生物學(xué)與生活（原書第10版）

第1章 緒論：生物學(xué)與你 1
1．1 什么是生命？ 2
1．1．1 生物需要物質(zhì)和能量以維持生存 2
1．1．2 生物需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制來維持自身的生存 3
1．1．3 面對刺激，生物會有所應(yīng)對和保護(hù)自己 4
1．1．4 生物會生長 4
1．1．5 生物會繁衍后代 5
1．1．6 生物都有進(jìn)化的能力 5
1．2 什么是進(jìn)化？ 6
1．2．1 生物進(jìn)化三步走 6
1．3 科學(xué)家是如何進(jìn)行生物學(xué)研究的？ 8
1．3．1 生物學(xué)研究的多種層面 8
1．3．2 生物學(xué)家通過生物在進(jìn)化過程中的親緣關(guān)系將其分類 9
1．4 什么是科學(xué)？ 11
1．4．1 科學(xué)基于以下公理：一切自然事件皆有起因 11
1．4．2 科學(xué)研究需要大量科學(xué)方法作為工具 12
1．4．3 生物學(xué)家用對照實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說 12
1．4．4 生物理論均經(jīng)過嚴(yán)密的驗(yàn)證 12
1．4．5 科學(xué)是一種人類活動 13
第一篇 細(xì)胞是生命體的基本單位
第2章 原子、分子與生命 16
2．1 什么是原子? 17
2．1．1 原子是元素的基本結(jié)構(gòu)單位 17
2．1．2 原子由更小的粒子構(gòu)成 17
2．1．3 元素用原子序數(shù)來定義 18
2．1．4 同位素指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同種元素 18
2．1．5 原子核和電子在原子中相互依存 18
2．2 原子是如何相互作用而形成分子的？ 20
2．2．1 原子形成分子以填補(bǔ)外層電子層的空缺 20
2．2．2 原子之間依靠化學(xué)鍵形成分子 20
2．2．3 離子之間可以形成離子鍵 21
2．2．4 共價鍵通過原子之間共享電子而形成 22
2．2．5 原子間通過共價鍵可形成極性分子或非極性分子 22
2．2．6 氫鍵是特定極性分子間的引力 23
2．3 為什么水對生命如此重要？ 23
2．3．1 水分子之間相互吸引 24
2．3．2 水分子可與其他生物大分子相互作用 24
2．3．3 水起到維持溫度恒定的作用 25
2．3．4 水可以形成特殊的固體――冰 26
2．3．5 水溶液可以呈酸性、堿性或中性 27
第3章 生物大分子 29
3．1 為什么碳元素在生物大分子中至關(guān)重要？ 30
3．1．1 有機(jī)物分子復(fù)雜多樣是由碳原子之間所形成的化學(xué)鍵決定的 30
3．2 有機(jī)物分子是如何形成的？ 31
3．2．1 聚合物通常通過脫水反應(yīng)形成、通過水解反應(yīng)分解 31
3．3 什么是碳水化合物？ 32
3．3．1 不同的單糖具有相同的分子式和不同的結(jié)構(gòu) 33
3．3．2 二糖是兩個單糖通過脫水反應(yīng)而連接形成的 33
3．3．3 多糖是多個單糖結(jié)合在一起形成的鏈狀結(jié)構(gòu) 34
3．4 什么是脂類？ 36
3．4．1 油脂、脂肪和蠟是僅含碳、氫和氧三種元素的脂類 36
3．4．2 磷脂類含有親水的頭部基團(tuán)和疏水的尾部基團(tuán) 37
3．4．3 固醇類含有4個結(jié)合在一起的碳環(huán) 38
3．5 什么是蛋白質(zhì)？ 38
3．5．1 蛋白質(zhì)是由氨基酸長鏈構(gòu)成的 39
3．5．2 氨基酸通過脫水反應(yīng)結(jié)合在一起，形成蛋白質(zhì) 40
3．5．3 蛋白質(zhì)可以形成多達(dá)四級的結(jié)構(gòu) 40
3．5．4 蛋白質(zhì)的功能與其三維立體結(jié)構(gòu)相關(guān) 42
3．6 什么是核苷酸、什么是核酸？ 42
3．6．1 核苷酸可以作為能量儲存的載體，也可以作為胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信使 42
3．6．2 DNA和RNA都是核酸，它們是遺傳物質(zhì) 43
第4章 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 44
4．1 什么是細(xì)胞學(xué)說？ 45
4．2 細(xì)胞的基本特性是什么？ 45
4．2．1 所有細(xì)胞都具有共同的特征 45
4．2．2 細(xì)胞有兩種基本類型：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞 48
4．3 真核細(xì)胞的主要特征是什么？ 49
4．3．1 有些真核細(xì)胞需要依靠細(xì)胞壁來支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu) 50
4．3．2 細(xì)胞骨架維持細(xì)胞形態(tài)、支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu)和調(diào)控細(xì)胞運(yùn)動 50
4．3．3 鞭毛和纖毛使細(xì)胞順著液體流動的方向運(yùn)動，或者使液體流過細(xì)胞表面 51
4．3．4 細(xì)胞核含有DNA，是真核細(xì)胞的控制中心 52
4．3．5 真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的膜結(jié)構(gòu)形成細(xì)胞中的內(nèi)膜系統(tǒng) 54
4．3．6 液泡的功能多種多樣，包括調(diào)節(jié)水平衡、儲存物質(zhì)和支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu) 58
4．3．7 線粒體從食物中獲取能源，而葉綠體可以直接捕獲太陽能 58
4．3．8 植物有時利用質(zhì)體（或稱為色素體）來儲存能量 60
4．4 原核細(xì)胞的主要特征是什么？ 60
4．4．1 原核細(xì)胞的細(xì)胞表面十分特殊 61
4．4．2 與真核細(xì)胞相比，原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)更簡單 62
第5章 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能 63
5．1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是如何與其功能相關(guān)的？ 64
5．1．1 細(xì)胞膜是“流動的鑲嵌結(jié)構(gòu)”，蛋白質(zhì)在脂質(zhì)分子層中不斷移動 64
5．1．2 磷脂雙層將細(xì)胞的內(nèi)容物與外界隔離開 65
5．1．3 多種蛋白在細(xì)胞膜上形成鑲嵌圖案 66
5．2 物質(zhì)是如何通過細(xì)胞膜的？ 67
5．2．1 梯度使流體中的分子產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象 67
5．2．2 跨膜運(yùn)輸包括被動運(yùn)輸及耗能運(yùn)輸 67
5．2．3 被動運(yùn)輸包括簡單擴(kuò)散、協(xié)同擴(kuò)散及滲透 68
5．2．4 耗能運(yùn)輸包括主動運(yùn)輸、內(nèi)吞和胞吐 71
5．2．5 跨膜的物質(zhì)交換影響細(xì)胞的大小和形狀 74
5．3 特化的連接是如何使細(xì)胞相連和交流的？ 74
5．3．1 橋粒將細(xì)胞黏附在一起 74
5．3．2 緊密連接使細(xì)胞黏附滴水不漏 75
5．3．3 間隙連接和胞間連絲使細(xì)胞間可直接交流 75
第6章 細(xì)胞中的能量流動 76
6．1 什么是能量？ 77
6．1．1 熱力學(xué)定律描述了能量的基本特征 77
6．1．2 生物利用太陽能為生命創(chuàng)造低熵的環(huán)境 78
6．2 能量在化學(xué)反應(yīng)中是如何轉(zhuǎn)化的？ 79
6．2．1 放能反應(yīng)釋放能量 79
6．2．2 吸能反應(yīng)需要吸收能量 79
6．3 能量在細(xì)胞中是如何轉(zhuǎn)運(yùn)的？ 80
6．3．1 ATP和電子載體是細(xì)胞內(nèi)的載能分子 80
6．3．2 偶聯(lián)反應(yīng)聯(lián)系放能反應(yīng)和吸能反應(yīng) 81
6．4 酶是如何催化生化反應(yīng)的？ 82
6．4．1 催化劑降低啟動反應(yīng)所需的能量 82
6．4．2 酶是生物催化劑 82
6．5 生物酶是如何被調(diào)控的？ 84
6．5．1 細(xì)胞通過控制生物酶的合成和活化來調(diào)控代謝途徑 84
6．5．2 有毒物質(zhì)、藥物和環(huán)境因素都會影響酶的活性 87
第7章 光合作用：太陽能捕手 89
7．1 什么是光合作用？ 90
7．1．1 葉片和葉片中的葉綠素是光合作用的必備條件 90
7．1．2 光合作用由光反應(yīng)和開爾文循環(huán)組成 90
7．2 光反應(yīng)階段：光能是如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的？ 92
7．2．1 捕獲光能的是葉綠體中的色素 92
7．2．2 光反應(yīng)階段發(fā)生在基粒的膜結(jié)構(gòu)上 94
7．3 開爾文循環(huán)：化學(xué)能是如何儲存在糖類分子中的？ 96
7．3．1 開爾文循環(huán)捕獲二氧化碳 97
7．3．2 開爾文循環(huán)中固定的碳元素用來合成葡萄糖 97
第8章 能量的獲取：糖酵解和細(xì)胞呼吸作用 99
8．1 細(xì)胞是如何獲得能量的？ 100
8．1．1 光合作用產(chǎn)生的能量是細(xì)胞能量的最終來源 100
8．1．2 葡萄糖是主要的儲能分子 101
8．2 什么是糖酵解作用？ 101
8．3 什么是細(xì)胞的呼吸作用？ 102
8．3．1 在細(xì)胞呼吸作用的第一個階段，丙酮酸發(fā)生分解 102
8．3．2 在細(xì)胞呼吸作用的第二個階段，高能電子會通過電子傳遞鏈 103
8．3．3 在細(xì)胞呼吸作用的第三個階段，ATP通過化學(xué)滲透作用形成 103
8．3．4 細(xì)胞的呼吸作用可以從多種分子中獲取能量 105
8．4 發(fā)酵是如何發(fā)生的？ 105
8．4．1 在無氧的環(huán)境下，細(xì)胞通過發(fā)酵作用實(shí)現(xiàn)NAD+的循環(huán)利用 105
8．4．2 有些細(xì)胞通過發(fā)酵作用將丙酮酸分解為乳酸 105
8．4．3 有些細(xì)胞通過發(fā)酵作用將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳 106
第二篇 遺 傳
第9章 生命的延續(xù)：細(xì)胞增殖 108
9．1 細(xì)胞為什么分裂？ 109
9．1．1 細(xì)胞分裂將遺傳信息傳遞給每一個子代細(xì)胞 109
9．1．2 細(xì)胞分裂是生長和發(fā)育所必需的 110
9．1．3 細(xì)胞分裂是有性繁殖和無性繁殖所必需的 110
9．2 什么是原核細(xì)胞的細(xì)胞周期？ 111
9．3 真核細(xì)胞的DNA分子是如何排列的？ 112
9．3．1 真核細(xì)胞的染色體由一條線性的DNA雙螺旋分子和其上連接的蛋白質(zhì)構(gòu)成 113
9．3．2 基因是染色體上的DNA片段 113
9．3．3 復(fù)制后的一對染色體在細(xì)胞分裂時分開 113
9．3．4 真核細(xì)胞的染色體通常成對出現(xiàn)且包含相同的遺傳信息 114
9．4 真核細(xì)胞的細(xì)胞周期是如何發(fā)生的？ 116
9．4．1 真核細(xì)胞的細(xì)胞周期包括間期和有絲分裂期 116
9．5 細(xì)胞如何通過有絲分裂生成遺傳背景完全相同的兩個子代細(xì)胞？ 117
9．5．1 在有絲分裂前期，染色體發(fā)生壓縮、紡錘體微管結(jié)構(gòu)形成、核膜破裂、染色體與
紡錘體微管相連 117
9．5．2 在有絲分裂中期，染色體排列在細(xì)胞的赤道板上 119
9．5．3 在有絲分裂末期，姐妹染色單體分開并被牽引到細(xì)胞的兩極 119
9．5．4 在有絲分裂末期，每套染色體周圍會形成核膜結(jié)構(gòu) 119
9．5．5 在細(xì)胞質(zhì)分裂間期，親代細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)分配給兩個子代細(xì)胞 120
9．6 細(xì)胞周期是如何被調(diào)控的？ 120
9．6．1 特定蛋白質(zhì)的活化與失活推動細(xì)胞周期進(jìn)程 120
9．6．2 細(xì)胞周期檢查點(diǎn)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程 121
9．7 為什么如此多的生物通過有性生殖進(jìn)行繁殖？ 122
9．7．1 有性生殖產(chǎn)生的后代可以結(jié)合兩個親本的等位基因 122
9．8 減數(shù)分裂是如何產(chǎn)生單倍體細(xì)胞的？ 123
9．8．1 減數(shù)第一次分裂將同源染色體分開，分配給兩個單倍體子代細(xì)胞的細(xì)胞核 124
9．8．2 減數(shù)第二次分裂將姐妹染色單體分配到4個子代細(xì)胞的細(xì)胞核中 126
9．9 在真核細(xì)胞的生命周期中有絲分裂和減數(shù)分裂是何時發(fā)生的？ 127
9．9．1 處于二倍體生命周期的生物，大多數(shù)細(xì)胞處于二倍體狀態(tài) 127
9．9．2 處于單倍體生命周期的生物，大多數(shù)細(xì)胞處于單倍體狀態(tài) 128
9．9．3 在世代交替的生命周期中，既存在二倍體多細(xì)胞階段，又存在單倍體多細(xì)胞階段 128
9．10 生物是如何通過減數(shù)分裂和有性生殖產(chǎn)生基因多態(tài)性的？ 129
9．10．1 同源染色體的隨機(jī)分離創(chuàng)造新的染色體組合 129
9．10．2 互換創(chuàng)造具有新基因組合的染色體 130
9．10．3 配子的融合增加了子代基因的多樣性 130
第10章 遺傳的方式 131
10．1 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？ 132
10．1．1 基因是染色體特定區(qū)域的核苷酸序列 132
10．1．2 基因突變是等位基因的來源 132
10．1．3 生物的一對等位基因可能相同也可能不同 132
10．2 遺傳法則是如何被發(fā)現(xiàn)的？ 133
10．2．1 做正確的事是孟德爾成功的秘訣 133
10．3 單一的性狀是如何遺傳的？ 134
10．3．1 同源染色體上顯性基因和隱性基因的遺傳可以解釋孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 135
10．3．2 通過簡單的遺傳統(tǒng)計(jì)可以預(yù)測后代的基因型和表現(xiàn)型 136
10．3．3 孟德爾的假說可以用來預(yù)測新的單性狀雜交的結(jié)果 138
10．4 多個性狀是如何遺傳的？ 138
10．4．1 孟德爾提出假說，認(rèn)為性狀是獨(dú)立遺傳的 139
10．4．2 生不逢時的天才被埋沒 141
10．5 孟德爾遺傳規(guī)則對所有的性狀都適用嗎？ 141
10．5．1 在不完全顯性的情況下，雜合子的表現(xiàn)型介于兩種純合子之間 141
10．5．2 一個基因可能有多個等位基因 141
10．5．3 很多性狀由幾個基因調(diào)控 143
10．5．4 單個基因可能對表現(xiàn)型有許多影響 143
10．5．5 環(huán)境會影響基因的表達(dá) 144
10．6 位于同一染色體上的基因是如何遺傳的？ 144
10．6．1 位于同一染色體上的基因傾向于一起遺傳給下一代 144
10．6．2 交叉互換會產(chǎn)生新的連鎖等位基因組合 145
10．7 性別和與性別相關(guān)的性狀是如何遺傳的？ 146
10．7．1 對于哺乳動物，后代的性別由精子中的性染色體決定 146
10．7．2 與性別相關(guān)的基因只在X或Y染色體上存在 146
10．8 人類的遺傳缺陷是如何遺傳的？ 148
10．8．1 有些人類遺傳病是由單個基因控制的 149
10．8．2 有些人類遺傳病是由染色體數(shù)目異常導(dǎo)致的 152
第11章 DNA：遺傳分子 155
11．1 科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)基因是由DNA組成的？ 156
11．1．1 細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)揭示了基因和DNA之間的關(guān)系 156
11．1．2 轉(zhuǎn)化分子就是DNA 157
11．2 DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的？ 157
11．2．1 DNA由4種核苷酸組成 157
11．2．2 DNA是兩條核苷酸鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu) 158
11．2．3 互補(bǔ)堿基之間形成的氫鍵將兩條DNA連接起來形成雙螺旋 159
11．3 DNA是如何編碼遺傳信息的？ 160
11．3．1 遺傳信息由核苷酸序列編碼 160
11．4 細(xì)胞分裂時，DNA的復(fù)制機(jī)制如何確保遺傳穩(wěn)定性？ 160
11．4．1 DNA復(fù)制產(chǎn)生兩條DNA雙螺旋，各自含有一條母鏈、一條子鏈 161
11．5 突變的含義是什么？它是如何發(fā)生的？ 162
11．5．1 精確的復(fù)制、校對、修復(fù)機(jī)制產(chǎn)生幾乎毫無瑕疵的DNA 162
11．5．2 有毒物質(zhì)、輻射、復(fù)制過程中的隨機(jī)錯誤造成突變 162
11．5．3 突變范圍：從單個堿基到染色體片段 162
第12章 基因的表達(dá)與調(diào)控 164
12．1 細(xì)胞是如何利用DNA中的遺傳信息的？ 165
12．1．1 大多數(shù)基因包含了合成蛋白質(zhì)所需的信息 165
12．1．2 DNA以RNA為媒介指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成 165
12．1．3 綜述：遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，然后經(jīng)翻譯傳遞給蛋白質(zhì) 167
12．1．4 遺傳密碼使用三個堿基指定一個氨基酸 167
12．2 基因中的信息是如何轉(zhuǎn)錄入RNA中的？ 169
12．2．1 當(dāng)RNA聚合酶結(jié)合基因的啟動子時，轉(zhuǎn)錄開始 170
12．2．2 在延伸過程中產(chǎn)生一條不斷延長的RNA鏈 170
12．2．3 當(dāng)RNA聚合酶到達(dá)終止信號時，轉(zhuǎn)錄結(jié)束 170
12．3 mRNA的堿基序列是如何翻譯出蛋白質(zhì)的？ 170
12．3．1 在真核生物中，前體RNA經(jīng)處理后形成可翻譯出蛋白質(zhì)的mRNA 171
12．3．2 在翻譯過程中，mRNA、tRNA和核糖體相互合作以合成蛋白質(zhì) 172
12．3．3 總結(jié)：將DNA中的堿基序列解碼為蛋白質(zhì)中的氨基酸序列 174
12．4 基因突變是如何影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的？ 175
12．4．1 突變的效應(yīng)由其改變mRNA密碼子的方式?jīng)Q定 175
12．5 基因的表達(dá)是如何被調(diào)控的？ 176
12．5．1 在原核生物中，基因的表達(dá)主要在轉(zhuǎn)錄水平上受到調(diào)控 177
12．5．2 在真核生物中，基因的表達(dá)受到許多水平上的調(diào)控 178
第13章 生物技術(shù) 182
13．1 什么是生物技術(shù)？ 183
13．2 DNA在自然界是如何重組的？ 183
13．2．1 有性生殖可以重組DNA 183
13．2．2 轉(zhuǎn)化作用可以重組來自不同種細(xì)菌的DNA 183
13．2．3 病毒能夠在物種間傳遞DNA 184
13．3 生物技術(shù)是如何應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)的? 185
13．3．1 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠擴(kuò)增DNA 185
13．3．2 短串聯(lián)重復(fù)序列之間的差異被用于通過DNA鑒別不同個體 187
13．3．3 用凝膠電泳來分離DNA片段 187
13．3．4 DNA探針被用來標(biāo)記特定的核苷酸序列 187
13．3．5 無血緣關(guān)系的人的DNA基因圖幾乎不可能相同 189
13．4 如何用生物技術(shù)制造轉(zhuǎn)基因生物？ 190
13．4．1 分離或合成目標(biāo)基因 190
13．4．2 克隆目的基因 191
13．4．3 基因被導(dǎo)入宿主生物中 191
13．5 生物技術(shù)是如何應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的？ 192
13．5．1 很多植物都是轉(zhuǎn)基因的 192
13．5．2 轉(zhuǎn)基因植物可用于生產(chǎn)藥物 193
13．5．3 轉(zhuǎn)基因動物在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上可能會有用 193
13．6 生物技術(shù)是如何用于研究人類和其他生物的基因組的？ 194
13．7 生物技術(shù)是如何用于醫(yī)學(xué)診斷和治療的？ 194
13．7．1 DNA技術(shù)可用于診斷遺傳病 195
13．7．2 DNA技術(shù)有助于治療疾病 196
13．8 現(xiàn)代生物技術(shù)的主要倫理問題是什么？ 198
13．8．1 應(yīng)該允許在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用轉(zhuǎn)基因植物嗎？ 198
13．8．2 人們應(yīng)該使用生物技術(shù)改變?nèi)祟惢蚪M嗎？ 199
第三篇 生命的進(jìn)化和多樣性
第14章 進(jìn)化的原理 202
14．1 進(jìn)化的思想是如何發(fā)展起來的？ 203
14．1．1 早期生物學(xué)思想不包括進(jìn)化的概念 203
14．1．2 對新大陸的探索揭示了生命驚人的多樣性 203
14．1．3 少數(shù)科學(xué)家推測生命是經(jīng)過進(jìn)化的 204
14．1．4 化石的發(fā)現(xiàn)表明生命隨時間而變化 204
14．1．5 一些科學(xué)家對化石做出了非進(jìn)化學(xué)上的解釋 205
14．1．6 地質(zhì)學(xué)提供了地球極度古老的證據(jù) 206
14．1．7 在達(dá)爾文之前，生物學(xué)家提出了進(jìn)化的機(jī)制 206
14．1．8 達(dá)爾文和華萊士提出了一種進(jìn)化的機(jī)制 207
14．2 自然選擇是如何發(fā)揮作用的？ 207
14．2．1 達(dá)爾文和華萊士的理論依賴于四條假設(shè) 208
14．2．2 假設(shè)1：種群中的個體互不相同 208
14．2．3 假設(shè)2：性狀從親代傳遞給子代 208
14．2．4 假設(shè)3：有些個體未能存活并繁殖 208
14．2．5 假設(shè)4：存活和繁殖不是由運(yùn)氣決定的 209
14．2．6 隨著時間的推移，自然選擇改變了種群 209
14．3 我們是如何知道進(jìn)化曾經(jīng)發(fā)生的？ 209
14．3．1 化石為隨時間的進(jìn)化變化提供了證據(jù) 209
14．3．2 比較解剖學(xué)提供了后代漸變的證據(jù) 210
14．4 種群通過自然選擇進(jìn)化的證據(jù)是什么？ 213
14．4．1 受控繁殖使生物發(fā)生了改變 214
14．4．2 自然選擇導(dǎo)致的進(jìn)化在今天也存在 214
14．4．3 自然選擇作用于隨機(jī)變異，選擇其中最適應(yīng)特定環(huán)境的性狀 216
第15章 種群如何進(jìn)化 217
15．1 種群、基因和進(jìn)化之間有何關(guān)聯(lián)？ 218
15．1．1 基因和環(huán)境共同作用以決定性狀 218
15．1．2 基因庫包含一個種群中所有的等位基因 218
15．1．3 進(jìn)化是種群中等位基因頻率的改變 219
15．1．4 平衡種群是一種不發(fā)生進(jìn)化的假想種群 219
15．2 導(dǎo)致進(jìn)化的是什么？ 221
15．2．1 突變是遺傳多樣性的最初來源 221
15．2．2 種群間的基因流改變等位基因頻率 221
15．2．3 在小種群中，等位基因頻率會發(fā)生偶然性改變 223
15．2．4 種群內(nèi)的交配幾乎從來都不是隨機(jī)的 227
15．2．5 不同的基因型不是同等有益的 228
15．3 自然選擇是如何發(fā)揮作用的？ 228
15．3．1 自然選擇起源于不平等的繁殖 228
15．3．2 自然選擇作用于表現(xiàn)型 228
15．3．3 一些表現(xiàn)型相對于其他表現(xiàn)型存在繁殖優(yōu)勢 229
15．3．4 性選擇偏好那些幫助生物交配的性狀 230
15．3．5 選擇能夠以三種方式影響種群 231
第16章 物種的起源 233
16．1 什么是物種？ 234
16．1．1 每個物種都是獨(dú)立進(jìn)化的 234
16．1．2 外表可能具有誤導(dǎo)性 234
16．2 物種之間的生殖隔離是如何維持的？ 235
16．2．1 交配前隔離機(jī)制防止跨物種交配 236
16．2．2 交配后隔離機(jī)制限制雜種后代的生存 238
16．3 新物種是如何產(chǎn)生的？ 239
16．3．1 種群的地理隔離會導(dǎo)致同域物種形成 239
16．3．2 不存在地理分離的遺傳學(xué)隔離會導(dǎo)致同域物種形成 240
16．3．3 有些條件可能產(chǎn)生很多新的物種 242
16．4 導(dǎo)致物種滅絕的是什么？ 243
16．4．1 集中分布使物種變得脆弱 243
16．4．2 過度特化增加滅絕風(fēng)險 244
16．4．3 與其他物種的相互作用可能使物種滅絕 244
16．4．4 棲息地的改變和棲息地被破壞是物種滅絕的主要原因 244
第17章 生命的歷史 245
17．1 生命是如何產(chǎn)生的？ 246
17．1．1 第一個生物來源于非生命物質(zhì) 246
17．1．2 RNA可能是第一個能自我復(fù)制的分子 248
17．1．3 在類膜囊泡中可能存在閉合的核酶 249
17．1．4 但是，所有這些真的發(fā)生過嗎？ 249
17．2 最早的生物是什么樣的？ 250
17．2．1 最早的生物是厭氧原核生物 250
17．2．2 一些生物進(jìn)化出捕獲太陽光能的能力 251
17．2．3 為應(yīng)對氧氣帶來的危險，出現(xiàn)了有氧代謝 251
17．2．4 一些生物獲得了膜性細(xì)胞器 252
17．3 最早的多細(xì)胞生物是什么樣的？ 254
17．3．1 有些藻類成為了多細(xì)胞生物 254
17．3．2 在前寒武紀(jì)時代，動物的多樣性大大增加 254
17．4 生命是如何登陸的？ 255
17．4．1 一些植物適應(yīng)了干燥陸地上的生活 256
17．4．2 一些動物適應(yīng)了干燥陸地上的生活 257
17．5 滅絕在進(jìn)化史中起到什么作用？ 259
17．5．1 我們用周期性的大滅絕來標(biāo)記進(jìn)化史 259
17．6 人類是如何進(jìn)化而來的？ 261
17．6．1 人類繼承了靈長類動物在樹上生活的一些特殊適應(yīng) 261
17．6．2 最古老的猿人化石來自非洲 262
17．6．3 人屬在約250萬年前從南方古猿中分離出來 263
17．6．4 現(xiàn)代人類在不到20萬年前才出現(xiàn) 265
17．6．5 巨大的大腦的進(jìn)化起源可能和食用肉以及烹飪有關(guān) 267
17．6．6 復(fù)雜的文化直到不久前才出現(xiàn) 267
第18章 系統(tǒng)分類學(xué)：在多樣性中尋求秩序 269
18．1 科學(xué)家是如何對生物命名和分類的？ 270
18．1．1 每個物種都有獨(dú)一無二的、由兩部分組成的名字 270
18．1．2 現(xiàn)代分類方法強(qiáng)調(diào)進(jìn)化血統(tǒng)的模式 270
18．1．3 系統(tǒng)分類學(xué)家鑒定能夠揭示進(jìn)化關(guān)系的特征 271
18．1．4 系統(tǒng)分類學(xué)家依靠分子相似性來重建種系發(fā)生樹 271
18．1．5 系統(tǒng)分類學(xué)家對存在關(guān)聯(lián)的物種群體進(jìn)行命名 272
18．1．6 分類等級系統(tǒng)的作用正在減小 273
18．2 生命有哪些域？ 274
18．3 為什么分類方法會發(fā)生改變？ 275
18．3．1 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新的信息時，物種的名稱就會改變 276
18．3．2 生物學(xué)對物種的定義可能很難或者無法應(yīng)用 276
18．4 存在多少個物種？ 276
第19章 原核生物和病毒的多樣性 278
19．1 哪些生物屬于古細(xì)菌域和細(xì)菌域？ 279
19．1．1 細(xì)菌和古細(xì)菌有根本上的不同 279
19．1．2 對原核生物進(jìn)行分類非常困難 279
19．2 原核生物是如何生存和繁殖的？ 280
19．2．1 一些原核生物可以移動 280
19．2．2 很多細(xì)菌在表面形成保護(hù)膜 281
19．2．3 具有保護(hù)作用的內(nèi)生孢子使細(xì)菌能夠抵御不利環(huán)境 281
19．2．4 原核生物對特定棲息地產(chǎn)生特化 282
19．2．5 原核生物的代謝方式多種多樣 282
19．2．6 原核生物通過分裂繁殖 283
19．2．7 原核生物能在不進(jìn)行繁殖的情況下交換遺傳物質(zhì) 283
19．3 原核生物是如何影響人類和其他生物的？ 284
19．3．1 原核生物在動物營養(yǎng)方面起重要作用 284
19．3．2 原核生物固定植物所需的氮元素 284
19．3．3 原核生物是自然界的回收站 284
19．3．4 原核生物能清除污染 285
19．3．5 有些細(xì)菌威脅人類的健康 285
19．4 什么是病毒、類病毒和朊病毒？ 286
19．4．1 病毒由DNA或RNA以及包裹在其外的蛋白質(zhì)外殼組成 286
19．4．2 病毒的復(fù)制需要宿主 287
19．4．3 有些傳染因子比病毒還要簡單 288
19．4．4 無人能確定這些感染粒子是如何起源的 289
第20章 原生生物的多樣性 290
20．1 什么是原生生物？ 291
20．1．1 原生生物有各種各樣的營養(yǎng)方式 291
20．1．2 原生生物有多種繁殖方式 291
20．1．3 原生生物影響人類和其他生物 292
20．2 原生生物主要包括哪些？ 292
20．2．1 古蟲缺乏線粒體 293
20．2．2 眼蟲類有與眾不同的線粒體 294
20．2．3 不等鞭毛類的鞭毛很特別 295
20．2．4 囊泡蟲可能是寄生蟲，捕食者或浮游生物 296
20．2．5 有孔蟲類有纖細(xì)的偽足 299
20．2．6 變形蟲門原生生物有偽足但無外殼 300
20．2．7 紅藻含有紅色的光合色素 301
20．2．8 綠藻與陸地植物關(guān)系密切 302
第21章 植物的多樣性 303
21．1 植物的關(guān)鍵特征是什么？ 304
21．1．1 植物能進(jìn)行光合作用 304
21．1．2 植物有多細(xì)胞的依賴性胚胎 304
21．1．3 植物有交替的多細(xì)胞單倍體和二倍體世代 304
21．2 植物是如何進(jìn)化而來的？ 305
21．2．1 植物的祖先生活在水中 306
21．2．2 早期的植物進(jìn)軍了陸地 306
21．2．3 植物體發(fā)生了進(jìn)化以抵抗重力和干旱 306
21．2．4 植物進(jìn)化出可以保護(hù)胚胎和性細(xì)胞的方式，無須水即可散播它們 306
21．2．5 近來進(jìn)化出的植物的配子體較小 307
21．3 植物的主要種類有哪些？ 307
21．3．1 非維管束植物缺乏傳導(dǎo)結(jié)構(gòu) 307
21．3．2 維管束植物具有傳導(dǎo)細(xì)胞，這些細(xì)胞提供支撐 309
21．3．3 無種子維管束植物包括石松類、木賊和蕨類植物 310
21．3．4 種子植物受助于兩個重要的適應(yīng)性變化：花粉和種子 311
21．3．5 裸子植物是不開花的種子植物 313
21．3．6 被子植物是開花的種子植物 315
21．4 植物是如何影響其他生物的？ 317
21．4．1 植物的生態(tài)學(xué)地位極其重要 318
21．4．2 植物給人類提供生存必需品和奢侈品 319
第22章 真菌的多樣性 320
22．1 真菌的主要特征是什么？ 321
22．1．1 真菌的主體由細(xì)絲組成 321
22．1．2 真菌從其他生物獲取營養(yǎng) 321
22．1．3 真菌既可以營無性生殖又可以營有性生殖 322
22．2 真菌主要有哪些？ 323
22．2．1 壺菌、芽枝霉和新美鞭菌產(chǎn)生游動的孢子 324
22．2．2 壺菌大多在水中生存 324
22．2．3 瘤胃真菌生活在動物的消化道中 325
22．2．4 芽枝霉有一個核帽結(jié)構(gòu) 325
22．2．5 球囊菌與植物的根共生 325
22．2．6 擔(dān)子菌產(chǎn)生棒狀繁殖器官 325
22．2．7 子囊菌在囊狀的小室中產(chǎn)生孢子 327
22．2．8 面包霉是一種能夠通過產(chǎn)生二倍體孢子繁殖的真菌 328
22．3 真菌是如何與其他物種相互作用的？ 329
22．3．1 地衣是由和光合藻類或細(xì)菌共生的真菌形成的 329
22．3．2 菌根是真菌與植物根的共生體 329
22．3．3 內(nèi)生菌是在植物的莖和葉中生活的真菌 330
22．3．4 有些真菌是重要的分解者 330
22．4 真菌是如何影響人類的？ 331
22．4．1 真菌侵襲對人類很重要的植物 331
22．4．2 真菌會導(dǎo)致人類疾病 332
22．4．3 真菌會產(chǎn)生毒素 332
22．4．4 很多抗生素來自真菌 333
22．4．5 真菌對美食做出重大貢獻(xiàn) 333
22．4．6 葡萄酒和啤酒使用酵母制作 334
22．4．7 酵母使面包“長高” 334
第23章 動物多樣性I：無脊椎動物 335
23．1 動物的主要特征是什么？ 336
23．2 哪些解剖學(xué)特征標(biāo)記了動物進(jìn)化樹上的分支點(diǎn)？ 336
23．2．1 組織的缺乏將海綿動物和其他所有動物劃分開來 336
23．2．2 有組織的動物表現(xiàn)出輻射對稱或左右對稱 336
23．2．3 大多數(shù)左右對稱的動物有體腔 338
23．2．4 左右對稱動物的發(fā)育方式有兩種 339
23．2．5 原口動物包含兩個截然不同的進(jìn)化路線 339
23．3 主要的動物類群有哪些？ 340
23．3．1 海綿動物是簡單的固著動物 340
23．3．2 刺胞動物是全副武裝的捕食者 342
23．3．3 櫛水母借助纖毛四處游動 345
23．3．4 扁形蟲可能營寄生生活，也可能自由生活 345
23．3．5 環(huán)節(jié)動物是分節(jié)的蠕蟲 347
23．3．6 大多數(shù)軟體動物都有殼 348
23．3．7 節(jié)肢動物是種類最多、數(shù)量最大的動物 351
23．3．8 線蟲在自然界中大量存在，大多數(shù)體型很小 356
23．3．9 棘皮動物有碳酸鈣構(gòu)成的骨骼 357
23．3．10 脊索動物包括脊椎動物 358
第24章 動物多樣性II：脊椎動物 359
24．1 脊索動物的主要特征是什么？ 360
24．1．1 所有脊索動物都有4個獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 360
24．2 哪些動物是脊索動物？ 361
24．2．1 被囊動物包括海鞘和樽海鞘 361
24．2．2 文昌魚是生活在海中的濾食動物 362
24．2．3 有頭動物有頭骨 363
24．3 脊椎動物主要有哪些？ 364
24．3．1 有些七鰓鰻寄生在魚身上 364
24．3．2 軟骨魚是海洋中的捕食者 365
24．3．3 條鰭魚是最具多樣性的脊椎動物 366
24．3．4 空棘魚和肺魚的鰭呈葉狀 367
24．3．5 兩棲動物過著雙重生活 367
24．3．6 爬行動物適應(yīng)了陸地生活 369
24．3．7 哺乳動物用乳汁喂養(yǎng)下一代 371
第四篇 行為與生態(tài)學(xué)
第25章 動物的行為 376
25．1 天生的行為與后天習(xí)得的行為如何不同？ 377
25．1．1 天生的行為不需經(jīng)驗(yàn)就能進(jìn)行 377
25．1．2 習(xí)得行為需要經(jīng)驗(yàn) 377
25．1．3 天生行為與習(xí)得行為之間并非截然不同 380
25．2 動物是如何與小伙伴交流的？ 382
25．2．1 對于短距離，視覺信號交流最有效 382
25．2．2 對于長距離，聲音交流最有效 383
25．2．3 信息外激素持續(xù)時間久但難以實(shí)時變化 384
25．2．4 觸碰交流有利于動物建立群居關(guān)系 385
25．3 動物是如何競爭資源的？ 385
25．3．1 侵犯性行為有利于動物保護(hù)自己的資源 385
25．3．2 支配等級有助于管理侵犯性互動 386
25．3．3 動物常需保護(hù)領(lǐng)地 387
25．4 動物是如何找到配偶的？ 388
25．4．1 動物表征自身性別、物種和能力的信號 389
25．5 動物為什么嬉戲玩耍？ 391
25．5．1 動物會獨(dú)自玩耍，也會一起嬉戲 391
25．5．2 玩耍有助于行為開發(fā) 392
25．6 動物結(jié)成的群體是什么類型的？ 392
25．6．1 群居生活有利有弊 392
25．6．2 不同物種形成的群居模式多種多樣 392
25．6．3 與親人群居的動物更易培養(yǎng)出利他精神 393
25．6．4 蜜蜂生活在有著剛性結(jié)構(gòu)的社群中 393
25．6．5 作為一種脊椎動物，裸濱鼠可以形成更為復(fù)雜的社群 394
25．7 生物學(xué)能解釋人類行為嗎？ 395
25．7．1 新生兒的行為有大量的本能成分 395
25．7．2 年齡越小，語言學(xué)習(xí)能力就越強(qiáng) 395
25．7．3 不同文化共有的行為可能就是本能 396
25．7．4 人類對信息外激素也有響應(yīng) 396
25．7．5 通過雙胞胎研究人類行為的遺傳因素 397
25．7．6 對人類行為學(xué)的研究極富爭議 397
第26章 種群數(shù)量的增長和調(diào)節(jié) 398
26．1 種群的大小是如何變化的？ 399
26．1．1 自然增長量和凈移民量是改變種群大小的原因 399
26．1．2 生物潛能決定種群增長的最大速率 400
26．2 種群增長是如何被調(diào)節(jié)的？ 401
26．2．1 指數(shù)級增長只在非正常條件下發(fā)生 402
26．2．2 環(huán)境阻力限制種群數(shù)量的增長 403
26．3 種群在空間和時間上是如何分布的？ 408
26．3．1 不同種群表現(xiàn)出不同的空間分布 409
26．3．2 種群表現(xiàn)出不同的年齡分布 409
26．4 人類的種群數(shù)量是如何變化的？ 410
26．4．1 人口持續(xù)快速增長 410
26．4．2 人類的進(jìn)步增加了地球?qū)θ祟惖娜菁{量 411
26．4．3 人口轉(zhuǎn)變解釋了人口規(guī)模的趨勢 411
26．4．4 世界人口增長的地理分布很不均勻 412
26．4．5 人口的年齡結(jié)構(gòu)決定了未來的增長 413
26．4．6 有些國家的生育率低于更替水平 415
26．4．7 美國人口正在迅速增長 415
第27章 群落中的相互作用 417
27．1 群落中的相互作用關(guān)系為何如此重要？ 418
27．2 生態(tài)位是如何影響競爭的？ 418
27．2．1 兩個生物試圖利用相同且有限的資源時發(fā)生競爭 418
27．2．2 適應(yīng)性變化可以減少共存的物種之間生態(tài)位的重疊 418
27．2．3 種間競爭使種群變小，并減少各方的分布 419
27．2．4 種內(nèi)競爭是調(diào)節(jié)種群大小的一個主要因素 420
27．3 捕食者―獵物關(guān)系如何塑造適應(yīng)性進(jìn)化？ 420
27．3．1 一些捕食者和獵物進(jìn)化出相互抵消的適應(yīng)性變化 421
27．3．2 捕食者和獵物之間可能發(fā)生化學(xué)戰(zhàn)爭 421
27．3．3 捕食者和獵物的外貌都可能有欺騙性 421
27．4 寄生關(guān)系和互利共生關(guān)系是什么？ 425
27．4．1 寄生生物和宿主對對方而言都是自然選擇因素 425
27．4．2 在互惠的相互作用中雙方都受益 425
27．5 關(guān)鍵物種是如何影響群落結(jié)構(gòu)的？ 426
27．6 群落中的相互作用如何隨時間而引起變化？ 427
27．6．1 有兩種主要的演替方式：原生演替和次生演替 427
27．6．2 頂級群落中不發(fā)生演替 430
27．6．3 有些生態(tài)系統(tǒng)會維持在次頂級階段 431
第28章 生態(tài)系統(tǒng)中的能量 432
28．1 營養(yǎng)物和能量在生態(tài)系統(tǒng)中如何運(yùn)動？ 433
28．2 生態(tài)系統(tǒng)中的能量是如何流動的？ 434
28．2．1 能量通過光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng) 434
28．2．2 能量從一個營養(yǎng)級進(jìn)入下一營養(yǎng)級 434
28．2．3 凈初級生產(chǎn)量是對生產(chǎn)者體內(nèi)儲存能量的衡量 434
28．2．4 食物鏈和食物網(wǎng)描述了群落中的營養(yǎng)關(guān)系 435
28．2．5 營養(yǎng)級之間的能量轉(zhuǎn)移效率很低 437
28．3 營養(yǎng)物是如何在生態(tài)系統(tǒng)中和生態(tài)系統(tǒng)之間循環(huán)的？ 438
28．3．1 水循環(huán)的主要儲存庫是海洋 438
28．3．2 碳循環(huán)的主要儲存庫是大氣層和海洋 439
28．3．3 氮循環(huán)的主要儲存庫是大氣層 440
28．3．4 磷循環(huán)的主要儲存庫在巖石中 441
28．4 人類擾亂營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)時會發(fā)生什么？ 442
28．4．1 氮循環(huán)和磷循環(huán)的過載危害海洋生態(tài)系統(tǒng) 442
28．4．2 硫循環(huán)和氮循環(huán)的過載造成酸雨 443
28．4．3 人類對碳循環(huán)的干涉導(dǎo)致地球氣候發(fā)生改變 444
第29章 多姿多彩的地球生態(tài)系統(tǒng) 448
29．1 是什么決定了地球上生物的地理分布？ 449
29．2 影響地球氣候的因素有哪些？ 450
29．2．1 一個區(qū)域在地球上所處的經(jīng)緯度是太陽光照耀角度的決定性因素 450
29．2．2 全球氣流的不同導(dǎo)致不同氣候帶的形成，不同氣候帶的溫度和降水截然不同 451
29．2．3 氣候的多樣性與距海洋的距離密切相關(guān) 452
29．2．4 山脈使氣候類型變得復(fù)雜 453
29．3 主要的陸生生物群系有哪些？ 454
29．3．1 熱帶雨林 454
29．3．2 熱帶落葉林 455
29．3．3 熱帶灌木森林和熱帶稀樹草原 456
29．3．4 沙漠 456
29．3．5 常綠闊葉灌叢 458
29．3．6 草地 459
29．3．7 溫帶落葉林 460
29．3．8 溫帶雨林 460
29．3．9 北方針葉林 461
29．3．10 苔原 461
29．4 最重要的水生生物群系是什么？ 463
29．4．1 淡水湖泊 463
29．4．2 溪流和河流 465
29．4．3 淡水濕地 465
29．4．4 海洋生物群系 466
第30章 保護(hù)地球的生物多樣性 471
30．1 什么是生物保護(hù)學(xué)？ 472
30．2 為什么生物多樣性很重要？ 472
30．2．1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生物多樣性的實(shí)用之處 472
30．2．2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)試圖衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值 474
30．2．3 生物多樣性有助于生態(tài)系統(tǒng)完成功能 475
30．3 地球的生物多樣性在減少嗎？ 476
30．3．1 物種滅絕是自然進(jìn)程，但近年來滅絕速率飆升 476
30．4 生物多樣性面臨的主要威脅是什么？ 476
30．4．1 人類生態(tài)足跡已超過地球資源總量 477
30．4．2 人類活動直接威脅生物多樣性 477
30．5 生物保護(hù)學(xué)是如何保護(hù)生物多樣性的？ 481
30．5．1 保護(hù)棲息地對保護(hù)生物多樣性來說至關(guān)重要 482
30．6 環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展為什么對人類未來至關(guān)重要？ 483
30．6．1 可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)生態(tài)和人類長遠(yuǎn)福祉 483
30．6．2 地球的未來在你手中 485