1 생물학에서의 진화 체제 ... 1 생명이란 무엇인가? ... 2 대사는 물질과 에너지를 변환시킨다 ... 2 생식은 생명을 지속시키고 진화의 근거를 제공한다 ... 3 생물진화 : 수십억 년에 걸친 변화 ... 3 다윈은 생물진화를 기계론적으로 설명하였다 ... 4 지구 생명체 역사상에 일어난 주요 과정 ... 4 생명체는 화학진화를 통하여 무생물로부터 탄생하였다 ... 4 생물진화는 세포가 생성되면서 시작하였다 ... 5 광합성은 진화의 방향을 변화시켰다 ... 5 복잡한 내부구획을 가진 세포가 출현하였다 ... 6 다세포체가 출현하였으며 세포는 특수화되었다 ... 6 성은 진화속도를 증가시켰다 ... 6 생명체 구성의 계층구조 ... 6 생명체의 진화계통수 ... 7 생물학은 자연과학의 한 분야이다 ... 10 논리적 사고는 과학탐구의 길라잡이이다 ... 10 가설은 두 가지 주요 방법을 통하여 검증된다 ... 10 모든 형태의 탐구가 모두 과학적인 것은 아니다 ... 12 생물학은 공공정책과 연관되어 있다 ... 13 제1부 세포 2 생명과 화학 : 작은 분자 ... 15 물과 생명기원의 화학 ... 16 원자 : 물질의 구성요소 ... 16 화학결합 : 원자들의 상호 연결 ... 20 화학반응 : 원자들이 파트너를 바꾼다 ... 25 물 : 구조와 특성 ... 26 산, 염기, 그리고 pH 척도 ... 28 분자의 특성 ... 31 3 생명과 화학 : 고분자 ... 35 생명의 기원에 관한 학설 ... 35 고분자 : 거대 중합체 ... 37 축합반응과 가수분해반응 ... 38 단백질 : 아미노산의 중합체 ... 38 탄수화물 : 당류와 당중합체 ... 45 지질 : 비수용성 분자 ... 49 핵산 : 촉매성을 가진 정보 고분자 ... 54 모든 생명체는 생명체로부터 유래한다 ... 57 4 세포 : 생명체의 기본 단위 ... 59 세포 : 생명체의 기본 단위 ... 59 원핵세포 ... 62 진핵세포 ... 65 정보를 취급하는 세포소기관 ... 68 세포내막계 ... 70 에너지를 가공 처리하는 세포소기관 ... 73 그 외의 세포소기관 ... 77 세포골격 ... 78 세포외구조 ... 81 5 세포막 ... 85 막의 조성과 구조 ... 85 세포의 인식과 부착 ... 89 막수송의 수동적 과정 ... 92 능동수송 ... 97 세포내섭취작용과 세포외배출작용 ... 99 막은 단지 장벽만은 아니다 ... 101 막은 역동적이다 ... 102 6 에너지, 효소, 그리고 물질대사 ... 103 에너지와 그 변환 ... 104 ATP : 세포 내에서의 에너지 전환 ... 108 효소 : 생물촉매 ... 110 분자 구조가 효소 기능을 결정한다 ... 114 대사작용과 효소의 조절 ... 116 7 세포의 화학에너지 수확 경로 ... 121 포도당으로부터 방출되는 에너지와 전자 ... 121 해당과정 : 포도당으로부터 피루브산까지 ... 124 피루브산 산화 ... 127 시트르산회로 ... 127 호흡사슬 : 전자, 양성자, 그리고 ATP 생산 ... 130 발효 : O₂없이 포도당으로부터 ATP 생성 ... 134 에너지 수득률의 대조 ... 135 대사경로 간의 상호관계 ... 136 에너지 경로의 조절 ... 138 8 광합성 : 태양으로부터의 에너지 ... 141 광합성 반응물과 생성물의 동정 ... 141 광합성의 두 가지 경로 : 개요 ... 142 빛과 색소의 상호작용 ... 143 명반응 : 전자전달, 환원, 그리고 광인산화 ... 146 CO₂로부터 탄수화물의 합성 : 캘빈-벤슨회로 ... 149 광호흡과 그 진화적 결과 ... 152 식물에서의 대사경로 ... 155 제2부 정보와 유전 9 염색체, 세포주기, 그리고 세포분열 ... 157 세포증식 시스템 ... 158 간기와 세포분열의 통제 ... 160 진핵생물 염색체 ... 163 유사분열 : 정확한 유전정보를 지닌 복제물을 만든다 ... 163 세포질분열 : 세포질의 분열 ... 167 생식 : 무성생식과 유성생식 ... 168 감수분열 : 두 번의 핵분열 ... 170 감수분열 시의 착오 ... 175 세포자살 ... 177 10 유전학 : 멘델과 그 이후 ... 179 유전학의 초석 ... 179 멘델의 실험과 유전법칙 ... 181 대립유전자와 그들의 상호작용 ... 190 유전자 상호작용 ... 192 유전자와 염색체 ... 194 성결정과 반성유전 ... 196 비핵유전 ... 201 11 DNA와 유전에서의 역할 ... 203 DNA : 유전물질 ... 203 DNA의 구조 ... 207 DNA 복제 메커니즘의 결정 ... 210 DNA 복제의 분자 메커니즘 ... 212 DNA 교정과 수선 ... 217 DNA 복제의 실제 응용 ... 219 12 DNA로부터 단백질까지 : 유전자형과 표현형 ... 223 하나의 유전자, 하나의 폴리펩티드 ... 223 DNA, RNA, 그리고 정보의 흐름 ... 226 전사 : DNA의 매개에 의한 RNA 합성 ... 227 유전암호 ... 229 해독의 준비 : RNA, 아미노산, 리보솜의 연결 ... 232 해독 : RNA의 지시에 의한 폴리펩티드 합성 ... 235 해독의 조절 ... 237 해독 이후의 진행과정 ... 238 돌연변이 : 유전자에서 생긴 유전될 수 있는 변화 ... 241 13 바이러스 및 원핵생물의 유전학 ... 247 유전자의 본질 탐색 ... 247 바이러스 : 증식과 재조합 ... 248 원핵생물 : 증식과 재조합 ... 254 원핵생물의 유전자 발현 조절 ... 259 바이러스에서의 전사 제어 ... 264 원핵생물의 게놈 ... 266 14 진핵생물의 게놈과 발현 ... 269 진핵생물의 게놈 ... 269 진핵생물의 게놈에 있는 반복서열 ... 273 단백질 암호화 유전자의 구조 ... 275 RNA 가공과정 ... 279 전사 조절 ... 280 전사 후 조절 ... 287 해독 시의 조절과 해독 후의 조절 ... 289 15 세포의 신호와 정보소통 ... 291 신호 ... 291 수용체 ... 294 신호전달 ... 297 신호 효과 : 세포 기능의 변화 ... 302 세포와 세포 사이의 직접적인 정보소통 ... 304 16 재조합 DNA와 생명공학 ... 307 DNA의 절단과 재접합 ... 308 새로운 유전자의 세포로의 도입 ... 310 클로닝을 위한 유전자의 출처 ... 315 DNA 조작을 위한 부가적인 도구 ... 317 생명공학 : DNA 조작의 응용 ... 320 17 분자생물학과 의학 ... 329 비정상 단백질 또는 결손된 단백질 : 돌연변이체의 표현형 ... 330 돌연변이와 인간 질병 ... 334 유전 변이의 검출 : 인간 질병의 검색 ... 338 암 : 유전적 변화에 의한 질병 ... 341 유전병의 치료 ... 345 인간 유전체의 염기서열 결정 ... 348 18 질병의 자연방어 ... 353 동물의 방어체계 ... 354 비특이적 방어 ... 356 특이적 방어 : 면역체계 ... 359 B세포 : 체액성 면역반응 ... 363 T세포 : 세포성 면역반응 ... 367 항체 다양성의 유전학적 근거 ... 371 면역계의 장애 ... 373 제3부 발달 19 발달과정의 유전자 차등발현 ... 377 발달과정 ... 378 세포분화에서 차등적 유전자 발현의 역할 ... 380 세포결정에서 세포질분리와 유도작용의 역할 ... 385 기관의 발달에서 패턴형성의 역할 ... 388 몸의 분절형성에서 차등적 유전자 발현의 역할 ... 391 20 동물의 발생 : 유전자에서 개체까지 ... 395 발생은 수정으로부터 시작된다 ... 396 난할 : 세포질의 재분할 ... 397 낭배형성 : 몸설계 만들기 ... 401 신경관형성 : 신경계의 시작 ... 407 배외막 ... 410 인간의 발생 ... 411 21 발달과 진화학적 변화 ... 415 진화와 발달 ... 415 조절 유전자와 모듈화 : 형태의 변화 ... 418 식물의 발달과 진화 ... 420 발달 패턴에 대한 환경의 영향 ... 421 학습 : 발달의 변형 ... 425 제4부 진화의 과정 22 지구의 생명의 역사 ... 427 생물진화의 정의 ... 427 지구 나이의 결정 ... 428 지구 겉모양의 변화 ... 430 화석기록 ... 433 지구의 생명 역사의 주요 양상 ... 433 계보 내의 진화적 변화의 속도 ... 439 진화의 미래 ... 442 23 진화의 메커니즘 ... 443 진화에 대한 찰스 다윈의 이론 ... 444 개체군 내에서의 유전적 변이 ... 446 하디-바인베르크 평형 ... 449 진화의 작인과 그들의 효과 ... 451 자연선택의 결과 ... 454 적응에 대한 비용 평가 ... 457 유전적 변이의 유지 ... 459 진화상의 제약 ... 460 문화적 진화 ... 461 단기진화 대 장기진화 ... 461 24 종과 그 형성 ... 463 종이란 무엇인가? ... 463 새로운 종은 어떻게 나타날까? ... 465 종분화의 완결 : 생식적 격리 메커니즘 ... 469 잡종형성 지역 : 불완전한 생식적 격리 ... 472 종분화율의 변화 ... 473 방산진화 ... 474 25 계통의 재구성과 활용 ... 477 계통수 ... 477 계통을 재구성하는 단계 ... 479 단순 계통의 재구성 ... 481 생물학적 분류와 진화적 유연관계 ... 483 계통수는 쓸모가 많다 ... 485 26 분자진화와 게놈진화 ... 489 게놈과 게놈의 진화 ... 490 고분자의 진화 ... 490 고분자의 구조 결정과 비교 ... 491 단백질들은 새로운 기능을 획득한다 ... 493 게놈 크기의 진화 ... 496 분자적 게놈정보의 이용 ... 498 제5부 다양성의 진화 27 세균영역과 고세균영역 : 원핵생물의 영역 ... 501 왜 3개의 영역인가? ... 502 원핵생물의 일반생물학 ... 503 원핵생물과 그들의 환경 ... 508 원핵생물의 계통과 다양성 ... 510 세균 ... 511 고세균 ... 516 28 원생생물과 진핵생물상계의 출현 ... 519 원생생물의 정의 ... 519 진핵세포의 기원 ... 520 원생생물의 일반생물학 ... 522 원생생물의 다양성 ... 525 디플로모나드와 파라바살리드 ... 525 유글레노조아 ... 527 알베올라타 ... 528 부등편모생물 ... 531 홍조문 ... 536 녹조류 ... 536 깃털편모충류 ... 539 내부공생의 역사 ... 539 되풀이해서 나타나는 몸체의 형태 ... 540 29 비종자식물 : 해양에서 육상으로 ... 545 식물계 ... 546 육지의 정복 ... 547 비관속식물 : 태류, 각태류 및 선류 ... 549 관속식물의 등장 ... 553 현존하는 비종자성 관속식물 ... 558 30 종자식물의 진화 ... 563 종자식물 ... 563 나자식물 : 노출된 종자 ... 565 피자식물 : 현화식물 ... 567 31 균류 : 재순환자, 병원체, 기생자, 그리고 식물의 협동자 ... 577 균류의 일반생물학 ... 578 균류계의 다양성 ... 582 균류의 공생 ... 589 32 동물의 기원과 몸설계의 진화 ... 593 동물 : 공통조상의 후손들 ... 593 몸설계 : 기본적인 구조에 대한 디자인 ... 595 해면동물 : 느슨하게 조직화되어 있는 동물 ... 596 자포동물 : 두 개의 세포층과 막힌 장 ... 597 유즐동물 : 완전한 장과 촉수 ... 602 좌우대칭 동물의 진화 ... 602 단순한 촉수담륜동물 ... 603 촉수동물 : 원시형의 몸설계 ... 605 나선동물 : 벌레와 같은 몸설계 ... 607 33 탈피동물 : 허물을 벗는 동물 ... 615 각피 : 유연하고 체절화되지 않은 외골격 ... 615 절지동물과 그 근연종 : 체절성의 외골격 ... 619 갑각류 : 다양하고 풍부함 ... 620 곤충 : 해산 갑각류의 육상 자손 ... 622 몸이 두 부위로 이루어진 절지동물 ... 625 선구동물 진화의 테마 ... 627 34 후구동물 ... 629 후구동물 선조 ... 629 극피동물 : 오방사대칭 ... 629 반삭동물 : 보전적 진화 ... 633 척삭동물 : 새로운 먹이 섭취 방법 ... 634 육지로의 이주 : 공기에서 산소를 획득함 ... 638 조류 : 더 많은 깃털과 향상된 비행능력 ... 644 포유류의 기원과 다양성 ... 646 영장류와 인류의 기원 ... 647 후구동물과 선구동물 : 공유하는 진화의 주제 ... 652 제6부 현화식물의 생물학 35 식물체 ... 655 현화식물의 영양기관 ... 656 식물 세포 ... 659 식물 조직과 조직계 ... 663 식물체의 형성 ... 664 잎의 해부학적 구조는 광합성을 지원한다 ... 672 36 식물의 수송 ... 675 수분 및 무기물의 흡수와 수송 ... 675 물관부에서의 수분과 무기물의 수송 ... 680 증산작용과 기공 ... 683 체관부에서의 물질의 이동 ... 685 37 식물의 영양 ... 689 영양물질의 획득 ... 689 식물의 필수 무기영양소 ... 690 토양과 식물 ... 692 질소 고정 ... 695 식충식물과 종속영양 식물 ... 699 38 식물의 생장조절 ... 701 식물발달에서의 상호작용 요인 ... 701 식물발달의 개관 ... 702 종자 휴면의 종결과 발아의 시작 ... 704 지베렐린 : 발아에서 열매의 생장에 영향을 미치는 조절자 ... 705 옥신은 식물의 생장과 형태에 영향을 미친다 ... 707 시토키닌은 종자에서 노쇠에 이르기까지 작용한다 ... 714 에틸렌 : 잎의 노쇠와 과일 숙성을 촉진하는 호르몬 ... 714 아브시스산 : 스트레스 호르몬 ... 716 브라시노스테로이드 : 빛의 효과를 매개하는 호르몬 ... 716 빛과 광수용체 ... 716 39 현화식물의 생식 ... 721 생식의 여러 가지 방법 ... 721 식물의 유성생식 ... 722 개화단계로의 전이 ... 727 개화의 광주기적 제어 ... 728 춘화처리와 개화 ... 733 무성생식 ... 734 40 환경의 도전에 대한 식물의 반응 ... 737 식물-병원체 상호작용 ... 737 식물과 초식동물 : 이익과 손실 ... 741 수분의 양극단 : 건조토양과 포화토양 ... 744 지나치게 많은 염류 : 염성 환경 ... 747 중금속으로 덮인 서식지 ... 748 고온과 저온 환경 ... 749 제7부 동물의 생물학 41 생리학, 항상성, 그리고 온도조절 ... 751 항상성 : 일정한 내부환경의 유지 ... 752 조직, 기관, 그리고 기관계 ... 753 생리적 조절과 항상성 ... 755 온도와 생명 ... 756 최적의 체온 유지하기 ... 758 내온동물의 열 조절 ... 762 척추동물의 자동온도조절기 ... 765 42 동물호르몬 ... 769 호르몬과 그 작용 ... 769 곤충의 탈피와 발생을 조절하는 호르몬 ... 772 척추동물의 내분비계 ... 774 호르몬의 작용 : 신호전달경로의 역할 ... 785 43 동물의 생식 ... 789 무성생식 ... 789 유성생식 ... 791 인간의 생식계 ... 798 인간의 성행동 ... 805 44 뉴런과 신경계 ... 811 신경계 : 세포와 기능 ... 811 뉴런 : 신경충격을 발생시키고 전달하는 기능 ... 814 뉴런, 시냅스, 그리고 의사전달 ... 821 45 감각계 ... 831 감각세포 그리고 자극의 전달 ... 831 화학수용기 : 특정 분자에 반응함 ... 833 기계수용기 : 세포막을 뒤트는 자극을 감지함 ... 836 광수용기와 시각계 : 빛에 대한 반응 ... 841 사람이 경험할 수 없는 감각의 세계 ... 848 46 포유류의 신경계 : 구조와 고등기능 ... 851 신경계 : 구조, 기능, 그리고 정보의 흐름 ... 852 신경계의 하위 기능계 ... 853 신경네트워크에 의한 정보처리 ... 858 고차원의 뇌기능을 세포수준에서 이해하기 ... 861 47 효과기 : 동물의 운동 ... 869 미세소관, 미세섬유, 그리고 세포의 운동 ... 869 근수축 ... 870 근육강도와 효율 ... 877 골격계 ... 880 그 외의 효과기 ... 884 48 동물의 가스교환 ... 887 호흡가스 교환의 물리적 과정 ... 887 호흡가스 교환에 대한 적응 ... 890 사람의 허파와 가스교환 ... 895 호흡가스의 혈액 수송 ... 897 호흡 조절 ... 901 49 순환계 ... 905 순환계 : 펌프, 혈관 및 혈액 ... 905 척추동물 순환계 ... 907 사람의 심장 : 하나에 두 개의 펌프 ... 910 혈관계 : 동맥, 모세혈관, 정맥 ... 914 혈액 : 액상조직 ... 919 순환의 관리와 조절 ... 921 50 영양, 소화, 그리고 흡수 ... 925 영양 요구 ... 926 먹이에 대한 적응 ... 932 소화 ... 933 척추동물 창자의 구조와 기능 ... 934 소화의 통제와 조절 ... 941 연료대사의 통제와 조절 ... 942 음식물 섭취의 조절 ... 943 음식물 속의 독성물질 ... 945 51 염 및 수분의 군형과 질소의 배출 ... 947 조직액과 수분 균형 ... 947 질소 노폐물의 배설 ... 949 무척추동물의 다양한 배설계 ... 951 척추동물의 배설계 ... 952 포유류의 배설계 ... 955 신장 기능의 조절 ... 959 52 동물의 행동 ... 963 무엇을, 어떻게, 그리고 왜라는 질문 ... 964 유전에 의해 형성된 행동 ... 964 호르몬과 행동 ... 969 행동의 유전학 ... 970 정보교환 ... 972 행동의 시간적 조절 : 생체리듬 ... 975 동물의 이동과 길찾기 : 방위설정과 항법 ... 979 인간의 행동 ... 982 제8부 생태학과 생물지리학 53 행동생태학 ... 985 환경변이에 대한 반응 ... 986 동물 사회의 진화 ... 992 행동생태학, 개체군동태, 그리고 군집 구조 ... 995 54 개체군생태학 ... 999 공간과 시간에서의 개체군 ... 999 생태적 상호작용의 유형 ... 1001 개체군밀도에 영향을 주는 요인 ... 1003 개체군밀도의 변동 ... 1004 개체군의 변이 ... 1006 종 분포범위의 변이 ... 1009 개체군의 관리 ... 1011 지역 개체군 동태에 영향을 주는 지역적 및 지구적 과정 ... 1014 55 군집과 생태계 ... 1017 군집 : 종들의 집합 ... 1018 군집과 생태계의 양상과 과정 ... 1019 생태교란과 군집구조 ... 1025 분산, 멸종, 그리고 군집구조 ... 1028 56 생물지리학 ... 1031 지구의 생물지리역 ... 1031 역사와 생물지리학 ... 1034 생태학과 생물지리학 ... 1036 육상생물군계 ... 1038 수계생물지리학 ... 1050 종풍요도의 지역 양상 ... 1051 생물지리학과 인류 역사 ... 1053 57 보전생물학 ... 1055 종의 멸종에 대해 왜 관심을 가져야 하는가? ... 1056 현 멸종률의 추산 ... 1057 생물다양성의 보존 ... 1057 서식지 복원과 종의 회복 ... 1063 생물상 치료 : 보전 처방 ... 1065 한도 정하기 : 새뮤얼 플림솔의 전설 ... 1066 58 지구시스템과학 ... 1067 네 개의 구획으로 이루어진 지구시스템 ... 1067 생물지화학환, 물, 그리고 불 ... 1071 탄소순환 ... 1073 질소순환 ... 1075 황순환 ... 1076 인순환 ... 1077 생물지화학환의 상호작용 ... 1078 미래의 비전 ... 1079 부록 : 생물학에서 사용되는 단위 ... 1080 찾아보기 ... 1081