GE146 Section I Full Notes

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Earth & Environmental Sciences
EESC 1146
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GE 146 Notes Day 1 03/11/2014 Abiogenesis=origin of life from non previously­living stuff Spontaneous generation▯ life from previously existing life Disproved by Pasteur Oparin ▯ 2 Assumptions 1. Heterotrophy before autotrophy a. Heterotrophy­ require an external food source in order to live as an organism b. Autotrophy­ organisms who make their own food, doesn’t require an external food source▯  plants, algae, some bacteria i. Make their own food out of chemicals and nonliving stuff ii. Photosynthesis­ CO2+H20▯chl+light▯ C9h20)+o2 (Glucose C6) A. Opposite process is Respiration c. Balance between heterotrophs and autotrophs in the world 2. Early Earth was reducing▯ Little or no Oxygen (O2) in the early Earth 1. Oxidizing O2       scale; battle between O2 and H2       Reducing H2 Hypothesis of Assumptions 1. Abiotic synthesis of monomers (a molecule that can be bonded to other identical molecules to  form a polymer) Amino acids▯ proteins Simple sugars▯ carbohydrates (starch) 1953 Miller and Urey▯ experiment abiological production 2. polymerization (synthesis of polymers) dehydration synthesis reactions 3.  self­assemble▯ protocell▯ organic vesicle  a model that turns into a real cell+population of cells creates the possibility of evolution to kick in Types of Evolution Cosmic Evolution Element formation, fundamental forces stellar evolution, planetary evolution Chemical Evolution Prebiotic organic chemistry Darwinian Evolution Evolution of organisms “molecular evolution of biomolecules “Cultural” Evolution human behavior human history      ★All types are looking at a system that is changing in time▯ irreversible Biological Evolution=any heritable change in a lineage In a time series, one organism giving rise to another Organism components  Phenotype=stuff Genotype=info▯ used by the phenotype to construct another “copy” Change in genotype which is passed onto the next generation and must be inherited for evolution  Requires a notion of reproduction Central Role of Biochemistry in Origins Research Organic chemistry                           Geology Astronomy Physics Biochemistry Proto biochem               molecular cell biology                                Biology        Chemisty  organismal biology Aristotle Spontaneous generation▯ certain forms such as fleas could arise from inanimate matter such as dust, or  that maggots could arise from dead flesh. Day 2 03/11/2014 Oparin’s Theory has four steps: Day 2 03/11/2014 1. Monomers­ a molecule that can be bonded to other identical molecules to form a polymer 2. Polymers­ any of numerous natural compounds of usually high molecular weight consisting of up to  millions of repeated linked units (a compound made from monomers linked by chemical bonds) 3. self assembly 4. Darwinian Evolution­ Natural Selection Self Assembly Last step macromolecules▯ supramolecular structure fundamental unit=cell cell▯ life in its simplest form can replicate and grow how we get our first cell Darwinian Evolution­ Natural Selection Speciation Becomes the origin for diversity  Need a population▯ up and running biological system Virus­ requires a preexisting living system in order to perpetuate itself Not a primitive system just because it’s small Day 2 03/11/2014 Good example of reduction Reduction▯ sometimes in evolution there’s a loss of biological structure, loss of character Simpler, smaller, less complex does not mean it is primitive “What is life?” entropy: as molecules react with each other there’s always a tendency to go from an ordered state to a less  ordered state ordered stat  random state (disordered state) Entropy and the Life Earth System Sun                               Order­dS hot life life   Earth                                  Infrared radiation Day 2 03/11/2014             Disorder+dS cold “What is life?” List of descriptive qualities 1. Carbon­based – aqueous chemistry (H20) ★ 2. Capable of growth and replication★   Growth­ food and metabolism 3. Utilization of energy 4. Evolution (#2) 5. Second law▯ life is created from order to disorder (#2)  Irreversible thermodynamics 6. Elemental subset If you isolate one quality and look at it alone it does not define something as alive Ex: #3. Utilization of energy▯ toasters use energy Abiogenesis Pirie There’s a period of time and an era of prebiotic chemical selection Most important elements used in living systems C,H,N, O, P, S Primary elements in biology Concept of decreasing diversity▯ only using a subset of elements Day 2 03/11/2014 Life is a carbon based chemistry Chemical qualities of carbon are based primarily on the bonding structure  of carbon Principle notion of life: carbon can form weak bonds STP▯ standard temperature and pressure Chemistry at the Earth’s surface Where life works PV=nrT P=pressure, V=volume, T= temperature Carbon can react at much lower temperatures  Life between 0­100 degrees Celsius Biopoesis▯ Protobionts Chemical world to biological component  biological evolution then go to more diversity life=low atomic weight compounds atoms without a lot of protons or neutrons in their nuclei larger atomic weight=much more charged nucleus low atomic weight so molecules can react photosynthesis= co2+h20= glucose and o2 respiration= glucose+o2= co2 and h20 Day 2 03/11/2014 SUMMARY hi  Energy                  CO2, H2, H20, N2, CH4 Primitive atmosphere Day 2 03/11/2014                                                           rs (organic soup)                                                     polymerization                                                                                      ocean  low E                      Evolution of  protocell photosynthesis Protocells                                                                  “life”                        protocell genotype vs phenotype   cell genome The Rock Cycle 03/11/2014 James Hutton 1795­ Theory of the Earth The Rock Cycle 03/11/2014 Playfair 1805 Balance in nature between uplift and erosion Earth must be in a dynamic state▯ not steady/static Uniformitarianism= “present is the key to the past” Result­ we don’t need to resort to extraordinary measures to explain geological phenomena▯ answers right  in front of us Geological process­ slow, gradual X1000000 years  Plate tectonics Where the forces come from Upper parts of the crust slide around and when they hit each other they crumple Mountains Vertical displacement Lyell 1833▯ Principles of Geology Small incremental changes in time give us the story of changes and rocks Physical Geology­ examination of geological process Historical­ Rocks through time Gives us clues of what was going on a long long time ago 3 Basic types of Rocks The Rock Cycle 03/11/2014 Igneous Metamorphic Sedimentary sun erosion gravity                                                                                  sand                                          clay transport weathering                                          (clast) particles in  suspension                                              ions in solution STP exogenic processes sediment The Rock Cycle 03/11/2014                                                       › T,› P endogenic processes igneous sedimentary rock high T, high P                                                       › T, › P                                          metamorphic rock                                                                              magma,silicate melt PV=nrT pH of rain water= about 5.5 pH of oceac=about 8 Effect of Chemical Weathering clast▯ “particles” in suspension ions in solution end up in bay with nowhere else to go▯ sand, clay transport Sedimentary Rock Particles and cement The Rock Cycle 03/11/2014 Th, U, K Radioactivedecay Surface Processes Operated by sun and gravity Igneous Rocks Exposed at the surface of the earth  Particles of cool magma Extremophiles  Organisms who live in extreme thermal conditions Intrusive Rocks▯ form below the surface Extrusive▯ form on the surface Formed through the cooling and solidification of magma. Fine grained or has lack of crystal growth Metamorphic Rocks Arise from the transformation of igneous or sedimentary rock Form deep within the earth’s surface when intruded by magma and subjected to heat and pressure Also form tectonically▯ continental collisions The Rock Cycle 03/11/2014 Sedimentary Rock Formed by deposition of material at the Earth’s surface and within bodies of water Sediments are formed by weathering and erosion in a source area and transported to the place of  deposition by water, wind, ice, etc. and then accumulate  Weathering—erosion—transport  Transport Moved by water Boulder Cobbles Sand Conglomerate  a number of different things or parts that are put or grouped together to form a whole but remain distinct  entities. a coarse­grained sedimentary rock composed of rounded fragments (> 2 mm) within a matrix of finer  grained material. Sedimentary environments Rocks are laid down in layers, with the older ones on the bottom and newer ones on top Geological Time 03/11/2014 Physical Geology▯ study of Geological Processes (things that are ongoing; today) Historical Geology▯ study of things that happen back in time Deep Time▯ things that are so far back that they’re beyond history Abbreviations Years before present=bp Thousands of years (x10^3)= ka Millions of years (x10^6)= myr/ma Billions of years (years
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