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COLORADO / Biology / EEB 1030 / What is the scientific study of interactions between organics and thei

What is the scientific study of interactions between organics and thei

What is the scientific study of interactions between organics and thei


School: University of Colorado at Boulder
Department: Biology
Course: Biology-Human Approach 1
Professor: Caitlin kelly
Term: Fall 2016
Tags: Biology
Cost: 50
Name: EBIO 1030-001,002:Biology-Human Approach 1, study guide 1
Description: covers key concepts and has all key terms highlighted
Uploaded: 09/22/2016
12 Pages 32 Views 3 Unlocks

E­Biology Study Guide 1

What is the scientific study of interactions between organics and their environment?

Key terms 

Ecology­ the scientific study of interactions between organics and their environment (biotic and  abiotic)

Biotic­ living organisms (bio=life)

Abiotic­ not living chemical and physical (a=not, bio=life) 

Global           Landscape          Ecosystem        Community         Population          Organism 

Ecosystems­ organisms and environment interacting through a one­way flow of energy and a  cycling of nutrients and sustained by ongoing inputs of energy and nutrients 

Energy flows one­way: Light Energy       Primary Producers         Consumers  It’s a one­way energy flow because the energy cannot be recycled (heat energy is lost) Nutrients are cycled: Producers         Consumers

What is the meaning of biotic?


Food Chains and Trophic Levels 

Trophic levels­ the level in the food chain

Primary producers (autotrophs): kelp

Obtain energy from nonliving sources (sunlight)

Build organic compounds from CO2 and water 

Consumers (heterotrophs): dolphin 

Get energy and carbon from organic sources 

Detritivores: crabs 

Eat small particles of organic matter

Decomposers: bacteria 

Feed on organic wastes and remains and break them down into inorganic building blocks  Food webs­ multiple interconnecting food chains (both grazing and detrital) Grazing food webs

What is not living chemical and physical?

Most energy stored in producers flows to herbivores, which tend to be large animals If you want to learn more check out What is strategic business manager?
Don't forget about the age old question of How we would like the world to be?

Common aquatic systems

Detrital food chains

Most energy stored in producers flows to decomposers and detritivores, which tend to be  small

Common in terrestrial ecosystems 

Primary production­ rate at which producers capture and store energy 

Gross primary productivity­ amount captured 

Net primary production­ amount used in growth 

Biomass pyramid­ dry weight of organisms at each trophic level in an ecosystem  Largest tier is usually producers  If you want to learn more check out How does environment affect natural selection?

For some aquatic systems, pyramid inverted 

Energy pyramid­ how energy diminishes as transferred up trophic levels  Always bottom heavy 

~10% of energy available in next trophic level 

The lost 90% is metabolism, waste, heat

1% of solar energy is collected by producers

Biomagnification­ substances become more connected as more up trophic levels 

Biochemical cycle­ an essential element moves from nonliving environmental reservoirs, into  living organisms, then back to the reservoirs 

Water cycle­ moves water from the world ocean, through the atmosphere, onto land, then back  into the ocean

Watershed­ area from which all precipitation drains into a water way 

Groundwater­ soil water and water aquifers 

Runoff­ water that flows over saturated ground into streams

Flowing water carries nutrients from place to place 

Water on Earth: saline water 97% and fresh water 3%

There is very little fresh water on Earth If you want to learn more check out What is meant by reaction formation?
Don't forget about the age old question of Deuterostomes exhibit what characteristics?

Salt water intrusion­ when all the fresh the fresh water is taken from an aquifer it is replace with  salt water 

The Carbon Cycle

CO2 from the atmosphere is taken up by plants through photosynthesis

CO2 is released back into the atmosphere through respiration (volcanoes also contribute) Diffusion between atmosphere and ocean

Marine organisms get CO2 from dissolved carbon in the ocean

Marine organisms degrade into sediment which goes into the earth’s crust  Earth’s crust is used to create energy but expels fossil fuels 

Most of the annul cycling of carbon occurs between the ocean and atmosphere  Bicarbonate is the main inorganic carbon in seawater

Photosynthesis, aerobic respiration, decomposition, and sediment contribute to the marine carbon cycle

The largest reservoir is sedimentary rock (moves in and out over long time periods)  Seawater is the largest biologically available reservoir

Land carbon­ stored in soil, arctic regions and bogs

Climate­the average weather conditions over time

Regional climates differ because of variations in factors that influence winds and ocean currents  Global Warming

Increasing levels of greenhouse gasses in atmosphere will lead to changes in global climate Global atmospheric CO2 is rising Don't forget about the age old question of What occurs when a product of a system slows down an early process in the system?

Greenhouse gasses­ carbon dioxide, water, nitrous oxide, methane, chlorofluorocarbons (CFC’s)

Greenhouse effect­ radiate energy from the sun is absorbed by the earth surface and radiated  back into space as heat, gasses in the upper atmosphere trap the heat then reflect it down to the  surface

Last 2 decades of the 20th century have been the hottest in the last 400 years  Atmospheric methane has also been increasing 

All tropical glaciers are receding 

CO2 air bubbles in ice cores retain atmospheric gasses present when the ice was formed (used to  determine levels of CO2 before the levels were regularly recorded) 

Both natural and human factors are needed to explain climate change but human factors are more important in explaining the recent rapid changing climate

Scientists consider the models sufficient to say that it is very likely (>90%) that the climate  change observed in the last 50 years is not a result of natural effects alone

Biosphere­ all regions where organisms live

Hydrosphere­ aquatic

Lithosphere­ rocks and sediments

Lower portions of the atmosphere

Biomes­ an area of land characterized by their climate and predominate type of vegetation  (deserts, grasslands, scrublands, broadleaf forests, coniferous forests, tundra, aquatic)

Seasons­ caused by the earth’s tilt 

More rain on windward side and less on the leeward side 

Population­ group of individuals of the same species in the area and breed with one another Size­ the number of individuals

Density­ the number of individuals per given area

Distribution­ the pattern in which individuals are dispersed in their habitat  Structure­ number of individuals in each age group (immature, reproductive, post­reproductive) Population distributions­ clumped, uniform, random

Per capita growth rate= birth rate – death rate (r = b­d)

Population growth= per capita growth rate * population size (G = r*N)

Exponential growth rate­ occurs as long as r is constant and greater than 0 (doubling) Exponential growth rate cannot be sustained for long

Carrying capacity (K)­ the maximum population size the environment can support  Limited growth (logistic growth)­ population growth starts slowly and eventually levels out 

Density dependent factors­ related to crowding and competition, regulated by the density of the  population (disease)

Density independent factors­ unrelated t crowding, affects all populations in similar ways  regardless to the population size (natural disasters)

Cohort­ those of a species born around the same time 

Survivorship curve­ how many members of a cohort remain alive over time Type 1­ death rate higher with later ages

Type 2­ death throughput the age groups

Type 3­ death rate high early in age

Life history patterns­ how an organism allocates its resources between growth, maintenance, and  reproduction

R­selected species­ adapt to conditions that change rapidly and unpredictably (favors traits that  maximize the number of offspring)

K­selected species­ adapted to life in a stable environment 

Community ecology­ examines how interactions between species affect community structure

Community structure­ the composition of the community, including species diversity and is  influenced by: abiotic factors, gradients of topography, species interactions

Species diversity­ species richness (the number of species), species evenness (abundance of each  species)

Symbiosis­ long­term, direct interactions between two or more species 

Commensalism­ helps one species but doesn’t affect the other (neither species harms or benefits  the other)

Mutualism­ both species benefit 

Facultative­ helpful but not vital

Obligatory­ must participate in association

Coevolution­ evolving together 

Two species may protect one another 

Parasite­ live in or on another organism from which it gets nutrition (weakens but doesn’t kill) Brood parasitism­ one egg­laying species benefits by having another species raise its young Parasitoids­ insects that lay eggs in another animal (life cycle requires the death of the animal)

Competitive interactions­ interspecies competition hurts both species (competition among  individuals of the same species is more intense than interspecific competition)

Interference competition­ species reduce the amount of a resource available to the other by using  that resource 

Niche­ each species requires specific resources and environmental conditions that we refer to its  ecological niche 

Competitive exclusion­ two species cannot coexist if they have identical niches  Realized niche­ the observed niche in nature, where they actually live 

Fundamental niche­ potential niche in nature, where they could live

Resource partitioning­ natural selection drives competition species into sharing a resource in  ways that minimize competition 

Predation­ predator organism obtains energy and nutrients from other organisms

As predators get better at hunting, prey gets better at evading which makes predators get better  again… 


Physical defense­ increase the handling time means less benefit for the predator Camouflage­ hide in the open

Mimicry­ resemble another dangerous animal

Chemical defense­ warning coloration


Increase efficiency of prey capture


Cooperation behavior

Coevolution with herbivores and plants­ withstand and recover quickly from loss, physical  deterrents or chemical deterrents

Ecological succession­ a process in which one array of species replaces another over time

Primary succession­ begins when pioneer species colonize a barren habitat with no soil (pioneer  species are opportunistic colonizers of vacated habitats and help to build the soil layer)

Secondary succession­ occurs in a disturbed region in which a community previously existed  (soil is already present)

Pioneer stage ➡? intermediate stage ➡? climax stage (successional stages)

Intermediate disturbance hypothesis­ species richness is greatest in communities where  disturbances are moderate in intensity and frequency (enough time for new colonists to arrive  and become established but not enough time for competitive exclusion to cause extinctions)

Keystone species­ has a disproportionately large effect in a community relative to its abundance  (experts strong controls over the abundance or distribution of other species)

Indicator species­ especially sensitive to disturbances to the environment

Exotic species­ dispersed from its home range and becomes permanently established in a new  area (invasive species)

Biogeography­ the specific study of how species are distributed in the natural world (species  richness is the highest at the equator and lowest at the poles)

Behavior­ reaction to a stimulus

Proximate cause­ the immediate stimulus it mechanism (the genetic, developmental, and  physiological mechanisms that make a behavior possible)

Ultimate cause­ adaptive significance and evolutionary history (evolutionary significance:  survival and intimately reproduction)

Behavioral genetics­ much variation in behavior results from inherited differences Oxytocin­ pleasure (the more there is, the higher the chance of mating for life) Human behavior traits are polygenic and influenced by the environment

Instinctive behavior­ genetic and performed without any prior experience Learning­ the modification of behavior

Imprinting­ a form of learning that occurs debuting a genetically determined period Habituation­ learns not to respond to a stimulus that neither has positive or negative effects Behavioral plasticity­ their behavior traits are altered by environmental factors Communications signals­ transmit information between members of the same species

Sexual selection­ one sex is the limiting factor for the others reproduction (intersexual selection­  mate choice, intrasexual selection­ mate competition)

Anisogamy­ asymmetrical gamete investment (females invest lots of energy per egg, makes  invest little energy in sperm)

Whoever invests more in the children is choosier on the mate

Precopulatory choice­ can shunt the sperm of preferred to her eggs and reject the sperm of other  males

Make ensuring fertilization­ mate guarding, copulatory plugs, Soren scoops, repeated matings,  increased sperm count

Population growth rate changes over time as a country becomes economically developed  (preindustrial ➡? transitional ➡? industrial ➡? postindustrial)

Extinction is a natural process but humans are accelerating it

Mass extinction­ a large portion of earths organisms become extinct in a relatively short period  of geologic time

5 great mass extinctions (marked by global catastrophes)

We are currently in the midst of a mass extinction caused by human activities (hunting, habitat  destruction, animal introduction)

Endangered species­ a species that has population levels so low it faces extinction in all or part  of its range

Threatened species­ a species whose populations are declining, that is likely to become  endangered in the near future

Over harvesting has caused the collapse or extinction of many commercially valuable species

Endemic species­ confined to the limited area in which it evolved, often by resource  requirements (more vulnerable to extinction)

Most endangered species are affected by multiple threats

The decline in one species usually leads to the decline in another

We focus on vertebrates (cute and fussy) and haven't focused on invertebrates and plants as  much

Desertification­ conversion of productive grassland or woodland into a desert­like region in  which little grows (result of poor agricultural practices or overgrazing)

Pollutants­ natural or man­made substances released into soil, air, or water in greater than natural amounts

3 levels of biodiversity­ genetic, species, and ecosystem diversity

Eco­regions­ larger areas characterized by physical factors and species composition, representing all of earths biomes

6 main biological molecules­ C, H, O, N, S, and P

Organic­ primarily composed of carbon

4 classes of macromolecules that structure all living matter: carbohydrates, lipids, proteins, and  nucleic acids

Monomer­ small subunits used to build larger molecules

Polymer­ built by linking monomers

Metabolism­ cells acquire and use energy

Condensation (dehydration synthesis)­ formation of large molecules by the removal of water  (monomers are joined to form polymers)

Hydrolysis­ breakdown of large molecules by the addition of water (polymers are broken down  into monomers)

Carbohydrates­ molecules composed of C, H, and O (empirical formula: (CH2O)n) Because C­H bonds have a lot of energy

3 types of carbohydrates in all living organisms: monosaccharides, oligosaccharides, and  polysaccharides

Monosaccharides­ one sugar unit, the simplest carbohydrates, most are 6­carbon sugars Oligosaccharides­ short chains of monosaccharides

Polysaccharides­ long chains of monosaccharides

Lipids­ fatty, oily, or waxy compounds that are not soluble in water

Triglycerides­ one glycerol and three fatty acids 

Saturated fatty acids (animal fats)­ no double bonds between carbons, solid at room temperature  Unsaturated fatty acids (vegetable oil)­ one or more double bonds, liquid at room temperature Trans fats­ produced industrially 

Omega 3­ converted to hormones that slow down cell division and dampen inflammation  Omega 6­ converted to hormones that speed up cell division and trigger inflammation  Healthy ratio of omega 6 to omega 3 fatty acids is 2:1

Estimated modern American diet is 20:1

Phospholipids bilayer­ hydrophilic heads point outward, hydrophobic tails point inward toward  each other 

Proteins­ polymers, composed of one or more unbranched, long chains called polypeptides 

Aino acid­ composed of an amine group, a carboxyl group, and the “R group” which is different  for each kind of amino acid

A protein’s shape determines its function

When a protein loses its shape it also loses its function 

4 levels of protein structure 

1. Primary protein structure­ sequence of a chain of amino acids 

2. Secondary protein structure­ hydrogen boding of the peptide backbone causes the amino  acids to fold into a repeating pattern 

3. Tertiary protein structure­ three­dimensional folding pattern of a protein due to side chain interactions 

4. Quaternary protein structure­ protein consisting of more than one amino acid chain  Prion diseases are caused by misfolded proteins 

Nucleic acids to polymers 

Nucleotide to monomers 

Sugar, phosphate, and nitrogen base 

DNA­ sugar is deoxyribose 

Nitrogenous bases: C, G, A, T, and U

DNA (deoxyribonucleic acid)­ double helix, two polynucleotide strands connected by hydrogen  bonds 

Base pairing rules: A with T (or U in RNA) and C with G

RNA (ribonucleic acid)­ single helix, sugar is ribose, contains uracil (U) instead of thymine (T) Cell theory­ a foundation of modern biology, states that cells are the fundamental units of life Cell­ the smallest unit that sows the properties of life

Plasma membrane­ controls substances passing in and out of the cell

Nucleus­ eukaryotic cells

Nucleoid­ prokaryotic cells

Cytoplasm­ goo inside that surrounds everything

Prokaryotes­ bacteria and archaea

Eukaryotes­ fungi, plants, and animals 

Organelle­ a structure that carries out a specialized function within a cell

Components of a eukaryotic cell

Organelles with membranes 

Nucleus­ protecting, controlling access to DNA

Endoplasmic reticulum­ routing, modifying new polypeptide chains; synthesizing  lipids 

Golgi body­ modifying new polypeptide chains: starting, shipping proteins and  lipids 

Mitochondrion­ making ATP by glucose breakdown

Chloroplast­ photosynthesis in plants, some protists 

Vacuole­ storage

Organelles without membranes

Ribosomes­ assembling polypeptide chains 

Other components 

Cytoskeleton­ contributes to cell shape, internal organization, and movement  Central dogma: replication (DNA), transcription (DNA to RNA), translation (RNA to Protein)

Gene expression­ make proteins according to “instructions” from a gene (includes transcription  and translation)

Transcription­ enzymes use the nucleotide sequence of a gene to produce a complementary  strand of RNA

Messenger RNA (mRNA)­ contains information transcribed from DNA

Ribosomal RNA (rRNA)­ main component of ribosomes, where polypeptide chains are built Transfer RNA (tRNA)­ delivers amino acids to ribosomes

Promoter­ a specific binding site in DNA close to the start of a gene

RNA polymerase­ adds nucleotides to the transcript (A, U, C, G)


In the nucleus

RNA polymerase 

Helix is opened, RNA polymerase forms a chain of RNA units complementary to DNA  template 

Results (mRNA, rRNA, and tRNA)

Introns­ nucleotide sequences that are removed from a new RNA

Exons­ sequences that stay in the RNA 

Alternative splicing­ allows one gene to encode different proteins (some exons are removed from RNA and others are splices together in various combinations) after this a head and tail are added  to the chain 

Translation­ mRNA is translated into a protein

Codon­ a sequence of three mRNA nucleotides that code for a specific amino acid (the order of  codons determines the order of amino acids in a polypeptide chain 

tRNA has an anticodon complementary to an mRNA codon

Genetic code­ consists of 64 mRNA codons (twenty kinds of amino acids are found in proteins;  some amino acids can be coded by more than one codon)

RNA to Protein


Ribosome (rRNA and proteins)

Ribosome reads mRNA, tRNA’s bring in corresponding amino acids, forming an amino  acid chain, chain spontaneously folds on itself

Result: makes proteins

Mutations­ small­scale changes in the nucleotide sequence of a cell’s DNA that alters the genetic code 

Base­pair­substitution­ may result in a premature stop codon or a different amino acid in a  protein product (sickle­cell anemia)

Deletion or insertion­ can cause the reading frame of mRNA codons to shift, changing the  genetic message

Hemoglobin is a protein that binds oxygen in the lungs and carries it to cells throughout the body Frame shift­ the reading frame of the mRNA codons shifts 

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