New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

BIOL 240W - Exam One Notes

by: Sabrina Sayoc

BIOL 240W - Exam One Notes BIOL240

Marketplace > Pennsylvania State University > Science > BIOL240 > BIOL 240W Exam One Notes
Sabrina Sayoc
Penn State

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

Notes taken from chapters of the Campbell's Biology Textbook 9e.
Biology: Function and Development of Organisms
Dr. Waters and Dr. Axtel
Biology, animal, development, Science, form, function, homeostasis, circulatory
75 ?




Popular in Biology: Function and Development of Organisms

Popular in Science

This 37 page Bundle was uploaded by Sabrina Sayoc on Thursday August 4, 2016. The Bundle belongs to BIOL240 at Pennsylvania State University taught by Dr. Waters and Dr. Axtel in Spring 2016. Since its upload, it has received 20 views. For similar materials see Biology: Function and Development of Organisms in Science at Pennsylvania State University.


Reviews for BIOL 240W - Exam One Notes


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 08/04/16
Chapter 47: Animal Development    47.2 Morphogenesis in animals involves specific changes in cell shape, position, and  survival  Introduction  ● Morphogenesis ­ the cellular and tissue­based process by which the animal body takes  shape  ● During gastrulation, set of cells at or near surface of the blastula move to interior  location, establishing cell layers, and forming primitive digestive tube  ● Organogenesis ­ the formation of organs  Gastrulation  Introduction  ● Gastrulation ­ reorganization of hollow blastula into two­layered or three­layered embryo  called a gastrula  ○ Germ layers ­ cell layers produced  ■ Ectoderm ­ forms outer layer  ■ Endoderm ­ lines the embryonic digestive compartment or tract  ■ Mesoderm ­ forms between ectoderm and endoderm  ● Cnidarians and other radially symmetrical animals only have ectoderm and endoderm and  are called diploblasts  ● Triploblasts ­ have all three germ layers  Gastrulation in Sea Urchins  ● Gastrulation involves migration and invagination (the infolding of a sheet of cells into the  embryo)  ○ Extensive rearrangement forms deeper, narrower, blind­ended tube called  archenteron (future digestive tube)  ■ Open end will become the anus, called the blastopore, other forms mouth  ● Deuterostomes ­ mouth develops from second opening of the embryo  ● Protostomes ­ mouth develops from the first opening formed during gastrulation  ○ Present in mollusks, annelids, and arthropods  Gastrulation in Frogs  ● Frogs are deuterostomes  ● Frogs and other bilaterally symmetrical animals have a dorsal side and ventral side, a left  side and right side, and an anterior end and posterior end  ○ Gastrulation begins at dorsal side of blastula, opposite where sperm entered egg  ● Each germ layer contributes to a distinct set of structures in vertebrates  Ectoderm (outer layer of  Mesoderm (middle layer of  Endoderm (inner layer of  embryo)  embryo)  embryo)  ● Epidermis of skin  ● Skeletal and  ● Epithelial lining of  and its derivatives  muscular systems  digestive tract and  ● Nervous and  ● Circulatory and  associated organs  sensory systems  lymphatic systems  ● Epithelial lining of  ● Pituitary gland,  ● Excretory and  respiratory,  adrenal medulla  reproductive  excretory, and  ● Jaws and teeth  systems  reproductive tracts  ● Germ cells  ● Dermis of skin  and ducts  ● Adrenal cortex  ● Thymus, thyroid,  and parathyroid  glands  Gastrulation in Chicks  ● Gastrulation starts with embryo consisting of epiblast and hypoblast lying atop a yolk  mass  ○ All cells that form embryo come from epiblast  ○ The hypoblast cells later segregate and form part of the sac that surrounds the  yolk  ● During gastrulation, epiblast cells move toward midline of blastoderm and detach,  forming a thickening called a primitive streak  ○ Primitive streak lengthen and narrows; becomes counterpart of blastopore lip  Gastrulation in Humans  ● 1. End of cleavage, embryo has more than 100 cells arranged around central cavity and  has reached uterus → is called blastocyst (mammalian version of blastula)  ○ Inner cell mass ­ group of cells at one end of central cavity  ● 2. Trophoblast (outer epithelium of blastocyst) initiates embryo implantation  ○ Break down endometrium, allowing invasion of blastocyst  ○ Inner cell mass forms inner layer of cells called the epiblast and an outer layer  called the hypoblast (embryo develops mostly from epiblast)  ● 3. Trophoblast continues to expand into endometrium and four new membranes appear  ○ Extraembryonic membranes ­ arise from embryo; enclose specialized structures  outside the embryo  ■ Some remain as ectoderm, others move inward through primitive streak  and form mesoderm and endoderm  ● 4. End of gastrulation ­ embryonic germ layers have formed (extraembryonic mesoderm  and four distinct extraembryonic membranes surround embryo)  ○ Cells of invading trophoblast, the epiblast, and adjacent endometrial tissue  contribute to form the placenta  ○ Placenta ­ immediates the exchange of nutrients, gases, and nitrogenous wastes  between developing embryo and mother  Developmental Adaptations of Amniotes  ● Mammals and birds have four extraembryonic membranes: chorion, allantois, amnion,  and yolk sac  ○ Appeared because all vertebrate embryos require an aqueous environment for  their development (shell eggs of birds and reptiles or uterus of marsupials)  ■ Mammals and reptiles are thus called amniotes  ● Chorion ­ site of gas exchange  ● Amnion ­ fluid physically protects the developing embryo  ● Allantois ­ disposes of wastes in the reptilian egg; incorporated into the umbilical cord in  mammals where it forms blood vessels that transport oxygen and nutrients from the  placenta to the embryo and rids the embryo of carbon dioxide and nitrogenous wastes  ● Yolk sac ­ encloses yolk in eggs of reptiles; in mammals, site of early formation of blood  cells (later migrates to embryo proper)  Organogenesis  Neurulation  ● Neurulation ­ the early steps in the formation of the brain and spinal cord in vertebrates  ○ Begins as cells from the dorsal mesoderm form the notochord (a rod that extends  along the dorsal side of the chordate embryo  ○ Signaling molecules cause ectoderm above the notochord to form neural plate  ■ Occurs through induction (a process in which a group of cells or tissues  influences the development of another group through close­range  interactions)  ○ Neural plate rolls itself into the neural tube, which runs along the  anterior­posterior axis of the embryo  ■ Neural tube will become brain in the head and the spinal cord along the  rest of the body  ■ Notochord disappears before birth  ● Error in neural tube formation results in spina bifida, which can cause nerve damage  resulting in varying degrees of leg paralysis  Cell Migration in Organogenesis  ● Two sets of cells that develop near neural tube migrate in the body before assuming  developmental fate  ● Neural crest ­ develops along the borders where neural tube pinches off from ectoderm;  form a variety of tissues that include peripheral nerves and parts of the teeth and skull  ● Somites ­ migratory cells formed when groups of cells located in strips separate into  blocks; play a significant role in organizing the segment structure of the vertebrate body  ○ Some dissociate into mesenchyme cells, which can form the muscles associated  with the vertebral column and the ribs  ● Somites (serially repeating structures) form repeated structures in the adult  Organogenesis in Chicks and Insects   ● Early organogenesis in chicks is similar to that of frogs, and by the time the chick embryo  is 3 days old, rudiments of major organs are readily apparent  ● Organogenesis is somewhat different in invertebrates  Chapter 42: Circulation and Gas Exchange    42.5 Gas exchange occurs across specialized respiratory surfaces  Introduction  ● Gas exchange ­ the uptake of molecular O​  from the environment and discharge of CO​  to  2​ 2​ the environment  Partial Pressure Gradients in Gas Exchange  ● Partial pressure ­ the pressure exerted by a particular gas in a mixture of gases  ○ A gas always undergoes net diffusion from a region of higher partial pressure to a  region of lower partial pressure  Respiratory Media  ● Conditions for gas exchange depend on whether the respiratory medium (source of O​ ) is  2​ air or water  ○ Gas exchange with water is much more demanding  Respiratory Surfaces  ● Specialization is apparent in the structure of the respiratory surface (the part of an  animal’s body where gas exchange occurs), which is always moist  ● Movement of O​  and C2​  across2​espiratory surfaces occur by diffusion  ○ Rate of diffusion is proportional to the surface area which it occurs, and inversely  proportional to the square of the distance through which the molecules must move  ■ Gas exchange is fast when the area is large and the path is short  ■ Respiratory surfaces tend to be large and thin  ● In simple animals, every cell in the body is close enough to external environment that  gases can diffuse quickly between any cell and environment  ○ Skin serves as a respiratory organ  ● For most animals, evolutionary solution is a respiratory organ that is extensively folded  or branched, such as gills, trachea, and lungs  Gills in Aquatic Animals  ● Gills ­ outfoldings of the body surface that are suspended in water  ● Ventilation ­ movement of the respiratory medium over the respiratory surface; maintains  partial pressure gradients of O​  2​d CO​   2 ● Countercurrent exchange ­ the exchange of a substance or heat between two fluids  flowing in opposite directions  ○ Maximizes efficiency of gas exchange in fish (80% of the O​  dissolved in the  2​ water diffuses into the blood)  ○ Also contributes to temperature regulation and the functioning of the mammalian  kidney   Tracheal Systems in Insects  ● Tracheal system ­ a network of air tubes that branch throughout the body  Lungs  Introduction  ● Lungs ­ localized respiratory organs present in organisms with open circulatory systems  ○ Infolding of body surfaces, subdivided into numerous pockets  ● Circulatory system transports gases between lungs and the rest of the body  ● Use of lungs for gas exchange varies  ○ Amphibians rely heavily on diffuse across external body surfaces  ○ Most reptiles and all mammals depend entirely on lungs for gas exchange  Mammalian Respiratory Systems: A Closer Look  ● Air enters through the nostrils, then flows through the maze of spaces in nasal cavity  ● Nasal cavity leads to pharynx (intersection where paths for air and food cross)  ● When food is swallowed, larynx tips epiglottis over glottis (opening of the trachea  (windpipe)), allowing food to go down the esophagus to the stomach  ● Otherwise, glottis is open, enabling breathing  ● Air goes from larynx into the trachea, which branches into two bronchi, one leading to  each lung  ● Within the lung, bronchi branch into finer tubes called bronchioles  ● Gas exchange in mammals occur in the alveoli (air sacs clustered at the tips of the tiniest  bronchioles)  ○ Alveoli produce surfactant (a mixture of phospholipids and proteins that coat the  alveoli and reduce surface tension)    42.6 Breathing ventilates the Lungs  Introduction  ● Breathing ­ the alternating inhalation and exhalation of air  How an Amphibian Breathes  ● Positive pressure breathing ­ inflating the lungs with forced airflow  ○ Muscles lower the floor of amphibian’s oral cavity to draw in air, then the floor  rises with the mouth and nostril closed to force air down the trachea  How a Bird Breathes  ● Birds use eight or nine air sacs situated on either side of the lungs  ○ Parabronchi ­ tiny channels; sites of gas exchange in bird lungs  ○ Require two cycles of inhalation and exhalation; only in one direction  How a Mammal Breathes  ● Mammals breathe by negative pressure breathing (by changing the air pressure within its  lungs relative to the pressure of the outside atmosphere  ● Negative pressure breathing ­ pulling, rather than pushing, air into the lungs   ○ Inhalation is always active and requires work, while exhalation is usually passive  ● Diaphragm ­ a sheet of skeletal muscle that forms the bottom wall of the cavity  ○ Contracts and expands the thoracic cavity downwards during inhalation  ○ Relaxes and the thoracic cavity moves upward during exhalation  ● Tidal volume ­ the volume of air inhaled and exhaled with each breath  ● Vital capacity ­ tidal volume during maximum inhalation and exhalation  ● Residual volume ­ air that remains after forced exhalation  ● Lungs lose resilience and residual volume increases with age  ● Maximum P​  in alveoli is always considerably less than in the atmosphere, and also less  O2​ in mammals than birds because mammals have unidirectional air flow  Controls of Breathing in Humans  ● Breathing control centers ­ neural circuits in the medulla oblongata that establish  breathing rhythm  ○ Negative­feedback mechanism prevents lungs from overexpanding  ● Sensors in the medulla and in major blood vessels can detect changes in pH and in  response, increase/decrease the depth and rate of breathing  ● Breathing control is only effective if ventilation is matched to blood flow through  alveolar capillaries    42.7 Adaptations for gas exchange includes pigments that bind and transport gases  Introduction  ● High metabolic demands necessitate the change of large quantities of  O​  and CO​   2​ 2 Coordination of Circulation and Gas Exchange  ● Partial pressures of O​  an2​CO​  in 2​e blood vary as gases move between air, blood, and  other body tissues  Respiratory Pigments  Introduction  ● O​  h2​ low solubility in water, and thus low solubility in blood  ● Animals consequently transport most of their O​  bound to2​roteins called respiratory  pigments, which greatly increase the amount of O​  carried in circulatory fluid  2​ ○ Respiratory pigments circulate with the blood or hemolymph and often contained  within specialized cells  ● Variety of respiratory pigments have evolved in animals, and usually have a distinct color  and consist of a metal bound to a protein  ○ Hemocyanin ­ blue; copper is its oxygen­binding component; found mollusks and  many arthropods  ○ Hemoglobin ­ found in almost all vertebrates and many invertebrates; contained  in erythrocytes and has four subunits (each with heme group and iron atom) so it  can carry four molecules of O​   2 ■ Also assists in buffering blood  ○ Bohr Shift ­ where CO​  producti2​ is greater, hemoglobin releases more O​ ,  2​ which can then be used to support more cellular respiration  Carbon Dioxide Transport  ●  Only about 7% of the CO​  released b2​respiring cells is transported in solution in blood  plasma, while the rest diffuses into erythrocytes and reacts with water  Respiratory Adaptations of Diving Mammals  ●  One adaption is the capacity to store large amounts of O​  in the body  2​ ● Another adaption is myoglobin (oxygen­storing protein located in the muscle cells)    Chapter 40: Basic Principles of Animal Form and Function    Overview: Diverse Forms, Common Challenges  ● Anatomy ­ biological form; the structure of an organism  ● Physiology ­ biological function; the processes and functions of an organism  ● Example: the ears of a jackrabbit both provide an acute sense of hearing and help shed  excess heat  ○ Anatomy ­ blood flowing through the ears transfers heat to the surrounding air  ■ Physiology ­ Increased blood flow in the cold, but reduced blood flow in  the heat to maintain the proper body temperature    40.1 Animal form and function are correlated at all levels of organization  Introduction  ● The body plan, shape and size, of an animal is the result of a pattern of development  programmed by the genome and thus a product of evolution  Evolution of Animal Size and Shape  ● Physical laws govern strength, diffusion, movement, and heat exchange  ● Physical laws constrain evolution  ○ Natural selection often results in similar adaptations between diverse organisms in  facing similar environmental challenges  ■ Example: the adaption of sharks, penguins, dolphins, and seals to have a  streamlined body contour, a shape that is fusiform (tapered at both ends),  to reduce drag while swimming  ○  These laws influence body plans with regard to maximum size  ■ As body dimensions increase, thicker skeletons are required for support  and more muscle is required for proper locomotion  ■ Examp ​ le: the ​Tyrannosaurus rex stood more than 6m tall but could only  run about 30 km/hr (19 miles/hour)  Exchange with the Environment   ● Animals must exchange materials with their environment, thus imposing limitations on  body plans  ○ Exchange ­ occurs as substances dissolved in aqueous solutions move across the  plasma membrane of each cell  ○ Rates of exchange for nutrients, waste products, and gases are proportional to  membrane surface area  ○ The amount of material that must be exchanged to sustain life is proportional to  volume  ● Many animals with simple internal organization utilize direct exchange between cells and  their environments  ○ Example: the pond­dwelling hydra has a saclike body that is two cell layers thick,  exposing both the inner and outer cells to the pond water  ○ Example: the flat shape also maximizes exposure such as that of a tapeworm  ● Most animals are composed of compact masses of cells with complex internal  organization, such that increasing the number of cells decreases the ratio of outer surface  area to total volume  ○ To overcome this, there is the evolutionary adaption of specialized surfaces that  are extensively folded or branches to enable sufficient exchange  ■ Example: in humans, the internal exchange surfaces of the digestive,  respiratory, and circulatory systems have an area more than 25 times  greater than that of the skin  ● Internal body fluids exchange surfaces to body cells  ○ Exchange between interstitial fluid and circulatory fluids, such as blood, enables  cells to obtain nutrients and get rid of wastes  ■ Interstitial fluid ­ the fluid filling the spaces between cells and most  animals  ● A complex body plan is especially advantageous for land animals with highly variable  external environments  Hierarchical Organization of Body Plans  ● Cells form a functional animal body based on emergent properties (properties that arise  by way of successive levels of structural and functional organization  ● Cells → tissues → organs → organ system → organism  ○ Tissue ­ an integrated group of cells with a common structure, function, or both  ○ Organ ­ a specialized center of body function composed of several different types  of tissues  ○ Organ system ­ a group of organs that work together in performing vital body  functions  ● There are four main types of animal tissues: epithelial, connective, muscle, and nervous  Exploring: Structure and Function in Animal Tissues  ● Epithelial cells cover the outside of the body and line organ cavities within the body  ○ Occurs as sheets of cells that are closely packed with tight junctions  ○ Function has a barrier against mechanical injury, pathogens, and fluid loss  ○ All epithelia are polarized (have two different surfaces)  ■ The apical surface faces the lumen (cavity) or outside and is thus exposed  to fluid or air, but specialized projections often cover this surface  ​ ■ The basal surface is attached to a ​basal lamina, a dense mat of  extracellular matrix that separates the epithelium from the underlying  tissue  ○ Cuboidal epithelium ­ dice­shaped spells specialized for secretion  ■ Ex: epithelium of kidney tubules, thyroid gland, and salivary glands  ○ Simple columnar epithelium ­ large, brick­shaped cells often found where  secretion or active absorption is important  ■ Ex: lines the intestines, secreting digestive juices and absorbing nutrients  ○ Pseudostratified columnar epithelium ­ single layer of ciliated cells varying in  height that functions to form a mucous membrane that lines portions of the  respiratory tract  ■ Ex: the beating cilia sweep the film of mucus along a surface  ○ Simple squamous epithelium ­ single layer of platelike cells that functions in the  exchange of materials by diffusion  ■ Ex: lines blood vessels and air sacs of lungs, where diffusion of nutrients  and gases is critical  ○ Stratified squamous epithelium ­ multilayered and regenerates rapidly; commonly  found on surfaces subject to abrasion  ■ Example: outer skin and linings of the mouth, anus, and vagina  ● Connective tissue, consists of a sparge population of cells scattered through an  extracellular matrix, holds many tissues and organs together in place  ○ This matrix generally consists of a web of fibers embedded in a liquid, jellylike,  or solid foundation and contains fibroblasts (secrete fiber proteins) and  macrophages (engulf foreign particles and any cell debris by phagocytosis)  ○ Three kinds of connective tissue fibers join together to form different connective  tissues  ■ Collagenous fibers ­ provide strength and flexibility  ■ Reticular fibers ­ join connective tissue to adjacent tissues  ■ Elastic fibers ­ make tissues elastic  ○ Loose connective tissue ­ most widespread connective tissue that binds epithelia  to underlying tissue and holds organs in place; found in skin and throughout body  ○ Fibrous connective tissue ­ dense with collagenous fibers found in tendons, which  attach muscles to bones, and in ligaments, which connect bones at joints  ○ Bone ­ a mineralized connective tissue that forms the skeleton through  bone­forming cells called osteoblasts depositing a matrix of collagen  ○ Blood ­ has a liquid extracellular matrix called plasma, containing water, salts,  and dissolved proteins  ■ In the plasma are erythrocytes (red blood cells) that carry oxygen,  leukocytes (white blood cells) that function in defense, and platelets that  aid in blood clotting  ○ Adipose tissue ­ stores fat in adipose cells that pads and insulates the body and  stores fuel as fat molecules  ○ Cartilage ­ contains collagenous fibers embedded in a rubber complex that make a  strong yet flexible support material  ■ Forms the skeletons of any vertebrate embryos, which is later replaced by  bone, and remains in some locations, such as between disks to act as  cushions  ● Muscle tissue consists of filaments containing the proteins actin and myosin, which  together enable the muscles to contract and is thus the tissue responsible for nearly all  types of body movement  ○ There are three types of muscle tissue: skeletal, smooth, and cardiac  ○ Skeletal muscle ­ also called striated muscle, is attached to bones by tendons and  is responsible for voluntary movements  ○ Smooth muscle ­ spindle­shaped cells that lacks striations found in the walls of  internal organs that are responsible for involuntary body activities, such as  churning of the stomach and constriction of arteries  ○ Cardiac muscle ­ striated muscle that forms the contractile wall of the heart  ● Nervous tissue functions in the receipt, processing, and transmission of information, and  contains neurons and glia  ○ In many animals, a concentration of nervous tissue forms a brain, an  information­process center  ○ Neurons ­ also called nerve cells, are the basic unit of the nervous system  ■ Receive nerve impulses from other neurons via its cell body and dendrites  ■ Transmit nerve impulses via axons, which are often bundled into nerve  ○  Glia ­ also called glial cells, help nourish, insulate and replenish neurons; in some  cases, modulate neuronal function  Coordination and Control   ● Coordinated activity between an animal’s tissues, organs, and organ systems require  communication  ● The endocrine system releases signaling molecules called hormones into the bloodstream  to reach all locations of the body  ○ Different hormones have different effects, and only cells with the receptors for a  particular hormone will respond  ○ Hormones may affect a single location or various locations  ○ Hormones are relatively slow acting, but are often long­lasting, as they can  remain in the blood stream for seconds, minutes, or hours  ○ This system is well suited for coordinating gradual changes such as growth and  development, reproduction, metabolic processes, and digestion  ○ Example: only the cells of the thyroid gland have the receptor for  thyroid­stimulating hormone, which when bonded the thyroid cells release the  hormone causing cells in nearly every tissue to increase oxygen consumption and  heat production  ● In the nervous system, neurons transmit signals called nerve impulses between specific  locations in the body, following the same type of pathway no matter the distance  ○ Nerve impulses travel along dedicated communication lines consisting of mainly  axons, and travel as changes in voltage  ○ Four types of cells can receive nerve impulses: other neurons, muscle cells,  endocrine cells, and exocrine cells  ○ Conveys information by the pathway the signal takes  ○ Transmission is extremely fast, taking a fraction of a second to reach the target  ○ Last only a fraction of a second  ○ This system is well suited for directing immediate and rapid responses in the  environment, especially in controlling fast locomotion and behavior  ○ Example: a person can distinguish between musical notes because the frequency  of each note activates different neurons connecting the ear to the brain    40.2: Feedback control maintains the internal environment in many animals  Regulating and Conforming  ● Regulator ­ an animal that uses its internal mechanisms to control internal change in the  face of external fluctuation  ○ Example: the river otter’s temperature is independent of the water it is in  ● Conformer ­ an animal that allows its internal condition to change in accordance with  external changes in a particular environmental variable  ○ Example: the largemouth bass forms to the temperature of the lack it inhabits  ● An animal may regulate some internal conditions while allowing others to conform  ○ Example: the largemouth bass conforms to the temperature of the surrounding  water, but the solute concentration in its blood is independent of the water  Homeostasis  Introduction  ● Homeostasis ­ refers to the maintaining of internal balance  ○ In achieving this, animals can maintain relatively constant internal environment  despite significantly changing external environment   Mechanisms of Homeostasis  ● An animal achieves homeostasis by maintain a variable at or near a particular value,  called a set point  ● Fluctuations above or below this point serve as a stimulus  ● Stimulus is then detected by a receptor called a sensor  ● After receiving a signal from the sensor, a control sensor generates an output that triggers  a response (a physiological activity that helps return the variable to the set point)  ● Example: the heating system in a home  Feedback Control in Homeostasis  ● Homeostasis in animals relies strongly on negative feedback and little on positive  feedback  ● Negative feedback ­ a control mechanism that reduces the stimulus  ○ Ex: the body producing sweat to decrease heat during a workout  ● Positive feedback ­ a control mechanism that amplifies the stimulus  ○ Help drive process to completions  ■ Example: heightening contractions during childbirth  ● Homeostasis moderates but does not eliminate internal change, such that there isn’t  always a set point, but rather a normal range  Alterations in Homeostasis  ● Set points and normal ranges can change under various circumstances, and these  regulatory changes are even essential to normal body functions  ○ Example: the radical shift in hormone balance that occurs during puberty  ● Certain cyclic alterations in metabolism reflect a circadian rhythm (a set of physiological  changes that occur roughly every 24 hours)  ○ Example: the release of melatonin at night during the sleep cycle  ● The normal range of homeostasis may also change through acclimatization (the gradual  process by which an animal adjusts to changes in its external environment)  ○ Acclimatization is a temporary change, not to be confused with adaption  ○ Example: An elk moving into the mountains from sea level adjusts its kidney  function to keep blood pH in normal range  Chapter 46: Animal Reproduction    46.1 Both asexual and sexual reproduction occur in the animal kingdom  Introduction  ● Two modes of animal reproduction: sexual and asexual  ○ Sexual reproduction ­ fusion of haploid gametes forms a diploid cell (zygote)  ■ Animal that develop can give rise to gametes by meiosis  ■ Egg ­ female gamete; nonmotile and large  ■ Sperm ­ male gamete; motile and much smaller  ○ Asexual reproduction ­ new individuals generated without fusion of egg and  sperm  ■ Most reproduction relies entirely on mitotic cell division  Mechanisms of Asexual Reproduction  ● Budding ­ new individuals arise from outgrowths of existing ones  ○ Ex: stony corals  ● Fission ­ separation of a parent organism into two individuals of approximately equal size  ● Two­step Process  ○ Fragmentation ­ breaking of the body into several pieces  ○ Regeneration ­ regrowth of lost body parts  ○ Ex: Annelid worms, numerous sponges, cnidarians, tunicates  ● Parthenogenesis ­ egg develops without being fertilized  ○ Occurs in certain species of bees, wasps, and ants; rare in vertebrates  ○ Progeny can be either haploid or diploid  Sexual Reproduction: An Evolutionary Enigma  ● Advantages to sexual reproduction  ○ Varied genotypes may enhance reproductive success when environmental factors  change rapidly  ○ Beneficial gene combinations through recombination might speed up adaptation  ■ Only when the rate of beneficial mutations is high and population size is  small  ● Asexual reproduction is most advantageous in stable, favorable environments  ○ More offspring produced per generation when compared to sexual reproduction  Reproductive Cycles  ● Reproductive cycles are controlled by hormones so that animals reproduce only when  sufficient energy sources are available and environmental conditions are favorable  ● Ovulation ­ the release of mature eggs; occurs at the midpoint of each cycle  ● Seasonal changes are important cues for reproduction; negatively affected by global  climate change  ● Reproductive cycles are found among animals that reproduce sexually and asexually  Variation in Patterns of Sexual Production  ● Hermaphroditism ­ where an individual has both male and female reproductive systems  ○ Evolutionary adaptation for enhanced reproductive success  ● Sex reversal    46.2 Fertilization depends on mechanisms that bring together sperm and eggs of the same  species  Introduction  ● Fertilization ­ union of sperm and egg  ○ External fertilization ­ females release eggs into environment, where male then  fertilizes them  ○ Internal fertilization ­ sperm are deposited in or near the female reproductive tract;  fertilization then occurs within the tract  ● Moist habitat is almost always required for external fertilization to prevent the gametes  from drying out and to allow sperm to swim to eggs  ● Spawning ­ individuals cluster in the same area and release their gametes into the water at  the same time  ○ Chemical signals that one individual gamete generates in releasing gametes  triggers others to release gametes  ○ Environmental cues, such as temperature or day length, may trigger gamete  release  ● When external fertilization is not synchronous of a population, individuals may exhibit  courtship  ● Internal fertilization is an adaptation that allows sperm to reach an egg even in a dry  environment  ● No matter how fertilization occurs, the mating animals may use pheromones (chemicals  released by one organism that can influence the physiology and behavior of another)  ○ Pheromones ­ small, volatile or water­soluble molecules that disperse into the  environment and are active at very low concentrations  Ensuring the Survival of Offspring  ● Internal fertilization associated with fewer gametes but higher fraction of survival  ○ Associated with greater protection of embryos and parental care  ● Parental care is widespread among animals  Gamete Production and Delivery  ● Gonads ­ organs that produce gametes; found in many but not all animals  ● More elaborate reproductive systems include sets of accessory tubes and glands that  carry, nourish, and protect the gametes and sometimes the developing embryos  ● Spermathecae ­ sacs in which sperm may be stored for extended periods  ○ Part of the female reproductive system in many insect species; allows fertilization  to occur under optimal conditions  ● Cloaca ­ a common opening for the digestive, urinary, and reproductive tracts found in  many nonmammalian vertebrates but in few mammals  ○ Males of these species lack a penis and instead release sperm by turning the  cloaca inside out  ● Monogamy ­ the sustained sexual partnership of two individuals; rare among animals  ○ Some mechanisms enhance reproductive success of a male with a particular  female and diminish the chance of the female reproducing successfully with  another male  ○ Females play a major role in determining the outcome of multiple matings    46.3 Reproductive organs produce and transport gametes  Human Male Reproductive Anatomy  Introduction  ● External reproductive organs are the scrotum and the penis  ● Internal reproductive organs are the gonads (produce sperm and reproductive hormones),  accessory glands (secrete products essential to sperm movement), and ducts (carry the  sperm and glandular secretions)  Testes  ● Testes ­ the male gonads; produce sperm in highly coiled tubes called seminiferous  tubules  ● Scrotum ­ a fold of the body wall that maintains testis temperature  ● Develop in the abdominal cavity then descend into the scrotum just before birth  Ducts  ● From the seminiferous tubules, sperm pass into the coiled duct of the epididymis  ○ Takes three weeks for sperm to travel the 6m length, during which they complete  maturation and become motile  ● Ejaculation ­ sperm are propelled from each epididymis through a muscular duct called  the vas deferens (one from each epididymis)  ○ Vas deferens ­ extends around and behind urinary bladder, where it then joins a  duct from the seminal vesicle, forming a short ejaculatory duct  ● Ejaculatory duct opens into the urethra (outlet tube for both the excretory and the  reproductive system)  ○ Urethra runs through the penis and opens to the outside at the tip of the penis  Accessory Glands  ● Three accessory glands (seminal vesicles, prostate gland, and the bulbourethral gland)  produce secretions that combine with sperm to form semen (fluid that is ejaculated)  ● Two seminal vesicles ­ contribute about 60% of the volume of semen   ○ Fluid from here is thick, yellowish, and alkaline; contains sugar fructose (provides  most of sperm’s energy), a coagulating enzyme, ascorbic acid, and local  regulators called prostaglandins  ● Prostate gland ­ secretes its products directly into the urethra through small ducts  ○ Fluid from here is thin and milk; contains anticoagulating enzymes and citrate  (sperm nutrient)  ● Bulbourethral glands ­ a pair of small glands along the urethra below the prostate  ○ Before ejaculation, secrete clear mucus that neutralizes acid urine remaining in  the urethra  Penis  ● Contains the urethra and three cylinders of spongy erectile tissue  ● During sexual arousal, erectile tissue fills with blood from arteries; resulting erection  enables penis to be inserting into vagina  ○ Alcohol consumption, drugs, aging, and emotional issues may make this difficult  ● All animals rely on penile erection for mating, but some have a bone called a baculum  ● The main shaft of the penis is covered by relatively thick skin  ○ The glans (head) of the penis has a much thinner outer layer for sensitivity  ■ Surrounding by the prepuce (foreskin)  Human Female Reproductive Anatomy  Introduction  ● External reproductive structures are the clitoris and two sets of labia (surround the clitoris  and vaginal opening)  ● Internal organs consist of gonads (produce eggs and reproductive hormones) and a  system of ducts and chambers (receive and carry gametes and house the embryo and  fetus)  Ovaries  ● Ovaries ­ come in a pair; female gonads; flank the uterus and held in place in the  abdominal cavity by ligaments  ● Outer layer of each ovary is packed with follicles (consists of an oocyte, a partially  developed egg) surrounded by supporting cells  ○ Supporting cells nourish and protect the oocyte during much of its development  Oviducts and Uterus  ● Oviduct (fallopian tube) ­ extends from the uterus to a funnel­like opening at each ovary  ● Upon ovulation, cilia on the epithelia lining of the oviduct help collect the egg and  conveying it to the uterus (the womb)  ● Uterus ­ thick, muscular organ that can expand during pregnancy to accommodate a fetus  ○ Endometrium ­ lining of the uterus; richly supplied with blood vessels  ○ Cervix ­ neck of the uterus; opens into the vagina  Vagina and Vulva  ● Vagina ­ muscular, elastic chamber where the penis is inserted and sperm is deposited  ○ Also serves as the birth canal, which opens to the vulva  ● Vulva ­ collective term for external female genitalia  ● Labia majora ­ encloses and protects the rest of vulva  ● Labia minora ­ slender skin folds around the vaginal opening and urethra  ● Hymen ­ thin piece of tissue that partly covers the vaginal opening in humans at birth and  usually until sexual intercourse or vigorous activity ruptures it  ● Clitoris ­ sensitive point for sexual stimulation  ● Sexual arousal induces the vestibular glands to secrete lubricating mucus to facilitate  intercourse  Mammary Glands  ● Mammary glands ­ present in both sexes but only produce milk in females  ● Not part of the reproductive system, but important for reproduction  Gametogenesis  ● Gametogenesis ­ the production of gametes  ● Spermatogenesis ­ the formation and development of sperm (may take about 7 weeks per  sperm)  ● Oogenesis ­ the development of mature oocytes (eggs)  ○ Immature eggs form in the ovary but do not complete development until years  later  ● Differences between spermatogenesis and oogenesis  ○ Only in spermatogenesis do all four products of meiosis develop into mature  gametes; oogenesis produces one large eggs and the smaller cells (polar bodies)  degenerate  ○ Spermatogenesis occurs throughout adolescence and adulthood; oogenesis is  complete before birth and production of mature gametes ceases at about age 50  ○ Spermatogenesis produces mature sperm in a continuous sequence; there are  interruptions in oogenesis    46.5 In placental mammals, an embryo develops fully within the mother’s uterus  Conception, Embryonic Development, and Birth  Introduction  ● Fertilization ­ called conception in humans; occurs when sperm fuses with an egg (mature  oocyte) in an oviduct  ● Zygote begins series of cell divisions called cleavages about 24 hours after fertilization  ● Blastocyst ­ a sphere of cells surrounding central cavity; forms about 4 days later  ● A few days later, embryo implants into the endometrium of the uterus  ● Pregnancy ­ also called gestation; the condition of carrying one or more embryos in the  uterus  ○ Human pregnancy lasts about 266 days (divided into three trimesters); rodent  gestation 21 days; 270 days in cow; 600 days in elephants  First Trimester  ● Implanted embryo secretes hormones to signal its presence and regulate mother’s  reproductive cycle, including human chorionic gonadotropin (hCG) to prevent  menstruation  ● Ectopic pregnancy ­ fertilized egg lodges in oviduct; cannot often be sustained  ● During first 2­4 weeks, embryo obtains nutrients from the endometrium  ○ Trophoblast, outer layer of blastocyst, grows outwards and mingles with  endometrium  ■ Eventually helps form placenta (contains embryonic and maternal blood  vessels), which supplies nutrients, provides immune protection, exchanges  respiratory gases, and disposes of metabolic wastes  ● Occasionally, embryo splits during first month, resulting in identical (monozygotic) twins  ○ Fraternal (dizygotic) twins result when two follicles mature in a single cycle  ● Main period of organogenesis ­ development of the body organs  ● At 8 weeks, all the major structures of the adult are present in rudimentary form, and the  embryo is called a fetus (about 5cm long here)  ● In the mother, mucus in cervix forms plug to protect against infection, breasts and uterus  get larger, and both ovulation and menstruation cycling stop  Second and Third Trimesters  ● During second trimester, fetus grows to about 30 cm and is very active  ○ Hormone levels stabilize as hCG secretion declines, the corpus luteum  deteriorates, and the placenta completely takes over the production of  progesterone (the hormone that maintains pregnancy)  ● During third trimester, fetus grows to about 50 cm and fetal activity may decrease  ○ Mother’s abdominal organs become compressed and displaced  ● Childbirth begins with labor ­ a series of strong, rhythmic uterine contractions that push  the fetus and placenta out of the body  ○ Local regulators (prostaglandins) and hormones (estradiol and oxytocin) induce  and regulate further contractions in a positive feedback loop  ● Labor has three stages  ○ 1. Thinning and opening up (dilation) of the cervix  ○ 2. Expulsion, or delivery, of the baby  ○ 3. Delivery of the placenta  ● Lactation (production of mother’s milk) is a unique aspect of postnatal care  Maternal Immune Tolerance and the Embryo of the Fetus  ● Mother’s body does not reject fetus as foreign object because the overall regulation of the  immune system changes during pregnancy  Chapter 42: Circulation and Gas Exchange    Overview: Trading Places  ● Resources that animal cells require (like nutrients and O​ ) enter the cytoplasm by  2​ crossing the plasma membrane and metabolic by­products (like CO​ ) exit 2​e cell by  crossing the plasma membrane  ● Exchange between animal and its surroundings ultimately occur at the cellular level  ● Example: Axolotl have feathery red gills, which have tiny blood vessels close to the  surface, that allow for exchange    42.1 Circulatory systems link exchange surfaces with cells throughout the body  Introduction  ● Small, nonpolar molecules can move between cells and their immediate surroundings by  diffusion, but this process is very slow for distances farther than a few millimeters  ○ Time it takes substance to diffuse is proportional to the square of distance  ■ Ex: If it takes 1 second to diffuse 100 micrometers, it takes 100 seconds to  diffuse 1 millimeter, and almost 3 hours to diffuse 1 cm  ○ This places a constraint on animal body plan  ○ Diffusion is only rapid over very small distances  ● Natural selection solutions to allow all cells to participate in exchange  ○ 1. Body size and shape that keep many or all cells in direct contact with the  environment  ■ This is only found in certain invertebrates like cnidarians and flatworms  ○ 2. A circulatory system that moves fluid between each cell’s immediate  surroundings and tissues where exchange with the environment occurs  ■ Found in all other animals   Gastrovascular Cavities  ● Certain animals lack distinct circulatory systems, and in place have central gastrovascular  cavities that functions in distribution of substances and in digestion  ○ Fluid bathes both inner and outer tissues, facilitating exchange of gases and waste  ○ While not all cells are in direct exchange, the body wall is only two cells allowing  exchange through diffusion  ○ Example: hydras, jellies, other cnidarians  ● Planarians and most other flatworms survive without a circulatory system  ○ Have gastrovascular cavity and flat body  ■ Flat body optimizes diffusional exchange by increase surface area and  minimizing diffusion distances  Evolutionary Variation in Circulatory Systems  Introduction  ● Circulatory system minimizes the distances a substance must diffuse to enter/leave a cell  General Properties of Circulatory Systems  ● Circulatory system has three basic components: a circulatory fluid, a set of  interconnection blood vessels, a muscular pump (the heart)  ● Heart powers circulation by using metabolic energy to elevate hydrostatic pressure of the  circulatory fluid, which then flows through vessels then back to the heart  ● Circulatory system functionally connects aqueous environment of body cells to the  organs that exchange gas, absorb nutrients, and dispose of wastes by transporting fluid  throughout the body  ○ Ex: Inhaled O​  d2​fuses across two layers of cells in the lungs to the blood, which  streams through the body powered by the heart, allowing the O​  in 2​ to diffuse a  short distance to fluid that directly bathes the cell  ● Circulatory systems have arisen during evolution, representing adaptations to constraints  ○ Either open or closed, vary with regard to number of circuits in the body, and rely  on pumps that differ in structure and organization  Open and Closed Circulatory Systems  ● Open circulatory system ­ circulatory fluid bathes the organs directly  ○ Circulatory fluid, called hemolymph, is also the interstitial fluid that bathes body  cells  ○ Contraction of heart(s) pumps hemolymph through circulatory vessels into  interconnected sinuses (spaces around the organs) where chemical exchange  occurs  ○ Relaxation of the heart draws hemolymph back in through pores, which are  equipped with valves that close when the heart contracts  ○ Body movements help circulate hemolymph by periodically squeezing sinuses  ○ This is present in arthropods and most molluscs  ■ Larger crustaceans also have a more extensive vessel system and an  accessory pump  ● Closed circulatory system ­ a circulatory fluid, called blood, is confined to vessels and is  distinct from the interstitial fluid  ○ Heart(s) pump blood into large vessels that branch into smaller ones   ○ Chemical exchange occurs between blood and interstitial fluid, and between  interstitial fluid and body cells  ○ This is present in annelids, cephalopods, and all vertebrates  ● There are advantages to each system  ○ Closed ­ lower hydrostatic pressures make them less costly in terms of energy  expenditure; some circulatory systems have additional functions  ■ Ex: spiders use the hydrostatic pressure to extend legs  ○ Open ­ higher blood pressure for more effective delivery of O​  and n2​rients, well  suited to regulating distribution of blood to different organs   Organization of Vertebrate Circulatory Systems  Introduction  ● Closed circulatory system of humans and other vertebrates is often called the  cardiovascular system  ● Blood circulates to and from the heart through a network of vessels  ● Three main types of blood vessels  ○ Arteries ­ carry blood away from the heart to organs  ■ Branch into arterioles ­ small vessels that convey blood to capillaries  ○ Capillaries ­ microscopic vessels with very thin, porous walls  ■ Capillary beds ­ network of capillaries that infiltrate every tissue, allowing  exchange of chemicals by diffusion between interstitial fluid  ■ Converge into venules, which converge into veins  ○ Veins ­ vessels that carry blood back to the heart  ● Arteries and veins are distinguished by the direction they carry blood  ○ Only exception are portal veins ­ carry blood between capillary beds  ● Hearts of all vertebrates contain two or more muscular chambers; number and extent of  separation differ substantially between groups of vertebrates  ○ Atria ­ chambers that receive blood entering the heart  ○ Ventricles ­ chambers that are responsible for pumping blood out of the heart  Single Circulation  ● Single circulation ­ arrangement in which blood passes through the heart once in each  complete circuit  ○ Occurs in hearts with two chambers, like those of bony fish, rays, and sharks  ○ Blood entering the heart collects in the atrium before transfer to the ventricles  which then contracts pumping blood to the gills where exchange occurs  ● Blood that leaves the heart passes through two capillary beds before returning to the heart  ○ When blood passes through capillary beds, blood pressure drops substantially,  limiting the rate of blood blood in the rest of body  ■ Contraction and relaxation of muscles as the animal swims helps  accelerate circulation  Double Circulation  ● Double circulation ­ arrangement where the circulatory system has two circuits  ○ Pumps for two circuits are combined into a single organ, the heart, which  simplifies coordination of the pumping cycles  ○ Right side of heart delivers oxygen­poor blood to capillary beds of gas exchange  tissues where there is net movement of O​  in2​ the blood and CO​  out2​ ■ Called pulmonary circuit of capillary beds are all in the lungs as in reptiles  and mammals  ■ Called pulmocutaneous circuit if it includes capillaries in both the lungs  and skin as in many amphibians  ○ Oxygen rich blood then enters the left side of the heart, which propels it to  capillary beds in organs and tissues throughout the body  ○ Oxygen­poor blood then returns back to the heart, completing the systemic circuit  ● Provides vigorous flow of blood to brain, muscles, and other organs because the heart 


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

75 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."

Amaris Trozzo George Washington University

"I made $350 in just two days after posting my first study guide."

Jim McGreen Ohio University

"Knowing I can count on the Elite Notetaker in my class allows me to focus on what the professor is saying instead of just scribbling notes the whole time and falling behind."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.