本書共分為8個單元，包括生物學概述、細胞生物學、遺傳學、動物、植物、進化學與生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)容，配合全彩插圖能夠培養(yǎng)讀者對生物學學習的興趣。“重要的生物過程”“關鍵學習成果”“調(diào)查與分析”“本章回顧”“本章測驗”等版塊能夠幫助讀者更好地理解和掌握每個章節(jié)的內(nèi)容，鍛煉生物學學習的邏輯思維與讀懂圖表的能力，這些能力為深入學習生物學打好基礎。
1665年，羅伯特 · 胡克在一臺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“細胞”，盡管后來發(fā)現(xiàn)那些“細胞”都是死亡的，但這卻是人類在生命世界微觀領域探索的“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構層次。細胞中擁有各司其職的細胞器，一些相似的細胞構成組織，組織形成更高級的器官、系統(tǒng)、個體，最后由個體組成種群和群落，群落與環(huán)境交互作用組成生態(tài)系統(tǒng)。在形成更高級層次的同時，能夠擁有新的特性，這就是生命的涌現(xiàn)性。生命的涌現(xiàn)性帶來了豐富多彩的生命奧秘，也因此令生物學的學習充滿挑戰(zhàn)。許多學習生物學的學生可能會因其龐大的知識網(wǎng)絡發(fā)愁，記憶這些瑣碎的知識要點談何容易！在本書中，作者借助圖示幫助讀者理解這些紛雜的知識要點，這足以使單調(diào)的記憶方式產(chǎn)生質變。也有一些讀者可能對數(shù)量繁多的生物學名詞感到為難，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，理解生命的動態(tài)過程才是學習過程中極其重要的關鍵環(huán)節(jié)�！�
喬治 · B.約翰遜博士在書寫本書的過程中，也在鼓勵任何一位學習生物學的讀者朋友樹立實驗思維，積極提出問題，作出假設，設計實驗（或者研究論文、報告），獲取數(shù)據(jù)，從而得出可靠的結論。盡管書名為《生物學的思維方式》，但本書所及并非僅僅為學習生物學需要擁有怎樣的思考，內(nèi)容上則更貼近高校生物學專業(yè)課程——普通生物學。普通生物學討論廣泛的生物學，包含眾多生物學分支學科的知識，可視作生命科學導論，非常適合生物學專業(yè)的學生或對生物學感興趣的大眾讀者入門學習。
《生物學的思維方式》鼓勵讀者利用生物學思維思考所有與生命有關的問題，希望本書能為求知的讀者在探索生命科學之路上提供一絲啟發(fā)。在探索生命科學的過程中，希望每一位求知者能夠了解地球上每個生命存在的美妙，及其與人類活動的意義，并因此擔負起保護這個星球的責任，與自然和諧共處。
本書體量豐富，翻譯工作量龐大，翻譯團隊的全體成員遠超于封面所能呈現(xiàn)的，每一位參與工作的老師同樣重要，在此向他們表達誠摯的謝意。受CIP數(shù)據(jù)所登記的譯者人數(shù)所限，借出版后記詳細說明各位老師在本書中參與的具體工作：沈劍老師對本書第二單元、第三單元的翻譯工作與詞匯整理工作，劉寵老師對本書第一單元、第六單元與附錄的翻譯工作，趙蘊陽老師對本書第四單元、第七單元的翻譯工作，張振興老師對本書第四單元、第五單元、第六單元、第八單元與詞匯表的翻譯工作和對全書的審校工作，付雷老師對本書前言、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。
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著者簡介
喬治·B. 約翰遜，華盛頓大學圣路易斯分校生物學榮譽退休教授，華盛頓大學醫(yī)學院遺傳學教授。他教授生物學和遺傳學課程已超過三十五年，同時熱衷于研究群體遺傳學和進化論，已撰寫了五十多篇科學期刊出版物。他撰寫生物學教材三十余年，擁有豐富的寫作經(jīng)驗，已出版七本教科書。
譯者審校簡介
沈劍，譯者，九三學社社員，東北師范大學生命科學學院細胞生物學專業(yè)碩士。現(xiàn)任江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院常州衛(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專業(yè)的學習和研究，現(xiàn)從事高中生物課程教學。
趙蘊陽，譯者，美國華盛頓州立大學農(nóng)學院博士�，F(xiàn)任職禮來制藥公司。
張振興，譯者、審校，東北師范大學生命科學學院副教授，從事流域尺度的河渠廊道系統(tǒng)生態(tài)恢復研究。
付雷，統(tǒng)稿，浙江師范大學教師教育學院講師，科普作家，主要從事生命科學教育研究。
王海濤，審校，東北師范大學生命科學學院教授、博士生導師，鳥類學研究組負責人，任中國動物學會鳥類學分會副主任委員、中國動物學會理事等。
作者簡介 4
前言 5
致謝 10
0 研究生物學 2
第 1 單元 | 生命的研究
1 生物科學 16
第 2 單元 | 活細胞
2 生命的化學 36
3 生命的分子 54
4 細胞 74
5 能量與生命活動 112
6 光合作用：從太陽獲取能量 126
7 細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 遺傳學基礎 202
11 DNA：遺傳物質 238
12 DNA 的工作機制 258
13 基因組學與生物技術 280
第 4 單元 | 進化與生命的多樣性
14 進化與自然選擇 310
15 生物的命名 350
16 原核生物：最早的單細胞生物 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 | 動物的進化
19 動物門的進化 436
20 脊椎動物的歷史 474
21 人類如何進化 502
略
新版亮點
基因編輯 自本書上一版以來，最激動人心的進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可怕。與科學中的許多進步一樣，這一進步是分階段進行的，如 13.4節(jié)所述。該工具基于在細菌DNA中發(fā)現(xiàn)的特殊堿基序列，該序列包含兩個元素。第一段序列（“I. D. ”序列）是與在病毒中發(fā)現(xiàn)的相同的 30個堿基的短序列。第二段序列（“kill”序列）在轉錄成 RNA 時會折疊回環(huán)，形成發(fā)卡結構，DNA切割核酸酶與之結合。細菌使用這個系統(tǒng)來對抗感染病毒：第一段序列將轉錄RNA與入侵病毒的DNA結合，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大工具？替換病毒的“I. D. ”序列是一件簡單的事情，替換的序列為一段具有 30個堿基的不同序列，它用于識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，研究人員開始測試 CRISPR 對“基因驅動”的可能性。如 13.4節(jié)所述，其想法是利用CRISPR來替換“I. D. ”序列。這是一段精心構建的動物序列，其中包含一個新的“I. D. ”序列和 CRISPR序列的副本。當編輯基因后的動物繁殖時，包含CRISPR序列的染色體將在受精卵中與另一個親本的正常染色體配對——并將其轉換為包含CRISPR的染色體！一系列的連鎖反應下，CRISPR序列將在整個種群中傳播。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！
地球工程對抗全球變暖 應對全球變暖也取得了重要進展。隨著大氣中CO2含量達到200萬年以來的高位，并且在減少排放方面進展艱難，設計地球氣候可能是對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估。一種是通過給地球的海洋施肥以誘導大規(guī)模的光合作用來去除大氣中的CO2。地球上的海洋富含海藻，它們的生長主要因缺乏鐵而受到限制（鐵是葉綠素的關鍵成分）。在實驗室中，向海水中添加一磅鐵可以從空氣中去除多達100,000磅的碳！非常有爭議的小規(guī)模試驗表明，藻華是由鐵施肥產(chǎn)生的，當藻華沉入海底，碳還是會回到大氣中。第二種地球工程方法是將硫酸鹽氣溶膠注入大氣中，以反射陽光。上層平流層變成一面鏡子，將太陽光線反射回太空。因此，即使CO2水平繼續(xù)上升，世界氣候也不會變暖，因為照射到CO2分子的光較少。雖然這種方法從未經(jīng)過測試，但似乎很實用。
埃博拉疫情 2014—2015年，西非三個人口稠密的國家暴發(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，天文學家一直在探測圍繞遙遠恒星運行的行星。如第16.2節(jié)所述，已識別出10,000多個行星。它們中的任何一個可能像地球一樣容納生命嗎？ 2016年 7月 23日，天文學家宣布他們發(fā)現(xiàn)了一顆候選行星，它圍繞一顆距地球 1,400光年的恒星運行。這顆行星是開普勒 452b，它繞著一顆非常像我們的太陽的恒星運行，公轉只比地球多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成，而不是像海王星那樣的氣態(tài)星球。
重溫雙螺旋結構 大多數(shù)文章對沃森和克里克如何發(fā)現(xiàn)DNA分子是雙螺旋結構的歷史的記錄都存在錯誤。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到威爾金斯的實驗室學習X射線技術的一年前，威爾金斯發(fā)現(xiàn)并發(fā)表了DNA是螺旋結構的（在諾貝爾獎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)能夠導致一種致命的疾病。
認識丹尼索瓦人 當從西伯利亞發(fā)現(xiàn)的古代指骨中提取DNA并對其測序后，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8%的晚期智人的DNA來自尼安德特人和丹尼索瓦人。你的基因組是由三個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人擁有哪些突變，還可以確定他們是從誰那里繼承來的，以及受孕時父母的年齡。 如 11.5節(jié)中所述，數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了一個意想不到的發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)新突變發(fā)生在父親身上，而受孕時父親的年齡越大，孩子發(fā)生基因突變的可能性就越大。簡單地說，年長的父親更有可能生出患有基因疾病的孩子。
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