基礎生物學

本書的兩位作者都有豐富的生物學教科書撰寫與出版經驗。《基礎生物學》提供了精要的生物學概念，除了涵蓋傳統必備的生物學知識，也提供許多最新且熱門，具有話題性的知識。本書內容雖精要，但對於一般學習生物學所必須瞭解的觀念要點，仍敘述詳盡，毫不含糊。

本書每一章節都有清楚的編排與導讀指示，包括學習目標的建立、章節之間的概念連結、觀念的誤解與澄清、以及重點回顧與測驗練習等。

本書最特別的單元為「科學思考」與「生物倫理議題」。「科學思考」提出許多章節內容衍伸出的問題，讓你有機會腦力激盪這些科學問題。生物學較常牽涉的倫理問題或爭議，可透過「生物倫理議題」所提供的案例去瞭解這些議題與探討可能的解決方式。

此外，本書賞心悅目的圖表也有助於學生瞭解生物組成與運作方式、以及釐清一些抽象的觀念。

譯者簡介

巫奇勳　東海大學生命科學系博士
　　　　現職　文化大學生命科學系助理教授

王培任　國立中興大學生命科學系博士

序言

基礎生物學不只是寫給生物學的非主修課程學生，也鼓勵他們整合科學概念到他們的生活。雖然課本按照傳統的架構，但它包含各種圖片與多媒體模組，可以讓讀者去促進我們科學世界的科學素養與賞識。

作者確定幾項目標來導引基礎生物學第三版的修訂。
˙演化學涵蓋範圍增加
˙人類疾病遺傳學涵蓋範圍擴大
˙應用性專欄的增訂，對學生強化內容的關聯性
˙多媒體模組整合課本與生物學連結 (Connect TM Biology)

演化學 (Evolution)
˙呈現真菌界新的演化樹。
˙第19章有關水域與陸地的動物已經大幅修訂，以反映現代對主要動物類群之間的演化關係瞭解。新的演化樹已經增訂，提出後口類無脊椎動物之間的新演化關係。
˙第19章人類演化的章節已經更新，以涵蓋佛羅勒斯人 (Homo floresiensis) 的以及尼安德塔人基因組序列對現代人演化遺傳的影響。
˙在每一章後面的概念連結專欄，會引導學生從課本裡獲得額外演化主題資料的章節。

人類疾病遺傳學
(Genetics of Human Disease)
本書從頭到尾，人類疾病（諸如唐氏症、囊腫性纖維化與亨丁頓舞蹈症）的遺傳基礎被定義與討論。

應用性 (Applications)
許多新且∕或改良的應用性專欄，諸如關聯與誤解的閱讀，已經增訂，以幫助學生瞭解生物學觀念與他們生活上的關聯性。

譯者序

顧名思義，這本第三版的《基礎生物學》提供了最精要的生物學概念。雖然是一本內容比較精簡的教科書，但對於一般學習生物學所必須知道的觀念要點，都有解釋清楚，可幫助釐清不少生物學上的模糊概念。本書也提供許多最新且熱門有用的話題知識。此外，也提供非常清晰美觀的圖表，有助於學生瞭解生物組成的構造與運作方式、與釐清一些抽象的觀念。

本書每一章節都有清楚的編排與導讀指示。「綱要」會先列出章節將要討論的主題。「開始閱讀之前」讓你回顧其他章節所討論過相關主題，讓你預先整合本章要學習的重要觀念與主題。「學習評量」提示你學習本章之後應該要達到的目標。

「概念連結」讓你重新整合本章與其他章節的相關概念。「關聯與誤解」提供我們通常會感興趣的生物學話題，話題充滿知識性與生活實用性，且有助於我們更進一步釐清生物學的觀念與誤解。每一章結束後，在「核對你的進度」裡，章節末的問題幫助你評價對本章內容的瞭解，而「自我測驗」提供測驗題讓你回顧內容重點與準備考試。本書最特別的單元是「科學思考」與「生物倫理議題」。「科學思考」提出許多與章節內容有關的衍伸問題，問題十分具有深度，讓你有機會去腦力激盪這些問題，學習當一個科學家要如何推理。生物學常會牽涉許多倫理問題或甚至爭議，「生物倫理議題」討論各種我們社會所面臨的爭議主題，你可以從這部分提供的案例去瞭解生物學背景裡產生的議題與探討可能的解決方式。

本書的詞彙翻譯盡可能使用仿間普遍使用的譯詞，有些較為陌生的人名地名，並沒有直譯，而少數目前沒有被適當翻譯的詞彙也保留原文。最後感謝董清旗先生的引薦，讓我們有機會看到一本好的生物學教科書，也感謝傅秀惠小姐在稿件處理上的聯繫與協助。

巫奇勳、王培任  謹識

第1章   生命觀　1
1.1 生命的特徵　2
      生物是有組成層次的　2
      生物需要物質與能量　3
      生物維持內部環境　3
      生物會有反應　4
      生物會生殖與發育　4
      生物有適應　4
1.2 演化：生物學的核心觀念　5
      生命的多樣性　6
      天擇　8
      後代有變異　9
1.3 生態系與生物圈　10
      人類影響生態系　10
1.4 科學：求知的方法　11
      觀察　11
      假說　11
      實驗∕進一步觀察　12
      結論　12
      科學理論　13
      如何做對照實驗　13
1.5 科學與生物倫理議題　15
第１部分　細胞

第2章   生命的基礎化學　19
2.1 物質的自然狀態　20
      原子結構　21
      元素週期表　21
      電子在原子中的排列　23
      化學鍵的種類　24
      化學反應　26
2.2 水對生命的重要性　27
      水的結構　27
      水的性質　27
2.3 酸和鹼　30
      酸性溶液（氫離子濃度高） 31
      鹼性溶液（氫離子濃度低） 31
      pH值和pH標度　32
      緩衝液和pH值　32

第3章   生命中的有機分子　35
3.1 有機分子　36
      碳原子　36
      碳骨架及官能基　37
3.2 細胞的生物分子　38
      醣類　39
      脂質　41
      蛋白質　45
      核酸　48

第4章   細胞的內部　54
4.1 顯微鏡下的細胞　55
4.2 兩種主要的細胞類型　57
      原核細胞　57
4.3 細胞膜　59
      膜蛋白的功能　60
4.4 真核細胞　62
      細胞核和核糖體　64
      內膜系統　66
      液泡　67
      能源相關的胞器　67
      細胞骨架和運動蛋白　69
      中心粒　70
      纖毛和鞭毛　71
4.5 真核細胞外　72
      植物細胞壁　72
      動物細胞表面外部　72

第5章   動態的細胞　77
5.1 什麼是能量？ 78
      測量能量　78
      兩項能量定律　79
5.2 ATP：細胞的能量　80
      ATP的結構　80
      ATP的使用和製造　80
      能量的流動　82
5.3 代謝路徑和酵素　83
      酵素的活性部位　84
      活化能　85
5.4 細胞運輸　86
      被動運輸：不耗能　86
      主動運輸：需要耗能　88
      整批運輸　89

第6章   生命的能量　93
6.1 光合作用的概述　94
      植物作為行光合作用者　95
      光合作用的過程　96
6.2 光反應－收穫能源　97
      光合色素　98
      光反應的電子途徑　98
      類囊體膜的組織架構　100
6.3 卡爾文循環反應－製造糖　101
      二氧化碳的固定作用　101
      二氧化碳的還原　102
      RuBP的再製造　102
      G3P的命運　102
6.4 其他類型的光合作用　103
      C4光合作用　103
      CAM光合作用　104
      演化趨勢　104

第7章   細胞所需的能量　108
7.1 細胞呼吸作用　109
      完整的葡萄糖降解階段　110
7.2 粒線體外：醣解作用　111
      能量投入步驟　111
      能量獲得步驟　112
7.3 在粒線體中　113
      準備反應　113
      檸檬酸循環　114
      電子傳遞鏈　115
      從葡萄糖代謝中產生的能量　116
      替代的代謝途徑　117
7.4 發酵作用　118
      微生物與發酵作用　118

第２部分　遺傳學
第8章   細胞的繁殖　123
8.1 細胞繁殖的基礎　124
      染色體　124
      染色質到染色體　125
8.2 細胞週期　126
      間期   126
      M（有絲分裂）階段　126
8.3 有絲分裂和細胞質分裂　127
      紡錘體　127
      動物和植物細胞中有絲分裂的階段　128
      動物和植物細胞的細胞質分裂　130
8.4 細胞週期控制系統　131
      細胞週期查核點　131
      內部和外部訊息　132
      細胞凋亡　133
8.5 細胞週期與癌症　134
      癌細胞的特徵　134
      癌症治療　135
      癌症的預防　135

第9章   有性生殖　140
9.1 減數分裂的基礎　141
      同源染色體　141
      人類的生命週期　142
      減數分裂概述　143
9.2 減數分裂的時期　146
      第一次分裂－減數分裂I　146
      第二次分裂－減數分裂II　147
9.3 比較減數分裂與有絲分裂　148
      過程　149
      發生　149
9.4 異常染色體遺傳　150
      唐氏症　150
      性染色體數目異常　151

第10章   遺傳模式　155
10.1 孟德爾定律　156
        孟德爾的實驗程序　157
        單一性狀遺傳　158
        雙性狀遺傳　160
        孟德爾的定律和機率　161
        孟德爾定律和減數分裂　162
10.2 孟德爾定律之外　163
        不完全顯性　163
        多型等位基因性狀　164
        多位點基因遺傳　164
        環境和表現型　165
        基因多效性　166
10.3 性聯遺傳　167
         X連鎖的對偶
        基因　167
        X連鎖的問題　168
10.4 連鎖基因的
        遺傳　169

第11章   DNA生物學與技術　174
11.1 DNA和RNA的結構與功能　175
        DNA的構造　176
        DNA複製　179
        RNA的結構與功能　180
11.2 基因表現　181
        從DNA到RNA再到蛋白質　181
        基因表現的回顧186　
        基因和基因突變　187
11.3 DNA技術　188
        重組DNA技術　188
        基因轉殖生物　189
        聚合?鏈反應　190
        DNA指紋術　191
11.4 基因體學和蛋白質體學　192
        人類基因體的定序　192
        蛋白質體學和生物資訊學　193

第12章   基因調控和癌症　197
12.1 幹細胞和無性繁殖　198
        生殖性與治療性無性繁殖　198
12.2 基因表現的控制　200
        基因表現控制的層級　200
12.3 癌症：基因控制的失敗　207
        原致癌基因和抑癌基因　208
        其他基因變化與癌症　209

第13章   遺傳諮詢　214
13.1 染色體異常的諮詢　215
        染色體組型　216
        染色體突變　217
13.2 遺傳性疾病的諮詢　219
        家族譜系　220
        受關注的遺傳性疾病　221
13.3 遺傳性疾病的檢測　224
        蛋白質的檢測　224
        DNA的檢測　225
        檢測胎兒　226
        檢測胚胎和卵子　226
13.4 基因治療　228
        體外基因療法　228
        體內基因治療　229

第３部分　演化
第14章   達爾文與演化　233
14.1 達爾文的演化論　234
        在達爾文之前　235
        達爾文的論點　236
        天擇與適應　238
        達爾文與華萊士　240
14.2 演化的證據　242
        化石紀錄　242
        生物地理的證據　243
        解剖學的證據　244
        分子證據　246

第15章   小尺度演化　250
15.1 天擇　251
        天擇的類型　251
        性擇　254
        適應不表示完美　254
        變異的維持　254
15.2 微演化　256
        遺傳觀點的演化　256
        導致微演化的因素　259

第16章   大尺度演化　265
16.1 種化與巨演化　266
        定義物種　266
        種化的模式　269
16.2 化石紀錄　272
        地質年表　272
        種化的步調　274
        物種大滅絕　275
16.3 系統分類學　277
        林奈氏的分類　277
        親緣關係樹　278
        支序學與支序圖　280
        三域系統　282

第４部分　生命的多樣性
第17章   微生物：病毒、細菌與
        原生生物　287
17.1 病毒　288
        病毒繁殖　288
        植物病毒　290
        動物病毒　290
17.2 類病毒與致病性蛋白　292
17.3 原核生物　293
        細胞起源　294
        細菌　294
        古細菌　299
17.4 原生生物　300
        原生生物的一般生物學　301

18章   陸域環境：植物與真菌　309
18.1 陸域植物概要　310
        世代交替　312
18.2 陸域植物的多樣性　313
        無維管束植物　313
        維管束植物　314
        裸子植物　318
        被子植物　319
        植物的經濟利益　322
        植物的生態利益　322
18.3 真菌　323
        真菌的一般生物學　324
        真菌的生態利益　326
        真菌的經濟利益　328
        真菌為致病生物　328

第19章    水域與陸域：動物　334
19.1 動物演化　335
        動物的祖先　336
        動物的演化樹　337
19.2 海綿動物與刺絲胞動物：
        早期動物　340
        海綿動物：多細胞　340
        刺絲胞動物：真組織　341
19.3 扁形動物、軟體動物與環節動物：觸鞭毛動物群　342
        扁形動物：兩側對稱　342
        軟體動物　343
        環節動物：有體節的蟲　344
19.4 圓形動物與節肢動物：
        蛻皮動物群　346
        圓蟲：假體腔　346
        節肢動物：關節附肢　347
19.5 棘皮動物與脊索動物：
        後口動物群　351
        棘皮動物　351
        脊索動物　352
        魚類：最早有頷與肺　354
        兩棲類：有關節的脊椎肢體　355
        爬行動物：羊膜卵　356
        鳥類　356
        哺乳類：毛髮與乳腺　358
19.6 人類演化　360
        類人類的人科動物演化　361
        現代人的演化　363

第５部分　植物組織與功能
第20章   植物的解剖構造和生長　370
20.1 植物的器官　371
        葉　371
        莖　371
        根　372
        單子葉植物對照雙子葉植物　373
20.2 植物的組織和細胞　374
        表皮和基本組織　374
        維管組織　375
20.3 葉片組織　376
20.4 莖組織　378
        非木本莖　378
        木質莖　379
20.5 根組織　380
        根組織　380
        根部的生長　382
20.6 植物的營養　383
        根為了吸收礦物質的適應　384
20.7 養分運輸　385
        木質部內部水分和礦物質的運輸　385
        有機養分在韌皮部的運輸　386

第21章    植物的反應與繁殖　391
21.1 植物激素　392
        生長素　392
        吉貝素　393
        細胞分裂素　394
        脫落酸　394
        乙烯　395
21.2 植物的反應　396
        趨性　396
        光週期　396
21.3 開花植物的有性繁殖　398
        植物生命週期的概述　398
        花朵　399
        從孢子到受精作用　401
        雙子葉植物的種子發育　401
        單子葉植物對照雙子葉植物　402
        果實類型和種子傳播　402
        種子發芽　404
21.4 開花植物的無性繁殖　405
        植物組織培養的繁殖　405
        植物的基因工程　406

第６部分　動物結構與功能
第22章   組成與穩定性　412
22.1 身體的組成　413
        上皮組織提供保護　415
        結締組織提供連結與支持　417
        肌肉組織讓身體運動　419
        神經組織執行訊息溝通　420
22.2 器官與器官系統　421
        運輸　422
        身體的維持　422
        控制　422
        感覺輸入與運動輸出　423
        生殖　423
22.3 恆定性　424
        負回饋　425
第23章    運輸系統　430
23.1 開放與閉鎖式循環系統　431
        開放式循環系統　432
        閉鎖式循環系統　433
        脊椎動物循環路徑的比較　433
23.2 人類的運輸系統　434
        人類的心臟　434
        血管　436
        淋巴系統　438
        組織裡的微血管交換　440
23.3 血液：運輸的
        介質　441
        血漿　441
        構成元素　441
        心血管疾病　444

第24章   維持系統　450
24.1 呼吸系統　451
        人類的呼吸道　452
        呼吸　454
        肺部與氣體的外部交換　454
        氣體的運輸與內部交換　455
24.2 泌尿系統與排泄　457
        腎臟　458
        與腎臟功能有關的問題　460
24.3 消化系統　462
        管中有管的體制　463
        附屬器官　468
        消化液　469

第25章   人類的營養　475
25.1 營養　476
        養分的介紹　477
25.2 營養的種類　478
        醣類　478
        脂肪　479
        蛋白質　480
        礦物質　481
        維他命　482
        水　484
25.3 營養與健康　484
        身體質量指數　485
        與肥胖有關的疾病　488
        飲食失調　489
25.4 如何規劃營養的餐點　490
        食物金字塔　490
        膳食補充劑　491
        底線　492

第26章   防禦疾病　496
26.1 免疫系統器官、組織以及細胞　497
        淋巴器官　498
26.2 非專一性防禦與先天性防禦　499
        進入的屏障　499
        發炎反應　500
        補體系統　500
        自然殺手細胞　501
26.3 專一防禦與後天性
        防禦　502
        B細胞與抗體反應　502
        T細胞與細胞反應　503
26.4 免疫接種　506
26.5 免疫系統的
        問題　508
        過敏　508
        自體免疫疾病　509
        AIDS　509

第27章    控制系統　515
27.1 神經系統　516
        人類神經系統　516
        神經元　517
        神經衝動　518
        突觸　519
        藥物濫用　520
        中樞神經系統　522
        周圍神經系統　525
27.2 內分泌系統　527
        荷爾蒙的作用　528
        下視丘與腦下垂體　528
        甲狀腺與副甲狀腺　530
        腎上腺　531
        胰腺　532

第28章   感覺輸入與運動輸出　538
28.1 感覺　539
        化學感覺　539
        聽覺與平衡　540
        視覺　544
        皮膚受體與本體受體　546
28.2 運動系統　548
        人類的骨骼　548
        骨骼肌構造與生理　550

第29章   生殖與發育　558
29.1 動物如何生殖　559
        無性生殖與有性生殖　559
        在陸地與水域的生殖　560
29.2 人類生殖　561
        男性生殖系統　562
        女性生殖系統　564
        生殖方面的議題　567
29.3 人類發育　573
        受精　574
        早期胚胎發育　574
        晚期胚胎發育　576
        胎盤　578
        胎兒發育與誕生　578
第７部分　生態學

第30章   生態學與族群　584
30.1 生態學的範疇　585
        生態學：生物的科學　586
30.2 人口　587
        目前的人口成長　587
        未來的人口成長　588
        高度發展國家對照低度發展國家　589
        比較年齡結構　590
        人口成長與環境衝擊　591
30.3 族群的特徵　592
        分布與密度　592
        族群成長　593
        族群成長的類型　594
        調節族群成長的因子　596
30.4 生活史類型與滅絕　599
        滅絕　599

第31章   群聚與生態系　604
31.1 群聚生態學　605
        群聚組成與多樣性　606
        生態演替　607
        兩種演替型式　607
        群聚裡的交互作用　609
        群聚的穩定性　612
31.2 生態系生態學　614
        自營生物　614
        異營生物　614
        能量流動與化學物質循環　615
        化學物質循環　618
31.3 主要生態系生態學　623
        基礎生產量　625

第32章   人類對生物圈的衝擊　630
32.1 資源與污染　631
        土地　632
        水　634
        食物　635
        能源　638
        礦物　641
        其他污染來源　641
32.2 生物多樣性　643
        生物多樣性的直接價值　644
        生物多樣性的間接價值　646
32.3 努力朝向可持續社會　648
        今日的社會　648
        可持續社會的特徵　648

附錄A　習題解答　A-1
附錄B　公制系統　B-1
詞彙解釋　G-1
索引　I-1