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

chapter 18,19,20 and 22

by: ovraiti steven

chapter 18,19,20 and 22 BIOL 106

ovraiti steven
Minnesota State University, Mankato
View Full Document for 0 Karma

View Full Document


Unlock These Notes for FREE

Enter your email below and we will instantly email you these Notes for General Biology II

(Limited time offer)

Unlock Notes

Already have a StudySoup account? Login here

Unlock FREE Class Notes

Enter your email below to receive General Biology II notes

Everyone needs better class notes. Enter your email and we will send you notes for this class for free.

Unlock FREE notes

About this Document

contains images and examples that will stimulate understanding might be updated as I study
General Biology II
Dr. Matthew Kaproth
Class Notes




Popular in General Biology II

Popular in Biology

This 65 page Class Notes was uploaded by ovraiti steven on Sunday October 9, 2016. The Class Notes belongs to BIOL 106 at Minnesota State University - Mankato taught by Dr. Matthew Kaproth in Fall 2016. Since its upload, it has received 26 views. For similar materials see General Biology II in Biology at Minnesota State University - Mankato.

Similar to BIOL 106 at Minnesota State University, Mankato


Reviews for chapter 18,19,20 and 22


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: 10/09/16
BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  1 CHAPTER 18: Evolution "Nothing in biology makes sense except in the light of evolution." Theodosius Dobzhansky IMPORTANT NOTE on Darwin’s so­called “Theory of Evolution” Evolution itself is NOT the theory. Evolution was already accepted by many scientists before Darwin. How evolution occurred was not understood before Darwin. Darwin’s and Wallace’s contribution correctly stated: “the theory of evolution by natural selection” The mechanism for evolution, Natural Selection, is the theory. Definitions of evolution “Through time, species accumulate differences; as a result, descendants differ from their  ancestors.  In this way, new species arise from existing ones.”  Darwin, quoted in text on p. 397.  A heritable change in one or more characteristics of a population or species over many  generation. Passed down through different generation (dictated by genetics), it’s not for an  individual it has to be in a population or species.  (evolved through populations =evolution) Definition of population A group of individuals of one species that live in the same geographic area at the same time. 20.1  Genetic Variation and Evolution Pre­Darwinian Concepts Leonardo da Vinci (1452­1519)  Examined fossils and anatomy:people looked at fossils a really long time ago and they  tried to figure out what organism they belonged to and they came up with a lot of questions. . . , George Louis LeClerc, Comte de Buffon (1749­1788)  Founder of what became the Museum of Natural History, France: He re­introduced the  ideas about the evolution of animal’s population, even when the environments are similar. it was  also accepted that there were extinct species. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  2 Jean Baptiste de Lamarck (1744­1829): He published a book that detailed a mechanism for evolutionary change. He proposed that complex organisms are descended from less complex organism. Inheritance of Acquired Characteristics: Organisms can adopt changes during its life time. (i.e. Expansion of ear lobe, foot binding etc.). Therefore, these traits are being passed on to their offspring. modifications in an individual are caused by its environment, or the use or disuse of a structure during its lifetime, could be inherited by its offspring and thus bring about change in a species Georges Cuvier (1769­1832) Comparative anatomy – foundation for ideas that species were related, yet distinct, and  could go EXTINCT, he looked at the anatomy of fossils and tried to figure if it was related to  what had been seen before or not. Suggested that the earth was 6,000 years old and that only  catastrophic events had changed its geological structure. Stretching to eat (configuring its neck) Give rise to an offspring with a configured neck   3 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Charles Darwin (1809­1882) He was only 22 when he accepted the position of naturalist abroad the  HMS beagle, a British naval ship about to sail around the world. The voyage was supposed to take two  years but it took five. Along the way, Darwin had the chance to collect and observe variety of life, many  of which were different from those in his native England. His major mission was to expand the navy’s  knowledge of natural resources (e.g., water and food) in foreign lands. By the time the trip was over,  Darwin made observations that eventually led him to formulate the process by which life evolves over  time in response to change in the environment.                                                                                                … Darwin was particularly affected by observations made on Galapagos Islands 13 principal islands and many small ones 950 km off the coast of Equator Darwin’s two important observations 1. Animals and plants on islands were similar to those of the South American mainland 2. Animals actually varied from island to island Sailors were able to identify which island tortoises they captured for food had come from He postulated that the beak of an ancestral Species had adapted over time to equip the finches to acquire different food sources  Darwin called this mechanism natural selection. Prevalent thinkers and ideas in Darwin’s time Thomas Malthus (English clergyman and economist – 1798)  discussed this principle in relation to  human populations: proposed that death and famine are inevitable because human population tends to increase faster than  the supply of food. Charles Lyell (Geologist – 1830) – superposition and fossils : Lyell’s ideas were influential on Darwin’s thinking: Lyell’s notion of the greater age of Earth gave more time for gradual change in species, and the process of change provided an analogy for gradual change in species. Charles  Lyell suggested that changes in the Earth are directly caused by recurring events. For example, he suggested that  geological process such as erosion existed in the past and happened at the same gradual rate as they do now. Artificial Selection: organisms could be altered in a heritable way by selection. The “struggle for existence.”: Because each generation has the same reproductive potential as  previous generation there is a constant struggle for existence. GENES WITHIN POPULATIONS Darwin did not understand the mechanism by which characters or  traits are passed from generation to generation although he did understand that variation among  individuals within populations for certain traits was essential to his theory of natural selection. All of the  alleles for each member of the population makes a gene pool each member of a population receives its  BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  4 gene from its parents, which, in turn, are members of the gene pool. Individuals that reproduce contribute  to the gene pool of the next generation. Modern Synthesis;  describes how evolutionary processes, such as natural selection, can affect a population’s genetic  makeup, and, in turn, how this can result in the gradual evolution of populations and species.  How successful traits were transferred was not understood in Darwin's time Gregor Mendel's work was "forgotten" until the early 20th century In the 1940s Darwin's theory and Mendel's principles were combined:  the coherent understanding of  the relationship between natural selection and genetics that took shape and is generally accepted today. Populations contain ample genetic variation to undergo selection  Natural selection can only take place if there is variation, or differences, among individuals in a  population. Importantly, these differences must have some genetic basis; otherwise, the selection will not lead to change in the  next generation. This is critical because variation among individuals can be caused by non­genetic reasons such as an  individual being taller because of better nutrition rather than different genes. Genetic diversity in a population comes from two  main mechanisms: mutation and sexual reproduction. Natural Selection: 1. Individuals in a population vary in traits. 2. Traits can be heritable. Can be passed on to offspring 3. Species with certain traits can survive and reproduce at higher rates than those without those  traits. • Individuals do not evolve! Only populations do! • Natural selection acts on individuals and leads to adaptive evolution What examples of natural selection can you think of? # Every time you go to the doctor you get an antibiotic giving to you in full dosage so as to kill the  bacteria in your body completely. #The rich becomes richer and the poor becomes poorer BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  5 How is artificial selection different than natural selection? Natural selection is when the traits that make an organism survive and reproduce better in their  environment become more common. An example of natural selection would be light moths changing to  dark­colored moths to adapt to their environment. Like the tree barks they live on turning black, they too  would turn dark­colored for better survival and an advantage to hide from predators.  Artificial selection is intentional breeding for certain traits. breeding a homozygous dominant trait healthy cow with a recessive healthy cow to get a healthy cow. Bad example but idea represented. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  6 Chapter 19 – Evolution of Populations Review/Learn terminology Gene – a unit of heredity that is transferred from a parent to offspring and is held to determine some  characteristic of the offspring Chromosome – a threadlike structure of nucleic acids and protein found in the nucleus of most living  cells, carrying genetic information in the form of genes . How many sets of homologous chromosomes do many plants and most animals have? —23pair? No  there is a wide range for different species Dogs=39 pairs (canis lupus)  rats=46 pairs Mosquito=3 pairs Some type of Fish=52 pairs Black bear= 37 pairs Fruit fly=4 pair Jumper ant=1 pair  Me and you=23 pairs Does the number of chromosomes differ according to species? ­­­all canis lupus (dog) have the same pair  of chromosomes Horses and donkeys are different species and they produce a mule....they have different numbers of  chromosomes and their offspring cannot breed with another donkey …so it’s not a viable specie  What is the “origin” of the sets of chromosomes? –  Locus (pl. loci) – specific site of a gene on a chromosom (location of genes) Allele – gene variations that arise by mutation and exist at the same relative locations on homologous chromosomes Dominant allele;  trait which confers the same physical appearance whether an individual has two copies of the trait or one copy of the dominant trait and one copy of the recessive trait (capitalized) Recessive allele;  an allele that produces its characteristic phenotype only when its paired allele is  identical Homozygous dominant condition ; 2 dominant  BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  7 Homozygous recessive condition ; 2 recessive Heterozygous condition ; having two different alleles for a given gene on the homologous chromosome Genotype –  underlying genetic makeup, consisting of both physically visible and non­expressed alleles, of an  organism­­­­genotype (gene­type) Phenotype –  observable traits expressed by an organism (physical­type) Gene pool –  the sum of all the alleles in a population Frequency –  allele frequency (or gene frequency) is the rate at which a specific allele appears within a population BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  8 Changes in Allele Frequency;  A change in this frequency over time would constitute evolution in the population. The allele frequency within a given population can change depending on environmental factors; therefore,  certain alleles become more widespread than others during the process of natural selection. The Hardy­Weinberg Principle allows predictions of allele and genotype frequencies Godfrey Hardy, an English mathematician & Wilhelm Weinberg, a German physician came up with it  independently in 1908.  stated that a population’s allele and genotype frequencies are inherently stable—unless some  kind of evolutionary force is acting upon the population, neither the allele nor the genotypic frequencies would change. Genetic equilibrium (Hardy­Weinberg equilibrium) occurs if FIVE assumptions/criteria/ conditions are  met. There are no evolutionary forces acting upon it—generation after generation would have the same gene pool and genetic  structure, and these equations would all hold true all of the time 1. No new mutations. ­ no alteration of genes or new genes formed 2. No migration. ­ no organisms are coming in or leaving 3. Random mating. – no preference of mating ­no artificial selection 4. Large population size. ­genes are less likely to be lost in a large population 5. No natural selection. – nothing like survival of the fittest  Two equations p + q = 1: all the p alleles and all the q alleles make up all of the alleles for that locus that are found in the population p2 + 2pq + q2= 1: the frequency of pp individuals is simpl2; the frequency of pq individuals is 2pq; and the frequency of qq individuals is2q if the parent’s frequency is the same as the offspring’s then you have genetic equilibrium (no evolution) BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  9 What does it mean when we say genetic equilibrium is not common in nature? ­We don’t see it in every  species and evolution is occurring!!! Hardy­Weinberg predictions can be applied to data to find evidence of evolutionary processes 10 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Five Agents of Evolutionary Change  If the frequencies of alleles or genotypes deviate from the value expected from the Hardy­Weinberg equation, then the population is evolving. When one or more of the five Hardy­Weinberg assumptions (criteria/conditions) are NOT met, small  changes in genotype and/or allele frequencies occur from generation to generation in a population.  Study  hint: compare the following five agents of change to the five H­W criteria to see how they’re related. What does it mean when we say genetic equilibrium is not common in nature? ­We don’t see it in every  species and evolution is occurring (1) Mutation (the least important agent) changes alleles from A to a or vice versa.   Species evolve because of the accumulation of mutations that occur over time. The appearance of new mutations is  the most common way to introduce novel genotypic and phenotypic variance. Some mutations are unfavorable or  harmful and are quickly eliminated from the population by natural selection. Others are beneficial and will spread  through the population. Whether or not a mutation is beneficial or harmful is determined by whether it helps an  organism survive to sexual maturity and reproduce. Some mutations do not do anything and can linger, unaffected by  natural selection, in the genome. Some can have a dramatic effect on a gene and the resulting phenotype. (2)  Gene Flow (migration )occurs when alleles move from one population to another While some  populations are fairly stable, others experience more flux. Many plants, for example, send their pollen far  and wide, by wind or by bird, to pollinate other populations of the same species some distance away.  Even a population that may initially appear to be stable, such as a pride of lions, can experience its fair  share of immigration and emigration as developing males leave their mothers to seek out a new pride with genetically unrelated females. This variable flow of individuals in and out of the group not only changes  the gene structure of the population, but it can also introduce new genetic variation to populations in  different geological locations and habitats.  (3)  Nonrandom mating shifts genotype frequencies ­because of patters about sexual selection. One  reason is simple mate choice; for example, female peahens may prefer peacocks with bigger, brighter  tails. Traits that lead to more mating for an individual become selected for by natural selection. Another  cause of nonrandom mating is physical location. This is especially true in large populations spread over  large geographic distances where not all individuals will have equal access to one another. Some might be miles apart through woods or over rough terrain, while others might live immediately nearby Assortative mating ;is an individual’s preference to mate with partners who are phenotypically  similar to themselves. Assorting by similarity. Disassortative mating;  mating of individuals having traits more dissimilar than  likely in random  mating.The mating of two individuals with dissimilar phenotypes . 11 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Inbreeding; breed from closely related people or animals, especially over many generations. The  mating of closely related individuals, which can have the undesirable effect of bringing together  deleterious recessive mutations that can cause abnormalities and susceptibility to disease. Inbreeding depression;  the reduced biological fitness in a given population as a result of  inbreeding, or breeding of related individuals. If a family of carriers begins to interbreed with each other,  this will dramatically increase the likelihood of two carriers mating and eventually producing diseased  offspring (4)  Genetic Drift may alter allele frequencies in small populations (see p. 39 in this outline). (Allele  frequency “drift “over time)  simply the effect of chance. By chance, some individuals will have more offspring than  others—not due to an advantage conferred by some genetically­encoded trait, but just because one male happened to be in  the right place at the right time (when the receptive female walked by) or because the other one happened to be in the  wrong place at the wrong time (when a fox was hunting). Founder effect;  An event that initiates an allele frequency change an isolated part of the population, which is  not typical of the original population. Small subset of the original population. Bottleneck effect: Genetic drift can also be magnified by natural events, such as a natural disaster  that kills—at random—a large portion of the population. Known as the bottleneck effect, it results in a  large portion of the genome suddenly being wiped out In one fell swoop, the genetic structure of the  survivors becomes the genetic structure of the entire population, which may be very different from the  pre­disaster population . BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  12  (5)  Selection (by far, the most important agent!) Selection  favors some genotypes over others some individuals possess more favorable phenotypes compared to others. The phenotypes in turn are  controlled by the individual’s genotype.  note: natural selection itself is not evolution, it is a key mechanism that causes evolution to happen­ (evolution occurs through natural selection) Quantifying Natural Selection  [Fitness and Its Measurement] What do you describe as fitness? Fitness is the measure of reproductive success. An extremely fertile individual may have a higher  fitness than a less fertile individual that appears more that appears more physically fit. *Fitness is the ability to compete for necessary resources *Do necessary task *Get food and shelter *reproduction BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  13 Traits are associated (or trade­off) and may influence fitness.  Although an animal can adapt to its environment, it cannot maximize every trait. A trade­off, then, is  when an organism increases their proficiency in one area at the sake of another trait. Natural Selection’s Role in Maintaining Variation: Frequency dependent selection: is the term given to an evolutionary process where the fitness of a  phenotype depends on its frequency relative to other phenotypes in a given population  favors  phenotypes that are either common (positive frequency­dependent selection) or rare (negative  frequency­dependent selection)  Negative frequency­dependent selection: Negative frequency­dependent selection serves to  increase the population’s genetic variance by selecting for rare phenotypes Positive frequency­dependent selection: positive frequency­dependent selection usually decreases  genetic variance by selecting for common phenotypes. In oscillating selection, the favored phenotype changes as the environment changes:  Selection  favors one phenotype at one time and another phenotype at another, changing as the environment changes.  In some cases, Heterozygotes may exhibit greater fitness than homozygotes (heterozygote advantage).  Only the expressed alleles are subject to natural selection. The heterozygote organism protects the  recessive alleles that according to natural selection, should have been eliminated from the gene pool. But  because the heterozygote remains in the genepool, it then becomes possible for the homozygote which  might have greater fitness in changing environment. Therefore, natural selection favors the ratio of two or more phenotypes e.g. the orange, blue, and yellow above. (check if it’s a good example) if not stick with  the example below. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  14 In regions where malaria is rampant, individuals with the heterozygous state have a distinct  advantage, those with the sickle cell trait can resist malaria. The parasite that lives in and destroys  the red blood cell that causes malaria can’t live in the red blood cell of a heterozygote of a sickle cell patient because the infection of malaria causes the red blood cell to become sickle­shaped red blood  cell lose potassium, and this causes the parasite to die. if they have homozygous recessive, they  could die from sickle cell anemia. SO….  normal phenotype(AA)=dies due to malaria infection Carrier of sickle cell disease(As)=lives due to protection from both sickle cell and malaria. Sickle cell disease(ss)=dies due to sickle cell disease BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  15 How Selection Acts on Traits affected by Multiple Genes  Normal distribution (population in absence of selective pressure for comparison) Disruptive selection or diversifying:  Sometimes two or more distinct phenotypes can each have  their advantages and be selected for by natural selection, while the intermediate phenotypes are, on  average, less fit. Known as diversifying selection. this is seen in many populations of animals that have  multiple male forms. Large, dominant alpha males obtain mates by brute force, while small males can  sneak in for furtive copulations with the females in an alpha male’s territory. In this case, both the alpha  males and the “sneaking” males will be selected for, but medium­sized males, which can’t overtake the  alpha males and are too big to sneak copulations, are selected against. Diversifying selection can also  occur when environmental changes favor individuals on either end of the phenotypic spectrum. Imagine a population of mice living at the beach where there is light­colored sand interspersed with patches of tall  grass. In this scenario, light­colored mice that blend in with the sand would be favored, as well as dark­ colored mice that can hide in the grass. Medium­colored mice, on the other hand, would not blend in with either the grass or the sand, and would thus be more likely to be eaten by predators. The result of this type of selection is increased genetic variance as the population becomes more diverse. Disruptive selection,  also called diversifying selection, describes changes in population genetics in which extreme values for a trait are favored over intermediate values. In this case, the variance of the trait increases and the  population is divided into two distinct groups.     Directional selection; When the environment changes, populations will often undergo  directional selection. which selects for phenotypes at one end of the spectrum of existing variation. A  classic example of this type of selection is the evolution of the peppered moth in eighteenth­ and  nineteenth­century England. Prior to the Industrial Revolution, the moths were BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  16 predominately light in color, which allowed them to blend in with the light­colored trees and lichens in  their environment.But as soot began spewing from factories, the trees became darkened, and the light­ colored moths became easier for predatory birds to spot. Over time, the frequency of the melanic form of the moth increased because they  had a higher survival rate in habitats affected by air pollution because their darker coloration blended with the sooty  trees. Similarly, the hypothetical mouse population may evolve to take on a different coloration if something were to  cause the forest floor where they live to change color. The result of this type of selection is a shift in the population’s genetic  variance toward the new, fit phenotype. Stabilizing selection; If natural selection favors an average phenotype, selecting against extreme  variation, the population will undergo stabilizing Selection. In a population of mice that live in the woods, for example, natural selection is likely to favor individuals that best blend in with the forest floor and are less likely to be spotted by predators. Assuming the ground is a fairly consistent shade of brown, those mice whose fur is most closely matched to that color will be most  likely to survive and reproduce, passing on their genes for their brown coat. Mice that carry alleles that make them a bit  lighter or a bit darker will stand out against the ground and be more likely to fall victim to predation. As a result of this  selection, the population’s genetic variance will decrease.                                         Robins typically lays four eggs, an example of stabilizing selection. Larger clutches may result in  malnourished chicks, while smaller clutches may result in no viable offspring BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  17       Ecotype: describes a genetically distinct geographic variety, population or race within a species, which is  adapted to specific environmental conditions. Interactions among “Agents of Evolutionary Change” Mutation and genetic drift may reduce effects of natural selection Gene flow may promote or constrain evolutionary change BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  32 THE EVIDENCE FOR EVOLUTION The Beaks of Darwin’s Finches: Evidence of Natural Selection Galapagos finches exhibit variation related to food gathering Darwin observed species of organisms on different islands that were clearly similar, yet had Distinct  differences. For example, the ground finches inhabiting the Galapagos Islands comprised several species  with a unique beak shape. The species on the islands had a graded series of beak sizes and shapes with  very Small differences between the most similar. He observed that these finches closely resembled another  finch species on the Mainland of South America. Darwin imagined that the island species might be species modified from one of the original Mainland species. Upon further study, he realized that the varied beaks of each finch helped the birds  acquire a specific Type of food. For example, seed­eating finches had stronger, thicker beaks for breaking seeds, and insect­ eating finches had Spear­like beaks for stabbing their prey. Peppered Moths and Industrial Melanism: (looking back at directional selection example) the moths  were predominately light in color, which allowed them to blend in with the light­colored trees and lichens in their environment. But as soot began spewing from factories, the trees became darkened, and the light­ colored moths became easier for predatory birds to spot. Over time, the frequency of the melanic form of  the moth increased because they had a higher survival rate in habitats affected by air pollution because their darker coloration blended with the sooty  tree. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  33 Artificial Selection: Human­Initiated Change: * all the different dogs are from one species canis lupus BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  34 Fossil Evidence of Evolution  Fossils provide solid evidence that organisms from the past are not the same as those found today, and  fossils show a progression of evolution. Scientists determine the age of fossils and categorize them from  all over the world to determine when the organisms lived relative to each other. The resulting fossil  record tells the story of the past and shows the evolution of form over millions of years’ scientists have  recovered highly detailed records showing the evolution of humans and horses. The whale flipper shares a similar morphology to appendages of birds and mammals. indicating that these species share a common  ancestor. There are different ways fossils are formed…we can just have a bunch of tissues laid in the mud and  pigments can still be gotten from it. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  35 Kinds of fossils: Impressions – organisms or parts of organisms are pressed into clay surfaces.     I’m impressed!! Petrified wood – logs are buried in wet places; their cells are infiltrated by water containing  dissolved minerals.  Minerals gradually harden and replace the cells.    Amber – insects or other bits and pieces are trapped within sticky pine sap, which is then  fossilized. whole organism being captured. DNA can be gotten from the organisms to get  their molecular information. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  36   Cast fossils – like making sculpture or machine parts in a foundary.  Organisms are buried in  clay, rot away, and leave a hollow mold.  Water and minerals flow in, harden; the mold  breaks away. You can also get the imprint of organism; we don’t have anything about their  DNA or their molecular information odder than their outside structure. Footprints – indirect evidence of body sizes and rates of motion. The age of fossils can be estimated. 37 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Steno’s law of superposition:  at the time when any given stratum was being formed, all the matter  resting upon it was fluid, and, therefore, at the time when the lower stratum was being formed, none of the upper  strata existed; the older the rocks the deeper they are or there’s more stuff onto them th 1600n 17  century Sharp teeth He figured out they were petrified Isotopic decay [Radioactive decay]:  A common way to estimate the ages of fossil is by analyzing the decay of  radioisotopes within the accompanying rock. Elements may be found in multiple form called isotopes that differ in the  number of neutrons they contain. Radioisotope is an unstable isotope of an element that decays spontaneously.   half­life of isotope. Elements are stable if they are balance in their electronic protons. If there is an  unbalanced atom, it will slowly breakdown at a predictable rate of it half­life and because of that, you can take samples of minerals that are nearer or father of the fossil and figure out how long it’s been there. Fossils present a history of evolutionary change Transitional Forms: The evolution of horses is a prime example of evidence from fossils;  extinct species of the genus Equus  reveals that these ancient species resembled the modern horse (Equus ferus) but varied in size. The fossil record of horses supports the theory of descent with modification. Forelimb fossils are similar  to one another, but show changes over time from the earliest horse ancestors to modern­day horses, as  species diverged from s common the fossil record we can observe over time a reduction in toe  number, as the central toe became dominant, allowing horses to move more rapidly in new prairie­like  environments BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  38   Anatomical Evidence for Evolution  Homologous characters (homology) Another type of evidence for evolution is the presence of  structures in organisms that share the same basic form. For example, the bones in the appendages of a  human, dog, bird, and whale all share the same overall construction resulting from their origin in the  appendages of a common ancestor. Over time, evolution led to changes in the shapes and sizes of these  bones in different species, but they have maintained the same overall layout. Scientists call these  synonymous parts homologous structures. Homology: functions may not be the same, but they are similar in structure Analogy:  similarity of function and superficial resemblance of structures that have different  originssimilar to something else and has different structures. BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  39 Vestigial structures/characters; Some structures exist in organisms that have no apparent function  at all, and appear to be residual parts from a past common ancestor. These unused structures without  function are called vestigial structures. Other examples of vestigial structures are wings on flightless  birds, leaves on some cacti, and hind leg bones in whales . 40 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________                                                                                                                   Convergent Evolution; Another evidence of evolution is the convergence of form in which two different species from different linages have independently evolved similar characteristics because they occupy  BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  41 similar enviroments.. For example, species of unrelated animals, such as the arctic fox and ptarmigan,  living in the arctic region have been selected for seasonal white phenotypes during winter to blend with  the snow and ice (Figure 18.8ab). These similarities occur not because of common ancestry, but because  of similar selection pressures—the benefits of not being seen by predators. Convergent evolution can lead us to believe that certain groups of organisms are more closely­related  than they actually are.  Using convergent characters to establish relationships among organisms is a form  of “homoplasy.”  Today we explored the convergent morphologies and relationships of animals that eat  ants. THE ORIGIN OF SPECIES (covered in part in chapters 18/19) The Nature of Species and Different Species Concepts What is a species? # A species is a group of individual organisms that interbreed and produce fertile,  BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  42 viable offspring. According to this definition, one species is distinguished from another when, in nature, it is not possible for mattings between individuals from each species to produce fertile offspring. How do species remain distinct from one another?; Members of the same species share both external and internal characteristics, which develop from their  DNA. The closer relationship two organisms share, the more DNA they have in common, just like people  and their families. People’s DNA is likely to be more like their father or mother’s DNA than their cousin  or grandparent’s DNA. Organisms of the same species have the highest level of DNA alignment and  therefore share characteristics and behaviors that lead to successful reproduction. Species’ appearance can be misleading in suggesting an ability or inability to mate. For example, even though domestic dogs  (Canis lupus familiaris) display phenotypic differences, such as size, build, and coat, most dogs can  interbreed and produce viable puppies that can mature and sexually reproduce 1.Horses and donkeys are different species and they produce a mule.... they have different numbers of  chromosomes and their offspring cannot breed with another donkey …so it’s not a viable specie 2. different locations  Terms: Sympatric: Two population together but not the same or interbreeding   Is it that they make the choice not to mate or if they try to mate it won’t work? ­ Both could happen. It could be behavior or mechanical BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  43 Allopatric: species live in different areas. Could interbred Allopatric speciation (allo­ = "other"; ­patric = "homeland") involves geographic separation of populations  from a parent species and subsequent evolution . A geographically continuous population has a gene pool  that is relatively homogeneous. Gene flow is relatively free because individuals can move and then mate  with individuals in their new location. Thus, the frequency of an allele at one end of a distribution will be  similar to the frequency of the allele at the other end. When populations become geographically  discontinuous, that free­flow of alleles is prevented. When that separation lasts for a period of time, the  two populations are able to evolve along different trajectories. Thus, their allele frequencies at numerous  genetic loci gradually become more and more different as new alleles independently arise by mutation in  each population. Typically, environmental conditions, such as climate, resources, predators, and  competitors for the two populations will differ causing natural selection to favor divergent adaptations in  each group. Isolation of populations leading to allopatric speciation can occur in a variety of ways: a river forming a new branch, erosion forming a new valley, a group of organisms traveling to a new location  without the ability to return, or seeds floating over the ocean to an island. The nature of the geographic  separation necessary to isolate populations depends entirely on the biology of the organism and its  potential for dispersal. If two flying insect populations took up residence in separate nearby valleys,  chances are, individuals from each population would fly back and forth continuing gene flow. However,  if two rodent populations became divided by the formation of a new lake, continued gene flow would be  unlikely; therefore, speciation would be more likely . BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  44 Sympatric species inhabit the same area but remain distinct Populations of a species exhibit geographic variation (the populations usually are allopatric) If the groups are sufficiently “different “they may be considered subspecies or varieties Colder term  “races” SPECIES CONCEPTS (1)  Morphological Species Concept – our first and “longest running” concept. If populations differ in a number of physical characters they belong to different species. People would just look at population to see if they differ in physical characteristics. The morphological  species concept groups species according to morphological similarities and ignores other differences such as DNA or inability to reproduce between individuals. The morphological species concept stems from the morphology, which is the study of the physical aspects of an organism and their arrangement. Problems with this species concept: if you start having integration of traits what becomes  a species then? And in some cases members of the same species can look very similar     (2)  Biological Species Concept – Ernst Mayr (1940s) One or more populations whose members interbreed with each other to produce fertile offspring  BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  45 and do NOT interbreed with members of other populations. The biological species concept  defines a species as members of populations that actually or potentially interbreed in nature, not  according to similarity of appearance. Although appearance is helpful in identifying species, it  does not define species Problems with this species concept: (3)  Ecological species concept Species are defined by the ecological niches they fill. what does that mean?­Unique sets  of habitat resources that a species requires, as well as its influence on the environment and other species.  if you have species that have different niche and they end up interbreeding with another species with a  different niche and they have a hybrid it might not have fitness and would not be suited for any kind of  environment. The hybrid will have lower fitness than its parent Useful in distinguishing bacterial or another species that do not reproduce sexually. (4)  Phylogenetic species concept Species are defined by shared derived characters. A phylogeny is a family tree or the idea of what species came free.  a species is a “tip” on a phylogeny, that is, the smallest set of  organisms that share an ancestor and can be distinguished from other such sets. Under  this definition, a ring species is a single species that encompasses a lot of phenotypic  variation. A phylogenetic or cladistics species (PSC) is an evolutionarily divergent  lineage—a lineage that has maintained its hereditary integrity with respect to other  lineages through both time and space At some point in the evolution of such a group,  members may diverge from one another: when such a divergence becomes sufficiently  clear, the two populations are regarded as separate species.  This category of species  definition differs from evolutionary species in that the parent of the phylogenetic species  goes extinct taxonomically when a new species evolves; the mother and daughter  populations now forming two new species. subspecies as such are not recognized under  this definition; either a population is a phylogenetic species or it is not taxonomically  distinguishable. We will focus on the Biological Species Concept, which works well for most animals and many other  organisms that reproduce sexually.  The concept relies on reproductive isolation. 46 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  REPRODUCTIVE ISOLATION (See Chapters 18/19);  the ability to interbreed, of the two populations      Prezygotic isolating mechanisms prevent the formation of zygotes;  prezygotic barrier is a mechanism  that blocks reproduction from taking place; this includes barriers that prevent fertilization when organisms attempt  reproduction Birds that are noctoriol or      they are not going to be interacting with one another Geographic isolation;  Geographic isolation is a term that refers to a population of animals, plants, or  other organisms that are separated from exchanging genetic material with other organisms of the same species.  Typically, geographic isolation is the result of an accident or coincidence. Ecological isolation; has to do with niche where they are living what place occupy they don’t  occupy the same environment in the way they could interact.  ) Ecological isolation. Individuals mate in their  preferred habitat, and therefore do not meet individuals of other species with different ecological preferences    Behavioral isolation;  Behavioral isolation occurs when the presence or absence of a specific behavior  prevents reproduction from taking place. For example, male fireflies use specific light patterns to attract females.  Various species of fireflies display their lights differently. If a male of one species tried to attract the female of  another, she would not recognize the light pattern and would not mate with the male.  Two birds singing off­key (become less attractive due to poor  47 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  musical talent) Temporal isolation;  Differences in breeding schedules. Temporal isolation means 'isolated in time', so  this is a mechanism that prevents species from mating because they breed at different times. These differences can  be time of day, season, or even different years. Individuals of different species do not mate because they are active  at different times of day or in different seasons. American toad and the Fowler's toad. These are closely related  species, but the American toad mates in the early part of summer, while the Fowler's toad mates later in the season. Mechanical isolation;  The mechanisms of reproductive isolation or hybridization barriers are a collection of mechanisms, behaviors and physiological processes that prevent the members of two different species that cross  or mate from producing offspring, or which ensure that any offspring that may be produced are sterile Prevention of gamete fusion;  Other prezygotic barriers work when differences in their gamete cells  (eggs and sperm) prevent fertilization from taking place; this is called a gametic barrier. Similarly, in some cases  closely related organisms try to mate, but their reproductive structures simply do not fit together. For example,  damselfly males of different species have differently shaped reproductive organs. If one species tries to mate with  the female of another, their body parts simply do not fit together. Postzygotic isolating mechanisms allow zygotes to form but prevent or inhibit their normal  development into reproducing adults. organisms don’t survive the embryonic stage and those that are born  sterile Hybrid embryos don’t develop properly­ 48 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Hybrid adults don’t survive to reproduce in nature Hybrid adults are sterile or partially sterile­for example the mule, which is sterile, is produced  from a cross a cross between a male donkey and a female horse Reproductive isolation often isn’t perfect!  . . . especially where populations are “differentiating.” Formation of hybrid zones;  After speciation, two species may recombine or even continue interacting  indefinitely. Individual organisms will mate with any nearby individual who they are capable of breeding  with. An area where two closely related species continue to interact and reproduce, forming hybrids, is  called a hybrid zone; e. Over time, the hybrid zone may change depending on the fitness of the hybrids and  the reproductive barriers (Figure 18.22). If the hybrids are less fit than the parents, reinforcement of  speciation occurs, and the species continue to diverge until they can no longer mate and produce viable  offspring. If reproductive barriers weaken, fusion occurs and the two species become one. Barriers remain  the same if hybrids are fit and reproductive: stability may occur and hybridization continue Natural Selection can help keep populations of two sympatric species distinct Reinforcement;   When two populations which have been kept apart, come back into contact, the  reproductive isolation between them might be complete or incomplete. Gene flow may counter speciation The Role of Genetic Drift and Natural Selection in Speciation See p. 32 of this outline. The Geography of Speciation Allopatric speciation takes place when populations are geographically isolated 49 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Sympatric speciation occurs without geographic separation Allopolyploidy in plants (Handout will be provided);;  One form of sympatric speciation can  begin with a serious chromosomal error during cell division. In a normal cell division event chromosomes replicate,  pair up, and then separate so that each new cell has the same number of chromosomes. However, sometimes the  pairs separate and the end cell product has too many or too few individual chromosomes in a condition called  aneuploidy Adaptive Radiation and Biological Diversity In some cases, a population of one species disperses throughout an area, and each finds a distinct niche or isolated  habitat. Over time, the varied demands of their new lifestyles lead to multiple speciation events originating from a  single species. This is called adaptive radiation because many adaptations evolve from a single point of origin; thus,  causing the species to radiate into several new ones. Key innovation The Pace of Evolution Gradualism;  species diverge gradually over time in small steps Punctuated equilibrium;  a new species undergoes changes quickly from the parent species, and then  remains largely unchanged for long periods of time afterward. because it begins with a punctuated or periodic  change and then remains in balance afterward. While punctuated equilibrium suggests a faster tempo, it does not  necessarily exclude gradualism. 50 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  CHAPTER 20:  SYSTEMATICS, PHYLOGENIES, AND COMPARATIVE BIOLOGY  Some of the material in these notes does not appear in either textbook.  Nomina si nescis, perit & cognitio rerum. “If you don’t know the names, one loses all knowledge of the entities.” – Linnaeus, C. 1737. Critica Botanica. Conrad Wishoff, Leiden. the evolutionary history and relationship of an organism or group of organisms is called its phylogeny. A phylogeny  describes the relationships of an organism, such as from which organisms it is thought to have evolved, to which  species it is most closely related, and so forth. Phylogenetic relationships provide information on shared ancestry but not necessarily on how organisms are similar or different. Phylogenetic Trees;;  A phylogenetic tree is a diagram used to reflect evolutionary relationships among  organisms or groups of organisms. Scientists consider phylogenetic trees to be a hypothesis of the evolutionary past  since one cannot go back to confirm the proposed relationships. In other words, a “tree of life” can be constructed to illustrate when different organisms evolved and to show the relationships among different organisms The point where a split occurs, called a branch point, represents where a single lineage evolved into a distinct new  one. A lineage that evolved early from the root and remains unbranched is called basal taxon. When two lineages  stem from the same branch point, they are called sister taxa. A branch with more than two lineages is called a  polytomy and serves to illustrate where scientists have not definitively determined all of the relationships. It is  important to note that although sister taxa and polytomy do share an ancestor, it does not mean that the groups of  organisms split or evolved from each other. Organisms in two taxa may have split apart at a specific branch point,  but neither taxa gave rise to the other. Systematics Taxonomy  (which literally means “arrangement law”) is the science of classifying organisms to construct  internationally shared classification systems with each organism placed into more and more inclusive groupings.  Think about how a grocery store is organized. One large space is divided into departments, such as produce, dairy,  and meats. Then each department further divides into aisles, then each aisle into categories and brands, and then  finally a single product. This organization from larger to smaller, more specific categories is called a hierarchical  system 51 BIOL 106 – Fall 2016 – Lecture Outline         Date ____________________________  Study/reconstruction of phylogeny; determining the family tree of all species Study of the process of evolution: using the family tree to determine how species evolved HISTORY of our CLASSIFICATION SYSTEM  [Chapter 26 in 9th edition]?


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

0 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

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."

Amaris Trozzo George Washington University

"I made $350 in just two days after posting my first study guide."

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!"

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.