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Exam 2 Study Guide

by: Amanda Notetaker

Exam 2 Study Guide 012

Amanda Notetaker
GPA 3.77

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About this Document

This study guide covers all of the concepts discussed in Ch. 17-23 of the textbook.
Exploring Biology
Dr. Hill
Study Guide
50 ?




Popular in Exploring Biology

Popular in Biomedical Engineering

This 14 page Study Guide was uploaded by Amanda Notetaker on Friday March 25, 2016. The Study Guide belongs to 012 at University of Vermont taught by Dr. Hill in Fall 2016. Since its upload, it has received 28 views. For similar materials see Exploring Biology in Biomedical Engineering at University of Vermont.

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Date Created: 03/25/16
CH. 17  Species Recipe for Evolution: variation + selection + inheritability  speciation Speciation: divergence of biological lineages w/ emergence of reproductive isolation between lineages ­ Requires interruption of gene flow within a species whose members previously exchanged genes Species Concepts: **Know examples    1. Morphological Species Concept: Based on observable physical traits/synapamorphies ­ Can be applied to fossils, asexual organisms ­ Limitations: Members of same species don’t always look alike/homoplasies    2. Ecological: Ecological role/niche, focuses on unique adaptations to particular roles ­ Two species may appear similar but be distinguished based on what they eat/where they live    3. Lineage (Phylogenic): Smallest group of organisms that shares common ancestor; forms one branch of tree ­ Biologists compare organisms’ morphology or DNA ­ Limitation: Must determine the amount of difference required to distinguish separate species    4. Biological Species Concept: (Ernst Mayr) defines a species as “a group of populations, whose         members have the potential to interbreed in nature, and produce fertile offspring” ­ Members are similar if they reproduce with each other        Limitations: ­ Some pairs of distinct species interbreed  hybrids ­ Not easily determined for extinct organisms, fossils ­ Doesn’t account for asexual organisms (prokaryotes) Dobzhansky­Muller Model: (thought experiment about emergence of separate lineages) ­ Overall, ancestral genotype is separated (allopatric speciation)  selection/drift causes new allele at  two diff loci that eventually becomes fixed at two different loci over time due to lack of gene flow   significant differences in total genomes  genetic incompatibility Allopatric Speciation: populations are separated by physical/geographic barrier ­ Barriers form when continents drift, sea levels change, climates change, etc. ­ Evolution through genetic drift/adaptation to diff environments  sister species on sides of barrier ­ Ex: Darwin’s finches adapt to new diet in new area Sympatric Speciation: w/o physical isolation ­ May occur w/ disruptive selection; organisms w/ certain genotypes prefer certain microhabitats for  mating ­ Ex: Apple maggot flies, some prefer to lay eggs on hawthorne fruits and others on apples ­ Occurs by polyploidy: duplication of chromosome sets within individuals (due to nondisjunction) Autopolyploidy: duplication in single species Allopolyploidy: combining chromosomes of 2 different species ­ Two unreduced diploid gametes    Tetraploid ­ Tetraploid + diploid individuals    hybrid triploid offspring (But, tetraploids can self­       fertilize or mate with another tetraploid) Polyploidy is more common in plants than animals: ­ Plants self­fertilize allowing nondisjunction to consistently repeat once present ­ Sexual selection occurs less frequently in plants, increasing variation Parapatric Speciation: No geographic barrier; Separated by extreme changes in habitat; Small hybrid zone ­ Very similar to sympatric speciation ­ May interbreed, but isolation is temporal/behavioral    Prezygotic Isolation Mechanisms: prevent hybrid formation BEFORE fertilization ­ Temporal Isolation: difference in mating season ­ Behavioral Isolation: Reject/fail to recognize others as potential mating partners ­ Habitat Isolation: preferences for diff habitats reduces chance of mating ­ Mechanical Isolation: difference in size/shapes of reproductive organs prevents gamete union ­ Gametic Isolation: Sperm and egg don’t fuse  Postzygotic Isolation Mechanisms: prevents hybrid formation AFTER fertilization by reducing fitness  ­ Low Hybrid Viability: Hybrid offspring survive less than non­hybrids ­ Low Hybrid Adult Viability: Hybrids don’t mature into reproductively capable adults ­ Hybrid Infertility: Mature into infertile adults CH. 18  The History of Life on Earth Originally: ­ No free oxygen, accumulates more atmosphere but not oxygen, oxygen increases before “snowball  earth” ­ oceans form, prokaryotes  photosynthesis  multicellular/eukaryotes form Period 2:  ­ Oxygen levels approach current levels then drop rapidly  ­ Glaciation  Hot climate  Climate cools ­ Meteorites ­ Multicellular animals diversify  mass extinction  reptiles/insects form  mass extinction Period 3: ­ Hot climate ­ Meteorites ­ Dinosaurs/first mammals  mass extinction  Dinosaurs/flowering plants  mass extinction Period 4: (most recent) ­ Climate cools, glaciations ­ Diversification of mammals, birds, flowering plants, insects  humans! Weather: daily events at given location; changes rapidly Climate: long­term average expectations; changes slowly; cause of extinction Changes in oxygen:  ­ accumulates as photosynthetic organisms continue to release it ­ anaerobic   aerobic species ­ enables evolution of multicellular organisms CH. 19  Single­Cell Organisms All organisms have:  ­ Cell membranes (phospholipid bilayer) ­ Ribosomes (have catalytic properties) ­ Metabolic pathways (Ex: glycolysis) ­ Semiconservative DNA replication (one strand is template to be copied, other is daughter strand) ­ DNA that encodes proteins Three Domains of Life: Separation of Archaea from others was based on rRNA genes Bacteria: Peptidoglycan in cell wall ­ Ester­linked unbranched membrane lipids ­ Plasmids, DNA Archaea: Survive in extreme habitats ­ Ether­linked membrane lipids branched membrane lipids (unsaturated    kinks   fluid) ­ Plasmids, DNA Eukarya: Membrane­enclosed nucleus/organelles ­ Ester­linked unbranched membrane lipids Prokaryotes vs. Eukaryotes Eukaryotes: (eukarya) unicellular OR multicellular ­ Share a more recent common ancestor with archaea over bacteria ­ Mitochondria originated through endosymbiosis with a bacterium Prokaryotes: (bacteria, archaea) unicellular ­ Divide by binary fission instead of mitosis ­ Circular DNA ­ Lack most membrane­enclosed organelles (mitochondria, Golgi apparatus, etc.)  Classification of Bacteria Before DNA sequencing, classification was based on: shape, color, motility, nutritional requirements,  sensitivity to antibiotics, cell wall structure Peptidoglycan: unique to bacteria; material within bacterial cell walls; meshlike structure ­ Antibiotics interfere w/ synthesis of peptidoglycan  “leaky” ­ Eukaryote cells don’t have it, so there is no harm done to human cells  Gram Stain: differences in cell wall structure; used to group bacteria Gram­Positive: retains dye, blue to purple color; large peptidoglycan layer outside of membrane Gram­Negative: pink to red color; thin layer surrounded by inner/outer cell membrane Cell Shapes: ­ Coccus: Sphere; occur singly or in plates/blocks/clusters ­ Bacillus: Rods; can form chains/clusters ­ Spirillum: Spiral; can form chains/clusters ­ Others include filaments or branched filaments Lateral Gene Transfer: genes in prokaryotes move sideways between species within a generation; Causes gene  trees to not match organismal trees when sequenced Biofilms: cells bind to surface and secrete sticky polysaccharide matrix that traps other cells ­ Cells in biofilms are difficult to kill (Ex: dental plaque) ­ Pathogenic bacteria harm the immune system b/c biofilm is often impermeable to antibiotics Quorum Sensing: Prokaryotes communicate; increase in population sets off signal Microbiomes: communities of bacteria/archaea that inhabit bodies, critical to health/gene expression Bacterial infection depends on: 1. Invasiveness: pathogens ability to multiply in host’s body 2. Toxigenicity: ability to produce toxins Endotoxins: released when Gram­neg lyse/burst; rarely fatal, cause fever, nausea, and diarrhea Exotoxins: released by living bacteria; highly toxic, often fatal Roles of Bacterial in Ecosystems (decomposers):  Denitrifiers: release N  gas to atmosphere 2 + Nitrogen Fixers: covert N  ga2 into ammonia (NH ) makin4 it usable by organisms Nitrifiers: (Chemoautotrophs) oxidize ammonia  nitrite  nitrate; Metabolism powered by energy released by  this oxidation  Haber­Bosch Cycle: uses chemicals/pressure to convert nitrogen gas to usable nitrate ions; dependent on finite  resource of petroleum as an energy source of this process Classification based on Metabolic Pathways Anaerobes: don’t use oxygen as electron acceptor in respiration Obligate Anaerobes: oxygen is poisonous Facultative Anaerobes: use both anaerobic/aerobic metabolic pathways Aerotolerant Anaerobes: not damaged by oxygen, but cannot use it Obligate Aerobes: need oxygen to survive Nutritional Categories of Organisms Photoautotrophs: Light as energy source, CO  as ca2bon source ­ Cyanobacteria: uses chlorophyll a to produce O  gas 2 ­ Others use bacteriochlorophyll to produce sulfur, not oxygen; can absorb light of longer wavelengths than the chlorophyll molecules enabling them to use light that goes unabsorbed by algae Photoheterotrophs: Light as energy source, Organic compounds as carbon source  Chemoautotrophs: Inorganic substances as energy source, CO  as carbon source  2 Chemoheterotrophs: Organic compounds as energy/carbon source (Ex: humans!) Bacterial Groups Low­GC Gram­Positives: (Firmicutes) low ratio of G­C to A­T nucleotide base pairs in DNA ­ Some are gram­negative, some have no cell wall ­ One group produces heat­resistant resting structures called endospores (Ex: anthrax, staphylococci) High­GC Gram­Positives: (Actinobacteria) higher ratio of G­C to A­T nucleotide base pairs ­ G­C base pairs have triple bonds, A­T base pairs have double bonds; greater number of bonds ­ Branched filaments (Ex: most antibiotics are derived from them; tuberculosis) Hyperthermophilic Bacteria: extremophiles that thrive under extreme conditions  ­ Hadobacteria: can survive under both extreme cold/heat ­ Thermus aquaticus was source of thermally stable DNA polymerase that lead to the development of PCR Examples: Cyanobacteria: Photosynthesis similar to eukaryotes; chloroplasts from endosymbiotic cyanobacterium,  differentiate into: vegetative cells, spores resist harsh conditions, heterocysts that fix nitrogen Proteobacteria: largest group of bacteria, mitochondria of eukaryotes derived from them via endosymbiosis,  some are photoautotrophs/nitrogen fixers (E­coli) CH. 20  The Origin & Diversification of Eukaryotes Protists: Eukaryotes that aren’t plants, animals, or fungi ­ Many are asexual ­ Not a taxonomic group, instead a convenience term ­ Therefore, not all eukaryotes classified as protists form a monophyletic taxon Origin of Eukaryotic Cell: ­ Flexible cell surface: (Cell wall  membrane) increases nutrient exchange; makes endocytosis possible ­ Cytoskeleton: most likely evolved from prokaryotes ­ Nuclear envelope: possibly from DNA attached to inner plasma membrane ­ Digestive Vacuoles: due to increased compartmentalization/complexity ­ Acquisition of certain organelles through endosymbiosis Endosymbiosis: proteobacterium incorporated/evolved in mitochondrion; 1st step  eukaryotic cell ­ Mitochondrion’s original function was to detoxify oxygen produced by cyanobacteria by reducing it to  water; Later coupled with ATP production Primary Endosymbiosis: Gram­negative cyanobacterium engulfed by eukaryotic cell ­ Cyanobacterium has both inner/outer membrane  original chloroplasts had two membranes ­ Gave rise to the chloroplasts of red algae, green algae & land plants Secondary Endosymbiosis: Eukaryote engulfed eukaryotic organism (green alga cell)  chloroplast ­ Euglenoid chloroplasts have three membranes, same pigments as land plants/green algae Tertiary Endosymbiosis: Dinoflagellate lost its chloroplast and engulfed another protist that acquired its  chloroplast through secondary endosymbiosis Paramecium (similar to ciliates) Gram­Negative Cyanobacterium Proteobacteria Examples of Major Protists  Algae: Multicellular, marine  ­ Attached forms develop holdfasts w/ acid to glue them to rocks ­ Alginic acid is used an emulsifier in ice cream, cosmetics, etc. Plasmodium: (Apicomplexan) ­ Parasites in RBC of humans ­ Causes malaria; extracellular parasite in mosquito, intracellular parasite in human host Diatoms: silica­based unicellular protist ­ Performs 1/5 all carbon fixation on Earth ­ Store NRG as oil after dying and sinking to ocean floor  natural gas ­ Major photosynthetic producers in oceans/fresh waters ­ Diatomaceous Earth is sedimentary rock composed on silica walls of diatoms ­ When reproduced in enormous numbers  red tide; toxins produced by them can kill/harm vertebrates Dinoflagellates: ­ Mostly marine, photosynthetic, primary producers in the oceans ­ Coral Bleaching: Some photosynthetic dinoflagellates are endosymbionts in corals; when dinoflagellates die the color becomes bleached; if corals don’t acquire new endosymbionts they will die or are damaged  due to reduced food supply ­ When reproduced in enormous numbers  red tide; toxins produced by them can kill/harm vertebrates CH. 21  The Evolution of Plants Plantae: group w/ synapomorphy of primary endosymbiosis ­ Ancestor algae of plantae was unicellular; most related to glaucophytes Green Algae: represents most aquatic photosynthetic eukaryotic groups in Plantae ­ Contain chlorophyll a and b & store energy as starch in chloroplasts ­ Clades: Chlorophytes, Coleochaetophytes, Stoneworts Embryophytes: embryo is protected by tissues of parent plant; primary synapamorphy of land plants ­ Provides water to prevent desiccation Necessary Changes in Land Plants: ­ Transport systems for water/nutrients ­ Structural support ­ New ways to disperse gametes/progeny ­ Adapt to dry conditions (to prevent desiccation) Adaptations in Land Plants: ­ Cuticle: waxy coating slows water loss ­ Stomata: closable openings that regulate water/gas exchange ­ Gametangia: organs that enclose gametes & prevent them from drying out ­ Embyros: protective structure surrounding young plants ­ Pigments that protect against UV radiation ­ Thick spore walls: contains polymer to resist decay ­ Mutually beneficial associations w/ fungi (mycorrhizae): promotes nutrient uptake from soil Alternation of Generations: universal feature of life cycles of land plants ­ Generations alternate between haploid gametophyte and diploid sporophyte ­ In Mosses (Bryophytes), gametophyte is dominant generation; sporophyte relies on gametophyte o In all others, sporophyte dominates o Gametophyte relies on sporophyte o Dominant: Larger, more complex, lasts longer ­ Gametophyte (n)  Gametes (eggs/sperm)  Fertilization  Zygote  Sporophyte (2n)  Sporangium   Meiosis  Spore (n)  Homosporous: Single spore develops into gametophyte w/ both sex organs  sperm & egg Heterosporous: Two separate types of spores that develop into male/female gametophytes ­ Megaspore: develops into female gametophyte (produces eggs) o Megasporangia: sporophyte produces small amounts of megaspores ­ Microspore: develops into male gametophyte (produces sperm) o Microsporangia: sporophyte produces large amounts of microspores Nonvascular Plants (Bryophytes): lack tracheids (clades: liverworts, mosses, hornworts) ­ Live in moist habitats, have thin cuticles (water environment eliminates problem of desiccation) ­ Mostly small; no vascular system to transport water  size is restricted ­ Small enough that minerals can be distributed throughout bodies via diffusion Mosses: ­ Contain stomata (gas exchange/water retention) ­ Hydroids: cells that die leaving channel through which water can move (similar to tracheids) ­ Dominant gametophyte generation; sporophyte used for nutrients/support Vascular Plants: (Seeds & Seedless Plants) fluid­conducting cells, tracheids ­ Dominant sporophyte generation ­ Transportation in xylem/phloem o Xylem: conducts water/minerals; tracheids o Phloem: conducts products of photosynthesis throughout ­ Taller plants outcompete short plants for sunlight and send spores further out Ferns: (seedless, vascular plant) ­ Dominant sporophyte generation ­ Most are terrestrial; some live in shallow water ­ Require liquid for transport of male gametes to females ­ Produce spores, NOT seeds Seed Plants: (Gymnosperms, Angiosperms)  ­ Dominant sporophyte generation ­ Seeds provide secure, lasting dormant stage for embryo ­ Dipersal of seeds allows for more variation ­ Seed plants evolved to be able to fertilize without water, allowing colonization in drier habitats ­ Heterosporous: one spore becomes microgametophyte, other becomes megagametophyte Pollen Grain: multicellular male gametophyte formed when microspore divides mitotically in spore wall;  released from microsporangium to be distributed by wind/animals Pollination: transfer of pollen grain from male anther to female stigma (doesn’t mean fertilization) Pollen Tube: pollen grain develops further and elongates/digests its way toward megagametophyte ­ Sperm are released for fertilization  Diploid zygote divides  Embryonic sporophyte   Multicellular seed Seed: contains tissues from three generations: 1. Seed coat develops from tissues of sporophyte parent (integument) for protection 2. Tissue from megagametophyte provides nutrients for developing embryo 3. Embryo is the new diploid sporophyte generation Secondary Growth: increases diameter of stems/roots by growth of xylem (forms wood) ­ Younger portion produced by secondary growth is adapted for water transport ­ Older wood gets clogged with resins and provides support, allowing great heights of plants ­ Many plant groups have lost woody growth habit Gymnosperms: Cone­bearing plants; no true leaves, only needles ­ Ovules/seeds aren’t protected by ovary/fruit tissue ­ Contain only modified tracheids as water­conducting/support cells within xylem ­ Four groups (Cycads, Ginkgos, Gnetophytes, Conifers) Conifers: many are evergreens and keep leaves/photosynthesize year round ­ Sporophyte = tree ­ Heterospores o Megastrobilus: female cone, seeds protected by woody scales (interior) o Microstrobilus: male pollen­bearing cone (tips)    microspores    pollen grain ­ Wind transports pollen grains from microstrobilus  female gametophyte ­ Most ovules/seeds are exposed to upper surfaces of scales of cone (megastrobilus) Angiosperms: reproductive organs are in flowers; seeds enclosed in fruits ­ Dominant sporophyte generation Synapomorphies:  ­ Flowers: attract pollinators with colorful  ­ Germination of pollen on stigma petals, scent, nectar, pollen ­ Double fertilization ­ Fruits ­ Endosperm: nutritive tissue for embryo ­ Ovules/seeds enclosed in carpel ­ Phloem w/ companion cells ­ ­ Reproductive Organs of Flower: (all parts are modified leaves) ­ Stamens: male reproductive organs  Filament: stalk­like structure that holds anther  ­ Anther: produces pollen ­ Carpel/Pistil: female reproductive organs Stigma: receives pollen grains ­ Style: tube connecting stigma to ovary ­ Ovary: swollen base of carpel w/ ovules  (becomes fruit) ­ Ovules: female gametophyte  seed ­ Non­Reproductive Organs: ­ Petals: brightly colored flower organs that attract pollinators Calyx: whorl of sepals in a flower ­ Corolla: petals in flower Tepals: sepals/petals look alike ­ Sepals: leaf­like organs outside corolla; protect flower bud ­ ­ ­ ­  ­        Pollen Transportation ­ Wind­Pollination: used by gymnosperms/some flowering plants (grasses/trees); Smooth shaped pollen  grains ­ Flowers are small/grouped together making it not very efficient/wasteful ­ Animal­Pollination: Herbivores than pollinate; Barbed shaped pollen grains ­ Pollinate for reward of food advertised with colors, nectar/honey guides, aromas ­ Nectar: sugary soln produced in special flower glands (nectaries) ­ Pollen: high in protein, eaten by bees/beetles (two kinds: normal vs. sterile tasty) ­  ­        Strategies to Avoid Self­Pollination: 1. Timing: male/female structures mature at different times 2. Morphological: structure/location of male/female organs prevents it (imperfect flower) 3. Biochemical: chemical on surface of pollen and stigma prevents germination on same flower  ­ Perfect Flowers: contain both megasporangia & microsporangia (female/male) on same flower ­ Imperfect: two separate flower types (male/female) ­ Monoecious: male/female flowers produced on same plant ­ Dioecious: male/female flowers produced on different plants ­  ­        Double Fertilization: ­ Each pollen grain contains two male gametes o Sperm combines w/ egg  diploid zygote  Embryo w/ 1­2 cotyledons o Other sperm w/ other two polar nuclei  triploid cell  Endosperm: food source for embryo ­ Ovule  seed containing diploid embryo & triploid endosperm ­ Cotyledons: seed leaves; absorb/digest endosperm or become photosynthetic ­ Monocots: single embryonic cotyledon (grasses, palms) ­ Eudicots: two embryonic cotyledon (familiar seed plants) ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­  ­        Types of Fruits ­ Simple Fruit: develops from single carpel or fused carpels (plum, peach) ­ Aggregate Fruit: develops from several carpels of a single flower (raspberry) ­ Multiple Fruits: formed from inflorescence (pineapples, figs) ­ Accessory Fruits: derived from parts in addition to carpel/seeds (apples, pears, strawberries) ­ ­ ­ ­ CH. 23  Animal Origins and Diversity ­ ­ Characteristics of Animals: Not diagnostic for all animals ­ Multicellularity ­ Heterotrophy (using nutrients produced by other organisms) ­ Internal digestion ­ Motility (independent movement) ­ ­ Symmetry: can be divided along at least one plane into similar halves ­ Asymmetrical: no plane of symmetry (Ex: Placozoans, Sponges) ­ Types of symmetry:  ­ Radial: body parts arranged around central axis ­ Bilateral: one plane of symmetry; divides into mirror­image ­ Cephalization: (associated w/ bilateral) concentration of sensory organs/nerve tissues at anterior end,  head; evolutionarily favored ­ Anterior: front, Posterior: rear, Dorsal: top, Ventral: bottom ­ ­ Dipoblastic: Two cell layers w/ non­living layer between (ancestral condition) ­ Ectoderm (outer), endoderm (inner) ­ Tripoblastic: Three cell layers (synapomorphy)  bilaterians ­ Mesoderm (layer between inner/outer) ­ ­ Gastrulation: process of development in which hollow ball of cells indents forming cavity (blastopore) ­ Protosomes: blastopore develops into mouth, anus forms later ­ Deuterosomes: blastopore develops into anus, mouth forms later ­  ­        Body Cavity: ­ Acoelomate: lacks fluid­filled body cavity ­ Pseudocoelomate: (false) body cavity is fluid filled space in which internal organs are suspended ­ Coelomate: body cavity is a true coelom that develops within mesoderm ­ ­ Understand synapomorphies on the diagram… (evolutionary steps) ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­


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