Textbook Notes (363,507)
Canada (158,391)
Astronomy (194)
Prof (17)
Chapter 5


14 Pages
Unlock Document

Western University
Astronomy 2021A/B

Chapter 5: The Nature of Life on Earth Reading Notes ­ Life elsewhere would almost certainly share at least a few characteristics with life  on Earth 5.1 Defining Life ­ Defining life is difficult o Life is diverse o Cannot be sure if life in other worlds would resemble life on earth  physically or chemically Key Biological Definitions ­ Terms related to evolution o Evolution (biological): the gradual change in populations of living  organisms that has transformed life on earth from its primitive origins to  the great diversity of life today o Evolutionary adaptation: an inherited trait that enhances an organism’s  ability to survive and reproduce in a particular environment o Theory of evolution: the theory, first advanced by Charles Darwin. That  explains how and why living organisms evolve through time o Natural selection: the primary mechanism by which evolution proceeds.  More specifically, naturally selection refers to the process by which, over  time, advantageous genetic traits naturally win out over less advantageous  traits because they are more likely to be passed down through succeeding  generations o Species: precise definitions vary, but for our purposes we can consider a  species to be a population of organisms that is genetically distinct from  other groups of organisms ­ Terms related to heredity o Heredity: the characteristics of an organism passed to it by its parent(s),  which it can pass on to its offspring. The term can also apply to the  transmission of these characteristics from one generation to the next.  Heredity information is encoded in DNA o Gene: The basic functional unit of an organism’s heredity. A single gene  consists of a sewuence of DNA bases (or RNA bases, in some viruses) that  proides the instructions for a single cell function (such as building a  protein) o Genome: The complete sequence of DNA bases in an organism,  encompassing all of the organism’s genes along with noncoding DNA in  between o Genetic code: the specific set of rules by which the sequence of bases in  DNA is “read” to provide the instructions that make up genes o DNA (deoxyribonucleic acid): the basic heredity molecule of life on  Earth. A DNA molecule consists of two strands, twisted in the shape of a  double helix, along each of which lies a long sequence of DNA bases. The  four bases are adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T),  and they can be paired across the two DNA strands only so that A pairs  with T and C pairs with G o RNA (ribonucleic acid): a molecule closely related to DNA but only a  single strand and a slightly different backnone and set of bases; RNA plays  many crucial roles in cells ­ Terms related to the modern classification of life o Cell:  the basic structure of all life on Earth, in which the living matter  inside is separated from the outside world by a barrier called a membrane o Domains of life: all known species of life fall into one of three broad  domains: bacteria, archaea, and eukarya; the last includes all plants and  animals, as well as fungi and many microbes o Tree of life: a representation of biochemical and genetic relationships  between species; the three major branches of the tree are the three domains ­ Terms related to cellular chemistry o Organic molecule: generally, any molecule containing carbon and  associated with life. Note that we do not generally consider molecules  such as carbon dioxide and carbonate minerals to be organic, since they  are commonly found independent of life o Organic chemisty: the chemistry of organic molecules o Biochemistry: the chemistry of life o Amino acids: the molecules that form the building blocks of proteins.  Most organisms construct proteins from a particular set of 20 amino acids,  although several dozen other amino acids can be found in nature. More  technically, an amino acid is a molecule containing both an amino group  (NH or NH2) and a carboxyl group (COOH) o Protein: a large molecule assembled from amino acids according to  instructions encoded in DNA. Proteins play many roles in calls; a special  category of proteins, called enzymes, catalyzes nearly all the important  biochemical reactions that occur within cells o Catalysis: the process of causing or accelerating a chemical reaction by  involving a substance or molecule that is not permanently changed by the  reaction. The unchanged substance or molecule in catalysis is called a  catalyst. In living cells, the most important catalysts are the proteins  known as enzymes o Metabolism: the many chemical reactions that occur in living organisms  to provide cellular energy and nutrients What are the general properties of life on earth? ­ Cat vs. car o Need energy to function o Can move at varying speeds o Expel waste o What is the differences?  Cats reproduce  Cars built in factories ­ Exceptions to almost every rule ­ Six properties of life agreed on (all necessary but not sufficient) o A. Order: living organisms exhibit order in their internal structure, as is  apparent in microscopic views of spiral patterns in two single­celled  organisms  Necessary condition for life not a sufficient condition for life  because order alone does not make something alive o B. Reproduction: organisms reproduce their own kind.   Not all living organisms are capable of reproduction i.e. mule  (although it is the product of reproduction so it holds this criteria)  Questions? • Viruses cannot reproduce on their own but they can once  they infect something • Prions, agents of mad cow, copy by causing other  molecules to change rather than replicating (most say non  living, but some ambiguity) o C. Growth and development: living orgnisms grow and develop in  pattenrs determined at least in part by heredity (traits passed to an  organism from its parents)  But not sufficient to constitute life (fire grows and develops)  All life passes heredity through DNA o D. Energy utilization: living organisms use energy to maintain patterns of  order within their cells, to reproduce, ad t grow  Not sufficient to constitute life  Thermodynamics (deals with energy and the rules by which it  operates) of life • First law: Law of conservation of energy: energy can be  neither created nor destroyed but only transformed from  one form to another • Second law: when left alone, enegy in a system undergoes  conversions that lead to increasing disorder (i.e. living  thing in time will use up all energy and begin to decay)  To maintain order and survive, must have a continual source of  energy o E. Response to the environment: life actively responds to changes in its  surroundings (i.e. venus fly trap)  Necessary but not sufficient (thermostat can respond to changes) o F. Evolutionary adaptation: life evolves in a way that leads to organisms  that are adapted to their environments (i.e. camouflage)  Species is not easy to define • Traditionally: a group of organisms that share some set of  common characteristics and are capable of interbreeding  with one another to produce fertile offspring (does not  work for organisms that reproduce asexually) • Today: froups of organisms that are genetically distinct  from other groups  Once a species is found, given a name with two parts • Genus: describes generic category to which it belongs • Second: distinguishes multiple species within the same  genus; species “specific” What is the role of evolution in Defining Life? ­ biologists today regard evolutionary adaptation as the most fundamental (only  thing that explains great diversity and helps understand how the other properties  came to be) ­ Theory of evolution o An ancient idea  Evolution: change with time  Greek scientist Anaximander: life arose from water and gradually  evolved  Empedocles: creatures poorly adapted would perish  Aristotle claimed that species are fixed and independent then the  view became intrenched with Christianity and evolution was not  taken seriously for about 2000 years  1800s: Jean Baptiste Lamarck • suggested connection between fossils and living organisms  is gradual adaptation to environment • first attempt to explain observed facts but did not have a  theory • hypothesis: “inheritence of acquired characteristics”  develop new characteristics in lives and pass them down • theory replaced by Darwin o The Mechanism of Evolution  Darwin” The Origin of Species • Laid out his case in 2 ways o 1. Described observations of living organisms o 2. Put forth a new model of how it occurs  “Two undeniable facts and an inescapable conclusion” • Fact 1: Overproduction and competition for survival • Fact 2: Individual variation: no individual is the same and  some possess traits making them better able to compete for  food and other vital resources • Conclusion: unequal reproductive suvvess o Natural selection o Evidence for Evolution by natural selection  Finches of the Galapagos Islands: different islands have different  species with each species adapted to its particular environment  Realized that larger changes can occur over longer periods of time,  with the result that entire species can become extinct and new ones  can take their place  Artifical selection: the selective breeding of domesticated plants  or animals by humans (i.e. vegetables, dogs)  Natural selection is what allows population of bacteria to become  resistant to antibiotics o Molecular basis of evolution  Darwin did not know how these traits were communicated or why  there is always variations in individuals or how new traits can  appear  Now we know evolutionary adaptations are related to changes that  occur through time in DNA ­ Evolution has become the unifying theme of all modern biology What is life? ­ Life is something that can reproduce and evolve through natural selection  o Issues  some computer programs can do this  theory of evolution does not tell us how the first life got started 5.2 Cells: The Basic Units of Life What are Living Cells? ­ Cells: microscopic units in which the living matter inside is separated from the  outside world by a membrare; basic structures of life on Earth ­ Similarities in cells o All pass hereditary info in the same basic way with DNA o Many chemical processes are nearly the same ­ While life elsewhere may be composed of cells we should not expect those to  have same biochemistry as cells on earth ­ All life on Earth shares a common ancestor (everything evolved from the same  origin of life) ­ Earth Life is carbon based o Life on earth is made from more than 20 diff chemical elements  Although oxygen, carbon, hudrogen and nitrogen make up 96% of  the mass of typical living cells  The rest is mostly calcium, phosphorous, potassium and sulfur o Although Oxygen makes us 65% most is in water molecules  The molecules that account for a cell’s structure and function owe  qualities to carbon o Carbon is a versatile element because it can bond to as many as four atoms  at a time (including double bond) o Refer to carbon molecules as organic molecules  i.e. hydrocarbons (most simple organic molecule) ­ Non carbon­based life o Extraterrestrial life based on element beside carbon? Would expect any  other elemetal basis for life to have same bonding capability  o silicon is the only element beside carbon that can have 4 bonds at once  limitations • bonds formed by silicon are weaker • does not normally form double bonds • carbon can be mobile in the environment in gaseous carbon  dioxide but silicon dioxide is a solid • Silicon is about 1000 times as abundant as carbon in the  Eath’s crust, so the fact that life here is carbon based  despite abundance of silicon suggests carbon wins as basis  for life What are the Molecular components of Cells? ­ The large molecular components of cells fall into four main classes: o Carbohydrates” in addition to providing energy to cells, they make  important cellular structures (i.e. cellulose forms fibers of cotton and linen  and is the main constituent of wood) o Lipids: can store energy for cells (fats) and are the main ingredients of  cell membranes (thought to have played a critical role in formation of life)  o Proteins: key evidence for a common ancestor of life  Workhorses of cells  Enzymes: crucial to biochemical reactions including copying of  DNA becase they serve as catalysts  Proteins are large molecules built from long chains of amino acids  • Amino (nitrogen atom bonded to two H and a carbon) • Contain a carboxyl group (COOH) • Diff types of amoino acids distinguished by different sets of  atoms also bonded to the central carbon  Have identitfies more than 70 different amino acids but most life  on earth builds proteins from only 20 • If life on earth had more than one common ancestor we  might expect that different organisms would use different  sets of amino acids but they don’t • Naturally occurring amino acids come in two different  forms distinguished by handedness or chirality: left  handed and right handed are mirror images o Living cells use only left handed versions of amino  acids to build proteins (non biological contain a  mix) o Nucleic acid  DNA: basic hereditary amterial of all life on earth  RNA: helps carry out instructions in DNA  Both responsible for allowing cells to function according to  heritable instructions What are the major groupings of life on earth? ­ first practical microscopes used for scientific study were built by Anton Van  Leeuwenhoek o discovered the world of microscopic life around the time of Copernican  revolution o Before this thought all life was just broken into two: plants and animals ­ In 1960s expanded to 5 kingdoms ­ Today: classification by the biochemistry of cells gives us much deeper insights  into relationships ­ Microscopic life o Microbes are far more dominant in terms of mass and volume than  humans o Most are harmless to humans and many crucial to survival ­ Cosmic calculations: The Dominant form of life o Total mass of microbes in the oceans is roughly 5000 times that of all  humans combined ­ The Three domains of life o For decades, biologists assumed that the presence or absence of a cell  nucleus represented a fundamental distinction (with: eukaryotes and  without: prokaryotes)  Found the latter to not be a distinct groups o 3 superkingdoms (domains)  Bacteria: exclusively microbes  Archaea: exclusively microbes; appear to be more related to  eukarya than bacteria  Eukarya: microbes, plants, animals, fungi; cells generally have  cell nuclei b
More Less

Related notes for Astronomy 2021A/B

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

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

Sign up

Join to view


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.