Campbell Biology Summary (10th Edition) PDF

Biology, A Global Approach, Nederlandse samenvatting 10e druk, Campbell, e.a. geschreven door michellewarmerdam www.stuvia.nl Gedownload door: esra_rossum | [email protected]...

Biology, A Global Approach, Nederlandse samenvatting 10e druk, Campbell, e.a. geschreven door michellewarmerdam www.stuvia.nl Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen “BIOLOGY: A GLOBAL APPROACH” NEDERLANDSE SAMENVATTING Campbell, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackson MICHELLE WARMERDAM 10E DRUK Pearson, 2015 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Inhoud Inleiding..................................................................................................................................................10 Chapter 1: Biology and its themes.........................................................................................................11 1.1 The study of life reveals common themes...................................................................................11 1.2 The core theme: evolution accounts for the unity and diversity of life.........................................14 1.3 In studying nature, scientists make observations and form and test hypotheses.......................16 1.4 Science benefits from a cooperative approach and diverse viewpoints.....................................18 Chapter 2: Atoms and molecules...........................................................................................................19 2.1 Matter consists of chemical elements in pure form and in combinations called compounds......19 2.2 An element’s properties depend on the structure of its atoms....................................................19 2.3 The formation and function of molecules depend on chemical bonding between atoms...........20 2.4 Chemical reactions make and break chemical bonds.................................................................21 Chapter 3: The chemistry of water.........................................................................................................22 3.1 Polar covalent bonds in water molecules result in hydrogen bonding........................................22 3.2 Four emergent properties of water contribute to Earth’s suitability for life..................................22 3.3 Acidic and basic conditions affect living organisms.....................................................................24 Chapter 4: Carbon: the basis of molecular diversity..............................................................................25 4.1 Organic chemistry is the study of carbon compounds.................................................................25 4.2 Carbon atoms can form diverse molecules by bonding to four other atoms...............................25 4.3 A few chemical groups are key to molecular function.................................................................26 Chapter 5: Biological macromolecules and lipids..................................................................................27 5.1 Macromolecules are polymers, built from monomers..................................................................27 5.2 Carbohydrates serve as fuel and building material.....................................................................27 5.3 Lipids are a diverse group of hydrophobic molecules.................................................................28 5.4 Proteins include a diversity of structures, resulting in a wide range of functions........................29 5.5 Nucleic acids store, transmit, and help express hereditary information......................................31 5.6 Genomics and proteomics have transformed biological inquiry and applications.......................32 Chapter 6: Energy and life.....................................................................................................................33 6.1 An organism’s metabolism transforms matter and energy, subject to the laws of thermodynamics.................................................................................................................................33 6.2 The free-energy change of a reaction tells us whether or not the reaction occurs spontaneously...........................................................................................................................................................34 6.3 ATP powers cellular work by coupling exergonic reactions to endergonic reactions.................34 6.4 Enzymes speed up metabolic reactions by lowering energy barriers.........................................35 6.5 Regulation of enzyme activity helps control metabolism.............................................................37 Chapter 7: Cell structure and function...................................................................................................38 7.1 Biologists use microscopes and the tools of chemistry to study cells.........................................38 7.2 Eukaryotic cells have internal membranes that compartmentalize their functions......................38 7.3 The eukaryotic cell’s genetic instructions are housed in the nucleus and carried out by the ribosomes...........................................................................................................................................40 1 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 7.4 The endomembrane system regulates protein traffic and performs metabolic functions in the cell......................................................................................................................................................41 7.5 Mitochondria and chloroplasts change energy from one form to another...................................42 7.6 The cytoskeleton is a network of fibers that organizes structures and activities in the cell........44 7.7 Extracellular components and connections between cells help coordinate cellular activities.....45 Chapter 8: Cell membranes...................................................................................................................47 8.1 Cellular membranes are fluid mosaics of lipids and proteins......................................................47 8.2 Membrane structure results in selective permeability.................................................................48 8.3 Passive transport is diffusion of a substance across a membrane with no energy investment..48 8.4 Active transport uses energy to move solutes against their gradients........................................49 8.5 Bulk transport across the plasma membrane occurs by exocytosis and endocytosis................50 Chapter 9: Cellular signaling..................................................................................................................51 9.1 External signals are converted to responses within the cell........................................................51 9.2 Reception: a signaling molecule binds to a receptor protein, causing it to change shape.........51 9.3 Transduction: cascades of molecular interactions relay signals from receptors to target molecules in the cell...........................................................................................................................53 9.4 Response: cell signaling leads to regulation of transcription or cytoplasmic activities...............54 9.5 Apoptosis integrates multiple cell-signaling pathways................................................................55 Chapter 10: Cell respiration...................................................................................................................56 10.1 Catabolic pathways yield energy by oxidizing organic flues.....................................................56 10.2 Glycolysis harvest chemical energy by oxidizing glycose to pyruvate......................................57 10.3 After pyruvate is oxidized, the citric acid cycle completes the energy-yielding oxidation of organic molecules..............................................................................................................................58 10.4 During oxidative phosphorylation, chemiosmosis couples electron transport to ATP synthesis...........................................................................................................................................................59 10.5 Fermentation and anaerobic respiration enable cells to produce ATP without the use of oxygen................................................................................................................................................61 10.6 Glycolysis and the citric acid cycle connect to many other metabolic pathways......................62 Chapter 11: Photosynthetic processes..................................................................................................63 11.1 Photosynthesis converts light energy to the chemical energy of food......................................63 11.3 The Calvin cycle uses the chemical energy of ATP and NADPH to reduce CO2 to sugar.......66 11.4 Alternative mechanisms of carbon fixation have evolved in hot, arid climates.........................67 Chapter 12: Mitosis................................................................................................................................69 12.1 Most cell division results in genetically identical daughter cells................................................69 12.2 The mitotic phase alternates with interphase in the cell cycle..................................................69 12.3 The eukaryotic cell cycle is regulated by a molecular control system.......................................71 Chapter 13: Sexual life cycles and meiosis...........................................................................................73 13.1 Offspring acquire genes from parents by inheriting chromosomes...........................................73 13.2 Fertilization and meiosis alternate in sexual life cycles.............................................................73 13.3 Meiosis reduces the number of chromosome sets from diploid to haploid...............................74 13.4 Genetic variation produced in sexual life cycles contributes to evolution.................................75 2 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 14: Mendelian genetics............................................................................................................76 14.1 Mendel used the scientific approach to identify two laws of inheritance...................................76 14.2 Probability laws govern Mendelian inheritance.........................................................................77 14.3 Inheritance patterns are often more complex than predicted by simple Mendelian genetics...77 14.4 Many human traits follow Mendelian patterns of inheritance....................................................79 Chapter 15: Linkage and chromosomes................................................................................................81 15.1 Morgan showed that Mendelian inheritance has its physical basis in the behavior of chromosomes: Scientific inquiry........................................................................................................81 15.2 Sex linked genes exhibit unique patterns of inheritance...........................................................81 15.3 Linked genes tent to be inherited together because they are located near each other on the same chromosome............................................................................................................................82 15.4 Alterations of chromosome number or structure cause some genetic disorders......................83 15.5 Some inheritance patterns are exceptions to standard Mendelian inheritance........................84 Chapter 16: Nucleic acids and inheritance............................................................................................85 16.1 DNA is the genetic material.......................................................................................................85 16.2 Many proteins work together in DNA replication and repair......................................................86 16.3 A chromosome consists of a DNA molecule packed together with proteins.............................88 Chapter 17: Expression of genes..........................................................................................................89 17.1 Genes specify proteins via transcription and translation...........................................................89 17.2 Transcription is the DNA-directed synthesis of RNA: a closer look..........................................90 17.3 Eukaryotic cells modify RNA after transcription........................................................................91 17.4 Translation is the RNA-directed synthesis of a polypeptide: A closer look...............................92 17.5 Mutations of one or a few nucleotides can affect protein structure and function......................94 Chapter 18: Control of gene expression................................................................................................96 18.1 Bacteria often respond to environmental change by regulation transcription...........................96 18.2 Eukaryotic gene expression is regulated at many stages.........................................................97 18.3 Noncoding RNAs play multiple roles in controlling gene expression........................................99 18.4 A program of differential gene expression leads to the different cell types in a multicellular organism..........................................................................................................................................100 18.5 Cancer results from genetic changes that affect cell cycle control.........................................101 Chapter 19: DNA technology...............................................................................................................103 19.1 DNA sequencing and DNA cloning are valuable tools for genetic engineering and biological inquiry...............................................................................................................................................103 19.2 Biologists use DNA technology to study gene expression and function.................................105 19.3 Cloned organisms and stem cells are useful for basic research and other applications........106 19.4 The practical applications of DNA-based biotechnology affect our lives in many ways.........107 Chapter 20: The evolution of genomes...............................................................................................109 20.1 The Human Genome Project fostered development of faster, less expensive sequencing techniques........................................................................................................................................109 20.2 Scientists use bioinformatics to analyze genomes and their functions...................................109 20.3 Genomes vary in size, number of genes, and gene density...................................................110 3 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 20.4 Multicellular eukaryotes have much noncoding DNA and many multigene families...............110 20.5 Duplication, rearrangement, and mutation of DNA contribute to genome evolution...............111 20.6 Comparing genome sequences provides clues to evolution and development......................112 Chapter 21: How evolution works........................................................................................................114 21.1 The Darwinian revolution challenged traditional views of a young Earth inhabited by unchanging species.........................................................................................................................114 21.2 Descent with modification by natural selection explains the adaptations of organisms and the unity and diversity of life...................................................................................................................115 21.3 Evolution is supported by an overwhelming amount of scientific evidence............................116 Chapter 22: Phylogenetic reconstruction.............................................................................................118 22.1 Phylogenies show evolutionary relationships..........................................................................118 22.2 Phylogenies are inferred from morphological and molecular data..........................................119 22.3 Shared characters are used to construct phylogenetic trees..................................................120 22.4 An organism’s evolutionary history is documented in its genome...........................................121 22.5 Molecular clocks help track evolutionary time.........................................................................122 22.6 Our understanding of the tree of life continues to change based on new data.......................122 Chapter 23: Microevolution..................................................................................................................123 23.1 Genetic variation makes evolution possible............................................................................123 23.2 The Hardy-Weinberg equation can be used to test whether a population is evolving............124 23.3 Natural selection, genetic drift, and gene flow can alter allele frequencies in a population....125 23.4 Natural selection is the only mechanism that consistently causes adaptive evolution...........126 Chapter 24: Species and speciation....................................................................................................128 24.1 The biological species concept emphasizes reproductive isolation........................................128 24.2 Speciation can take place with or without geographic separation...........................................129 24.3 hybrid zones reveal factors that cause reproductive isolation.................................................130 24.4 Speciation can occur rapidly or slowly and can result from changes in few or many genes..130 Chapter 25: Macroevolution.................................................................................................................131 25.1 Conditions on early Earth made the origin of life possible......................................................131 25.2 The fossil record documents the history of life........................................................................132 25.3 Key events in life’s history include the origins of unicellular and multicellular organisms and the colonization of land..........................................................................................................................133 25.4 The rise and fall of groups of organisms reflect differences in speciation and extinction rates.........................................................................................................................................................134 25.5 Major changes in body form can result from changes in the sequences and regulation of developmental genes.......................................................................................................................136 25.6 Evolution is not goal oriented...................................................................................................137 Chapter 26: Introduction to viruses......................................................................................................138 26.1 A virus consists of a nucleic acid surrounded by a protein coat..............................................138 26.2 Viruses replicate only in host cells...........................................................................................138 26.3 Viruses, viroids, and prions are formidable pathogens in animals and plants........................141 Chapter 27: Prokaryotes......................................................................................................................143 4 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 27.1 Structural and functional adaptations contribute to prokaryotic success................................143 27.2 Rapid reproduction, mutation, and genetic recombination promote genetic diversity in prokaryotes......................................................................................................................................144 27.3 Diverse nutritional and metabolic adaptations have evolved in prokaryotes..........................145 27.4 Prokaryotes have radiated into a diverse set of lineages........................................................146 27.5 Prokaryotes play crucial roles in the biosphere.......................................................................147 27.6 Prokaryotes have both beneficial and harmful impacts on humans........................................147 Chapter 28: The Origin and Evolution of Eukaryotes..........................................................................149 28.1 Most eukaryotes are single-celled organisms.........................................................................149 28.2 Excavates include protists with modified mitochondria and protists with unique flagella.......150 28.3 The “SAR” clade is a highly diverse group of protists defined by DNA similarities.................150 28.4 Red algae and green algae are the closest relatives of land plants........................................151 28.5 Unikonts include protists that are closely related to fungi and animals...................................151 28.6 Protists play key roles in ecological communities...................................................................152 Chapter 29: Nonvascular and seedless vascular plants.....................................................................153 29.1 Land plants evolved from green algae....................................................................................153 29.2 Mosses and other nonvascular plants have life cycles dominated by gametophytes.............155 29.3 Ferns and other seedless vascular plants were the first plants to grow tall............................158 Chapter 30: Seed plants......................................................................................................................162 30.1 Seeds and pollen grains are key adaptions for life on land.....................................................162 30.2 Gymnosperms bear “naked” seeds, typically on cones...........................................................164 30.3 The reproductive adaptations of angiosperms include flowers and fruits...............................166 30.4 Human welfare depends on seed plants.................................................................................169 Chapter 31: Introduction to Fungi........................................................................................................170 31.1 Fungi are heterotrophs that feed by absorption......................................................................170 31.2 Fungi produce spores through sexual or asexual life cycles...................................................171 31.3 The ancestor of fungi was an aquatic, single-celled, flagellated protist..................................171 31.4 Fungi have radiated into a diverse set of lineages..................................................................172 31.5 Fungi play key roles in nutrient cycling, ecological interactions, and human welfare.............173 Chapter 32: An Introduction to Animal Diversity..................................................................................175 32.1 Animals are multicellular, heterotrophic eukaryotes with tissues that develop from embryonic layers................................................................................................................................................175 32.2 The history of animals spans more than half a billion years...................................................176 32.3 Animals can be characterized by “body plans”........................................................................177 32.4 Views of animal phylogeny continue to be shaped by new molecular and morphological data.........................................................................................................................................................179 Chapter 33: Invertebrates....................................................................................................................180 33.1 Sponges are basal animals that lack true tissues...................................................................181 33.2 Cnidarians are an ancient phylum of eumetazoans................................................................181 33.3 Lophotrochozoans, a clade identified by molecular data, have the widest range of animal body forms................................................................................................................................................182 5 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 33.4 Ecdysozoans are the most species-rich animal group............................................................185 33.5 Echinoderms and chordates are deuterostomes.....................................................................187 Chapter 34: Vertebrates.......................................................................................................................189 34.1 Chordates have a notochord and a dorsal, hollow nerve cord................................................189 34.2 Vertebrates are chordates that have a backbone...................................................................190 34.3 Gnathostomes are vertebrates that have jaws........................................................................191 34.4 Tetrapods are gnathostomes that have limbs.........................................................................192 34.5 Amniotes are tetrapods that have a terrestrially adapted egg.................................................193 34.6 Mammals are amniotes that have hair and produce milk........................................................195 34.7 Humans are mammals that have a large brain and bipedal locomotion.................................197 Chapter 35: Plant structure and growth...............................................................................................200 35.1 Plants have a hierarchical organization consisting of organs, tissues, and cells....................200 35.2 Different meristems generate new cells for primary and secondary growth...........................202 35.3 Primary growth lengthens roots and shoots............................................................................202 35.4 Secondary growth increases the diameter of stems and roots in woody plants.....................203 35.5 Growth, morphogenesis, and cell differentiation produce the plant body...............................204 Chapter 36: Transport in vascular plants.............................................................................................206 36.1 Adaptations for acquiring resources were key steps in the evolution of vascular plants........206 36.2 Different mechanisms transport substances over short or long distances..............................207 36.3 Transpiration drives the transport of water and minerals from roots to shoots via the xylem.208 36.4 the rate of transpiration is regulated by stomata.....................................................................210 36.5 Sugars are transported from sources to sinks via the phloem................................................211 36.6 The symplast is highly dynamic...............................................................................................212 Chapter 37: Plant nutrition...................................................................................................................213 37.1 Soil contains a living, complex ecosystem..............................................................................213 37.2 Plant require essential elements to complete their life cycle...................................................215 37.3 Plant nutrition often involves relationships with other organisms............................................217 Chapter 38: Reproduction of flowering plants.....................................................................................219 38.1 Flowers, double fertilization, and fruits are key features of the angiosperm life cycle............219 38.2 Flowering plant reproduce sexually, asexually, or both...........................................................223 38.3 People modify crops by breeding and genetic engineering.....................................................224 Chapter 39: Plant signals and behavior...............................................................................................226 39.1 Signal transduction pathways link signal reception to response.............................................226 39.2 Plant hormones help coordinate growth, development, and responses to stimuli..................227 39.3 Responses to light are critical for plant success.....................................................................230 39.4 Plants responds to a wide variety of stimuli other than light...................................................231 39.5 Plants respond to attacks by pathogens and herbivores.........................................................233 Chapter 40: The animal body..............................................................................................................235 40.1 Animal form and function are correlated at all levels of organization......................................235 40.2 Feedback and control maintains the international environment in many animals..................237 6 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 40.3 Homeostatic processes for thermoregulation involve form, function and behavior.................238 40.4 Energy requirements are related to animal size, activity, and environment............................239 Chapter 41: Chemical signals in animals............................................................................................240 41.1 Hormones and other signaling molecules bind to target receptors, triggering specific response pathways..........................................................................................................................................240 41.2 Feedback regulation and coordination with the nervous system are common in endocrine signaling...........................................................................................................................................242 41.3 Endocrine glands respond to diverse stimuli in regulating homeostasis, development, and behavior...........................................................................................................................................243 Chapter 42: Animal digestive systems................................................................................................245 42.1 An animal’s diet must supply chemical energy, organic molecules, and essential nutrients..245 42.2 The main stages of food processing are ingestion, digestion, absorption and elimination.....246 43.3 Organs specialized for sequential stages of food processing form the mammalian digestive system..............................................................................................................................................247 42.4 Evolutionary adaptations of vertebrate digestive systems correlate with diet.........................249 42.5 Feedback circuits regulate digestion, energy storage, and appetite.......................................250 Chapter 43: Animal transport systems................................................................................................252 43.1: Circulatory systems link exchange surfaces with cells throughout the body.........................252 43.2 Coordinated cycles of heart contraction drive double circulation in mammals.......................253 43.3 Patterns of blood pressure and flow reflect the structure and arrangement of blood vessels 255 43.4 Blood components function in exchange, transport, and defense..........................................257 43.5 Gas exchange occurs across specialized respiratory surfaces..............................................259 43.6 Breathing ventilates the lungs..................................................................................................260 43.7 Adaptations for gas exchange include pigments that bind and transport gases.....................262 Chapter 44: Animal Excretory Systems...............................................................................................263 44.1 Osmoregulation balances the uptake and loss of water and solutes......................................263 44.2 An animal’s nitrogenous wastes reflect its phylogeny and habitat..........................................264 44.3 Diverse excretory systems are variations on a tubular theme................................................265 44.4 The nephron is organized for stepwise processing of blood filtrate........................................266 44.5 Hormonal circuits link kidney function, water balance, and blood pressure............................268 Chapter 45: Animal reproductive systems...........................................................................................270 45.1 Both asexual and sexual reproduction occur in the animal kingdom......................................270 45.2 Fertilization depends on mechanisms that bring together sperm and eggs at the same species.........................................................................................................................................................270 45.3 Reproductive organs produce and transport gametes............................................................271 45.4 The interplay of tropic and sex hormones regulates mammalian reproduction......................272 45.5 In placental mammals, an embryo develops fully within the mother’s uterus.........................273 Chapter 46: Development in Animals..................................................................................................275 46.1 Fertilization and cleavage initiate embryonic development.....................................................275 46.2 Morphogenesis in animals involves specific changes in cell shape, position, and survival....276 46.3 Cytoplasmic determinants and inductive signals contribute to cell fate specification.............279 7 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 47: Animal defenses against infection...................................................................................282 47.1 In innate immunity, recognition and response rely on traits common to groups of pathogens.........................................................................................................................................................282 47.2 In adaptive immunity, receptors provide pathogen-specific recognition.................................284 47.3 Adaptive immunity defends against infection of body fluids and body cells............................286 47.4 Disruptions in immune system function can elicit or exacerbate disease...............................288 Chapter 48: Electrical Signals in Animals............................................................................................290 48.1 Neuron structure and organization reflect function in information transfer.............................290 48.2 Ion pumps and ion channels establish the resting potential of a neuron................................290 48.3 Action potentials are the signals conducted by axons.............................................................291 48.4 Neurons communicate with other cells at synapses...............................................................293 Chapter 49: Neural regulation in animals............................................................................................295 49.1 Nervous systems consist of circuits of neurons and supporting cells.....................................295 49.2 The vertebrate brain is regionally specialized.........................................................................296 49.3 The cerebral cortex controls voluntary movement and cognitive functions............................298 49.4 Changes in synaptic connections underlie memory and learning...........................................299 49.5 Many nervous system disorders can be explained in molecular terms...................................301 Chapter 50: Sensation and movement in animals...............................................................................303 50.1 Sensory receptors transduce stimulus energy and transmit signals to the central nervous system..............................................................................................................................................303 50.2 The mechanoreceptors responsible for hearing and equilibrium detect moving fluid or settling particles............................................................................................................................................304 50.3 The diverse visual receptors of animals depend on light-absorbing pigments.......................306 50.4 The senses of taste and smell rely on similar sets of sensory receptors................................308 50.5 The physical interaction of protein filaments is required for muscle function..........................308 50.6 Skeletal systems transform muscle contraction into locomotion.............................................310 Chapter 51: An overview of ecology....................................................................................................312 51.1 Earth’s climate varies by latitude and season and is changing rapidly...................................312 51.2 The structure and distribution of terrestrial biomes are controlled by climate and disturbance.........................................................................................................................................................313 51.3 Aquatic biomes are diverse and dynamic systems that cover most of Earth..........................314 51.4 Interactions between organisms and the environment limit the distribution of species..........316 Chapter 52: Behavioral ecology...........................................................................................................317 52.1 Discrete sensory input scan stimulate both simple and complex behaviors...........................317 52.2 Learning establishes specific links between experience and behavior...................................318 52.3 Selection for individual survival and reproductive success scan explain diverse behaviors...319 52.4 Genetic analyses and the concept of inclusive fitness provide a basis for studying the evolution of behavior........................................................................................................................320 Chapter 53: Populations and life history traits.....................................................................................321 53.1 Biological processes influence population density, dispersion, and demographics................321 52.2 The exponential model describes population growth in an idealized, unlimited environment 322 8 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 53.3 The logistic model describes how a population grows more slowly as it nears its carrying capacity............................................................................................................................................322 53.4 Life history traits are products of natural selection..................................................................323 53.5 Many factors that regulate population growth are density dependent....................................323 53.6 The human population is no longer growing exponentially but is still increasing rapidly........324 Chapter 54: Biodiversity and communities..........................................................................................325 54.1 Community interactions are classified by whether they help, harm, or have no effect on the species involved...............................................................................................................................325 54.2 Diversity and trophic structure characterize biological communities.......................................326 54.3 Disturbance influences species diversity and composition.....................................................327 54.4 Biogeographic factors affect community diversity...................................................................328 54.5 Pathogens alter community structure locally and globally......................................................328 Chapter 55: Energy flow and chemical cycling in ecosystems............................................................329 55.1 Physical laws govern energy flow and chemical cycling in ecosystems.................................329 55.2 Energy and other limiting factors control primary production in ecosystems..........................330 55.3 Energy transfer between trophic levels is typically only 10% efficient....................................330 55.4 Biological and geochemical processes cycle nutrients and water in ecosystems..................331 55.5 Restoration ecologists return degraded ecosystems to a more natural state.........................333 Chapter 56: Conservation and global ecology.....................................................................................334 56.1 Human activities threaten Earth’s biodiversity.........................................................................334 56.2 Population conservations focuses on population size, genetic diversity, and critical habitat.335 56.3 Landscape and regional conservation help sustain biodiversity.............................................336 56.4 Earth is changing rapidly as a result of human actions...........................................................337 56.5 Subtainable development can improve human lives while conserving biodiversity................338 Bronnenlijst..........................................................................................................................................339 Afbeeldingen....................................................................................................................................339 Literatuur..........................................................................................................................................339 9 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Inleiding Dit document is een samenvatting van het boek Biology: A Global Approach, de 10e druk. Deze samenvatting geeft in het Nederlands uitgebreid weer wat er in dit boek beschreven staat. In de samenvatting worden geen afbeeldingen gebruikt en wordt er verwezen naar figuren en tabellen uit het boek. Ik raad dan ook aan het boek erbij te houden want, ook al verwijs ik er niet altijd naar, de afbeeldingen ondersteunen de tekst vaak erg goed. De samenvatting kan uiteraard gebruikt worden in combinatie met andere versies van het boek, alleen zal dan de nummering van hoofdstukken, paragrafen, afbeeldingen en tabellen niet altijd kloppen. Ik heb de originele Engelse benaming van de hoofdstukken en paragrafen behouden. De rest van de samenvatting is echter compleet in het Nederlands. Ik heb een mindmap gemaakt die het overzicht van het hele boek geeft in een afbeelding. Dit helpt je de opbouw van het boek begrijpen. Het eerste hoofdstuk is niet verwerkt in deze mindmap, deze is namelijk overkoepelend voor het hele boek. 10 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 1: Biology and its themes Biologie is de wetenschappelijke studie van het leven. Evolutie is afstamming met verandering: het idee dat levende soorten afstammen van voorouderlijke soorten die anders waren dan de huidige. Het is de verandering in de genetische samenstelling van een populatie van generatie op generatie. Zaden zijn embryo’s van planten die omhuld zijn met reservevoedsel en een beschermlaag. 1.1 The study of life reveals common themes Biologie is op te delen in de volgende onderwerpen: - Organisatie - Informatie - Energie en stoffen - Interactie - Evolutie Organisatie (figuur. 1.3) 1. De biosfeer De biosfeer is het totale gedeelte van de Aarde dat door leven bewoond wordt; de som van alle ecosystemen op de planeet. 2. Ecosystemen Een ecosysteem is alle organismen in een gegeven gebied plus de abiotische factoren waarmee ze een wisselwerking hebben; een of meer levensgemeenschappen en de fysieke omgeving eromheen. 3. Levensgemeenschap Een levensgemeenschap is alle organismen die in een bepaald gebied leven; een samenstel van populaties van verschillende soorten die dicht genoeg bij elkaar leven voor mogelijke wisselwerking. 4. Populaties Een populatie is een groep individuen van dezelfde soort die in hetzelfde gebied leven en zich onderling voortplanten en vruchtbare nakomelingen krijgen. 5. Organismen Een organisme is een levend individu. 6. Organen en orgaansystemen Een orgaan is een deel van het lichaam dat een specifieke functie heeft. De organen van complexe dieren en planten zijn ingedeeld in orgaanstelsels. Een orgaanstelsel is een verzameling organen die samen een grotere functie hebben. 7. Weefsels Een weefsel is een geïntegreerde groep cellen met een gemeenschappelijke functie, structuur, of beide. 8. Cellen Een cel is de structuur- en functiebasis van het leven. Sommige organismen zijn eencellig, andere meercellig. 9. Organellen Een organel is een van de kleine, membraan omsloten structuren met gespecialiseerde functies. 10. Moleculen Een molecuul is een chemische structuur die uit twee of meer atomen bestaat. Het inzoomen op dit soort niveaus zoals hierboven is gedaan heet reductionisme. Dit zorgt ervoor dat een complex systeem goed is ingedeeld en zo makkelijker is om te bestuderen. Toch zorgt deze manier van ordenen voor een beeld van het leven dat niet compleet is. 11 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Emergent Properties - Als je bij figuur 1.3 van 10 naar 1 gaat, kom je erachter dat je verschillende dingen mist die er wel zijn. Dit zijn emergent properties. Als je specifiek naar één onderdeel gaat kijken op een niveau van indelen hierboven, mis je belangrijke onderdelen die op hogere niveaus wel belangrijk zijn. - Emergent properties zijn niet uniek. In de biologische wereld zijn ze erg complex, waardoor het een uitdaging is deze te bestuderen. - Systeembiologie is een benadering van de biologie die het dynamische gedrag van hele biologische systemen wil modelleren op basis van een studie naar de interacties tussen de delen van het systeem. Het kan gebruikt worden om leven op alle niveaus te bestuderen. Door het analyseren van biologische structuren wordt er meer informatie verkregen over wat iets doet en hoe iets werkt. - Als je de functie van iets weet, kun je dingen ook beter ordenen. - Natuurlijke selectie verklaart waarom bepaalde dingen bepaalde functies hebben. De cel is de kleinste eenheid van organisatie die alle activiteiten kan uitvoeren om ‘op zichzelf’ te leven. Alle ondernemingen van organismen zijn gebaseerd op het functioneren van cellen. Cellen worden in twee groepen ingedeeld:  Prokaryotisch: een prokaryote cel is een type cel zonder membraan omsloten kern en zonder membraan omsloten organellen. Organismen met dit soort cellen (bacteriën en archaea) worden prokaryoten genoemd.  Eukaryotisch: een eukaryote cel is een celtype met membraan omsloten kern en membraan omsloten organellen. Organismen met dit soort cellen (protisten, dieren, planten, schimmels) worden eukaryoten genoemd. Eukaryote cellen zijn over het algemeen groter dan prokaryote cellen Informatie Chromosomen, die in cellen zitten, bestaan uit genetisch materiaal in de vorm van DNA (desoxyribonucleïnezuur). - Elke keer als een cel zich verdubbeld, wordt DNA gerepliceerd en worden beide cellen die ontstaan dochtercellen van de cel die zich gesplitst heeft. - Elk chromosoom bestaat uit een lang DNA-molecuul dat bestaat uit vele genen. De chromosomen samen hebben alle informatie om een nieuwe cel te kunnen samenstellen. - Door de vorm van een DNA-molecuul kan deze informatie opslaan. Het DNA-molecuul bestaat uit twee lange ketens die gewikkeld zijn als een dubbele helix. Elke keten bestaat uit vier verschillende nucleotiden (A, T, C en G). - Veel genen hebben de basis waarmee eiwitten gevormd kunnen worden. Eiwitten zijn cruciaal in het bouwen en onderhouden van de cel en bij het doen van bepaalde taken in een cel. - Door middel van RNA worden eiwitten gevormd. RNA wordt gevormd aan de DNA streng. RNA bestaat, net zoals DNA, uit nucleotide(ketens). - Genexpressie is het proces waarmee informatie die in het DNA de synthese van eiwitten, of, in sommige gevallen, RNA die niet in eiwitten getranslateerd wordt maar als RNA functioneert, stuurt. - Alle levensvormen gebruiken dezelfde genetische code. Een nucleotidestreng doet precies hetzelfde in het ene organisme als in het andere. Het verschil in organismen zegt meer over het verschil in nucleotideketens dan over het verschil in genen. - RNA kan naast het vormen van eiwitten ook andere belangrijke taken hebben. RNA is bijvoorbeeld een deel van het mechanisme dat eiwitten produceert. - Al het RNA dat deel uit maakt van bepaalde processen wordt gevormd door de genen. DNA moet dus goed overgenomen worden door de volgende generatie. 12 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Genoom is het genetisch materiaal van een organisme of virus: de complete verzameling genen van een organisme of een virus samen met de niet-coderende nucleïnevolgorde. - Tegenwoordig is de hele volgorde van nucleotiden in het menselijk genoom bekend. - Genomica is de studie van gehele genenverzamelingen en hun wisselwerking binnen een soort en ook genoomvergelijkingen tussen soorten. - Proteomica is de systematische studie van eiwitverzamelingen en hun eigenschappen, waaronder het voorkomen, chemische modificaties en eigenschappen. - Er zijn drie belangrijke ontwikkelingen die de genomica en proteomica mogelijk hebben gemaakt:  De hogesnelheidstechnologie: gereedschappen die snel biologische monsters kunnen analyseren.  De bioinformatica: het gebruik van computers, software en wiskundige modellen om biologische informatie uit grote gegevensverzamelingen te verwerken en integreren.  De formatie van interdisciplinaire onderzoeksteams: groepen die uit verschillende specialisten bestaan. Energie en materie Alle levende organismen hebben hetzelfde gemeen: ze gebruiken energie om te groeien, bewegen en andere activiteiten uit te voeren. - Planten gebruiken zonlicht als bron van energie. Hiermee kunnen ze anorganische stoffen omzetten in (organische) stoffen die ze nodig hebben (fotosynthese). - Een producent is een organisme dat organische molecule uit CO2 produceert door lichtenergie aan te wenden of door anorganische chemicaliën te oxideren. - Een consument is een organisme dat zich voedt met producenten, andere consumenten en niet-levend organisch materiaal. - Chemische stoffen komen altijd weer terug in het milieu waar ze vandaan komen. Deze blijven behouden binnen een ecosysteem. - Energie gaat maar één kant op. Er moet steeds opnieuw licht toegevoegd worden als energiebron aan een ecosysteem. Aan het einde van het ecosysteem gaat deze energie verloren. Interacties Op het niveau van ecosystemen zijn er interacties tussen alle organismen. Deze interacties zorgen ervoor dat een ecosysteem als een geheel kan functioneren. - Deze interacties kunnen voor beide organismen voordelig zijn; - Deze interacties kunnen voor één organisme een voordeel zijn en voor één organisme een nadeel; - Deze interacties kunnen voor beide organismen nadelig zijn. Organismen reageren ook de hele tijd met niet-levende materie in hun omgeving. Ze oefenen ook invloed uit op het milieu waar ze in leven. 13 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Als je gaat kijken naar kleinere niveaus kom je bij de interactie tussen onderdelen die levende organismen tot stand brengen (organen, weefsels, cellen en moleculen). Deze zijn cruciaal voor een goede levensbase. - Interactie tussen de moleculen in een lichaam zijn verantwoordelijk voor de meeste stappen in een proces. - Veel processen hebben meerdere reacties, waarvan elk reactie zijn eigen enzym heeft die deze reactie katalyseert. - Terugkoppelingsregulering is de regulering van een proces door de eigen uitvoer of het eindproduct.  Dit wordt meestal gedaan door negatieve terugkoppeling bij organismen. Hierbij vertraagt het eindproduct van een bepaald proces dit proces.  Dit kan ook worden gedaan door positieve terugkoppeling bij organismen. Hierbij versnelt het eindproduct van een bepaald proces dit proces. - Feedback wordt gebruikt in alle systemen, van moleculair niveau tot het niveau van ecosystemen. Evolutie - Evolutie is het concept dat het meest logische is als je kijkt naar alles wat we weten van levende organismen. - Er is, door evolutie, veel verschil in organismen op Aarde. Maar er zijn ook veel gemeenschappelijke eigenschappen. - Evolutie is het concept dat de organismen die vandaag de dag op Aarde leven zijn gemodificeerde nakomelingen van gemeenschappelijke voorouders. - Veel verschillende soorten bewijzen ondersteunen de evolutietheorie. 1.2 The core theme: evolution accounts for the unity and diversity of life Er zijn miljoenen soorten die op de wereld leven en hebben geleefd. Tot nu toe zijn er 1.8 miljoen soorten benoemd. Daar komen elk jaar duizenden nieuwe soorten bij. De mens heeft de neiging om dingen in een groep te zetten aan de hand van (vergelijkbare) eigenschappen. Namen die in de volksmond voor soorten gebruikt worden hoeven niet altijd correct te zijn. Taxonomie is de wetenschap die zich bezighoudt met het namen en classificeren van organismen. Dit doen ze met de volgende volgorde: Domein, rijk, afdeling, klasse, orde, familie, geslacht, soort. Door nieuwe onderzoeken zijn de biologen van 6 rijken naar wel een dozijn rijken gegaan. Daarom zijn de domeinen in het leven geroepen. Dit is een niveau hoger dan de rijken. Er zijn drie soorten domeinen:  Bacteriën: prokaryotisch  Archaea: prokaryotisch  Eukarya: eukaryotisch  Planten: meercellig, produceren hun eigen suikers en andere voedingsmoleculen door middel van fotosynthese  Schimmels: meercellig, absorberen opgeloste voedingsstoffen van hun omgeving  Dieren: meercellig, vergrijken voedsel door andere organismen te eten  Protisten: werden eerst allemaal in het rijk van de protisten geplaatst, maar bij nader onderzoek zijn ze erachter gekomen dat sommige protisten meer verwant zijn met dieren, planten of schimmels dan met andere protisten. Evolutie beschrijft zowel de overeenkomsten als de verschillen tussen alle organismen. 14 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Toen Charles Darwin in november 1859 zijn boek On the Origin of Species by Means of Natural Selection publiceerde, veranderde de manier van denken van veel mensen. Het Darwinisme ontstond en het boek werd een bestseller. - De twee belangrijkste punten die Darwin in zijn boek maakte waren “afstamming met modificatie” en “natuurlijke selectie”. - Afstamming met modificatie houdt in dat er van een bepaalde soort een voorouder is die op een gegeven moment een modificatie heeft ondergaan en daarmee tot een nieuwe soort is uitgegroeid. - Natuurlijke selectie is een evolutionair mechanisme dat voortvloeit uit afstamming met modificatie.  Darwin baseerde de theorie over natuurlijke selectie op basis van onderzoeken die al hadden plaats gevonden en hij combineerde. Hij heeft de volgende drie observaties in de natuur gedaan: 1) Individuelen van een populatie verschillen in hun eigenschappen, waarvan velen erfelijk lijken te zijn. 2) Een populatie kan veel meer nakomelingen krijgen dan er kunnen overleven. Het milieu kan zo veel nakomelingen niet aan, waardoor er een competitie ontstaat. 3) Soorten zijn vaak aangepast aan het milieu waarin ze leven.  De theorie die uit de resultaten van de bovengenoemde observaties ontstond, werd zijn echte theorie. Hij beredeneerde dat individuen met overgeërfde eigenschappen die beter aan het milieu waren aangepast meer kans hadden om te overleven en meer kans hadden om goed aangepaste nakomelingen te krijgen. Door de generaties heen die daaruit voort vloeien ontstaan er steeds meer individuen met die bepaalde eigenschappen.  Evolutie treedt op als het ongelijke reproductieve succes van individuelen uiteindelijk lijdt tot aanpassing aan het milieu, terwijl het milieu hetzelfde blijft.  Darwin koos voor de term natuurlijke selectie omdat de natuurlijke omgeving kiest tussen verschillende eigenschappen en daarmee de vermeerdering van specifieke binnen een populatie. - Verwantschap tussen verschillende soorten verbinden de eenheid van de organismen met het concept van Darwin over afstamming met modificaties. Hieruit kan geconcludeerd worden welke eigenschappen verschillende soorten van dezelfde voorouder hebben. Hier gaan miljoenen generaties overheen. Vaak kan dit ondersteund worden met fossielen. - Geografisch geïsoleerde populaties kunnen volgens Darwin ook uitgroeien tot een nieuwe soort, zodanig dat ze zich niet meer kunnen voortplanten met de populatie waar ze eerst bij hoorden. - Darwin staat bekend om zijn onderzoek naar de vogels op de Galapagos eilanden, waarin hij aan de verschillen en overeenkomsten tussen de verschillende soorten vogels kon zien hoe ze verwant waren aan elkaar. - Op het moment dat er soorten worden ingedeeld, wordt er gebruik gemaakt van een stamboom. De gezamenlijke voorouder staat aan de linkerkant. 15 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 1.3 In studying nature, scientists make observations and form and test hypotheses De wetenschap is een benadering om de natuurlijke wereld te begrijpen. Het is ontstaan uit de drang van de mens om alles te willen begrijpen. - Om wetenschap te vormen zijn onderzoeken nodig. Dit is de zoektocht naar informatie en uitleg, vaak geconcentreerd op specifieke vragen. Er is geen ‘recept’ voor het beste onderzoek, er zijn geen regels die door wetenschappers gevolgd moeten worden. Er zijn veel verschillende manieren om dit te doen. - Doordat wetenschappers onderzoek doen door middel van het maken van observaties en daaruit een hypothese te stellen die vervolgens verworpen of bevestigd wordt, komen ze steeds dichter bij het juiste antwoord. Observeren is het verzamelen van informatie, door zowel het gebruik van de zintuigen en met behulp van apparaten zoals microscopen, thermometers en weegschalen. - Geregistreerde informatie wordt data genoemd. Data is informatie waarop wetenschappelijke onderzoeken worden gebaseerd. Data kan zowel uitgedrukt zijn in getallen als in geregistreerde beschrijvingen. Kwantitatieve data wordt vaak uitgedrukt in metingen en worden vaak uitgedrukt in tabellen en grafieken. - Inductieve redenering is een vorm logica waarbij algemeenheden gebaseerd worden op een groot aantal specifieke observaties. Hiermee kan worden gegeneraliseerd uit dit grote aantal observaties. - Goede observaties, data-analyses en generaliseringen uit inductieve redeneringen zijn fundamenteel tot het begrijpen van de natuur. Door de nieuwsgierigheid van de mens ontstaan er vragen. Bij een wetenschappelijk onderzoek wordt er vervolgens een antwoord op deze vraag bedacht die het meest logisch lijkt en deze stelling wordt getest. Dit wordt de hypothese genoemd. - Een hypothese is een testbare formulering voor een verzameling observaties gebaseerd op beschikbare gegevens en geleid door inductieve redenering. Een hypothese is smaller in reikwijdte dan in theorie. Hij wordt getest met een experiment, dat uitgevoerd wordt onder gecontroleerde omstandigheden. - In het alledaagse leven wordt deze manier van onderzoek ook vaak onbewust gebruikt. Het wordt dan systematische trial and error genoemd. - Soms kan er geen experiment plaats vinden, maar kan een hypothese bevestigd of verworpen worden op basis van observaties. Deductie is een vorm van logica waarbij specifieke gevolgen worden voorspeld uit algemene permissie. In de wetenschap wordt deductie meestal in de vorm van voorspellingen gebruikt. Het wordt gebruikt in de “Als… , dan…” vorm. Er zijn twee belangrijke punten bij het gebruik van de hypothesen in de wetenschap: - Observaties kunnen meerdere hypothesen geven. Het ideaalste zou zijn om dan een experiment te ontwerpen waarin alle hypothesen getest kunnen worden. - Een hypothese kan nooit echt bewezen worden. Door verschillende experimenten te doen kunnen er veel andere hypothesen verworpen worden, waardoor er één de meest logische wordt, maar echt bewijzen zal nooit gebeuren. Wetenschappelijk onderzoek op de bovenstaande manier is een veel gebruikte en goede manier om veel te leren over de natuur, maar er zit een limiet aan. - Een hypothese moet te testen zijn: er moet een observatie of experiment zijn dat de hypothese kan verwerpen of bevestigen. - Sommige hypothesen voldoen niet aan de criteria van de wetenschap. Concepten zoals bovennatuurlijke krachten en religie doet de wetenschap geen onderzoek naar. De wetenschappelijke methode is een model waarmee je een onderzoek kunt opstellen. In gepubliceerde onderzoeken kun je de meeste elementen eruit halen, maar bijna nooit in zo’n 16 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen gestructureerde vorm. Dit komt omdat je niet altijd dit sjabloon precies kan volgen, maar het soms anders moet doen omdat je er bijvoorbeeld achter komt dat je meerdere observaties had moeten maken. - In figuur 1.23 is een betere manier van het testen van hypothesen beschreven. Dit is de reden dat de wetenschap een betrouwbare taak uitvoert. - Wetenschap is meer dan alleen hypothesen testen. De keuze in ideeën om te testen, de interpretatie en evaluatie van resultaten, en de keuze over welke ideeën worden gebruikt om verder over te leren worden ook beïnvloed door drie andere gebieden.  Nieuwe hypothesen en goede studies zijn geïnspireerd door allerlei inspanningen die te maken hebben met onderzoeken en ontdekken.  Een test wordt gedeeld met collega’s en mede wetenschappers om zo feedback te krijgen en theorieën te ontwikkelen. Zo kunnen hypothesen beïnvloed worden.  Het proces van de wetenschap is verweven met de structuur van de samenleving. Er zijn bepaalde vragen die onder het grote publiek leven die beantwoordt kunnen worden door onderzoeken te publiceren. Hierdoor komen er ook weer nieuwe wetenschappelijke vragen naar boven. In een experiment worden eigenschappen gemanipuleerd om te kijken of er verandering in de effecten ervan zijn. Zowel de gemanipuleerde factor als de effecten die gemeten worden zijn variables, factoren die verschillen in een experiment. - Het experiment met de muizen is een gecontroleerd experiment, waarbij gebruik wordt gemaakt van een controlegroep om de resultaten te kunnen vergelijken. Zonder controlegroep kan zo’n experiment niet uitgevoerd worden. - De onafhankelijke variabele was bij dit onderzoek de kleur van de vacht van de muizen. De afhankelijke variabele was hierbij het aantal keer dat aangevallen werd. - Een veelvoorkomend misverstand is dat er bij een gecontroleerd experiment alles hetzelfde is qua omstandigheden. Dit is namelijk onmogelijk voor onderzoeken in bijvoorbeeld een veld, en zelfs in een labonderzoek is dit een erg hoge standaard. Onderzoekers zorgen er niet voor dat ongewilde variabelen “verwijderd” worden, maar zorgen ervoor dat deze variabelen uitgesloten worden door een controlegroep te maken. Een wetenschappelijke theorie is wat anders dan een alledaagse en heeft een andere betekenis. Ook is een theorie anders dan een hypothese of een speculatie. - Een wetenschappelijke theorie is veel breder in omvang dan een hypothese. In een hypothese wordt specifiek de uitkomst van een onderzoek beschreven, en kan als het ware een voorbeeld zijn van een theorie. - Een theorie is algemeen genoeg om veel nieuwe, specifieke hypothesen af te splitsen. - Een theorie is over het algemeen veel breder ondersteund met bewijzen dan een hypothese. Ondanks het feit dat vele theorieën door veel bewijs ondersteund worden, zullen wetenschappers theorieën bewerken en soms zelfs helemaal verwerpen als er nieuwe onderzoeken zijn gedaan waarin aangetoond wordt dat de resultaten niet passen. Als er een “waarheid” is in de wetenschap, dan is dit gebaseerd op het overwicht aan het beschikbare bewijs. 17 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen 1.4 Science benefits from a cooperative approach and diverse viewpoints Wetenschappelijke resultaten worden verkregen door een cyclus van observatie en experimenten. Oude onderzoeken worden vaak door wetenschappers herhaald om te kijken of ze echt kloppen. Veel wetenschappers werken aan dezelfde problemen en proberen op verschillende manieren nieuwe inzichten te verkrijgen. Modelorganismen zijn organismen van een bepaalde soort die gekozen wordt voor onderzoek in bede biologische principes omdat de soort representatief is voor een grotere groep en doorgaans gemakkelijk in het lab te kweken is. Vele wetenschappers binnen de biologie zijn gespecialiseerd in een bepaald gebied (ecologie, genetica, voeding, etc.). De technologie is de toepassing van wetenschappelijke kennis voor een specifiek doel, waarbij de industrie of commercie vaak betrokken zijn, maar wat ook basaal onderzoek omvat. 18 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 2: Atoms and molecules Er zijn veel chemische stoffen die belangrijk zijn bij het bestuderen van de leer van het leven. Veel dieren communiceren bijvoorbeeld doormiddel van kleine chemische stoffen. 2.1 Matter consists of chemical elements in pure form and in combinations called compounds Materie is alles dat ruimte inneemt en massa heeft. Materie bestaat uit elementen. - Een element (atoom) kan niet gebroken worden (op een chemische manier). Op dit moment zijn er 92 bekend. - Een molecuul is een stof die bestaat uit twee of meerdere elementen die in een vaste verhouding verenigd zijn. Elementen hebben in combinatie met andere elementen andere eigenschappen. - Een essentieel element is een chemisch element dat vereist is voor een organisme om te overleven, te groeien en voort te planten. - Spoorelementen zijn elementen die nodig zijn om te kunnen leven, maar waarvan extreem weinig nodig is. - Sommige, natuurlijke, elementen zijn giftig voor bepaalde organismen. Sommige soorten hebben zich aangepast aan bepaalde elementen die voorkomen in een bepaald gebied en normaalgesproken giftig zijn. Ze hebben aanpassingen zodat ze dit giftige element uit kunnen scheiden zonder dat het ze schaadt. 2.2 An element’s properties depend on the structure of its atoms Een atoom is de kleinste materie-eenheid die nog de eigenschappen van een element behoudt. Een atoom bestaat uit neutronen, protonen en elektronen. - Neutronen: zitten in de kern van het atoom, hebben geen elektrische lading. - Protonen: zitten in de kern van het atoom, hebben een positieve lading. - Elektronen: bewegen rondom de kern van het atoom, hebben een negatieve lading. Protonen en neutronen zijn even zwaar. Elektronen hebben een gewicht dat 2000 keer zo klein is als dat van een proton of neutron. Protonen geven de kern een positieve lading, de elektronenwolk om de kern heen is negatief geladen. Bij het berekenen van de massa van een atoom wordt de eenheid dalton gebruikt (als er grammen gebruikt worden moet er gewerkt worden met te kleine getallen). Een proton en neutron zijn beide 1 dalton, een elektron 1/2000e dalton, en daarom verwaarloosbaar bij het berekenen. Het atoomnummer van een proton staat voor het aantal protonen in de kern van een atoom. Dit is uniek voor elk element. Het massagetal, het gewicht van het atoom, is het aantal protonen + neutronen van een atoom. De atomaire massa is de totale massa van het atoom: dus niet afgerond (protonen en neutronen wegen allebei niet precies 1 dalton). Isotopen - Een element kan isotopen hebben. Dit betekent dat een element een afwijkend aantal neutronen. Het aantal protonen (atoomnummer) blijft hetzelfde. De isotopen verschillen dus van elkaar in atoommassa. - Een radioactief isotoop is een isotoop dat onstabiel is. De kern vervalt spontaan onder afgifte van energie. De isotoop wordt dan een ander element. Radioactieve isotopen kunnen schade aanrichten aan moleculen die voorkomen in cellen. - Radioactieve isotopen vervallen. Hoe snel dit gaat, wordt weergeven met een halfwaarde tijd. Dit is de hoeveelheid tijd die verstrijkt voordat 50% van een bepaalde hoeveelheid van een radioactief isotoop is vervallen. - Radiometrische datering is een methode voor de bepaling van de absolute ouderdom van gesteenten en fossielen. Dit is gebaseerd op de halfwaardetijd van radioactieve isotopen. 19 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Atomen bestaan vooral uit veel lege ruimte. De kern en de elektronen in de elektronenwolk zijn heel klein en naar verhouding zit er heel veel lege ruimte tussen. Elektronen verschillen in de hoeveelheid energie die ze kunnen verwerken. - Elektronen hebben potentiele energie. Dit komt door de afstand die ze hebben ten opzichte van de kern. Hoe verder het elektron van de kern af is, hoe groter de potentiele energie. - Door de verschillen in potentiele energie is de elektronenwolk opgedeeld in verschillende elektronenschillen. De elektronen in de elektronenschil die het dichtst bij de kern zit, hebben de minste potentiele energie. - Elektronen kunnen van schil wisselen, maar dan moet het atoom energie verliezen of krijgen. Dit doet licht bij fotosynthese. - De elektronen gaan zo dicht mogelijk bij de kern zitten. Als de elektronenschil vol is, schuiven ze door naar de volgende schil. - De valentieschil is de buitenste energieschil. Het bevat valentie-elektronen die berokken zijn bij de chemische reacties van dat atoom. - De precieze afstanden tussen de atoomkern en een bepaald elektron zullen we nooit weten. In tekeningen wordt dit schematisch en gemiddeld weergeven. - De eerste elektronenschil kan twee elektronen dragen, de tweede 8 en de derde 10. Een atoom neigt altijd naar volle elektronenschillen. De buitenste (valentie) schil gaat dus een verbinding aan met een andere buitenste schil van een ander atoom. - Atomen met een volle valentieschil gaan geen reacties aan met andere atomen. Zo’n atoom behoort tot de edelgassen. 2.3 The formation and function of molecules depend on chemical bonding between atoms Chemische binding is een aantrekking tussen twee atomen als gevolg van het delen van elektronen in de buitenste schil of de aanwezigheid van tegengestelde ladingen op de atomen. De buitenste elektronenschillen van de gebonden atomen worden compleet. Een covalente binding is een sterk type chemische binding waarbij twee atomen een of meer paren valentie-elektronen delen. - Twee of meer atomen die door een covalente binding bij elkaar gehouden worden vormen een molecuul. - Een enkele binding is een enkele covalente binding: het delen van een paar valentie- elektronen. - Een dubbele binding is een dubbele covalente binding: het delen van twee paar valentie- elektronen door twee atomen. - De valentie van een atoom is de bindingscapaciteit, gewoonlijk gelijk aan het aantal ongepaarde elektronen dat nodig is om de buitenste schil van het atoom te vullen. - Elektronegativiteit is de aantrekking van een gegeven atoom voor de elektronen van een covalente binding. - Een apolaire covalente binding is een type covalente binding waarbij elektronen gelijk tussen twee atomen met vergelijkbare elektronegativiteit worden gedeeld. - Een polair covalente binding is een type covalente binding tussen atomen die verschillen in elektronegativiteit. De gedeelde elektronen worden dichter naar het meer elektronegatieve atoom getrokken, waardoor het een lichtelijk negatief en het ander lichtelijk positief wordt. - Het verschil in elektronegativiteit wordt aangeduid met de kleine Griekse letter ‘d’: δ. 20 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Ionische bindingen - Een ion is een atoom of groep atomen dat een of meer elektronen verloren of verkregen heeft, waarbij het een lading gekregen heeft. - Een kation is een positief geladen ion, een anion een negatief geladen ion. - Een ion-binding is een chemische binding die het resultaat is van aantrekking tussen tegengesteld geladen ionen. Het molecuul dat hieruit resulteert wordt een zout genoemd. - Ionen komen als vaste vorm voor in een kristalrooster en vallen vaak uit elkaar in water. Veel grote moleculen in het lichaam van een dier worden bij elkaar gehouden door zwakke bindingen (wat ook voordelen heeft). - Een waterstofbrug is een zwak type chemische binding die gevormd wordt als het lichtelijk positieve waterstofatoom van een polaire covalente binding in het ene molecuul aangetrokken wordt door het lichtelijk negatieve atoom van een polair covalente binding in een ander molecuul of in een ander gebied van hetzelfde molecuul. - Vanderwaalsbindingen zijn zwakke aantrekkingskrachten tussen moleculen of delen van moleculen die het resultaat zijn van een overgaande plaatselijke gedeeltelijke ladingen. - Ook al zijn de vanderwaalsbindingen niet erg sterk, hierdoor kan een gekko tegen de muur oplopen. Een molecuul dat bestaat uit twee atomen is altijd lineair (er is ook geen andere mogelijkheid) maar een molecuul dat bestaat uit meerdere atomen heeft vaak moeilijkere 3D structuren. - H2O heeft de vorm van een V, met een hoek van 104.5˚. - De driedimensionale structuurformule is cruciaal, het bepaalt hoe moleculen op elkaar reageren. 2.4 Chemical reactions make and break chemical bonds Een chemische reactie is het vormen en verbreken van chemische verbindingen, wat leidt tot verandering in de samenstelling van materie. - Een reagens is een stof die de reactie ondergaat. Bij een reactie kun je meerdere reagens hebben. Deze staan voor de pijl in de reactievergelijking. - Een product is een stof die uit een reactie komt. Bij een reactie kun je meerdere producten hebben. Deze staan na de pijl in de reactievergelijking. - Het atomenaantal voor en na de pijl in een reactievergelijking moet gelijk zijn, omdat atomen nooit verloren gaan in een reactie. - Tijdens een reactie worden er als het ware stoffen gereorganiseerd. Alle chemische reacties zijn omkeerbaar. Bij de omgekeerde reactie worden de producten het reagens en andersom. De reactiesnelheid wordt beïnvloed door de concentratie van reagens. - Hoe groter de reagens-concentratie, hoe sneller de reactie. Hoe groter de productconcentratie, hoe sneller de tegenreactie. - Hieruit ontstaat een chemisch evenwicht. De reacties vinden dan nog steeds plaats, naar beide kanten, maar het heeft geen effect meer op de reagens- en productconcentratie. - Een chemisch evenwicht betekent niet dat de reagens- en productconcentratie gelijk aan elkaar zijn, maar dat ze gestabiliseerd zijn. 21 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 3: The chemistry of water Water is het biologische medium op Aarde en waarschijnlijk ook op de meeste andere planeten. Water is een van de weinige stoffen waarvan de vaste vorm een kleinere dichtheid heeft dan de vloeibare vorm. 3.1 Polar covalent bonds in water molecules result in hydrogen bonding Het watermolecuul heeft de vorm van een brede V. Polaire covalente binding: een covalente binding tussen atomen die verschillen in elektronegativiteit - De gedeelte elektronen worden dichter naar het meer elektronegative atoom getrokken, waardoor het een lichtelijk negatief wordt en het ander lichtelijk positief. - Een molecuul met zo’n binding is een polair molecuul. - Door de waterstofbruggen, die constant verbroken en opnieuw gevormd worden tussen de moleculen, is water zo sterk. De waterstofbruggen ontstaan door het verschil in elektronegativiteit tussen de atomen, die daardoor bindingen gaan maken met atomen van een ander molecuul. 3.2 Four emergent properties of water contribute to Earth’s suitability for life Water heeft vier eigenschappen die belangrijk zijn bij het vormen van het leven op Aarde: cohesie, hoe water omgaat met verschillende temperaturen, het wijder worden van de stof bij het bevriezen ervan en de verschillende functies als oplosmiddel. Cohesie - Watermoleculen zijn door de waterstofbruggen beter gestructureerd dan de meeste andere vloeistoffen. - Cohesie is de verbinding tussen gelijksoortige moleculen, adhesie is de verbinding tussen verschillende soorten moleculen. - Oppervlaktespanning is een maat voor de moeilijkheid om het oppervlak van een vloeistof te rekken of te breken. Water heeft een hoge oppervlaktespanning vanwege de waterstofbruggen tussen de oppervlaktemoleculen. Hoe water omgaat met verschillende temperaturen - Water geeft warmte af aan lucht die kouder is en neemt warmte op van lucht die warmer is. - Water kan relatief veel warmte absorberen of vrijlaten zonder dat er veel verandert aan de temperatuur van het water zelf. Verschillende soorten energie - Kinetische energie is de energie die geassocieerd wordt met de onderlinge bewegingen van objecten. Bewegende materie kan arbeid verrichten door beweging te verlenen aan andere materie. - Thermische energie is kinetische energie in de vorm van willekeurige beweging van atomen en moleculen; energie in de meest willekeurige vorm. - Hier wordt onder temperatuur een maat ion graden van de gemiddelde kinetische energie van atomen en moleculen in een materieel lichaam verstaan. - Hier wordt onder warmte thermische energie die van het ene materiële lichaam naar het andere overgaat verstaan. - Een calorie (cal) is de hoeveelheid warmte-energie die nodig is om 1 gram water met 1 ˚C te verhogen; tevens de hoeveelheid warmte-energie die vrijkomt als 1 gram water met 1 ˚C afkoelt. De eenheid Calorie (C), vaak gebruikt om de hoeveelheid energie in voedsel aan te geven, is eigenlijk een kilocalorie. - Joule is de eenheid van energie: 1 J = 0,239 cal; 1 cal = 4,184 J. - Soortelijke warmte is de hoeveelheid warmte die door 1 gram van een stof opgenomen of verloren moet worden om de temperatuur ervan met 1 ˚C te veranderen. Het is een maat waarmee je kunt aangeven hoe goed een substantie veranderingen in zijn temperatuur behoudt op het moment dat het warmte absorbeert of afgeeft. 22 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen - Als er warmte wordt opgenomen, gaan er waterstofbruggen kapot. Als er warmte wordt afgestaan, worden er nieuwe waterstofbruggen gevormd. - Doordat water relatief niet makkelijk van temperatuur verandert, wordt er een bepaald klimaat geschept voor het zeeleven waarin de temperaturen redelijk constant blijven. Ook kunnen organismen in het algemeen, omdat deze vooral uit water bestaan, hun temperaturen makkelijker op peil houden. Verdamping van een stof vindt altijd plaats, ook bij hele lage temperaturen. De moleculen met de meeste snelheid zullen ontsnappen. - Hoe hoger de temperatuur van een vloeistof, hoe groter de gemiddelde kinetische energie van de moleculen en de vloeistof zal sneller verdampen. - Verdampingswarmte is de hoeveelheid warmte die 1 gram van een vloeistof op moet nemen om over te gaan van de vloeibare in de gasfase. - Evaporatieve koeling is het proces waarbij het oppervlak van een object koeler wordt door verdamping, als resultaat van de overgang van de moleculen met de meeste kinetische energie van de vloeistof- naar gasfase. Water wordt wijder als het bevriest - In alle stoffen, behalve water, komen de moleculen dichter bij elkaar te liggen als de stof een lagere temperatuur krijgt. Bij water gebeurt iets anders.  Water gedraagt zich net zoals andere stoffen als het boven 4 ˚C is.  Onder de 4 ˚C begint het water te bevriezen omdat steeds meer moleculen te langzaam bewegen om waterstofbruggen te doorbreken.  Onder de 0 ˚C gaan de moleculen in een kristal raster zitten. De waterstofbruggen zorgen ervoor dat de moleculen op een bepaalde afstand gaan zitten. - Door dit verschijnsel heeft ijs een kleinere dichtheid dan water. Als dit niet zo was, zou het ijs zinken en zou al het water uiteindelijk omgezet worden in ijs, waardoor leven op Aarde onmogelijk zou worden. - Door de opwarming van de Aarde smelten de ijskappen en gletsjers waardoor het moeilijk is voor dieren die afhangen van ijs en koude temperaturen, te overleven. Water als oplosmiddel - Een oplossing is een vloeistof die een homogeen mengsel is van twee of meer vloeistoffen. - Een oplosmiddel is het oplossend agens van een oplossing. Water is het meest veelzijdige oplosmiddel dat we kennen. Een oplossing met water als oplosmiddel wordt een waterige oplossing genoemd. Een opgeloste stof is een stof die is opgelost in een oplossing. - Een hydratieschil is de bol van watermoleculen rond een opgelost ion. - Iets hoeft niet per se een ion te zijn om te kunnen oplossen. Dit kan ook met stoffen die waterstofbruggen kunnen vormen met water. Hydrofiel en hydrofoob - Een hydrofiel molecuul heeft een affiniteit voor water. Ze kunnen waterstofbruggen vormen met water. - Cellulose is een goed voorbeeld van een stof die niet uit elkaar komt wanneer het in aanraking komt met water, maar dit wel kan opnemen omdat het een affiniteit voor water heeft. - Een hydrofoob molecuul heeft geen affiniteit voor water. Ze zijn geneigd samen te klonteren en druppeltjes te vormen in water. Molariteit en moleculairgewicht - De moleculaire massa is de som van de massa van alle atomen in een molecuul; soms het moleculairgewicht genoemd. - Mol is het aantal gram van een stof dat gelijk is aan de moleculaire massa of atomaire massa in daltons ervan; een mol bestaat uit het aantal moleculen of atomen in kwestie dat gelijk is aan het getal in Avogadro. 23 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen - Het voordeel van het rekenen met molaire massa’s is dat je dan hoeveelheden van stoffen met elkaar kunt vergelijken. - Molariteit is een gebruikelijke maat voor de concentratie van oplossingen; verwijst naar het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing. Er wordt op andere planeten, ook buiten ons zonnestelsel, gezocht naar de aanwezigheid van water om te kijken of er eventueel leven is (geweest). 3.3 Acidic and basic conditions affect living organisms Waterstof - Een waterstofion is een enkel proton met een lading van 1+. De dissociatie van een watermolecuul (H2O) leidt tot het ontstaan van een hydroxide-ion (OH-) en een waterstofion (H+); in water wordt H+ niet zelfstandig aangetroffen maar gaat het een associatie aan met een watermolecuul om een hydroniumion te vormen. - Een hydroniumion is een watermolecuul dat een extra proton aan zich gebonden heeft: H3O+, waar normaal gesproken H+ mee bedoeld wordt. - Een hydroxide-ion is een watermolecuul dat een proton verloren heeft: OH-. - 2 H2O ↔ H3O+ + OH-. Dit is een dynamisch evenwicht. - H+ en OH- reageren heel goed. Veranderingen in de concentratie van deze ionen heeft veel invloed op cellen. De hoeveelheden H+ en OH- kunnen gemeten worden met de pH schaal. Zuren, basen en pH - Een zuur is een stof die de waterstofionconcentratie van een oplossing doet toenemen. - Een base is een stof die de waterstofionconcentratie van een oplossing reduceert. - Een oplossing met meer OH- ionen dan H+ ionen wordt een basische oplossing genoemd. Andersom is het een zure oplossing. Als ze gelijk staan aan elkaar is het een neutrale oplossing. - Er ontstaat een evenwicht bij zwakke zuren en basen, en een aflopende reactie bij sterke zuren en basen. - Bij 25 ˚C: [H+] = 10-7 en [OH-] = 10-7. Dit is in een oplossing. - Als je een zuur toevoegt aan een oplossing zullen er niet alleen meer H + ionen worden toegevoegd, maar ook OH- ionen zullen verwijden. Het omgekeerde gebeurd als je een base toevoegt. - Met de pH schaal kun je meten hoe zuur of basisch een oplossing is. Het is een maat voor waterstofionconcentratie; gelijk aan –log [H+] en loopt van 0 tot 14. Doordat je de H+ concentratie kunt uitrekenen met de pH, kun je de OH- concentratie ook uitrekenen. Buffers - De pH van de meeste levende cellen ligt rond de 7. Een kleine verandering kan al veel schade opleveren. - Een buffer is een oplossing bestaande uit een zwak zuur en de bijbehorende base. Een buffer minimaliseert veranderingen in pH wanneer zuren of basen aan de oplossing worden toegevoegd. Een van de schadelijkste bronnen voor de kwaliteit van het water op Aarde is het verbranden van fossiele brandstoffen. Het water wordt hierdoor zuurder. - Wetenschappers maken zich zorgen dat de grote absorptie van CO2 door de oceaan verschillende ecosystemen in de oceanen kunnen aantasten. Er treedt oceaanverzuring op waarbij de pH daalt. - Ook zal er indirect verkalking optreden waardoor ecosystemen in de oceanen worden aangetast. Koralen, bijvoorbeeld, zijn gevoelige ecosystemen. 24 Gedownload door: esra_rossum | [email protected] Dit document is auteursrechtelijk beschermd, het verspreiden van dit document is strafbaar.  Stuvia - Koop en Verkoop de Beste Samenvattingen Chapter 4: Carbon: the basis of molecular diversity Alle levende organismen zijn opgebouwd uit chemicaliën die als basiselement vaak het atoom C bevatten. 4.1 Organic chemistry is the study of carbon compounds Organische chemie is de studie die zich bezighoudt met grote moleculen die veel voorkomen in organismen, zoals koolhydraten, eiwitten en vetten. Dit zijn relatief grote moleculen die als basis het koolstofatoom hebben. De belangrijkste elementen in het leven zijn C, H, O, N, S en P. Per soort organisme verschilt de aanwezigheid in percentages en welke molecule