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好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命

好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命

出版社：清華大學出版社出版時間：2020-09-01
開本： 其他 頁數(shù)： 246
中 圖 價:¥40.6(7.0折) 定價  ¥58.0 登錄后可看到會員價
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好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 版權信息

好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 本書特色

你手中這本生物學的書籍是有趣的，與只是知識概念羅列的課本相比，這本書不但告訴你“其然”，還會告訴你“其所以然”，把你從的死板的概念中解脫出來，每一個概念的來龍去脈、每一個知識點的前因后果都躍然紙上，讓你在不知不覺的“好玩”過程中理解生物學這本課程。

好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 內容簡介

本書是一本適合全學段中學生進行嚴肅閱讀的生物學科普讀物。全書以“系統(tǒng)”“適應”“進化”三 個角度作為切入點，針對中學低年級、中年級、高年級三個學段學生的閱讀特點與需求，多角度、多維 度地將生物學知識進行體系化構建，通過系統(tǒng)且有趣的描述將讀者帶入一個美妙的生物世界。 本書可以作為中學生生物學學習的重要課外讀物，具有極高的科普及學習輔助價值。

好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 目錄

**編 系統(tǒng)：從細胞到生物圈

**章 生命是一個低熵系統(tǒng) / 3

一、生物系統(tǒng)像一座圍城 / 3

二、細胞膜上的麥克斯韋妖 / 5

三、城外混亂 Vs 城內井然 / 7

四、生命體中的樂高積木 / 8

第二章 低熵系統(tǒng)需要從系統(tǒng)外攝取能量 /11

一、“木材與木柴”—生命體中的兩類物質 / 11

二、細胞里的發(fā)電廠 / 13

三、生命系統(tǒng)的高速公路 / 15

四、低熵之源 / 17

第三章 系統(tǒng)需要獲取能源的信息 /20

一、能源也是信息源 / 20

二、“它”來了，所有細胞做好準備 / 22

三、細胞中的麥克風 / 24

四、把信號抹掉 / 26

第四章 反饋調節(jié)與系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) /29

一、游泳池的管理員 / 29

二、馬爾薩斯陷阱 / 30

三、缺席的管理者 / 32

四、正反饋—生與死 / 34

第五章 系統(tǒng)的演化 /37

一、地球系統(tǒng)演化史 / 37

二、分工 / 39

三、信息安排 / 41

四、愈合的傷口 / 43

第六章 系統(tǒng)失調與潰散 /46

一、失調 / 46

二、褪色的大堡礁 / 48

三、消失的文明 / 49

四、什么是死亡 / 52

第二編 適應：生命的主旋律

第七章 為了生存拼力 /57

一、冰魚與林蛙的故事 / 57

二、從嗜熱菌說起 / 61

三、隨機應變 / 65

四、軍備競賽 / 67

五、結成同盟 / 71

第八章 為了后代拼力 /75

一、病毒來襲 / 75

二、沒有父親的無性生殖 / 78

三、性的獎賞 / 82

第九章 包容與妥協(xié)也是適應 / 98

一、直立行走的利與弊 / 98

二、瘧疾與遺傳病 / 101

三、兩難的端粒 / 104

四、垃圾 DNA/ 108

第十章 拉馬克“歸來”/ 113

一、拉馬克與獲得性遺傳 / 113

二、冬日饑荒 / 115

三、DNA 甲基化 / 117 四、玳瑁貓 / 118

五、食物改變命運 / 121

第三編 進化：生命永恒的主題

第十一章 地球上“亂撞”的能量如何被生命“收服”/127

一、生命“收服”原始地球上到處亂撞的能量 / 127

二、“從亂撞的能量到小能量包”——能量被有機小分子收服 / 127

三、“從小能量包到能量塊”— 能量被有機大分子收服 / 129

四、“從大分子能量塊到細胞能量體、多細胞能量系統(tǒng)”—能量被有機生命體收服 / 137

第十二章 從 RNA 到真核生物的演化 /140

一、生命的特質—自我復制與信息貯藏 / 140

二、“原始生命推理版”—RNA/ 144

三、從生命乍現(xiàn)到神通廣大的原核生物 / 148

四、真核生物的出現(xiàn) / 154

第十三章 生命信息處理能力的進化史 /156

一、宏觀層次：生命對環(huán)境中繁復信息的有效應對策略 / 156

二、微觀層次：生命面對信息的基本反應 / 162

三、細胞中蛋白質分子幫忙實現(xiàn)

“信號→信息”的轉化 / 163

四、神經(jīng)細胞是“學習”的基礎，蛋白質分子是“記憶”的源泉 / 167

第十四章 從“性”的發(fā)展歷史聊進化 /176

一、從無性到有性 / 176

二、有性生殖的基礎—減數(shù)分裂 / 181

三、有性生殖中需要確保選擇的異性不是近親 / 189

四、“性別反轉人”的研究告訴我們真正決定性別的是基因 / 194

第十五章 從“人”的發(fā)展通史看進化 /197

一、化石中講述的人類發(fā)展通史 / 197

二、“基因組”中講述的人類發(fā)展通史 / 203

第十六章 一直在進化的“進化論”/217

一、布豐、老達爾文還有拉馬克的“用進廢退”/ 217

二、達爾文的“自然選擇”與其開創(chuàng)的時代 / 220

三、自然選擇時代的新聲音—中性學說 / 228

主要引用參考文獻 /233


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好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 節(jié)選

第二章　低熵系統(tǒng)需要從系統(tǒng)外攝取能量 一、“木材與木柴”—生命體中的兩類物質 中國古代建筑多是木結構，建筑風格在中國文化中留下了很深的印記，如“棟梁之 材”是指那些能夠委以重任的人，其中“棟”和“梁”就是一個建筑的框架。只有山林中 高大喬木的主干才能作為“棟梁之材”。古人還會在山林中采集大量樹枝作為薪柴，“漁樵 耕讀”是古代四種重要職業(yè)，其中的“樵”就是采集木柴的人。不論“木材”還是“木 柴”，都是植物的一部分（見圖2-1），但是用途卻差異極大。 圖2-1 “材”與“柴” 對于生命體來說，這種現(xiàn)象同樣存在。同樣一種物質，既能作為生命體的“木柴”為 生命體供能，又能作為“木材”構建生命體的大廈。糖對于生物來說是重要的能源物質， 但同時葡萄糖連接形成的纖維素又是構成植物的結構基礎（“木材”和“木柴”的主要成 分都是纖維素，見圖2-2）。蛋白質是構成人體的重要結構物質，頭發(fā)、指甲、肌肉的主要 成分都是蛋白質，但是蛋白質也能為人體供能，蛋白質為人體提供的能量可占到所有有機 物為人體供能的10%。脂肪看起來只配做“木柴”，但是脂肪水解后產(chǎn)生的脂肪酸是合成 磷脂的原料，磷脂作為細胞膜的基本骨架，在構成生命體結構上的作用不言而喻。 新未命名-1.indd 11 2020/9/25 14:12:28 好玩的生物學—陪中學生一起閱讀生命 12 葡萄糖 葡萄糖 纖維素 圖2-2　葡萄糖與纖維素 “木材”和“木柴”用于不同功能不難理解，但是為什么構成生命體的物質既能構成 生命體，又能為生命體提供能量呢？解釋這個問題有兩個角度，**個角度是構成生命 體的結構物質通常是大分子物質，是由小分子物質拼裝形成的，大分子物質再聚合可以 形成更大的結構。在細胞中，“拼”和“拆”兩個相反的過程同時進行，從生物大分子 上拆下來的小分子既可以作為合成生物大分子的原料，又能作為能源物質。第二個角度 是不同類型的小分子*終可以轉化成一組相同的物質，通過統(tǒng)一的路徑氧化分解，釋放有 機物中的能量為生物供能，同時這一組物質也能實現(xiàn)不同種類小分子物質之間的相互轉化。 簡言之，細胞中存在生物大分子和小分子之間的聚合和解聚，小分子之間的相互轉化和小 分子氧化分解釋放能量的機制，讓構成生命體的有機物既能構建結構，又可以為生命體提 供能量。 在供能和小分子物質轉化過程中，在**章中提到的小分子有機物乙酰輔酶A 特別 重要，糖和脂肪酸代謝過程中都能產(chǎn)生這種物質。這種分子上的乙；鶊F是從糖或脂肪酸 分解出來的一種含二碳單位，記為C2，C2 能與一個四碳物質結合，形成六碳物質，六碳 物質依次脫掉兩個C，又形成C4，即C2+C4 → C6 → C5+CO2 → C4+CO2。C4 物質包 括四種，在反應途徑中依次出現(xiàn)，*終形成的C4 就是能與C2 結合的C4。這個反應首尾相 連構成一個循環(huán)，被稱為檸檬酸循環(huán)。正是這個循環(huán)的存在保證了乙酰輔酶A 上的C2 能 持續(xù)不斷地生成CO2。同時C 原來攜帶的H *終與O2 結合形成水，這一步的氧化分解能 釋放大量能量，是需氧生物能量的主要來源。乙酰輔酶A 就像一個連接兩條岔路的路口， 糖和脂肪這兩類能源物質經(jīng)過兩條不同的途徑在這里匯合，然后走上一條相同的途徑— 氧化分解，為機體供能。乙酰輔酶A 的作用還不止于此，糖和脂肪代謝的很多途徑可以 逆轉，這就讓乙酰輔酶A 這個路口成了物質轉化的通道。在動物體內，存糖轉變成脂肪 新未命名-1.indd 12 2020/9/25 14:12:28 **編　系統(tǒng)：從細胞到生物圈 　 13 是一件很容易的事，這個代謝途徑就是糖先轉化成乙酰輔酶A，再由乙酰輔酶A 合成脂 肪，如圖2-3 所示。 丙氨酸、 色氨酸、 絲氨酸、 天冬氨酸、 酪氨酸、 苯丙氨酸、 纈氨酸、 蛋氨酸、 異亮氨酸、 蘇氨酸 脂肪酸 谷氨酸 乙酰輔酶A 乙酰輔酶A 輔酶A C6（葡萄糖） 2C3 C4 C6 C5 CO2 CH3-C-輔酶A CO2 CO2 O = 圖2-3　物質之間的相互轉化 氨基酸是構成蛋白質的基本單位，這種分子含有氨基，細胞中存在脫去氨基酸上氨基 的反應，氨基酸脫去氨基后可以形成檸檬酸循環(huán)中的物質，或者經(jīng)過轉化形成這些物質， 通過這種方式為細胞供能。與之相反的過程是檸檬酸循環(huán)中的一些物質加上氨基就能形成 氨基酸，所以糖和脂肪也可以成為細胞生產(chǎn)氨基酸的原料。但是，對于人體細胞而言，構 成蛋白質的氨基酸不是都能生產(chǎn)出來，生產(chǎn)氨基酸的種類取決于細胞生產(chǎn)氨基酸碳骨架的 能力。人體細胞缺乏生產(chǎn)其中八種碳骨架的能力，這些氨基酸不能由人體合成，只能從食 物中攝取。這些氨基酸就被稱為必需氨基酸。 所以，細胞中的主要有機物是可以通過檸檬酸循環(huán)這個代謝過程相互轉化的，也可以 通過這個過程走向氧化分解為細胞供能的途徑。這個反應加上大分子物質的合成和分解就 讓細胞能輕易轉化“木材”與“木柴”。 二、細胞里的發(fā)電廠 現(xiàn)代社會與古代社會的生活有哪些不同呢？這個問題會有很多答案，但是電的使用 一定是其中非常重要的一點。在沒有學會使用電能之前，人類已經(jīng)開始利用各種形式的能 量。通過燃燒，化學能被轉化為光能和熱能，水利資源豐富的地區(qū)會使用水車，流水中蘊 藏的能量轉化成了機械能的形式。 新未命名-1.indd 13 2020/9/25 14:12:28 好玩的生物學—陪中學生一起閱讀生命 14 現(xiàn)代社會中，人類直接使用的所有能源幾乎都可以通過電能轉化而來，電燈提供照 明，電暖器、電磁爐提供熱量，電動汽車為出行提供便利……電能為人類社會帶來的方便 不言而喻，但是為什么人類會選擇“電”呢？其中一個原因是人類現(xiàn)在的工具非常善于將 其他能量形式轉化為電能，也非常善于將電能轉化為其他形式的能，這樣現(xiàn)代人類社會就 構建出了一個以電能為中介的能量系統(tǒng)。 細胞這個系統(tǒng)中存在一種類似于電能的能量中介，這個中介是一個由三種物質組成的 能量轉化系統(tǒng)。這三種物質是ADP、磷酸和ATP。ADP 與磷酸結合形成ATP，ATP 分解 形成ADP 和磷酸。前一個過程的發(fā)生需要吸收能量，后一個過程的發(fā)生會釋放能量。前 一個反應需要的能量來自于各種有機物氧化產(chǎn)生的能量或者光能，后一個反應釋放的能量 用于細胞運動、物質合成、物質轉運等各種細胞中的能量需求。想象一下，如果沒有這種 機制，細胞會出現(xiàn)什么問題？由于細胞不能肯定獲取能源的是哪種物質，因此要為每一種 能源物質準備一套使用方案，這套方案中的每一個方案要*終解決一種細胞對能量的需 求，這樣排列組合下來，細胞中的代謝會過于復雜。有了ATP、ADP 能量轉化系統(tǒng)，所 有能量形式只要能轉化成ATP 中儲存的能量，細胞需要的能量只要都用ATP 中儲存的能 量，這個問題就解決了。這種方式就像人類社會中使用的電能一樣，不論什么能量形式， 先轉變?yōu)殡娔，人類需要的各種能量再從電能中獲取。 為了獲得電能，人類社會有發(fā)電廠，細胞中的發(fā)電廠是線粒體，是細胞中生產(chǎn)ATP *多的場所（見圖2-4）。雖然細胞中多數(shù)有機物都能被氧化分解，為細胞提供能量，但是 發(fā)電廠對原料的要求非常高，這個電廠的原料是C—H 鍵中的電子。H 在所有元素中原子 核*小，因此束縛電子能力特別弱，共用電子會被與H 原子共用電子的其他原子吸引走， 如O、N、C 都是這樣。與H2 中的電子相比，含H 化合物中的電子被大原子吸引，這些 電子離原子核更近，能量更低。當H2 與O2 反應生成水時會燃燒發(fā)出光和熱，這些能量就 可以看成電子能量降低釋放出來的。C 比O 束縛電子的能力低很多，所以與O—H 鍵相 比，C—H 鍵的電子遠離原子核，能級更高。這意味著在C—H 轉化為O—H 的過程中也 會有能量釋放出來。汽油、天然氣燃燒釋放的能量來源于這種轉化。線粒體中發(fā)生的也是 C—H 鍵轉化為O—H 的過程。C—H 中帶有高能量的電子被線粒體內膜上的蛋白質轉移 走，H 變成H+ 和電子兩部分，H+ 留在線粒體基質中，獲得電子的蛋白質能將線粒體基質 中的H+ 轉運到線粒體內外膜之間的膜間腔中。這樣在膜間腔內外就形成了H+ 濃度差，線 粒體內膜上的蛋白質就像麥克斯韋妖一樣，吃掉電子攜帶的能量，然后造成熵值降低。蛋 白質運送完H+，就會把電子給下一個蛋白質，自己恢復原來的狀態(tài)。電子一級一級傳遞， *終到線粒體內膜中的O2，O2 接受電子后變成O- 離子，這樣隔在線粒體內膜兩側的就是 新未命名-1.indd 14 2020/9/25 14:12:28 **編　系統(tǒng)：從細胞到生物圈 　 15 線粒體 線粒體基質 H+ H+ H+ H H+ + H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ HH + + HH + + HH + + 催化部位 固定 膜間腔 旋轉部位 柄 ATP ADP+Pi 線粒體內膜 圖2-4　線粒體內膜上的ATP 合酶 H+ 和O- 兩種離子，膜間腔的電位要比線粒體基質高得多，這樣H+ 就有強烈的動力從膜 間腔流回線粒體基質中。但是這種趨勢被線粒體 內膜的磷脂層阻礙了。這個過程很像是一座水電 站的水庫已經(jīng)蓄滿了水，發(fā)電只剩*后一步，就 是讓這些水流過發(fā)電機，如圖2-5 所示。 線粒體內膜上也有發(fā)電機，這臺發(fā)電機叫作 ATP 合酶。1994 年，科學家通過X 射線衍射技術 構建了ATP 合酶的立體結構模型，發(fā)現(xiàn)這個蛋白 質有H+ 通過的通道，像風扇扇葉一樣的結構與這條通道相連，后來的研究證明，10 ～ 14 個H+ 推動這個結構轉動一次，每4 個H+ 通過就有1 分子ATP 合成。這樣的結構和功能 簡直和發(fā)電機一模一樣。 線粒體發(fā)電站正是通過先提高H+ 勢能，再利用這些勢能生產(chǎn)ATP 的。

好玩的生物學:陪中學生一起閱讀生命 作者簡介

張超：北京師范大學附屬實驗中學生物高級教師，在生物學學科教育、學習教育、生命教育等多個教育領域均有較深入的研究和實踐。各領域著作二十余部，代表作有《平臺教育理念：尋找并成就屬于自己的人生》《學習，就是找對方法》《種豆如何能得瓜》等。 趙奐：北京師范大學附屬實驗中學生物高級教師，分子生物學博士。指導學生獲得英特爾國際科學與工程大獎賽一等獎，指導學生團隊獲“國際遺傳工程機器大賽”金獎（大陸高中首金）。著有《解讀生命體》等作品。 林祖榮：北京師范大學附屬實驗中學生物學特級教師，北京師范大學基礎教育研究員。人民教育出版社高中、初中生物教材核心作者及教材培養(yǎng)專家組核心成員；在全國各地作教材教法等培訓數(shù)百場；發(fā)表論文經(jīng)驗總結200余篇，著有《新課程理念與實施》《高中生物讀本》等作品。

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