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

IB 202 Exams

by: ranasenlik Notetaker

IB 202 Exams ib 202

ranasenlik Notetaker

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

These notes cover all three exams for IB 202
integrative biology anatomy and physiology
Karen Sears
integrative, Biology, 202, UIUC
75 ?




Popular in integrative biology anatomy and physiology

Popular in Biology

This 86 page Bundle was uploaded by ranasenlik Notetaker on Wednesday August 10, 2016. The Bundle belongs to ib 202 at University of Illinois at Urbana-Champaign taught by Karen Sears in Spring 2015. Since its upload, it has received 12 views. For similar materials see integrative biology anatomy and physiology in Biology at University of Illinois at Urbana-Champaign.


Reviews for IB 202 Exams


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: 08/10/16
Lecture 2 ­ Overview Tetrapod Evolution  Be able to list (in order and with approximate dates) the first appearances of: the  Earth, life, most animal groups, most animal body plans, tetrapods, amniotes,  Tiktaalik, mammals, dinosaurs, modern mammals, and humans o Earth forms ~4.5 billion years ago o Life appears 3.5 billion years ago, probably in the warm hydrothermal  vents at the bottom of the ocean o Most animal groups appear ~542 million years ago o Most animal body plans: ~542 mya (Cambrian Explosion) o Tiktaalik: 375 mya; 12 mya before the first tetrapods (Devonian Period) o Tetrapods: 367.5 mya (Devonian Period) o Amniotes: 312 mya (Carboniferous Period) o Mammals: ~250 mya; Triassic Period (Mesozoic Era) o Dinosaurs: ~250 mya; Triassic Period (Mesozoic Era) o Modern mammals: ~65 mya; Paleogene Period (Cenozoic Era) o Humans: ~2.6 mya; Quaternary Period (Cenozoic Era)  Be able to describe the distinction between the Precambrian and  Phanerozoic o Precambrian = interval between the formation of the Earth and  appearance of most animal groups (4.5 bya to 542 mya)  Life was exclusively unicellular for most of Earth’s history  Oxygen was virtually absent in the oceans and atmosphere for  almost 2 billion years after the origin of life. Photosynthetic  bacteria were responsible for the creation of oxygen in the  atmosphere o Phanerozoic = interval from 542 mya to the present   abundant animal and plant life existed  Be able to list, describe the animal life within, and date the major eras of  the Phanerozoic o What are the three major eras of the Phanerozoic?  Paleozoic   541 ­ 252.17 mya   Cambrian Explosion ­ Appearance of most major animal  body plans early in the Paleozoic (Burgess Shale Fossils)  Appearance of first tetrapods and amniotes  Mesozoic   252.17 ­ 66 mya   Appearance of first mammals and dinosaurs  Cenozoic  66 ­ 0 mya  Appearance of modern mammals and humans  If presented with a fossil, be able to determine whether it is a fossil fish,  non­amniote tetrapod, amniote, or an intermediate between these groups  (based on its form)  Be able to explain the process by which geologists first established the  divisions in the fossil record (i.e., what made them decide to call one set  of rocks Paleozoic, and another Mesozoic)   What evidence did scientists first use to divide up the  geologic record (into Proterozoic, Mesozoic, etc.)?  Major fossil transitions  Be able to list the big 5 extinctions, and their approximate dates  “Big 5” Mass extinctions   End­Ordovician   439 mya  Late­Devonian   367 mya  End­Permian   245 mya  largest mass extinction  95% of species extinct   Late­Triassic   208 mya  End­Cretaceous  65 mya  Different causes   Dramatically changed the ecosystem   We are possibly in the middle of the 6th Mass Extinction  Be able to list and briefly describe the major themes of evolution that  were presented in class  Diversification of sensory organs  Sight  Stimulus: light  Taste/Smell  Stimulus: molecules  Hearing  Stimulus: sound  Touch  Stimulus: contact, pressure  Diversification of ecological roles  Detritivores  feed on dead organic matter  Carnivores  feed on animals  Herbivores  feed on plants or algae  Omnivores  feed on plants and animals  Diversification of feeding strategies  Suspension feeders (filter feeders)  Capture food by filtering out or concentrating particles  floating through water or drifting in air   ex. Barnacles  Fluid feeders  Suck or mop of liquids like nectar, plant sap, blood, or fruit  juice  ex. Butterflies  Deposit feeders  Ingest organic material that has been deposited within a  substrate or on its surface   ex. Sea cucumbers  Mass feeders  Take chunks of food into their mouths  ex. Lions  Diversification of limbs   Lobe­like limbs  Tube feet  Jointed limbs  Tentacles  Parapodia  **See slide 27/29 for visuals  Diversification of reproduction  Asexual   Sexual (internal fertilization)  Sexual (external fertilization)  characterized by the release of both sperm and eggs into  an external environment; sperm will fertilize the egg  outside of the organism  Tiktaalik ­ intermediate between fishes and tetrapods (fish­a­pod)  Burgess Shale Fossils ­ Resulted in soft­bodied animals (mostly arthropods)  having not only the hard parts of their bodies – bones, shells, teeth – but also the muscles, gills, digestive systems and other soft body parts preserved.  Tetrapod ­ a four­footed animal, especially a member of a group that includes all vertebrates higher than fishes.  Amniote ­ any vertebrate of the group Amniota, comprising the reptiles, birds,  and mammals, characterized by having an amnion during the embryonic stage. Lecture 3 ­ Musculoskeletal System 1  Be able to list and describe the characteristics of the 3 major classes of muscles  in vertebrates, such that if you were presented with an image or series of  characteristics you would know what kind of muscle it depicted o Smooth Muscle   Location: intestines, arteries, other  Function: move food, help regulate blood pressure, etc.  Cell characteristics: single nucleus, unstriated, unbranched, no  sarcomeres, activity is “involuntary”, meaning that signal from  motor neuron is not required   o Cardiac Muscle   Location: heart  Function: pump blood  Cell characteristics: 1 or 2 nuclei, striated, branched; intercalated  discs form direct cytoplasmic connection end to end, contains  sarcomeres, activity is “involuntary”, meaning that signal from  motor neuron is not required o Skeletal Muscle   Location: attached to the skeleton  Function: move skeleton  Cell characteristics: multinucleate, striated, unbranched, contains  sarcomeres, activity is “voluntary”, meaning that signal from  somatic motor neuron is required   Be able to state the approximate timing of the fin to limb transition, and be able to describe the major fossil players we discussed in class  (Ichthyostega, Tiktaalik) o Two major evolutionary transitions in human history:  Fin to limb transition  Began with discovery of Tiktaalik  375 mya  The bone structure of the tetrapod limb was  established during the fin­to­limb transition.  Tiktaalik  Weight­bearing elbows, bending wrist, neck  Intermediate between fishes and tetrapods  (fish­a­pod)  Ichthyostega  Tetrapod (~365 mya)  Gills lost, tail fin reduced  Dr. Pierce modeled the maximum mobility of the limb joints in Ichthyostega and five  modern tetrapods.  The model found that the range of  rotation of the shoulder and hip  joints was more limited than  previously thought, rejecting the  hypothesis that these animals could  walk on all fours. (pronation and  supination)  Origin of humans  Be able to describe how the structure of the tetrapod limb changed during the fin­to­limb transition  *See above  Be able to list and describe the research steps taken by Dr Stephanie  Pierce to study Ichthyostega movement, and the conclusions she reached from this research  Given that symmetrical gaits (walking, trotting) require a  large degree of limb rotation, Dr. Pierce concluded that  Ichthyostega likely moved on land/subtrate using  synchronous mudskipper­like ‘crutching’ motions.  Be able to describe the limb anatomy of the australopithecine Lucy and  Ardi (including the dates of these species), to the extent that if you were  shown an image or given a description of a hominin limb you could  determine whether or not it was from a bipedal animal  Transition to bipedality:   Lucy (3.2 mya)  Similarities to humans:   Short, wide pelvis to help with balance  Long legs & proportionately shorter arms  Elbows like ours  Lucy’s hip muscle attachments were human­like  Ardi (4.4 mya)  Pelvis indicates upright walking  Big hands with no signs of knuckle walking  Be able to describe the importance of the Laetoli f  g evidence of bipedalism  Analysis of the footprints and skeletal structure showed  clear evidence that bipedalism preceded enlarged brains in hominins. Lecture 4 ­ Musculoskeletal System 2  Be able to describe the order of the basic process of human development,  including the following events: neural tube closure, blastocyst formation, limb  buds form, fertilization, and implantation o 1) Fertilization o 2) Implantation o 3) blastocyst formation o 4) neural tube closure o 5) limb buds form (?)  Be able to list and define the four cell processes that are essential to  proper development (e.g., cell proliferation, cell differentiation, cell  movement and expansion, programmed cell death) o cell proliferation  Cells divide by mitosis and cytokinesis. The timing, location, and  amount of cell division are regulated. o Cell–cell interactions  Signals that are produced by cells influence their neighbors to  divide, die, move, or differentiate. o cell differentiation  Undifferentiated cells specialize at specific times and places in a  stepwise fashion.  process of a cell changing from one cell type to another  cell movement and expansion  Cells can move past one another within a block of animal cells,  causing drastic shape changes in the embryo.   Cells can break away from a block of animal cells and migrate to  new locations.   Plant cells can regulate the plane of cell division and expand in  specific directions, causing dramatic changes in shape.  programmed cell death  The timing, location, and amount of cell death are regulated.  Be able to diagram, at a basic level, the process of gene regulation for fly  body plan development (i.e., that the process is hierarchical, from  morphogens to more specific genes, to Hox genes, etc.)  Genes are expressed in very specific levels and patterns  throughout development o Complex patterns arise through hierarchical (progressive) signaling:   Be able to describe the homology, function, and conservation of Hox  genes in animals (including humans) o Hox genes ­ Master patterning genes (toolkit genes); Hox genes are  master regulators of anterior­posterior body plan in flies through  vertebrates (including humans)  When Hox genes are ectopically expressed (expressed in the  wrong place), errors in body patterning occur (homeotic  transformations)  Be able to predict the anatomy of a tetrapod with changes in Hox gene  expression along its anterior­posterior body axis, or within its limbs o Hoxc6 and Hoxc8 distribution regulates position of the forelimb in  tetrapods  In the area where Hoxc6 is expressed by itself, the forelimb forms   In the area where Hoxc6 and Hoxc8 are expressed together, ribs  form o When Hox genes are disrupted, limb form is disrupted  Be able to describe the research that has gone into our current  hypotheses about the origins of the tetrapod autopod, including what our  current hypothesis is (and why) o Might Hox genes play a role in the evolution of limb anatomy during the  fin to limb transition?  Hypothesis 1: The tetrapod autopod is a novelty that is created by  a new, second phase of Hox gene expression.  Researchers initially studied Hox expression in zebrafish  fins  Researchers turned to additional species, such as gar  But subtly different Hox gene regulation (could be  contributing to final differences in form)  Gar and mouse have similar 2nd phases of Hox  gene expression  Proposed anatomical homologies  Gar results do not support H1, but do support the  hypothesis that more subtle changes in Hox regulation  contribute to the evolution of the derived form of the  tetrapod autopod   Be able to diagram the process of in situ hybridization   In situ hybridization is commonly used to visualize mRNA  product (and thereby gene expression)  Morphogens ­ set up the major elements/axes of the body (anteriorposterior,  dorsalventral, left­right) genes activated by these morphogens generate signals with  more specific information, and so on (exp. fly body plan) Lecture 5 ­ Muscoloskeletal System 3  Be able to explain how changes in enhancers of GDF6 and HACNS1 have  influenced the evolution of human­specific anatomies  o GDF6 has evolved species­specific regulatory changes that likely  regulate hind limb specific digit morphology in humans o  Loss of a GDF6 enhancer in humans has likely contributed to the  human­specific decrease in hind­limb digit length (aka toes) o “Gain of function” mutation in an enhancer of the HACNS1 gene has  been linked to patterning of the human thumb  Be able to diagram the new research approach being taken to investigate  the molecular/ developmental basis of human­specific craniofacial  anatomies  o Recently, researchers have begun to take novel, innovative approaches  to investigate the developmental basis of human anatomy  **See slide 17/33  With these methods, researchers have identified new enhancers  with likely roles in the development of human­specific facial  anatomies  Be able to list, diagram, and describe the parts of a muscle cell  o A muscle fiber is a long, thin muscle cell  Within each of the muscle cells are many threadlike, contractile  filaments called myofibrils.  The myofibrils inside muscle fibers often look striped or striated  due to the alternating light–dark units called sarcomeres, which  repeat along the length of a myofibril  Muscle Cells Contain Many Myofibrils, Which Contain  Many Sarcomeres  Be able to describe the sliding filament model for muscle contraction   sliding­filament model  The hypothesis was that the filaments slide past one another  during a contraction. That is, the sarcomere can shorten with no  change in lengths of the thin and thick filaments themselves:   The distance from point A to point C does not change, and  the distance from point B to point D does not change.   Points A and B move closer to each other during  contraction, as do points C and D.   The model for actin­myosin interaction in more detail:  1) ATP binds to myosin head. Head releases from thin filament  2) ATP hydrolyzed. Head pivots, binds to new actin subunit  3) Pi released, Head pivots, moves filament  4) ADP released. Cycle is ready to repeat  Considering that ATP is almost always available in living  muscles, how do muscles ever stop contracting and relax?  Besides actin, thin filaments contain tropomyosin and troponin,  which work together to block the myosin binding sites on actin  (myosin­actin interaction cannot then occur, and thick and thin  filaments cannot slide past one another (and muscle relaxes)  How are calcium ions released so that contraction can  begin?  Triggered by the action of motor neurons (action potential)  Be able to describe what would happen to muscle contraction if any of the components of the sliding filament model (e.g., troponin, ADP, etc.) were  disrupted   Be able to describe the process by which motor neurons regulate muscle  contraction   Be able to describe what would happen to muscle contraction if any of the molecules involved in the action of the motor neurons (e.g., Ca, Ach, etc.) were disrupted   What effect would a drug that blocks uptake of calcium ions into the sarcoplasmic reticulum have on muscle function?  o Prevent muscle contraction  What effect would a drug that prevents conformational changes in troponin have  on muscle function? o Prevent muscle contraction  What effect would a drug that increases acetylcholine release at the  neuromuscular junction have on muscle function? o Increased rate of muscle­cell contraction **REVIEW THE SLIDE AND TEXTBOOK READING (pg 974) TO BETTER  UNDERSTAND THIS SECTION** Lecture 6 ­ Musculoskeletal system 4  Be able to describe how views of dinosaur locomotion have changed over the  years, and the research behind these changes  o Locomotion ­ Schmidt­Nielson’s data showed that larger organisms use  less energy per gram of body tissue per distance traveled than smaller  organisms. The data also show that for any given body size, running is a  more expensive mode of transport than flying, and swimming is the least  expensive.  None the less, our scientific view of dinosaur locomotion has  changed significantly since the 1800s. Some early depictions of  dinosaurs reverted to a more ‘sluggish reptile’ paradigm for  reconstructing stance and gait, despite the contrary evidence, and this perspective eventually became entrenched in the scientific  and public mind for many decades. Dinosaurs were frequently  depicted dragging their tails and moving with a more sprawling  posture, even though fossil tracks and anatomy showed that  dinosaurs did not typically do this.  Research behind changes in view:  Comparison with living analogues   Bone scaling   Fossil footprints   Functional morphology ­ Determining how much motion  or what poses certain limb joints could allow  Biomechanical modeling ­ Rigorous mathematical  modeling on computers  Be able to list and describe the various categories of locomotion research mentioned in class   *See above  Be able to describe the relationship between stride length and speed,  according to Alexander’s model   How fast dinosaurs could walk/run has profound  implications for how they behaved (what they ate, home  range size, etc.)  Today we are going to calculate how fast dinosaurs could  locomote, using a bone­scaling/trackway approach  Approach: Alexander method ­ In the 1960's R.M.  Alexander analyzed the tracks and speeds of animals and  realized that speed is roughly proportional to leg length  and stride length.  Constant, positive slope on graph (speed x­axis;  stride y­axis)  Be able to calculate the speed of a dinosaur using Alexander’s equation,  given stride length and height of the hip above the ground   Approach: Alexander’s equation (based on relationship  observed in animals)  l/h = 2.3(u^2/gh)^0.3  Where l is stride length, h is the height of the hip above the ground, u is running speed, and g is the gravitational  acceleration. u2/gh is the Froude number, which applies to situations where inertia and gravity interact  Can be simplified to:   u = 1.4(l/h) ­ 0.27  where l is stride length, h is the height of the hip  above the ground, u is running speed.  Be able to describe the reasons why the T­rex in Jurassic Park is more  accurate (in regard to locomotion) than the Velociraptors from Jurassic  World Relative Stride Length = stride length/leg length Lecture 7 ­ Cardiovascular 1  Be able to list and describe the characteristics and differences of the three major  cardiovascular systems we discussed in class  o 1) Some animals live in water and just circulate water through  themselves. (Jellyfish, corals, sponges) o 2) Open systems ­ have a heart to pump hemolymph (a fluid connective  tissue), but limited piping. (Many invertebrates)  Hemolymph comes in direct contact with cells, no need to diffuse  across vessel walls.   Hemolymph is under low pressure, so flow rates are low.   Limited control of hemolymph flow. o 3) Closed systems ­ have a heart and vessels (i.e. pipes) to control the  flow of blood. ­ Present in vertebrates AND invertebrates with relatively  active lifestyles (i.e. some Annelids and Cephalopods)  Diffusion across vessel walls is necessary   Blood is under high pressure = high flow rates   High degree of control over blood flow.  When presented with a diagram of a closed circulatory system, be able to tell which major animal group it belongs to (e.g., fish, amphibians, etc.)  o  Be able to describe the major differences among the circulatory systems  of fish, amphibians, lizards, crocodilians, birds, and mammals, and the  evolutionary reasons for these differences  o Why did multi­chambered hearts and multiple circulations evolve?  Fish (Two circulatory loops 1 circuit 2­chambered heart)  A single atrium and ventricle are adequate in fishes.   Even though blood pressure drops as blood passes  through the gills (due to mechanical resistance) blood  pressure stays high enough to move blood throughout the  body   This is largely because fishes live in the neutrally buoyant  environment of water, where gravity does not have a large  impact on blood flow   Mammals (2 circuits 4­chambered heart)  SITUATION DIFFERENT FOR VERTEBRATES LIVING  ON LAND   Gravity has much larger effect on circulation (especially to  elevated portions of the body)   To overcome gravity, blood must be pumped at high  pressure  However, the capillaries and alveoli of the lungs are too  thin to withstand high pressures.   Solution: Evolution of two separate pumping circuits  (1) Pulmonary circulation, (2) Systemic circulation  Be able to list and describe the two separate pumping circuits of closed  systems (pulmonary and systemic)    Be able to trace the flow of blood through the mammalian heart (be sure  you can incorporate the names of the heart components and vessels)   *see slide 19­21  Be able to describe what happens to oxygen levels and blood pressure as blood moves through the mammalian circulatory system   *see slide 24­26  The amount of oxygen in the blood decreases as the blood moves through the system  Pressure decreases as blood moves through system  Pressure and total area are functionally related, as  total area increases, pressure decreases  Be able to describe the primary characteristics and differences between  the arteries, capillaries, and veins  Arteries   High pressure   Low volume (15% of blood)   Large vessels from the heart = ‘stretchy’   Smaller arteries use smooth muscle to control  blood flow (vasoconstriction)  Capillaries   One RBC in diameter   One cell layer thick   Very thin  Leaky to liquid and small molecules (glucose,  proteins, hormones, etc.)   5% of blood  Veins   Large volume (~65% of blood)   Low pressure   Valves prevent backflow   Smooth muscle and skeletal muscles move blood  Lecture 8 ­ Cardiovascular 2  Be able to diagram or explain the physical process of heart development,  including the developmental timing of the appearance (days post conception) of  the major structures of the heart (from formation of the heart tube through looping through division of the chambers)  o Hearts of all chordates are formed from the embryonic disk, where lateral  cardiogenic mesoderm comes together ventrally on the embryonic midline to create the heart tube.  o Tube subsequently loops and a ventricle and an atrium balloon out at the  outer curvatures, whereas the remainder of the heart tube, the inner  curvature, maintains its tubular appearance  o Following looping, the ventricles divide (50­90 days), and the atria divide  (60 days to birth) o  Be able to define the phrase “ontogeny recapitulates phylogeny” and  describe how it applies (loosely) to heart development  o "Ontogeny recapitulates phylogeny" is a phrase meaning that the  development of an organism (ontogeny) expresses all the intermediate  forms of its ancestors throughout evolution (phylogeny).  Ontogeny does not strictly recapitulate phylogeny, but the earlier  stages of mammalian heart development resemble the adult heart  phenotypes of some other species  Be able to state the frequency of human heart defects  o Many genes are involved in heart development, making it an incredibly  complex process  Congenital heart defects (CHDs) are the most common types of  birth defects, affecting nearly 1% (40,000) births per year  Be able to describe the roles of Anf, Cx40, and Tbx20 in heart  development, predict what will happen to heart anatomy when these  genes are mutated in mice or in humans, and predict when changes in  the expression of these genes occurred during vertebrate evolutionary  history o Several genes are expressed specifically in the ballooning chambers, of  which Anf and Cx40 are prominent  When Cx40 is removed from developing mice, excitation patterns  are disrupted o Tbx20 – Critical to heart looping, division of ventricles and atria,  patterning of the chambers, etc.  Importance of Tbx20 to heart development is manifested by the  conservation of its role in heart development in birds, reptiles,  amphibians, zebrafish, lampreys, and mammals  In mice without Tbx20, the heart tube fails to loops and initiate  chamber formation  Humans with mutations in Tbx20 display several heart defects,  including Atrial Septal Defect 4 (ASD4)  Congenital heart malformation characterized by incomplete closure of the wall between the atria resulting in blood flow  from the left to the right atria. Lecture 9 ­ Cardiovascular physiology  Be able to list and describe the major components of blood, including their  relative percentages  o Blood is a complex tissue that is comprised of:  Plasma (50­65%)  Red Blood Cells ­ (99.9% of formed elements in humans)  Transport oxygen from the lungs to tissues throughout the body.  Also play a role in transporting carbon dioxide from tissues to the  lungs. Synthesizes at rate of 2.5 mill/sec, last for about 120 days.  White Blood Cells ­ Part of the immune system, fight infection  Platelets ­ Cell fragments that act to minimize blood loss from  ruptured blood vessels (release material that helps form clots)  RBC, WBC, and platelets collectively called “Formed  Elements”  Formed elements – all develop from stem cells  (bone marrow)  Be able to describe how mammalian and non­mammalian red blood cells  differ   Vertebrates other than mammals transport oxygen in red  blood cells that retain their nuclei.  Mammalian red blood cells lose their nuclei as they mature (along with most organelles)  The result? Mammalian red blood cells are  essentially bags filled with approx 280 million  copies of hemoglobin   Be able to describe the structure of hemoglobin, and how this structure  impacts oxygen binding and cardiovascular physiology (cooperative  binding)   Blood has a high oxygen­carrying capacity because  oxygen readily binds to the hemoglobin in red blood cells  Hemoglobin is a tetramer, meaning that it consists  of four polypeptide chains. Each of the four  polypeptide chains binds to a nonprotein group  called heme. Each heme molecule, in turn, contains an iron ion (Fe2+) that can bind to an oxygen  molecule.   As a result, each hemoglobin molecule can bind up to four  oxygen molecules.   The most remarkable feature of the oxygen– hemoglobin equilibrium curve is that it is sigmoidal,  or S­shaped. The pattern occurs because the  binding of each successive oxygen molecule to a  subunit of the hemoglobin molecule causes a  conformational change in the protein that makes  the remaining subunits much more likely to bind  oxygen.  This is called cooperative binding   Cooperative binding is important because it makes  hemoglobin exquisitely sensitive to changes in the  of PO2 tissues.   Be able to list the only vertebrate group that lacks hemoglobin – the  icefish – and list and describe the many ways in which this group  compensates for the lack of hemoglobin   Icefish are the only known vertebrates to lack hemoglobin  as adults (likely loss happened multiple times).  Hemoglobin­less icefish have much higher vascular densities (shown here in B for the retina) that  reduce diffusion distances, and much higher blood  volumes overall  Fish that lack hemoglobin have larger and  “spongier” hearts, and cardiac output 4x to 5x  higher  Oxygen diffusion distance through the tissue is the max  distance that O2 originated in the ventricular lumen of the  heart would need to diffuse the heart tissue (shorter the  distance, the “spongier” the tissue)   Be able to present evidence (discussed in class) to support the  hypothesis that the loss of hemoglobin in icefish was not adaptive   Many physiologists have claimed that the loss of red blood  cells and hemoglobin results in an energetic advantage  because of reduction in the intrinsic viscosity of blood   However, this type of energetic arguments must  work at the organismal level and there are vast  differences in heart sizes, blood volumes, and  cardiac outputs between red­ and white­blooded  icefish  Calculate the cardiac power output necessary to support  an identical mass of Hb­containing and Hb­lacking icefish  Cardiac power output (mW kg­1) = cardiac output (ml  kg­1 min­1) x aortic pressure (kPa) x 0.0167 min s­1  Icefish without hemoglobin expend approx. 2x the  cardiac energy per unit time than do red­blooded  icefish of equivalent body mass.   Why? Although each ml of blood can be moved by  hemoglobin­less icefish at lower energetic cost, they pump  a far greater volume per unit time to support an equivalent  body mass.  In fact, about 22% of resting metabolic rate in icefishes is  devoted to cardiac work (compare to 0.5 – 5% in other  fishes)  So why do these fish not have hemoglobin if it’s not adaptive?  Looking at DNA: Chance mutations have disrupted the  production of hemoglobin.  Hemoglobin has an alpha and beta chain.   Part of the alpha chain remains in icefish, but the  rest and all of the beta chain are gone or  scrambled.  Why didn’t this mutation get selected against (and out of  the population)?  Very cold temperature and extensive vertical mixing of the Southern Ocean results in highly oxygenated water.   The absolute metabolic rates of icefish are  relatively low because of cold body  temperature and their modest locomotor  activity.   Together these features likely  ensured sufficient tissue  oxygenation to sustain life in early  hemoglobin­free icefish, despite the  loss of oxygen­binding proteins.   Be able to calculate cardiac power output if provided with cardiac output  and ventral aortic pressure   Cardiac power output (mW kg­1) =cardiac output (ml kg­1 min­1) x aortic pressure (kPa) x 0.0167 min s­1  Be able to describe how the icefish hemoglobin DNA has been altered   *see above  Be able to list and describe two reasons (discussed in class) for why the  loss of hemoglobin did not result in the immediate extinction of icefish  *see above Lecture 10 ­ Artificial Heart Exercise  Be able to define heart failure, describe the process, and know the stats for the  disease in the US  o Heart failure happens when the heart cannot pump enough blood and  oxygen to support the other organs (a weakening of the heart’s ability to  pump blood and oxygen) o How many people in the US have heart failure?  5 million  “Over time, those patients [with a heart attack] will develop heart  failure because injured heart muscle tissue damaged by the heart  attack will eventually be replaced by stiff scar tissue.”  This process, called fibrosis, causes the heart to become  inflexible, unable to contract and pump blood efficiently.  Be able to list the parts of the heart that fail during left and right sided  heart failure   Types of heart failure   Left sided failure – left ventricle/left atrium   Right sided failure – right ventricle/atrium (most common cause is  actually left sided failure)  Deoxygenated blood is returned to the right ventricle,  which pumps it through the lungs and to the left ventricle  that pumps blood to the entire body. What pumps through  the right ventricle must pump through the left ventricle or  complications occur. The left ventricle is usually the first to  fail because it works harder to pump blood to the entire  body.  Be able to list three types of drugs that are commonly given for heart  disease, and how they function   Diuretics for fluid retention   ACEi = ACE inhibitor, inhibits activity of ANGIOTENSIN  causing blood vessels to dilate and blood pressure to  reduce  Beta blockers = Beta­andrenergic blocking agents, block  effects of hormone epinephrine causing heart to beat more slowly and with less force, and dilate blood vessels  Be able to diagram and describe the Syncardia artificial heart   Some people awaiting heart transplants don’t have the  time → artificial heart  The goal with an artificial heart is to replace some or all of the  heart with a mechanical device that is capable of delivering  oxygenated blood to the body’s other organs.  The SynCardia temporary Total Artificial Heart is the only device  that eliminates the symptoms and source of end­stage  biventricular heart failure. Lecture 11 ­ Endocrine 1  Be able to list the type of chemical signals, their sources and their targets  o Autocrine signals ­ act on the same cells that secretes them o Paracrine signals ­ diffuse locally and act on nearby cells o Endocrine signals ­ are hormones carried between cells by blood or  other body fluids o Neural signals ­ diffuse a short distance between neurons o Neuroendocrine signals ­ (neurohormones) are hormones released  from neurons   Be able to describe the three pathways by which hormones act and give  one human example for each  o Endocrine pathway ­ In endocrine pathways, the endocrine cell/gland  receives the stimulus and sends a signal (hormone) through the  bloodstream and targets the effector cell to produce a response. o Neuroendocrine pathway ­ The neuroendocrine pathway is when a  sensor cell (nerve cell in PNS [peripheral nervous system]) receives a  stimulus and sends a neural signal to a nerve cell in the CNS (central  nervous system; made up of brain and spinal cord).  The CNS nerve cell  then sends a signal through the bloodstream straight to the effector cell to produce a response. o Neuroendocrine­to­endocrine pathway ­ The neuroendocrine­to­ endocrine pathway is when a sensor cell (nerve cell in PNS) receives a  stimulus and sends a signal to a neural cell in the CNS.  The CNS nerve  then sends a neuroendocrine signal through the bloodstream that targets  an endocrine cell.  This causes the endocrine cell/gland to release a  hormone/signal that is sent through the bloodstream and targets the  effector cell to produce a response. Hormones act at a very low concentration « Endo »crine coming from the inside of the animal: glands or nerves A feedback inhibition is activated to maintain homeostasis (negative  feedbacks!) Negative Feedback ­ Works to correct a deviation from a set point (Tries  to get back to the set point/normal) Positive Feedback ­ Changes from the normal point and amplifies it.  Be able to state list the major endocrine glands and hormones types in human  and be able to give one example  o Hypothalamus ­ A region of the forebrain below the thalamus that  coordinates both the autonomic nervous system and the activity of the  pituitary, controlling body temperature, thirst, hunger and other  homeostatic systems, and involved in sleep and emotional activity.  Growth­hormone­releasing hormone ­ stimulates release of GH from pituitary   Corticotropin­releasing hormone ­ stimulates release of ACTH  from pituitary (ACTH stimulates the production and release of  cortisol)  Thyrotropin­releasing hormone ­ stimulates release of TSH  from pituitary (thyroid­stimulating hormone)  Gonadotropin­releasing hormone ­ stimulates release of FSH  and LH from pituitary (Follicle­stimulating hormone and luteinizing  hormone)  Antidiuretic hormone ­ promotes reabsorption of water by  kidneys  Oxytocin ­induces labor and milk release from mammary glands  in females o Parathyroid Glands ­ A gland next to the thyroid that secretes a  hormone (parathyroid hormone) that regulates calcium levels in a  person’s body.  Parathyroid hormone (PTH) ­ increases blood Ca2+ o Thyroid Gland   Thyroxine (T4) and triiodothyronine (T3) ­ increase metabolic  rate and heart rate; promote growth o Adrenal Glands  Epinephrine ­ produces many effects related to short­term stress  response  Cortisol ­ produces many effects related to short­term and long­ term stress responses  Aldosterone ­ increases reabsorption of Na by kidneys o Kidneys  Erythropoietin (EPO) ­ stimulates synthesis of red blood cells (in  bone marrow) o Pineal Gland ­ A pea­sized conical mass of tissue behind the third  ventricle of the brain, secreting a hormone­like substance in some  mammals  Melatonin ­ regulates sleep­wake cycles and seasonal  reproduction o Anterior Pituitary Gland  Growth hormone (GH) ­ stimulates growth factors (the important  one to know I think)  Adrenocorticotropic hormone (ACTH) ­ stimulates adrenal  glands to secrete glucocorticoids such as cortisol  Thyroid­stimulating hormone (TSH) ­ stimulates thyroid gland to secrete thyroid hormones  Follicle­stimulating hormone (FSH) and luteinizing  hormone(LH) ­ stimulate production of gametes and sex steroid  hormones  Prolactin (PRL) ­ stimulates mammary gland growth and milk  production in females o Pancreas   Insulin ­ decreases blood glucose  Glucagon ­ increases blood glucose o Ovaries (in females)  Estradiol ­ regulates development and maintenance of secondary sex characteristics in females; other effects  Progesterone ­ prepares uterus for pregnancy o Testes (in males)  Testosterone ­ regulates development and maintenance of  secondary sex characteristics in males; other effects Glands and neuroendocrine systems are distributed all over the human  body Hormones can act at a very long distance from their site of production  Be able to describe how hormones can act on their targets and how these  systems can be changed by evolutionary changes  o There are three types of hormones that act in a different manner:  Peptides and Polypeptides ­ Not lipid soluble; bind to receptors  on surface of target cell (ex. Secretin)  Amino Acid Derivatives ­ Most not lipid soluble; bind to receptors on surface of target cell (ex. Epinephrine)  Steroids ­ Lipid soluble; bind to receptors inside target cell (ex.  Cortisol) o Depending on the physicochemical properties, hormones are transported  or not by a carrier in blood flow o Steroids & thyroid hormones cross plasma membranes more readily than  other hormones. For example, all polypeptides and most AA derivatives  need to bind to a receptor on the cell surface whereas the soluble ones  can just diffuse across the membrane and bind to receptors inside the cell  Be able to discuss the fact that these systems are highly integrated  o One way in which the systems are highly integrated refers to the  neuroendocrine to endocrine pathway.  Nerve cells (sensor cells)  detect a stimulus and signal or stimulate the central nervous system.  Cells in the central nervous system then release neuroendocrine signals  into the bloodstream that travel to an endocrine cell.  The endocrine cell  sends a hormone through the blood to the effector cell.  This pathway is  integrated because it includes both the nervous system and the endocrine system, they work together to have an effect on a cell, tissue etc.  Also,  there is the negative feedback.  Hormones are secreted by an endocrine gland and have an effect on the effector cell, but then the nervous system detects certain things like blood glucose levels, sodium levels etc. and  “shuts off” the secretion of the hormone. A good example of that would be the “Fight or Flight”.  Nervous system detects stress, stimulates the  hypothalamus to release CRH which then travels to the pituitary gland to  stimulate the release of ACTH.  ACTH stimulates the adrenal glands to  release cortisol which produces effects related to stress (slows down  digestion, stimulates cells to make more ATP etc.).  Higher cortisol levels  are then detected by the hypothalamus (and pituitary) and inhibits the  release of more ACTH.    **also see glycemic regulation in slide (another example)  Be able to illustrate how the endocrine system can change among  evolution (receptor evolution, hormone evolution) o The evolution of hormone regulation: the example of thyroid signaling  T4 & T3 vertebrates  o The evolution of hormone regulation: the example of the estrogen  receptor ER   ER duplication in Vertebrates (ER α and ER β.  Both are estrogen receptors in the cell.)  Human ER alpha and beta: are expressed in the same but  also different tissues, have distinct and non­redundant  roles in certain tissues, have opposite role in breast cancer  The amphioxus ER do not activate the same target genes Notes:  EVEN IN EXTREMELY LOW CONCENTRATIONS, CHEMICAL SIGNALS IN  ANIMALS HAVE ENORMOUS EFFECTS ON THEIR TARGET CELL.         o HAVE LONG LASTING EFFECT, UNLIKE ACTION POTENTIALS  THE NERVOUS SYSTEM & ENDOCRINE SYSTEM ARE TIGHTLY  INTEGRATED o ­endocrine signals released in response to electrical signals  THINK OF A THERMOSTAT o Feedback inhibition reduced production/secretion of the hormone, or both  ALL REGULATED BY NEGATIVE FEEDBACK, OR FEEDBACK INHIBITION o ­negative feedback is key to homeostasis  WHAT MAKES UP THE ENDOCRINE SYSTEM o CELLS, TISSUES, ORGANS o ENDOCRINE GLANDS­ SECRETE A HORMONE INTO  BLOODSTREAM o Not always organized into discrete glands o Not all glands are part of the endocrine system o There are exocrine glands­ deliver secretions through outlets called  ducts into a space other than circulatory system ( ie salivary glands)  Glycemic regulation ­ Insulin, glucagon and the glycemic regulation: feedbacks o Hormones act on different organs  o Hormones act together to regulate the system  o Feedbacks are very important to return to the homeostasis  o The glycemic regulation is an integrated system  Take home message: The glycemic regulation is done by a  complex cascade following the binding of insulin on its receptor  that stimulate glycogen synthesis and the transcription of related  target genes  Cortisol=GC binds a nuclear receptor to activate target genes o Cortisol: good example of an integrated system  Thyroid (Amino acid derivative hormone) hormone binds a nuclear receptor: THR o T4: 80% T3: 20% o Mutations in these proteins, as well as variations in TH amount can  produce broad physiological defects  Impaired negative feedback, goitre, abnormal cochlea  development, affected color vision, tachycardia, impaired neural  development; abnormal cerebellum and cortical layering Lecture 12 ­ Endocrine 2   Be able explain the differences between direct and indirect development  o Animals can be separated in two groups depending on their  developmental type.  In both cases, hormones are responsible for the  development of crucial organs  Direct development ­ Juvenile looks like a miniature adult after  birth or hatching  Indirect development ­ Eggs hatch into a larvae; Larvae undergo metamorphosis to become an adult  Be able to explain the role of the hypothalamic­pituitary axe in sexual  development in human and explain the action of sexual hormones  o Stimulates hypothalamus which stimulates GnRH, then Anterior pituitary  ­­> and LH & FSH which produce either estrogen/progesterone or  testosterone depending on feedback inhibition in males.  Sexual hormones T (testosterone) and AMH ( anti mullerian  hormone) are already secreted in utero by fetal testis  Be able to explain the role of the hypothalamic­pituitary axe in growth  development in human and explai


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

Bentley McCaw University of Florida

"I was shooting for a perfect 4.0 GPA this semester. Having StudySoup as a study aid was critical to helping me achieve my goal...and I nailed it!"

Jennifer McGill UCSF Med School

"Selling my MCAT study guides and notes has been a great source of side revenue while I'm in school. Some months I'm making over $500! Plus, it makes me happy knowing that I'm helping future med students with their MCAT."

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Parker Thompson 500 Startups

"It's a great way for students to improve their educational experience and it seemed like a product that everybody wants, so all the people participating are winning."

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.