals often have narrow tolerances… • Despite large geographic separation of populations, physiological tolerances are very similar  (10.4) ­ Example 2 = Barnacles along a moisture gradient Chthamalus and Balanus have evolved different degrees of resistance to drying  Moisture varies with intertidal exposure: The adults differ in distribution along Scotland coast (fig 10.6) Connell’s transplant experiments on adult Chthalamus revealed distribution is also limited by competition ­  Climate­mediated  range shifts • May increase extinction risk • Previous studies (1999­2010) show individual species have shifted to higher latitudes and  elevations • Chem et al 2011 SCIENCE 333:1024­26 o (I) are greater shifts occurring in regions with greater warming? Lecture 13 13­10­30 7:47 AM (II) does this occur across taxonomic groups (not just individual species ­ spatial distributions within populations Though no species occur everywhere, we don’t really know the actual area occupied by most  species , because detailed mapping hasn’t been done Most species’ geographic range is described on small scale: distances of no more than a few 100 meters over which there is little environmental change  significant to organism under study large scale: area over which substantial environmental change. [eg. patterns along mountain slope, or over  entire continent (actual scale depends on study question and $$)] • Example: Root competition in Desert Shrubs • Brisson & Reynolds (1994) excavated root systems of 32 Creosote bushes in New Mexico  desert (475 m patch, took 2 months!) • Fig 10.11 ­ Distributions of Individuals over Larger scales • ***reveals significant environmental variation*** • ON this scale, individuals usually clumped • Example: Bird populations across North America • “Christmas Bird Counts” (CBC) • Started in 1900 with 27 observers sampling 26 localities (2 in Canada) • In 2008, 59813 observers in 2124 localities (361 in Canada) • Provides unique, extensive dataset on distribution of birds across North America ­ Fig 10.13A – CBC American Crow vs CBC Fish Crow ­ Breeding distributions also clumped…Red eyed vireos, Breeding Bird Survey (BBS) – fig 10.14 At the top – observers counted few red­eyed vireos along most census routes Large numbers of red­eyed vireos were encountered on just a few census routes Lecture 13 13­10­30 7:47 AM ­ What does the distribution of range sizes across a species tell us? Most species have small range sizes Hollow curve plot = poisson type distribution where there is a lot at the beginning, then the curve decreases  significantly EX range sizes – North American birds mostly have small geographic ranges and fewer and fewer species  have vast ranges (ie robin) ­ Relation between Distribution and Abundance –  • what does the distribution of range sizes across species tell us? Most species have evolved  quite restricted ranges • Are there global patterns in range size? ­ Geographic range size decreases moving from the poles towards the equator = Rapaport’s Rule (trees, fish, reptiles, etc) • o Why?  (i) climatic variability @ poles?   (II) glaicaiton history – high dispersal = better @ recolonizing?  (III) lower competition in polar communities? ­ Population size and range are positively correlated ­ Hanski (1982) – species that are abundant where they occur are ALSO generally widespread; rare  species localized/ at risk • = Hanski’s Rule • Plants, insects, birds, frogs, mammals • Why? o  An artifact of sampling? ecological specialization? local population model? Lecture 13 13­10­30 7:47 AM ­ If a species declines in abundance, does its range become smaller? Yes and No ­ Metapopulations: a metapopulation is made up of a group of subpopulations living on patches of  habitat connected by an exchange of individuals • Human activities such as logging lead to habitat fragmentation and can change population  structure ­ Metapopulation dynamics • Affect: species abundance, gene flow between subpopulations; extinction/re­colonization  probabilities • Sub populations are GREATEST RIS: smaller, on smaller patches ­ A Metapopulation of an Alpine Butterfly • Rocky Mountain Parnassian butterfly o Extends from northern New Mexico to Southwest Alaska o Host plant of caterpillarSedum  found in alpine meadows o Capture mark­recapture techniques used to estimate subpopulation sizes and  dispersal behavior o Population size varies with meadow size o Meadows getting smaller, more isolated o Butterflies are more likely to leave small populations and disperse to larger populations o Fig 10.20 ­ Organism Size and population Density • (1) As organisms get bigger, their density declines o i.e. Bacterial populations in soils can exceed 10^9 individuals per cm^3, populations of  phytoplankton can exceed 10^6 individuals per m^3, large mammas and bird may be  less than 1 individual per k^2 (2) but trophic relations affect these patterns too.. o Fig 10.21 ­ Animal size and population density • Same pattern across wide array of animal taxa • But interesting differences among taxa, eg. Inverts vs verts (10.22) Plant Size and population density Plant population density decreases with increasing plant size across a wide range of plant growth forms  ( ~animals) Underlying process very different Tree seedling can live at very high densities, but as trees grow density declines progressively until mature  trees are at low density = self thinning 10.23 Lecture 13 13­10­30 7:47 AM Lecture 16 10/08/2013 From Tuesday • Predicting Patterns: o Organism Size and Desnity o Rapaport’s & Hanski’s Rules  Hanski’s rule – strong relationship between population size and extent to the geographic range  Local population model: species that are good dispersers are likely to be more common in general; can  be more widespread as well  Can we presdict Commonness and Rarity??? • Yes, these are determined by 3 factors: o 1) Geographic Range – wide vs restricted o 2) Habitat Tolerance – broad vs. narrow o 3) Local population size – large vs small Look at Fig. 10.24  Rarity due to slow reproduction Wide range, broad habitat tolerance, small local populations • o i.e. Peregrin falcon  driven to brink of extinction by DDT in environment  Saved by ban of DDT and captive breeding programs i.e. Tiger  many small local population driven to extinction by hunting  now only series of small, fragmented populations Rarity due to Niche Lecture 16 10/08/2013 Wide range, narrow habitat tolerance,  large populations i.e. Passenger Pigeon nested in large aggregations in virgin forests logging of forests and hinting combined led to decline and last individual died in captivity 1914 i.e. Harelip sucker common fish found in streams, but restricted to large pool with rocket bottoms in clear streams 15­20 m  wide habitat eliminated by silting of rivers and erosion following deforestation. Last individual collected in 1893 Extreme Rarity Restricted range, narrow habitat tolerance, small populations i.e. California condor, mountain gorilla, giant panda Many islands species have these attributes: of 171 bird species known to have become extinct  since 1600, 155 were restricted to islands Extreme rarity places species at highest risk of extinction Lecture 16/17 Population Structure (Chapter 11) Outline What Survival, Age, and Sex Ratios tell us about a population’s past and future Patterns of Survival: Life Tables and Curves Age distributions and population dynamics Operational Sex Ratios: why rarely 1:1? Dispersal: Causes and Consequences for Population Density Population structure Lecture 16 10/08/2013 Can be defined by number of factors, i.e. patterns of mortality, age distributions, sex ratios, dispersal In seminal work on Dall sheep populations, Adolph Murie showed that mortality due to wolf predators  mostly occurred in very young and very old individuals Patterns of Survival Pattern of survival and mortality is fundamental to understand population structure Survivorship cuve: summarizes pattern of survival in a population Life tables: “bookkeeping” device tracks births, survivorship, and deaths in populations 3 ways to estimate survival 1) COHORT LIFE TABLE identify individuals ALL born at same time and keep records from birth to death Easy to interpret BUT challenging!! Cohort size, Mobility or Risk Example: Song sparrows from Mandarte Isld, just off Vancouver BC Look at Krebs 2001 after Smith 1988 online (Mortality rate is 78% in first year of life in regards to song  sparrow cohort life table) 2) STATIC LIFE TABLE snapshot or cross section record age at death of large number of individuals over narrow window in time called static because assumes in the population parameters are stationary (not changing with time or  environment) Requires accurate estimate of age at death (use tree rings, growth rings in sheep horns, etc) M & C Fig 11.3: Dall Sheep have high survival of young ▯ To create survivorship curve from life table: Plot  Age (x) vs. Log (number of survivors; y) Survival: Survivorship Curve
More Less
Unlock Document

Only pages 1,2,3,4 are available for preview. Some parts have been intentionally blurred.

Unlock Document
You're Reading a Preview

Unlock to view full version

Unlock Document

Log In


OR

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


OR

By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.


Submit