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

Intro Bio Final Exam Study Guide

by: thersh

Intro Bio Final Exam Study Guide BIOL 1010

Marketplace > Rensselaer Polytechnic Institute > Biology > BIOL 1010 > Intro Bio Final Exam Study Guide

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

Review study guide for the final exam!
Introduction to Biology
Stephanie Hutchins
Study Guide
50 ?




Popular in Introduction to Biology

Popular in Biology

This 24 page Study Guide was uploaded by thersh on Saturday May 14, 2016. The Study Guide belongs to BIOL 1010 at Rensselaer Polytechnic Institute taught by Stephanie Hutchins in Fall 2016. Since its upload, it has received 22 views. For similar materials see Introduction to Biology in Biology at Rensselaer Polytechnic Institute.


Reviews for Intro Bio Final Exam Study Guide


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: 05/14/16
BIOL­1010 EXAM #1 REVIEW – EVOLUTION Session 1.1 Origins of Life: The RNA World 1. The universe originated 12­15 BYA (billion years ago) after the big bang, an explosion of matter and  energy leading to its dispersion and the development of the early universe (pre­class interactive slides,  History of the Universe).  2. Fusion reactions between H and He formed most of the lighter chemical elements during the development  of stars.  Fusions of these two elements lead to generation of many lighter elements including the most  common elements necessary for life.  What are these elements?  3. Over the next billions of years, elements of higher atomic number formed by fusion caused by the high  temperatures generated during the death and explosion of stars and collisions of stars.  Galaxies and stars  formed by gravitational effects on matter and often exploded in spectacular deaths when blocked by  accumulation of Fe.  This repetitive process lead to the continued development of “broth” containing the  ingredients for making the monomer and polymeric units utilized in modern life forms.  The cycle of star  formation, element formation, star explosion and reformation lead finally to a more stable solar system.  The  elements in our periodic table were not all formed on any individual star but are the result of mixing  materials from many stars and impacts on the more stable solar system by comets and asteroids carrying a  different selection of elements and monomer units from those available on the early Earth.  The first portion  of the in­class material describes this process along with the video on “Forging the Elements”. 4. Our solar system, sun and planets, formed about 4.6 BYA under the same basic principles of gravitational  attraction. The Earth cooled down and became somewhat more stable by 4.0 BYA and the first life forms  developed around 3.8 BYA.  Experiments like those of Stanley Miller give credence to the generation of  organic chemicals from abiotic materials under conditions that may mimic those of the early Earth  environment. The assemblage of these raw materials in the primordial ocean where the conditions were  unlike those currently present on earth (except possible around hydrothermal vents,led to the first forms of  life.  5. However, we did not spring directly from “primordial soup” to modern living organisms.  In fact, the  monomeric units had to assemble into polymers.  Some of these biological monomers and polymers are  illustrated in the lecture material (carbohydrates, lipids, proteins, nucleic acids).  How were the first  polymers likely to have been generated?  Additional conditions needed to establish life included: 1. making self­replicating polymers, enclosing the newly generated macromolecules in some form of  membrane and letting natural selection play to stabilize and grow certain primitive forms that yielded protocells. 2. The RNA World hypothesis directs itself to the role of RNA molecules as having both informational  content and catalytic activity.  These joint activities are mimicked in both ancient molecules and  modern RNA molecules having catalytic activity.  Added to these thoughts are that an early RNA  should have had self­catalytic activity. 3. The modern informational molecules are DNA and RNA while catalytic activity is predominantly the function of enzymes or proteins.  In early life forms this lead to a “chicken verses egg” problem  because DNA is dependent upon enzymes for its synthesis and proteins are dependent upon DNA to  provide the blueprint for their production.  RNA molecules provide a plausible answer to the chicken  vs egg problem in early life forms.  What features of modern RNA help to make this an attractive  hypothesis?  4. Once we have RNA replicases and additional catalytic RNAs, they must be enclosed in a protective  membrane.  Modern membranes are composed of phospholipids for the most part but more primitive  approaches could have used fatty acid membranes.  One should understand why these compounds  can spontaneously make enclosures that will protect the primitive RNAs.  5. The enclosure of macromolecules of self replicating RNA within primitive membranes leads to the  earliest forms of “protocells.  Protocells have been made in the lab and can be shown to divide. The  protocell division animation is a helpful aid. 6.  The second video in the lecture taken from a NOVA ScienceNOW presentation is an excellent summary  illustrating many of the points already presented in the lecture and explores the ideas of creating new life  forms.  Some of these new life forms are based upon current thoughts about protocells and others are based  on different ideas of life forms that possibly never existed in our natural history. If these alternative life  forms could have developed, why didn’t they develop the first time and lead to a different direction for life?   If you can successfully answer this question you are well on your way to understanding this first session of  evolution. 7. Obviously, all of these processes were trial and error over long intervals of time (remember to count in the  billions of years) but in all cases there were successful molecules formed, polymers formed, self­replication,  enclosures, protocells, and selection forces of evolution that allowed life to begin.    Session 1.2 Evolution of Cellular Life We begin with a brief look at how living organisms interact with their environments. • This is a very brief overview in section 1.2 of your text of ideas of energy flow that will be discussed  during class involving the Second Law of Thermodynamics in relation to living organisms.  •  This overview is closely followed by defining cells as the most basic unit of life (text section 1.3).   These are brief vignettes of very broad topics that we will discuss into the third session on evolution.   We ended the last session with a video concerned with the steps and probability for creating artificial life and  possibly the thought that life on Earth ended up the way it did because of random chance processes and that a “start  over” might have led to something else.  The idea of random chance processes is a topic we will return to but before  this, we thought it would be interesting to look at current thoughts about life on other planets and in other solar  systems.    But Life is complicated and we do not have an easy sense of how it emerged particularly when looked at in relation  to the Second Law of Thermodynamics.    •   Emergence looks at how complex systems evolved while the Second Law states that everything in the Universe  becomes less ordered.  The first half of the in­class material explores these two ideas of emergence (increased  complexity) and increase in entropy (decrease in order) and provides a mechanism to illustrate how life could evolve in the face of physical laws­ if you put energy into the system continuously, you can have order.    •   Living things have a continuous input of energy (metabolism, photosynthesis, etc) and when they die…The  video on Emergence is excellent and a fine synopsis of this new area of scientific research.  The slides in the  presentation show how non­living and living systems have emergent properties.  The complexity needed to form  living organisms is not against natural laws.    Since you now have an understanding of life, let’s test this knowledge by asking if viruses meet the criteria for  living organisms.     •  In the pre­class text readings there is information about viruses (Chapter 10 readings) and we show an animation of a viral life cycle using HIV or Herpes virus as our example.  You are asked if a virus is alive.  This process forces you to think about the characteristics of life and determine if viruses meet these criteria.   • The final slides give three important criteria for life and we end with a video showing how artificial life has been  created on Earth.  In thinking about defining the criteria for life you should consider the following: order and  organization, energy to maintain the order and transform materials, reaction to outside stimuli, the ability to  replicate/reproduce, and adaptation to the environment.   Themes relevant to Evo 2 1.Describe the levels of biological organization from molecules to the cell, noting the interrelationships between levels. 2. Compare the flow of chemical nutrients and the flow of energy in an ecosystem. 3. Define the principle of emergent properties and describe an example of it in the living and non­living world. 4. List several properties that are common to all life forms. 5. Describe the goals and limits of scientific investigations in relation to determining whether or not life is or was  present on Mars. 6. How do living forms survive along with the Second Law of thermodynamics? Session 1.3 Evolution of Cellular Life An initial step in covering this material is an understanding of the different types of cells (prokaryotic, eukaryotic  animal and plant), their differences, and their place in the phylogeny of life. 1. Information from pre­class reading, Bioflix animations and briefly summarized in class discusses the  fundamental components of the prokaryotic and eukaryotic cells.  You need to know the differences and  understand the basic functions of the cellular components as cells as they are the fundamental units of life. 2. The 3 domain tree of life is a modern version of how we believe life to have arisen from a common  ancestor(s) through branch points very early in the life history of the Earth into Bacteria (3.8 BYA) and  Archea (3.7 BYA)­ the prokaryotes.  Single celled Eukaryotes may have appeared between 2.1­2.8 BYA and branched more recently from the Archea than from the Bacteria.  Dates for these processes are relevant. 3. Since all life forms originated from common ancestor, there should be fundamental properties of life.  You  will find these briefly outlined in the assigned readings from Chapter 1 of your text and reiterated throughout the material in­class. 4. The endosymbiont hypothesis is an additional key feature of the development of eukaryotic life.  The  details for chloroplasts are presented more than those for mitochondria­ both endosymbionts have significant impact on the evolution of life forms.  Why? 5. Significant time was spent describing photosynthesis and chloroplasts.  There were multiple reasons for  this example.  1. First, it is a classic example of starting from a simple form of anaerobic, cyclic synthesis to generate  energy and metabolites used for construction of prokaryotic cells to the modern representation of  non­cyclic photosynthesis.  (Hint: You do not need to describe these processes in detail but you  should understand how they function.) The process changed gradually over 0.5­1.0 BY into a process of non­cyclic photosynthesis that combined features of the cyclic process with a new process  probably started by gene duplication of the original genes.  The non­cyclical photosynthesis process  is used in modern plants, algae and cyanobacteria.  Being able to convert light energy into chemical  energy allowed for the development of complexity (remember session 2 and entropy versus  complexity).  The fossil record (stromatolites) indicates the timing (3.0 BYA) and role of  cyanobacteria in development of oxygenic photosynthesis (2.5 BYA).  The fact that cyanobacteria  are the only bacteria to have both photosystem I and II is relevant as is the fact that the chloroplast  has properties similar to those of cyanobacteria (endosymbiont hypothesis). 2. Second, during the evolution of photosynthesis the anaerobic process changed to a process that  generated oxygen (over a time span of 1.5 BY).  The slow increase in the percent oxygen in the  atmosphere is seen in the banded iron formations found in the fossil record.  The oxygen environment caused a cataclysm for anaerobic organisms which retreated to special protective niches in the Earth’s environment.  The main mode of respiration became aerobic starting around 2 BYA. 6. What major events do I need to remember?  There are two slides in the in­class material (slides 26 and 39  up through colonization of land) that cover dates, periods, and significant events.  I think you should know  these as it is easier to discuss the events if you know the names.  The videos of the Cambrian explosion and  the post­Cambrian evolution are significant in adding a visual perspective to events.  The names of  organisms are less important and we would name and describe something if we asked a question about it on  an exam.  However, the audio buttons on the slides often name and describe organisms. 7. The video “Snowball Earth” provides a glimpse into a new theory of a frozen earth where life clung  precariously to hydrothermal vents and volcanoes.  These volcanic areas led to a re­emergence of life in a  new direction where conditions became prevalent for development of multicellularity without causing the  demise of all single celled prokaryotes and eukaryotes.  The idea of multiple mass extinctions is an important concept as the survivors of all of these extinctions then have new habitats and can expand explosively.  The  Ediacaran period illustrates the development of simple multicellular forms. 8. The Cambrian explosion led to development of more complex eukaryotes and a representation of almost all of the modern body plans that are seen in living forms.  The rich fossil record captured from the Burgess  shale has provided multiple insights into the forms of life.  9. The post­Cambrian video traces the evolution of fishes and the slow change in developmental abilities that  lead to tetrapod life forms that probably moved well between terrestrial and aquatic environment.   Ichthyostega (360 MYA) is thought to be one of the first members of this group and the discovery of  Tiktaalik as a missing link in the process is described.  What were the properties that allowed life to go from  aquatic to terrestrial existence? Session 1.4 Darwinian Evolution The historical perspective is presented in the pre­class readings from outside of the text, from the assigned  readings in the text and from the first third of the in­class material to include the Video of “Darwin’s  Dangerous idea”.   1. You should know the names of the individuals and be able to summarize briefly their ideas on evolution (or Natural Theology).   2. The impact of the ideas proposed by Malthus (growth of populations) on the principle of natural selection  should be understood. 3. Darwin’s and Wallace’s ideas concerning natural selection were highly controversial and a radical social  departure from accepted views. Natural selection. Darwin and Wallace identified a process for evolution of populations that is defined by natural selection or  survival of the fittest.  The remaining material presented in­class (and briefly in the readings) concerns  natural selection.  The common elements of natural selection include: 1. There is variation in traits within members of a species.  Mutations provide the basis for variation and  many traits are due to several different genes which lead to a distribution of phenotypes. 2. Organisms have an excess capacity to reproduce but only a small percentage of offspring survive due to  environmental factors. 3. The survivors are those with the most favorable variation of traits for that particular environment. 4. Survivors pass on their traits through reproduction thus these traits are heritable. 5. The inevitable consequence is that the populations change over time with accumulation of favorable traits. Darwins finches (Geospiza sp.) provide a classic historical example for variation, selection, and survival of  organisms where modern research on the finches continues in the Galapagos Islands (studies by Rosemarie and  Peter Grant).  The simple trait of beak size relates to the type of food eaten by the finches.  The changing  environment impacts the type of food (large and hard versus small seeds) and has an impact on bird survival,  reproduction and population change in the next generation.  This example of natural selection for beak size is not  occurring over billions of years but over short periods of time (concept works over billions of years also). All five of the bullets above can be illustrated in the changes in the finch population.  The Learning Activity on beak sizes  illustrates the survival characteristics quite well and you should understand this activity in some depth. The video on “Darwin’s Finches” reiterates the same concepts as it describes the work of the Grants over a 30 year period with  populations in the wild. Selection can have several different impacts on the resulting populations.  Three types of population shifts  are named and described using examples.  These are: 1. Directional selection as exemplified by Darwin’s finches where conditions drive the population away from  one less favorable trait toward greater frequency of the more favorable form of the trait. 2. Stabilizing selection where intermediate phenotypes are favored.  The example of human birth weight is an  example of this form. 3. Disruptive selection occurs when the extreme phenotypes at either end of the spectrum are favored over  intermediate forms. The African seed crackers provide an example of this form. Session 1.5 Genetic Drift, Sexual Selection, Coevolution Coevolution 1. Typically with coevolution two species respond in a war­like environment of matching threats with counter threats or evasive actions­ but on an evolutionary scale.  For example, the bats locate moths through sonar  but moths develop a response to detect the sonar signal and change their flight pattern by diving to get away  from the bat as it zeroes in.  The bats fought back by developing enhanced hearing (big ears) or changing the  frequency of the sonar.  These are not actual battles in the strict sense.  The predator in this example catches  and eats members of a population.  Some variants in the population are less easy to catch and their  mechanisms for escape are enhanced due to their genes becoming more frequent in the population.  These  differences are passed on or inherited and the population shifts to display the new traits at a higher  frequency.  Over time there are changes due to mutation in genes involved in the ability of the moths to hear  the sonar.  These changes will make many of the bats unsuccessful until a small percentage of the bats  having a different strategy, such as better hearing or changing the frequency of the sonar are selected.  All of  these adaptations are heritable and may occur over very long or reasonably short periods of time depending  upon the system and its complexity. 2. You should be able to understand the specific examples of coevolution found in both the pre­ and in­class  materials in terms of what were the interactions between the different species.  Some will have complicated  genetics as in evolving more sensitive ears but others have a simpler genetic basis such as increased  resistance to a toxin.  Do not think of the responses as goals but simply as reflecting the genetic diversity of  the responding population to enhance a survival mechanism.  If the prey had more limited genetic diversity  they might not survive. Sexual selection Darwin was uncomfortable with sexual dimorphism based upon his ideas for natural selection.  Not until his  book on “The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex” did he finally come to deal with possible  explanations for why members of the same genus but different sex developed with different physical traits.  It took later studies by other scientists to provide more explicit reasoning. 1. Lesson one for sexual selection is a correlation of showiness with the asymmetry of mating.  The males  typically have the showiness and the “unnatural” characteristics that would seem to be selected against  (peacock tail, antlers, etc.).   The females seem to make the choice of which male to mate with.  There are  examples in natural history where this is reversed but they are rare. 2. In most species it is the female who has the greater stake in rearing of the offspring.  In this way the female  perpetuates her genes and puts in the most effort in the processes beginning with fertilization, gestation and  rearing.  The male contribution is limited in the physical sense as the sperm deposition and successful  fertilization serves to perpetuate his gene pool. 3. It is the correlation between showiness in the male with other advantageous alleles that is harder to explain.  The “good characteristics” are illustrated with the relationship between peacock tails (length) and spots  (mean spot area) with enhanced survival of the chicks.  The females “associate” the two factors and thus  sexual selection leads to the perpetuation of alleles that are adaptive in the particular environment.  Both the  male and female perpetuate their genes and sex provides for greater allelic variation than available in asexual populations. Genetic Drift Genetic drift is defined as random changes in allele frequencies brought about by chance alone.  Genetic drift is not a rare event and serves as a mechanism to change genetic diversity.  It has significant impact on small  populations as demonstrated in the simulation done in class. 1. The bottleneck effect is a situation where a population has gone through multiple decreases in population  size because of adverse conditions.  If the population decreases below a certain number it is possible that  alleles will fix toward the homozygous position.  Heterozygotes by their nature have greater genetic diversity than either homozygous condition.  Decreased genetic diversity is a characteristic of populations that are  endangered. 2. The founder effect occurs frequently when small numbers of particular species enter a new territory with  the classic example being movement from a continental to an island population.  Because the number of  individuals is small, genetic drift may have a similar effect in decreasing genetic diversity.  Obviously, many founder populations are successful, possibly due to chance in finding a supportive environment with less  competition.  Over time the genetic diversity will increase. Session 1.6 Speciation and Extinction Speciation is the origin of new species which leads to the amazing biodiversity present on Earth.  For this session,  your text book has an exceptional Chapter Review on pg 290.  I suggest that you use this review for an overview of  speciation to include the definition of a species, the role of reproductive barriers, and the mechanisms of speciation  (allopatric and sympatric).  Adaptive radiation is covered additionally in the text review material.  In our lectures we have used different species as examples of the concepts and you should know which species from our lecture go  with which ideas.  For example, both we and the text use the squirrels on either side of the Grand Canyon as an  example of allopatric speciation.  However, Rhagoletis as an example of sympatric speciation is unique to our  lecture.  There is information in our session that is less well covered or not covered in chapter 13 and the following  should provide appropriate review.   Further information on speciation Please be aware of the following additional ideas: ∙ With the video and early part of our in­class presentation, we spend more time on biodiversity.  It is not  necessary to memorize the video but the information we present looks at biodiversity more closely. ∙ Our presentation describes the additional complexity involved in defining a species based upon modern  information. ∙ Parapatric speciation is not mentioned in the text but we provide two examples in the in­class material of this mechanism­ Ensatina salamanders and Asian Green Warblers.  This speciation method is defined as  species with contiguous borders that differentiate into new species yet form hybrids at the intersection of  the two territories.  Please see the pre­class video “Evolution in Action” for further information.   Extinction and adaptive radiation Extinction is the normal course for populations or species with estimates that 95­99% of all species that have existed on Earth have gone extinct.  In fact, the average length of existence for a species is 4 MY.  We have a modern view  of extinction as necessarily bad or unnatural.  The problem is “are we, humans, causing extinction at a higher rate  than normal”. 1. Species become extinct for many reasons and may simply be described as no longer having the phenotype  successful for living in a changing environment.  This implies not having the genetic diversity needed to  adapt to new conditions. 2. Much notable extinction was the result of chance or massive extinctions.  Two major examples were  discussed­ the Permian­Triassic extinction about 251 MYA and the Cretaceous extinction about 65 MYA.   There have been at least six mass extinctions in the last 600 MY.  The cause for the P­T extinction is debated with two theories having some credence.  It is possible that a comet collided with Earth as it did for the  Cretaceous extinction or there was such excessive volcanic activity that the result was a completely darkened Earth.  The Cretaceous is thought to be due to an asteroid hitting off the coast of Mexico. 3. The best examples of an adaptive radiation occur among the survivors of mass extinctions.  This does not  mean that a mass extinction is required for an adaptive radiation (defined as a burst of speciation).  Darwin’s  finches showed adaptive radiation in the Galapagos Islands and there was no precipitating mass extinction.   However, the P­T extinction lead to a major adaptive radiation and speciation of dinosaurs while the  Cretaceous extinction eliminated dinosaurs opening new niches for the small mammals to develop into  hundreds of new species.  The average recovery time from a major extinction is 10 MY. 4. Finally, are the activities of humans leading to the seventh great extinction?    Session 1.7 Evidence for Evolution The tree of life diagrams make the point of descent from common ancestors.  Further evidence to support this  statement comes from: ♦   Closely related species have greater homology in their genes. ♦  The molecules of life are shared by all as are some of the processes (mitosis and meiosis are eukaryotic  only).  For example, energy is uniformly ATP in biological systems. ♦  The fossil record backs gradual adaptations in most instances except where there are mass extinctions. ♦  Homologous structures (such as the forelimb) can be traced from early life forms through higher forms  that share the same lineage. ♦  Convergence is a different situation where species not closely related have developed analogous  structures due to similarity of environments where the species live (anteater example). ♦  Even in early embryos there are commonalities among species that share a common ancestor. ♦  A number of proteins are conserved over large ranges of evolutionary time (bacteria to humans) and the more closely related the species the fewer number of amino acid substitutions found.  You completed a phylogenetic tree exercise based upon cytochrome c) ♦  Both animal and plant breeding are useful in demonstrating the ranges of phenotypes available in a  single species.  These studies illustrate species adaptation through small changes. ♦  We present a number of examples of evolution in the wild to include: antibiotic resistance of microbes,  biocide and pesticide resistance of weed and insect species, camouflage and mimicry by many species. ♦  While we did not go over the Biston betularia or peppered moth example, slides are presented during  the in­class material and you should understand the basics of this experimental system, its flaws, controversy, and  resolution. Session 1.8 Human Evolution Part I  What is the timeline from the first primate to humans?  The relationship between primates, anthropoids, hominoids and hominids is….  Who are some of the species, old and new, that are worth remembering (ie.Ignatius, Darwinius or Ida,  etc.)?  What are the characteristics that allowed primates to adapt so well to their environment?  What was the  environment and did it change?  Why are there so many primates after 65 MYA?   The role of Lucy or Austalopithecus afarensis is critical in setting the stage for the development of H. sapiens.  Lucy is likely to represent the first bipedal species of hominid.  What was the evidence for bipedality, why was it  significant, and what physical characteristics indicate a shift from a quadraped to a bipedal organism?  None of the  other branches of primates are bipedal.  This information is presented in several forms, from videos to pre­class  writings, and in the powerpoint presentation.  Phylogenetic trees of the hominids are difficult to draw and instead are represented in graphical formats  indicating time of emergence and extinction based upon the fossil record.  It is not necessary to know all dates but a  general understanding of the progression would help.  For example, brain sizes are mentioned and, for the most part, increase as the hominid species become more modern.  There are lots of pictures of our relatives which are fun even  though speculative.  Individual size, skeletal structures, as well as brain volumes, change but show significant overlap between  species.  After all, we are related over a relatively short evolutionary time span.  Hominids evolved in Africa and various types moved out at different times.  Probably the most active  was H. erectus, the first to migrate out of Africa.  H. habilis may have been the earliest tool maker with tool making  being an early indication of culture.   Three recently discovered species (if they are indeed new and are placed properly) are discussed in a bit more detail  and put into perspective of the hominid family tree.  These areHomo floresiensis, Ardipithecus ramidus (Ardi),  and Australopithecus sediba.  There is controversy about whether or not H. floresiensis is an actual species or a mutant form of H.  sapiens. Information from the in­class video highly suggests that the species are different.  Ardi is an even earlier species that is 1 MY older than Lucy.  What are the implications of this find on  common ancestor relationships?  And keeping with the transitional species is the information concerning A. sedibawhere the controversy  examines whether or not A. sediba is more homo­like or australopith­like.   These newer findings lead into a discussion of the origin of Homo sapiens.  Two models are presented, the  multiregional model and the out of Africa model to explain the origin of modern humans. ∙       Understand both models. ∙       The most supported model is the out of Africa model.  Backing for this comes from the fossil record  and from significant genetic evidence.  A lot of the genetic evidence comes from studies of mitochondrial  DNA (follows matrilineal descent).  These data indicate a possible founder population or possibly a  bottleneck impact of a small number of individuals leading to the diversity seen now in all humans. ∙       Be familiar with the directions of migration, times of migration and impediments to such migration  for dispersal of H. sapiens around the globe. Session 1.9 Human Evolution Part II The first half of the in­class presentation discusses the relationship between H. neanderthalensis and H. sapiens.  Physical characteristics are illustrated, cultural relationships implied, and overlap of territory in Europe where  Neanderthals settled and where early humans migrated from Africa.  There are contrasting theories as to whether or  not there was inbreeding to any great extent but the two species coexisted for several thousands of years.  In the end  however, H. neaderthalensis went extinct 23, 000 years ago and H. sapiens remains as the only extant hominid  species.  Both species had the capabilities for speech as shown by similar hyoid bones, middle ears, sound  sensitivity, and the FoxP2 gene.  Neaderthals showed many aspects of culture similar to humans.  While genomes of Neanderthals and humans are 99.5% similar there is little overlap between Neanderthal  specific genes in the human lineage.  This is true also if one looks at the matrilineal inheritance based upon  mitochondrial DNA.  There are a few examples of gene sharing where the two species overlapped in Northern  Europe with specific examples provided.  There is almost no gene overlap between African populations of H.  sapiens and H. neanderthalensis.   For those interested I am adding a new video link that I believe is worth watching as it provides a summary view of  the Neanderthal/early human interactions and evidence of separation of species  (  Please note that this video does not  include that most recent genetic evidence that there was some slight interbreeding as indicated from data in 2010.   Is there a reason or need for a larger brain?  The answer would seem to be the development of culture and behaviors  that made H. sapiens the most successful and only remaining hominid.  A variety of different representations of  culture are indicated in the in­class information.  Most of these are non­controversial while others such as sexuality,  moral codes, and religion may be controversial.  One should be able to think of how a particular cultural type could prove to be adaptive.  This is likely to  be simple for tool making and difficult for moral codes.  Is it surprising that chimpanzees show distinct cultural behaviors?  Again, very primitive tools are less  controversial but strategizing over how to capture prey is likely to push our thinking about culture.  It is difficult to  not see how this cooperative hunting behavior is an evolutionary behavioral adaptation.  Where do we stand on the “nature versus nurture” debate?  What cultural behaviors would make us more  adaptive and why?  The answers are not easy but are likely to be profound.  They are likely to also not be clear cut  and behavior a reflection of both nature and nurture.  The final video on epigenetics should cause us to stop and  think. 3/7/16 Session 2.2 Human Genetics I: Meiosis and Mendel Meiosis ­ Haploid gametes:  o 22 autosomal chromosomes o 1 sex chromosome, either X or Y ­ Multicellular diploid adults 2n = 46 chromosomes, 23 pairs ­ Meiosis is the basic biological process where the number of chromosomes shifts from diploid to  haploid.  This is the process used in formation of gametes.  Gametes are the only cells that can be  used to propagate the species of sexually reproducing organisms. ­ Major Principles o Where and when does it occur?  Reproductive organs (Animals: testes, ovary; Plants: anther, ovules)  Spermatogenesis in testes, oogenesis in ovary o Meiotic division and fertilization are the key to understanding the inheritance of  chromosomes  Fertilization  Somatic cells are diploid.  Gametes are specialized to contain a haploid set of chromosomes.  Fusion of two gametes at fertilization results in a diploid zygote. Meiosis I: Meiosis II:  o Meiosis and fertilization provide genetic variation  Homologous chromosomes carry different versions of genes.  Independent orientation of chromosomes at metaphase.  Crossing over at Prophase I.  Fertilization:  random Mendelian Genetics ­ Gregor Mendel o Discovered the fundamental principles of genetics. o Invented quantitative approach for the study of inheritance o Used the garden pea as an experimental model. o Critical findings:  1) heritable factors (genes) retain their individuality and do not blend  and 2) genes permanently retain their identities. o Darwin published the first edition of The Origin of Species in 1859, 7 years before  Mendel’s paper was published. ­ Mendel’s Law of Segregation o There are alternative versions of a trait (which today we call alleles of a gene). o If two alleles of an inherited pair differ, one can determine the appearance (phenotype)  and the allele related to this phenotype is called dominant; the other allele is called  recessive. o Each individual has two alleles of a given gene. Thus an individual can have two  identical alleles (i.e. is homozygous) or two different alleles (i.e. is heterozygous) o Each parent contributes only one of its two alleles to each of the offspring of a cross  between two parents. This is called the law of segregation. We now know this is due to  the separation of homologous chromosomes during meiosis, but Mendel did not know  about meiosis ­ Mendel’s Second Law: Independent Assortment o In addition to these groundbreaking ideas, Mendel also found that genes controlling different traits in the organism, such as height and flower color, are inherited independently of one another. o This is called the law of independent assortment. It depends on genes being on different chromosomes or being far apart if they are on the same chromosome. o For many genes this law does not hold, because some genes are in fact closely linked to Figure 1If genes for diff. traits are on diff. chromosomes, they are inherited  each other and are inherited independently together more often than not.  ­ Crossing Over – Prophase I o •Crossing over occurs between homologous chromatids. Nonsister chromatids  o •Centromeres holding each pair of sister chromatids together do not divide.  Sister  Chromatids stay together.     o •Homologous chromosomes align randomly. o Crossing over leads to genetic recombination ­ Meiosis is critical for Diploid Sexual Reproduction  o •Gametes receive either the maternal or the paternal chromosomes from each  homologous pair. o •Crossing over adds further genetic variation. The chromosome has mixture of maternal  & paternal derived DNA. o •Meiosis is responsible for   ­Maintenance of a consistent genomic complement in successive generations.  ­Genetic variation within populations. ­ Autosomal recessive Inheritance  o 50% probability of being heterozygous: not expressed. o 25% probability of homozygous recessive: expressed. o Both parents aa, each child will exhibit same phenotype. o Ex.  Tay­Sachs Disease ­ Autosomal Dominant Inheritance  o The allele is expressed in heterozygotes even though it is abnormal. o Trait if present in a parent is likely to appear in offspring. o 50% probability of being heterozygous. o Example:  Huntington’s disease 3/10/16 Session 2.3 Human Genetics II: Non­Mendelian Examples Sex Domination in Humans ­ Female egg: X ­ Male sperm: X or Y ­ Y chromosome: o SRY gene is one of 307 genes on Y o    Master gene for male sex determination. o    SRY gene triggers testosterone synthesis ­ Early embryo neither male nor female ­ XX Embryo:  o No SRY gene o Much less testosterone o Ovaries, estrogen ­ X Chromosome carries 1,336 genes o Few are involved in sexual traits X­Linked Inheritance ­ Mendel died in 1884, but chromosomes were not discovered until 1900’s. ­ Thomas H Morgan – Drosophila melanogaster. ­ Each gene has specific location on a chromosome. ­ Discovered gene for eye color on X­chromosome. ­ Drosophila as model system: o Female lays hundreds of eggs in a few days. o < 2 weeks, flies emerge. o Amenable to rapid genetic analysis. ­ Think about how inheritance would differ for a recessive gene found on the Y vs the same gene  found on the X chromosome. Morgan’s Analysis of Eye Color ­ Eye color alleles carried on X­chromosome. ­ Phenotype dependent upon X.  Normal Mendelian expression female because there are two  copies of X. ­ Male is homozygous and demonstrates whatever phenotype is on the X chromosome X­linked Inheritance Patterns and Human Disease ­ Examples of human diseases or conditions that are X­linked recessive include:   o Hemophilia, variations of Color­blindness, Duchene muscular dystrophy.  ­ There are >300 examples of disorders associated with X­linked genes. ­ X­linked disorders, often called sex­linked disorders, affect mostly males.  Why? Incomplete dominance results in intermediate phenotypes Multiple alleles at the same locus ­ Many genes have more than two alleles in the population whereas what we have discussed thus  far are genes with only two differing alleles ­ ABO blood group phenotype. o 3 alleles of a single gene. o 6 possible genotypes. o Both A and B alleles are expressed if present and the A and B alleles are co­ dominant. Pleiotropy ­ A single gene may affect many phenotypic characters ­ E.g. sickle cell anemia ­  Hutchinson­Golford progeria syndrome, 1 per 8 million o Accelerated rate of aging & sharply reduced life span. o Symptoms start at age 2.  Oldest lived to 20. o Mutant gene for lamin A o    Lamins are intermediate filaments. o    Provide support for inner surface of  nuclear membrane Epistasis: Interactions between more than one genes impacting a single trait ­ Two genes involved:  pigment formation (B and b) and pigment deposition (E and e). ­ The pigment genes encode B for black which is dominant to b for brown. ­ The pigment deposition genes are E for maximum deposition of pigment into the hairs and e for  minimal pigment deposition. Polygenic Inheritance ­ A single character may be influenced by many genes. ­ Examples: Human skin color, height, and eye coloration ­ Neurobiological disorders: depression, schizophrenia, bipolar disorder ­ Schizophrenia:  mutant alleles chromosomes 1, 3, 5, 6, 8, 11­15, 18, 22 o Environmental factors may contribute 3/3/16 Session 2.1 Genetics and Medicine The Cell Cycle, Mitosis, and Cancer Normal Cell Karyotype Normal karyotype of a male because of both X and Y chromosomes.  Diploid cell  with two copies of each chromosome. ­ Humans 46 chromosomes, 23 pairs ­ Karyotype representation of chromosomes by size  (smallest = #23, largest = #1). ­ #23 = sex chromosomes Why is cell division essential to life? ­ Basis of reproduction for every organism ­ Allows multicellular organisms to grow to adult size ­ Replaces worn­out or damaged cells o Examples wound healing, skin cell replacement, making new red blood cells What is the scale of cell division in humans? ­ Total number of cells in an average human is 100 trillion ­ Millions of cells divide every second to maintain the total ­ Rate that cells divide is dependent upon the type of cell o Skin stem cells in dermal layer divide once per hour o Differentiated muscle or nerve cells do not divide The Cell Cycle ­ Regulates the different rates of cell division ­ •G1:  interval (“Gap”) of cell growth prior to  DNA replication. ­          biosynthesis of proteins, CHO, and lipids ­ •S:    DNA replication is completed &  chromosomes duplicated. ­ •G2:  interval after DNA replication.  Cell  prepares to divide. ­ •Mitosis or M Phase ­ •Cytokinesis or Cytoplasmic Cleavage ­ •Each of 2 daughter cells enters Interphase. ­ G1:  Cells increase in size, produce RNA, & synthesize proteins. The G1 Checkpoint is activated  and ensures everything is ready for DNA synthesis. ­ G0:  There are times when cells leave the cycle & quit dividing.  May be a temporary resting  period or more permanent such as at end of development and no longer dividing. ­ G2: Cell continues to grow and produce new proteins required for cell division. At the end of G2,  the G2 Checkpoint determines if cell is ready to enter Mitosis. ­ Interphase = G1 + S + G2 ­ There are checkpoint mechanisms at each stage that tell the cell to wait or proceed to the next  phase ­ Checkpoint surveillance mechanisms ensure accuracy and fidelity in chromosome replication and segregation o G1 checkpoint is regulated by growth factors  Growth factors stimulate cell division and come in many types depending upon  the type of cell involved.  Typically a cell will complete its cycle once stimulated to go beyond G1.  The growth factor is an external stimulator that binds to the  cell surface causing a cascade of signal transduction through a relay system.  The end result is that cell growth overrides the block to division. Stages of Mitosis Mitosis ­ Somatic cells ­ 2n to 2n ­ One division ­ Constitutive activity ­ No genetic sorting o Growth o Cell replacement o Asexual reproduction Cancer ­ Chromosomal abnormalities associated with cancer ­ Also a loss of growth control of cells because these cells (transformed cells) stop responding  appropriately to cell cycle controls Cancer chemotherapy ­ Two drugs commonly used to inhibit cell growth of cancer cells.  They work on the normal  mitotic apparatus.  Taxol was originally isolated from the bark of the Pacific Yew tree.  It is now  made synthetically.  Vinblastine was found in a periwinkle plant in Madagascar.  Do you see a  reason to protect native species?  These drugs cause side effects because they target growing cells and not all growing cells in an individual with cancer are malignant. TEST #3 STUDY GUIDE 3.1 Summary of Additional ideas and concepts We stressed the relationships between the varied elements in the biosphere and how changes in one can  impact another or all of the other aspects of the biosphere (slide 4 in the ppt). 1. Pay attention to the abiotic and biotic factors that are involved in defining the biomes and how  these factors affect the diversity of life. 2. We discussed in detail the impact of climate and seasons to include temperature, position of the  Earth, atmospheric circulation, wind patterns, and ocean currents on the type of biome. 3. We explored, through video, two very different biomes that have completely different energy  inputs.  The tropical rainforest with light input through photosynthesis and the hydrothermal vent  environment where bacteria are the primary producers utilizing chemosynthesis.  You should  understand these biomes in detail. 4. There are latitudinal impacts on biodiversity and we used an example of bird species at different  latitudes.  We provided a few examples of species that did not show latitudinal gradients of  diversity. 3.2 Summary of Additional ideas and concepts You should be able to describe a population and determine whether its growth is stable, chaotic or  exponential (J­shaped curve) based upon a few basic facts about the species.  To do this you may need to  understand the following:  Note that exponential growth can not be maintained as shown by the example of the biotic  potential of a bacterium growing with a doubling time of 20 minutes.  Understand the difference between exponential growth and logistic growth which modifies  exponential to include a mathematical expression of carrying capacity.  Use per capita increase data (r) to calculate doubling time whether it is organisms as the subject  of the calculation or the rate of tuition increase at Rensselaer!  Be able to determine K, the carrying capacity, from a graph of the birth rate versus the death rate  and how a change in one or the other rate impacts the growth kinetics of the population.  Be able to list and suggest the impact of several factors affecting the population size.  What are the reproductive strategies of r­selected species?  What are the reproductive strategies of K­selected species?   What are the typical characteristics of r and K species?  How do generation time and organism size impact r?  What factors suggest that a population may be more easily affected by adverse conditions or  changing environments that lead to extinction? 3.3. Summary of additional concepts and ideas   There are two excellent videos, one in the pre­class and one in the in­class presentation that, by example,  describe different types of competition.  You should understand these examples as to the types of  competition that they are illustrative of.  The term niche is brought into this session as the niche describes  the set of environmental conditions in a broad sense that allow an organism to survive and reproduce  (evolutionary connection).  You will see examples of biomes that are carved into fairly precise niches  which allow species to survive with limited competition.  The types of competition are: 1. Interference or exclusion competition as shown in the classic work by Gause with various species of Paramecium, interactions between lions and hyenas over prey, or between various birds as they  compete for an ostrich egg. 2. Exploitative or resource partitioning as shown in forest canopies, by Anolis lizards for food and  space, in bird populations in microhabitats such as a single confer tree or in relation to altitude as a  space partitioning mechanism, and in time partitioning show in amphibian species. 3. Apparent competition as shown in populations of prey that share common predators. 4. Scramble competition as in the example of the planthopper insects that exist in flight and  flightless forms where population density can impact the form and dispersal.   Character displacement is defined as a condition where two species have overlapping ecological  requirements, often resource related, where their traits tend to differ when the species are sharing the  same biome.  Two examples of this are illustrated, that of the Nuthatches and our favorite Geospiza or  Galapagous finches.  The example trait for both bird species is bill size but the topic and interactions are  more detailed in the description for the finches.  Traits are examined when only a single species inhabits  and island and the differences when more than one species inhabits the island. Competiton in this  examples has led to adaptive radiation and speciation.    Finally I this session we discuss actual field experiments by the research group of Jim Brown in the  Chihuahuan Dessert in Arizona.  Rodent removal experiments are presented as an example of the  difficulty in predicting ecological impacts as removing the kangaroo rat did have an impact on the  remaining population of animals but so did recruitment of another rodent to occupy the new space and the climate which was wetter than normal for more that a decade during the 30 years in which these studies  have been carried out.  The difficulty of in the field experimentation is obvious from this quick glimpse  that we have taken and should suggest caution in making ecological predictions.   3.4 Sum


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 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."

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."

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.