本書是生物學的簡介性圖書，全書通過結合身邊的具體實例，介紹了細胞、遺傳、進化與生物多樣性、行為和生態等內容。本書的特點是，詳細介紹了與人類生活密切相關的生物學問題。
鐘山，博士，特任研究員。2006年和2011年畢業于中國科學技術大學，分別獲得理學學士、工學雙學士和理學博士學位。2011年至2013年在中國科學技術大學生命科學學院免疫識別與信號轉導實驗室從事博士后研究工作。主要成果發表于Cell、Immunity等國際高水平雜志。獲得2015年度中科院盧嘉錫青年人才獎。
Terry 和 Gerry Audesirk二人于1970年喜結連理。Terry取得南加州大學的海洋生態學博士學位，Gerry取得加州理工學院的神經生物學博士學位。二人曾為華盛頓大學海洋實驗室的博士后，以一種海洋軟體動物為模式生物，進行生物行為的神經生物學基礎方面的研究。二位作者現在已經退休，并任科羅拉多丹佛大學的生物學名譽教授，他們曾經于1982―2006年間在這所大學教授生物學導論和神經生物學兩門課程。他們還進行了關于環境中低濃度污染物對神經元的危害和雌激素對神經元的保護作用機制方面的研究。
第1章 緒論：生物學與你 1
1．1 什么是生命？ 2
1．1．1 生物需要物質和能量以維持生存 2
1．1．2 生物需要復雜的調節機制來維持自身的生存 3
1．1．3 面對刺激，生物會有所應對和保護自己 4
1．1．4 生物會生長 4
1．1．5 生物會繁衍后代 5
1．1．6 生物都有進化的能力 5
1．2 什么是進化？ 6
1．2．1 生物進化三步走 6
1．3 科學家是如何進行生物學研究的？ 8
1．3．1 生物學研究的多種層面 8
1．3．2 生物學家通過生物在進化過程中的親緣關系將其分類 9
1．4 什么是科學？ 11
1．4．1 科學基于以下公理：一切自然事件皆有起因 11
1．4．2 科學研究需要大量科學方法作為工具 12
1．4．3 生物學家用對照實驗來驗證假說 12
1．4．4 生物理論均經過嚴密的驗證 12
1．4．5 科學是一種人類活動 13
第一篇 細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構單位 17
2．1．2 原子由更小的粒子構成 17
2．1．3 元素用原子序數來定義 18
2．1．4 同位素指質子數相同而中子數不同的同種元素 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外層電子層的空缺 20
2．2．2 原子之間依靠化學鍵形成分子 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重要？ 30
3．1．1 有機物分子復雜多樣是由碳原子之間所形成的化學鍵決定的 30
3．2 有機物分子是如何形成的？ 31
3．2．1 聚合物通常通過脫水反應形成、通過水解反應分解 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構 33
3．3．2 二糖是兩個單糖通過脫水反應而連接形成的 33
3．3．3 多糖是多個單糖結合在一起形成的鏈狀結構 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和疏水的尾部基團 37
3．4．3 固醇類含有4個結合在一起的碳環 38
3．5 什么是蛋白質？ 38
3．5．1 蛋白質是由氨基酸長鏈構成的 39
3．5．2 氨基酸通過脫水反應結合在一起，形成蛋白質 40
3．5．3 蛋白質可以形成多達四級的結構 40
3．5．4 蛋白質的功能與其三維立體結構相關 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，也可以作為胞內信號轉導的信使 42
3．6．2 DNA和RNA都是核酸，它們是遺傳物質 43
第4章 細胞的結構與功能 44
4．1 什么是細胞學說？ 45
4．2 細胞的基本特性是什么？ 45
4．2．1 所有細胞都具有共同的特征 45
4．2．2 細胞有兩種基本類型：原核細胞和真核細胞 48
4．3 真核細胞的主要特征是什么？ 49
4．3．1 有些真核細胞需要依靠細胞壁來支撐細胞結構 50
4．3．2 細胞骨架維持細胞形態、支撐細胞結構和調控細胞運動 50
4．3．3 鞭毛和纖毛使細胞順著液體流動的方向運動，或者使液體流過細胞表面 51
4．3．4 細胞核含有DNA，是真核細胞的控制中心 52
4．3．5 真核細胞的細胞質中的膜結構形成細胞中的內膜系統 54
4．3．6 液泡的功能多種多樣，包括調節水平衡、儲存物質和支撐細胞結構 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 植物有時利用質體（或稱為色素體）來儲存能量 60
4．4 原核細胞的主要特征是什么？ 60
4．4．1 原核細胞的細胞表面十分特殊 61
4．4．2 與真核細胞相比，原核細胞的細胞質結構更簡單 62
第5章 細胞膜的結構與功能 63
5．1 細胞膜的結構是如何與其功能相關的？ 64
5．1．1 細胞膜是“流動的鑲嵌結構”，蛋白質在脂質分子層中不斷移動 64
5．1．2 磷脂雙層將細胞的內容物與外界隔離開 65
5．1．3 多種蛋白在細胞膜上形成鑲嵌圖案 66
5．2 物質是如何通過細胞膜的？ 67
5．2．1 梯度使流體中的分子產生擴散現象 67
5．2．2 跨膜運輸包括被動運輸及耗能運輸 67
5．2．3 被動運輸包括簡單擴散、協同擴散及滲透 68
5．2．4 耗能運輸包括主動運輸、內吞和胞吐 71
5．2．5 跨膜的物質交換影響細胞的大小和形狀 74
5．3 特化的連接是如何使細胞相連和交流的？ 74
5．3．1 橋粒將細胞黏附在一起 74
5．3．2 緊密連接使細胞黏附滴水不漏 75
5．3．3 間隙連接和胞間連絲使細胞間可直接交流 75
第6章 細胞中的能量流動 76
6．1 什么是能量？ 77
6．1．1 熱力學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造低熵的環境 78
6．2 能量在化學反應中是如何轉化的？ 79
6．2．1 放能反應釋放能量 79
6．2．2 吸能反應需要吸收能量 79
6．3 能量在細胞中是如何轉運的？ 80
6．3．1 ATP和電子載體是細胞內的載能分子 80
6．3．2 偶聯反應聯系放能反應和吸能反應 81
6．4 酶是如何催化生化反應的？ 82
6．4．1 催化劑降低啟動反應所需的能量 82
6．4．2 酶是生物催化劑 82
6．5 生物酶是如何被調控的？ 84
6．5．1 細胞通過控制生物酶的合成和活化來調控代謝途徑 84
6．5．2 有毒物質、藥物和環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 光合作用由光反應和開爾文循環組成 90
7．2 光反應階段：光能是如何轉化為化學能的？ 92
7．2．1 捕獲光能的是葉綠體中的色素 92
7．2．2 光反應階段發生在基粒的膜結構上 94
7．3 開爾文循環：化學能是如何儲存在糖類分子中的？ 96
7．3．1 開爾文循環捕獲二氧化碳 97
7．3．2 開爾文循環中固定的碳元素用來合成葡萄糖 97
第8章 能量的獲取：糖酵解和細胞呼吸作用 99
8．1 細胞是如何獲得能量的？ 100
8．1．1 光合作用產生的能量是細胞能量的最終來源 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 什么是細胞的呼吸作用？ 102
8．3．1 在細胞呼吸作用的第一個階段，丙酮酸發生分解 102
8．3．2 在細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 在細胞呼吸作用的第三個階段，ATP通過化學滲透作用形成 103
8．3．4 細胞的呼吸作用可以從多種分子中獲取能量 105
8．4 發酵是如何發生的？ 105
8．4．1 在無氧的環境下，細胞通過發酵作用實現NAD+的循環利用 105
8．4．2 有些細胞通過發酵作用將丙酮酸分解為乳酸 105
8．4．3 有些細胞通過發酵作用將丙酮酸轉化為乙醇和二氧化碳 106
第二篇 遺 傳
第9章 生命的延續：細胞增殖 108
9．1 細胞為什么分裂？ 109
9．1．1 細胞分裂將遺傳信息傳遞給每一個子代細胞 109
9．1．2 細胞分裂是生長和發育所必需的 110
9．1．3 細胞分裂是有性繁殖和無性繁殖所必需的 110
9．2 什么是原核細胞的細胞周期？ 111
9．3 真核細胞的DNA分子是如何排列的？ 112
9．3．1 真核細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構成 113
9．3．2 基因是染色體上的DNA片段 113
9．3．3 復制后的一對染色體在細胞分裂時分開 113
9．3．4 真核細胞的染色體通常成對出現且包含相同的遺傳信息 114
9．4 真核細胞的細胞周期是如何發生的？ 116
9．4．1 真核細胞的細胞周期包括間期和有絲分裂期 116
9．5 細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胞？ 117
9．5．1 在有絲分裂前期，染色體發生壓縮、紡錘體微管結構形成、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構 119
9．5．5 在細胞質分裂間期，親代細胞的細胞質分配給兩個子代細胞 120
9．6 細胞周期是如何被調控的？ 120
9．6．1 特定蛋白質的活化與失活推動細胞周期進程 120
9．6．2 細胞周期檢查點調節細胞周期的進程 121
9．7 為什么如此多的生物通過有性生殖進行繁殖？ 122
9．7．1 有性生殖產生的后代可以結合兩個親本的等位基因 122
9．8 減數分裂是如何產生單倍體細胞的？ 123
9．8．1 減數第一次分裂將同源染色體分開，分配給兩個單倍體子代細胞的細胞核 124
9．8．2 減數第二次分裂將姐妹染色單體分配到4個子代細胞的細胞核中 126
9．9 在真核細胞的生命周期中有絲分裂和減數分裂是何時發生的？ 127
9．9．1 處于二倍體生命周期的生物，大多數細胞處于二倍體狀態 127
9．9．2 處于單倍體生命周期的生物，大多數細胞處于單倍體狀態 128
9．9．3 在世代交替的生命周期中，既存在二倍體多細胞階段，又存在單倍體多細胞階段 128
9．10 生物是如何通過減數分裂和有性生殖產生基因多態性的？ 129
9．10．1 同源染色體的隨機分離創造新的染色體組合 129
9．10．2 互換創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 遺傳的物質基礎是什么？ 132
10．1．1 基因是染色體特定區域的核苷酸序列 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現的？ 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驗的結果 135
10．3．2 通過簡單的遺傳統計可以預測后代的基因型和表現型 136
10．3．3 孟德爾的假說可以用來預測新的單性狀雜交的結果 138
10．4 多個性狀是如何遺傳的？ 138
10．4．1 孟德爾提出假說，認為性狀是獨立遺傳的 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控 143
10．5．4 單個基因可能對表現型有許多影響 143
10．5．5 環境會影響基因的表達 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 交叉互換會產生新的連鎖等位基因組合 145
10．7 性別和與性別相關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目異常導致的 152
第11章 DNA：遺傳分子 155
11．1 科學家如何發現基因是由DNA組成的？ 156
11．1．1 細菌轉化實驗揭示了基因和DNA之間的關系 156
11．1．2 轉化分子就是DNA 157
11．2 DNA的結構是怎樣的？ 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構 158
11．2．3 互補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 細胞分裂時，DNA的復制機制如何確保遺傳穩定性？ 160
11．4．1 DNA復制產生兩條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？它是如何發生的？ 162
11．5．1 精確的復制、校對、修復機制產生幾乎毫無瑕疵的DNA 162
11．5．2 有毒物質、輻射、復制過程中的隨機錯誤造成突變 162
11．5．3 突變范圍：從單個堿基到染色體片段 162
第12章 基因的表達與調控 164
12．1 細胞是如何利用DNA中的遺傳信息的？ 165
12．1．1 大多數基因包含了合成蛋白質所需的信息 165
12．1．2 DNA以RNA為媒介指導蛋白質合成 165
12．1．3 綜述：遺傳信息經轉錄傳遞給RNA，然后經翻譯傳遞給蛋白質 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錄入RNA中的？ 169
12．2．1 當RNA聚合酶結合基因的啟動子時，轉錄開始 170
12．2．2 在延伸過程中產生一條不斷延長的RNA鏈 170
12．2．3 當RNA聚合酶到達終止信號時，轉錄結束 170
12．3 mRNA的堿基序列是如何翻譯出蛋白質的？ 170
12．3．1 在真核生物中，前體RNA經處理后形成可翻譯出蛋白質的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 172
12．3．3 總結：將DNA中的堿基序列解碼為蛋白質中的氨基酸序列 174
12．4 基因突變是如何影響蛋白質的結構與功能的？ 175
12．4．1 突變的效應由其改變mRNA密碼子的方式決定 175
12．5 基因的表達是如何被調控的？ 176
12．5．1 在原核生物中，基因的表達主要在轉錄水平上受到調控 177
12．5．2 在真核生物中，基因的表達受到許多水平上的調控 178
第13章 生物技術 182
13．1 什么是生物技術？ 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 轉化作用可以重組來自不同種細菌的DNA 183
13．2．3 病毒能夠在物種間傳遞DNA 184
13．3 生物技術是如何應用于法醫學的? 185
13．3．1 多聚酶鏈式反應能夠擴增DNA 185
13．3．2 短串聯重復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探針被用來標記特定的核苷酸序列 187
13．3．5 無血緣關系的人的DNA基因圖幾乎不可能相同 189
13．4 如何用生物技術制造轉基因生物？ 190
13．4．1 分離或合成目標基因 190
13．4．2 克隆目的基因 191
13．4．3 基因被導入宿主生物中 191
13．5 生物技術是如何應用于農業的？ 192
13．5．1 很多植物都是轉基因的 192
13．5．2 轉基因植物可用于生產藥物 193
13．5．3 轉基因動物在農業和醫學上可能會有用 193
13．6 生物技術是如何用于研究人類和其他生物的基因組的？ 194
13．7 生物技術是如何用于醫學診斷和治療的？ 194
13．7．1 DNA技術可用于診斷遺傳病 195
13．7．2 DNA技術有助于治療疾病 196
13．8 現代生物技術的主要倫理問題是什么？ 198
13．8．1 應該允許在農業生產中使用轉基因植物嗎？ 198
13．8．2 人們應該使用生物技術改變人類基因組嗎？ 199
第三篇 生命的進化和多樣性
第14章 進化的原理 202
14．1 進化的思想是如何發展起來的？ 203
14．1．1 早期生物學思想不包括進化的概念 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 少數科學家推測生命是經過進化的 204
14．1．4 化石的發現表明生命隨時間而變化 204
14．1．5 一些科學家對化石做出了非進化學上的解釋 205
14．1．6 地質學提供了地球極度古老的證據 206
14．1．7 在達爾文之前，生物學家提出了進化的機制 206
14．1．8 達爾文和華萊士提出了一種進化的機制 207
14．2 自然選擇是如何發揮作用的？ 207
14．2．1 達爾文和華萊士的理論依賴于四條假設 208
14．2．2 假設1：種群中的個體互不相同 208
14．2．3 假設2：性狀從親代傳遞給子代 208
14．2．4 假設3：有些個體未能存活并繁殖 208
14．2．5 假設4：存活和繁殖不是由運氣決定的 209
14．2．6 隨著時間的推移，自然選擇改變了種群 209
14．3 我們是如何知道進化曾經發生的？ 209
14．3．1 化石為隨時間的進化變化提供了證據 209
14．3．2 比較解剖學提供了后代漸變的證據 210
14．4 種群通過自然選擇進化的證據是什么？ 213
14．4．1 受控繁殖使生物發生了改變 214
14．4．2 自然選擇導致的進化在今天也存在 214
14．4．3 自然選擇作用于隨機變異，選擇其中最適應特定環境的性狀 216
第15章 種群如何進化 217
15．1 種群、基因和進化之間有何關聯？ 218
15．1．1 基因和環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生進化的假想種群 219
15．2 導致進化的是什么？ 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，等位基因頻率會發生偶然性改變 223
15．2．4 種群內的交配幾乎從來都不是隨機的 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型 228
15．3．3 一些表現型相對于其他表現型存在繁殖優勢 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 每個物種都是獨立進化的 234
16．1．2 外表可能具有誤導性 234
16．2 物種之間的生殖隔離是如何維持的？ 235
16．2．1 交配前隔離機制防止跨物種交配 236
16．2．2 交配后隔離機制限制雜種后代的生存 238
16．3 新物種是如何產生的？ 239
16．3．1 種群的地理隔離會導致同域物種形成 239
16．3．2 不存在地理分離的遺傳學隔離會導致同域物種形成 240
16．3．3 有些條件可能產生很多新的物種 242
16．4 導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 生命是如何產生的？ 246
17．1．1 第一個生物來源于非生命物質 246
17．1．2 RNA可能是第一個能自我復制的分子 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 一些生物進化出捕獲太陽光能的能力 251
17．2．3 為應對氧氣帶來的危險，出現了有氧代謝 251
17．2．4 一些生物獲得了膜性細胞器 252
17．3 最早的多細胞生物是什么樣的？ 254
17．3．1 有些藻類成為了多細胞生物 254
17．3．2 在前寒武紀時代，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 一些植物適應了干燥陸地上的生活 256
17．4．2 一些動物適應了干燥陸地上的生活 257
17．5 滅絕在進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記進化史 259
17．6 人類是如何進化而來的？ 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 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 現代人類在不到20萬年前才出現 265
17．6．5 巨大的大腦的進化起源可能和食用肉以及烹飪有關 267
17．6．6 復雜的文化直到不久前才出現 267
第18章 系統分類學：在多樣性中尋求秩序 269
18．1 科學家是如何對生物命名和分類的？ 270
18．1．1 每個物種都有獨一無二的、由兩部分組成的名字 270
18．1．2 現代分類方法強調進化血統的模式 270
18．1．3 系統分類學家鑒定能夠揭示進化關系的特征 271
18．1．4 系統分類學家依靠分子相似性來重建種系發生樹 271
18．1．5 系統分類學家對存在關聯的物種群體進行命名 272
18．1．6 分類等級系統的作用正在減小 273
18．2 生命有哪些域？ 274
18．3 為什么分類方法會發生改變？ 275
18．3．1 科學家發現新的信息時，物種的名稱就會改變 276
18．3．2 生物學對物種的定義可能很難或者無法應用 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 哪些生物屬于古細菌域和細菌域？ 279
19．1．1 細菌和古細菌有根本上的不同 279
19．1．2 對原核生物進行分類非常困難 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 很多細菌在表面形成保護膜 281
19．2．3 具有保護作用的內生孢子使細菌能夠抵御不利環境 281
19．2．4 原核生物對特定棲息地產生特化 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 原核生物能在不進行繁殖的情況下交換遺傳物質 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外殼組成 286
19．4．2 病毒的復制需要宿主 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 綠藻與陸地植物關系密切 302
第21章 植物的多樣性 303
21．1 植物的關鍵特征是什么？ 304
21．1．1 植物能進行光合作用 304
21．1．2 植物有多細胞的依賴性胚胎 304
21．1．3 植物有交替的多細胞單倍體和二倍體世代 304
21．2 植物是如何進化而來的？ 305
21．2．1 植物的祖先生活在水中 306
21．2．2 早期的植物進軍了陸地 306
21．2．3 植物體發生了進化以抵抗重力和干旱 306
21．2．4 植物進化出可以保護胚胎和性細胞的方式，無須水即可散播它們 306
21．2．5 近來進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結構 307
21．3．2 維管束植物具有傳導細胞，這些細胞提供支撐 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 植物的生態學地位極其重要 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 真菌的主體由細絲組成 321
22．1．2 真菌從其他生物獲取營養 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構 325
22．2．5 球囊菌與植物的根共生 325
22．2．6 擔子菌產生棒狀繁殖器官 325
22．2．7 子囊菌在囊狀的小室中產生孢子 327
22．2．8 面包霉是一種能夠通過產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 真菌會導致人類疾病 332
22．4．3 真菌會產生毒素 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 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 哪些解剖學特征標記了動物進化樹上的分支點？ 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 有組織的動物表現出輻射對稱或左右對稱 336
23．2．3 大多數左右對稱的動物有體腔 338
23．2．4 左右對稱動物的發育方式有兩種 339
23．2．5 原口動物包含兩個截然不同的進化路線 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 環節動物是分節的蠕蟲 347
23．3．6 大多數軟體動物都有殼 348
23．3．7 節肢動物是種類最多、數量最大的動物 351
23．3．8 線蟲在自然界中大量存在，大多數體型很小 356
23．3．9 棘皮動物有碳酸鈣構成的骨骼 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個獨特的結構 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 爬行動物適應了陸地生活 369
24．3．7 哺乳動物用乳汁喂養下一代 371
第四篇 行為與生態學
第25章 動物的行為 376
25．1 天生的行為與后天習得的行為如何不同？ 377
25．1．1 天生的行為不需經驗就能進行 377
25．1．2 習得行為需要經驗 377
25．1．3 天生行為與習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 信息外激素持續時間久但難以實時變化 384
25．2．4 觸碰交流有利于動物建立群居關系 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 動物常需保護領地 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 動物會獨自玩耍，也會一起嬉戲 391
25．5．2 玩耍有助于行為開發 392
25．6 動物結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出利他精神 393
25．6．4 蜜蜂生活在有著剛性結構的社群中 393
25．6．5 作為一種脊椎動物，裸濱鼠可以形成更為復雜的社群 394
25．7 生物學能解釋人類行為嗎？ 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，語言學習能力就越強 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 396
25．7．5 通過雙胞胎研究人類行為的遺傳因素 397
25．7．6 對人類行為學的研究極富爭議 397
第26章 種群數量的增長和調節 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節的？ 401
26．2．1 指數級增長只在非正常條件下發生 402
26．2．2 環境阻力限制種群數量的增長 403
26．3 種群在空間和時間上是如何分布的？ 408
26．3．1 不同種群表現出不同的空間分布 409
26．3．2 種群表現出不同的年齡分布 409
26．4 人類的種群數量是如何變化的？ 410
26．4．1 人口持續快速增長 410
26．4．2 人類的進步增加了地球對人類的容納量 411
26．4．3 人口轉變解釋了人口規模的趨勢 411
26．4．4 世界人口增長的地理分布很不均勻 412
26．4．5 人口的年齡結構決定了未來的增長 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系為何如此重要？ 418
27．2 生態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生競爭 418
27．2．2 適應性變化可以減少共存的物種之間生態位的重疊 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 種內競爭是調節種群大小的一個主要因素 420
27．3 捕食者―獵物關系如何塑造適應性進化？ 420
27．3．1 一些捕食者和獵物進化出相互抵消的適應性變化 421
27．3．2 捕食者和獵物之間可能發生化學戰爭 421
27．3．3 捕食者和獵物的外貌都可能有欺騙性 421
27．4 寄生關系和互利共生關系是什么？ 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 關鍵物種是如何影響群落結構的？ 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 頂級群落中不發生演替 430
27．6．3 有些生態系統會維持在次頂級階段 431
第28章 生態系統中的能量 432
28．1 營養物和能量在生態系統中如何運動？ 433
28．2 生態系統中的能量是如何流動的？ 434
28．2．1 能量通過光合作用進入生態系統 434
28．2．2 能量從一個營養級進入下一營養級 434
28．2．3 凈初級生產量是對生產者體內儲存能量的衡量 434
28．2．4 食物鏈和食物網描述了群落中的營養關系 435
28．2．5 營養級之間的能量轉移效率很低 437
28．3 營養物是如何在生態系統中和生態系統之間循環的？ 438
28．3．1 水循環的主要儲存庫是海洋 438
28．3．2 碳循環的主要儲存庫是大氣層和海洋 439
28．3．3 氮循環的主要儲存庫是大氣層 440
28．3．4 磷循環的主要儲存庫在巖石中 441
28．4 人類擾亂營養物質循環時會發生什么？ 442
28．4．1 氮循環和磷循環的過載危害海洋生態系統 442
28．4．2 硫循環和氮循環的過載造成酸雨 443
28．4．3 人類對碳循環的干涉導致地球氣候發生改變 444
第29章 多姿多彩的地球生態系統 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 一個區域在地球上所處的經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 452
29．2．4 山脈使氣候類型變得復雜 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 保護地球的生物多樣性 471
30．1 什么是生物保護學？ 472
30．2 為什么生物多樣性很重要？ 472
30．2．1 生態系統服務是生物多樣性的實用之處 472
30．2．2 生態經濟學試圖衡量生態系統服務的價值 474
30．2．3 生物多樣性有助于生態系統完成功能 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 生物保護學是如何保護生物多樣性的？ 481
30．5．1 保護棲息地對保護生物多樣性來說至關重要 482
30．6 環境可持續性發展為什么對人類未來至關重要？ 483
30．6．1 可持續發展促進生態和人類長遠福祉 483
30．6．2 地球的未來在你手中 485
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