第1章 緒論 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(duì)刺激，生物會(huì)有所應(yīng)對(duì)和保護(hù)自己 3
1.1.4 生物會(huì)生長(zhǎng) 4
1.1.5 生物會(huì)繁衍后代 4
1.1.6 生物都有進(jìn)化的能力 5
1.2 什么是進(jìn)化 5
1.2.1 生物進(jìn)化的三個(gè)步驟 5
1.3 科學(xué)家是如何進(jìn)行生物學(xué)研究的 7
1.3.1 生物學(xué)研究的多個(gè)層面 7
1.3.2 生物學(xué)家按生物在進(jìn)化過程中的親緣關(guān)系對(duì)其分類 8
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 11
1.4.3 生物學(xué)家用對(duì)照實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證假說 11
1.4.4 生物理論經(jīng)過嚴(yán)密的驗(yàn)證 12
1.4.5 科學(xué)是一種人類活動(dòng) 13
復(fù)習(xí)題 14

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 同位素是質(zhì)子數(shù)相同但中子數(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 20
2.2.4 原子之間共享電子而形成共價(jià)鍵 21
2.2.5 原子間通過共價(jià)鍵形成極性分子或非極性分子 21
2.2.6 氫鍵是特定極性分子間的引力 22
2.3 為什么水對(duì)生命如此重要 23
2.3.1 水分子之間相互吸引 23
2.3.2 水分子可與其他生物大分子相互作用 23
2.3.3 水起到維持溫度恒定的作用 24
2.3.4 水可以形成冰 25
2.3.5 水溶液可以呈酸性、堿性或中性 25
復(fù)習(xí)題 27

第3章 生物大分子 28
3.1 為什么碳元素在生物大分子中至關(guān)重要 29
3.1.1 復(fù)雜多樣的有機(jī)物分子由碳原子之間形成的化學(xué)鍵決定 29
3.2 有機(jī)物分子是如何形成的 30
3.2.1 聚合物通過脫水縮合形成、通過水解分解 30
3.3 什么是碳水化合物 31
3.3.1 不同的單糖具有相同的分子式和不同的結(jié)構(gòu) 31
3.3.2 二糖是兩個(gè)單糖通過脫水縮合連接形成的 32
3.3.3 多糖是由多個(gè)單糖結(jié)合而成的鏈狀結(jié)構(gòu) 33
3.4 什么是脂類 35
3.4.1 油脂、脂肪和蠟是僅含碳、氫和氧三種元素的脂類 35
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) 36
3.4.3 固醇類含有4個(gè)稠合的碳環(huán) 37
3.5 什么是蛋白質(zhì) 37
3.5.1 蛋白質(zhì)由氨基酸長(zhǎng)鏈構(gòu)成 38
3.5.2 氨基酸通過脫水縮合形成蛋白質(zhì) 38
3.5.3 蛋白質(zhì)可以形成多達(dá)四級(jí)的結(jié)構(gòu) 38
3.5.4 蛋白質(zhì)的功能與其三維立體結(jié)構(gòu)相關(guān) 40
3.6 什么是核苷酸、什么是核酸 41
3.6.1 核苷酸作為存儲(chǔ)能量的載體、胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的信使 41
3.6.2 DNA和RNA都是核酸 41
復(fù)習(xí)題 42

第4章 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 43
4.1 什么是細(xì)胞學(xué)說 44
4.2 細(xì)胞的基本特性是什么 44
4.2.1 所有細(xì)胞都具有共同的特征 45
4.2.2 細(xì)胞分為兩種基本類型：原核細(xì)胞和真核細(xì)胞 47
4.3 真核細(xì)胞的主要特征是什么 48
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) 48
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(dòng) 48
4.3.3 鞭毛和纖毛使細(xì)胞沿液體的流向運(yùn)動(dòng)，或使液體流過細(xì)胞表面 49
4.3.4 含有DNA的細(xì)胞核是真核細(xì)胞的控制中心 50
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) 52
4.3.6 液泡的功能多種多樣，包括調(diào)節(jié)水分、存儲(chǔ)物質(zhì)和支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu) 55
4.3.7 線粒體從食物分子中提取能量，葉綠體直接捕獲太陽能 56
4.3.8 植物利用質(zhì)體來存儲(chǔ)某些物質(zhì) 57
4.4 原核細(xì)胞的主要特征是什么 58
4.4.1 原核細(xì)胞具有特殊的表面特征 59
4.4.2 原核細(xì)胞比真核細(xì)胞具有較少的特化細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu) 59
復(fù)習(xí)題 59

第5章 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能 61
5.1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是如何與其功能相關(guān)的 62
5.1.1 細(xì)胞膜是流動(dòng)鑲嵌結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)在脂質(zhì)分子層內(nèi)移動(dòng) 62
5.1.2 磷脂雙層隔離細(xì)胞的內(nèi)容物與外界 63
5.1.3 多種蛋白在細(xì)胞膜上形成鑲嵌圖案 64
5.2 物質(zhì)是如何通過細(xì)胞膜的 65
5.2.1 梯度使流體中的分子產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象 65
5.2.2 跨膜運(yùn)輸包括被動(dòng)運(yùn)輸和耗能運(yùn)輸 65
5.2.3 被動(dòng)運(yùn)輸包括簡(jiǎn)單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和滲透 66
5.2.4 耗能運(yùn)輸包括主動(dòng)運(yùn)輸、內(nèi)吞和胞吐 69
5.2.5 跨膜的物質(zhì)交換影響細(xì)胞的大小和形狀 72
5.3 特化的連接是如何使細(xì)胞相連和交流的 72
5.3.1 橋粒將細(xì)胞黏附在一起 72
5.3.2 緊密連接使細(xì)胞黏附滴水不漏 73
5.3.3 間隙連接和胞間連絲使細(xì)胞之間可以直接交流 73
復(fù)習(xí)題 74

第6章 細(xì)胞中的能量流動(dòng) 75
6.1 什么是能量 76
6.1.1 熱力學(xué)定律描述了能量的基本特征 76
6.1.2 生物利用太陽能為生命創(chuàng)造低熵的環(huán)境 77
6.2 能量在化學(xué)反應(yīng)中是如何轉(zhuǎn)化的 77
6.2.1 放能反應(yīng)釋放能量 78
6.2.2 吸能反應(yīng)需要吸收能量 78
6.3 能量在細(xì)胞中是如何轉(zhuǎn)運(yùn)的 79
6.3.1 ATP和電子載體是細(xì)胞內(nèi)的載能分子 79
6.3.2 偶聯(lián)反應(yīng)聯(lián)系放能反應(yīng)和吸能反應(yīng) 80
6.4 酶是如何催化生物化學(xué)反應(yīng)的 80
6.4.1 催化劑降低啟動(dòng)反應(yīng)所需的能量 80
6.4.2 酶是生物催化劑 81
6.5 生物酶是如何調(diào)節(jié)的 82
6.5.1 細(xì)胞通過控制生物酶的合成和活化來調(diào)節(jié)代謝途徑 83
6.5.2 有毒物質(zhì)、藥物和環(huán)境因素都會(huì)影響酶的活性 85
復(fù)習(xí)題 87

第7章 光合作用 88
7.1 什么是光合作用 89
7.1.1 葉片和葉片中的葉綠素是光合作用的必備條件 89
7.1.2 光合作用由光反應(yīng)和卡爾文循環(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 91
7.2.1 捕獲光能的是葉綠體中的色素 91
7.2.2 光反應(yīng)階段發(fā)生在基粒的膜結(jié)構(gòu)上 92
7.3 卡爾文循環(huán)：化學(xué)能是如何存儲(chǔ)在糖類分子中的 95
7.3.1 卡爾文循環(huán)捕獲二氧化碳 95
7.3.2 卡爾文循環(huán)固定的碳元素用來合成葡萄糖 96
復(fù)習(xí)題 97

第8章 糖酵解和細(xì)胞呼吸作用 98
8.1 細(xì)胞是如何獲得能量的 99
8.1.1 光合作用產(chǎn)生的能量是細(xì)胞能量的最終來源 99
8.1.2 葡萄糖是主要的儲(chǔ)能分子 100
8.2 什么是糖酵解作用 100
8.3 什么是細(xì)胞的呼吸作用 101
8.3.1 丙酮酸分解 101
8.3.2 電子沿電子傳遞鏈傳遞 102
8.3.3 化學(xué)滲透作用形成ATP 102
8.3.4 細(xì)胞的呼吸作用可從多種分子中獲取能量 104
8.4 發(fā)酵是如何發(fā)生的 104
8.4.1 細(xì)胞在無氧環(huán)境下通過發(fā)酵作用循環(huán)利用NAD+ 104
8.4.2 有些細(xì)胞通過發(fā)酵作用將丙酮酸分解為乳酸 104
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 105
復(fù)習(xí)題 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個(gè)子代細(xì)胞 109
9.1.2 細(xì)胞分裂是生長(zhǎng)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DNA雙螺旋分子及其上連接的蛋白質(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(duì)染色體在細(xì)胞分裂時(shí)分開 114
9.3.4 真核細(xì)胞的染色體通常成對(duì)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)胞周期包括分裂間期和有絲分裂期 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(gè)子代細(xì)胞 117
9.5.1 有絲分裂前期 117
9.5.2 有絲分裂中期 119
9.5.3 有絲分裂后期 119
9.5.4 有絲分裂末期 119
9.5.5 細(xì)胞質(zhì)分裂 119
9.6 細(xì)胞周期是如何調(diào)節(jié)的 120
9.6.1 特定蛋白質(zhì)的活化與失活推動(dòng)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(gè)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 122
9.8.1 減數(shù)第一次分裂 123
9.8.2 減數(shù)第二次分裂 126
9.9 真核細(xì)胞生命周期中的有絲分裂和減數(shù)分裂何時(shí)發(fā)生 126
9.9.1 處于二倍體生命周期的生物的大多數(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的大多數(shù)細(xì)胞處于單倍體狀態(tài) 127
9.9.3 在世代交替的生命周期中存在二倍體多細(xì)胞階段和單倍體多細(xì)胞階段 127
9.10 生物如何通過減數(shù)分裂和有性生殖產(chǎn)生基因多態(tài)性 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 交換創(chuàng)造具有新基因組合的染色體 129
9.10.3 配子的融合增加了子代基因的多樣性 129
復(fù)習(xí)題 130

第10章 遺傳方式 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(duì)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 132
10.2.1 做正確的事是孟德爾成功的秘訣 133
10.3 單一性狀是如何遺傳的 133
10.3.1 同源染色體上顯性和隱性基因的遺傳可解釋孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 134
10.3.2 簡(jiǎn)單的遺傳統(tǒng)計(jì)可以預(yù)測(cè)后代的基因型和表現(xiàn)型 136
10.3.3 孟德爾的假說可用于預(yù)測(cè)新的單性狀雜交的結(jié)果 137
10.4 多個(gè)性狀是如何遺傳的 138
10.4.1 孟德爾認(rèn)為性狀是獨(dú)立遺傳的 138
10.4.2 生不逢時(shí)的天才被埋沒 139
10.5 孟德爾遺傳規(guī)則對(duì)所有的性狀都適用嗎 140
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 140
10.5.2 一個(gè)基因可能有多個(gè)等位基因 141
10.5.3 很多性狀受幾個(gè)基因的影響 142
10.5.4 單個(gè)基因?qū)Ρ憩F(xiàn)型可能有許多影響 143
10.5.5 環(huán)境影響基因的表達(dá) 143
10.6 同一染色體上的基因是如何遺傳的 143
10.6.1 同一條染色體上的基因傾向于共同遺傳給下一代 143
10.6.2 交換產(chǎn)生新的連鎖等位基因組合 144
10.7 性別及與其相關(guān)的性狀是如何遺傳的 145
10.7.1 哺乳動(dòng)物后代的性別由精子中的性染色體決定 145
10.7.2 與性別相關(guān)的基因僅在X或Y染色體上存在 145
10.8 人類的遺傳缺陷是如何遺傳的 147
10.8.1 有些人類遺傳病由單個(gè)基因控制 148
10.8.2 有些人類遺傳病是由染色體數(shù)量異常導(dǎo)致的 150
復(fù)習(xí)題 153

第11章 DNA：遺傳分子 154
11.1 科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)基因由DNA組成的 155
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 155
11.1.2 轉(zhuǎn)化分子就是DNA 156
11.2 DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的 156
11.2.1 DNA由4種核苷酸組成 156
11.2.2 DNA是由兩條核苷酸鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu) 157
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 158
11.3 DNA是如何編碼遺傳信息的 159
11.3.1 遺傳信息由核苷酸序列編碼 159
11.4 細(xì)胞分裂時(shí)DNA的復(fù)制機(jī)制如何確保遺傳穩(wěn)定性 159
11.4.1 DNA復(fù)制產(chǎn)生兩條含有一條母鏈和一條子鏈的DNA雙螺旋 159
11.5 突變的含義及其發(fā)生過程 160
11.5.1 精確的復(fù)制、校對(duì)、修復(fù)機(jī)制產(chǎn)生幾乎毫無瑕疵的DNA 161
11.5.2 有毒物質(zhì)、輻射、復(fù)制過程中的隨機(jī)錯(cuò)誤造成突變 161
11.5.3 突變范圍：從單個(gè)堿基到染色體片段 161
復(fù)習(xí)題 162

第12章 基因表達(dá)與調(diào)控 163
12.1 細(xì)胞是如何利用DNA中的遺傳信息的 164
12.1.1 大多數(shù)基因包含了合成蛋白質(zhì)所需的信息 164
12.1.2 DNA以RNA為媒介指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成 164
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) 166
12.1.4 遺傳密碼使用三個(gè)堿基指定一個(gè)氨基酸 166
12.2 基因中的信息是如何轉(zhuǎn)錄到RNA中的 168
12.2.1 當(dāng)RNA聚合酶結(jié)合基因的啟動(dòng)子時(shí)，轉(zhuǎn)錄開始 168
12.2.2 在延伸過程中產(chǎn)生一條不斷延長(zhǎng)的RNA鏈 169
12.2.3 當(dāng)RNA聚合酶到達(dá)終止信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)錄結(jié)束 169
12.3 mRNA的堿基序列是如何翻譯出蛋白質(zhì)的 169
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 170
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) 171
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 173
12.4 基因突變是如何影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的 173
12.4.1 突變效應(yīng)由其改變mRNA密碼子的方式?jīng)Q定 173
12.5 基因的表達(dá)是如何被調(diào)控的 175
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 175
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 176
復(fù)習(xí)題 180

第13章 生物技術(shù) 181
13.1 什么是生物技術(shù) 182
13.2 DNA在自然界中是如何重組的 182
13.2.1 有性生殖可以重組DNA 182
13.2.2 轉(zhuǎn)化作用可重組來自不同種細(xì)菌的DNA 182
13.2.3 病毒能在物種間傳遞DNA 183
13.3 生物技術(shù)是如何用于法醫(yī)學(xué)的 184
13.3.1 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠擴(kuò)增DNA 184
13.3.2 短串聯(lián)重復(fù)序列的差異被用來通過DNA識(shí)別個(gè)體 186
13.3.3 用凝膠電泳來分離DNA片段 186
13.3.4 使用DNA探針標(biāo)記特定的核苷酸序列 186
13.3.5 無血緣關(guān)系的人的DNA基因圖幾乎不可能相同 188
13.4 如何用生物技術(shù)制造轉(zhuǎn)基因生物 189
13.4.1 分離或合成目標(biāo)基因 189
13.4.2 克隆目的基因 189
13.4.3 基因被導(dǎo)入宿主生物 190
13.5 生物技術(shù)是如何應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的 191
13.5.1 很多植物都是轉(zhuǎn)基因的 191
13.5.2 轉(zhuǎn)基因植物可用于生產(chǎn)藥物 192
13.5.3 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)上可能有用 192
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 192
13.7 生物技術(shù)是如何用于醫(yī)學(xué)診斷和治療的 193
13.7.1 DNA技術(shù)可用于診斷遺傳病 193
13.7.2 DNA技術(shù)有助于治療疾病 195
13.8 現(xiàn)代生物技術(shù)的主要倫理問題是什么 197
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 197
13.8.2 人們應(yīng)該使用生物技術(shù)改變?nèi)祟惢�因組嗎 198
復(fù)習(xí)題 200

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(duì)新大陸的探索揭示了生命的多樣性 203
14.1.3 少數(shù)科學(xué)家推測(cè)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(shí)間而變化 204
14.1.5 一些科學(xué)家對(duì)化石給出了非進(jìn)化學(xué)上的解釋 205
14.1.6 地質(zhì)學(xué)提供了地球極其古老的證據(jù) 206
14.1.7 達(dá)爾文之前的生物學(xué)家提出了進(jìn)化機(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 206
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個(gè)假設(shè) 208
14.2.2 假設(shè)1：種群中的個(gè)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(gè)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 自然選擇隨著時(shí)間的推移改變了種群 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(shí)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) 209
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 213
14.4.2 自然選擇導(dǎo)致的進(jìn)化今天也存在 214
14.4.3 自然選擇作用于隨機(jī)變異并選擇最適應(yīng)特定環(huán)境的性狀 216
復(fù)習(xí)題 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(gè)種群中的所有等位基因 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 小種群中的等位基因頻率會(huì)發(fā)生偶然性改變 222
15.2.4 種群內(nèi)的交配幾乎從來都不是隨機(jī)的 226
15.2.5 不同的基因型不是同等有益的 227
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(duì)于其他表現(xiàn)型存在繁殖優(yōu)勢(shì) 228
15.3.4 性選擇偏好那些幫助生物交配的性狀 230
15.3.5 選擇以三種方式影響種群 230
復(fù)習(xí)題 232

第16章 物種的起源 233
16.1 什么是物種 234
16.1.1 每個(gè)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 235
16.2.2 交配后隔離機(jī)制限制雜種后代的生存 237
16.3 新物種是如何產(chǎn)生的 238
16.3.1 種群的地理隔離導(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 241
16.4 導(dǎo)致物種滅絕的是什么 242
16.4.1 集中分布使物種變得脆弱 242
16.4.2 過度特化增加滅絕風(fēng)險(xiǎn) 243
16.4.3 與其他物種的相互作用可能使物種滅絕 243
16.4.4 棲息地的改變和毀壞是物種滅絕的主要原因 243
復(fù)習(xí)題 243

第17章 生命的歷史 244
17.1 生命是如何產(chǎn)生的 245
17.1.1 第一個(gè)生物來源于非生命物質(zhì) 245
17.1.2 RNA可能是第一個(gè)能自我復(fù)制的分子 247
17.1.3 在類膜囊泡中可能存在閉合的核酶 248
17.1.4 所有這些真的發(fā)生過嗎 248
17.2 最早的生物是什么樣的 249
17.2.1 最早的生物是厭氧原核生物 249
17.2.2 一些生物進(jìn)化出捕獲太陽光能的能力 249
17.2.3 為了應(yīng)對(duì)氧氣帶來的危險(xiǎn)，出現(xiàn)了有氧代謝 250
17.2.4 一些生物獲得了膜性細(xì)胞器 251
17.3 最早的多細(xì)胞生物是什么樣的 253
17.3.1 有些藻類成為了多細(xì)胞生物 253
17.3.2 動(dòng)物的多樣性在前寒武紀(jì)大大增加 253
17.4 生命是如何登陸的 254
17.4.1 一些植物適應(yīng)了干燥陸地上的生活 255
17.4.2 一些動(dòng)物適應(yīng)了干燥陸地上的生活 255
17.5 滅絕在進(jìn)化史中起什么作用 257
17.5.1 我們用周期性大滅絕來標(biāo)記進(jìn)化史 258
17.6 人類是如何進(jìn)化而來的 259
17.6.1 人類繼承了靈長(zhǎng)類動(dòng)物在樹上生活的一些特殊適應(yīng) 259
17.6.2 最古老的猿人化石來自非洲 260
17.6.3 人屬在約250萬年前從南方古猿中分離出來 261
17.6.4 現(xiàn)代人類在不到20萬年前才出現(xiàn) 263
17.6.5 巨大大腦的進(jìn)化起源可能與食用肉及烹飪有關(guān) 264
17.6.6 復(fù)雜的文化直到不久前才出現(xiàn) 265
復(fù)習(xí)題 266

第18章 系統(tǒng)分類學(xué) 267
18.1 科學(xué)家是如何對(duì)生物命名和分類的 268
18.1.1 每個(gè)物種都有由兩部分組成的唯一名字 268
18.1.2 現(xiàn)代分類方法強(qiáng)調(diào)進(jìn)化血統(tǒng)的模式 268
18.1.3 系統(tǒng)分類學(xué)家識(shí)別揭示進(jìn)化關(guān)系的特征 268
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 269
18.1.5 系統(tǒng)分類學(xué)家對(duì)存在關(guān)聯(lián)的物種群體進(jìn)行命名 269
18.1.6 分類等級(jí)系統(tǒng)的作用正在減小 270
18.2 生命有哪些域 271
18.3 為什么分類方法會(huì)發(fā)生改變 272
18.3.1 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新信息時(shí)就會(huì)改變物種的名稱 273
18.3.2 生物學(xué)對(duì)物種的定義可能很難或者無法應(yīng)用 273
18.4 有多少個(gè)物種 273
復(fù)習(xí)題 274

第19章 原核生物和病毒的多樣性 275
19.1 哪些生物屬于古細(xì)菌域和細(xì)菌域 276
19.1.1 細(xì)菌和古細(xì)菌是根本不同的 276
19.1.2 對(duì)原核生物進(jìn)行分類非常困難 276
19.2 原核生物是如何生存和繁殖的 277
19.2.1 一些原核生物可以移動(dòng) 277
19.2.2 很多細(xì)菌在表面上形成保護(hù)膜 277
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 278
19.2.4 原核生物對(duì)特定棲息地產(chǎn)生特化 278
19.2.5 原核生物的代謝方式多種多樣 279
19.2.6 原核生物通過分裂繁殖 279
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) 280
19.3 原核生物是如何影響人類和其他生物的 280
19.3.1 原核生物在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)方面起重要作用 280
19.3.2 原核生物固定植物所需的氮元素 281
19.3.3 原核生物是自然界的回收站 281
19.3.4 原核生物能清除污染 281
19.3.5 有些細(xì)菌威脅人類的健康 282
19.4 什么是病毒、類病毒和朊病毒 283
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 283
19.4.2 病毒的復(fù)制需要宿主 284
19.4.3 有些傳染因子比病毒還要簡(jiǎn)單 285
19.4.4 無人能確定這些感染粒子是如何起源的 285
復(fù)習(xí)題 285

第20章 原生生物的多樣性 287
20.1 什么是原生生物 288
20.1.1 原生生物有各種各樣的營(yíng)養(yǎng)方式 288
20.1.2 原生生物有多種繁殖方式 288
20.1.3 原生生物影響人類和其他生物 289
20.2 原生生物主要包括哪些 289
20.2.1 古蟲缺乏線粒體 290
20.2.2 眼蟲類具有與眾不同的線粒體 291
20.2.3 不等鞭毛類的鞭毛很特別 292
20.2.4 囊泡蟲可能是寄生蟲、捕食者或浮游生物 293
20.2.5 有孔蟲類具有纖細(xì)的偽足 296
20.2.6 變形蟲門原生生物有偽足但無外殼 297
20.2.7 紅藻含有紅色的光合色素 298
20.2.8 綠藻與陸地植物關(guān)系密切 298
復(fù)習(xí)題 299

第21章 植物的多樣性 300
21.1 植物的關(guān)鍵特征是什么 301
21.1.1 植物能進(jìn)行光合作用 301
21.1.2 植物具有多細(xì)胞的依賴性胚胎 301
21.1.3 植物具有交替的多細(xì)胞單倍體和二倍體世代 301
21.2 植物是如何進(jìn)化而來的 302
21.2.1 植物的祖先生活在水中 302
21.2.2 早期植物的登陸 302
21.2.3 植物體發(fā)生進(jìn)化以抵抗重力和干旱 303
21.2.4 植物進(jìn)化出了對(duì)胚胎和性細(xì)胞的保護(hù) 303
21.2.5 最近進(jìn)化的植物具有較小的配子體 303
21.3 植物的主要種類有哪些 304
21.3.1 非維管束植物缺乏傳導(dǎo)結(jié)構(gòu) 304
21.3.2 維管束植物具有提供支撐的傳導(dǎo)細(xì)胞 307
21.3.3 無種子維管束植物包括石松類、木賊和蕨類植物 307
21.3.4 種子植物受助于花粉和種子這兩個(gè)重要的適應(yīng) 309
21.3.5 裸子植物是不開花的種子植物 309
21.3.6 被子植物是開花的種子植物 312
21.4 植物是如何影響其他生物的 314
21.4.1 植物的生態(tài)學(xué)地位極其重要 314
21.4.2 植物給人類提供生存必需品和奢侈品 315
復(fù)習(xí)題 315

第22章 真菌的多樣性 316
22.1 真菌的主要特征是什么 317
22.1.1 真菌的主體由細(xì)絲組成 317
22.1.2 真菌從其他生物獲取營(yíng)養(yǎng) 317
22.1.3 真菌既可以無性生殖又可以有性生殖 318
22.2 真菌主要有哪些 319
22.2.1 壺菌、芽枝霉和新美鞭菌產(chǎn)生游動(dòng)的孢子 320
22.2.2 壺菌大多在水中生存 320
22.2.3 瘤胃真菌生活在動(dòng)物的消化道中 321
22.2.4 芽枝霉有一個(gè)核帽結(jié)構(gòu) 321
22.2.5 球囊菌與植物的根共生 321
22.2.6 擔(dān)子菌產(chǎn)生棒狀繁殖器官 321
22.2.7 子囊菌在囊狀的小室中產(chǎn)生孢子 322
22.2.8 面包霉是一種通過產(chǎn)生二倍體孢子繁殖的真菌 324
22.3 真菌是如何與其他物種相互作用的 325
22.3.1 地衣由和光合藻類或細(xì)菌共生的真菌形成 325
22.3.2 菌根是真菌與植物根的共生體 326
22.3.3 內(nèi)生菌是在植物的莖和葉中生活的真菌 326
22.3.4 有些真菌是重要的分解者 326
22.4 真菌是如何影響人類的 327
22.4.1 真菌會(huì)侵襲對(duì)人類很重要的植物 327
22.4.2 真菌會(huì)導(dǎo)致人類疾病 328
22.4.3 真菌會(huì)產(chǎn)生毒素 328
22.4.4 很多抗生素來自真菌 329
22.4.5 真菌對(duì)美食做出重大貢獻(xiàn) 329
22.4.6 葡萄酒和啤酒使用酵母制作 329
22.4.7 酵母使面包“長(zhǎng)高” 329
復(fù)習(xí)題 330

第23章 動(dòng)物多樣性I：無脊椎動(dòng)物 331
23.1 動(dòng)物的主要特征是什么 332
23.2 哪些解剖學(xué)特征標(biāo)記了動(dòng)物進(jìn)化樹上的分支點(diǎn) 332
23.2.1 組織的缺乏將海綿動(dòng)物和其他所有動(dòng)物劃分開來 333
23.2.2 有組織的動(dòng)物表現(xiàn)出徑向?qū)ΨQ或兩側(cè)對(duì)稱 333
23.2.3 大多數(shù)兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物有體腔 334
23.2.4 兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的發(fā)育方式有兩種 335
23.2.5 原口動(dòng)物包含兩個(gè)截然不同的進(jìn)化路線 335
23.3 主要的動(dòng)物類群有哪些 335
23.3.1 海綿動(dòng)物是簡(jiǎn)單的固著動(dòng)物 337
23.3.2 刺胞動(dòng)物是全副武裝的捕食者 338
23.3.3 櫛水母借助纖毛四處游動(dòng) 340
23.3.4 扁形蟲可能寄生生活，也可能自由生活 341
23.3.5 環(huán)節(jié)動(dòng)物是分節(jié)的蠕蟲 342
23.3.6 大多數(shù)軟體動(dòng)物都有殼 344
23.3.7 節(jié)肢動(dòng)物是種類最多、數(shù)量最大的動(dòng)物 346
23.3.8 線蟲在自然界中大量存在但大多數(shù)體形很小 351
23.3.9 棘皮動(dòng)物具有由碳酸鈣構(gòu)成的骨骼 352
23.3.10 脊索動(dòng)物包括脊椎動(dòng)物 354
復(fù)習(xí)題 354

第24章 動(dòng)物多樣性II：脊椎動(dòng)物 355
24.1 脊索動(dòng)物的主要特征是什么 356
24.1.1 所有脊索動(dòng)物都有四個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 356
24.2 哪些動(dòng)物是脊索動(dòng)物 357
24.2.1 被囊動(dòng)物包括海鞘和樽海鞘 357
24.2.2 文昌魚是生活在海中的濾食動(dòng)物 358
24.2.3 有頭動(dòng)物有頭骨 358
24.3 脊椎動(dòng)物主要有哪些 360
24.3.1 有些七鰓鰻寄生在魚身上 360
24.3.2 軟骨魚是海洋中的捕食者 360
24.3.3 條鰭魚是最具多樣性的脊椎動(dòng)物 361
24.3.4 空棘魚和肺魚的鰭呈葉狀 362
24.3.5 兩棲動(dòng)物過著雙重生活 362
24.3.6 爬行動(dòng)物適應(yīng)了陸地生活 364
24.3.7 哺乳動(dòng)物用乳汁喂養(yǎng)下一代 366
復(fù)習(xí)題 369

第四篇 行為與生態(tài)學(xué)

第25章 動(dòng)物的行為 372
25.1 先天的行為與后天習(xí)得的行為如何不同 373
25.1.1 先天的行為不需經(jīng)驗(yàn)就能進(jìn)行 373
25.1.2 習(xí)得行為需要經(jīng)驗(yàn) 373
25.1.3 先天的行為與習(xí)得的行為并非截然不同 376
25.2 動(dòng)物是如何與小伙伴交流的 378
25.2.1 短距離內(nèi)視覺信號(hào)交流最有效 378
25.2.2 長(zhǎng)距離內(nèi)聲音交流最有效 379
25.2.3 信息外激素持續(xù)時(shí)間久但難以實(shí)時(shí)變化 380
25.2.4 觸碰交流有利于動(dòng)物建立群居關(guān)系 380
25.3 動(dòng)物是如何競(jìng)爭(zhēng)資源的 381
25.3.1 侵犯性行為有利于動(dòng)物保護(hù)自己的資源 381
25.3.2 支配等級(jí)有助于管理侵犯性互動(dòng) 382
25.3.3 動(dòng)物常需保護(hù)領(lǐng)地 382
25.4 動(dòng)物是如何找到配偶的 384
25.4.1 動(dòng)物表征自身性別、物種和能力的信號(hào) 384
25.5 動(dòng)物為什么玩耍 386
25.5.1 動(dòng)物既會(huì)獨(dú)自玩耍也會(huì)一起嬉戲 386
25.5.2 玩耍有助于行為開發(fā) 387
25.6 動(dòng)物結(jié)成的群體是什么類型的 387
25.6.1 群居生活有利有弊 387
25.6.2 不同物種形成的群居模式多種多樣 387
25.6.3 與親人群居的動(dòng)物更易培養(yǎng)出利他精神 388
25.6.4 蜜蜂生活在有著剛性結(jié)構(gòu)的社群中 388
25.6.5 裸濱鼠這種脊椎動(dòng)物可以形成更復(fù)雜的社群 389
25.7 生物學(xué)能解釋人類行為嗎 390
25.7.1 新生兒的行為有大量的本能成分 390
25.7.2 年齡越小，語言學(xué)習(xí)能力就越強(qiáng) 391
25.7.3 不同文化共有的行為可能就是本能 391
25.7.4 人類對(duì)信息外激素也有響應(yīng) 391
25.7.5 通過雙胞胎研究人類行為的遺傳因素 392
25.7.6 對(duì)人類行為學(xué)的研究極富爭(zhēng)議 392
復(fù)習(xí)題 392

第26章 種群數(shù)量的增長(zhǎng)和調(diào)節(jié) 393
26.1 種群的大小是如何變化的 394
26.1.1 自然增長(zhǎng)量和凈移民量是改變種群大小的原因 394
26.1.2 生物潛能決定種群增長(zhǎng)的最大速度 396
26.2 種群增長(zhǎng)是如何被調(diào)節(jié)的 396
26.2.1 指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)只在非正常條件下發(fā)生 396
26.2.2 環(huán)境阻力限制種群數(shù)量的增長(zhǎng) 398
26.3 種群在空間和時(shí)間上是如何分布的 402
26.3.1 不同種群表現(xiàn)出不同的空間分布 403
26.3.2 種群表現(xiàn)出不同的年齡分布 403
26.4 人類的種群數(shù)量是如何變化的 404
26.4.1 人口持續(xù)快速增長(zhǎng) 404
26.4.2 人類的進(jìn)步增加了地球?qū)θ祟惖娜菁{量 405
26.4.3 人口轉(zhuǎn)型解釋了人口規(guī)模的趨勢(shì) 405
26.4.4 世界人口增長(zhǎng)的地理分布很不均勻 406
26.4.5 人口的年齡結(jié)構(gòu)決定未來的增長(zhǎng) 407
26.4.6 有些國(guó)家的生育率低于生育更替水平 408
復(fù)習(xí)題 409

第27章 群落中的相互作用 410
27.1 群落中的相互作用關(guān)系為何如此重要 411
27.2 生態(tài)位是如何影響競(jìng)爭(zhēng)的 411
27.2.1 兩個(gè)生物試圖利用相同且有限的資源時(shí)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng) 411
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 411
27.2.3 種間競(jìng)爭(zhēng)使種群變小，并減少各方的分布 412
27.2.4 物種之間的競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)減少各自的種群規(guī)模與分布 413
27.3 捕食者-獵物關(guān)系如何塑造適應(yīng)性進(jìn)化 413
27.3.1 一些捕食者和獵物進(jìn)化出了相互抵消的適應(yīng)性變化 413
27.3.2 捕食者和獵物之間可能發(fā)生化學(xué)戰(zhàn)爭(zhēng) 414
27.3.3 捕食者和獵物的外貌都可能有欺騙性 414
27.4 寄生關(guān)系和互利共生關(guān)系是什么 418
27.4.1 寄生生物和宿主對(duì)對(duì)方而言都是自然選擇因素 418
27.4.2 在互惠的相互作用中雙方都受益 418
27.5 關(guān)鍵物種是如何影響群落結(jié)構(gòu)的 419
27.6 群落中的相互作用如何隨時(shí)間而引起變化 420
27.6.1 兩種主要的演替方式是原生演替和次生演替 420
27.6.2 頂級(jí)群落中不發(fā)生演替 423
27.6.3 有些生態(tài)系統(tǒng)會(huì)維持在次頂級(jí)階段 424
復(fù)習(xí)題 424

第28章 生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和養(yǎng)分循環(huán) 425
28.1 養(yǎng)分和能量在生態(tài)系統(tǒng)中如何運(yùn)動(dòng) 426
28.2 生態(tài)系統(tǒng)中的能量是如何流動(dòng)的 427
28.2.1 能量通過光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng) 427
28.2.2 能量從一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)進(jìn)入下一營(yíng)養(yǎng)級(jí) 427
28.2.3 凈初級(jí)生產(chǎn)量是對(duì)生產(chǎn)者體內(nèi)存儲(chǔ)能量的衡量 427
28.2.4 食物鏈和食物網(wǎng)描述了群落中的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系 428
28.2.5 營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的能量傳遞效率很低 430
28.3 養(yǎng)分是如何在生態(tài)系統(tǒng)中和生態(tài)系統(tǒng)之間循環(huán)的 431
28.3.1 水循環(huán)的主要存儲(chǔ)庫是海洋 431
28.3.2 碳循環(huán)的主要存儲(chǔ)庫是大氣層和海洋 432
28.3.3 氮循環(huán)的主要存儲(chǔ)庫是大氣層 433
28.3.4 磷循環(huán)的主要存儲(chǔ)庫在巖石中 433
28.4 人類擾亂養(yǎng)分循環(huán)時(shí)會(huì)發(fā)生什么 435
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) 435
28.4.2 硫循環(huán)和氮循環(huán)的過載造成酸雨 436
28.4.3 人類對(duì)碳循環(huán)的干涉導(dǎo)致地球氣候發(fā)生改變 437
復(fù)習(xí)題 440

第29章 多姿多彩的地球生態(tài)系統(tǒng) 441
29.1 是什么決定了地球上生物的地理分布 442
29.2 影響地球氣候的因素有哪些 442
29.2.1 地球的曲率和地軸的傾角決定了陽光照射地表的角度 443
29.2.2 氣流產(chǎn)生了溫度和降水不同的大規(guī)模氣候帶 444
29.2.3 氣候的多樣性與到海洋的距離密切相關(guān) 445
29.2.4 山脈使氣候類型變得復(fù)雜 446
29.3 主要的陸生生物群落有哪些 447
29.3.1 熱帶雨林 447
29.3.2 熱帶落葉林 448
29.3.3 熱帶灌木森林和熱帶稀樹草原 448
29.3.4 沙漠 449
29.3.5 常綠闊葉灌叢 451
29.3.6 草地 451
29.3.7 溫帶落葉林 453
29.3.8 溫帶雨林 453
29.3.9 北方針葉林 453
29.3.10 苔原 455
29.4 最重要的水生生物群落是什么 455
29.4.1 淡水湖泊 456
29.4.2 溪流和河流 457
29.4.3 淡水濕地 458
29.4.4 海洋生物群落 458
復(fù)習(xí)題 463

第30章 保護(hù)地球的生物多樣性 464
30.1 什么是生物保護(hù)學(xué) 465
30.2 為什么生物多樣性很重要 465
30.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生物多樣性的實(shí)際用途 465
30.2.2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)試圖估量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值 467
30.2.3 生物多樣性支持生態(tài)系統(tǒng)功能 468
30.3 地球的生物多樣性正在減少嗎 468
30.3.1 物種滅絕是一個(gè)自然過程 469
30.4 生物多樣性面臨的主要威脅是什么 469
30.4.1 人類生態(tài)足跡超過了地球的資源 469
30.4.2 人類活動(dòng)直接威脅生物多樣性 470
30.5 生物保護(hù)學(xué)是如何保護(hù)生物多樣性的 473
30.5.1 保護(hù)棲息地對(duì)保護(hù)生物多樣性來說至關(guān)重要 473
30.6 環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展為何對(duì)人類未來至關(guān)重要 475
30.6.1 可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)生態(tài)和人類長(zhǎng)遠(yuǎn)福祉 475
30.6.2 地球的未來在你手中 477
復(fù)習(xí)題 478