本書為MOOC課程配套教材，可與MOOC課程相結(jié)合使用。書中涉及的課程概念、知識(shí)點(diǎn)等以二維碼形式體現(xiàn)，學(xué)生可以在閱讀本書的過程中用微信掃碼來觀看視頻，以便更透徹地理解生物學(xué)概念。同時(shí)，在通識(shí)課的背景下，本書還將生物學(xué)知識(shí)和歷史上著名的生物學(xué)熱點(diǎn)事件相結(jié)合；討論科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，注重從多角度、多層面進(jìn)行生物學(xué)通識(shí)教育。本書遵循大學(xué)生物學(xué)通識(shí)課程的基礎(chǔ)性、通論性和入門性的要求，參考了國內(nèi)外相關(guān)的生物學(xué)教材，使之更加符合大學(xué)通識(shí)課程/基礎(chǔ)知識(shí)課程的性質(zhì)和任務(wù)要求，能夠更好地適應(yīng)廣大學(xué)生和教師的需要。
本書可作為高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的生物學(xué)通識(shí)課程教材或教學(xué)參考書。
前言
編者從2012年入職清華大學(xué)即開始講授“現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論”，到如今已經(jīng)滿10年。在這10年中，生物學(xué)得到了飛速發(fā)展，國內(nèi)高校學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生了重大變化。特別是種類繁多的線上課程和各種視頻的出現(xiàn)，容易導(dǎo)致生物學(xué)知識(shí)碎片化。編寫本書的目的是通過與“現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論”MOOC課程相結(jié)合，幫助學(xué)生更透徹地理解生物學(xué)概念和科學(xué)研究的邏輯思維。
本書具有以下特點(diǎn)：
1.加強(qiáng)和完善線上、線下教學(xué)的結(jié)合
MOOC課程對(duì)于生物學(xué)中抽象的概念進(jìn)行詳細(xì)、充分和生動(dòng)的講解，而本書可以進(jìn)一步幫助學(xué)生領(lǐng)會(huì)知識(shí)點(diǎn)之間的融會(huì)貫通，進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。本書在內(nèi)容上講述重要的生物學(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)（如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等）以及生物學(xué)技術(shù)的發(fā)明（如測(cè)序技術(shù)等），側(cè)重講述科學(xué)家發(fā)現(xiàn)過程和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。
2.通過邏輯關(guān)系幫助學(xué)生搭建知識(shí)體系
主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：
（1）通過生物學(xué)發(fā)展的歷史進(jìn)程建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系
本書以生物學(xué)科研發(fā)展的歷史為邏輯主線，建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。例如，通過描述19~21世紀(jì)生物學(xué)中關(guān)于物種和環(huán)境相互作用的兩種理論（獲得性遺傳和自然選擇）的發(fā)展，將生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、分子演化和表觀遺傳等領(lǐng)域的重要概念建立邏輯上的聯(lián)系，并且實(shí)現(xiàn)經(jīng)典理論和科學(xué)前沿相結(jié)合。
（2）科學(xué)家們?nèi)绾翁岢鰡栴}
生命科學(xué)的發(fā)展可以看作是一項(xiàng)人類發(fā)明和一種動(dòng)態(tài)的概念，不僅包括了知識(shí)本身，還包括了獲得知識(shí)的方法和設(shè)想世界的方式。本書從生物學(xué)研究者的角度來講述生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，突出生命科學(xué)研究中的邏輯和思維。學(xué)生們從生物學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思路和方法，鍛煉分析問題和解決問題的能力。
（3）強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)知識(shí)的系統(tǒng)性
生物學(xué)是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)生們應(yīng)當(dāng)掌握：①一種生物學(xué)現(xiàn)象涉及的多種生物學(xué)知識(shí)；②與其他學(xué)科交叉的內(nèi)容。因?yàn)樯飳W(xué)與其他學(xué)科交叉是21世紀(jì)生物學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)。在本書的編寫中，我們會(huì)從多個(gè)概念以及多個(gè)角度來解釋一種生物學(xué)現(xiàn)象或者技術(shù)；并且在介紹生物學(xué)前沿時(shí)，我們會(huì)注重講解生物學(xué)和其他學(xué)科交叉合作。
3.多維度學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)
本書從廣度和深度對(duì)生物學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行了拓展。與傳統(tǒng)生物學(xué)教材不同，本書每章以生物學(xué)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題為切入點(diǎn)，進(jìn)而結(jié)合生物學(xué)的相關(guān)重要概念進(jìn)行闡述，實(shí)現(xiàn)從歷史、哲學(xué)和社會(huì)等多角度學(xué)習(xí)生物學(xué)的知識(shí)，從而認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)。
編著者
目錄
前言
第1章緒論
1.1生物學(xué)研究的主要內(nèi)容
1.1.1生命的逐級(jí)組成
1.1.2遺傳信息的存儲(chǔ)、表達(dá)和傳遞
1.1.3能量和物質(zhì)的轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)化
1.1.4生物系統(tǒng)中的相互作用
1.1.5生物演化
1.2生物學(xué)學(xué)科特點(diǎn)
1.2.1系統(tǒng)性強(qiáng)
1.2.2生物學(xué)和其他學(xué)科交叉
1.2.3演化角度看問題
1.2.4與實(shí)踐緊密聯(lián)系
1.3科學(xué)研究的方法
1.3.1科學(xué)研究的過程
1.3.2假說的驗(yàn)證
1.3.3如何分辨科學(xué)信息
參考文獻(xiàn)
第2章DNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能
2.1生物系統(tǒng)中的強(qiáng)化學(xué)作用和弱化學(xué)作用
2.1.1多聚體的形成依賴強(qiáng)化學(xué)作用
2.1.2弱化學(xué)作用
2.2DNA的結(jié)構(gòu)與功能
2.2.1DNA作為遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)
2.2.2DNA的結(jié)構(gòu)與功能
2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能
2.3.1蛋白質(zhì)的功能
2.3.2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)
2.3.3蛋白質(zhì)功能的調(diào)控
2.3.4DNA和蛋白質(zhì)的相互作用
參考文獻(xiàn)
第3章細(xì)胞簡介
3.1細(xì)胞研究簡介
3.1.1細(xì)胞研究的歷史
3.1.2細(xì)胞研究的方法
3.2細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.2.1負(fù)責(zé)遺傳信息的存儲(chǔ)和傳遞
3.2.2負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸和代謝
3.2.3負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換
3.2.4負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織活動(dòng)
3.3細(xì)胞膜
3.3.1細(xì)胞膜的流動(dòng)性
3.3.2細(xì)胞膜的“鑲嵌”模式
3.3.3選擇通透性
3.4跨膜運(yùn)輸
3.4.1被動(dòng)運(yùn)輸
3.4.2主動(dòng)運(yùn)輸
3.4.3大批量跨膜運(yùn)輸
參考文獻(xiàn)
第4章細(xì)胞和代謝
4.1營養(yǎng)元素
4.1.1大量營養(yǎng)素
4.1.2微量元素
4.2酶和代謝
4.2.1活化能
4.2.2酶如何加速反應(yīng)
4.2.3酶的特異性
4.2.4影響酶活性的因素
4.2.5酶如何調(diào)控代謝
4.3細(xì)胞呼吸
4.3.1ATP
4.3.2分解代謝
4.3.3氧化還原反應(yīng)
4.3.4細(xì)胞呼吸概述
4.4其他代謝方式
4.4.1發(fā)酵和無氧呼吸
4.4.2其他代謝通路
4.4.3卡路里和代謝速率
參考文獻(xiàn)
第5章細(xì)胞和癌癥
5.1細(xì)胞通信
5.1.1細(xì)胞通信分類
5.1.2細(xì)胞通信過程
5.2細(xì)胞周期
5.2.1細(xì)胞周期的調(diào)控系統(tǒng)
5.2.2細(xì)胞周期調(diào)控的分子機(jī)制
5.3細(xì)胞凋亡
5.3.1細(xì)胞凋亡的機(jī)制
5.3.2細(xì)胞凋亡的信號(hào)
5.4癌癥的機(jī)理和治療
5.4.1癌細(xì)胞的特點(diǎn)
5.4.2癌癥的治療
參考文獻(xiàn)
第6章遺傳的基本概念
6.1遺傳學(xué)所關(guān)注的問題
6.1.1遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)
6.1.2遺傳物質(zhì)如何傳遞
6.2孟德爾實(shí)驗(yàn)和模型
6.2.1孟德爾的實(shí)驗(yàn)
6.2.2孟德爾的模型
6.3基因型和表型的關(guān)系
6.3.1基因和酶
6.3.2從基因型到表型
6.3.3顯性和表型的關(guān)系
6.4基因和環(huán)境對(duì)表型的作用
6.4.1連續(xù)性狀的產(chǎn)生
6.4.2環(huán)境影響性狀的研究
6.4.3遺傳力
參考文獻(xiàn)
第7章遺傳的分子基礎(chǔ)
7.1DNA是遺傳物質(zhì)
7.2染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因
7.2.1DNA、染色質(zhì)和染色體
7.2.2基因
7.3DNA的復(fù)制
7.3.1DNA的半保留復(fù)制
7.3.2DNA聚合酶
7.3.3復(fù)制末端DNA
7.4DNA的損傷和修復(fù)
7.4.1DNA損傷
7.4.2DNA的損傷修復(fù)
7.5DNA的重組
7.5.1重組現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
7.5.2同源重組
7.5.3保守的位點(diǎn)特異性重組
7.5.4轉(zhuǎn)座
7.6DNA技術(shù)
7.6.1PCR
7.6.2測(cè)序技術(shù)
7.6.3DNA指紋鑒定
參考文獻(xiàn)
第8章基因的表達(dá)
8.1基因是如何決定性狀的
8.1.1基因和蛋白質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
8.1.2遺傳信息的傳遞
8.2基因表達(dá)的過程
8.2.1轉(zhuǎn)錄
8.2.2RNA剪接
8.2.3翻譯
8.2.4遺傳密碼
8.3突變
8.3.1大規(guī)模突變
8.3.2小規(guī)模突變
8.3.3誘變劑
8.4基因表達(dá)和癌癥
8.4.1癌癥相關(guān)基因
8.4.2干擾細(xì)胞信號(hào)通路
8.5研究基因表達(dá)和基因功能的技術(shù)
8.5.1研究基因表達(dá)
8.5.2研究基因功能
參考文獻(xiàn)
第9章基因表達(dá)的調(diào)控
9.1基因表達(dá)調(diào)控的基本概念
9.1.1基因表達(dá)過程中每步均可調(diào)控
9.1.2順式和反式
9.2原核生物的基因表達(dá)調(diào)控
9.2.1正調(diào)控和負(fù)調(diào)控
9.2.2操縱子的概念
9.2.3操縱子的負(fù)調(diào)控模式
9.2.4操縱子的正調(diào)控模式
9.3真核生物的基因表達(dá)調(diào)控
9.3.1差異性的基因表達(dá)
9.3.2染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控
9.3.3轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控
9.3.4非編碼RNA在基因表達(dá)調(diào)控中的作用
9.4表觀遺傳的概念
9.4.1表觀遺傳概念的提出
9.4.2表觀遺傳的機(jī)制
9.4.3表觀遺傳的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第10章重組DNA技術(shù)
10.1重組DNA技術(shù)概述
10.1.1重組DNA技術(shù)的由來
10.1.2重組DNA技術(shù)的原理
10.1.3不改變基因組
10.1.4改變基因組
10.1.5改變基因表達(dá)的過程
10.2克隆生物體和干細(xì)胞研究
10.2.1克隆技術(shù)
10.2.2干細(xì)胞技術(shù)
10.3應(yīng)用
10.3.1農(nóng)業(yè)
10.3.2環(huán)境保護(hù)
10.3.3醫(yī)學(xué)
參考文獻(xiàn)
第11章生物演化介紹
11.1達(dá)爾文之前的演化思想
11.1.1物種的分類
11.1.2從物種不變到物種變化
11.1.3拉馬克的演化理論
11.2達(dá)爾文的演化理論
11.2.1達(dá)爾文的研究
11.2.2物種的起源
11.3生物演化證據(jù)
11.3.1化石證據(jù)
11.3.2同源性證據(jù)
11.3.3生物地理證據(jù)
11.3.4直接觀察演化過程
參考文獻(xiàn)
第12章種群演化的機(jī)制
12.1遺傳變異
12.1.1遺傳變異概述
12.1.2遺傳變異的來源
12.2哈迪-溫伯格定律
12.2.1重要概念
12.2.2哈迪-溫伯格定律概述
12.2.3應(yīng)用哈迪-溫伯格定律
12.3遺傳漂變和基因流動(dòng)
12.3.1遺傳漂變
12.3.2基因流動(dòng)
12.4自然選擇
12.4.1自然選擇的內(nèi)容和方式
12.4.2檢驗(yàn)自然選擇
12.4.3自然選擇在人類中的體現(xiàn)
12.4.4性選擇
12.4.5自然選擇的本質(zhì)
參考文獻(xiàn)
第13章物種的起源
13.1什么是物種
13.1.1生物學(xué)物種的概念
13.1.2生物學(xué)物種的局限性
13.1.3物種的其他定義
13.2物種的形成
13.2.1異域物種形成
13.2.2同域物種形成
13.2.3異域物種形成和同域物種形成的比較
13.3物種形成的機(jī)制
13.3.1物種形成的時(shí)間進(jìn)程
13.3.2物種形成的遺傳學(xué)研究
13.4物種和種族
13.4.1人類的歷史
13.4.2人類差異的遺傳學(xué)證據(jù)
13.4.3人類不是隔離的生物群體
13.4.4人種為什么不同
參考文獻(xiàn)
第14章免疫系統(tǒng)
14.1免疫系統(tǒng)簡介
14.1.1免疫系統(tǒng)的工作過程
14.1.2識(shí)別非自身物質(zhì)
14.1.3免疫耐受
14.1.4免疫激活和免疫抑制
14.2非特異性免疫
14.2.1細(xì)菌的非特異性免疫
14.2.2脊椎動(dòng)物的非特異性免疫
14.3特異性免疫
14.3.1細(xì)菌的特異性免疫
14.3.2脊椎動(dòng)物的特異性免疫
14.4體液免疫和細(xì)胞免疫
14.4.1T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫
14.4.2B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫
14.4.3疫苗
14.5免疫系統(tǒng)和癌癥
14.5.1免疫檢查點(diǎn)抑制劑
14.5.2T-細(xì)胞轉(zhuǎn)移治療
14.5.3腫瘤疫苗
參考文獻(xiàn)
第15章神經(jīng)系統(tǒng)
15.1神經(jīng)元
15.1.1神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能
15.1.2動(dòng)作電位
15.1.3突觸傳導(dǎo)
15.2神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
15.2.1神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞組成
15.2.2中樞神經(jīng)系統(tǒng)
15.2.3外周神經(jīng)系統(tǒng)
15.3神經(jīng)系統(tǒng)的功能
15.3.1晝夜節(jié)律
15.3.2學(xué)習(xí)和記憶
15.3.3毒品上癮
15.4神經(jīng)系統(tǒng)疾病
15.4.1精神分裂癥
15.4.2阿爾茲海默病
15.4.3帕金森病
參考文獻(xiàn)
第16章生殖和發(fā)育
16.1激素和內(nèi)分泌系統(tǒng)
16.1.1激素
16.1.2內(nèi)分泌系統(tǒng)
16.1.3內(nèi)分泌信號(hào)通路
16.2有性生殖
16.2.1動(dòng)物的有性生殖
16.2.2人類的生殖系統(tǒng)
16.2.3配子的產(chǎn)生
16.3胚胎發(fā)育
16.3.1受精
16.3.2卵裂
16.3.3圖式形成
16.3.4形態(tài)發(fā)生
16.3.5細(xì)胞分化
16.3.6生長
16.4性別分化
16.4.1性激素
16.4.2雙向潛能性腺
16.4.3青春期
參考文獻(xiàn)
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