2/6/10 

1 

Table 14.1 

2 Kingdom System of Classification: Plants & Animals (Linnaeus, ~1750)

5 Kingdom System: Monera, Protista, Plantae, Fungi, Animalia

(Robert Whittaker, 1969)

3 Domain System: Bacteria, Archaea, Eukarya (our current best hypothesis)

What does this timeline illustrate about the process of science?

Five Kingdoms 

Three Domains  The land plant Divisions 

Pro>sts 

Red Green 

Brown 

Bryophytes 

Ferns 

Gymnosperms 

Angiosperms 

750 mya 

400 mya 

280 mya 

150 mya 

2/6/10 

2 

What is botany? 

Short answer: the study of plants (Kingdom Plantae, in Domain Eukarya)

For Bio 1C: the study of Kingdoms Plantae, Fungi, “Protista,” and some photosynthetic members of Domain Bacteria

What is Ecology? 

•  The scien>fic study of the interac>ons between organisms and their environments is called ecology 

•  provides a basic understanding of how natural processes and organisms interact, 

•  gives us the tools we need to manage the planet’s limited resources over the long term 

Major Components of the Environment 

•  Abio+c components, which consist of nonliving chemical and physical factors, such as temperature, light, water, minerals, and air 

•  Bio+c components, which include the living factors—all the other organisms that are part of an individual’s environment. 

Hierarchy of Interac>ons 

•  We can divide ecology into four increasingly comprehensive levels: organismal ecology, popula+on ecology, community ecology, and ecosystem ecology 

Life on Earth - Timescale

3.4 BYA ‐ heterotrophs 

2.7‐2.2 BYA O2 begins to  Accumulate 

2.2 BYA first Eukaryotes 

700 MYA sharp increase in Atmospheric O2.  Reached  modern levels in Cambrian 570‐510 MYA 

450 MYA life on oceans  surface and on to land 

The changing earth:  The Origin of Life 

•  Early Earth was a very different place than it is now. – Chemically reac>ve atmosphere – Very li_le Oxygen – Very High UV and other energy sources (UV damages DNA/RNA) 

2/6/10 

3 

Clock analogy for some key events in evolutionary history  Early (left) and modern (right) prokaryotes 

Pasteur 1850s 

• Spontaneous Genera>on vs. Biogenesis 

Pasteur and biogenesis of microorganisms (Layer 1)

Pasteur and biogenesis of microorganisms (Layer 2) Pasteur and biogenesis of microorganisms (Layer 3)

2/6/10 

4 

So How did Life Originate? •  Four Stage Hypothesis  

1.  Abio>c synthesis of Organic Monomers (the building blocks) 

2.  Abio>c Synthesis of Polymers, including amino acids and nucleic acids. 

3.  Forma>on of “Pre‐cells” or protobionts: droplets with membranes that maintained an internal chemistry dis>nct from their surroundings. 

4.  Self repleca>ng molecules arose, making inheritance possible 

The Miller-Urey experiment: 1953 • Origin of Life experiments 

• Miller‐Urey Tested for Synthesis of Organic Monomers 

• Got all 20 amino acids, sugars, lipids, nucleo>des, even ATP! 

Deep sea hydrothermal vents could also have played a role… 

• Producing organic polymers:dripping monomers onto hot sand, clay or rock. 

• Condi>ons existed near ac>ve volcanoes and…deep sea vents 

Stage 3- Laboratory versions of “Protobionts” or Pre-cells 

General Principles 

•  Prokaryo+c and Eukaryo+c cells and membranes (including membrane transport) 

•  Photosynthesis and Respira+on 

•  Trophic Rela+onships 

Common characteris>cs of cells 

•  Plasma membrane – Regulates what goes in and out 

•  Nucleus or nuclear area – Contains the DNA 

•  Ribosomes – Manufacture proteins 

•  Cytoplasm   – Semifluid medium with organelles 

2/6/10 

5 

Two Main Classes of Cells 

•  Prokaryo+c (Bacteria and Archaea) – Pro = “Before”; Karyon = “Kernel” – No nucleus, DNA coiled up inside cell 

•  Eukaryo+c (Everything else) – Eu = “True” – DNA inside membrane bound organelle inside cell, the nucleus 

Eukaryo>c Cell (animal)  Prokaryo>c Cell (bacteria) 

Prokaryo>c and Eukaryo>c Cell Structure  Eukaryo>c Cell Structure 

•  Plant and Animal Cell Structure –  Nucleus: the control center –  Cytoplasm and Ribosomes: site of protein synthesis 

–  Endoplasmic Re>culum: plumbing, lipid and protein synthesis 

–  Golgi Apparatus and the secretory pathway –  Lysosomes: 4 types of diges>ve ac>vity 

–  Chloroplasts and Mitochondria: food and ATP energy 

–  Vacuoles: storage –  Cytoskeleton: structure and movement 

–  Plant Cell Wall: structure, osmosis and turgor pressure 

Lynn Margulis: serial endosymbiosis  Origin of Eukaryo>c Cells 

2/6/10 

6 

Single Celled to Mul>celled  Fig. 14.2 

Diverse habitats require diverse adapta>ons… 

Marine 

Freshwater 

Terrestrial 

What is an “adapta%on”? 

•  From an evolu>onary perspec>ve: An adapta%on is any trait or feature of an organism that increases its chances of reproducing. 

•  From an interpre>ve perspec>ve: An adapta%on is any structure or mechanism exhibited by an individual species that allows it to meet its physiological requirements under the condi%ons posed by a par%cular habitat.  

Some adapta>ons… 

•  Adapta>ons to live near shore (algae) to take advantage of nutrients 

•  Transi>oning to land means need water!  Animals move, Fungi live underground (essen>ally) 

•  Plants developed specialized >ssue systems •  The vascular system in plants •  Protected gametophytes 

Linnaeus: 1750’s 

Binomial nomenclature 

2/6/10 

7 

Three members of the violet genus Viola.  They differ in features due to local adapta>ons, but there is an overall similarity.  This genus has about 500 species 

Taxonomy 

Five Kingdoms 

R.H WhiXaker 1969 

Three Domains 

Cladis+cs: Cladograms and molecular data 

Evolu>onary Trees  What are the tools used by scien>sts to observe and understand evolu>onary 

rela>onships? 

•  1. Ar>ficial selec>on •  2. Fossil record •  3. Compara>ve anatomy •  4. Compara>ve embryology •  5. Compara>ve biochemistry •  6. Biogeography 

2/6/10 

8 

Ar>ficial Selec>on: breeding The fossil record: A gallery of fossils 

Homologous structures: anatomical signs of descent with modification What about analogous 

structures? •  Co‐evolu>on •  Convergent evolu>on 

Compara>ve Embryology: 

•  “Ontogeny recapitulates phylogeny” ‐ the appearance of ancestral structures in the embryos of modern descendants (Haeckel) 

Molecular Data and the Evolutionary Relationships of Vertebrates

2/6/10 

9 

Biogeography - Wallace’s line Evidence from biogeographical 

studies: 

Some major episodes in the history of life Systema>cs: connec>ng phylogeny and 

taxonomy 

•  Taxonomy = the science of classifying organisms 

•  Phylogene>cs = the study of phylogeny, or the history of evolu>onary rela>onships among species 

Figure 25.8  Taxonomy starts with the la+n binomial, and exhibits a hierarchical structure reflec+ng phylogene+c rela+onships among taxa or groups of organisms  Figure 25.8  Taxonomy starts with the la+n binomial, and exhibits a hierarchical structure reflec+ng 

phylogene+c rela+onships among taxa or groups of organisms Latin “binomial” or two-part name (genus and species)

2/6/10 

10 

Figure 25.9  The connec+on between classifica+on and phylogeny: this phylogene+c tree organizes taxa into a hypothesized tree of evolu+onary relatedness, with species at the +ps of the branches. 

How are these phylogenetic trees constructed?

Traditional Approach: Phenetics

Classifications based on perceived overall similarity