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pH 28
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NADPH 97
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HIV 154
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RNA 161
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DNA 202
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