Study Guides (247,998)
Canada (121,216)
Biology (1,099)
BIOL 239 (69)

BIOL 359.docx

42 Pages
89 Views
Unlock Document

Department
Biology
Course
BIOL 239
Professor
Christine Dupont
Semester
Winter

Description
03/24/2014 Fact ▯ observation repeatedly confirmed and accepted as true can be revised or refuted  Theory ▯ indicates lack of supporting data… is the explanation for facts and phenomenon’s that occur …  allow aspects of natural world to be described and understood ▯ theories are ultimate goal of science Hypothesis ▯ tentative statement of natural world leading to deductions that can be tested… hypothesis  usually only enough to test one aspect of complex theories  Law ▯ generalization about how aspects of natural world behaves under some circumstances… if incorrect: observation was illusory  observed event took place where law did not apply law is inaccurately formulated Overall msg: theories explain facts and are tested by generating hypothesis… hypothesis never become  theories… theories never become laws… describe three distinct aspects of science  No scientist opposes evolution.. been established as reliable and fundamental fact of science Natural selection was a proposed mechanism… as a theory… for how evolution occurred by Darwin it was later accepted as a central mechanism after his death Mendel’s Laws of inheritance supported the Darwinian theory  Evolution usually not referred to as a theory because  it is too complex .. however in scientific sense, it is  indeed a theory Evolution as Path  in addition to being discussed as theory and fact, evolution can be  discussed in the capacity of a “path” Deals with factual details of history… relatedness of species, splitting of lineages, characteristics of extinct  ancestors … e.g. paleontologists investigate birds possibility of lineage from dinosaurs However some questions… e.g. incorrect notion of humans descending from chimps and monkeys… they  just shared common ancestor Facts do not go away when scientists rival theories to explain them … they still stand true  Evolution considered both FACT and THEORY Intelligent Design Theory Alternative to Darwinian evolution… explains origins and complexity Implies life on Earth was product of unidentified intelligent force Pretty much implies god created earth… a scientific version of tale in Bible Dover PA court case ▯ religious school board members wanted ID to be part of curriculum… parents  argued it was against constitution: separation of Church and State school board believed Darwin’s theory not fact and had holes  Observation repeatedly confirmed is accepted as truth in science HOWEVER, TRUTH is NOT FINAL… can be modified  A scientific hypothesis is a statement that can be TESTED Law is generalization of how aspects of world behaves under circumstances… e.g. second law of  thermodynamics (entropy of isolated systems evolve toward equilibrium ▯ maximum entropy of system)  Theory is an explanation of natural world incorporating facts, laws, and hypothesis William Paley 1802 , natural theologist, began ID theory… if there is eye ▯ there is eye maker, if there is  watch ▯ there was watchmaker … all in all, there is a creator or designer for everything that exists  Linchpin of ID theorists is the irreducible complexity concept… biological systems too complex to have  evolved from simpler predecessor… Michael Behe (ID theorist) argues there has to be multiple biological  system working in harmony in order to function, it could not be created from scratch… removing any one  part can cease functioning  argues flagellum is irreducibly complex, it cannot function if any protein goes missing… b/c of its complexity,  it could not have functional precursors… could not arise by selection and must have been designed  ID theory presupposes(assume something is true before any evidence exist) any complex structure is result  of designer ID THEORY CANNOT BE TESTED… NOT FALSIFIABLE (cannot be tested or falsified)  Behe claims scientific literature lacks consideration of evolution at molecular level  Two questions scientists pose:  If biological structure is complex, is there something else necessarily MORE COMPLEX? ▯ ID theory is  inconsistent Why are “designs” so lousy?  e.g. the Human appendix … cannot possibly be product of intelligent design… has no function any more A better human could be possible: Thicker disks, extra muscle and fat, forwarded tilting upper torso (reduce  pressure on vertebrae, shorter stature (lower center of gravity), added ribs, Thicker bones, knee able to  bend backwards (prevent deterioration), larger hamstring/tendons No research paper have been published on ID theory … does not include tested hypothesis so a theory  cannot be created  no data, observation and experimentation to support ID theory  CANNOT BE FALSIFIED = CANNOT BE SCIENTIFIC THEORY  Judge jones from Dover case said ID theory misrepresents status of evolution in scientific community  Overall message ▯ ID theory is misleading and has terminology intended to confuse public ▯ objective is to  introduce religious instruction into science  SCIENCE HAS NOTHING TO SAY ABOUT EXISTENCE OF GOD You cannot have “faith” in science or evolution… faith is acceptance in something that lacks evidence  Evolution History evolutionary biology began 1859 ▯ “On the Origin of Species” by Charles Darwin  Previously:  Anaximander (Ancient Greece) believed species formed from water ▯ humans and animals descended from   fish  Empedocles believed heads, limbs and organs joined randomly and only select combinations were fit to  survive Plato (Idealism) ▯ idea all natural phenomena are imperfect representations of ideal unseen world  Aristotle elaborated idealism (Plato’s) concept ▯ argued a Diety created fixed essences ▯ templates for all  species  Created scale of nature ▯ moved from least perfect to most perfect… god was highest level of chain … it  was permanent as change would imply imperfection in original creation  Christianity expanded on this ▯ made Great Chain of Being Linnaeus … thought of as father of Taxonomy … established classification in Systema Naturae… tried  discovering pattern in God’s creation ▯ included description of infinite organisms Jean Baptiste Lamarck ▯ species change over time into new species ▯ inheritance of acquired  characteristics (Use and Disuse)  believed in spontaneous generation: Non living matter to Life E.g. Giraffe obtained long neck because it stretched up  Eramus Darwin ▯ Darwin’s Grandfather ▯ proposed species are modified descendants of earlier form  Georges Cuvier ▯ father of comparative anatomy, paleontology, and Catastrophism ▯ earth’s features  modeled by great catastrophes ▯ resulted from forces no longer existing today… FIRST ONE TO  DEMONSTRATE EXTINCTION  Catastrophism and Christianity came into conflict about Earth’s age… Christian religious leaders declared  earth was 5650 years old (created in 4004 BC)  James Hutton is father of modern geology and came up with Principle of Uniformitarianism ▯ states  geological processes today same as those in past … helped us understand way earth changes Charles Lyell presented evidence of uniformitarianism (Principles of Geology) … discarded era of  catastrophism GEOLOGY AND EVOLUTION DEVELOPED TO POINT IN PARALLEL Charles Darwin ▯ examined finches collected from Golapagos islands ▯ made him develop idea species  change struggled with theories like Lamarckism because it did not explain adaption  TWO MAJOR TENETS:  All species, living and extinct, descended without interruptions from one or few original forms of life Theory of Natural selection (mechanism for evolution) Struggled to describe mechanism of inheritance (they did not have technology to study molecular stuff back  then)  Alfred Wallace and Charles Darwin arrived to same conclusion independently  Johann Gregor Mendell published Theory of Gene… basis of modern genetics… later found to be  compatible with natural selection  Morgan, Sturtevant, Bridges discovered genes are on chromosomes Fisher, Wright, Haldane establish mathematical theory of population and quantitative genetics FOUNDERS OF POPULATION GENETICS defined change in population allele frequency  Modern/Neo­Darwinian synthesis: Dobzhansky, Mayr, Simpson, Stebbins, Rensch ESTABLISHED  NATURAL SELECTION ACTS ON GENETIC VARIATION … consistent with taxonomic evolution and fossil  records ▯ allowed understanding of mechanisms of evolution  Timeline: DNA structure discovered ▯ DNA sequencing becomes practical ▯ developmental genetics  reveals homologies in genes controlling development Homologies  are the similarities due to similar ancestry  Evidence for Evolution (ASK ROHIN TO SEE BOX 2.1 ON PAGE 65) EVOLUTION IS DESCENT WITH MODIFICATION homology ▯ similarity from COMMON ANCESTORY ▯ may have different function (e.g. fin in whale and  human arm… similar origin, different function) Analogy ▯ SIMILAR FUNCTION w/ DIFFERENT ORIGIN (Bird wing and Insect wing)  Two possibilities  Special Creation ▯ species created independent of each other and have remained the same… both earth  and life are young  Descent with modification ▯ Species changed over time (microevolution Lineages split (speciation) and new life­forms derive from older forms (Macroevolution) so all life forms are  related (common ancestry)… and earth and life are old  Biological change is possible through selective breeding (e.g. think about dogs, they are all the same  species but look way different because of the way we breed them)  Researchers selectively bred mice for running (24 generations) ▯ selected group ran 2.78 times as far as  control Phylogenetic analyses show domestic dogs are descended from wolves (Canis lupus)… why/how  domestication occurred still a question… pretty much selective breeding over 6000 years helped us get  dogs from wolves  e.g. Silver (the dog) ▯ her father was wolf and mother was a husky … example of domestication occurring  Different modes of speciation include: Microevolution ▯ small evolutionary changes within species/populations Speciation ▯ lineages split and diverge: ancestral species into two or more descendants Macroevolution ▯ Large enough phenotypic change to place into higher level taxon (e.g. phylum) The field mustard plant shows example of evolution… from 1999 to 2004, a severe drought struck and the  hot dry conditions favored plants that flowered earlier. The field mustard plant started flowering in early  spring so scientists grew pre­drought seeds and post­drought seeds next to each other in green house.  They noticed the post­drought seeds grew and flowered earlier which shows that there was a change in the  genetic program. Therefore, the flower was showing hints of evolution occurring.  More descent with modification evidence: Apple Maggot Fly apple maggot fly native host is hawthorn tree (produces similar fruit to apple in fall) ... flies lay eggs in fruit  Apple tree was introduced to NA from EU 300 years ago and the fly first started parasitizing the apple tree  in mid 1800s ▯ host shift was occurring Genetic studies show fly parasitizing apple trees have evolved heritable differences … apples ripen earlier  than hawthorn fruits … APPLE and HAWTHORN MAGGOT FLYS NOW CONSIDERED INCIPIENT  SPECIES (on verge of becoming separate species)  Another evidence for descent with modification is existence of vestigial structures and organs ▯ structures  that have lost most/all of ancestral function … analysis relies on comparison with homologous features in  related species  e.g. vestigial limbs in Royal python… vestigial wings in Brown Kiwi (flightless bird)  e.g Human Coccyx (vestigial tail bone)… Arrector pilli muscle (makes hair stand) … used in Chimps but not  humans Three Spine Stickleback is model organism… (Pg 43/44) Ancestral marine form (fully armored) invaded fresh water lakes numerous times… Loberg Lake provides  fascinating example of rapid revolution of reduced armor form ... reduced armor form has less spines and a  vestigial pelvic structure… like Darwin’s finches, Sticklebacks exhibit different traits in different  environments: physical appearance, behavior and metabolism … saltwater sticklebacks larger and plated  … freshwater sticklebacks smaller faster and less armer… evolution happened over 10000 years when  melting glaciers trapped saltwater sticklebacks in freshwater lakes… adaptive pressures occurred…  however it is to note that the different sticklebacks can still breed together the phi6 Bacteriophate (p 45)  wild type can infect 4 varieties of Pseudomonas syringae Mutant can infect P. syringae & P. pseudoalcaligenes  Strains can exchange genes when they infect same host Phi6 was grown in P. pesudoalcaligenes for 150 generations… after 12 days new strain: sigma6(narrow) ▯  P. pseudoalcaligenes specialist that cannot infect P. syringae…. now the wild type and narrow are isolated  so they cannot infect same host and exchange genes  WHAT IS A SPECIES? ▯ groups of interbreeding populations that are reproductively isolated form other  groups… individuals represent each other in species due to gene flow from interbreeding  Speciation starts with single variable population ▯ they become distinguishable but still interbreeding exists  ▯ they become distinct populations with very little interbreeding ▯ they eventually become reproductively  distinct and do not interbreed forming a new species  E.g. Sizes of fish changing in the same lake due to different environments causing emergence of new fish  species: Robert’s Lake, Paxton Lake Benthic and Limnetic, Akkeshi Bay and Japan Sea (P 46/47) The Siberian Greenish Warbler, a Ring Species (p48) It migrated and many subspecies arose… A ring species is a connected series of neighboring  populations… they can interbreed with closely sited related populations but there is atleast two ends of  population (can be a linear band or enclosing circle in case of Greenish Warbler)  Migrated down Siberia to Tibetan Plateau… back up to Siberia but there was a gab to connect due to  deforestation  As the distance around the ring grew, so did the genetic distance Georges Cuvier published list of 23 organisms that he believed had gone extinct ▯ was the father of  paleontology Paleontology is the study of fossils and prehistoric life … e.g. the Irish Elk  By treating evolution as a hypothesis and testing that hypothesis with fossil records, our null hypothesis is  Evolution has NOT occurred ▯ the prediction would be we should see fossils of same organisms that exist  today through fossil record Our ALTERNATIVE hypothesis is evolution HAS OCCURRED ▯ predicton: we should see changes in  organisms that have inhabited the earth through fossil record & strong geographic patterns w/ similarity of  organisms  When we look through fossil records, we see life has changed dramatically, 99% of all organisms to ever  exist are now extinct The Law of Succession ▯ fossils in a geographic region more closely  related to extant (exist today…  opposite of extinct) fauna of that region than to organisms of different region within South America, we find similar extinct fossils to armadillos in Australia (once connected geographic  regions) … we find similar fossils in once connected geographic regions  According to Law of succession, we should expect fossil organisms in Australia more similar to extant  organism in Australia than in South America  Darwin’s observation of mockingbirds, finches, and tortoises allowed to him to recognize relatedness  through ancestries ▯ BECAME FIRST TO DRAW PHYLOGENETIC TREES realized patterns among related forms on diff. islands inconsistent w/ idea of special creation ▯ provided  evidence of descent w/ modification  Phylogenetics: study of ancestor/descendent relationships Phylogeny: hypothesis of ancestor/descendant relationships  Phylogenetic tree: consists of root: most recent ancestor of all seen taxa in tree Consists of tips (organisms that exist today usually) and terminal nodes (internal nodes represent ancestors  that no longer exist today)  When comparing relatedness in tree of two animals ▯ find most recent common ancestor… whoever’s  ancestor is more recent, the two animals are most closely related (pg 111) Trees come any many different shapes, circular, slanted, straight etc. but can read the same way (pg 113)  There were transitional forms of blennies  There is an aquatic common ancestor, aquatic form today is Blenniella Then there was a transitional form from aquatic to terrestrial ▯ Prealticus (the transitional form)… is  amphibious Then there was a transition form from amphibious to terrestrial … Alticus (terrestrial)… exposed to air all the  time Feather is modified scale ▯ HOMOLOGOUS Archaeopteryx and dinosaur (e.g. allosaurus) had common dinosaur ancestor (p 51) there was a transitional form for flight feathers to glide which resulted in Archaeopteryx (had feathers)  Another transitional form for a reduced tail and toothless beak  resulted in the modern bird Therefore, birds are descendants of dinosaurs when you look at skeleton of Archaeopteryx, it looks reptilian Odontochelys is a 220 MYO transitional turtle (p 54) Turtle embryo have ribs growing over shoulder blade… later on in embryonic life, the ribs fuse to form a  shell   A common ancestor amniote had shoulder blades above ribs A transitional form, Odontochelys, had ribs growing outward and the ribs did not extend above shoulder  blade… is transitional b/w modern turtle and odontochelys The modern turtle has ribs fanning apart and cover the shoulder blade  comparable anatomy reveal similarities among organism providing powerful evidence for descent with  modification… these similarities are homologies ▯ structural homologies, developmental homologies, and  genetic homologies … e.g. vertebrates have variations of same bones, just look different… plants have  variation of same parts (anthers, stigma, lip) etc. (pg 56)  Developmental homologies show more similarities… human embryo have pharyngeal pouches (which are  gills that close up) along with a tail….  Developmental homologies also show evidence that we may have evolved from fish… male gonads (testes)  descend down from a position high up in the body (similar to where they are located in sharks)… they come  lie within scrotal sac, out pocket of body… this positioning leaves weakness in groin leading to hernia  (protrusion of the intestine)  At 1 month embryo, gonads same position as in live fish… at 7 months, they are almost descended to real  position, at 9 months they are where they should be  Genetic Homology: w/ few exceptions all organisms share universal genetic code … exception is stop  codon  Genetic Homology page 60 : pseudogenes are dysfunctional relatives of genes that have lose their protein­ coding ability and are no longer expressed in the cell ▯ result from accumulation of multiple mutations of a  gene whos product is not required for the survival of the gene … old pseudogene have a lot of  comparisons… new pseudogenes have minimal comparisons among taxa… introns are spliced out and  exons are expressed (ex = expressed)  Older arising pseudogenes are in more common species that shared the ancestor that the pseudogenes  arose in Newer pseudogenes are in less species because their ancestor is relatively young  Homologies produce nested sets of traits or homologies ▯ p 57… e.g. common ancestor snail may have  smooth round shell ▯ elongated shell arose ▯ split into banded shell and pink shell ▯ pink shell split into  high spire ▯ high spire split into spikes Fins in sharks and whales look similar but evolved independently ▯ have similar function thus are  ANALAGOUS  Extant Great White Shark is 20 feet, 4 tons… Megadalon (extinct shark that lived millions of years ago) is  70 feet and 50 tons Age of Earth special creationist believed earth is 6000 years old (Arch Bishop Ussher)  Uniformitarianism (Hutton/Lyell) vs Catastrophism  Uniformitarianism ▯ slow incremental changes such as erosion create the earth’s changes  Catastrophism ▯ sudden, short lived, violent events affect earth geologists recognize considerable time required to build mountains (orogeny ▯ events building up to  creation of mountain)  Based on geological evidence ▯ 6000 year old earth and catastrophism not possibility according geologists  Fundamental Geological Principles Superposition: younger layers sit on top of older ones Original Horizontality: lava and sedimentary rocks originally layed down in horizontal position Cross cutting relationships: rocks intruding into other rocks are younger than host rock Inclusions: boulders, fragments in body of rock older than host rocks Faunal succession: recent fossils more similar to existing life forms than older fossils  Dating didn’t occur until radio dating became available  Any warping occurred after sediments/lava solidified into layers  Life has been on earth for 3.2 billion years … earth is 4.6 years old  Obtained through radiometric dating ▯ you start with 100% of the parent isotope which decays to daughter  isotope over time… different isotopes take different amounts of time to decay… these decay rates are  known … constant under any circumstance ▯ e.g. K decays into Ar… good for volcanic rocks because  argon is a gas and bubbles out Using radiometric dating, geologists put dates on rocks on earth’s surface you cannot acquire age of earth from rocks because older rocks have disappeared and no rocks existed on  early earth… age of earth determined by age of solar system  Geological calendar divided into Eons, Eras, Periods and Epochs ▯ page 63 in textbook  When compressing earth’s entire history into single year ▯ multicellular organisms appear in late june...  land plants appear in late November… swamps that formed world’s coal deposits thrived for 4 days in early  December … dinosaurs dominated in mid December, went extinct on boxing day… man like animals  st appeared during evening December 31  … glaciers receded from Waterloo 75 seconds before midnight on  Dec 31  … roman empire ruled from 11:59:45 pm till 11:59:50 pm… Columbus arrived in America 3  seconds before midnight Ostrich is a ratite (flightless) bird  ratites lived on supercontinent Godwana (South America, Africa, Australia, and New Zealand) … as  Gondwana broke up speciation occurred of Ratites on Australia, New Zealand, South America, and Africa  as they drifted apart We find ratite birds in continents that drifted away but were once together … supported principle of plate  tectonics ▯ geologists can determine how contents have moved over time using species fossils ▯  continental drift and fossil record provide evidence earth and life forms changed through time Introduction To Natural Selection Darwin’s greatest contribution WAS NOT EVOLUTION… many before proposed the same thing… but his  greatest contribution was the MECHANISM for how EVOLUTION OCCURS ▯ natural selection  Natural selection ▯ differences in survival and reproduction of phenotypes … leads to contribution of next  generation ▯ results in change in frequency of heritable phenotypic variations in population over time  phenotypes is the physical manifestations: behavior, appearance, enzymes… phenotype and environments  can interact (e.g. feeding twins different foods result in different looking twins) Natural selection components:  Living things produce more offspring than can be supported so there is a constant struggle for existence Individuals in a populations vary in phenotypes and some of these variations are inheritable (genotypes) Those individuals best adapted to the conditions are most likely to survive and if they reproduce, their  adaptions will be inherited by their offspring  Natural selection acts on phenotypes by choosing those most fit to survive, but if these phenotypes are  results of a different genotypes and the allele frequencies change, evolution has occurred…. therefore  evolution is the change in population allele frequencies  population genetics is study of allele and genotype frequencies and changes in entire populations  Evolutionary fitness refers to individual’s contribution to next generation in terms of numbers of offspring…  more offspring an individual contributes to the next generation, the greater the individual’s evolutionary  fitness  Fitness is measure of REPRODUCTIVE SUCCESS… affected by THREE different elements related to  natural selection:  VIABILITY AND MORTALITY SELECTION: an individuals ability to survive and reach a reproductive age  SEXUAL SELECTION: individual’s ability to attract a mate  FECUNDITY SELECTION : Family size … measured as number of female gametes (eggs) produced not  amount that are born  Adaptation is trait that increases an individuals fitness in comparison to individuals that do not possess the  trait… natural selection results in adaptive evolution  Excess Fecundity ▯ organism produces more offspring than what is sustainable and can survive… they  compete for survival and those that are successful can survive  e.g. Atlantic Cod (Gadus morhua) lay 2­5 mill eggs… 99% of eggs die in first month, 90% that survive die  before age 1… ONLY 2 EGGS END UP SURVIVING TO REPRODUCE SUCCESSFULLY … excess  fecundity is common and universal  Reproductive potential is the amount of offspring a single individual can produce under optimal condition…  assuming all progeny breed over various time intervals Elephant 19mill in 750 years Starfish 10  in 16 years DARWIN HAD FOUR POSTULATES ▯ MEMORIZE THESE Individuals within species are VARIABLE  Some of these variations are HERITABLE  MORE OFFSPRING ARE PRODUCED THAN CAN SURVIVE in every generation  SURVIVAL AND REPRODUCTION ARE NOT RANDOM ▯ those who reproduce are have most favorable  variations and are naturally selected OVERALL MESSAGE ▯ those who survive and contribute the most to the next generation are most fit  Darwin’s postulates application ▯ Beach mice (p 77)  There are poorly camouflaged brown mice on white sand and well­camouflaged white mice on white sand   ▯ the variations are inherited ▯ More mice are born than will survive to reproduce ▯ some variants are  predated upon and the “fitter” light colored mice survive and reproduce at higher rates  Result ▯ population composition changes from first generation to the next: the average mouse is better  camouflaged on the white sand (lighter in color)  Natural selection is often used interchangeably with “survival of the fittest” … however this is incorrect  because survival of the fittest makes no mention of an individual’s contribution to the next generation…  survival is pointless if there is no contribution to the next generation  Heritability refers to proportion of trait variation that can be attributed to genetic factors instead of  environmentally induced differences … slope of regression line that estimates heritability ranges from 0 and  1 Darwin’s postulates applications: Finches on Daphne Major Postulate 1: are the populations variable?  all traits: wings and tail length, beak width and depth, and beak length were all measured ▯ conclusion: all  traits were variable and conform to the first postulate Postulate 2: Is some of the variation heritable (Carefully read box 3.1 pg 84)  Variation could be result of environment AND genetics… so heritability was measured by comparing beak  size between parents and offspring ▯ strong statistical support for positive relationship b/w offspring and  parent beak size ▯ conclusion: beak size has genetic basis  Postulate 3: Is there excess offspring, do only some survive to reproduce? severe drought in 1977, only fraction of pop. survived to reproduce ▯ good relationship b/w size and seed  availability  ▯ variation in survival presents opportunity for selection … drought caused change in seed  abundance and characteristics .. and also a population crash ▯ finches with the larger beaks that could  crack harder larger seeds were able to survive easier the finches that hatched the year following the drought had larger beaks on average… the seeds were hard  to crack during drought so only the finches with large beaks were fit enough to survive and reproduce…  there was a shift in beak size … the average beak size had increased after the selection pressure  Natural selection is dynamic… phenotypes favored in one generation might be different the next  generation… e.g. seeds may favor larger beaks for one generation but smaller beaks for the next  generation  Natural selection ACTS ON EXISTING PHENOTYPIC VARIATION… mutation did not occur and a new  phenotype did not arise, a specific type of pre­existing heritable phenotype was just more favored than the  others … it just altered frequency of different phenotype variants Natural selection cannot produce new variation on its own  Ex: Intro of Cane Toad to Australia Cane Toads are native to South America, introduced to Australia to control Sugar Cane Beetle  populations… populations now in millions in Australia ▯ Possess skin glands that secrete highly toxic  substances … native predators that eat frogs in Australia died in large numbers due to toad ingestion Red bellied black snake and Green Tree Snake are Australian predators that feed on amphibians and  consumed cane toads… suffered large casualities as result… HOWEVER, NATURAL SELECTION  OCCURED The large jawed snakes were able to ingest the Cane Toads and were removed from the populations…  smaller jawed, slender bodied snakes could not ingest toads so they survived and reproduce… now there  has been a marked decrease in jaw size and increase in slenderness in these snake species ▯ natural  selection occurred  How Natural selection operates (text 3.3)  Acts on individuals but consequences occur in populations acts on phenotypes but evolution consists of changes in allele frequencies backward looking… each generation is product of selection by environmental conditions from the  generation before not the one after produce new traits in conjunction with mutation  Does not lead to perfection NONRANDOM but NOT PROGRESSIVE… it is not directional, complexity of organisms can increase or  decrease through natural selection  Natural selection is not perfect, e.g. the male­mosquito fish’s fin decreased in length over time Antagonistic selection is where alleles at a locus have opposing effects on males and female fitness or  between components of fitness… gives reproductive advantage to one sex while disadvantaging the  other… e.g. genes for homosexuality are not detrimental for fertility as they give a reproductive advantage  to female carriers Human harvesting imposes selection pressures on natural population with unintended evolutionary  consequences… consider hunting and fishing regulation which state only animals OVER a certain SIZE can  be taken .e.g Big horn sheep any rams can be taken during hunting season as long as it’s horns are greater than a specific size At Ram Mountain Alberta, no restriction on numbers of rams killed but their horns have to be greater than a  minimum size … they are also killed before breeding season so the fitness of large horned rams is reduced  significantly… SMALLER HORN SIZE BEING SELECTED… horn size is polygenic (involves multiple  genes) but is heritable  … mean male horn size has declined but more than 20 cm in length over 30 years  Another problem is the evolution of bacteria to be resistant to antibiotics… e.g. M. tuberculosis are resistant  to multiple drugs… so even if you kill off most, some survive and a new strain arrives that is resistant to a  particular drug … the second round of treatment is ineffective because new, mutated bacteria are resistant  to that drug    Mutation and Variation Gene unit of inheritance occupying fixed position on chromosome. Locus fixed position on a chromosome  where a gene is located. Allele is an alternative form of gene at a given locus. Haploid is one complete set  of chromosomes while diploid is two complete sets of chromosomes. Homozygous is two copies of same  allele at locus (AA). Heterozygous is two different alleles at locus (Aa). Monomorphic is a locus at which all  individuals have the same allele (no variations)… all individuals are homozygotes. Polymorphic is a locus at  which two or more alleles are present in a population, some individuals are heterozygotes.  Three types of variation: genetic variation ▯ different phenotypes as result of genetic differences (genotypes) from parents to  offspring environmental variation ▯ different phenotypes due to different environment despite identical genotypes Genotype by environmental interaction ▯ different phenotypes due to interaction of genotypes w/  environment E.g of Environmental Variation: inducible defenses in water fleas (Daphnia)  when you take identical, clone daphnia and throw them in water with and without phantom midge predation,  the daphnia develop neck teeth and thicker carapace to protect from phantom midge if they are present…  the predation turns on genes that creates these defenses… NOT GENOTYPE BY ENVIRONMENTAL  INTERACTION… JUST ENVIRONMENTAL INTERACTION E.g. Genotype by environmental interaction: sex ratio in leopard geckos Sex determined by temperature at which the egg develops… males dominate at 32.5 degrees… anything  warmer or cooler results in females being born predominantly… to test: A shared father’s offspring’s raised at 30 degrees resulted in  about 30% males… at 32.5 degrees it was  close to 90% males  Phenotypic plasticity refers to the idea that genetically identical individuals can still have different  phenotypes in different environmental conditions  Reaction norm ▯ pattern or the different range of phenotypes that an identical genotype can possess as a  result of different environments MUTATION IS THE NUMBER ONE SOURCE OF ALL GENETIC VARIATION.. W/O MUTATION ▯ NO  EVOLUTION… provides basis for natural selection to occur on… w/o evolution all genotypes would be  similar and nature would not be able to select one particular genotype that can be favored … mutation allow  evolutionary forces to occur, such as natural selection and genetic drift (change in allele frequency) mutation is any heritable change in the genetic material (DNA)  mutation can be single gene ▯ affects single gene only … OR mutation can be chromosomal ▯ affects  multiple genes Initially, a mutation at a diploid nuclear locus will have a low population frequency in the population (1/2  pop.) … therefore, by itself, a mutation has limited influence on population allele frequency… however with  a selection force or genetic drift it can have a large influence on the total population gene frequency  Genetic drift is the change in allele frequencies of a population due to the random sampling… e.g. variation  of brown and green bugs… certain type of bird prefers the green bugs ▯ leads to change in variation and  brown bugs allele frequency is increased  One way to get a new allele is a POINT MUTATION… it is the change in a single base pair… e.g. C to G or  vice versa  two types of point mutations: transitions and transversions…  TRANSITION MORE COMMON because you swap purine for a purine OR a pyrimidine for a pyrimidine …  e.g. A for G (purines) OR C for T (pyrimidines) Transversion is the swap of a pyrimidine for a purine… A for C/T… G for C/T… or vice versa Transition:transversion ratio is 15:1 BECAUSE TRANSVERSIONS CAN BE CAUGHT EASILY AND  REPAIRED  mutation can be synonymous (the amino acid produce is the same as before)… or non­synonymous (amino  acid is replaced) Think synonymous as in the new amino acid being synonymous with the old amino acid  many mutations are silent/synonymous because of the genetic code redundancy  A nonsense mutation results in a premature stop codon Indels … also known as insertion and deletions is the insertion OR deletion of one or more nucleotides…  can change in reading frame ▯ frame shift mutation … CAN BE HARMFUL …  1 base addition or deletion can result in different frame leading to different amino acid being produced another example of an “indel” is transposable elements (jumping genes) ▯ a longer sequence of genes  point mutations and indels can lead to new alleles… which can change the relative fitness of organisms  neutral mutations have no effect on an individuals fitness… deleterious fitness can reduce the fitness of an  individual… beneficial mutations increase fitness of an individual… lethal mutation IS A DELETERIOUS  MUTATION that causes death before reproduction  mutations that result in a phenotypic change (function, appearance) are exposed to natural selection and  other evolutionary forces NOT ALL SYNONYMOUS MUTATIONS ARE NEUTRAL… if a particular tRNA needed for a new variant is  not abundant, rate of expression is limited some species use 2 of 6 codons only for leucine b/c of codon bias ▯ limits the expression  THEREFORE, non synonymous mutations can be neutral (the different amino acid may be limited) and  synonymous mutation can be non neutral (the new codon may have bias against it meaning the organism  does not use the codon… limited expression)  Sickle cell anemia… point mutation changes glutamic acid to valine ▯ makes RBC abnormal shaped due to  abnormal haemoglobin ▯ cannot flow well homozygous for mutant sickle cell gene gives you sickle cell anemia … heterozygous gives you resistance  to malaria… homozygous for normal allele are prone to malaria… malaria­infested areas have more  individuals with heterozygous alleles b/c they are more fit  Sickle allele is abundant where malaria is abundant (e.g. India, Africa)  People with the sickle cell disease have same mutation but the mutation has five distinct haplotypes  (haplotype is a set of single­nucleotide polymorphisms on a single chromosome that are statistically  associated)  5 distinct haplotypes means the mutation arose 5 different times independently … there is a Senegal,  Benin, Bantu, Arab­India and Cameroon halotype Rate of mutation varies amongst organisms viruses (e.g. poliovirus, HIV, chrysanthemum chlorotic mottle) tend to have most subs. per base pair per  generation  humans, mouses have moderate subs. per base pair per generation Takeaway: every organism is different Variation of mutation rates there is variation among individuals b/c DNA polymerases make errors at different rates… rates of point  mutation vary w/ correction efficiency  variation among species b/c generation time influences real time mutation rates (long lived vs short lived)…  e.g. a quickly dividing bacteria may have a slower mutation rate than a human ▯ however the short­lived  span results in more mutations in real time than a human b/c they are long­lived Variation among genes because repair systems work more efficiently on coding regions and  transcriptionally active genes High mutation rate beneficial to poorly adapted organisms… higher chance mutation occurring can increase  fitness However, a lower mutation rate is better for better adapted organisms because any new mutation can be  deleterious to their fitness  research shows mutation rate is heritable and mutations in DNA polymerase can effect these rates …  mutations in genes responsible for repairing base pair mismatches can also effect the rates Mutations in DNA pol. and base pair repair genes can effect these mutation rates by more than 1000x Fitness effects on mutations: Bacteriophage f1 ▯ most mutations are deleterious  100 random point mutations were recorded in genome of bacteriophage f1… about 25% were lethal, and  most were deleterious, only 2 were beneficial  Fitness effects on mutation: nematode ▯ C. elegans the best possible environment was provided… optimal food, water, etc. … NO SELECTION PRESSURE the genetic quality of the control line was maintained  can self fertilize so there was single common ancestor… any variation present was result of new mutation   Control group generations had consistent survival to maturity percentage however as generations progressed and as mutations arose, the mutation group’s survival to maturity  decreased at a steady pace… SHOWS MOST MUTATIONS ARE DELETERIOUS Genes duplication can also occur to give arise to mutation … can occur due to unequal crossing over or  retroposition…
More Less

Related notes for BIOL 239

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