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Week 1 and 2 Notes

by: Nausheen Zaman

Week 1 and 2 Notes BIO1500

Marketplace > Wayne State University > Biology > BIO1500 > Week 1 and 2 Notes
Nausheen Zaman
GPA 3.3
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I'm sorry for the wait, everyone! Here are notes for the first couple weeks of class :)
Basic Life Diversity
Dr. William Bradford
Class Notes
Biology, BIO1500, Branford, Sec 001




Popular in Basic Life Diversity

Popular in Biology

This 13 page Class Notes was uploaded by Nausheen Zaman on Monday January 18, 2016. The Class Notes belongs to BIO1500 at Wayne State University taught by Dr. William Bradford in Winter 2016. Since its upload, it has received 107 views. For similar materials see Basic Life Diversity in Biology at Wayne State University.


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Date Created: 01/18/16
    *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* Chapter 20: Genes Within  Populations  ● Genetic Variation and Evolution  ○ Genetic Variatio­ differences in alleles of genes found within individuals in a  population  ■ Usually raw materials for natural selection  ■ Alleles ­ one/more alternative states of a gene  ■ Genes ​­ basic unit of heredity; sequence of DNA nucleotides that code for  a specific protein, tRNA/rRNA OR regulate the transcription of a  sequence  ■ Population ­ any group of individuals of a single species (usually)  occupying an area at the same time  ■ Natural selectio​­ differential reproduction of genotypes caused by  environmental factors that lead to evolutionary changes in a species  ○ Evolution­ how an entity changes over time (developed by Darwin’s theory)  ■ ‘Descent with modification’ = original descriptor of evolution  ● Idea!  ○ As natural selection acts on organisms, they are better fit to adapt to changing  environments  ○ Those traits are passed down to offspring and EVOLUTION!  ● Many processes lead to evolutionary change  ○ Darwin was not the first!  ■ He proposed natural selection as a mechanism for evolution  ● Mechanism of evolution­ a method of a species going through  evolution  ○ Jean­Baptiste Lamarck  ■ Evolution by inheritance of acquired characteristics  ● A parent acquires a characteristic over its lifetime and passes it on  to his/her offspring and over time it becomes the norm  ■ This theory was made during a time where people weren’t aware of the  existence of genes      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!*   ■ *The only thing that is passed on is GENETIC change, not a physiological  change!*  ○ Darwin ­ natural selection/genetically­based variation leads to evolutionary  change  ■ Neck length of a giraffe is encoded in genetics  ■ Over time, it becomes a survival method and ends up becoming more  common within a population    ● Populations contain genetic variation  ○ Population genetics ­ study of properties of genes in a population  ○ A change in population’s genetic composition = GENETICS!  ○ Genetic variation­ raw material for selection   ■ In other words, variation must be present for selection to happen  ■ Rule of nature  ○ Anything driving evolution must be GENETICALLY passed on      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ● Polymorphic variation​­ more than one allele present in a population is greater in  frequency than any mutation alone  ○ Human blood groups  ■ >30 blood group genes in addition to the main ABO groups  ■ ⅓ of these genes are in alternative form  ○ You need many different alleles to be selective in alleles you want  ■ You need different types of apples in order to be able to select the ones  you really want  ○ In order to have different alleles…  ■ Different mutations need to form over time in a population to select  different alleles  ○ Think of lupines!  ● Hardy­Weinburg Principle/Equilibrium ­ A mathematical equation that states that  allele and genotype frequency remain constant in a random­mating population in the  absence of inbreeding, selection or other evolutionary forces  ○ In simpler terms, proportion of genotypes don’t change if the following occur:  ■ No mutations are actively occurring  ■ No genes are transferred to other populations through  immigration/emigration  ■ Random mating is occurring  ■ The population is very large (genetic drift)  ■ No natural selection is occurring  ○ Allele frequency​­ a measure of occurrence in an allele of a population  expressed as proportion of an ENTIRE population  ○ *No natural selection occurs with this principle*  ● Genetic variation is important for evolution to occur because…  ○ Produces a fitter population  ○ No genetic variation = no allele variation  ○ Gives rise to newer/more desirable traits overtime in a population  ● The 5 agents of Evolutionary Change:  1. Mutation  ○ Relatively low rate (genes mutate 1/100,000 per chain)  ○ Ultimate source of genetic variation  ■ Variation not usually driven by mutation (which is important when  encoding the gene)  ○ Makes evolution possible  2. Gene Flow​  ­ Movement of alleles between two populations that intermix with  each other  ○ Animals are PHYSICALLY moving into a new population  ○ Gametes ‘drift’ from one area to another  3. Non­random mating ​ ­ when the probability of two random individuals mating are  not the same for all potential pairings with said individuals (in other words,      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* completely random organisms are mating in a population without any outside  factors affecting their choice)  ○ Two types of non­random mating:  ■ Assortative mating​­ Phenotypically SIMILAR individuals mate  (i.e. both organisms have green eyes and carry the homozygous  allele for green eyes)  ● Increases chances of a HOMOZYGOUS population  ● Inbreeding is most common form of assortative mating  ■ Disassortative mating​­ Phenotypically DIFFERENT individuals  are mating (i.e. one organism has green eyes and the other has  hazel eyes, and both carry homo/heterozygous alleles for the trait)  ● Increases chances of a HETEROZYGOUS population  ○ Totally random mutations occur due to environmental circumstances  ■ Necessary for raw material that is used for natural selection  4. Genetic drif ­ How allele frequencies change very rapidly due to environmental  changes in small populations  ○ In small populations, often can change by chance alone  ○ Magnitude of genetic drift is negatively related to population size  ○ Founder effect­ when few organisms from the original population move  away and ‘find’ a new population elsewhere. The traits that were  prominent in the ‘founding’ population will not always be reminiscent of  the original, larger population  ■ Loss of certain alleles can occur in an isolated populations  ■ Some alleles can be lost/drastically changed from the ‘new’  population  ○ Bottleneck effect when a population is drastically reduced by disease,  hunting, natural disasters, etc. The alleles that are rarer in a population  are more likely to be lost, resulting in a loss of genetic variability as the  survivors are a completely random genetic sample of the original  population  ■ Elephant seals!  ■ Less variations = less factors and flexibility to choose from when  species is evolving (i.e. alleles that carry resistance to a disease)  5. Selection ­ Variability in the amount of progeny (offspring) individuals leave  behind, and this rate is affected by phenotype and behavior  ○ Artificial select​­ when individuals are chosen to mate together to  give rise to a preferred trait in a population (i.e. breeding farm animals for  better products)  ○ Natural selectio​­ random mating regardless of preferred alleles (more  genetic variation occurs that way)  ● 3 Condition for natural selection to occur and result in evolutionary changes  1. Variation in a population must exist      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* 2. Individual variation = differences in number of surviving offspring in the next  generation  3. Variation must be GENETICALLY inherited, not a gradual change in an individual  during its lifetime (i.e. Lamarck’s theory)  ● Natural selection is ONLY one of several processes that can result in evolution  ● Evolution = historical record/outcome of variation through time  ○ Populations become better adapted to their environment through evolution driven  by natural selection  ● Selection to avoid predators  ○ Pocket mice, fur color and environment  ■ Pocket mice with black fur are more likely to survive on lava rock than on  sand, and sand colored pocket mice can survive better on sand than on  lava rock  ● IMPORTANT: There can be different phenotypes present in a species, but if there is no  preference as far as survival goes, neither phenotype is under selective pressure  ○ Twins raised in different places can have the same genotype, but not the same  phenotype  ■ These physical changes are NOT passed down to offspring  ● Selection to match climatic (weather) changes  ○ Enzymes​  ­ proteins that are capable of speeding up chemical reactions by  lowering activation energy  ■ Allele frequencies vary with latitude (different enzymes work in different  temperatures, and some species that can survive in one area may not be  able to survive in an area higher/lower in altitude)  ■ Fish are a good example of this  ○ Simpler examples: body build, fur/no fur, behavior, etc.  ● Selection for pesticide resistance  ○ Mostly in insects and plants  ○ Houseflies have pesticide­resistant alleles (go figure)  ■ pen​ ­ decreases UPTAKE of insecticide by having more closed channels  ■ kdr/dld­ ­ decrease TARGET SITES for insecticide by having fewer  channels  ● Phenotypes + better fitness = higher frequency  ○ Fitness​ ­ Individuals with a certain phenotype leave more offspring behind than  individuals with an alternate phenotype  ○ More fit phenotype = more offspring  ○ Has many components  ■ Survival  ■ Sexual selection​­ more success in attracting mates  ■ # of offspring/mating  ■ Favored traits for one component might not be favored for another  ■ Selection favors phenotypes with a greater fitness  ● *Refer to ‘water­strider slides’*      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ● Evolutionary forces and their interactions  ○ The five mechanisms for evolution can either act for/against each other  ○ Theoretically if each generation had the same mutations of a gene, then the  mutation will happen (very rare)  ○ Selection is for a reason of fitness (nonrandom), drift is very random  ■ Selection usually overwhelms drift except in smaller populations  ■ Drift, however can decrease an allele favored by selection  ○ Gene flow can be one of two things:  ■ Constructive​­ Beneficial mutations are spread out to other populations  ■ Constraining​­ Adaptation impeded by inferior allee from other  populations  ● bent grass at copper mines is a good example of constraining  gene flow    Chapter 30: Seedless Plants  ● Origins of Land Plants  ○ A common ancestor for all green algae and land plants was traced as far back as  1 BYA  ○ A single species of freshwater green algae = entire terrestrial (land­inhabiting)  plant lineage  ○ Kingdom Viridiplantae ­ common kingdom for all plant species  ○ Green algae → two major clades (sections)  ■ Chlorophytes ­ never saw land  ■ Charophytes ­ related to all land plantes  ○ Land plant characteristics:  ■ Multicellular haploid/diploid stages  ■ Diploid embryo protection (usually)  ■ Smaller haploid stage (usually)      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!*   ● Adaptations to terrestrial life  ○ Protection frdessication​(drying out)  ■ Way cuticle(protective layer over leaves and stems​tomata  (microscopic openings for gaseous exchange within a plant)  ○ Tracheids (dead cells that taper at the ends and overlap one another in xylem)  used to move water  ■ Tracheophytes ­ plants that have tracheids that conduct water and food  throughout the plant  ● Xylem​ ­ tissue that transports water and solutes throughout plant  body  ● Phloem​ ­ tissue that transports mainly water in and out of the  plant body  ○ Mutations cause by UV radiation  ■ Shifts to dominant diploid generation (two copies of the same genetic  code can be used for backup if one gene is mutated)  ■ Haplodiplontic life cyc­ Diploid sporophytes → MEIOSIS →  haploid  spores → MITOSIS → multicellular, haploid gametophyte  ● Mitosis/Meiosis Review  ○ Ploidy ­ # of complete chromosome sets in a cell (haploid = 1 set/cell (n), diploid  = 2 sets/cell (2n), triploid = 3 sets/cell (3n), etc.)  ○ Mitosis­ Cells separated into two identical daughter cells with identical genetic  makeup  ■ ‘Photocopied cells’      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ○ Meiosis­ Cells separated into four haploid cells with different genetic makeup  ■ Important for genetic diversity  ○ Syngamy​ ­ fusion of 2 cells/nuclei during reproduction  ○ Diplontic cyc ­ reproductive cycle for diploid organisms  ■ *Refer ​‘Animal Life Cycslide*  ○ Sporophyte ­ Latin for ‘spore plant’, spore­producing plants  ○ Gametophyte ­ Latin for ‘gamete plant’, gamete­producing area of a plant  ■ *Refer tGeneral Plant Life Cyc​lide  ● Haplodiplontic Life Cycle  ○ A diploid generation can better survive UV radiation because organisms have two  copies of the same genes and there is a backup in case something is mutated  (better adaptation to mutations)  ○ Most plants exist in a haploid (gametophyte) state  ○ Phyte = plants  ○ Greater amount of variability in alleles for diploid organisms  ■ *Refer tslide 1in the Jan. 15 lecture slides*  ○ Most green multicellular plants are haplodiplontic, including multicellular algae  ○ Many brown, red and green algae are haplodiplontic  ○ Eggs/sperms depend on sporophyte  ○ ALL land plants = haplodiplontic  ■ Generation sizes may vary  ■ Mosses ­ large gametophytes, small/dependent sporophyte  ■ Angiosperms ­ small/dependent gametophytes, large sporophytes  ● Bryophytes  ○ Closest living relative to first land plants  ○ Nontracheophytes (lack tracheids) ­ have other conducting cells  ○ Have rhizoid (underground network of fibers that anchor the plant to the  ground)  ■ Mycorrhizal association(symbiotic relation between fungi and roots of  a plant) ­ important in increasing water uptake in early plants/bryophytes  ○ Myco ­ fungi  ○ Rhiz­ roots  ○ Simple, highly adapted to terrestrial environments  ○ 24,700 species in​lades(ancestor and all its descendants): Liverworts,  Mosses, Hornworts  ○ Dominant haploid gametophyte ­ conspicuous/photosynthetic  ○ Small (surface area and mass­wise) and dependent (attached to gametophyte for  nutrition) sporophyte  ○ Water required for sexual reproduction  ○ Mosses (Bryophyta)  ■ Gametophytes ­ small, leaflike structures around stem­like axis  ● Have no true leaves/vascular tissue  ● Have stomata on sporophyte capsule      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ● Most basal no additional characteristics) group  ■ Anchored to substrate by rhizoids  ■ Multicellular gametangia at the very tips of gametophytes  ● Archegonia ​­ female gametangia  ● Antheridia​­ male gametangia  ○ Sperm is flagellated, must swim in water  ■ As sporophyte develops, base is embedded into the gametophyte tissues  (nutritional source)  ○ Liverworts (Hepaticophyta)  ■ 20% → flattened gametophytes, liver­like lobes  ● Female gametangia formed in umbrella­shaped structures (they  look more like palm trees though)    ■ 80% → moss­like in appearance  ■ Undergo asexual reproduction  ● Gemmae​  ­ sexual cells in certain plants that are released from  gemmae cups  ■ Called liverworts because their leaves are liver­shaped (I don’t really see  it…)  ■ Some liverworts have photosynthetic cells that are fixed open (NOT  stomata)  ■ Have rhizoids      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!*   ○ Hornworts (Anthocerophyta)  ■ Unlike liverworts, they are photosynthetic and have stomata (sporophyte  only)  ● Think of mosses!  ● Sporophytes nutritionally dependent on the gametophyte tissues  ○ True for ALL bryophytes!  ■ Cells usually have a single large chloroplast  ● Tracheophytes (Vascular Plants)  ○ Include 7 extant phyla grouped into 3 clades  ■ Lycophytes (club mosses)  ■ Pterophytes (fern)  ■ Seed plants (gymnosperms, angiosperms)  ○ Characteristics  ■ Smaller gametophyte stage compared to a larger sporophyte stage during  evolution of this group  ■ Reduction of multicellular gametangia  ■ Have leaves, stems, stomata  ● Sperm can swim through water  ■ Xylem ­ Tissue that conducts water and minerals from roots → shoots  ■ Phloem ­ Tissue that conducts mainly sucrose and hormones throughout  the plant  ● This makes the plant grow taller  ● Developed during sporophyte stage  ■ Cuticles and stomata are in vascular plants  ■ Stems   ● Early fossil evidence suggests stems but NO LEAVES  ● Lack of extensive root systems limited early tracheophytes  ■ Roots      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ● Provide transport/support  ● Lycophytes diverged before ‘true roots’ evolved  ■ Leaves  ● This increased surface area for photosynthesis (the process  where glucose and CO2 are converted into oxygen and water via  sunlight and other chemical reactions)  ● Evolved two times!  ○ Euphylls (true leaves) ­ ferns/seed plants, have a single  vascular vein when it evolved from a stem with vascular  tissue  ○ Lycophylls ­ lycophytes, derived from branching stems of  vascular tissue later filled with photosynthetic tissue  ■ Why would vascular tissue be prevalent in the sporophyte, but not  the gametophyte generation? T​ he sporophyte generation in tracheids is  larger and dominant than the gametophyte generation, so it needs a  better support system to sustain itself  ● Club mosses (Lycophytes)  ○ Abundant in tropical areas  ○ Sister group of all vascular plants (ancient ancestor to the first vascular plants  that evolved)  ○ Characteristics:  ■ Lack seeds  ■ Resemble true mosses on a superficial level  ■ Dominant sporophyte (leafy stems, no more than 30 cm long), dependent  gametophyte  ● Pterophytes  ○ Phylogenetic relationships between between ferns and their relatives are still  being sorted out  ○ Ptero = ‘wings’ (think of pterodactyls ­ they have wings!)  ○ Characteristics  ■ All form anther/archegonia  ■ All require water for flagellated sperm  ○ Whisk ferns  ■ Found in tropical areas  ■ Sporophytes ­ evenly forking green stems without roots/true leaves  ■ Gametophytes ­ some form elements of vascular tissues (this is the only  gametophyte known to do this!)  ■ Believed that they lost leaves/roots when they diverged from the fern  lineage  ○ Horsetails  ■ Usually found in damp places, most less than a meter tall  ■ All 15 species homosporous​  (spores that ARE NOT differentiated by  sex)      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ■ Sporophyte ­ ribbed, jointed photosynthetic stems rising from  underground rhizomes with roots at nodes  ■ Silica deposits in cells gave them a hard grainy feel  ● Called ‘scouring rush’ as they were originally used by pioneers in  the West to scour pans  ○ Ferns  ■ Most abundant group of seedless vascular plants  ● ~11,000 species, 75% grow in tropical places  ■ Conspicuous sporophyte, even smaller gametophyte  ● Both are photosynthetic  ■ Life cycle  ● Different from a moss  ● Sporophyte structurally more complex with vascular tissue,  well­differentiated roots, stems and leaves  ○ More developed, independent and dominant than the  gametophyte  ○ Gametophyte lacks vascular tissue or another other  characteristic of the sporophyte  ● In the diploid gametophyte stage, antheridia swim towards  archegonia after receiving a chemical signal from the archegonia  ● Sporophytes have rhizomes  ● Fronds (leaves) develop from rhizome tip as ‘fiddleheads’ (tight  coils)  ○ Fun fact! Fiddleheads are considered a delicacy in several  cuisines, but some species contain secondary compounds  linked to stomach cancer  ● Sori ­ Distinct sporangia clusters found on frond underside  ● Diploid spore mother cells in sporangia → haploid spores (via  meiosis)  ● Spores → gametophytes (via germination)  ● ORGANISM OF THE DAY: Wild Mustard Plant (Brassica oleracea)  ○ This plant is where all our leafy green vegetables are derived from!  ■ Kale = leaves  ■ Broccoli = flower buds and stem  ■ Cauliflower = flower buds  ■ Brussel sprouts = lateral leaf buds  ■ Cabbage = terminal leaf bud  ○ CAL (cauliflower) and AP1 (Apetala1) gene mutation made regular flowers →  masses of arrested flower buds  ■ Both needed for transition to making flowers, arose through the  duplication of single ancestral gene in brassica group  ■ When absent ­ meristems continue to make branches, but flower  production is delayed      *NOTE: Please DO NOT return after purchase. Thank you!* ■ **Refer to slide 5 for the evolution of Cauliflower and Broccoli**  ○ Wild mustard still found along rocky coasts of Spain/Mediterranean region  ○ These vegetables were produced from artificial selection  ■ Large broccoli/cauliflower head = lots of vegetable material     


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