Natural Selection · ⁨자연선택⁩

AP Biology · ⁨AP 생물학⁩ · Topic 7 · ⁨주제 7⁩

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7.1

Introduction to Natural Selection · ⁨자연선택 개론⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.1.A: Describe the causes of natural selection.

7.1.A.1 Natural selection is a major mechanism of evolution.
7.1.A.2 According to Darwin's theory of natural selection, competition for limited resources results in differential survival. Individuals with more favorable phenotypes are more likely to survive and produce more offspring, thus passing on those favorable traits to subsequent generations.

Learning Objective 7.1.B: Explain how natural selection affects populations.

7.1.B.1 Evolutionary fitness is measured by reproductive success.
7.1.B.2 Biotic and abiotic environments can fluctuate, affecting the rate and direction of evolution. Different genetic variations can be selected in each generation.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.1.A: 자연선택의 원인을 설명하시오.

7.1.A.1 자연선택은 진화의 주요 메커니즘이다.
7.1.A.2 다윈의 자연선택 이론에 따르면, 제한된 자원에 대한 경쟁은 차별적 생존(differential survival)을 초래한다. 더 유리한 표현형을 가진 개체는 생존하고 더 많은 후손을 남길 가능성이 높아, 이러한 유리한 형질을 차세대에게 물려준다.

학습 목표 7.1.B: 자연선택이 집단에 미치는 영향을 설명하시오.

7.1.B.1 진화적 적합도는 생식 성공으로 측정된다.
7.1.B.2 생물학적 및 비생물학적 환경은 변동할 수 있으며, 이는 진화의 속도와 방향에 영향을 미친다. 각 세대마다 다른 유전적 변이가 선택될 수 있다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Evolution 进化 is a change in the heritable traits of a population over generations. Natural selection 自然选择 is its main driver: individuals vary, some variations are heritable, more offspring are produced than survive, and those with traits better suited to the environment survive and reproduce more. Over time, helpful traits become more common.

한국어

**진화(evolution)**는 세대를 거쳐 집단의 유전적 형질이 변화하는 것입니다. **자연선택(natural selection)**은 이 과정의 주요 동력입니다: 개체에는 변이가 있으며, 일부 변이는 유전되고, 생존 가능한 자손보다 더 많이 태어나며, 환경에 더 잘 적응한 형질을 가진 개체가 더 잘 생존하고 번식합니다. 시간이 지남에 따라 유용한 형질이 더 흔해집니다.

자연선택: 가장 잘 적응한 개체가 생존하여, 번식하며, 자신의 알레울을 전달함 — 자연선택: 가장 잘 적응한 개체가 생존, 번식하여 대립유전자를 전달함

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English	한국어
Evolution/ɪvəˈluːʃn/	진화
Natural selection/ˈnætʃərəl sɪˈlekʃn/	자연 선택

7.2

Natural Selection · ⁨자연선택⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.2.A: Describe the importance of phenotypic variation in a population.

7.2.A.1 Natural selection acts on phenotypic variations in populations.
7.2.A.2 Environments change and apply selective pressures to populations.
- Illustrative examples for 7.2.A.2: Flowering time in relation to global climate change
7.2.A.3 Some phenotypic variations can increase or decrease the fitness of an organism in particular environments.
- Illustrative examples for 7.2.A.3: Sickle cell anemia; DDT resistance in insects

Learning Objective 7.2.B: Explain how variation in molecules within cells connects to the fitness of an organism.

7.2.B.1 Variation in the number and types of molecules within cells can provide populations a greater ability to survive and reproduce in different environments.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.2.A: 집단 내 표현형 변이의 중요성을 서술하라.

7.2.A.1 자연선택은 집단 내 표현형 변이에 작용한다.
7.2.A.2 환경은 변화하며 집단에 선택 압력을 가한다.
- 7.2.A.2의 예시: 기후 변화와 관련된 개화 시기
7.2.A.3 일부 표현형 변이는 특정 환경에서 생물의 적응도(fitness)를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
- 7.2.A.3의 예시: 삼각형 적혈구 빈혈증; 곤충의 DDT 저항성

학습 목표 7.2.B: 세포 내 분자의 변이가 생물의 적응도와 어떻게 연결되는지 설명하라.

7.2.B.1 세포 내 분자의 수와 종류에 대한 변이는 집단이 다양한 환경에서 생존하고 번식할 수 있는 능력을 향상시켜 줄 수 있다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Selection acts on variation 变异. Fitness 适合度 means reproductive success, not strength. Selection comes in modes: directional (favors one extreme), stabilizing (favors the average), and disruptive (favors both extremes). The environment does the "selecting," so a trait that helps in one setting may not in another. Well-suited traits are adaptations 适应.

한국어

피바퀴의 어두운 형태(carbonaria) — 산업 멜라니즘은 고전적인 자연택 사례 연구입니다 — 호박나방의 어두운 형태(carbonaria) — 산업黑色素증(industrial melanism)은 자연선택의 고전적인 사례 연구입니다

선택은 **변이(variation)**에 작용합니다. **적응도(fitness)**는 힘의 강도가 아니라 생식 성공도를 의미합니다. 선택에는 방향성이 있습니다: **방향성 선택(directional)**은 한쪽 극단성을 선호하고, **안정화 선택(stabilizing)**은 평균형을 선호하며, **파괴적/파열적 선택(disruptive)**은 양쪽 극단성을 선호합니다. 환경이 '선택'을 수행하므로, 한 환경에서는 도움이 되는 형질이 다른 환경에서는 도움이 되지 않을 수 있습니다. 환경에 잘 맞는 형질을 **적응(adaptations)**이라고 합니다.

안정화 선택, 방향성 선택, 파괴적 선택 — 안정화, 방향성, 파괴적 선택

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Watch selection shift a population · ⁨선택이 집단을 변화시키는 과정 보기⁩

Natural selection: individuals better suited to the environment survive and reproduce more, so helpful traits spread. Change the environment and watch the population adapt. · ⁨자연선택: 환경에 더 잘 적응한 개체가 생존하고 더 많이 번식하므로 유용한 형질이 확산됩니다. 환경을 변경하면 집단이 적응하는 과정을 관찰할 수 있습니다.⁩

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English	한국어
variation/ˌveərɪˈeɪʃn/	변화
Fitness/ˈfɪtnəs/	적응도
adaptations/ˌædæpˈteɪʃnz/	적응

7.3

Artificial Selection · ⁨인공선택⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.3.A: Explain how humans can affect diversity within a population.

7.3.A.1 Through artificial selection, humans affect variation in other species.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.3.A: 인간이 집단 내 다양성에 미치는 영향을 설명하라.

7.3.A.1 인공선택을 통해 인간은 다른 종의 변이에 영향을 미친다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

In artificial selection 人工选择, humans – not nature – choose which individuals breed, selecting for desired traits (crops, livestock, dogs). It works the same way as natural selection and, being fast and visible, is strong evidence that selection can reshape populations.

한국어

**인공선택(artificial selection)**에서 인간은 자연이 아닌自身가 어떤 개체가 번식할지를 결정하며, 원하는 형질(작물, 가축, 개 등)을 선별합니다. 이는 자연선택과 동일한 원리로 작동하며, 빠르고 관찰 가능하다는 점에서 선택이 집단을 재구성할 수 있음을强有力的Evidence로 제시합니다.

선발적 교배는 세대를 거쳐 원하는 형질을 더 흔하게 만듦 — 선택적 교배가 세대를 거듭하여 원하는 형질이 더 흔해지는 모습

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English	한국어
artificial selection/ˌɑːtɪˈfɪʃl sɪˈlekʃn/	인공선택

7.4

Population Genetics · ⁨집단유전학⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.4.A: Explain how random occurrences affect the genetic makeup of a population.

7.4.A.1 Evolution is also driven by random occurrences.
- i. Mutation is a random process that adds new genetic variation to a population.
- ii. Genetic drift is a change in allele frequencies attributable to a nonselective process occurring in small populations.
- iii. The bottleneck effect is a type of genetic drift that occurs when a population size is reduced to a small number of individuals for at least one generation.
- iv. The founder effect is a type of genetic drift that occurs when a population is separated from other members of the population. The frequency of genes and traits will shift based on the genes in this new founder population.
- v. Migration can result in gene flow (the addition or removal of alleles from a population).

Learning Objective 7.4.B: Describe the role of random processes in the evolution of specific populations.

7.4.B.1 Random processes can lead to changes in allele frequencies in a population.
- i. Mutations result in genetic variation, which provides phenotypes on which natural selection acts.
- ii. Genetic drift can allow a small population to diverge from other populations of the same species.
- iii. Gene flow between two populations prevents them from diverging into separate species.

Learning Objective 7.4.C: Describe the change in the genetic makeup of a population over time.

7.4.C.1 Changes in allele frequencies provide evidence for the occurrence of evolution in a population.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.4.A: 우연한 사건이 집단의 유전 구성에 미치는 영향을 설명하라.

7.4.A.1 진화는 우연한 사건에 의해서도 추진된다.
- i. 돌연변이는 새로운 유전적 변이를 집단에게 추가하는 우연한 과정이다.
- ii. 유전적 부동(genetic drift)은 소규모 집단 내에서 비선택적 과정으로 인해 대립유전자 빈도가 변화하는 현상이다.
- iii. 병목 효과(bottleneck effect)는 집단 크기가 최소 한 세대 동안 소수의 개체로 감소할 때 발생하는 유전적 부동의 일종이다.
- iv. 창시자 효과(founder effect)는 집단 중 일부가 Remaining 집단으로부터 분리되어 새로운 집단을 형성할 때 발생하는 유전적 부동의 일종이다. 이 새로운 창시자 집단의 유전자에 따라 유전자 및 형질의 빈도는 변화하게 된다.
- v. 이주는 유전자 흐름(gene flow, 집단의 대립유전자 추가 또는 제거)을 초래할 수 있다.

학습 목표 7.4.B: 특정 집단의 진화에서 우연한 과정의 역할을 서술하라.

7.4.B.1 우연한 과정은 집단 내 대립유전자 빈도의 변화를 초래할 수 있다.
- i. 돌연변이는 유전적 변이를 유발하여 자연선택이 작용할 수 있는 표현형을 제공한다.
- ii. 유전적 부동은 소규모 집단이 동일한 종의 다른 집단들과 구별되게 할 수 있다.
- iii. 두 집단 간의 유전자 흐름은 이들이 별개의 종으로分化되도록 방지한다.

학습 목표 7.4.C: 시간 경과에 따른 집단의 유전 구성 변화를 서술하라.

7.4.C.1 대립유전자 빈도의 변화는 집단 내에서 진화가 일어나고 있음을 보여주는 증거가 된다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Population genetics 群体遗传学 studies the pool of alleles in a population. Evolution is a change in allele frequencies 等位基因频率 over time. Besides natural selection, allele frequencies change through mutation (new alleles), gene flow 基因流 (migration), and genetic drift 遗传漂变 (random change, strongest in small populations – the bottleneck and founder effects).

한국어

**집단유전학(population genetics)**은 집단의 대립유전자 풀(allele pool)을 연구합니다. 진화는 시간 경과에 따른 **대립유전자 빈도(allele frequencies)**의 변화입니다. 자연선택 외에도 대립유전자 빈도는 돌연변이(새로운 대립유전자 생성), 유전자 흐름(gene flow), 그리고 유전적 부동(genetic drift)(무작위적 변화, 소수 집단에서 특히 강력함—병목 현상(bottleneck)과 기저 효과(founder effects))를 통해 변화합니다.

개체군 병목 현상이 유전적 다양성을 감소시킨다 — 집단 병목 현상이 유전적 다양성을 줄이는 모습

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English	한국어
Population genetics/ˌpɒpjʊˈleɪʃn dʒɪˈnetɪks/	집단 유전학
allele frequencies/əˈliːl ˈfriːkwənsiz/	알리얼 빈도
gene flow/dʒiːn fləʊ/	유전자 흐름
genetic drift/dʒɪˈnetɪk drɪft/	유전적 부동

7.5

Hardy-Weinberg Equilibrium · ⁨하디-윈버그 평형⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.5.A: Describe the conditions under which allele and genotype frequencies will change in populations.

7.5.A.1 The Hardy–Weinberg Equilibrium is a model for describing and predicting allele frequencies in a non-evolving population. Conditions for a population or an allele to be in Hardy–Weinberg equilibrium are:
- i. A large population size
- ii. No migration
- iii. No new mutations
- iv. Random mating
- v. No natural selection
These conditions are never met, but they provide a valuable null hypothesis.
7.5.A.2 Allele frequencies in a nonevolving population can be calculated from genotype frequencies.
- Equation: Hardy–Weinberg Equation— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, where: $p$ = frequency of allele 1 in the population; $q$ = frequency of allele 2 in the population
- Illustrative examples for 7.5.A.2: Graphic analysis of allele frequencies in a population

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.5.A: 집단에서 대립유전자 및 유전자형 빈도가 변화하는 조건을 서술하라.

7.5.A.1 하디-위버그 평형(Hardy–Weinberg Equilibrium)은 진화하지 않는 집단에서 대립유전자 빈도를 서술하고 예측하는 모델이다. 집단이나 대립유전자가 하디-위버그 평형에 있을 수 있는 조건은 다음과 같다:
- i. 큰 집단 크기
- ii. 이주 없음
- iii. 새로운 돌연변이 없음
- iv. 무작위 교배
- v. 자연선택 없음
이러한 조건들은 절대 충족되지 않지만, 중요한 영가설(null hypothesis)을 제공한다.
7.5.A.2 진화하지 않는 집단에서의 대립유전자 빈도는 유전자형 빈도로부터 계산할 수 있다.
- 식: 하디-위버그 식— $p^2 + 2pq + q^2 = 1$; $p + q = 1$, 여기서: $p$ = 집단 내 대립유전자 1의 빈도; $q$ = 집단 내 대립유전자 2의 빈도
- 7.5.A.2의 예시: 집단의 allele frequencies(대립유전자 빈도)에 대한 Graphic analysis(그래픽 분석)

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The Hardy–Weinberg 哈迪-温伯格 model gives the allele and genotype frequencies expected when a population is not evolving. With allele frequencies $p$ and $q$ ($p+q=1$):

$$p^2 + 2pq + q^2 = 1,$$

where $p^2$ and $q^2$ are the homozygotes and $2pq$ the heterozygotes. It holds only under five conditions (no selection, no mutation, no migration, random mating, large population); when real data differ from the prediction, the population is evolving.

Worked example. In a population, $16\%$ of individuals show the recessive phenotype, so $q^2=0.16$ and $q=\sqrt{0.16}=0.4$. Then $p=1-q=0.6$. The predicted carrier frequency (heterozygotes) is $2pq=2(0.6)(0.4)=0.48$, i.e. $48\%$, and the homozygous dominants are $p^2=0.6^2=0.36$, i.e. $36\%$. As a check, $0.36+0.48+0.16=1$. This is the standard route: recessive phenotype $\to q^2\to q\to p\to$ everything else.

한국어

하디-윈버그(Hardy–Weinberg) 모델은 집단이 진화하지 않을 때 예상되는 대립유전자 및 유전자형 빈도를 제공합니다. 대립유전자 빈도가 $p$과 $q$일 때($p+q=1$):

$$p^2 + 2pq + q^2 = 1,$$

여기서 $p^2$과 $q^2$는 동형접합(homozygotes)이고 $2pq$는 이형접합(heterozygotes)입니다. 이는 선택 없음, 돌연변이 없음, 이주 없음, 무작위 교배, 큰 집단이라는 5가지 조건 하에서만 성립하며, 실제 데이터가 예측치와 다를 경우 집단은 진화하고 있는 것입니다.

풀이 예제. 한 집단에서 $16\%$의 개체가 우성 대립유전자의 반성 phenotype을 나타내므로, $q^2=0.16$ 및 $q=\sqrt{0.16}=0.4$이다. 따라서 $p=1-q=0.6$이다. 예측된 carrier 빈도(이형접합자)는 $2pq=2(0.6)(0.4)=0.48$, 즉 $48\%$이며, 동형접합 우성은 $p^2=0.6^2=0.36$, 즉 $36\%$이다. 검증으로, $0.36+0.48+0.16=1$이다. 이는 표준적인 방법: 반성 phenotype $\to q^2\to q\to p\to$ 나머지 모든 것.

하디-위너그: 알레 빈도 p와 q가 형질빈도 p², 2pq, q²를 결정합니다

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Allele frequencies across a cross · ⁨교배에 따른 대립유전자 빈도⁩

Hardy-Weinberg predicts genotype frequencies ($p^2+2pq+q^2$) in a population that isn't evolving. A Punnett square shows the same allele combining at the population scale. · ⁨하디-바인버그 법칙은 진화하지 않는 집단에서 유전자형 빈도($p^2+2pq+q^2$)를 예측합니다. 폰넷 격자는 집단 규모에서 동일한 대립유전자가 결합하는 모습을 보여줍니다.⁩

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English	한국어
Hardy–Weinberg/ˈhɑːdi ˈwaɪnbɜːɡ/	하디-바인베르크
fossil record/ˈfɒsl ˈrekɔːd/	화석 기록
homologous structures/həˈmɒləɡəs ˈstrʌktʃəz/	동형 기관
vestigial structures/ˈvestɪdʒl ˈstrʌktʃəz/	퇴화 구조
common ancestor/ˈkɒmən ˈænsestə/	공통 조상
phylogenetic tree/ˌfaɪləʊdʒˈnetɪk triː/	계통수

7.6

Evidence of Evolution · ⁨진화의 증거⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.6.A: Describe the types of data that provide evidence for evolution.

7.6.A.1 Evolution is supported by scientific evidence from many disciplines (geographical, geological, physical, biochemical, and mathematical data).

Learning Objective 7.6.B: Explain how morphological, biochemical, and geological data provide evidence that organisms have changed over time.

7.6.B.1 Molecular, morphological, and genetic evidence from extant and extinct organisms adds to our understanding of evolution.
- i. Fossils can be dated by a variety of methods. These include 1) the age of the rocks where a fossil is found; 2) the rate of decay of isotopes including carbon-14; and 3) geographical data.
- ii. Morphological homologies, including vestigial structures, provide evidence of common ancestry.
7.6.B.2 A comparison of DNA nucleotide sequences and protein amino acid sequences provides evidence for evolution and common ancestry.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.6.A: 진화를 입증하는 데이터의 종류를 서술하시오.

7.6.A.1 진화는 지리, 지질, 물리, 생화학 및 수학적 데이터 등 다방면의 과학적 증거에 의해 지지받는다.

학습 목표 7.6.B: 형태학적, 생화학적, 지질학적 데이터가 생물이 시간에 따라 변화했음을 어떻게 입증하는지 설명하시오.

7.6.B.1 현생 및 멸종 생물의 분자, 형태학적, 유전적 증거는 진화에 대한 우리의 이해를 넓혀준다.
- i. 화석은 다양한 방법을 통해 연대를 측정할 수 있다. 여기에는 1) 화석이 발견된 암반의 연대; 2) 탄소-14를 포함한 동위원소의 붕괴 속도; 3) 지리적 데이터 등이 포함된다.
- ii. 퇴행 기관을 포함한 형태학적 동형성은 공통 조상을 입증하는 증거가 된다.
7.6.B.2 DNA 염기 서열과 단백질 아미노산 서열의 비교는 진화와 공통 조상에 대한 증거를 제공한다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Multiple independent lines support evolution: the fossil record 化石记录, homologous structures 同源结构 (shared anatomy from common ancestry), vestigial structures 痕迹器官, shared embryology, and molecular evidence – the near-universal genetic code and matching DNA/protein sequences.

한국어

아르카오테릭스 화석: 깃털과 파충류적 특징 — 공통 조상의 증거

다양한 독립적인证据들이 진화를 지지한다: 화석 기록, 동질 구조(공통 조상으로부터 유래한 공유 해부학), 퇴행 구조, 공유 배발생학, 그리고 분자적 증거 — 거의 보편적인 유전 부호와 일치하는 DNA/단백질 서열.

7.7

Common Ancestry · ⁨공통 조상⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.7.A: Describe structural and functional evidence on cellular and molecular levels that provides evidence for the common ancestry of all eukaryotes.

7.7.A.1 Structural and functional evidence indicates common ancestry of all eukaryotes. This evidence includes:
- i. Membrane-bound organelles
- ii. Linear chromosomes
- iii. Genes that contain introns

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.7.A: 모든 진핵생물의 공통 조상을 입증하는 세포 및 분자 수준의 구조적, 기능적 증거를 서술하시오.

7.7.A.1 구조적 및 기능적 증거는 모든 진핵생물의 공통 조상을 시사한다. 이 증거는 다음과 같다:
- i. 막 결합 소기관
- ii. 선형 염색체
- iii. 인트론을 포함하는 유전자

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

All life shares a common ancestor 共同祖先, shown by universal features: the same DNA/RNA machinery, the same genetic code, ribosomes, and core metabolic pathways in all organisms. The more features and sequences two species share, the more recently they diverged.

한국어

모든 생명체는 공통 조상을 공유하며, 이는 보편적인 특징에 의해 입증된다: 동일한 DNA/RNA 기계장치, 동일한 유전 부호, 리보솜, 그리고 모든 생물체에서 공유되는 핵심 대사 경로. 두 종之间가 공유하는 특징과 서열이 많을수록 더 최근에 분화했다.

아르카오테릭스: 전이 화석이 주요 계통군을 연결하고 공통 조상을 지지함

7.8

Continuing Evolution · ⁨지속되는 진화⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.8.A: Explain how evolution is an ongoing process in all living organisms.

7.8.A.1 All species have evolved and continue to evolve. Examples include:
- i. Genomic changes over time
- ii. Continuous change in the fossil record
- iii. Evolution of resistance to antibiotics, pesticides, herbicides, or chemotherapy drugs
- iv. Pathogens evolving and causing emergent diseases

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.8.A: 진화가 모든 생물에 있어 지속되는 과정임을 설명하시오.

7.8.A.1 모든 종은 진화해 왔으며 지금도 진화하고 있다. 예시는 다음과 같다:
- i. 시간에 따른 유전체 변화
- ii. 화석 기록에서의 지속적인 변화
- iii. 항생제, 농약, 제초제 또는 화학요법 약물에 대한 내성 진화
- iv. 병원체가 진화하여 신생 감염병을 유발함

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Evolution is ongoing and observable: antibiotic-resistant bacteria, pesticide-resistant insects, and rapid changes in fast-breeding species. Because environments keep changing, selection keeps acting – evolution has no endpoint.

한국어

항생제 감수성 배판: 투명한 영역은 어떤 항생제가 세균을 죽이는지 보여줌

진화는 계속되고 관찰 가능하다: 항생제 내성 세균, 농약 내성 곤충, 그리고 빠른 번식 속도를 가진 종에서의 급격한 변화. 환경이 끊임없이 변하므로 선택도 계속 작용하며—진화에는 종점이 없다.

자연선택에 의한 집단을 통한 항생제 내성의 확산 과정

7.9

Phylogeny · ⁨계통 분류⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.9.A: Describe the types of evidence that can be used to infer an evolutionary relationship.

7.9.A.1 Phylogenetic trees and cladograms show hypothetical evolutionary relationships among lineages that can be tested.
7.9.A.2 Phylogenetic trees show the amount of change over time calibrated by fossils or a molecular clock, whereas cladograms do not show time scale or the evolutionary difference between groups.
7.9.A.3 Traits that are either gained or lost during evolution can be used to construct phylogenetic trees and cladograms. The out-group represents the lineage that is least closely related to the remainder of the organisms in the phylogenetic tree or cladogram.
- i. Shared derived characters can be present in more than one lineage and indicate common ancestry. These are informative for the construction of phylogenetic trees and cladograms.
- ii. Molecular data typically provide more accurate and reliable evidence than morphological traits in the construction of phylogenetic trees or cladograms.

Learning Objective 7.9.B: Explain how phylogenetic trees and cladograms can be used to infer evolutionary relatedness.

7.9.B.1 Phylogenetic trees and cladograms can be used to illustrate speciation that has occurred. The nodes on a tree represent the most recent common ancestor of any two groups or lineages.
7.9.B.2 Phylogenetic trees and cladograms can be constructed from morphological similarities of living or fossil species and from DNA and protein sequence similarities.
7.9.B.3 Phylogenetic trees and cladograms represent hypotheses that are constantly being revised based on evidence.

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.9.A: 진화적 관계를 추론하는 데 사용될 수 있는 증거의 종류를 서술하시오.

7.9.A.1 계통수와 클라드그램은 검증 가능한 가상의 계통 간 진화적 관계를 보여준다.
7.9.A.2 계통수는 화석이나 분자 시계를 통해 시간으로 보정된 변화량을 나타내는 반면, 클라드그램은 시간 축이나 그룹 간의 진화적 차이를 나타내지 않는다.
7.9.A.3 진화 과정에서 획득되거나 상실된 형질을 사용하여 계통수와 클라드그램을 구성할 수 있다. 외부군(out-group)은 계통수나 클라드그램에서 나머지 생물들과 가장远的(least closely related) 계통을 의미한다.
- i. 공유 파생 형질(shared derived characters)은 여러 계통에 존재할 수 있으며 공통 조상을 나타낸다. 이는 계통수와 클라드그램의 구성에 유용한 정보이다.
- ii. 계통수나 클라드그램을 구성할 때 분자 데이터는 형태학적 형질보다 더 정확하고 신뢰할 수 있는 증거를 thường적으로 제공한다.

학습 목표 7.9.B: 계통수와 클라드그램을 사용하여 진화적 친밀도를 어떻게 추론할 수 있는지 설명하시오.

7.9.B.1 계통수와 클라드그램은 발생한 종분화를 설명하는 데 사용할 수 있다. 계통수의 노드는 두 개 이상의 그룹 또는 계통의 최후공통조상을 나타낸다.
7.9.B.2 계통수와 클라드그램은 현생 또는 화석 종의 형태학적 유사성, 그리고 DNA 및 단백질 서열의 유사성을 바탕으로 구성할 수 있다.
7.9.B.3 계통수와 클라드그램은 증거에 따라 지속적으로 수정되는 가설을 나타낸다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

A phylogenetic tree 系统发育树 (cladogram) diagrams evolutionary relationships, with branch points marking common ancestors and shared derived traits grouping related species. Trees are hypotheses, revised as new (especially molecular) data arrive.

한국어

계통 발생 나무(클라드그램)는 진화적 관계를 도식화하며, 가지 끝점들은 공통 조상과 공유된 파생 형질이 관련 종들을 묶음을 표시한다. 나무들은 가설이며, 새로운 데이터(특히 분자적 데이터)가 들어올 때마다 수정된다.

생명나무: 계통 분류는 공통 기원에서 유래한 공유 조상에 따라 생물체를 그룹화함

7.10

Speciation · ⁨종 형성⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 1 — Evolution): The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 7.10.A: Describe the conditions under which new species may arise.

7.10.A.1 Speciation occurs when two populations become reproductively isolated from each other.
7.10.A.2 The biological species concept provides a commonly used definition of a species for sexually reproducing organisms. It states that species can be defined as a group capable of interbreeding and exchanging genetic information to produce viable, fertile offspring.

Learning Objective 7.10.B: Describe the rate of evolution and speciation under different ecological conditions.

7.10.B.1 Punctuated equilibrium is when evolution occurs rapidly after a long period of stasis. Gradualism is when evolution occurs slowly over hundreds of thousands or millions of years.
7.10.B.2 Divergent evolution occurs when adaptation to new habitats results in phenotypic diversification. Speciation rates can be especially rapid during times of adaptive radiation as new habitats become available.
7.10.B.3 Convergent evolution occurs when similar selective pressures result in similar phenotypic adaptations in different populations or species.

Learning Objective 7.10.C: Explain the processes and mechanisms that drive speciation.

7.10.C.1 Sympatric speciation occurs in populations with geographic overlap. Allopatric speciation occurs in populations that are geographically isolated.
7.10.C.2 Various pre-zygotic and post-zygotic mechanisms can maintain reproductive isolation and prevent gene flow between populations.
Illustrative examples for 7.10.C: Hawaiian Drosophila; Caribbean Anolis; Apple maggot Rhagoletis

한국어

지속적 이해 (BIG IDEA 1 — 진화): 진화 과정은 생명의 다양성과 통일성을 주도한다.

학습 목표 7.10.A: 새로운 종이 발생할 수 있는 조건을 설명하시오.

7.10.A.1 두 집단이 서로 생식적으로 격리(reproductively isolated)되면 종 형성이 일어난다.
7.10.A.2 생물학적 종 개념은 성생식 생물 종에 대해 널리 사용되는 정의이다. 이는 종을 교배하여 생존 가능한(fertile) 후손을 생성하고 유전 정보를 교환할 수 있는 집단으로 정의한다.

학습 목표 7.10.B: 다양한 생태적 조건 하에서 진화와 종 형성의 속도를 설명하시오.

7.10.B.1间断平衡(punctuated equilibrium)은 장기간의 정지(stasis) 후 급격한 진화가 일어나는 것이다. 점진론(gradualism)은 수십만 년에서 수백만 년에 걸쳐 천천히 진화가 진행되는 것이다.
7.10.B.2 이종 진화(divergent evolution)는 새로운 서식지에 대한 적응이 표현형 다양화로 이어지는 경우이다. 새로운 서식지가 이용 가능해지면 적응 방사(adaptive radiation) 시기에 종 형성 속도가 특히 빠를 수 있다.
7.10.B.3 동종 진화(convergent evolution)는 유사한 선택 압력이 다른 집단이나 종에서 유사한 표현형 적응을 유도하는 경우이다.

학습 목표 7.10.C: 종 형성을 주도하는 과정과 메커니즘을 설명하시오.

7.10.C.1 동역 종 형성(sympatric speciation)은 지리적 중첩이 있는 집단에서 일어난다. 이형 종 형성(allopatric speciation)은 지리적으로 격리된 집단에서 일어난다.
7.10.C.2 다양한 전자배합 및 자배막 요인들은 종간 reproductive isolation(생식적 격리)을 유지하고 집단 간 유전자 흐름을 방지할 수 있다.
7.10.C의 illustrative examples: Hawaiian Drosophila; Caribbean Anolis; Apple maggot Rhagoletis

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Speciation 物种形成 is the origin of new species, usually when populations become reproductively isolated 生殖隔离 and diverge. Allopatric speciation follows a geographic split; sympatric speciation happens without one. Once populations can no longer interbreed, they are separate species.

한국어

종 형성은 새로운 종의 기원으로, 일반적으로 집단들이 생식적으로 격리되어 분화할 때 일어난다. 외지적 종 형성은 지리적 분리에 따르고, 공지적 종 형성은 그러한 분리 없이 일어난다. 집단들이 더 이상 교배할 수 없게 되면 그들은 별도의 종으로 간주된다.

외지적 및 공지적 종 형성

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩

English	한국어
Speciation/ˌspiːʃɪˈeɪʃn/	신종 형성(Speciation)
reproductively isolated/rɪprəˈdʌktɪvli ˈaɪsəleɪtɪd/	生生殖적으로隔隔离
diversity/daɪˈvɜːsɪti/	다양성
endosymbiosis/ˌendəʊˌsɪmbaɪˈəʊsɪs/	내공생

7.11

Variations in Populations · ⁨집단 내 변이⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 4 — Systems Interactions): Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 7.11.A: Explain how the genetic diversity of a species or population affects its ability to withstand environmental pressures.

7.11.A.1 The level of variation in a population affects population dynamics.
- i. The ability of a population to respond to changes in the environment is influenced by genetic diversity. Species and populations with little genetic diversity are at risk of decline or extinction.
- ii. Genetically diverse populations are more resilient to environmental perturbation because they are more likely to contain individuals that can withstand the environmental pressure.
- iii. Alleles that are adaptive in one environmental condition may be deleterious in another because of different selective pressures.
- Illustrative examples for 7.11.A.1: California condors; Black-footed ferrets; Prairie chickens; Potato blight; Corn rust; Genetic diversity and selective pressures; Antibiotic resistance in bacteria (not all individuals in a diverse population are susceptible to a disease outbreak)

한국어

지속 가능한 이해 (BIG IDEA 4 — 시스템 상호작용): 생물학적 시스템은 서로 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 특성을 나타냅니다.

학습 목표 7.11.A: 한 종 또는 집단의 유전적 다양성이 환경 압력에 견디는 능력에 미치는 영향을 설명하시오.

7.11.A.1 집단의 변이 수준은 집단 역동에 영향을 미친다.
- i. 집단이 환경 변화에 대응하는 능력은 유전적 다양성에 의해 영향을 받는다. 유전적 다양성이 적은 종과 집단은 감소하거나 멸종할 위험에 처해 있다.
- ii. 유전적으로 다양한 집단은 환경 교란에 더 강건하며, 이는 환경적 압력에 견딜 수 있는 개체가 포함될 가능성이 높기 때문이다.
- iii. 특정 환경 조건에서 적응적인 대립유전자는 다른 선택 압력으로 인해 다른 환경에서는 유익하지 않을 수 있다.
- 7.11.A.1의 예시: 캘리포니아 독수리; 블랙풋 페럿; 프레이리 치킨; 감자 병충해; 옥수수 녹병; 유전적 다양성과 선택 압력; 세균의 항생제 내성 (다양한 집단 내 모든 개체가 질병 발생에 취약하지는 않음)

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Genetic diversity 多样性 helps a population survive change – if conditions shift, some variants may already be suited to them. Low diversity (as in an endangered species) leaves a population vulnerable. Variation arises from mutation and the reshuffling of meiosis and sexual reproduction.

한국어

유전적 다양성은 집단이 변화를 견디는 데 도움이 된다—조건이 바뀌면 일부 변이가 이미 그에 적합할 수 있다. 낮은 다양성(멸종 위기종에서처럼)은 집단을 취약하게 만든다. 변이는 돌연변이와 감수분열 및 성생식을 통한 재조합에서 비롯된다.

불연속 및 연속 변이

7.12

Origins of Life on Earth · ⁨지구의 생명 기원⁩

Syllabus

English

Enduring Understanding (BIG IDEA 4 — Systems Interactions): Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 7.12.A: Describe the scientific evidence that supports models of the origin of life on Earth.

7.12.A.1 The origin of life on Earth is supported by scientific evidence.
- i. Geological evidence reinforces models of the origin of life on Earth.
- ii. Earth formed approximately 4.6 billion years ago (bya). The environment was too hostile for life until about 3.9 bya, and the earliest fossil evidence for life dates to 3.5 bya. Taken together, this evidence provides a plausible range of dates for the origin of life.
7.12.A.2 The RNA world hypothesis proposes that RNA could have been the earliest genetic material. There are three assumptions:
- i. At some point in time, genetic continuity was assured by the replication of RNA.
- ii. Base-pairing is necessary for replication.
- iii. Genetically encoded proteins were not involved as catalysts.

한국어

지속 가능한 이해 (BIG IDEA 4 — 시스템 상호작용): 생물학적 시스템은 서로 상호작용하며, 이러한 시스템과 그 상호작용은 복잡한 특성을 나타냅니다.

학습 목표 7.12.A: 지구의 생명 기원을 지지하는 과학적 증거를 서술하라.

7.12.A.1 지구의 생명 기원은 과학적 증거에 의해 지지된다.
- i. 지질학적 증거는 지구의 생명 기원 모델들을 강화시킨다.
- ii. 지구는 약 4.6십억 년 전(bya)에 형성되었다. 환경이 생명에 적합하지 않았던 시기는 약 3.9십억 년 전까지였으며, 생명의 가장 오래된 화석 증거는 3.5십억 년 전으로 거슬러 올라간다. 이러한 증거들을 종합하면 생명의 기원에 대한 plausible range(타당한 시기 범위)를 제시할 수 있다.
7.12.A.2 RNA 세계 가설(RNA world hypothesis)은 RNA가 최초의 유전 물질이었을 수 있다고 제안한다. 여기에는 세 가지 가정들이 있다:
- i. 어떤 시점에서는 RNA의 복제를 통해 유전적 연속성이 보장되었을 것이다.
- ii. 복제를 위해서는 염기 쌍 결합(base-pairing)이 필수적이다.
- iii. 유전적으로 코딩된 단백질은 촉매 역할을 하지 않았다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Evidence suggests early Earth's conditions could form simple organic molecules (the Miller–Urey type experiments), which assembled into polymers, then self-replicating RNA (the "RNA world"), and eventually membrane-bound cells. The first cells were prokaryotes; eukaryotes arose later through endosymbiosis 内共生.

한국어

證據에 따르면 초기 지구의 조건은 단순한 유기 분자(밀러-유레이 실험 유형)를 만들 수 있었고, 이들이 중합체로 조립되었고, 이후 자기 복제 RNA(

스트로마톨라이트: 층상 미생물/mat은 지구상의 생명 가장 오래된 증거 중 하나이다

열수 분출구: 화학 성분이 풍부한 뜨거운 물이 생명의 기원 시 초기 대사를 powering했을 수 있다

7.12

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English

State natural selection cleanly: variation → differential survival and reproduction → helpful traits become common.
Fitness = reproductive success, not strength or health.
Evolution is a change in allele frequencies in a population — individuals do not evolve.
Use Hardy–Weinberg ($p^2+2pq+q^2=1$): start from the recessive phenotype $q^2\to q\to p$.
Cite independent evidence (fossils, homologous structures, DNA) and explain speciation via reproductive isolation.

한국어

자연선택을 명확히 서술하라: 변이 → 차등 생존 및 번식 → 유리한 형질이 보편화됨.
적응도(Fitness) = 번식 성공률, 힘이나 건강이 아니다.
진화는 개체군 내의 대립유전자 빈도의 변화이다. 개체 자체는 진화하지 않는다.
하디-와인베르크 평형($p^2+2pq+q^2=1$): 열성 표현형 $q^2\to q\to p$에서 시작한다.
독립적인 증거(화석, 동형 구조, DNA)를 인용하고 생식적 격리를 통해 종분화가 이루어진다고 설명하라.

Interactive lessons on this topic · ⁨이 주제에 대한 인터랙티브 수업⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨즉시 체크 기능 exercises를 통해 단계별로 진행하세요.⁩

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