Chapter 16: Evolution, Final Exam Study Guide | PLB 105, Study notes of Plant Taxonomy and Evolution

Download Chapter 16: Evolution, Final Exam Study Guide | PLB 105 and more Study notes Plant Taxonomy and Evolution in PDF only on Docsity! Ch 16: Evolution    “The Inheritance of Acquired Characteristics”  ‐ Ex: A giraffe long neck, stretched higher and higher over time  ‐ Acquired traits passed on over time    Puzzle of Life’s Diversity  ‐ Variety of living things called biological diversity  ‐ How are they related? They EVOLVED    “Nothing in Biology makes sense except in the Light of Evolution”  ‐ Theodosius Dobzhnsky    Evolution (or change over time) is the process by which modern organisms have  descended from ancient organisms.     Evolution is change in allele frequency over time.   ‐ Allele: alternate forms of a gene    Natural Selection  ‐ Primary driving force in evolution (changing allele frequency)  ‐ Struggle for existence – resources are limiting   ‐ FITNESS IS ALL THAT MATTERS    Charles Darwin  ‐ Theory of evolution based on his observations while voyaging on HMS Beagle  ‐ Tried to explain similarities between animals and plants of arid Galapagos  Islands and humid South American mainland     Patterns of Diversity  ‐ Well suited to environment  ‐ Many ways organisms survive and reproduce  ‐ Similar areas on different continents were inhabited by very different  animals    Thomas Malthus  ‐ Population growth would quickly over run the earth  ‐ Why don’t maple trees cover the earth since they each release 1000s of  seeds?  ‐ Darwin asked: “what causes the deaths of so many?” “Reproductive factors,  why some survive compared to others”    Adaptations: Any trait that increases fitness  ‐ Allows organisms to adapt        Darwin’s Premises of Evolution by Natural Selection  1.  Overproduction:  a. Each species produces more offspring than will survive to maternity  2.  Inherited variation  a. Individuals in a population exhibit inheritable variation in their traits  3. Limits on population growth:  a. Organisms compete for life essentials  4. Differential reproductive success:  a. Most favorable characteristics will survive/get passed on    Natural Selection  ‐ Results from NO human intervention, control, or direction  ‐ Increases species fitness over time  ‐ Results in the inherited characteristics of a population    Sexual Selection  ‐ Mate Choice: Maximize reproductive potential  o Strength  o Territory  o Ornamental  o ECT…    Evolution is poorly understood  ‐ Many Americans do not believe in evolution  ‐ True of False: Human beings, as we know them, developed from earlier  species  ‐ Has never been observed    Evolution Evidence  ‐ Galapagos Finches  ‐ Fossils  o Provide a record or earlier plants and animals  o Where and when organisms lived  o Idea of lifestyles   ‐ Geological formations  ‐ Isotope/Carbon dating  ‐ Geographic distribution of living species  ‐ Homologous body structures  ‐ Similarities in early development                Population Genetics  ‐ How evolution occurs  ‐ Evolution: Change in gene frequencies through time  ‐ Tracts the fate, across generations    Hardy‐Weinberg Principle  ‐ Mathematical prediction that allele and genotype frequencies do not change  from generation to generation   ‐ When in H‐W equilibrium, no change in gene frequencies, no evolution of the  population  ‐ H‐W Law:   o p2+2pq+q2=1 & p + q = 1   p = dominate  allele frequency   q = recessive allele frequency   p2 = % of homozygous dominate   q2 = % of homozygous recessive   2pq = % of heterozygous   o Assumptions   No Natural Selection   No Mutation   No Migration   All individuals contribute equally   Mating occurs at random  o Useful?   Provides explicit statements about processes under simple  conditions   Facilitates further development of models      Microevolution  ‐ Mutation (alteration in a cell’s genetic material) is the source of new alleles in  a gene pool  ‐ Allele or genotype frequencies may be changed by mutation, genetic drift,  gene flow, or natural selection    Founder Effect  ‐ Variation of genetic drift  ‐ When small number of individuals from one population found a new  population that is reproductively isolated from the original one.    Biological Species Concept  ‐ Problems  o Applies only to sexually reproducing organisms  o Two widely separated populations of the same species don’t  interbreed in nature  o Organisms assigned to different species may interbreed in a  greenhouse, zoo, aquarmium    Reproductive Isolation  ‐ Occurs  o When two species reproduce at different times of day, season, year  o Structural differences in the reproductive organs of species  ‐ Reproductive failure  o Occurs even when fertilization takes place between gametes of two  species      Key Terms:    Gene Pool  ‐ All the alleles of the genes in a freely interbreeding population    Microevolution  ‐ Small‐scale evolutionary changes caused by changes in allele or genotype  frequencies in a population over a few generations    Genetic Drift  ‐ Random change in allele frequencies in a small breeding population  o Island, isolated areas especially  o Large Populations = Small Effects  o Small Population = Large Effects    Gene Flow  ‐ Movement of alleles between local populations due to migration and  subsequent interbreeding  o Ex: Bottlenecking   Allele frequency is altered due to population crash    Biological Species Concept  ‐ Concept that a species consists of one or more populations whose members  can interbreed to produce fertile offspring and cannot interbreed with  individuals of other species     Reproductive Isolation  ‐ Situation in which reproductive barriers prevent members of a species from  successfully interbreeding with member of another species    Allopatric Speciation  ‐ Evolution of a new species that occurs when one population becomes  geographically separated from the rest of the species and subsequently  evolves   Sympatric Speciation  ‐ Evolution of a new species that occur within the parent species’ geographic  region  ‐ In plants, may occur as a result of allopolyploid in a interspecific hybrid    Interspecific Hybrid  ‐ Offspring of individuals of different species  ‐ Usually dies at an early stage of embryonic development  ‐ If it survives to adulthood, it usually cannot reproduce successfully    Allopolyploidy  ‐ Situation in which an interspecific hybrid contains two or more sets of  chromosomes from each of the parent species  ‐ May enable to interspecific hybrid to reproduce successfully as a new species    Extinction  ‐ Death of every member of a species    Mass Extinction  ‐ Extinction of many species during a relatively short period of geologic time        Ch ­ 18: The Classification of Plants and Other Organisms     Age of Exploration / Importance  ‐ 16th – 17th century  ‐ Toured world and brought back new specimens to name  ‐ Greatly expanded knowledge   ‐ Darwin’s voyage led to theories on natural selection    Scientific Names  ‐ Biologists use scientific names to precisely ID organisms  ‐ Each organisms has only one scientific name  o Avoids confusion    Binomial Nomenclature  ‐ Species  o The basic unit of classification  ‐ Generic name (genus) – Specific epithet (species)              Molecular Characters  ‐ Enormous number of characters  ‐ Different parts of the genome accumulate mutations at different rates –  possible to examine relationships at different levels    Tree of Life  ‐ Planet Earth is about 4.6 billion y.o.  ‐ Oldest known rocks are about 3.8 billion y.o.  ‐ Oldest fossils (prokaryotes) are about 3.5 billion y.o.  ‐ All living organisms on this planet share a common ancestor  ‐ The tree of life reflects the branching pattern of speciation that has occurred  since the origin of life.     EXAM Q: The Three Domains Sheet  ‐ Domain Bacteria  ‐ Domain Archaea  ‐ Domain Eukarya      Key Terms:    Taxonomy:  ‐ Science of describing, naming, and classifying organisms    Binomial Nomenclature  ‐ System for giving each organism a two‐word scientific name  ‐ First used consistently by Carolus Linnaeus    Systematic  ‐ Scientific study of the diversity of organisms and their natural (evolutionary)  relationships  ‐ A systematist seeks to reconstruct phylogeny    Phylogeny  ‐ Evolutionary history of a species or other taxonomic group    Monophyletic  ‐ Said of a group consisting of organisms that evolved from a common ancestor                  CH 22: Introduction to the Plant Kingdom – Bryophytes    Colonization of Land  ‐ Plants required evolution of structural physiological, reproductive  adaptations  ‐ Plants produce gametes in multicellular gametangia that contain a protective  layer or sterile cells     Plant Ancestors 1  ‐ Plants probably evolved from green algae  ‐ Similar biochemical characteristics:  o Pigments  o Cell‐wall components (cellulose)  o Carbohydrate storage material (starch)    Plant Ancestors 2  ‐ Similar fundamental processes  o Cell Division  ‐ Land plants probably descended from charophytes (stoneworts)  o Based on molecular and structural data    Plants are all derived from green algae     Alternation of Generations  ‐ A type of life cycle characteristics of plants and a few algae and fungi  ‐ They spend part of their life in a multicellular n gametophyte generation and  part in a multicellular 2n sporophyte generation    The Gametophyte Generation  ‐ Produces haploid gametes by mitosis  o Antheridium – produces sperm cell  o Archegonium – produces an egg  ‐ Fertilization: Gametes fuse to form a diploid zygote    The Sporophyte Generation  ‐ 1st stage: Zygote  o Develops into an embryo, protected and nourished by gametophyte  plant  ‐ Mature sporophyte plant has spore mother cells that undergo meiosis to  produce haploid spores  o Which is the 1st stage in gametophyte generation            Key Terms:    Cuticle  ‐ A noncellular, waxy covering over the epidermis of aerial plants helping to  prevent water loss    Stoma  ‐ A small pore in the plant epidermis that allows gas exchange to occur; for  photosynthesis     Antheridium  ‐ Multicellular male gametangium that produces sperm cells      Archegonium  ‐ A multicellular female gametangium that produces an egg    Spore  ‐ A reproductive cell that gives rise to individual offspring in plants, fungi, and  certain algae and protozoa    Moss  ‐ A member of the phylum of spore‐producing nonvascular plant in which the  dominant n gametophyte alternates with a 2n sporophyte that remains  attached to the gametophyte     Protonema  ‐ In mosses, a filament of n cells that grows from a spore and develops into a  leafy moss gametophytes    Capsule  ‐ Portion of the bryophyte sporophyte in which spores are produced    Liverwort  ‐ A member of a phylum of spore‐producing, nonvascular, thalloid or leafy  plants whit a life cycle similar to that of mosses    Thallus  ‐ A body that lacks roots, stems, or leaves    Gemma  ‐ A small body of tissue that becomes detached from a parent liverwort and is  capable of developing into a new organism    Hornwort    Classification  ‐ Whisk ferns and horsetails were considered distinct enough to be classified  in separate phyla   ‐ DNA comparisons and similarities     Life Cycle of Ferns 1  ‐ Fern founds bear sporangia in clusters (sori)  o Meiosis in sporangia produces haploid spores  ‐ Fern gametophyte (prothallus) develops from a haploid spore  o Bears both archegonia and antheridia    Life Cycle of Ferns 2  ‐ Each archegonium contains a single, nonmotile egg; each antheridium  produces numerous sperm cells  ‐ Following fertilization, diploid zygote grows by mitosis into a multicellular  embryo (immature sporophyte)    3 Groups of Lycophytes  ‐ Spike Moss Sporophyte  o Long, creeping rhizomes that typically branch dichotomously  o Roots that branch dichotomously  o Overlapping, scale‐like    3 Groups of Lycophytes  ‐ Club Moss sporophyte  o True roots  o Rhizomes and erect or trailing aerial stems   o Small, scalelike microphylls  ‐ Spike Moss sporophyte  o Long, creeping rhizomes that typically branch dichotomously  o Roots that branch dichotomously  o Overlapping, scalelike microphylls  ‐ Quillwort  o Underground corm  o Cylindrical, quill‐like microphylls  o Roots    Among the seedless plants:  ‐ Mostly homosporous  ‐ Spike mosses and quillworts (both Lycophytes)    Ecology and Economics 1  ‐ Ferns and lycophytes help form soil, prevent erosion  o Branching underground rhizomes and roots or rhizoids hold soil in  place  ‐ Living species of limited economic importance  o Many cultivated for aesthetic appeal    Ecology and Economics 2  ‐ Coal deposits  o Formed from remains of ancient ferns, club mosses, horsetails  o Powered Industrial Revolution of 19th century, used today to produce  electricity      Key Terms:    Xylem  ‐ Vascular tissue that conducts water and dissolved minerals    Phloem  ‐ Vascular tissue that conducts dissolved sugar and other organic compounds      Microphyll  ‐ Type of leaf found in lycophytes  ‐ Contains one vascular strand    Megaphyll  ‐ Type of leaf found in virtually all vascular plants except lycophytes  ‐ Contains multiple vascular strands    Ferns  ‐ Phylum of seedless vascular plants that reproduce by spores produced in  sporangia  ‐ Undergoes alternation of generations between dominant sporophyte and  gametophye  ‐ Largest, most diverse group of seedless vascular plants  ‐ Whisk ferns and horsetails classififed as ferns    Lycophytes  ‐ Phylum of seedless vascular plants, some of which are heterosporous  ‐ Lycophytes included club mosses, spike mosses, quillworts    Homospory  ‐ Production of one type of n spore that gives rise to a bisexual gametophyte    Heterospory  ‐ Production of two types of n spores, microspores and megaspores  ‐ Found in spike mosses, quillworts and some ferns  ‐   Ch 24:     Gymnosperms  ‐ “naked seed”  ‐ Conifers are largest division  ‐ Characterized by:  a. Thick cuticle  b. Recessed stomata  c. Long, thin leaves (needles)    Spores:  ‐ A spore is a single cell with a minimal food reserves to sustain the plant that  develops from a germinating spore  ‐ Seeds are reproductively superior spores    Advantages of heterospory  ‐ Ancestor of gymnosperms was heterosporous  ‐ Evolution of heterospory…  ‐ Female gametophyte greatly reduced in size, so much so that it could be  enclosed and protected within  ‐ Male gametophyte (n) is dispersed in seed plants, but is protected by a layer  of sporophyte tissue (2n)  ‐ The whole structure is called a pollen grain    Advantages of seeds  ‐ Protection  ‐ Nourishment  ‐ Dormancy: can germinate when conditions are good/ideal  ‐ Dispersal: The seed coat can be modified for dispersal  ‐ Angiosperm seeds are enclosed in a bribe (fruit) and animals move them    4 Phyla of Gymnosperms  1.  Conifer  a. Woody trees and shrubs with needlelike, mostly evergreen leaves, and  seeds in cones  2.  Cycads  a. Palmlike or fernlike in appearance  b. Pollen and seeds in conelike structures  c. Relatively few living members  3. Ginkgoes  a. Ginkgo biloba, only surviving species in phylum   b. A deciduous tree  c. Female ginkgoes produce fleshy seeds directly on branches  4. Gnetophytes  a. Share traits with angiosperms  b. More efficient water‐conducting cells (vessel elements) in xylem