background image

Evolution on a  
Large Scale 

C H A P T E R  

16

 

O U T L I N E

 

  16.1  Macroevolution 

 

•  Macroevolution involves the origin of species, the history of species, and the extinction of species.•246 

 

•  New species come about when populations are reproductively isolated from other, similar populations.•248 

 

•  Allopatric speciation results from geographic barriers; sympatric speciation relies on reproductive barriers in a single 

population.•250 

 

•  Adaptive radiation is the rapid development of several new species from a single original species; each new species is adapted to 

a unique way of life.•251 

  16.2  The History of Species 

 

•  A dated fossil record allows us to trace the history of species on planet Earth.•253 

 

•  The fossil record supports two proposed models for the pace of evolutionary change: the gradualistic model and the punctuated 

equilibrium model.•254 

 

•  Continental drift and meteorite impacts have contributed to several episodes of mass extinction during the history of life.•254 

  16.3  Classification of Species 

 

•  The field of systematics encompasses both taxonomy (the naming of organisms) and classification (placing species in the proper 

categories).•256 

 

•  The fossil record, homology, and molecular data are used to decide the evolutionary relatedness of species.•257–59 

 

•  Cladistics is a new school of systematics that is expanding its influence today.•259  

 

•  The three-domain system recognizes domains Bacteria, Archaea, and Eukarya. The domain Eukarya contains the kingdoms 

Protista, Fungi, Plantae, and Animalia.•261 

Iguanas are a type of lizard known for a very long tail, which can be up to three times their body length. The green iguana, the second 

largest lizard in the world, is common throughout the South American continent. Its claws enable it to climb trees, where it feeds on 

succulent leaves and soft fruits along riverbanks. It is an excellent swimmer and uses rivers to travel to new feeding areas.  

Islands to the west and northeast of South 

America don’t have green iguanas. Instead, the Galápagos Islands to the west have one type of 

land iguana and one type of marine iguana. Marine iguanas, black in color, are unique to the Galápagos Islands

—they occur no place else 

on planet Earth. These air-breathing reptiles can dive to a depth exceeding 10 meters (33 feet) and remain submerged for more than 30 

minutes. They use their claws to cling to the bottom rocks while feeding on algae.  

Hispaniola,

1

 an island to the northeast of South America, has a type of iguana called the rhinoceros iguana, which has three horny bumps 

on its snout and is dark brown to black in color. This iguana lives mainly in dry forests with rocky, limestone habitats and feeds on a wide 

variety of plants. 

 

The Theory of Evolution can be used to explain the occurrence of the unique iguanas on the Galápagos Islands and Hispaniola. It can be 

hypothesized that ancestral green iguanas swam or hitchhiked on floating driftwood from South America to the Galápagos to the west and 

background image

to Hispaniola to the northeast. After arrival, a green iguana population, cut off from the others of its species, evolved into these new and 

different species. Speciation is the topic of this chapter.  

16.1   

Macroevolution 

Chapter 15 considered evolution on a small scale—that is, microevolution. In this chapter, we turn our attention to evolution on a large scale—that is, 
macroevolution. The history of life on Earth is a part of macroevolution. Macroevolution requires speciation, the splitting of one species into two or 
more new species. Speciation involves the gene pool changes that we studied in Chapter 15. 

Species originate, adapt to their environments, and then may become extinct (Fig. 16.1). Without the origin and extinction of species, life on Earth 

would not have an ever-changing history. 

Defining Species

 

Before we consider the origin of species, we first need to define a species. Appearance is not always a good criterion. The members of different species 
can look quite similar, while the members of a single species can be diverse in appearance. The biological species concept offers a way to define a 
species that does not depend on appearance: The members of a species interbreed and have a shared gene pool, and each species is reproductively 
isolated from every other species. For example, the flycatchers in Figure 16.2 are members of separate species because they do not interbreed in nature.  

According to the biological species concept, gene flow occurs between the populations of a species but not between populations of different 

species. The red maple and the sugar maple are found over a wide geographical range in the eastern half of the United States, and each species is made 
up of many populations. However, the members of each species’ population rarely hybridize in nature. Therefore, these two types of plants are separate 
species. In contrast, the  human species has many populations that certainly differ in physical appearance (Fig. 16.3). We know, however, that all 
humans belong to one species because the members of these populations can produce fertile offspring.  

The biological species concept is useful, as we shall see, but even so, it has its limitations. For example, it applies only to sexually reproducing 

organisms and cannot apply to asexually reproducing organisms. Then, too, sexually reproducing organisms are not always as reproductively isolated as 
we would expect. Some North American orioles live in the western half of the continent and some in the eastern half of the continent. Yet even the two 
most genetically distant oriole species, as recognized by analyzing their mitochondrial DNA, will hybridize where they  meet in the middle of the 
continent.  

There  are  other  definitions  of  species  aside  from  the  biological  definition.  Later  in  this  chapter,  we  will  define  species  as  a  category  of 

classification below the rank of genus. Species in the same genus share a recent common ancestor. A common ancestor is an ancestor for two or more 
different groups. Your grandmother is the common ancestor for you and your cousins. Similarly, there is a common ancestor for all species of roses. 

Reproductive Barriers 

As mentioned, for two species to be separate, they must be reproductively isolated—that is, gene flow must not occur between them. Reproductive barriers 
are isolating mechanisms that prevent successful reproduction from occurring (Fig. 16.4). In evolution, reproduction is successful only when it produces 
fertile offspring. 

Prezygotic  (before  the  formation  of  a  zygote)  isolating  mechanisms  are  those  that  prevent  reproduction  attempts  and  make  it  unlikely  that 

fertilization will be successful if mating is attempted. Habitat isolation, temporal isolation, behavioral isolation, mechanical isolation, and gamete isolation 
make it highly unlikely that particular genotypes will contribute to the gene pool of a population.  

Habitat isolation•When two species occupy different habitats, even within the same geographic range, they are less likely to meet and attempt to 

reproduce. This is one of the reasons that the flycatchers in Figure 16.2 do not mate, and that the red maple and sugar maple do not exchange 
pollen. In tropical rain forests, many animal species are restricted to a particular level of the forest canopy, and in this way they are isolated 
from similar species. 

Temporal isolation•Two species can live in the same locale, but if each reproduces at a different time of year, they do not attempt to mate. For example, 

Reticulitermes hageni and R. virginicus are two species of termites. The former has mating flights in March through May, whereas the latter mates 
in the fall and winter months.  

Behavioral isolation•Many animal species have courtship patterns that allow males and females to recognize one another (Fig. 16.5). Male fireflies are 

recognized by females of their species by the pattern of their flashings; similarly, male crickets are recognized by females of their species by their 
chirping. Many males recognize females of their species by sensing chemical signals called pheromones. For example, female gypsy moths 
secrete chemicals from special abdominal glands. These chemicals are detected downwind by receptors on the antennae of males. 

Mechanical isolation•When animal genitalia or plant floral structures are incompatible, reproduction cannot occur. Inaccessibility of pollen to certain 

pollinators can prevent cross-fertilization in plants, and the sexes of many insect species have genitalia that do not match, or other characteristics 
that make mating impossible. For example, male dragonflies have claspers that are suitable for holding only the females of their own species. 

background image

Gamete isolation•Even if the gametes of two different species meet, they may not fuse to become a zygote. In animals, the sperm of one species may 

not be able to survive in the reproductive tract of another species, or the egg may have receptors only for sperm of its species. In plants, only 
certain types of pollen grains can germinate so that sperm successfully reach the egg.  

Postzygotic (after the formation of a zygote) isolating mechanisms prevent hybrid offspring (reproductive product of two different species) from 

developing or breeding, even if reproduction attempts have been successful.  

Zygote mortality•A hybrid zygote may not be viable, and so it dies. A zygote with two different chromosome sets may fail to go through mitosis 

properly, or the developing embryo may receive incompatible instructions from the maternal and paternal genes so that it cannot continue to exist.  

Hybrid sterility•The hybrid zygote may develop into a sterile adult. As is well known, a cross between a horse and a donkey produces a mule, which is 

usually sterile—it cannot reproduce (Fig. 16.6). Sterility of hybrids generally results from complications in meiosis that lead to an inability to 
produce viable gametes. A cross between a cabbage and a radish produces offspring that cannot form gametes, even though the diploid number is 
18, an even number, most likely because the cabbage chromosomes and the radish chromosomes could not align during meiosis.  

F

2

 fitness•If hybrids can reproduce, their offspring are unable to reproduce. In some cases, mules are fertile, but their offspring (the F

generation) are 

not fertile.  

Models of Speciation 

The introduction to this chapter suggests that the green iguana of South America may be the common ancestor for both the marine iguana on the 
Galápagos Islands (to the west of South America) and the rhinoceros iguana on Hispaniola (an island to the northeast of South America). If so, how 
could it have happened? Green iguanas are strong swimmers, so by chance a few could have migrated to these islands, where they formed populations 
separate from each other and from the parent population back in South America. Each population continued on its own evolutionary path as new 
mutations,  genetic  drift,  and  natural  selection  occurred.  Eventually,  reproductive  isolation  developed  and  there  were  three  species  of  iguanas.  A 
speciation model based on geographic isolation of populations is called allopatric speciation because allo means different and patria loosely means 
homeland.  

Figure 16.7 features an example of allopatric speciation, which has been extensively studied in California. Members of an ancestral population of 

Ensatina salamanders existing in the Pacific Northwest migrated southward, establishing a range of populations. Each population was exposed to its 
own  selective pressures along  the  coastal  mountains  and  along  the  Sierra  Nevada  mountains.  Due  to  the barrier created by  the  Central  Valley  of 
California, no gene flow occurred between the eastern populations and the western populations. Genetic differences increased  from north to south, 
resulting in two distinct forms of Ensatina salamanders in southern California that differ dramatically in color and interbreed only rarely.  

With sympatric speciation, a population develops into two or more reproductively isolated groups without prior geographic isolation. The best 

evidence for this type of speciation is found among plants, where it can occur by means of polyploidy, an increase in the number of sets of chromosomes to 
3n or above. The presence of sex chromosomes makes it difficult for polyploidy speciation to occur in animals. In plants, hybridization between two species 
can be followed by a doubling of the chromosome number. Such polyploid plants are reproductively isolated by a postzygotic mechanism; they can 
reproduce successfully only with other similar polyploids, and backcrosses with their parents are sterile. Therefore, three species instead of two species 
result. Figure 16.8 shows that the parents of our present-day bread wheat had 28 and 14 chromosomes, respectively. The hybrid with 21 chromosomes is 
sterile, but polyploid bread wheat with 42 chromosomes is fertile because the chromosomes can align during meiosis. 

Adaptive Radiation  

One of the best examples of speciation through adaptive radiation is provided by the finches on the Galápagos Islands, which are often called Darwin’s 
finches because Darwin first realized their significance as an example of how evolution works. During adaptive radiation, many new species evolve 
from a single ancestral species. The many species of finches that live on the Galápagos Islands are believed to be descended from a single type of 
ancestral finch from the mainland (Fig. 16.9). The populations on the various islands were subjected to the founder effect involving genetic drift, genetic 
mutations, and the process of natural selection. Because of natural selection, each population became adapted to a particular habitat on its island. In 
time, the various populations became so genotypically different that now, when by chance they reside on the same island, they do not interbreed and are 
therefore separate species. There is evidence that the finches use beak shape to recognize members of the same species during courtship. Rejection of 
suitors with the wrong type of beak is a behavioral prezygotic isolating mechanism. 

Similarly, inhabiting the Hawaiian Islands is a wide variety of hone-y-creepers, all descended from a common goldfinchlike ancestor that arrived 

from Asia or North America about 5 million years ago. Today, honeycreepers have a range of beak sizes and shapes for feeding on various food sources, 
including seeds, fruits, flowers, and insects. 

 

16.2   

The History of Species 

The history of the origin and extinction of species on Earth is best discovered by studying the fossil record. Fossils are the traces and remains of past life 

background image

or any other direct evidence of past life. Traces include trails, footprints, burrows, worm casts, or even preserved droppings. Most fossils consist of the 
remains of hard parts, such as shells, bones, or teeth, because these are usually not consumed or destroyed (Fig. 16.10). Paleontology is the science of 
discovering and studying the fossil record and, from it, making decisions about the history of species.  

The Geological Timescale 

Because life-forms have evolved over time, the strata (layers of sedimentary rock, see Fig. 14.2a) of the Earth’s crust contain different fossils. By studying 
the strata and the fossils they contain, geologists have been able to construct a geological timescale (Table 16.1). It divides the history of life on Earth into 
eras, then periods, and then epochs, and describes the types of fossils common to each of these divisions of time. Notice that in the geological timescale, 
only the periods of the Cenozoic era are divided into epochs, meaning that more attention is given to the evolution of primates and flowering plants than 
to the earlier evolving organisms. Despite an epoch assigned to modern civilization, humans have only been around about .04% of the history of life.  
 

In contrast, prokaryotes existed alone for some 2 billion years before the eukaryotic cell and multicellularity arose during Precambrian time. Some 

prokaryotes  became  the  first  photosynthesizers  to  add  oxygen  to  the  atmosphere.  The  presence  of  oxygen  may  have  spurred  the  evolution  of  the 
eukaryotic  cell  and  multicellularity  during  the  Precambrian.  All  major  groups  of  animals  evolved  during  what  is  sometimes  called  the  Cambrian 
explosion. The fossil record for Precambrian time is meager, but the fossil record for the Cambrian period is rich. The evolution of the invertebrate 
external skeleton accounts for this increase in the number of fossils. Perhaps this skeleton which impedes the uptake of oxygen couldn’t evolve until oxygen 
was plentiful. Or perhaps the external skeleton was merely a defense against predation.  
 

The origin of life on land is another interesting topic.  During the Paleozoic era, plants are present on land before animals. Nonvascular plants 

preceded vascular plants, and among these, cone-bearing plants (gymnosperms) preceded flowering plants (angiosperms). Among vertebrates, the 
fishes are aquatic, and the amphibians invaded land.  The reptiles (e.g., dinosaurs) are ancestral to both birds and mammals. The number of species in the 
world has continued to increase until the present time, despite the occurrence of five mass extinctions and one significant mammalian extinction during 
the history of life on Earth.  

The Pace of Speciation  

Many evolutionists believe as Darwin did that evolutionary changes occur gradually. In other words, they support a gradualistic model to explain the 
pace of evolution. Speciation probably occurs after populations become isolated, with each group continuing slowly on its own evolutionary pathway. 
These evolutionists often show the evolutionary history of groups of organisms by drawing the type of evolutionary tree shown in Figure 16.11a. Note 
that in this diagram, an ancestral species has given rise to two separate species, represented by a slow change in plumage color. The gradualistic model 
suggests that it is difficult to indicate when speciation has occurred because there would be so many transitional links. In  some cases, it has been 
possible to trace the evolution of a group of organisms by finding transitional links. 

More often, however, species appear quite suddenly in the fossil record, and then they remain essentially unchanged phenotypically until they 

undergo extinction. Some paleontologists have therefore developed a punctuated equilibrium model to explain the pace of evolution. The model says that a 
period of equilibrium (no change) is punctuated (interrupted) by speciation. Figure 16.11b shows the type of diagram paleontologists prefer to use when 
representing the history of evolution over time. This model suggests that transitional links are less likely to become fossils and less likely to be found. 
Speciation most likely involves only an isolated subpopulation at one locale. Only when this new subpopulation expands and replaces existing species is it 
apt to show up in the fossil record.  

The differences between these two models are subtle, especially when we consider that the ―sudden‖ appearance of a new species in the fossil 

record could represent many thousands of years because geological time is measured in millions of years.  

Mass Extinctions of Species  

As we have noted, most species exist for only a limited amount of time (measured in millions of years), and then they die out (become extinct). Mass 
extinctions
 are the disappearance of a large number of species or a higher taxonomic group within a relatively short period of time. The  geological 
timescale in Table 16.1 shows the occurrence of five mass extinctions: at the ends of the Ordovician, Devonian, Permian, Triassic, and Cretaceous 
periods. Also, there was a significant mammalian extinction at the end of the Pleistocene epoch. While many factors contribute to mass extinctions, two 
possible types of events (continental drift and meteorite impacts) are believed to be particularly significant.  

Continental drift—the movement of continents—is believed to have contributed to several extinctions. You may have noticed that the coastlines 

of several continents are mirror images of each other. For example, the outline of the west coast of Africa matches that of the east coast of South 
America. Also, the same geological structures are found in many of the areas where the continents at some time in the past touched. A single mountain 
range runs through South America, Antarctica, and Australia, for example. But the mountain range is no longer continuous because the continents have 
drifted apart. The reason the continents drift is explained by a branch of geology known as plate tectonics, which is based on the fact that the Earth’s 
crust is fragmented into slablike plates that float on a lower, hot mantle layer (Fig. 16.12). The continents and the ocean basins are a part of these rigid 
plates, which move like conveyor belts. 

background image

The loss of habitats is a significant cause of extinctions, and continental drift can lead to massive habitat changes. We know that 250 million years 

ago (

MYA

), at the time of the Permian mass extinction, all the Earth’s continents came together to form one large continent called Pangaea (Fig. 16.13a). 

The result was dramatic environmental change that profoundly affected life. Marine organisms suffered as the oceans were joined, and the amount of 
shoreline, where many marine organisms live, was reduced. They didn’t recover until some continents drifted away from the poles and warmth returned 
(Fig. 16.13b). Terrestrial organisms were affected as well because the amount of interior land, which tends to have a drier and more erratic climate, 
increased. Immense glaciers developing at the poles withdrew water from the oceans and chilled even once-tropical land.  

The other event that is believed to have contributed to mass extinctions is the impact of a meteorite as it crashed into the Earth. The result of a large 

meteorite striking Earth could have been similar to that of a worldwide atomic bomb explosion: A cloud of dust would have mushroomed into the 
atmosphere, blocking out the sun and causing plants to freeze and die. This type of event has been proposed as a primary cause of the Cretaceous 
extinction that saw the demise of the dinosaurs. Cretaceous clay contains an abnormally high level of iridium, an element that is rare in the Earth’s crust 
but more common in meteorites. A layer of soot has been identified in the strata alongside the iridium, and a huge crater that could have been caused by a 
meteorite was found in the Caribbean–Gulf of Mexico region on the Yucatán peninsula. 

16.3   

Classification of Species  

The  many  recognized  species  on  Earth  are  classified  according  to  their  presumed  evolutionary  relationship.  Taxonomy  is  the  branch  of  biology 
concerned with identifying, naming, and classifying organisms. Classification begins when organisms are given a scientific name. For example, Lilium 
buibiferum
 is a type of lily. The first word, Lilium, is the genus in a classification category that can contain many species. The second word, the specific 
epithet,
 refers to one species within that genus. Notice that the scientific name is in italics; the genus is capitalized, while the specific epithet is not. The 
species is designated by the full binomial name—in this case, Lilium buibiferum. However, the genus name can be used alone to refer to a group of related 
species. Also, the genus can be abbreviated to a single letter if used with the specific epithet (e.g., L. buibiferum) and if the full name has been given 
previously. 

Today, taxonomists use the  following categories of classification:  species,  genus,  family,  order,  class,  phylum, and kingdom. Recently, a 

higher taxonomic category, the domain, has been added to this list. There can be several species within a genus, several genera within a family, and so 
forth. In this hierarchy, the higher the category, the more inclusive it is (Fig. 16.14). Also, the organisms that fill a particular classification category are 
distinguishable from other organisms by sharing a structural, chromosomal, or molecular feature that distinguishes one group from another. Organisms 
in the same -domain have general characteristics in common; those in the same species have quite specific characteristics in common.  

In most cases, each category of classification can be subdivided into three additional categories, as in superorder, -order, suborder, and infraorder. 

Considering these, there are more than 30 categories of classification. 

Classification and Phylogeny 

Taxonomy  and  classification  are  a  part  of  the  broader  field  of  systematics,  which  is  the  study  of  the  diversity  of  organisms  at  all  levels  of 
orga-ni-za-tion. One goal of systematics is to determine phylogeny, the evolutionary history of a group of organisms. When we say that two species (or 
genera, families, etc.) are closely related, we mean they share a recent common ancestor. 

Using traditional systematics, Figure 16.15 shows how the classification of groups of organisms allows us to construct a phylogenetic tree, a 

diagram that indicates common ancestors and lines of descent (lineages). In order to classify organisms and to construct a phylogenetic tree, it is 
necessary to determine the characteristics, or simply, characters, of the various groups, called taxa (sing., taxon). A primitive character is present in the 
common ancestor and in all taxa belonging to that group. A  derived character is found only in a particular line of descent. Whether a character is 
primitive or derived depends on the group being considered. For example, a primitive character for primates may be a derived character for mammals. 
Different lineages diverging from a common ancestor are expected to have different derived characters. Thus, all the animals in the family Cervidae 
have antlers, but they are highly branched in red deer and palmate (having the shape of a hand) in reindeer. 

Tracing Phylogeny 

Systematists gather all sorts of data in order to discover the evolutionary relationships between species. They rely heavily on a combination of data from the 
fossil record,  homology, and  molecular data  to determine the correct sequence of common ancestors in any particular  group of  organisms. If  you can 
determine the common ancestors in the history of life, you know how evolution occurred and can classify organisms accordingly. 

Homology•Homology  is  character  similarity  that  stems  from  having  a  common  ancestor.  Comparative  anatomy,  including  embryological  evidence, 
provides information regarding homology. Homologous structures are related to each other through common descent. The forelimbs of vertebrates are 
homologous because they contain the same bones organized in the same general way as in a common ancestor (see Fig. 14.14). However, a horse has 
but a single digit and toe (the hoof), while a bat has four lengthened digits that support its membranous wings. 

Deciphering homology is sometimes difficult because of convergent evolution and parallel evolution. Convergent evolution is the acquisition of the 

same or similar characters in distantly related lines of descent. Similarity due to convergence is termed analogy. The wings of an insect and the wings of a 

background image

bat are analogous. You may recall from Chapter 14 that  analogous  structures have the same function in different groups, but organisms with these 
structures do not have a common ancestor. Both cactuses and spurges are adapted similarly to a hot, dry environment, and both are succulent, spiny, 
flowering plants. However, the details of their flower structure indicate that these plants are not closely related. Parallel evolution is the acquisition of the 
same or a similar character in two or more related lineages without it being present in a common ancestor. A similar banding pattern is found in several 
species of moths, for example. It is sometimes difficult to tell if features are primitive, derived, convergent, or parallel. 

Molecular Data•Speciation occurs when mutations bring about changes in the base-pair sequences of DNA. Systematists, therefore, assume that the 
more closely species are related, the fewer changes will be found in DNA base-pair sequences. Because molecular data are straightforward and numerical, 
they can  sometimes sort out relationships obscured by inconsequential anatomical variations or convergence. Software  breakthroughs have  made it 
possible to analyze nucleotide sequences quickly and accurately using a computer. Also, these analyses are available to anyone doing comparative studies 
through the Internet, so each investigator doesn’t have to start from scratch. The combination of accuracy and availability of past data has made molecular 
systematics a standard way to study the relatedness of groups of organisms today. 

All cells have ribosomes, which are essential for protein synthesis. Further, the genes that code for ribosomal RNA (rRNA) have changed very 

slowly during evolution because any drastic changes lead to malfunctioning cells. Therefore, it is believed that comparative rRNA sequencing provides 
a reliable indicator of the similarity between organisms. Ribo-somal RNA sequencing helped investigators conclude that all living things can be divided 
into the three domains. 

One study involving DNA differences produced the data shown in Figure 16.16. Although the data suggest that chimpanzees are more closely related 

to humans than to other apes, in most classifications, humans and chimpanzees are placed in different families; humans are in the family Hominidae, and 
chimpanzees are in the family Pongidae. In contrast, the rhesus monkey and the green monkey, which have more numerous DNA differences, are placed 
in the same family (Cercopithecidae). To be consistent with the data, shouldn’t humans and chimpanzees also be in the same family?  Traditional 
systematists,
 in particular, believe that since humans are markedly different from chimpanzees because of adaptation to a different environment, it is 
justifiable to place humans in a separate family. 

Cladistic Systematics 

Cladistics is a school of systematics that was introduced in 1950 and has become increasingly influential. The goal is to produce testable hypotheses 
about the evolutionary relationships among a series of organisms. Cladistics depends on distinguishing primitive from shared derived characters to 
classify organisms and arrange taxa in a type of diagram called a cladogram. A cladogram traces the evolutionary history of the group being studied. 
Let’s see how it works. 

The first step when constructing a cladogram is to draw up a table that summarizes the characters of the taxa being compared  (Fig. 16.17a). 

Although  this  table  concerns  anatomical  characters  only,  cladists  use  all  types  of  data,  including  molecular  data,  to  arrive  at  evolutionary 
relationships. At least one, but preferably several, species are studied as an outgroup, a group that is not part of the study group. In this example, 
lancelets are in the outgroup, and selected vertebrates (eels, newts, snakes, and lizards) are in the study group. Any charac ter found in both the 
outgroup and the study group is a shared primitive character presumed to have been present in an ancestor common to both the outgroup and the 
study group. Lancelets (in the outgroup) have a supporting rod called a notochord as an embryo, and so do all vertebrates (in the study group). 
Therefore, a notochord is a primitive character shared by all taxa in Figure 16.17a.  

Cladists are always guided by the principle of parsimony, which states that the least number of assumptions is the most probable. Thus, they construct 

a cladogram that minimizes the number of assumed evolutionary changes, or leaves the fewest number of derived characters unexplained. Therefore, any 
character in the table found in scattered taxa (in this case, four bony limbs and a long cylindrical body) is not used to construct the cladogram because we 
would have to assume that these characters evolved more than once among the taxa of the study group. The other characters are designated as shared 
derived characters—that is, they are homologies shared by only certain taxa of the study group.  

The Cladogram 

In a cladogram, a clade is an evolutionary branch that includes a common ancestor together with all its -de-scendant species. A clade includes the taxa 
that have shared derived characters. The cladogram in Figure 16.17b has three clades in the study group that differ in size because the first includes the 
other  two, and  so  forth.  Based on  Figure  16.17a,  the common  ancestor at  the  root of  the  tree  has one primitive  character—a  notochord  when  an 
embryo—and all taxa in the cladogram share this character. Figure 16.17a  also tells us that all the taxa in the study group belong to a clade that has 
vertebrae; only newts, snakes, and lizards are in a clade that has lungs and a three-chambered heart; and only snakes and lizards are in a clade that has an 
amniotic egg and internal fertilization. Therefore, this is the sequence in which these characters must have evolved during the evolutionary history of 
vertebrates. 

A cladogram is objective—it lists the characters used to construct the cladogram. Cladists regard a cladogram as a hypothesis that can be tested 

and  either  corroborated  or  refuted  on  the  basis  of  additional  data.  Therefore,  they  consider  a  cladogram  to  be  more  scientific  than  a  traditional 
phylogenetic tree. 

 

background image

Traditionalists Versus Cladists 

Traditional systematists use a wider range of information than do cladists, and they make value judgments about which characters are more indicative of 
phylogeny. Traditionalists believe that organisms adapted to a new environment need not be classified with the common ancestor from which they 
evolved. In the traditional phylogenetic tree shown in Figure 16.18a, birds and mammals are placed in different classes because it is quite obvious to the 
most casual observer that mammals (having hair and mammary glands) and birds (having feathers) are quite different in appearance from reptiles 
(having scaly skin). The traditionalist tree shows that mammals and birds have a different reptilian ancestor.  

Cladists prefer the cladogram in Figure 16.18b. All the animals shown are in one clade because they all evolved from a common ancestor that laid 

eggs. Mammals can be placed in their own class because they alone have hair and mammary glands and three middle ear bones. Not so for reptiles: The 
only thing that dinosaurs, crocodiles, snakes, lizards, and turtles have in common is that they are not birds or mammals. On the other hand, crocodiles 
and birds share common derived anatomical and behavioral characters not present in snakes and lizards. On this basis, cladists place crocodiles and 
birds in the same taxon. They agree that birds and crocodiles are adapted to different ways of life, but this observation is not the type of data used to 
construct a cladogram. Most traditionalists today regard adaptations as valuable data, and they place birds in a separate taxon from reptiles. They also 
place humans in a different family from all the apes, even though molecular data suggest that humans shared a common ancestor with chimpanzees.

 

Classification Systems 

Classification  systems  change  over  time.  Until  recently,  most  biologists  utilized  the  five-kingdom  system  of  classification,  which  contains 
kingdoms for the plants, animals, fungi, protists, and monerans. Organisms were placed into these kingdoms based on  type of cell (prokaryotic or 
eukaryotic), level of organization (unicellular or multicellular), and type of nutrition. In the five-kingdom system, the monerans were distinguished 
by their structure—they were prokaryotic (lack a membrane-bounded nucleus)—whereas the organisms in the other kingdoms  were  eukaryotic 
(have a membrane-bounded nucleus). The kingdom Monera contained all prokaryotes, which according to the fossil record evolved first.

 

Within the past ten years, new information has called into question the five-kingdom system of classification. Molecular and cellular data 

suggest that there are two groups of prokaryotes—the bacteria and the archaea—and that these groups are fundamentally different from each other. 
In fact, they are so different that they should be assigned to separate domains, a category of classification that is higher than the kingdom category. 
The bacteria arose first, and they were followed by the archaea and then the eukarya (Fig. 16.19). The archaea and eukarya ar e more closely related 
to each other than either is to the bacteria. Systematists, using the  three-domain system of classification, are in the process of sorting out what 
kingdoms belong within domain Bacteria and domain Archaea. Domain Eukarya contains kingdoms for protists, animals, fungi, and plants. 
Later in this text, we will study the individual kingdoms that occur within the domain Eukarya. The protists do not share one  common ancestor, and 
some  suggest  that  the  kingdom  should  be  divided  into  many  different  kingdoms.  How  many  kingdoms  is  still  a  matter  of  debate  among 
systematists, illustrating that taxonomy can be subjective until data are available and an objective conclusion is acceptable  to most systematists.  

T H E   C H A P T E R   I N   R E V I E W  

Summary 

16.1    Macroevolution 

Macroevolution is evolution on a large scale because it considers the history of life on Earth. Macroevolution begins with speciation, the origin of new 
species. Without speciation and the extinction of species, life on Earth would not have a history.  

Defining Species

 

The biological concept of species  

 

•  recognizes a species by its inability to reproduce with members of another group.  

 

•  is useful because species can look similar, and members of the same species can have different appearances.  

 

•  has its limitations. Hybridization does occur between some species, and it is only relevant to sexually reproducing organisms. 

Reproductive Barriers

 

Prezygotic and postzygotic barriers keep species from reproducing with one another.  

 

•  Prezygotic isolating mechanisms involve habitat isolation, temporal isolation, and behavioral isolation.  

 

•  Postzygotic isolating mechanisms prevent hybrid offspring from developing or breeding if reproduction has been successful. 

Models of Speciation

 

Allopatric speciation and sympatric speciation are two models of speciation. 

 

•  The allopatric speciation model proposes that a geographic barrier keeps groups of populations apart. Meanwhile, prezygotic and postzygotic 

isolating mechanisms develop, and these prevent successful reproduction if these two groups come into future contact.  

 

•  The sympatric speciation model proposes that a geographic barrier is not required.  

background image

16.2    The History of Species

 

The fossil record, as outlined by the geological timescale, traces the history of life in broad terms. It has been possible to absolutely date fossils by using 
radioactive dating techniques.  

The fossil record 

 

•  can be used to support a gradualistic model: Two groups of organisms arise from an ancestral species and gradually become two different species.  

 

•  can be used to support a punctuated equilibrium model: A period of equilibrium (no change) is interrupted by speciation within a relatively short 

period of time.

 

 

•  shows that at least five mass extinctions and one significant mammalian extinction have occurred during the history of life on Earth. Two major 

contributors to mass extinctions are the loss of habitats due to continental drift and the disastrous results from a meteorite impacting Earth.

 

16.3    Classification of Species 

Systematics 

 

•  assigns every species a scientific name, which immediately indicates its genus. From that beginning, species are also assigned to a family, order, 

class, phylum, kingdom, and domain according to their molecular and structural characters. 

 

•  attempts to determine phylogeny, the evolutionary history of a group of organisms. Systematics relies on the fossil record, homology, and molecular 

data to determine relationships among organisms. 

 

•  has different schools.

 

Cladists use shared primitive and shared derived characters to construct cladograms. In a cladogram, a clade consisting of 

a common ancestor and all the species derived from a common ancestor, the species have shared derived characteristics. Traditionalists are not 
opposed to making value judgments (particularly about adaptations to new environments) in constructing phylogenetic trees, but cladists use only 
objective data when constructing cladograms.  

Classification Systems 

 

•  The five-kingdom system recognized the kingdoms for the monerans, protists, animals, fungi, and plants. 

 

•  The three-domain system uses molecular data to designate three evolutionary domains: Bacteria, Archaea, and Eukarya: 

 

•  Domains Bacteria and Archaea contain prokaryotes. 

 

•  Domain Eukarya contains kingdoms for the protists, animals, fungi, and plants. 

Thinking Scientifically 

  1.  Use the data from the following table to fill in the phylogenetic tree for vascular plants. Plants with vascular tissue have transport tissue. 

  2.  The Hawaiian Islands are located thousands of kilometers from any mainland. Each island arose from the sea bottom and was colonized by plants 

and animals that drifted in on ocean currents or winds. Each island has a unique environment in which its inhabitants have evolved. Consequently, 
most of the plant and animal species on the islands do not exist anywhere else in the world.  

 

   

In contrast, on the islands of the Florida Keys, there are no unique or indigenous species. All of the species on those islands also exist on the 

mainland. Suggest an explanation for these two different patterns of speciation. 

Testing Yourself 

Choose the best answer for each question. 

  1.  A biological species 

 

a. always looks different from other species. 

 

b.  

always has a different chromosome number from that of other species. 
 

c. is reproductively isolated from other species. 

 

d. never occupies the same niche as other species. 

For questions 2

–9, indicate the type of isolating mechanism described in each scenario.  

Key: 
  a. habitat isolation 
  b. temporal isolation 
  c. behavioral isolation 
  d. mechanical isolation 
  e. gamete isolation 
 

f. zygote mortality 

  g. hybrid sterility 
  h. low F

2

 fitness 

  2.  Males of one species do not recognize the courtship behaviors of females of another species. 

background image

  3.  One species reproduces at a different time than another species.  

  4.  A cross between two species produces a zygote that always dies.  

  5.  Two species do not interbreed because they occupy different areas.  

  6.  A hybrid between two species produces gametes that are not viable.  

  7.  Two species of plants do not mate with each other because they are visited by different pollinators.  

  8.  The sperm of one species cannot survive in the reproductive tract of another species.  

  9.  The offspring of two hybrid individuals exhibit poor vigor.  

  10.  Complete the following diagram illustrating allopatric speciation by using these phrases: genetic changes (used twice), geographic barrier, species 

1, species 2, species 3. 

  11.  Transitional links are least likely to be found if evolution proceeds according to the 

 

a. gradualistic model. 

 

b. punctuated equilibrium model. 

  12.  Which is the scientific name of an organism? 

 

a. Rosa rugosa 

 

b. Rosa 

 

c. rugosa 

 

d. rugosa rugosa 

 

e. Both a and d are correct. 

  13.  Which of these statements best pertains to taxonomy? Species 

 

a. always have three-part names, such as Homo sapiens sapiens. 

 

b. are always reproductively isolated from other species. 

 

c. always share the most recent common ancestor. 

 

d. always look exactly alike. 

 

e. Both c and d are correct. 

  14.  Which of the following groups are domains? Choose more than one answer if correct. 

 

a. bacteria 

 

b. archaea 

 

c. eukarya 

 

d. animals 

 

e. plants 

  15.  Which pair is mismatched? 

 

a. homology

—character similarity due to a common ancestor 

 

b. molecular data

—DNA strands match 

 

c. fossil record

—bones and teeth 

 

d. homology

—functions always differ 

 

e. molecular data

—DNA and RNA data 

  16.  One benefit of the fossil record is 

 

a. that hard parts are more likely to fossilize. 

 

b. that fossils can be dated. 

 

c. its completeness. 

 

d. that fossils congregate in one place. 

 

e. All of these are correct. 

  17.  The discovery of common ancestors in the fossil record, the presence of homologies, and molecular data similarities help scientists decide  

 

a. how to classify organisms. 

 

b. the proper cladogram. 

 

c. how to construct phylogenetic trees. 

 

d. how evolution occurred. 

 

e. All of these are correct. 

  18.  In cladistics, 

 

a.  

a clade must contain the common ancestor plus all its descendants. 
 

b. derived characters help construct cladograms. 

 

c. data for the cladogram are presented. 

 

d. the species in a clade share homologous structures. 

 

e. All of these are correct. 

  19.  Answer these questions about the following cladogram. 

 

a.  

background image

This cladogram contains how many clades? How are they 
designated in the diagram? 
 

b.  

What character is shared by all animals in the study group?  

What characters are shared by only snakes and lizards? 

 

c.  

Which animals share a recent common ancestor? How do you know? 

  20.  Allopatric, but not sympatric, speciation requires 

 

a. reproductive isolation. 

 

b. geographic isolation. 

 

c. spontaneous differences in males and females. 

 

d. prior hybridization. 

 

e. rapid rate of mutation. 

  21.  Which kingdom is mismatched? 

 

a. Protista

—domain Bacteria 

 

b. Protista

—multicellular algae 

 

c. Plantae

—flowers and mosses 

 

d. Animalia

—arthropods and humans 

 

e. Fungi

—molds and mushrooms 

Go to www.mhhe.com/maderessentials for more quiz questions. 

Bioethical Issue 

Paleoanthropologists often use cladistics to create phylogenetic trees based on bone and tooth measurements. According to developmental biologists, 
though, bone shape and arrangement are influenced by both the environment and complex genetic interactions. Therefore, some evolutionary biologists 
are now suggesting that skeletal anatomy cannot be used to produce cladograms that make biological sense. Cladograms based on skull and tooth 
measurements do not coincide with those based on DNA base-pair sequence similarities. In order to determine the most valuable traits for cladistic 
analyses, researchers need to determine the molecular pathways involved in the development of the human body. This is an area that would require 
millions of dollars of research funding.  

Would you support the use of government funding for research into the genetics and biology of body development, for the purpose of better 

understanding our phylogenetic tree? If not, would you support the idea if the research had the potential to advance our knowledge of related medical 
problems, such as osteoporosis? 

Understanding the Terms 

adaptive radiation•251 
allopatric speciation•250 
analogous structure•257 
analogy•257 
binomial name•256 
cladistics•259 
class•256 
common ancestor•247, 256 
convergent evolution•257 
domain•256 
domain Archaea•261 
domain Bacteria•261 
domain Eukarya•261 
evolutionary tree•254 
family•256 
five-kingdom system•261 
fossil•253 
genus•256 
homologous structure•257 
kingdom•256 
macroevolution•246 
mass extinction•254 
order•256 
paleontology•253 
parallel evolution•257 
phylogenetic tree•256 
phylogeny•256 
phylum•256 

background image

postzygotic isolating 
••mechanism•249 
prezygotic isolating 
••mechanism•248 
speciation•246 
species•256 
specific epithet•256 
sympatric speciation•250 
systematics•256 
taxon (pl., taxa)•256 
taxonomy•256 
three-domain system•261 
traditional systematics•256 

Match the terms to these definitions: 

a. _______________ 

Evolution of several new species from a single ancestral species. 

b. _______________ 

Science of discovering and studying the fossil record. 

c. _______________ 

Disappearance of a large number of species in a short period of time. 

d. _______________ 

Scientific name that includes genus and species. 

e. _______________ 

Diagram that tells the evolutionary history of a group of organisms. 

f.  _______________ 

Most inclusive of the classification categories in the three-domain system. 

g. _______________ 

Anatomical structure indicative of relatedness through common descent. 

 

1

 Hispaniola is divided into Haiti and the Dominican Republic.

 

The unique marine iguana feeds at sea and lives to the west of South America, only in the Galápagos Islands. 

The common green iguana, a strong swimmer native to South America, could be ancestral to other types of iguanas. 

The rhinoceros iguana, with bumps on its snout, lives to the northeast of South America, only on Hispaniola.  

Figure 16.1•Dinosaurs. 

Triceratops (left) and Tyrannosaurus rex (right) were dinosaurs that lived about 65 million years ago when flowering plants were already flourishing. The prevailing forms 

of life on Earth change as new species come into existence, flourish, and then decline or become extinct.  

Figure 16.3•Human populations. 

The Massai of East Africa (a) and the Eskimos that live near the Arctic Circle (b) are both members of the species Homo sapiens because Massai can reproduce with 

Eskimos and produce fertile offspring.  

Figure 16.2•Three species of flycatchers. 

Although these flycatcher species are nearly identical in appearance, we know they are separate species because they are reproductively isolated

—the members of 

each species reproduce only with one another. Each species has a characteristic song and its own particular habitat during the mating season as well. 

Figure 16.4•Reproductive barriers. 

Prezygotic isolating mechanisms prevent mating attempts or a successful outcome should mating take place. No zygote is ever formed. Postzygotic isolating 

mechanisms prevent offspring from reproducing

—that is, the hybrids are unable to breed successfully.  

Check Your Progress 

 

1.  Define a species according to the biological species concept. 

 

2.   

Describe the limitations of the biological species concept. 

 

3.  Contrast prezygotic isolating mechanisms with postzygotic isolating mechanisms. 

Answers: 1.•A biological species is a group of organisms that can interbreed. The members of this species are reproductively isolated from members of other species.•2. 
The biological species concept cannot be applied to asexually reproducing organisms. In addition, reproductive isolation may not be complete, so some breeding between 
species may occur.•3. Prezygotic isolating mechanisms do not allow zygotes to be formed. Postzygotic mechanisms allow zygotes to be formed, but the zygotes either die 
or become offspring that are infertile. 

 

Figure 16.5•Prezygotic isolating mechanism. 

An elaborate courtship display allows the blue-footed boobies of the Galápagos Islands to select a mate. The male lifts his feet in a ritualized manner that shows off their 

bright blue color.  

background image

Figure 16.6•Postzygotic isolating mechanism. 

Mules are horse-donkey hybrids. Mules are infertile due to a difference in the chromosomes inherited from their parents.  

Figure 16.7•Allopatric speciation. 

In this example of allopatric speciation, the Central Valley of California is separating a range of populations descended from the same northern ancestral species. The 

limited contact between the populations on the west and those on the east allow genetic changes to build up so that two populations, both living in the south, do not 

reproduce with one another and therefore can be designated as separate species. 

Figure 16.8•Sympatric speciation. 

In this example of sympatric speciation, two populations of wild wheat hybridized many years ago. The hybrid is sterile, but chromosome doubling allowed some plants 
to reproduce. These plants became today’s bread wheat. 

Check Your Progress 

 

1.  Contrast allopatric speciation with sympatric speciation. 

 

2.   

Explain why Darwin’s finches are an example of adaptive radiation. 

Answers:•1. Allopatric speciation occurs when a geographic barrier stops gene flow, while sympatric speciation produces reproductively isolated groups without 
geographic isolation.•2. One mainland finch species was probably ancestral to all existing species on the Galápagos Islands. Each new species evolved in response to 
the unique environment on the island it inhabits.

 

Figure 16.9

Darwin’s finches.  

Each of Darwin’s finches is adapted to gathering and eating a different type of food. Tree finches have beaks largely adapted to eating insects and, at times, plants. 

Ground finches have beaks adapted to eating the flesh of the prickly-pear cactus or different-sized seeds.  

Figure 16.10•Fossils. 

a. A fern leaf from 245 million years ago (

MYA

) remains because it was buried in sediment that hardened to rock. b. This midge (40 

MYA

)

 

became embedded in amber 

(hardened resin from a tree).  

c. The shells of ammonites (135 

MYA

) left a mold filled in by minerals. d. Most fossils, such as this early insectivore mammal (47 

MYA

)

 

are remains of hard parts because 

they do not decay as the soft parts do. e. These tree trunks (190 

MYA

)

 

are petrified because minerals have replaced their soft parts.

 

f. Signs of ancient life, such as these 

dinosaur footprints (135 

MYA

)

 

are traces of past life. 

Figure 16.11•Pace of evolution. 

a. According to the gradualistic model, new species evolve slowly from an ancestral species. b. According to the punctuated equilibrium model, new species appear 

suddenly and then remain largely unchanged until they become extinct. 

Figure 16.12•Plate tectonics. 

The Earth’s surface is divided into several solid tectonic plates floating on the fluid magma beneath them. At rifts in the ocean floor, two plates gradually separate as 

fresh magma wells up and cools, enlarging the plates. Mountains, including volcanoes, are raised where one plate pushes beneath another at subduction zones. Where 

two plates slowly grind past each other at a fault line, tension builds up, which is released occasionally in the form of earthquakes.  

Figure 16.13•Continental drift.  

a. About 250 

MYA

, all the continents were joined into a supercontinent called Pangaea. b. By 65 

MYA

, all the continents had begun to separate. This process is continuing 

today. North America and Europe are separating at a rate of about 2 centimeters per year.  

Figure 16.14•Taxonomy hierarchy. 

A domain is the most inclusive of the classification categories. The plant kingdom is in the domain Eukarya. In the plant kingdom are several phyla, each represented 

here by lavender circles. The phylum Anthophyta has only two classes (the monocots and eudicots). The class Monocotyledones e ncompasses many orders. In the 

order Orchidales are many families; in the family Orchidaceae are many genera; and in the genus Cypripedium are many species

—for example, Cypripedium acaule. 

(This illustration is diagrammatic and doesn’t necessarily show the correct number of subcategories.)  
Figure 16.15•Classification and phylogeny. 

a. The classification and phylogenetic tree for a group of organisms is ideally constructed to reflect their phylogenetic history. A species is most closely related to other 

species in the same genus, more distantly related to species in other genera of the same family, and so forth, on through order, class, phyl um, and kingdom.  

b. A diagrammatic tree showing the location of common ancestors, which are said to have primitive (ancestral) characters. Following cladogenesis (a divergence), each 

line of descent has its own derived (evolved) characters. 

Check Your Progress 

 

1.  List the categories of classification, in order, from the largest category to the smallest. 

background image

 

2.   

Contrast homologous structures with analogous structures. 

 

3.   

What is a phylogenetic tree? 

Answers:•1. Domain, kingdom, phylum, class, order, family, genus, species.• 
2. Homologous structures are similar in anatomy because they are derived from a common ancestor. Analogous structures have the same function in different groups and 
do not share a common ancestry.•3. A phylogenetic tree is a diagram that indicates common ancestors and lines of descent.

 

Figure 16.16•Molecular data. 

The relationships of certain primate species are based on a study of their genomes. The length of the branches indicates the relative number of DNA base-pair 

differences between the groups. These data, along with knowledge of the fossil record for one divergence, make it possible to suggest a date for the other divergences 

in the tree. 

Check Your Progress

 

 

1.  What types of data are used to determine evolutionary relationships? 

 

2.  Explain why the sequences of ribosomal RNA genes are used for evolutionary studies. 

Answers:•1. Homology and molecular data are used.•2. All organisms have genes that code for ribosomal RNA. Because these genes are essential, they cannot 
tolerate mutations very well and accumulate them slowly. Similarities in DNA sequence for these genes can be us ed to determine who is related to whom.

 

Check Your Progress 

 

1.  Describe how cladists classify organisms. 

 

2.   

Explain how cladists employ the principle of parsimony. 

 

3.  Contrast traditionalists with cladists. 

Answers:•1. Cladistics uses only shared derived characters to determine that several taxa share a common ancestor and belong to a clade.•2. Cladists use the minimum 
number of assumptions to construct a cladogram.• 
3. Traditionalists use a wider range of information than do cladists and make value judgments about the importance of certain characters.

 

Figure 16.18•Traditional versus cladistic view of reptilian phylogeny. 

Traditionalists are more likely to use value judgments than are cladists. a. Although crocodiles and birds share many characteristics, traditionalists place birds in a 

different class because the evolution of feathers is such a significant event in the history of animals.  

b. Cladists make no value judgments and place crocodiles and birds in the same class on the basis of shared derived characters. The colors show that the placement of 

common ancestors is the same in both diagrams.  

Figure 16.19•Three-domain system. 

In this system, the prokaryotes are in the domains Bacteria and Archaea. The eukaryotes are in the domain Eukarya, which contains four kingdoms for the protists, 

animals, fungi, and plants. 

Figure 16.17•Constructing a cladogram. 

a. First, a table is drawn up that lists characters for all the taxa. An examination of the table shows which characters are primitive (notochord aqua) and which are derived 

(lavender, orange, and yellow). The shared derived characters distinguish the taxa. b. In a cladogram, the shared derived characters are sequenced in the order they 

evolved and are used to define clades. A clade contains a common ancestor and all the species that share the same derived characters (homologies). Four bony limbs 

and a long cylindrical body were not used in constructing the cladogram because they are in scattered taxa.

 

Acadian flycatcher, Empidonax virescens 
least flycatcher,  
Empidonax minimus 
Traill’s flycatcher, Empidonax trailli 

 

Table 16.1  

The Geological Timescale: Major Divisions of Geological Time and Some of the 
Major Evolutionary Events That Occurred 
 

 

background image

Era 

Period 

Epoch 

MYA 

Plant and Animal Life 

 

 

 

Holocene 

0

–0.01 

 
AGE OF HUMAN CIVILIZATION; Destruction of 
tropical rain forests accelerates extinctions. 

 

 

 

S I G N I F I C A N T   M A M M A L I A N   E X T I N C T I O N  

Cenozoic* 

Neogene 

Pleistocene  0.01

–2 

 
Modern humans appear; modern plants spread and 
diversify. 

 

 

Pliocene 

2

–6 

 
First hominids appear; modern angiosperms 
flourish. 

 

 

Miocene 

6

–24 

 
Apelike mammals, grazing mammals, and insects 
flourish; grasslands spread; and forests contract. 

 

 

Oligocene 

24

–37 

 
Monkeylike primates appear; modern  
angiosperms appear. 

 

Paleogene 

Eocene 

37

–58 

 
All modern orders of mammals are present; 
subtropical forests flourish. 

 

 

Paleocene 

58

–65 

 
Primates, herbivores, carnivores, insectivores are 
present; angiosperms diversify. 

 

 

 

M A S S   E X T I N C T I O N :   D I N O S A U R S   A N D   M O S T   R E P T I L E S    

 

Cretaceous 

 

65

–144 

 
Placental mammals and modern insects appear; 
angiosperms spread and conifers persist. 

 

Mesozoic 

Jurassic 

 

144

–208 

 
Dinosaurs flourish; birds and  
angiosperms appear. 

 

 

M A S S   E X T I N C T I O N  

Triassic 

 

208

–250 

 
First mammals and dinosaurs appear; forests  
of conifers and cycads dominate land; corals  
and molluscs dominate seas. 

 

 

 

M A S S   E X T I N C T I O N  

 

Permian 

 

250

–286 

 
Reptiles diversify; amphibians decline; and 
gymnosperms diversify. 

 

 

Carboniferou

 

286

–360 

 
Amphibians diversify; reptiles appear; and insects 
diversify. Age of great coal-forming forests. 

 

 

 

M A S S   E X T I N C T I O N  

background image

Paleozoic 

Devonian 

 

360

–408 

 
Jawed fishes diversify; insects and amphibians 
appear; seedless vascular plants diversify and  
seed plants appear. 

 

Silurian 

 

408

–438 

 
First jawed fishes and seedless vascular plants 
appear. 

 

 

 

M A S S   E X T I N C T I O N  

 

Ordovician 

 

438

–510 

 
Invertebrates spread and diversify; jawless fishes 
appear; nonvascular plants appear on land. 

 

 

Cambrian 

 

510

–543 

 
Marine invertebrates with skeletons are dominant 
and invade land, and marine algae flourish. 

 

Precambrian time 

 

 

600 

Oldest soft-bodied invertebrate fossils 

 

 

 

1,400

–700 

Protists evolve and diversify. 

 

 

 

2,000 

Oldest eukaryotic fossils 

 

 

 

2,500 

O

2

 accumulates in atmosphere 

 

 

 

3,500 

Oldest known fossils (prokaryotes) 

 

 

 

4,500 

Earth forms. 

 

* Many authorities divide the Cenozoic era into the Tertiary period (contains Paleocene, Eocene, Oligocene, Miocene, and Pliocene) and the Quaternary period (contains Pleistocene and Holocene).