Study Guides (248,645)
Canada (121,656)
Biology (1,112)
BIOL 101 (13)
Final

bio112 exam.docx

25 Pages
71 Views

Department
Biology
Course Code
BIOL 101
Professor
Wayne Hathorn

This preview shows pages 1,2,3,4. Sign up to view the full 25 pages of the document.
Description
Describe how an understanding of biological evolution developed incrementally, mentioning the work of a number of scientists and thinkers (and  explaining the related concepts) from the time of Paley and Linnaeus to that of Mayr" Evolution has been a topic of debate for many centuries. Microevolution results from the directional changed in allele frequency  within a species or a population of species.  Macroevolution involves the evolution of new species and can take a longer time span. Evolution  was not initially understood, or accepted. To emphasis the understanding of a biological evolution, theories to explain evolution in 18  century  th th and 19  century will be looked, Darwins works and contribution to eolvtion will be discussed, and evidence of evolution over time will be studied.  th In the 17  many theories and different scientists and thinkers were involved in understanding evolution.  In fact most scientists and  thinkers believed in static creation.  Linnaeus believed he was cataloging god’s creation. HE believed that all species that ever existed were  present now on earth. Furthermore he believed that the species had never changed and that there would never be anymore. HE was troubled  by the fact that plant hybrids could be created by cross pollination and could nto explain this.   William Paley proposed the argument of design.   According to this theory organisms are so perfectly adapted to their life­style that there must be an intelligent creator God. Irish Bishop Ussher  declared creation began at night fall preceding Sunday Oct 23  4004 BC.  At this time, earth and life on it were believed to be 6000 years old.  th In the 18  century, European Scientists began to suggest that life forms are not fixed. Geroge Louis, a French mathematician and  naturalist, believed that living things do change over time. He speculated that change in form was a result of influences from the environment  and change. Louis also believed that the earth much be older than 6000 years. In 1822 fossils of extinct animals were discovered, mainly during  excavation for canal building. After this discovery, it became clear the life­forms had changed over time, some forms had become extinct, and  different forms appeared at different times in fossil record.   th In the 18  century many scientists and thinkers tried to explain a changing biota. The French zoologist, Cuvier proposed the theory  Catastrophism, in early C19th. This theory proposed that there had been a succession of different creations, each wiped out completely by a  catastrophe caused super naturally. For example, Noah’s Flood caused the fossil sea shells to move on mountain tops.  Early C19th Geologists  proposed the theory of uniformitarianism. According to this theory there is no need for supernatural interventions as explanation of changes in  geological form of earth. Observations from erosion by water, glacial and volcanic action proved that physical processes operating in the past  were the same as today’s and these alone could account for all the geological changed in the history of earth. Lyell, a geologist, knew you could  tell age of earth of rock­strata from the % of fossils of extinct animals in it. Lyell studied the limestone under Mount Etna in Sicily. The limestone  under Etna contained fossils of shellfish still living and thus no extinct forms. This was evidence that extinction must take a very, very long time  to occur. As a result age of earth of hugely extended. To explain appearance of life­forms in fossil record Lamarck proposed that species  changed because they wanted to and the acquired characteristics would be passed on to the next generation (teleology). Eventually Charles  Darwin developed theory of evolution bynatural selection of advantageous characteristics overtime. He developed this theory after spending 5  years as a naturalist during a voyage around the world (near end of C18th). His most interesting visit was the Galapagos, which are volcanic  islands, only a few million years old.  Before the Galapagos Darwin had evidence that the earth changed over time. For example, he saw beds  of mussels lifted 8 feet high in one night by earthquake in Chile. Also prior to the Galapagos Darwin had evidence of change in organisms over  time. In Argentina Darwin found fossils of giant extinct animals near smaller living species which resembled them. Once on the galapgos  Darwin has observed that a few single immigrant species had changed and diversified to fill many ecological niches.  For example, the Finches  have undergone adaptive radiation to fill many life style niches on different islands. The finches vary from vampire to  woodpecker finishes, and  seed eating forms with a thick beck  to insect eating forms with needle shaped beaks. Darwin’s theory incorporated Malthus conclusions that in  every generation there are more individuals that can survive.  According to Darwin’s theory, individuals with characteristics that best fit them to  survive and proposer in current environment survive, breed and pass those characteristics onto their offspring.  On the contrary, less well fitted  individuals die and do not breed.  As a result Darwin stated that advantageous characteristics spread as generations pass and the species as a  whole changed overtime. At the time Darwin did not how to explain what factors gave rise to the advantageous characteristics. However  Mendel’s work showed that the inheritable factors were genes that remained unchanged over generations( may be temporality hidden if there  recessive).   In molecular terms, a new allele ( new version of gene) arises with a changed sequence of nucleotides. As a result when  transcribed and translated it will code for a new version of enzyme with changed sequence of amino acids, thus different shape and improved  functionality.  IF the improved functionality helps the organism become better adapted, organisms bearing this gene will survive better and have  more offspring. New versions of gene will spread over generation and eventually evolution will occur.  th In the 20  century, Mayr proposed a synthesis that Darwinian selection of the fittest still occurred and was essential but variations it  acted on was mainly produced by mutation. Mutations generate inherited differences in form, function, biochemistry, and behavior. An example  would be Peppered Moths which have two color forms, a light and a dark form. In regions where industrial soot has darkened the bark of trees,  dark moths are harder for birds to see, and a as a result the moth population has evolved to consist of mainly dark moths. In areas where soot  does not darker the bark of trees, light moths are harder for birds to find, so moth populations have evolved to consist mostly of light moths.  If  evolution is not occurring, the allele frequencies will not change from one generation to the next generation. Hardy Weinberg’s formulas can be  applied to test this.    It was realized that natural selection is the main reason for evolution, but evolution can also result from gene flow, genetic drift, and  non­random mating.  Non­random mating is tied with sexual selection.  Genetic drift, unlike all other mechanisms of evolution, leads to a  decrease in genetic diversity. In fact genetic bottleneck threatens survival and is associated with huge losses of genetic variability. For example  the loss of genetic variation in the greater prairie chicken.  The bottleneck affect is overserved greatly in populations of species which get cut off  on islands. Often species either become very much larger, or very much smaller than their mainland relatives. For example, giant eagles in New  Zealand and dwarf elephants on Crete.    To explain tempo of speciation Darwin proposed the gradualism model. According to this model species descended from a common  ancestry diverge more and move in their morphology as they acquire unique adaptations. This model was based on his observations of gradual  change in fossil oysters in chalk cliffs of southern England.  Eldridge and Gould proposed Punctuated Equilibrium. This states that a new  species changes most as it buds from a parent species and then changes little for the rest of its existence. It is based on the fossil record of  trilobites which shows sudden bursts of speciation’s, separated by periods of stasis.  Evidence of Microevolution Peter Grant studied the Medium Ground Finch on Island Genovese. From his studied it is evident that the medium ground finch  experienced microevolution. During a severe drought in the Galapagos, G fortis with larger beaks survived better. This is because they had  large breaks allowing them to crack larger harder seeds present in drought and supplement diet. As a result directional selection of allele  causing larger beaks resulted in G. fortis species to evolve larger beaks.  Soapberry bugs in Florida are evolved shorter beaks enabling  them to feed on seeds of new host plant, the golden rain tree.  IN wales there are spoils heaps from metal mining which contain toxic concentrations of heavy metal ions. Seeds of grass species  growing by have been blown onto the spoil heaps. As a result, individuals grass plants on the heaps have evolved to become toxic resistant  grasses. Grass plants on the heaps able to exclude the heavy metal ions from their roots and grow in the toxic environment. These grass plants  have developed different time for pollen and egg development from parental colonies, and thus no longer cross breed with parents. There are  developing reproductive isolation and are on their way to become new species.  1. Evidence that Evolution is occurring in general:    1) Fossil evidence: sequence of fossil species can be demonstrated which have clearly evolved  from one another  Ex) horse fossils from the Cenozoic: shows how horse evolved from forest dwelling dog­sized  horse with 5 toes, to grassland species with long necks, and legs with one elongated central toe to  extend length of stride  2) Sympatric evolution of new plant species:   Ex) two new plants hybrid speicies in Idaho ; T.mirus, T.miscellus  3) A)Homologous structures: suggests common ancestry  ▯example vertebrate forelimbs ▯same embryonic  origin but may perform same or different function Ex) forelimbs of cats human, whale, bat ; composed of same bones suggesting common ancestry   B)Convergent evolution: features that do not indicate evolutionally relatedness but arise  independently as adaptations to similar environmental conditions.  Ex) bat’s wings vs bee’s wings  C)Vestigial Structures:  ▯ancestral features in embryo of descendant.  Ex) reduce gill slits in humam embryo ( recapitulation)  **recapitulation implies development of various forms from earlier common ancestor ▯gill structures modified to form jaw bones and bones of inner ear in humans  4) Molecular Homologies in Proteins, DNA and RNA ▯consider amino acid sequence of cytochrome c, an electron transport protein common to all  aerobic organisms  ▯out of 104 aa only 1 difference b/w humans and rhesus monkey, but 36 between moth and human   ▯implies that longer time there has been since a common ancestor of pairs of species, the longer  there has been for random changes to accumulate due to genetic drift.   5) We can mimic evolution by selecting breeding organisms: Artificial Selection,  domestication/selection of certain traits 6) Zoography: geographic location of fossils and living forms ▯consistent with processes of continental drift ▯split of pangea occurred 200Myrs ago,  ▯species that evolved before that time are found throughout, species that evolved after the time are   found in fewer land masses ­>pattern of species distribution reflects continental drift Ex) Madagascar Lemurs ▯Madagascar split from Africa 100mya – no lemurs present ▯when early primates arose, some lemurs swam to Mad, since gap was narrow ▯when modern MAD arose they could not make it to MAD, gap had widened ▯In Africa modern MAD evolved  and displaced Lemurs from niches and drove them to extinction ▯In MAD2 chromosomes per cell(POLYPLOIDY) Now the new hybrid will have a larger number of chromosomes than either of the parent species This speciation is instantaneous, reproductive isolation is achieved because chromosome sets in new  species do not match those either parents species  4. Reproductive isolation: Prezygotic vs Postzygotic: Note: reproductive isolation from each other, prevents dilution of adaptive sets of genes among species 1) Prezygotic barriers a) Ecological isolation: two species breed in different portions of their habitats, at different  season, or at different times of day , mating is prevented b) Behavioral isolation:  two species respond poorly to each other’s courtship displays, mating  is prevented c) Gametic isolation: games of two species are incompatiable, fertilization is prevented 2) Postzygotic Barriers: a)Zygote death: zygotes fail to develop properly, and die before birth, no offspring produced  b)Hybrid performance : hybrids survive poorly or reproduce poorly, hybrids are unsuccessful  Premating: 1. ▯ ecological isolation (time, habitat): water vs land, rare encounters  (polar/grizzly bears)  ▯breed at different times of day/season (brown trout in spring vs. rainbow trout in fall ; can  interbreed in lab  2. Behavioural specificity + Mechanical: ▯special signals ( songs, visual aids, chemicals ▯flower size, bee size ▯specific attachment of copulatory organs; ­some blackfly species identified only after removal of  these organis since species are morphologiacally similar  Sexual selection: a pre­mating behavioural mechanism ▯parus major femles will only mate males having a specific coloration and appropriate song  Postmating mechanizoms: 1. ▯ zygote death: aborted embryonic development or fraility.  2. Hybrid performance:  Horse/donkry: two parents species have different number of chromosomes, chromosomes cant pair up  during meiosis in mule  Sometimes hybrids survive but subsequent generations become sterile/feeble  Ex)fog hybrids 3­4 generations later are less fit than initial hybrid Physiology: 1.  Evolution of multicellularity:  a) Increasing in number of cells increases size b) Specializations of cells increases complexity c) Specialized cells can forms repeating segments ex) millipede: evolutionary step towards greater  complexity d) Segments can specialize for different functions  Such as sensory, feeding, locomotion, and breathing ▯Cell masses can be specialized into organs /tissues  ▯plant step modified for different functions: support, food storage, extension  ▯multicellular organisms can devote cells to a specialized function  ▯each cell is specialized for a few functions, but each cell cannot survive as an individual Ex) plant has 3 basic organis: leaf, stem, root, some leaf cells convert sun to sugar ▯cells in multicellular organisms are highly organized ▯organs are made of cell with different functions, and tissues are made of similar  cells with a particular  function   *** 4 types of tissue/basic cell types: epithelial, connective, muscle, and nerve 1. Epithelial: form surface of animals and line their body cavities 2. Connective: produce extracellular matrix that connects and supports other cells  Bone, cartilage ealasticity in cell  THESE tWO cells replace themselves by cell division throughout life of an organism 3. Muscle: contract to give animals the ability to move 4. Nerve: Transmite nerve signals throughout body, allowing coordination of function of an animals  various body parts ▯stop dividing shortly after birth 1. the relationship between increases in linear dimension, surface area and  volume in organisms and the implications for their structure and physiology: ▯Note size and complexity do not always go hand in, as size is determined by number of cells, and  complexity is determined by specialization of cells . Large marine sponges have a simpler biology than  microscopic aquatic rotifers ▯larger/complex organism are not always more evolutionary successful then smaller/simpler ones  ▯larger and more complex organisms are not always more evolutionaryily successful than smaller and  simpler ones  Larger organism have more trouble than small ones in exchanging materials with their environment  ▯Changes in size affect various body measurements differently a) Volume (V) of an organism tells us how much tissue there is, and how much food, water, oxygen,  carbon dioxide, it needs b) Surface area, represents area across which creature can absorb nutrients and gases they need  NOTE: if a creatures length were to double, it V and SA would more than double, and its volume would  increase even more than its surface area.  TREND: a) Larger organism:  surface area, and volume:  the more food organism needs, and the slower the  exchange rate of gases and wastes, However it is able to keep valuable materials longer b) Smaller organism: the surface area and volume, the less food the organism needs, however  exchange rate of wastes and gases is faster c) Large organisms have less surface area relative to volume than small organism , infact SA:V ratio  decreases as size increases d) As length increases, so does weight ( approx. me same thing as volume but easier to measure) IMPORTANCE OF SA:V ▯determines how easily an organism can move materials across its surface relative to the demand for that  chemical ▯larger organism have more difficulty supplying their cells with materials they need, therefore they need to  develop specialized organs for absorption of materials from the environment ( lungs, gills, gut) and for  transporting materials to all cells quickly ( heart vascular system) . At the same time large organism befit  from a small SA:V which makes it easier to preserve valuable entities and qualities inside their bodies  ( heat, nutrients)  ▯volume increases disproportionately with increase in linear dimesnions  Example of SA:V ration ▯how dog arranges itself on acold day vs hot day  Allometry: using body size to understand biology ▯different pattern of growth in structures of an organism  childs head grows more slowly than its body, eyes,  ▯relationships that compare body size(volume, weight) to features ( sleep, metabolitic rate, physiology)  involve SA; V ratios. Weight is used more often in these relationships ▯ex) larger mammals sleep less ▯larger mammals have a lower heart rate  ▯dosage of medication: depends on body size and drug clearance rate ▯small anaimals clear drugs more rapidly than large animals ▯small animals need to be given a higher dose of drug relative to body weight than we would because the  small animals cells would clear drug from body before drug could take affect ▯two integrative signaling systems; the endocrine system ( chemical system based on hormone molecules,  relatively slow, found in plants./animals) ▯nervous system: based on progressive electrical polarity reversal along a never, fast, only found in animals   Hormone trigger a response in target cells:  a) specific molecules formed in specialized cells  b) travel in body fluids c) regulate the various parts of the organism by interacting with target cells   a single hormone molecule can bind to a receptor and causes a cascade effect that activates  1000s of proteins   fast signal transduction: adrenaline, outside of cell  slow signal transduction: progesterone inside nucleus  ▯most hormones move through the internal transport system to act on distant cells, for example circulatory  system of animals or vascular system of plants 2. Asexual, sexual and mixed reproductive strategies. be sure you know some  examples of how particular reproductive strategies are well­suited to the life­ styles of the organisms you use as examples ▯many animals reproduce asexually and sexually. Such as insects, flathworms, cnidarians, and  echinoderms *example strawberry: a) produce by vegetative runners asexually b) produce seeds on fruit for dispersal sexually  ▯Parthenogenesis: asexual reproduction ­ involves development of a female gamete (rarely male) without  fertilization. ▯ females genetically identical,  ▯advantage: massive multiplication of numbers quickly,  ▯ It occurs among lower plants and invertebrate animals such as aphids.  Hermaphrodites: Earthworms, snails, and slugs ▯an organism having both male and female reproductive organs  ▯must mate with other individuals, despite having male and female sex organs ▯doubles output of progeny, but mates must still find each other  Gender and Resource Allocation: Jack­in­the pulpits use maleness as fallback position that gives them a chance to reproduce during years in  which they have failed to store much energy and do not produce female flower parts ▯many other plants and animals (fish), exhibit flexible genders within individuals  ▯reproductive success translates directly to evolutionary success, so reproductive strategies matter a great  deal  Sequential Hermaprhodism:  ▯sea bass’s: start as males and become females and grow to size where can form and nourish eggs. Large   size in female important because it would give them the enhanced ability to produce more eggs   ▯Wrasses ( reef fish), start as females and become small males. If dominate male died, one small male will   develop into supermale. Sea­wrass males keep harems. The large size useful to males because it helps  them fight off rivals. Also the only place mating occurs in the harem, so a large male must be present.  3. **Structure and advantages of the cellulose cell wall and the use of the  hydrostatic skeleton in plants** Hydrostatic skeleton: becomes stiff when fluid under pressure pushes ag
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