本書共分為8個(gè)單元，包括生物學(xué)概述、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、動(dòng)物、植物、進(jìn)化學(xué)與生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)容，配合全彩插圖能夠培養(yǎng)讀者對(duì)生物學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。“重要的生物過程”“關(guān)鍵學(xué)習(xí)成果”“調(diào)查與分析”“本章回顧”“本章測(cè)驗(yàn)”等版塊能夠幫助讀者更好地理解和掌握每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容，鍛煉生物學(xué)學(xué)習(xí)的邏輯思維與讀懂圖表的能力，這些能力為深入學(xué)習(xí)生物學(xué)打好基礎(chǔ)。
1665年，羅伯特 · 胡克在一臺(tái)自制的顯微鏡下觀察軟木塞的薄切片，他看見了蜂巢一般的小室，把它們稱作“細(xì)胞”，盡管后來(lái)發(fā)現(xiàn)那些“細(xì)胞”都是死亡的，但這卻是人類在生命世界微觀領(lǐng)域探索的“月球第一步”。
隨著研究的深入，人類發(fā)現(xiàn)生命的組成擁有豐富的結(jié)構(gòu)層次。細(xì)胞中擁有各司其職的細(xì)胞器，一些相似的細(xì)胞構(gòu)成組織，組織形成更高級(jí)的器官、系統(tǒng)、個(gè)體，最后由個(gè)體組成種群和群落，群落與環(huán)境交互作用組成生態(tài)系統(tǒng)。在形成更高級(jí)層次的同時(shí)，能夠擁有新的特性，這就是生命的涌現(xiàn)性。生命的涌現(xiàn)性帶來(lái)了豐富多彩的生命奧秘，也因此令生物學(xué)的學(xué)習(xí)充滿挑戰(zhàn)。許多學(xué)習(xí)生物學(xué)的學(xué)生可能會(huì)因其龐大的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)愁，記憶這些瑣碎的知識(shí)要點(diǎn)談何容易！在本書中，作者借助圖示幫助讀者理解這些紛雜的知識(shí)要點(diǎn)，這足以使單調(diào)的記憶方式產(chǎn)生質(zhì)變。也有一些讀者可能對(duì)數(shù)量繁多的生物學(xué)名詞感到為難，但我們的作者喬治 · B.約翰遜博士提醒：“相比記憶晦澀的生詞，理解生命的動(dòng)態(tài)過程才是學(xué)習(xí)過程中極其重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”
喬治 · B.約翰遜博士在書寫本書的過程中，也在鼓勵(lì)任何一位學(xué)習(xí)生物學(xué)的讀者朋友樹立實(shí)驗(yàn)思維，積極提出問題，作出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（或者研究論文、報(bào)告），獲取數(shù)據(jù)，從而得出可靠的結(jié)論。盡管書名為《生物學(xué)的思維方式》，但本書所及并非僅僅為學(xué)習(xí)生物學(xué)需要擁有怎樣的思考，內(nèi)容上則更貼近高校生物學(xué)專業(yè)課程——普通生物學(xué)。普通生物學(xué)討論廣泛的生物學(xué)，包含眾多生物學(xué)分支學(xué)科的知識(shí)，可視作生命科學(xué)導(dǎo)論，非常適合生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生或?qū)ι飳W(xué)感興趣的大眾讀者入門學(xué)習(xí)。
《生物學(xué)的思維方式》鼓勵(lì)讀者利用生物學(xué)思維思考所有與生命有關(guān)的問題，希望本書能為求知的讀者在探索生命科學(xué)之路上提供一絲啟發(fā)。在探索生命科學(xué)的過程中，希望每一位求知者能夠了解地球上每個(gè)生命存在的美妙，及其與人類活動(dòng)的意義，并因此擔(dān)負(fù)起保護(hù)這個(gè)星球的責(zé)任，與自然和諧共處。
本書體量豐富，翻譯工作量龐大，翻譯團(tuán)隊(duì)的全體成員遠(yuǎn)超于封面所能呈現(xiàn)的，每一位參與工作的老師同樣重要，在此向他們表達(dá)誠(chéng)摯的謝意。受CIP數(shù)據(jù)所登記的譯者人數(shù)所限，借出版后記詳細(xì)說明各位老師在本書中參與的具體工作：沈劍老師對(duì)本書第二單元、第三單元的翻譯工作與詞匯整理工作，劉寵老師對(duì)本書第一單元、第六單元與附錄的翻譯工作，趙蘊(yùn)陽(yáng)老師對(duì)本書第四單元、第七單元的翻譯工作，張振興老師對(duì)本書第四單元、第五單元、第六單元、第八單元與詞匯表的翻譯工作和對(duì)全書的審校工作，付雷老師對(duì)本書前言、致謝與第六單元的翻譯工作和翻譯統(tǒng)籌工作，王海濤老師對(duì)全書的審校工作。
由于編者能力有限，本書可能依然存在少許問題，如有發(fā)現(xiàn)，歡迎指正。
收起全部↑
著者簡(jiǎn)介
喬治·B. 約翰遜，華盛頓大學(xué)圣路易斯分校生物學(xué)榮譽(yù)退休教授，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授。他教授生物學(xué)和遺傳學(xué)課程已超過三十五年，同時(shí)熱衷于研究群體遺傳學(xué)和進(jìn)化論，已撰寫了五十多篇科學(xué)期刊出版物。他撰寫生物學(xué)教材三十余年，擁有豐富的寫作經(jīng)驗(yàn)，已出版七本教科書。
譯者審校簡(jiǎn)介
沈劍，譯者，九三學(xué)社社員，東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)碩士�，F(xiàn)任江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州衛(wèi)生分院講師。
劉寵，譯者，本科及碩士研究生階段均從事生命科學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究，現(xiàn)從事高中生物課程教學(xué)。
趙蘊(yùn)陽(yáng)，譯者，美國(guó)華盛頓州立大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士�，F(xiàn)任職禮來(lái)制藥公司。
張振興，譯者、審校，東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授，從事流域尺度的河渠廊道系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)研究。
付雷，統(tǒng)稿，浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院講師，科普作家，主要從事生命科學(xué)教育研究。
王海濤，審校，東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，鳥類學(xué)研究組負(fù)責(zé)人，任中國(guó)動(dòng)物學(xué)會(huì)鳥類學(xué)分會(huì)副主任委員、中國(guó)動(dòng)物學(xué)會(huì)理事等。
作者簡(jiǎn)介 4
前言 5
致謝 10
0 研究生物學(xué) 2
第 1 單元 | 生命的研究
1 生物科學(xué) 16
第 2 單元 | 活細(xì)胞
2 生命的化學(xué) 36
3 生命的分子 54
4 細(xì)胞 74
5 能量與生命活動(dòng) 112
6 光合作用：從太陽(yáng)獲取能量 126
7 細(xì)胞如何從食物中獲取能量 146
第 3 單元 | 生命的延續(xù)
8 有絲分裂 166
9 減數(shù)分裂 186
10 遺傳學(xué)基礎(chǔ) 202
11 DNA：遺傳物質(zhì) 238
12 DNA 的工作機(jī)制 258
13 基因組學(xué)與生物技術(shù) 280
第 4 單元 | 進(jìn)化與生命的多樣性
14 進(jìn)化與自然選擇 310
15 生物的命名 350
16 原核生物：最早的單細(xì)胞生物 370
17 原生生物：真核生物的出現(xiàn) 394
18 真菌侵入陸地 418
第 5 單元 | 動(dòng)物的進(jìn)化
19 動(dòng)物門的進(jìn)化 436
20 脊椎動(dòng)物的歷史 474
21 人類如何進(jìn)化 502
略
新版亮點(diǎn)
基因編輯 自本書上一版以來(lái)，最激動(dòng)人心的進(jìn)展是引入了一種名為CRISPR的易于使用的新工具，該工具允許研究人員編輯基因，這一前景既充滿希望又有點(diǎn)可怕。與科學(xué)中的許多進(jìn)步一樣，這一進(jìn)步是分階段進(jìn)行的，如 13.4節(jié)所述。該工具基于在細(xì)菌DNA中發(fā)現(xiàn)的特殊堿基序列，該序列包含兩個(gè)元素。第一段序列（“I. D. ”序列）是與在病毒中發(fā)現(xiàn)的相同的 30個(gè)堿基的短序列。第二段序列（“kill”序列）在轉(zhuǎn)錄成 RNA 時(shí)會(huì)折疊回環(huán)，形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，DNA切割核酸酶與之結(jié)合。細(xì)菌使用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗感染病毒：第一段序列將轉(zhuǎn)錄RNA與入侵病毒的DNA結(jié)合，從而允許所附的第二段序列將病毒DNA切成碎片。是什么使它成為基因工程師的強(qiáng)大工具？替換病毒的“I. D. ”序列是一件簡(jiǎn)單的事情，替換的序列為一段具有 30個(gè)堿基的不同序列，它用于識(shí)別研究人員希望破壞或修改的其他一些基因。就像改變信封上的地址一樣，研究人員可以將“kill”序列發(fā)送到基因組中的任何地址。
CRISPR可以消除瘧疾或寨卡病毒嗎 2016年，研究人員開始測(cè)試 CRISPR 對(duì)“基因驅(qū)動(dòng)”的可能性。如 13.4節(jié)所述，其想法是利用CRISPR來(lái)替換“I. D. ”序列。這是一段精心構(gòu)建的動(dòng)物序列，其中包含一個(gè)新的“I. D. ”序列和 CRISPR序列的副本。當(dāng)編輯基因后的動(dòng)物繁殖時(shí)，包含CRISPR序列的染色體將在受精卵中與另一個(gè)親本的正常染色體配對(duì)——并將其轉(zhuǎn)換為包含CRISPR的染色體！一系列的連鎖反應(yīng)下，CRISPR序列將在整個(gè)種群中傳播。如果是在蚊子種群中，這種做法說不定能一擊消滅瘧疾或寨卡病毒！
地球工程對(duì)抗全球變暖 應(yīng)對(duì)全球變暖也取得了重要進(jìn)展。隨著大氣中CO2含量達(dá)到200萬(wàn)年以來(lái)的高位，并且在減少排放方面進(jìn)展艱難，設(shè)計(jì)地球氣候可能是對(duì)抗全球變暖的最大希望。38.4節(jié)中描述的兩種所謂的地球工程方法正在被評(píng)估。一種是通過給地球的海洋施肥以誘導(dǎo)大規(guī)模的光合作用來(lái)去除大氣中的CO2。地球上的海洋富含海藻，它們的生長(zhǎng)主要因缺乏鐵而受到限制（鐵是葉綠素的關(guān)鍵成分）。在實(shí)驗(yàn)室中，向海水中添加一磅鐵可以從空氣中去除多達(dá)100,000磅的碳！非常有爭(zhēng)議的小規(guī)模試驗(yàn)表明，藻華是由鐵施肥產(chǎn)生的，當(dāng)藻華沉入海底，碳還是會(huì)回到大氣中。第二種地球工程方法是將硫酸鹽氣溶膠注入大氣中，以反射陽(yáng)光。上層平流層變成一面鏡子，將太陽(yáng)光線反射回太空。因此，即使CO2水平繼續(xù)上升，世界氣候也不會(huì)變暖，因?yàn)檎丈涞紺O2分子的光較少。雖然這種方法從未經(jīng)過測(cè)試，但似乎很實(shí)用。
埃博拉疫情 2014—2015年，西非三個(gè)人口稠密的國(guó)家暴發(fā)埃博拉疫情，感染人數(shù)超過 24,000，其中一半人死亡。據(jù) 16.10節(jié)中描述，埃博拉疫情的影響從未有如此大的規(guī)模。
在其他行星上尋找生命 二十多年來(lái)，天文學(xué)家一直在探測(cè)圍繞遙遠(yuǎn)恒星運(yùn)行的行星。如第16.2節(jié)所述，已識(shí)別出10,000多個(gè)行星。它們中的任何一個(gè)可能像地球一樣容納生命嗎？ 2016年 7月 23日，天文學(xué)家宣布他們發(fā)現(xiàn)了一顆候選行星，它圍繞一顆距地球 1,400光年的恒星運(yùn)行。這顆行星是開普勒 452b，它繞著一顆非常像我們的太陽(yáng)的恒星運(yùn)行，公轉(zhuǎn)只比地球多20天。開普勒452b上的溫度可能類似于溫水——與地球上的熱帶地區(qū)沒有什么不同。它的質(zhì)量似乎是地球的五倍左右，這意味著它很有可能像地球一樣由巖石構(gòu)成，而不是像海王星那樣的氣態(tài)星球。
重溫雙螺旋結(jié)構(gòu) 大多數(shù)文章對(duì)沃森和克里克如何發(fā)現(xiàn)DNA分子是雙螺旋結(jié)構(gòu)的歷史的記錄都存在錯(cuò)誤。如在 11.3節(jié)中描述的那樣，羅莎琳德·富蘭克林沒有獲得DNA的 X射線衍射圖以及沒有發(fā)現(xiàn)DNA分子是螺旋的。在富蘭克林作為博士后來(lái)到威爾金斯的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)X射線技術(shù)的一年前，威爾金斯發(fā)現(xiàn)并發(fā)表了DNA是螺旋結(jié)構(gòu)的（在諾貝爾獎(jiǎng)的說明中明確指出這一發(fā)現(xiàn)是威爾金斯獲得諾貝爾獎(jiǎng)的50%的原因）。
寨卡病毒威脅孕婦 2016年巴西突然暴發(fā)了小頭畸形（新生兒頭部和大腦發(fā)育不全），這是由蚊子傳播的寨卡病毒引起的。一種常見的熱帶病毒寨卡病毒（16.10節(jié)）已經(jīng)能夠?qū)е乱环N致命的疾病。
認(rèn)識(shí)丹尼索瓦人 當(dāng)從西伯利亞發(fā)現(xiàn)的古代指骨中提取DNA并對(duì)其測(cè)序后，研究人員獲得了一段人類的序列，但不同于尼安德特人和晚期智人，而是一類新的人種。新人種被稱為丹尼索瓦人（以發(fā)現(xiàn)指骨的洞穴的名字命名），在過去幾年中已證明他們與尼安德特人和晚期智人雜交（21.7節(jié)）。多達(dá)8%的晚期智人的DNA來(lái)自尼安德特人和丹尼索瓦人。你的基因組是由三個(gè)不同物種的基因拼湊而成。
父親的年齡影響基因疾病 在冰島，許多代人的出生和婚姻都有精確的記錄，因此不僅可以確定一個(gè)人擁有哪些突變，還可以確定他們是從誰(shuí)那里繼承來(lái)的，以及受孕時(shí)父母的年齡。 如 11.5節(jié)中所述，數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了一個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)新突變發(fā)生在父親身上，而受孕時(shí)父親的年齡越大，孩子發(fā)生基因突變的可能性就越大。簡(jiǎn)單地說，年長(zhǎng)的父親更有可能生出患有基因疾病的孩子。
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