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