Campbell Biology in Focus, Chapter 19-230904-PDF

Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 19 Descent with Modification (변화를 수반한 계승) September 4th 2023 Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Prof: Yangkyun Oh, Ph.D KAIST: 200...

Campbell Biology in Focus Third Edition, Global Edition Chapter 19 Descent with Modification (변화를 수반한 계승) September 4th 2023 Yangkyun Oh, Ph.D. Department of Life Science Ewha Womans University Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Prof: Yangkyun Oh, Ph.D KAIST: 2003 ~ 2015 NYU: 2015 ~ 2022 Ewha Womans University: 2022 ~ present Tell: 02-3277-5046 Email: [email protected] Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved 행동 신경생리 연구실 동물의 내부 감지 센서의 행동 Behavioral Neurophysiology Lab 조절 기능과 관련 신경 회로 연구 오양균 교수 생명과학과 대학원 종합과학관 C동 406호 영양분 음식 선택(입맛) 대사물질 섭식량 공생 세균총 [email protected] 에 대한 내부 감지 뇌 속 특정 신경회로의 활성 변화 행동량 수면/생체리듬 관련 행동 조절 1. 뇌와 다른 장기들 사이의 상호작용 을 통한 2. 장내 공생세균의 활동이 행동 조절 행동 조절 연구 신경세포에 미치는 영향 연구 (1) 뇌 – 소화기관 의 상호작용 (2) 뇌 – 미주신경계 의 상호작용 (3) 뇌– 순환, 대사 기관의 상호작용 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Most Beautiful ,Endless Forms (가장 아름다운, 끝이 없는 형태들) • A new era of biology began in 1859 when Charles Darwin published On the Origin of Species (1859년 찰스 다윈이 <종의 기원>을 출간하면서 새로운 생물학 시대가 시작되었다.) • On the Origin of Species focused biologists’ attention on the great diversity of organisms (종의 기원은 생물학자들의 관심을 생물의 다양성에 집중시켰다.) • Darwin noted that current species are descendants of ancestral species (다윈은 현재의 종은 조상 종의 후손이라는 점에 주목했다.) • Evolution can be defined by Darwin’s phrase descent with modification (진화는 다윈의 표현대로 변화를 동반한 계승으로 정의할 수 있다) • Evolution can be viewed as both a pattern and a process (진화는 패턴이자 과정으로 볼 수 있다) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Concept 19.1: The Darwinian revolution challenged traditional views of a young Earth inhabited by unchanging species (다윈 혁명은 나이가 얼마 안되는 어린 지구에 변하지 않는 종들이 살고 있다는 전통적인 견해에 도전하였다) • Darwin’s revolutionary ideas had deep historical roots (다윈의 혁명적 아이디어는 깊은 역사적 뿌리를 가지고 있다.) • The Greek philosopher Aristotle viewed species as fixed and arranged them on a scala naturae (그리스 철학자 아리스토텔레스는 종을 고정된 것으로 보고 자연계에 배열했다.) • This view was consistent with the Old Testament, which holds that species were individually designed by God and therefore perfect (이 견해는 종은 신에 의해 개별적으로 설계되었으므로 완벽하다고 주장하는 구약 성경과 일치함.) • Carolus Linnaeus was the founder of taxonomy, the branch of biology that organizes species into a nested classification system of increasingly general categories (카롤루스 린네는 종을 점점 더 일반적인 범주의 중첩된 분류 체계로 조직하는 생물학의 한 분야인 분류학의 창시자이다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Aristotle Concept 19.1: The Darwinian revolution challenged traditional views of a young Earth inhabited by unchanging species (다윈 혁명은 나이가 얼마 안되는 어린 지구에 변하지 않는 종들이 살고 있다는 전통적인 견해에 도전하였다) • Carolus Linnaeus was the founder of taxonomy, the branch of biology that organizes species into a nested classification system of increasingly general categories (카롤루스 린네는 종을 점점 더 일반적인 범주의 중첩된 분류 체계로 조직하는 생물학의 한 분야인 분류학의 창시자이다.) • He also developed the binomial format for naming species (for example, Homo sapiens) (그(린네)는 또한 종의 이름을 짓는 이항식 형식(예: 호모 사피엔스)을 개발했다) • Linnaeus ascribed the resemblance among species to the pattern of creation rather than evolution (린네는 종들 사이의 유사성을 진화보다는 창조의 패턴에 기인한다고 설명했다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Carolus Linnaeus Ideas About Change over Time (시간이 지나면서 변한다는 생각들) • The study of fossils helped to lay the groundwork for Darwin’s ideas (화석 연구는 다윈의 아이디어의 토대를 마련하는 데 도움이 되었다.) • Fossils are remains or traces of organisms from the past, usually found in sedimentary rock, which appears in layers or strata (화석은 일반적으로 지층에서 발견되는 과거의 생물의 잔해 또는 흔적으로, 층이나 지층에 나타난다.) • Paleontology, the study of fossils, was largely developed by French scientist Georges Cuvier (화석에 대한 연구인 고생물학은 주로 프랑스 과학자 조르주 퀴비에에 의해 발전했다.) 1. 화석 층 생성 2. 화석 층 노출 Copyrightstrata © 2021 Education Ltd.퇴적층의 All Rights Reserved Figure 19.3 Formation of sedimentary withPearson fossils (화석을 가진 형성과정) Ideas About Change over Time (시간이 지나면서 변한다는 생각들) • Cuvier speculated that each boundary between strata represents a catastrophe that destroyed many species (퀴비에는 지층 사이의 각 경계가 많은 종을 파괴한 재앙을 의미한다고 추측했다.) • Geologists James Hutton and Charles Lyell perceived that changes in Earth’s surface can result from slow, continuous actions still operating today (지질학자 제임스 허튼과 찰스 라이엘은 지구 표면의 변화가 오늘날에도 여전히 작동하는 느리고 지속적인 작용으로 인해 발생할 수 있다는 것을 인식했다.) • Lyell further proposed that the mechanisms of change are constant over time (Lyell은 또한 변화의 메커니즘은 시간이 지나도 일정하다고 제안했다.) • This view strongly influenced Darwin’s thinking (이 견해는 다윈의 사고에 큰 영향을 미쳤다.) Charles Georges Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Lyell Cuvier Lamarck’s Hypothesis of Evolution (라마르크의 진화가설) • Lamarck hypothesized that species evolve through use and disuse of body parts (용불용설) and the inheritance of acquired characteristics (라마르크는 신체 부위의 사용과 폐기, 후천적 특성의 유전을 통해 종의 진화가 이루어진다는 가설을 세웠다.) • The mechanisms he proposed are unsupported by evidence (그가 제안한 메커니즘은 증거에 의해 뒷받침되지 않았다-최근 면역학 분야에서 예외가 발견되고 있음) Lamarck 2021 Pearson Education(획득형질은 Ltd. All Rights Reserved Figure 19.4Copyright Acquired © traits cannot be inherited 유전되지 못한다) Darwin’s Research (다윈의 연구) • As a boy and into adulthood, Charles Darwin had a consuming interest in nature (찰스 다윈은 어렸을 때부터 성인이 될 때까지 자연에 대한 끊임없는 관심을 가졌다) • Darwin first studied medicine (unsuccessfully) and then theology at Cambridge University (다윈은 케임브리지 대학에서 의학을 공부한 후 (실패했지만) 신학을 공부했다.) • After graduating, he took an unpaid position as naturalist and companion to Captain Robert FitzRoy for a five-year around-the-world voyage on the Beagle (졸업 후 그는 비글호에서 5년간 세계 일주 항해를 하는 동안 로버트 피츠로이 선장의 동반자이자 자연학자로 무급으로 일했습니다.) Charles Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Darwin The Voyage of the Beagle (비글호 항해) • During his travels on the Beagle, Darwin collected specimens of South American plants and animals (비글 호를 타고 여행하는 동안 다윈은 남미 동식물의 표본을 수집했다.) • He observed that fossils resembled living species from the same region, and living species resembled other species from nearby regions (그는 화석이 같은 지역의 생물 종과 닮았고, 생물 종은 인근 지역의 다른 생물 종과 닮았다는 것을 관찰했다.) • Darwin was influenced by Lyell’s Principles of Geology and thought that Earth was more than 6,000 years old (다윈은 라이엘의 지질학 원리에 영향을 받아 지구의 나이가 6,000년 이상이라고 생각했다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Figure 19.5 The voyage of HMS Beagle (December 1831–October 1836) The Voyage of the Beagle (비글호 항해) • He observed the uplift of rocks on the coast of Chile following an earthquake and inferred that similar processes could explain the fossils of ocean organisms he found in the Andes (그는 지진 발생 후 칠레 해안에서 암석이 융기하는 것을 관찰하고 안데스 산맥에서 발견한 해양 생물의 화석도 비슷한 과정으로 설명할 수 있다고 추론했다.) • His interest in geographic distribution of species was kindled by a stop at the Galápagos Islands west of South America (생물종의 지리적 분포에 대한 그의 관심은 남아메리카 서쪽 갈라파고스 제도에 들렀을 때 촉발되었다.) • He hypothesized that species from South America had colonized the Galápagos and speciated on the islands (그는 남미에서 온 종들이 갈라파고스에 식민지를 건설하고 섬에 종족을 형성했다는 가설을 세웠다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Darwin’s Focus on Adaptation (적응에 대한 다윈의 집중) • Darwin perceived adaptation to the environment and the origin of new species as closely related processes (다윈은 환경에 대한 적응과 새로운 종의 기원을 밀접하게 관련된 과정으로 인식했다.) • Biologists have since concluded that the diverse group of Galápagos finches arose from an ancestral form by the gradual accumulation of adaptations to different environments (생물학자들은 다양한 갈라파고스 핀치류가 다양한 환경에 대한 적응이 점진적으로 축적되어 하나의 조상의 형태에서 생겨났다고 결론지었다.) • In 1844, Darwin wrote an essay on natural selection as the mechanism of descent with modification but did not introduce his theory publicly (1844 년 다윈은 자연 선택에 대한 에세이를 “변화를 수반한 계승을 메커니즘으로 하는 자연 선택”으로 썼지만 그의 이론을 공개적으로 소개하지는 않았다.) Figure 19.6 Three examples of beak variation in Galápagos finches (갈라파고스 핀치 부리의 세 가지 사례) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Darwin’s Focus on Adaptation (적응에 대한 다윈의 집중) • Natural selection (자연 선택) is a process in which individuals with favorable inherited traits are more likely to survive and reproduce (자연 선택은 유리한 유전 형질을 가진 개체가 생존하고 번식할 확률이 높아지는 과정임.) • In June 1858, Darwin received a manuscript from Alfred Russell Wallace, who had developed a theory of natural selection similar to Darwin’s (1858년 6월, 다윈은 다윈과 유사한 자연 선택 이론을 개발했던 알프레드 러셀 월리스로부터 원고를 받았다.) • In July 1958, Lyell presented Wallace and Darwin’s work together to the Linnean Society of London (1958년 7월, 라이엘은 런던 린니 학회에 월리스와 다윈의 연구를 함께 발표했다.) • Darwin quickly finished On the Origin of Species and published it the next year (다윈은 <종의 기원>을 빠르게 완성하고 다음 해에 출판했다.) Figure 19.7 Alfred Russel Wallace (알프레드 러셀 월러스) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Ideas from On the Origin of Species (종의 기원에 나오는 생각들) • Darwin explained three broad observations about life (다윈은 생명에 대한 세 가지 광범위한 관찰을 설명했다) – The unity of life (생물의 통일성) – The diversity of life (생물의 다양성) – The match between organisms and their environment (생물들의 환경 적합성) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Descent with Modification (변화를 수반한 계승) • Darwin never used the word evolution in the first edition of On the Origin of Species (다윈은 『종의 기원』 초판에서 진화라는 단어를 사용한 적이 없다.) • The phrase descent with modification summarized Darwin’s perception of the unity of life (“변화를 수반한 계승” 이라는 문구는 생명의 통일성에 대한 다윈의 인식을 요약한 것.) • The phrase refers to the view that all organisms are related through descent from an ancestor that lived in the remote past (이 문구는 모든 유기체가 먼 과거에 살았던 하나의 조상으로부터의 혈통을 통해 관련되어 있다는 견해를 말한다.) • In the Darwinian view, the history of life is like a tree with branches representing life’s diversity (다윈주의적 관점에서 생명의 역사는 생명의 다양성을 나타내는 가지가 있는 나무와 같다) Figure 19.8 “I think . . .” (다윈의 진화 가지 스케치 – 가지가 있는 나무) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Artificial Selection, Natural Selection, and Adaptation (인위선택, 자연선택, 그리고 적응) • Fossils of extinct species help to “fill in” the morphological gaps between presentday groups (멸종된 종의 화석은 현재 그룹 간의 형태학적 차이를 "메우는" 데 도움이 된다.) Figure 19.9 Descent with modification (변화를 수반한 계승) - 화석 자료를 기반, 멸종된 종을 추론 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Artificial Selection, Natural Selection, and Adaptation (인위선택, 자연선택, 그리고 적응) • Darwin noted that humans have modified other species by selecting and breeding individuals with desired traits, a process called artificial selection (다윈은 인간이 원하는 형질을 가진 개체를 선택하고 번식시켜 다른 종을 변형시켰으며, 이를 인공 선택이라고 불렀다.) • Darwin argued that a similar process occurs in nature (다윈은 자연에서도 비슷한 과정이 일어난다고 주장했다) Figure 19.10 Artificial selection (인위선택) – 야생 겨자로 부터의 품종개량 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Artificial Selection, Natural Selection, and Adaptation (인위선택, 자연선택, 그리고 적응) • Darwin drew two inferences (추론) from two observations (관찰) (다윈은 두 가지 관찰을 통해 두 가지 추론을 도출했다.) • Observation #1: Members of a population often vary in their inherited traits (집단 구성원의 유전되는 특성이 다양하다) • Observation #2: All species can produce more offspring than the environment can support, and many of these offspring fail to survive and reproduce (모든 종은 환경이 지탱할 수 있는 것보다 더 많은 자손을 생산할 수 있으며, 이러한 자손 중 상당수는 생존과 번식에 실패한다.) • Inference #1: Individuals whose inherited traits give them a higher probability of surviving and reproducing in a given environment tend to leave more offspring than other individuals (유전된 형질로 인해 주어진 환경에서 생존하고 번식할 확률이 높은 개체는 다른 개체보다 더 많은 자손을 남기는 경향이 있다.) • Inference #2: This unequal ability of individuals to survive and reproduce will lead to the accumulation of favorable traits in the population over generations (개인이 생존하고 번식하는 능력이 불평등하면 여러 세대에 걸쳐 인구에 유리한 형질이 축적될 것임.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Key Features of Natural Selection (자연선택의 핵심적 특징) • Individuals with certain heritable traits survive and reproduce at a higher rate than other individuals (특정 유전적 특성을 가진 개체는 다른 개체보다 더 높은 비율로 생존하고 번식한다) • Over time, natural selection increases the frequency of adaptations that are favorable in a given environment (시간이 지남에 따라 자연 선택은 주어진 환경에 유리한 적응의 빈도를 증가시킨다) • If an environment changes over time, natural selection may result in adaptation to these new conditions and may give rise to new species (시간이 지남에 따라 환경이 변화하면 자연 선택으로 인해 새로운 조건에 적응하고 새로운 종이 생겨날 수 있다.) • Note that individuals do not evolve; populations evolve over time (개인은 진화하지 않으며, 집단은 시간이 지남에 따라 진화한다는 점에 유의) • Natural selection can only increase or decrease heritable traits that vary in a population (자연 선택은 개체군에서 다양한 유전 형질을 증가시키거나 감소시킬 수 있을 뿐 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Key Features of Natural Selection (자연선택의 핵심적 특징) Figure 19.12 Overproduction of offspring (자손의 과잉생산) Figure 19.13 Camouflage as an example of evolutionary adaptation (진화적 적응의 한 예: 위장) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Concept 19.3: Evolution is supported by an overwhelming amount of scientific evidence (진화는 무수히 많은 과학적 근거들로 지지된다) • New discoveries continue to fill the gaps identified by Darwin in On the Origin of Species (새로운 발견은 다윈이 <종의 기원>에서 지적한 부족한 부분을 계속해서 메우고 있다.) • There are four types of data that document the pattern of evolution (진화 패턴을 기록하는 데이터에는 네 가지 유형이 있다.) – Direct observations (직접적 관찰) – Homology (상동성) – The fossil record (화석기록) – Biogeography (생물지리학) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Direct observations: Natural Selection in Response to Introduced Species (도입된 종에 대한 반응 과정에서의 자연선택) Figure 19.14 Inquiry: Can a change in a population’s food source result in evolution by natural selection? (한 집단의 먹이 자원 변화가 자연선택에 의한 진화를 낳을 수 있을까?) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Direct observations:The Evolution of Drug-Resistant Bacteria (약물 내성 세균의 진화) Figure 19.15 Clone USA300: a virulent strain of methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) (클론 USA300: 메티실린-내상 포도상구균(MRSA)의 병원성 균주 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Homology (상동성) • Evolution is a process of descent with modification • Related species can have characteristics with underlying similarity that function differently (관련 종은 근본적으로 유사하지만 다르게 기능하는 특성을 가질 수 있다) • Homology (상동성) is similarity resulting from common ancestry (상동성은 공통 조상에서 비롯된 유사성이다) • Homologous structures (상동기관) are anatomical resemblances that represent variations on a structural theme present in a common ancestor (상동 구조는 공통 조상에게 존재하는 구조적 주제의 변형을 나타내는 해부학적 유사성을 말한다) Figure 19.16 Mammalian forelimbs: homologous structures (포유류 앞다리: 상동기관) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Homology: Anatomical and Molecular Homologies (해부학적, 분자적 상동성) • Vestigial structures (흔적 구조) are remnants of features that served important functions in the organism’s ancestors (흔적 구조는 유기체의 조상에게 중요한 기능을 수행했던 특징의 잔재임) Figure 19.17 Anatomical similarities in vertebrate embryos (척추동물 배의 해부학적 유사성) 모든 척추동물은 배 발당 단계에서 꼬리, 인두 (아가미구멍) 을 가짐 – 공통조상으로 부터 유래 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved A Different Cause of Resemblance: Convergent Evolution (유사성의 다른 원인: 수렴진화) • Convergent evolution (수렴진화) is the evolution of similar, or analogous (유사 특징), features in distantly related groups (수렴진화는 멀리 떨어져 있는 그룹에서 유사하거나 유사한 특징이 진화하는 것임 – 유사하지만 공통조상 가지지 않음) • Analogous traits arise when groups independently adapt to similar environments in similar ways (유사 특성은 그룹이 비슷한 환경에 비슷한 방식으로 독립적으로 적응할 때 발생합니다) Figure 19.18 Convergent evolution (수렴진화) – 슈거 슬라이드와 날다람쥐는 공통조상을 가지지 않지만 비슷한 특징을 보임 Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved The Fossil Record (화석기록) • The fossil record provides evidence of (화석 기록은 다음과 같은 증거를 제공한다) – The extinction of species (종의 멸종) – The origin of new groups (새 집단의 기원) – Changes within groups over time (집단의 변화) • Fossils can document important transitions (화석은 중요한 전환을 기록할 수 있다) – For example, the transition from land to sea in the ancestors of cetaceans (고래류의 조상들이 육지에서 바다로 이동하는 과정) Figure 19.20 The transition to life in the sea (해양 생활로의 전이) – 멸종한 고래류 조상들의 화석에서 골반뼈와 뒷다리가 작아짐 – 짝수 발가락 유제류와 유사 Reserved Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Biogeography (생물지리학) • Biogeography (생물지리학), the scientific study of the geographic distribution of species, provides evidence of evolution (생물지리학은 종의 지리적 분포에 대한 과학적 연구로 진화의 증거를 제공함) • An understanding of continent movement and modern distribution of species allows us to predict when and where different groups evolved (대륙 이동과 현대 종의 분포에 대한 이해를 통해 다양한 집단이 언제, 어디서 진화했는지 예측할 수 있다.) • Endemic (고유종) species are species that are not found anywhere else in the world (고유종은 전 세계 어디에서도 발견되지 않는 종) • Islands have many endemic species that are often closely related to species on the nearest mainland or island (섬에는 가까운 본토나 섬에 있는 종과 밀접한 관련이 있는 고유종이 많다.) • Darwin explained that species on islands gave rise to new species as they adapted to new environments (다윈은 섬에 서식하는 종들이 새로운 환경에 적응하면서 새로운 종을 탄생시켰다고 설명했다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved What Is Theoretical About Darwin’s View of Life? (다윈주의 생물관에서 학설적인 것은 무엇인가?) • In science, a theory accounts for many observations and explains and integrates a great variety of phenomena (과학에서 이론은 많은 관찰을 설명하고 매우 다양한 현상을 설명하며 통합한다) • The predictions of a scientific theory must stand up to continual testing by experimentation and observation (과학 이론의 예측은 실험과 관찰을 통한 지속적인 테스트를 견뎌내야 한다) • Darwin’s theory of evolution by natural selection integrates diverse areas of biological study and stimulates many new research questions (다윈의 자연 선택에 의한 진화론은 다양한 생물학적 연구 분야를 통합하고 많은 새로운 연구 질문을 자극한다.) • Ongoing research adds to our understanding of evolution (진행 중인 연구로 진화에 대한 이해가 더해지고 있다.) Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Forming and Testing Hypotheses (가설의 설정과 검증) • In science, a hypothesis (가설) is an explanation based on observations and assumptions that leads to a testable prediction (가설은 관찰과 추론에 근거한 설명이며, 검증 가능한 예측을 낳는다) • A scientific hypothesis must lead to predictions that can be tested with additional observations or an experiment • An experiment (실험) is a scientific test, often carried out under controlled conditions Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Questions That Can and Cannot Be Addressed by Science (과학에 의해 해결되지 않는 질문) • A hypothesis must be testable (검증가능성) and falsifiable (반론가능성) – For example, hypotheses involving supernatural explanations cannot be tested (초자연적 현상을 포함한 가설은 검증할 수 없다) • Such explanations are outside the bounds of science Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved Karl Popper (1902 –1994) • According to Popper, a theory in the empirical sciences can never be proven, but it can be falsified, meaning that it can (and should) be examined with decisive experiments • Popper에 따르면 경험 과학의 이론은 결코 증명될 수 없지만 반증될 수 있다 • Testable and Falsifiable Copyright © 2021 Pearson Education Ltd. All Rights Reserved