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第1章 绪论：生物学与你1

1.1 什么是生命？2

1.1.1 生物需要物质和能量以维持生存2

1.1.2 生物需要复杂的调节机制来维持自身的生存3

1.1.3 面对刺激，生物会有所应对和保护自己4

1.1.4 生物会生长4

1.1.5 生物会繁衍后代5

1.1.6 生物都有进化的能力5

1.2 什么是进化？6

1.2.1 生物进化三步走6

1.3 科学家是如何进行生物学研究的？8

1.3.1 生物学研究的多种层面8

1.3.2 生物学家通过生物在进化过程中的亲缘关系将其分类9

1.4 什么是科学？11

1.4.1 科学基于以下公理：一切自然事件皆有起因11

1.4.2 科学研究需要大量科学方法作为工具12

1.4.3 生物学家用对照实验来验证假说12

1.4.4 生物理论均经过严密的验证12

1.4.5 科学是一种人类活动13

第一篇 细胞是生命体的基本单位16

第2章 原子、分子与生命16

2.1 什么是原子？17

2.1.1 原子是元素的基本结构单位17

2.1.2 原子由更小的粒子构成17

2.1.3 元素用原子序数来定义18

2.1.4 同位素指质子数相同而中子数不同的同种元素18

2.1.5 原子核和电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 原子形成分子以填补外层电子层的空缺20

2.2.2 原子之间依靠化学键形成分子20

2.2.3 离子之间可以形成离子键21

2.2.4 共价键通过原子之间共享电子而形成22

2.2.5 原子间通过共价键可形成极性分子或非极性分子22

2.2.6 氢键是特定极性分子间的引力23

2.3 为什么水对生命如此重要？23

2.3.1 水分子之间相互吸引24

2.3.2 水分子可与其他生物大分子相互作用24

2.3.3 水起到维持温度恒定的作用25

2.3.4 水可以形成特殊的固体——冰26

2.3.5 水溶液可以呈酸性、碱性或中性27

第3章 生物大分子29

3.1 为什么碳元素在生物大分子中至关重要？30

3.1.1 有机物分子复杂多样是由碳原子之间所形成的化学键决定的30

3.2 有机物分子是如何形成的？31

3.2.1 聚合物通常通过脱水反应形成、通过水解反应分解31

3.3 什么是碳水化合物？32

3.3.1 不同的单糖具有相同的分子式和不同的结构33

3.3.2 二糖是两个单糖通过脱水反应而连接形成的33

3.3.3 多糖是多个单糖结合在一起形成的链状结构34

3.4 什么是脂类？36

3.4.1 油脂、脂肪和蜡是仅含碳、氢和氧三种元素的脂类36

3.4.2 磷脂类含有亲水的头部基团和疏水的尾部基团37

3.4.3 固醇类含有4个结合在一起的碳环38

3.5 什么是蛋白质？38

3.5.1 蛋白质是由氨基酸长链构成的39

3.5.2 氨基酸通过脱水反应结合在一起，形成蛋白质40

3.5.3 蛋白质可以形成多达四级的结构40

3.5.4 蛋白质的功能与其三维立体结构相关42

3.6 什么是核苷酸、什么是核酸？42

3.6.1 核苷酸可以作为能量储存的载体，也可以作为胞内信号转导的信使42

3.6.2 DNA和RNA都是核酸，它们是遗传物质43

第4章 细胞的结构与功能44

4.1 什么是细胞学说？45

4.2 细胞的基本特性是什么？45

4.2.1 所有细胞都具有共同的特征45

4.2.2 细胞有两种基本类型：原核细胞和真核细胞48

4.3 真核细胞的主要特征是什么？49

4.3.1 有些真核细胞需要依靠细胞壁来支撑细胞结构50

4.3.2 细胞骨架维持细胞形态、支撑细胞结构和调控细胞运动50

4.3.3 鞭毛和纤毛使细胞顺着液体流动的方向运动，或者使液体流过细胞表面51

4.3.4 细胞核含有DNA，是真核细胞的控制中心52

4.3.5 真核细胞的细胞质中的膜结构形成细胞中的内膜系统54

4.3.6 液泡的功能多种多样，包括调节水平衡、储存物质和支撑细胞结构58

4.3.7 线粒体从食物中获取能源，而叶绿体可以直接捕获太阳能58

4.3.8 植物有时利用质体（或称为色素体）来储存能量60

4.4 原核细胞的主要特征是什么？60

4.4.1 原核细胞的细胞表面十分特殊61

4.4.2 与真核细胞相比，原核细胞的细胞质结构更简单62

第5章 细胞膜的结构与功能63

5.1 细胞膜的结构是如何与其功能相关的？64

5.1.1 细胞膜是“流动的镶嵌结构”，蛋白质在脂质分子层中不断移动64

5.1.2 磷脂双层将细胞的内容物与外界隔离开65

5.1.3 多种蛋白在细胞膜上形成镶嵌图案66

5.2 物质是如何通过细胞膜的？67

5.2.1 梯度使流体中的分子产生扩散现象67

5.2.2 跨膜运输包括被动运输及耗能运输67

5.2.3 被动运输包括简单扩散、协同扩散及渗透68

5.2.4 耗能运输包括主动运输、内吞和胞吐71

5.2.5 跨膜的物质交换影响细胞的大小和形状74

5.3 特化的连接是如何使细胞相连和交流的？74

5.3.1 桥粒将细胞黏附在一起74

5.3.2 紧密连接使细胞黏附滴水不漏75

5.3.3 间隙连接和胞间连丝使细胞间可直接交流75

第6章 细胞中的能量流动76

6.1 什么是能量？77

6.1.1 热力学定律描述了能量的基本特征77

6.1.2 生物利用太阳能为生命创造低熵的环境78

6.2 能量在化学反应中是如何转化的？79

6.2.1 放能反应释放能量79

6.2.2 吸能反应需要吸收能量79

6.3 能量在细胞中是如何转运的？80

6.3.1 ATP和电子载体是细胞内的载能分子80

6.3.2 偶联反应联系放能反应和吸能反应81

6.4 酶是如何催化生化反应的？82

6.4.1 催化剂降低启动反应所需的能量82

6.4.2 酶是生物催化剂82

6.5 生物酶是如何被调控的？84

6.5.1 细胞通过控制生物酶的合成和活化来调控代谢途径84

6.5.2 有毒物质、药物和环境因素都会影响酶的活性87

第7章 光合作用：太阳能捕手89

7.1 什么是光合作用？90

7.1.1 叶片和叶片中的叶绿素是光合作用的必备条件90

7.1.2 光合作用由光反应和开尔文循环组成90

7.2 光反应阶段：光能是如何转化为化学能的？92

7.2.1 捕获光能的是叶绿体中的色素92

7.2.2 光反应阶段发生在基粒的膜结构上94

7.3 开尔文循环：化学能是如何储存在糖类分子中的？96

7.3.1 开尔文循环捕获二氧化碳97

7.3.2 开尔文循环中固定的碳元素用来合成葡萄糖97

第8章 能量的获取：糖酵解和细胞呼吸作用99

8.1 细胞是如何获得能量的？100

8.1.1 光合作用产生的能量是细胞能量的最终来源100

8.1.2 葡萄糖是主要的储能分子101

8.2 什么是糖酵解作用？101

8.3 什么是细胞的呼吸作用？102

8.3.1 在细胞呼吸作用的第一个阶段，丙酮酸发生分解102

8.3.2 在细胞呼吸作用的第二个阶段，高能电子会通过电子传递链103

8.3.3 在细胞呼吸作用的第三个阶段，ATP通过化学渗透作用形成103

8.3.4 细胞的呼吸作用可以从多种分子中获取能量105

8.4 发酵是如何发生的？105

8.4.1 在无氧的环境下，细胞通过发酵作用实现NAD＋的循环利用105

8.4.2 有些细胞通过发酵作用将丙酮酸分解为乳酸105

8.4.3 有些细胞通过发酵作用将丙酮酸转化为乙醇和二氧化碳106

第二篇 遗传108

第9章 生命的延续：细胞增殖108

9.1 细胞为什么分裂？109

9.1.1 细胞分裂将遗传信息传递给每一个子代细胞109

9.1.2 细胞分裂是生长和发育所必需的110

9.1.3 细胞分裂是有性繁殖和无性繁殖所必需的110

9.2 什么是原核细胞的细胞周期？111

9.3 真核细胞的DNA分子是如何排列的？112

9.3.1 真核细胞的染色体由一条线性的DNA双螺旋分子和其上连接的蛋白质构成113

9.3.2 基因是染色体上的DNA片段113

9.3.3 复制后的一对染色体在细胞分裂时分开113

9.3.4 真核细胞的染色体通常成对出现且包含相同的遗传信息114

9.4 真核细胞的细胞周期是如何发生的？116

9.4.1 真核细胞的细胞周期包括间期和有丝分裂期116

9.5 细胞如何通过有丝分裂生成遗传背景完全相同的两个子代细胞？117

9.5.1 在有丝分裂前期，染色体发生压缩、纺锤体微管结构形成、核膜破裂、染色体与纺锤体微管相连117

9.5.2 在有丝分裂中期，染色体排列在细胞的赤道板上119

9.5.3 在有丝分裂末期，姐妹染色单体分开并被牵引到细胞的两极119

9.5.4 在有丝分裂末期，每套染色体周围会形成核膜结构119

9.5.5 在细胞质分裂间期，亲代细胞的细胞质分配给两个子代细胞120

9.6 细胞周期是如何被调控的？120

9.6.1 特定蛋白质的活化与失活推动细胞周期进程120

9.6.2 细胞周期检查点调节细胞周期的进程121

9.7 为什么如此多的生物通过有性生殖进行繁殖？122

9.7.1 有性生殖产生的后代可以结合两个亲本的等位基因122

9.8 减数分裂是如何产生单倍体细胞的？123

9.8.1 减数第一次分裂将同源染色体分开，分配给两个单倍体子代细胞的细胞核124

9.8.2 减数第二次分裂将姐妹染色单体分配到4个子代细胞的细胞核中126

9.9 在真核细胞的生命周期中有丝分裂和减数分裂是何时发生的？127

9.9.1 处于二倍体生命周期的生物，大多数细胞处于二倍体状态127

9.9.2 处于单倍体生命周期的生物，大多数细胞处于单倍体状态128

9.9.3 在世代交替的生命周期中，既存在二倍体多细胞阶段，又存在单倍体多细胞阶段128

9.10 生物是如何通过减数分裂和有性生殖产生基因多态性的？129

9.10.1 同源染色体的随机分离创造新的染色体组合129

9.10.2 互换创造具有新基因组合的染色体130

9.10.3 配子的融合增加了子代基因的多样性130

第10章 遗传的方式131

10.1 遗传的物质基础是什么？132

10.1.1 基因是染色体特定区域的核苷酸序列132

10.1.2 基因突变是等位基因的来源132

10.1.3 生物的一对等位基因可能相同也可能不同132

10.2 遗传法则是如何被发现的？133

10.2.1 做正确的事是孟德尔成功的秘诀133

10.3 单一的性状是如何遗传的？134

10.3.1 同源染色体上显性基因和隐性基因的遗传可以解释孟德尔杂交实验的结果135

10.3.2 通过简单的遗传统计可以预测后代的基因型和表现型136

10.3.3 孟德尔的假说可以用来预测新的单性状杂交的结果138

10.4 多个性状是如何遗传的？138

10.4.1 孟德尔提出假说，认为性状是独立遗传的139

10.4.2 生不逢时的天才被埋没141

10.5 孟德尔遗传规则对所有的性状都适用吗？141

10.5.1 在不完全显性的情况下，杂合子的表现型介于两种纯合子之间141

10.5.2 一个基因可能有多个等位基因141

10.5.3 很多性状由几个基因调控143

10.5.4 单个基因可能对表现型有许多影响143

10.5.5 环境会影响基因的表达144

10.6 位于同一染色体上的基因是如何遗传的？144

10.6.1 位于同一染色体上的基因倾向于一起遗传给下一代144

10.6.2 交叉互换会产生新的连锁等位基因组合145

10.7 性别和与性别相关的性状是如何遗传的？146

10.7.1 对于哺乳动物，后代的性别由精子中的性染色体决定146

10.7.2 与性别相关的基因只在X或Y染色体上存在146

10.8 人类的遗传缺陷是如何遗传的？148

10.8.1 有些人类遗传病是由单个基因控制的149

10.8.2 有些人类遗传病是由染色体数目异常导致的152

第11章 DNA：遗传分子155

11.1 科学家如何发现基因是由DNA组成的？156

11.1.1 细菌转化实验揭示了基因和DNA之间的关系156

11.1.2 转化分子就是DNA157

11.2 DNA的结构是怎样的？157

11.2.1 DNA由4种核苷酸组成157

11.2.2 DNA是两条核苷酸链形成的双螺旋结构158

11.2.3 互补碱基之间形成的氢键将两条DNA连接起来形成双螺旋159

11.3 DNA是如何编码遗传信息的？160

11.3.1 遗传信息由核苷酸序列编码160

11.4 细胞分裂时，DNA的复制机制如何确保遗传稳定性？160

11.4.1 DNA复制产生两条DNA双螺旋，各自含有一条母链、一条子链161

11.5 突变的含义是什么？它是如何发生的？162

11.5.1 精确的复制、校对、修复机制产生几乎毫无瑕疵的DNA162

11.5.2 有毒物质、辐射、复制过程中的随机错误造成突变162

11.5.3 突变范围：从单个碱基到染色体片段162

第12章 基因的表达与调控164

12.1 细胞是如何利用DNA中的遗传信息的？165

12.1.1 大多数基因包含了合成蛋白质所需的信息165

12.1.2 DNA以RNA为媒介指导蛋白质合成165

12.1.3 综述：遗传信息经转录传递给RNA，然后经翻译传递给蛋白质167

12.1.4 遗传密码使用三个碱基指定一个氨基酸167

12.2 基因中的信息是如何转录入RNA中的？169

12.2.1 当RNA聚合酶结合基因的启动子时，转录开始170

12.2.2 在延伸过程中产生一条不断延长的RNA链170

12.2.3 当RNA聚合酶到达终止信号时，转录结束170

12.3 mRNA的碱基序列是如何翻译出蛋白质的？170

12.3.1 在真核生物中，前体RNA经处理后形成可翻译出蛋白质的mRNA171

12.3.2 在翻译过程中，mRNA、tRNA和核糖体相互合作以合成蛋白质172

12.3.3 总结：将DNA中的碱基序列解码为蛋白质中的氨基酸序列174

12.4 基因突变是如何影响蛋白质的结构与功能的？175

12.4.1 突变的效应由其改变mRNA密码子的方式决定175

12.5 基因的表达是如何被调控的？176

12.5.1 在原核生物中，基因的表达主要在转录水平上受到调控177

12.5.2 在真核生物中，基因的表达受到许多水平上的调控178

第13章 生物技术182

13.1 什么是生物技术？183

13.2 DNA在自然界是如何重组的？183

13.2.1 有性生殖可以重组DNA183

13.2.2 转化作用可以重组来自不同种细菌的DNA183

13.2.3 病毒能够在物种间传递DNA184

13.3 生物技术是如何应用于法医学的？185

13.3.1 多聚酶链式反应能够扩增DNA185

13.3.2 短串联重复序列之间的差异被用于通过DNA鉴别不同个体187

13.3.3 用凝胶电泳来分离DNA片段187

13.3.4 DNA探针被用来标记特定的核苷酸序列187

13.3.5 无血缘关系的人的DNA基因图几乎不可能相同189

13.4 如何用生物技术制造转基因生物？190

13.4.1 分离或合成目标基因190

13.4.2 克隆目的基因191

13.4.3 基因被导入宿主生物中191

13.5 生物技术是如何应用于农业的？192

13.5.1 很多植物都是转基因的192

13.5.2 转基因植物可用于生产药物193

13.5.3 转基因动物在农业和医学上可能会有用193

13.6 生物技术是如何用于研究人类和其他生物的基因组的？194

13.7 生物技术是如何用于医学诊断和治疗的？194

13.7.1 DNA技术可用于诊断遗传病195

13.7.2 DNA技术有助于治疗疾病196

13.8 现代生物技术的主要伦理问题是什么？198

13.8.1 应该允许在农业生产中使用转基因植物吗？198

13.8.2 人们应该使用生物技术改变人类基因组吗？199

第三篇 生命的进化和多样性202

第14章 进化的原理202

14.1 进化的思想是如何发展起来的？203

14.1.1 早期生物学思想不包括进化的概念203

14.1.2 对新大陆的探索揭示了生命惊人的多样性203

14.1.3 少数科学家推测生命是经过进化的204

14.1.4 化石的发现表明生命随时间而变化204

14.1.5 一些科学家对化石做出了非进化学上的解释205

14.1.6 地质学提供了地球极度古老的证据206

14.1.7 在达尔文之前，生物学家提出了进化的机制206

14.1.8 达尔文和华莱士提出了一种进化的机制207

14.2 自然选择是如何发挥作用的？207

14.2.1 达尔文和华莱士的理论依赖于四条假设208

14.2.2 假设1：种群中的个体互不相同208

14.2.3 假设2：性状从亲代传递给子代208

14.2.4 假设3：有些个体未能存活并繁殖208

14.2.5 假设4：存活和繁殖不是由运气决定的209

14.2.6 随着时间的推移，自然选择改变了种群209

14.3 我们是如何知道进化曾经发生的？209

14.3.1 化石为随时间的进化变化提供了证据209

14.3.2 比较解剖学提供了后代渐变的证据210

14.4 种群通过自然选择进化的证据是什么？213

14.4.1 受控繁殖使生物发生了改变214

14.4.2 自然选择导致的进化在今天也存在214

14.4.3 自然选择作用于随机变异，选择其中最适应特定环境的性状216

第15章 种群如何进化217

15.1 种群、基因和进化之间有何关联？218

15.1.1 基因和环境共同作用以决定性状218

15.1.2 基因库包含一个种群中所有的等位基因218

15.1.3 进化是种群中等位基因频率的改变219

15.1.4 平衡种群是一种不发生进化的假想种群219

15.2 导致进化的是什么？221

15.2.1 突变是遗传多样性的最初来源221

15.2.2 种群间的基因流改变等位基因频率221

15.2.3 在小种群中，等位基因频率会发生偶然性改变223

15.2.4 种群内的交配几乎从来都不是随机的227

15.2.5 不同的基因型不是同等有益的228

15.3 自然选择是如何发挥作用的？228

15.3.1 自然选择起源于不平等的繁殖228

15.3.2 自然选择作用于表现型228

15.3.3 一些表现型相对于其他表现型存在繁殖优势229

15.3.4 性选择偏好那些帮助生物交配的性状230

15.3.5 选择能够以三种方式影响种群231

第16章 物种的起源233

16.1 什么是物种？234

16.1.1 每个物种都是独立进化的234

16.1.2 外表可能具有误导性234

16.2 物种之间的生殖隔离是如何维持的？235

16.2.1 交配前隔离机制防止跨物种交配236

16.2.2 交配后隔离机制限制杂种后代的生存238

16.3 新物种是如何产生的？239

16.3.1 种群的地理隔离会导致同域物种形成239

16.3.2 不存在地理分离的遗传学隔离会导致同域物种形成240

16.3.3 有些条件可能产生很多新的物种242

16.4 导致物种灭绝的是什么？243

16.4.1 集中分布使物种变得脆弱243

16.4.2 过度特化增加灭绝风险244

16.4.3 与其他物种的相互作用可能使物种灭绝244

16.4.4 栖息地的改变和栖息地被破坏是物种灭绝的主要原因244

第17章 生命的历史245

17.1 生命是如何产生的？246

17.1.1 第一个生物来源于非生命物质246

17.1.2 RNA可能是第一个能自我复制的分子248

17.1.3 在类膜囊泡中可能存在闭合的核酶249

17.1.4 但是，所有这些真的发生过吗？249

17.2 最早的生物是什么样的？250

17.2.1 最早的生物是厌氧原核生物250

17.2.2 一些生物进化出捕获太阳光能的能力251

17.2.3 为应对氧气带来的危险，出现了有氧代谢251

17.2.4 一些生物获得了膜性细胞器252

17.3 最早的多细胞生物是什么样的？254

17.3.1 有些藻类成为了多细胞生物254

17.3.2 在前寒武纪时代，动物的多样性大大增加254

17.4 生命是如何登陆的？255

17.4.1 一些植物适应了干燥陆地上的生活256

17.4.2 一些动物适应了干燥陆地上的生活257

17.5 灭绝在进化史中起到什么作用？259

17.5.1 我们用周期性的大灭绝来标记进化史259

17.6 人类是如何进化而来的？261

17.6.1 人类继承了灵长类动物在树上生活的一些特殊适应261

17.6.2 最古老的猿人化石来自非洲262

17.6.3 人属在约250万年前从南方古猿中分离出来263

17.6.4 现代人类在不到20万年前才出现265

17.6.5 巨大的大脑的进化起源可能和食用肉以及烹饪有关267

17.6.6 复杂的文化直到不久前才出现267

第18章 系统分类学：在多样性中寻求秩序269

18.1 科学家是如何对生物命名和分类的？270

18.1.1 每个物种都有独一无二的、由两部分组成的名字270

18.1.2 现代分类方法强调进化血统的模式270

18.1.3 系统分类学家鉴定能够揭示进化关系的特征271

18.1.4 系统分类学家依靠分子相似性来重建种系发生树271

18.1.5 系统分类学家对存在关联的物种群体进行命名272

18.1.6 分类等级系统的作用正在减小273

18.2 生命有哪些域？274

18.3 为什么分类方法会发生改变？275

18.3.1 科学家发现新的信息时，物种的名称就会改变276

18.3.2 生物学对物种的定义可能很难或者无法应用276

18.4 存在多少个物种？276

第19章 原核生物和病毒的多样性278

19.1 哪些生物属于古细菌域和细菌域？279

19.1.1 细菌和古细菌有根本上的不同279

19.1.2 对原核生物进行分类非常困难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动280

19.2.2 很多细菌在表面形成保护膜281

19.2.3 具有保护作用的内生孢子使细菌能够抵御不利环境281

19.2.4 原核生物对特定栖息地产生特化282

19.2.5 原核生物的代谢方式多种多样282

19.2.6 原核生物通过分裂繁殖283

19.2.7 原核生物能在不进行繁殖的情况下交换遗传物质283

19.3 原核生物是如何影响人类和其他生物的？284

19.3.1 原核生物在动物营养方面起重要作用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 有些细菌威胁人类的健康285

19.4 什么是病毒、类病毒和朊病毒？286

19.4.1 病毒由DNA或RNA以及包裹在其外的蛋白质外壳组成286

19.4.2 病毒的复制需要宿主287

19.4.3 有些传染因子比病毒还要简单288

19.4.4 无人能确定这些感染粒子是如何起源的289

第20章 原生生物的多样性290

20.1 什么是原生生物？291

20.1.1 原生生物有各种各样的营养方式291

20.1.2 原生生物有多种繁殖方式291

20.1.3 原生生物影响人类和其他生物292

20.2 原生生物主要包括哪些？292

20.2.1 古虫缺乏线粒体293

20.2.2 眼虫类有与众不同的线粒体294

20.2.3 不等鞭毛类的鞭毛很特别295

20.2.4 囊泡虫可能是寄生虫，捕食者或浮游生物296

20.2.5 有孔虫类有纤细的伪足299

20.2.6 变形虫门原生生物有伪足但无外壳300

20.2.7 红藻含有红色的光合色素301

20.2.8 绿藻与陆地植物关系密切302

第21章 植物的多样性303

21.1 植物的关键特征是什么？304

21.1.1 植物能进行光合作用304

21.1.2 植物有多细胞的依赖性胚胎304

21.1.3 植物有交替的多细胞单倍体和二倍体世代304

21.2 植物是如何进化而来的？305

21.2.1 植物的祖先生活在水中306

21.2.2 早期的植物进军了陆地306

21.2.3 植物体发生了进化以抵抗重力和干旱306

21.2.4 植物进化出可以保护胚胎和性细胞的方式，无须水即可散播它们306

21.2.5 近来进化出的植物的配子体较小307

21.3 植物的主要种类有哪些？307

21.3.1 非维管束植物缺乏传导结构307

21.3.2 维管束植物具有传导细胞，这些细胞提供支撑309

21.3.3 无种子维管束植物包括石松类、木贼和蕨类植物310

21.3.4 种子植物受助于两个重要的适应性变化：花粉和种子311

21.3.5 裸子植物是不开花的种子植物313

21.3.6 被子植物是开花的种子植物315

21.4 植物是如何影响其他生物的？317

21.4.1 植物的生态学地位极其重要318

21.4.2 植物给人类提供生存必需品和奢侈品319

第22章 真菌的多样性320

22.1 真菌的主要特征是什么？321

22.1.1 真菌的主体由细丝组成321

22.1.2 真菌从其他生物获取营养321

22.1.3 真菌既可以营无性生殖又可以营有性生殖322

22.2 真菌主要有哪些？323

22.2.1 壶菌、芽枝霉和新美鞭菌产生游动的孢子324

22.2.2 壶菌大多在水中生存324

22.2.3 瘤胃真菌生活在动物的消化道中325

22.2.4 芽枝霉有一个核帽结构325

22.2.5 球囊菌与植物的根共生325

22.2.6 担子菌产生棒状繁殖器官325

22.2.7 子囊菌在囊状的小室中产生孢子327

22.2.8 面包霉是一种能够通过产生二倍体孢子繁殖的真菌328

22.3 真菌是如何与其他物种相互作用的？329

22.3.1 地衣是由和光合藻类或细菌共生的真菌形成的329

22.3.2 菌根是真菌与植物根的共生体329

22.3.3 内生菌是在植物的茎和叶中生活的真菌330

22.3.4 有些真菌是重要的分解者330

22.4 真菌是如何影响人类的？331

22.4.1 真菌侵袭对人类很重要的植物331

22.4.2 真菌会导致人类疾病332

22.4.3 真菌会产生毒素332

22.4.4 很多抗生素来自真菌333

22.4.5 真菌对美食做出重大贡献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“长高”334

第23章 动物多样性Ⅰ：无脊椎动物335

23.1 动物的主要特征是什么？336

23.2 哪些解剖学特征标记了动物进化树上的分支点？336

23.2.1 组织的缺乏将海绵动物和其他所有动物划分开来336

23.2.2 有组织的动物表现出辐射对称或左右对称336

23.2.3 大多数左右对称的动物有体腔338

23.2.4 左右对称动物的发育方式有两种339

23.2.5 原口动物包含两个截然不同的进化路线339

23.3 主要的动物类群有哪些？340

23.3.1 海绵动物是简单的固着动物340

23.3.2 刺胞动物是全副武装的捕食者342

23.3.3 栉水母借助纤毛四处游动345

23.3.4 扁形虫可能营寄生生活，也可能自由生活345

23.3.5 环节动物是分节的蠕虫347

23.3.6 大多数软体动物都有壳348

23.3.7 节肢动物是种类最多、数量最大的动物351

23.3.8 线虫在自然界中大量存在，大多数体型很小356

23.3.9 棘皮动物有碳酸钙构成的骨骼357

23.3.10 脊索动物包括脊椎动物358

第24章 动物多样性Ⅱ：脊椎动物359

24.1 脊索动物的主要特征是什么？360

24.1.1 所有脊索动物都有4个独特的结构360

24.2 哪些动物是脊索动物？361

24.2.1 被囊动物包括海鞘和樽海鞘361

24.2.2 文昌鱼是生活在海中的滤食动物362

24.2.3 有头动物有头骨363

24.3 脊椎动物主要有哪些？364

24.3.1 有些七鳃鳗寄生在鱼身上364

24.3.2 软骨鱼是海洋中的捕食者365

24.3.3 条鳍鱼是最具多样性的脊椎动物366

24.3.4 空棘鱼和肺鱼的鳍呈叶状367

24.3.5 两栖动物过着双重生活367

24.3.6 爬行动物适应了陆地生活369

24.3.7 哺乳动物用乳汁喂养下一代371

第四篇 行为与生态学376

第25章 动物的行为376

25.1 天生的行为与后天习得的行为如何不同？377

25.1.1 天生的行为不需经验就能进行377

25.1.2 习得行为需要经验377

25.1.3 天生行为与习得行为之间并非截然不同380

25.2 动物是如何与小伙伴交流的？382

25.2.1 对于短距离，视觉信号交流最有效382

25.2.2 对于长距离，声音交流最有效383

25.2.3 信息外激素持续时间久但难以实时变化384

25.2.4 触碰交流有利于动物建立群居关系385

25.3 动物是如何竞争资源的？385

25.3.1 侵犯性行为有利于动物保护自己的资源385

25.3.2 支配等级有助于管理侵犯性互动386

25.3.3 动物常需保护领地387

25.4 动物是如何找到配偶的？388

25.4.1 动物表征自身性别、物种和能力的信号389

25.5 动物为什么嬉戏玩耍？391

25.5.1 动物会独自玩耍，也会一起嬉戏391

25.5.2 玩耍有助于行为开发392

25.6 动物结成的群体是什么类型的？392

25.6.1 群居生活有利有弊392

25.6.2 不同物种形成的群居模式多种多样392

25.6.3 与亲人群居的动物更易培养出利他精神393

25.6.4 蜜蜂生活在有着刚性结构的社群中393

25.6.5 作为一种脊椎动物，裸滨鼠可以形成更为复杂的社群394

25.7 生物学能解释人类行为吗？395

25.7.1 新生儿的行为有大量的本能成分395

25.7.2 年龄越小，语言学习能力就越强395

25.7.3 不同文化共有的行为可能就是本能396

25.7.4 人类对信息外激素也有响应396

25.7.5 通过双胞胎研究人类行为的遗传因素397

25.7.6 对人类行为学的研究极富争议397

第26章 种群数量的增长和调节398

26.1 种群的大小是如何变化的？399

26.1.1 自然增长量和净移民量是改变种群大小的原因399

26.1.2 生物潜能决定种群增长的最大速率400

26.2 种群增长是如何被调节的？401

26.2.1 指数级增长只在非正常条件下发生402

26.2.2 环境阻力限制种群数量的增长403

26.3 种群在空间和时间上是如何分布的？408

26.3.1 不同种群表现出不同的空间分布409

26.3.2 种群表现出不同的年龄分布409

26.4 人类的种群数量是如何变化的？410

26.4.1 人口持续快速增长410

26.4.2 人类的进步增加了地球对人类的容纳量411

26.4.3 人口转变解释了人口规模的趋势411

26.4.4 世界人口增长的地理分布很不均匀412

26.4.5 人口的年龄结构决定了未来的增长413

26.4.6 有些国家的生育率低于更替水平415

26.4.7 美国人口正在迅速增长415

第27章 群落中的相互作用417

27.1 群落中的相互作用关系为何如此重要？418

27.2 生态位是如何影响竞争的？418

27.2.1 两个生物试图利用相同且有限的资源时发生竞争418

27.2.2 适应性变化可以减少共存的物种之间生态位的重叠418

27.2.3 种间竞争使种群变小，并减少各方的分布419

27.2.4 种内竞争是调节种群大小的一个主要因素420

27.3 捕食者—猎物关系如何塑造适应性进化？420

27.3.1 一些捕食者和猎物进化出相互抵消的适应性变化421

27.3.2 捕食者和猎物之间可能发生化学战争421

27.3.3 捕食者和猎物的外貌都可能有欺骗性421

27.4 寄生关系和互利共生关系是什么？425

27.4.1 寄生生物和宿主对对方而言都是自然选择因素425

27.4.2 在互惠的相互作用中双方都受益425

27.5 关键物种是如何影响群落结构的？426

27.6 群落中的相互作用如何随时间而引起变化？427

27.6.1 有两种主要的演替方式：原生演替和次生演替427

27.6.2 顶级群落中不发生演替430

27.6.3 有些生态系统会维持在次顶级阶段431

第28章 生态系统中的能量432

28.1 营养物和能量在生态系统中如何运动？433

28.2 生态系统中的能量是如何流动的？434

28.2.1 能量通过光合作用进入生态系统434

28.2.2 能量从一个营养级进入下一营养级434

28.2.3 净初级生产量是对生产者体内储存能量的衡量434

28.2.4 食物链和食物网描述了群落中的营养关系435

28.2.5 营养级之间的能量转移效率很低437

28.3 营养物是如何在生态系统中和生态系统之间循环的？438

28.3.1 水循环的主要储存库是海洋438

28.3.2 碳循环的主要储存库是大气层和海洋439

28.3.3 氮循环的主要储存库是大气层440

28.3.4 磷循环的主要储存库在岩石中441

28.4 人类扰乱营养物质循环时会发生什么？442

28.4.1 氮循环和磷循环的过载危害海洋生态系统442

28.4.2 硫循环和氮循环的过载造成酸雨443

28.4.3 人类对碳循环的干涉导致地球气候发生改变444

第29章 多姿多彩的地球生态系统448

29.1 是什么决定了地球上生物的地理分布？449

29.2 影响地球气候的因素有哪些？450

29.2.1 一个区域在地球上所处的经纬度是太阳光照耀角度的决定性因素450

29.2.2 全球气流的不同导致不同气候带的形成，不同气候带的温度和降水截然不同451

29.2.3 气候的多样性与距海洋的距离密切相关452

29.2.4 山脉使气候类型变得复杂453

29.3 主要的陆生生物群系有哪些？454

29.3.1 热带雨林454

29.3.2 热带落叶林455

29.3.3 热带灌木森林和热带稀树草原456

29.3.4 沙漠456

29.3.5 常绿阔叶灌丛458

29.3.6 草地459

29.3.7 温带落叶林460

29.3.8 温带雨林460

29.3.9 北方针叶林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 淡水湿地465

29.4.4 海洋生物群系466

第30章 保护地球的生物多样性471

30.1 什么是生物保护学？472

30.2 为什么生物多样性很重要？472

30.2.1 生态系统服务是生物多样性的实用之处472

30.2.2 生态经济学试图衡量生态系统服务的价值474

30.2.3 生物多样性有助于生态系统完成功能475

30.3 地球的生物多样性在减少吗？476

30.3.1 物种灭绝是自然进程，但近年来灭绝速率飙升476

30.4 生物多样性面临的主要威胁是什么？476

30.4.1 人类生态足迹已超过地球资源总量477

30.4.2 人类活动直接威胁生物多样性477

30.5 生物保护学是如何保护生物多样性的？481

30.5.1 保护栖息地对保护生物多样性来说至关重要482

30.6 环境可持续性发展为什么对人类未来至关重要？483

30.6.1 可持续发展促进生态和人类长远福祉483

30.6.2 地球的未来在你手中485