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第1章　引言：今日生物学1

生物学的范围2

生命的许多层次2

生命的多种多样的形式5

进化：统一生物学的主题7

达尔文的生命观8

自然选择9

科学的过程12

发现的科学12

假说推动的科学12

科学过程中的研究个案13

科学的文明15

科学中的理论15

科学、技术和社会15

第1篇　细胞18

第2章　生物学的化学基础18

生物学与社会：水中的氟化物19

追踪生命直到化学层次19

基础化学20

物质：元素和化合物20

原子21

化学键的形成和分子23

化学反应24

水和生命25

水的结构25

水支持生命的特性26

酸、碱和pH28

和进化的联系：出现生命之前的地球29

第3章　生命的分子32

生物学与社会：吃乳糖了吗？33

有机分子33

碳化学33

大分子由小的构件组成34

生物分子35

糖类36

脂质38

蛋白质40

核酸43

和进化的联系：DNA和蛋白质是进化的卷尺45

第4章　游览细胞48

生物学与社会：以细胞为靶子的药物49

细胞的微观世界49

显微镜是细胞的窗口49

两大类细胞51

真核细胞概貌52

膜的结构与功能53

脂质和蛋白质的流动镶嵌53

选择透性53

细胞核和核糖体：细胞的遗传控制55

细胞核的结构和功能55

核糖体55

DNA如何控制细胞55

内膜系统：细胞产物的制造和分发56

内质网56

高尔基体57

溶酶体57

液泡58

叶绿体和线粒体：能量转换59

叶绿体59

线粒体59

细胞骨架：细胞的形状和运动60

细胞形状的维持60

纤毛和鞭毛61

细胞表面：保护、支持以及细胞与细胞的相互作用61

植物细胞的细胞壁和细胞连接62

动物细胞的表面和细胞连接62

和进化的联系：膜的起源63

第5章　细胞的活动65

生物学与社会：不用石头的石洗66

关于能量的基本概念66

能量守恒66

熵66

化学能67

食物的卡值68

ATP和细胞的活动68

ATP的结构69

磷酸基团的转移69

ATP循环70

酶71

活化能71

诱导契合71

酶的抑制剂71

膜转运73

被动转运：穿越膜的扩散73

渗透作用和细胞中的水分平衡74

主动转运：泵动分子使越过膜75

胞吐和胞吞：大分子的出入75

膜在细胞信号转导中的作用76

和进化的联系：酶的出现77

第6章　细胞呼吸：收集化学能79

生物学与社会：感受“筋疲力尽”80

生物圈中的能量流动和化学循环80

生产者和消费者80

光合作用和细胞呼吸之间的化学循环81

细胞呼吸：食物中能量的需氧收集82

细胞呼吸与呼吸之间的关系82

细胞呼吸的总方程式82

氧在细胞呼吸中的作用83

细胞呼吸的代谢途径85

发酵：食物中能量的厌氧收集89

人肌肉细胞中的发酵89

微生物的发酵89

和进化的联系：无氧地球上的生命90

第7章　光合作用：光能转变为化学能92

生物学与社会：植物发电厂93

光合作用的基础知识93

叶绿体：光合作用的部位93

光合作用的总方程式94

光合作用的路线图95

光反应：将太阳能转变为化学能95

日光的本质95

叶绿体色素96

光系统如何收集光能96

光反应如何产生ATP和NADPH97

Calvin循环：由二氧化碳合成糖99

C4和CAM植物的节水适应100

光合作用对环境的影响101

光合作用如何缓和温室效应102

和进化的联系：氧变革102

第2篇　遗传学106

第8章　生殖和遗传的细胞基础106

生物学与社会：价值5万美元的卵子！107

细胞繁殖完成什么任务？107

将基因从细胞转移到细胞107

生物的生殖108

细胞周期和有丝分裂108

真核细胞的染色体108

细胞周期110

有丝分裂和胞质分裂111

癌细胞：生长失控的细胞111

减数分裂，有性生殖的基础115

同源染色体116

配子和有性生物的生活周期116

减数分裂的过程117

复习：有丝分裂和减数分裂的比较119

可遗传的变异的起源119

当减数分裂出现错误时122

和进化的联系：细胞分裂中的错误产生新物种125

第9章　遗传的模式128

生物学与社会：检测你的婴儿129

可遗传的变异和遗传模式129

在修道院的花园里130

孟德尔分离定律131

孟德尔自由组合定律133

利用测交确定未知的基因型134

概率法则135

家族系谱136

单基因控制的人类疾病137

孟德尔定律的扩展140

植物和人的不完全显性140

复等位基因和血型141

基因多效性和镰状细胞贫血病141

多基因遗传142

环境的作用143

遗传的染色体基础144

基因连锁144

遗传重组：交换和连锁图146

性染色体和性连锁基因147

人和果蝇的性别决定147

性连锁基因147

人类的性连锁疾病148

和进化的联系：泄密的Y染色体149

第10章　基因的分子生物学153

生物学与社会：破坏HIV154

DNA的结构和复制154

DNA和RNA：核苷酸的聚合物154

Watson和Crick发现双螺旋155

DNA复制156

从DNA到RNA再到蛋白质的遗传信息流158

生物体基因型是如何形成其表型的158

从核苷酸序列到氨基酸序列：概述159

遗传密码160

转录：从DNA到RNA161

真核生物RNA的加工162

翻译：译员162

翻译：过程164

复习：DNA→RNA→蛋白质164

突变166

病毒：包装的基因167

噬菌体168

植物病毒168

动物病毒169

HIV，艾滋病病毒170

和进化的联系：新出现的病毒172

第11章　基因调控176

生物学与社会：婴儿的第一个银行户头177

从卵到生物体：基因如何被调节以及为什么被调节177

已分化细胞中基因表达的模式178

DNA的微陈列：看得见基因表达178

细胞的遗传潜势179

动物的生殖性克隆180

治疗性克隆和干细胞181

基因表达的调控182

细菌中的基因表达182

真核细胞核中的基因调控183

细胞质中的调控186

细胞信号转导186

癌的遗传学基础187

致癌基因187

生活方式对患癌症危险的影响190

和进化的联系：同源异型基因191

第12章　DNA技术195

生物学与社会：搜索基因196

重组DNA技术196

从人胰岛素到基因修饰的食品197

重组DNA的技术199

DNA指纹和法学202

凶杀、生父和古代的DNA202

DNA指纹技术203

基因组学206

人类基因组计划206

追踪炭疽杀手207

基因组作图技术207

人的基因治疗209

治疗严重的综合免疫缺损210

安全和伦理学问题210

关于基因修饰食品的争论210

DNA技术提出的伦理学问题211

和进化的联系：基因组是进化的关键212

第3篇　进化和多样性216

第13章　种群如何进化216

生物学与社会：持久性的害虫217

查尔斯达尔文和《物种起源》217

达尔文的文化和科学背景218

拉马克和适应性进化218

有饰变的传代220

进化的证据222

化石记录222

生物地理学223

比较解剖学224

比较胚胎学224

分子生物学224

自然选择和适应进化225

达尔文的自然选择学说225

自然选择的作用227

现代综合论：达尔文主义会合遗传学227

种群是进化的单位227

种群内的遗传变异228

分析基因库228

种群遗传学和保健科学229

微进化是基因库的改变230

微进化的机制230

遗传漂变230

基因流232

突变232

自然选择：进一步探讨233

和进化的联系：镰状红细胞等位基因的群体遗传学234

第14章　生物多样性如何进化238

生物学与社会：小行星的撞击239

宏进化和生物多样性239

物种起源240

什么是物种？240

物种间的生殖屏障241

物种形成的机制242

物种形成的节奏是什么？244

生物革新的进化247

旧结构对新功能的适应247

发育和进化革新248

地球的历史和宏进化249

地质年代与化石记录249

大陆漂移和宏进化251

集群绝灭和生物多样性的爆发252

多种多样生物的分类254

分类学的基础254

分类学和种系发生254

生物的分界：进展中的工作256

和进化的联系：只是一种学说吗？258

第15章　微生物的进化261

生物学与社会：生物恐怖主义262

生命史中的主要阶段262

生命的起源264

解决生源说的矛盾264

生命起源的4阶段假说264

从化学进化到达尔文进化266

原核生物267

它们无处不在！267

原核生物进化的两个主要分支：细菌和古细菌267

原核生物的结构、功能和繁殖268

原核生物营养的多样化270

原核生物的生态影响270

原生生物273

真核细胞的起源273

原生生物的多样性274

和进化的联系：多细胞生物的起源278

第16章　植物、真菌及其上陆281

生物学与社会：保护森林平衡的行动282

上陆282

植物对陆生的适应282

植物起源于绿藻284

植物多样性285

植物进化要点285

苔藓植物286

蕨类植物287

裸子植物288

被子植物290

植物的多样性是不可再生的资源292

真菌294

真菌的特征294

真菌的生态影响295

和进化的联系：互利共生298

第17章　动物的进化301

生物学与社会：剧毒蟾蜍的侵入302

动物多样性的起源302

什么是动物？302

早期的动物和寒武纪大爆发303

动物的种系发生304

无脊椎动物主要的门306

海绵动物306

剌胞动物307

扁形动物307

线虫动物309

软体动物310

环节动物310

节肢动物312

棘皮动物315

脊椎动物系谱学316

脊索动物的特征316

鱼类317

两栖类317

爬行类319

鸟类320

哺乳类321

人类的祖先323

灵长类动物的进化323

人类的出现323

和进化的联系：地球的新危机329

第4篇　生态学334

第18章　个体和种群生态学334

生物学与社会：人口爆炸335

生态学概述335

作为科学研究的生态学335

生物与环境相互作用的层次336

生态学与环境保护主义337

生物圈中的非生物因素338

生物的进化适应340

生理反应340

形态反应341

行为反应341

什么是种群生态学342

种群密度342

分布型342

种群增长模型343

指数增长模型：环境无限条件下的理想增长344

逻辑斯谛增长模型：环境有限条件下的现实增长345

种群增长的调节345

人类的人口增长348

生活史及其进化351

生命表和存活曲线351

作为进化适应的生活史特征352

和进化的联系：检验达尔文的假说353

第19章　群落和生态系统358

生物学与社会：礁石：珊瑚礁和人工礁359

群落的主要特性359

多样性359

植物优势型360

稳定性360

营养结构360

群落中的种间相互关系361

种间竞争361

捕食362

共生关系365

群落关系网的复杂性366

群落干扰367

生态演替367

群落结构的动态观367

生态系统动态概述369

营养级和食物链369

食物网370

生态系统中的能量流动372

生态系统的生产力和能量收支372

能量金字塔373

生态系统能量学和人类营养373

生态系统中的化学循环374

化学循环的一般图式374

生物地球化学循环实例375

生物带375

气候如何影响生物带的分布375

陆地生物带378

淡水生物带383

海洋生物带384

和进化的联系：生物群落中的协同进化387

第20章　人类对环境的影响390

生物学与社会：水族箱威胁391

人类对生物群落的影响391

人类对群落的干扰391

引入物种392

人类对生态系统的影响393

对化学循环的影响393

森林砍伐与化学循环：一个研究实例394

向生态系统释放有毒化学物质395

人类对大气和气候的影响396

生物多样性危机399

生物多样性的3个层次399

物种灭绝400

生物多样性危机的3个主要原因400

生物多样性为什么很重要401

保护生物学403

生物多样性“热点”403

在种群和物种层次上的保护404

在生态系统层次上的保护406

可持续发展的目标407

和进化的联系：生物自卫和环境伦理409

附录一：自测题答案412

附录二：名词解释416

名词索引443