지은이소개 ... ⅲ 서문: 생명에 대한 사고 ... ⅳ 학생들을 위한 안내 ... ⅵ 옮긴이소개 ... ⅹ 옮긴이 말 ... xi 제1부 생명의 세포학적 기초 1 생명의 과학 ... 2 1.1 생명이란 무엇인가? ... 4 A. 생명은 조직화되어 있다 ... 4 B. 생명은 에너지를 필요로 한다 ... 6 C. 생명은 내부 항상성을 유지한다 ... 7 D. 생명은 자가 생식하고 성장하며 발생한다 ... 7 E. 생명은 진화한다 ... 8 1.2 분류체계는 생명의 다양성을 설명한다 ... 9 A. 분류체계는 공통된 특징에 기초한다 ... 9 B. 영역과 계는 가장 포괄적인 단계이다 ... 10 1.3 과학자는 자연 세계를 연구한다 ... 11 A. 과학적 방법은 상호 연관된 여러 단계로 되어 있다 ... 11 B. 실험 설계는 신중하게 계획되어야 한다 ... 12 C. 이론은 포괄적인 설명이다 ... 14 D. 과학 탐구는 한계가 있다 ... 14 1.4 생명 탐구: 디지털 생명체는 진화를 모방한다 ... 16 2 생명의 화학 ... 20 2.1 원자는 생명의 재료이다 ... 22 A. 원소는 물질의 근본적인 종류이다 ... 22 B. 원자는 원소의 입자이다 ... 23 C. 동위원소는 중성자 수가 다르다 ... 23 2.2 화학결합은 원자들을 연결한다 ... 24 A. 전자가 결합을 결정한다 ... 25 B. 공유결합에서 원자들은 전자를 공유한다 ... 26 C. 이온결합에서 한 원자는 다른 원자의 전자를 가져간다 ... 26 D. 극성분자의 부분 전하는 수소결합을 생성한다 ... 27 2.3 물은 생명에 필수적이다 ... 29 A. 물은 응집성과 부착성이 있다 ... 29 B. 극성 물질은 물에 녹는다 ... 29 C. 물은 온도를 조절한다 ... 30 D. 물은 생명의 화학반응에 참여한다 ... 30 2.4 생명체는 산과 염기의 균형을 유지한다 ... 31 A. PH 지수는 산성도 또는 알칼리도를 나타낸다 ... 32 B. 완충계는 생명체의 pH를 조절한다 ... 32 2.5 유기분자는 생명의 형태와 기능을 생성한다 ... 33 A. 탄수화물은 단당류와 다당류를 포함한다 ... 34 B. 지질은 소수성이고 에너지가 풍부하다 ... 35 C. 단백질은 복잡하고 매우 다양하다 ... 37 D. 핵산은 유전정보를 저장하고 전달한다 ... 40 2.6 생명 탐구 왼손은 화성에서 왔는가? ... 43 3 세포 ... 48 3.1 세포는 생명의 단위이다 ... 50 A. 세포의 발견 ... 50 B. 세포설의 대두 ... 50 C. 현미경 ... 51 D. 세포의 공통된 특징 ... 52 3.2 막은 세포와 그 주변을 분리한다 ... 54 A. 지질과 단백질은 세포막을 형성한다 ... 54 B. 신호전환은 세포 내부로 신호를 전달한다 ... 56 3.3 세포 종류에 따른 세 영역 ... 57 A. 세균 영역 ... 58 B. 고세균 영역 ... 59 C. 진핵생물 영역 ... 59 3.4 진핵세포의 소기관 ... 62 A. 소기관들은 물질 분비를 위해 상호작용한다 ... 62 B. 리소좀, 액포, 그리고 퍼옥시좀은 세포의 소화 장소이다 ... 64 C. 엽록체는 포도당 합성공장이다 ... 66 D. 미토콘드리아는 영양소에서 에너지를 뽑는다 ... 67 3.5 세포골격 ... 69 A. 미세소관은 세포분열과 세포 이동에 관여한다 ... 69 B. 극미세섬유는 세포 내부의 부위를 움직인다 ... 70 C. 중간미세섬유는 모양을 유지하고 세포를 연결한다 ... 70 3.6 세포는 함께 묶여 있고 서로 소통한다 ... 71 A. 세포벽은 튼튼하고 유연하며 구멍이 있다 ... 71 B. 여러 형태의 동물세포 접합 ... 72 3.7 생명 탐구: 세포골격의 세균 기원 ... 74 4 생명의 에너지 ... 78 4.1 모든 세포는 에너지를 얻고 사용한다 ... 80 A. 에너지는 세포가 생명의 작업을 할 수 있도록 한다 ... 80 B. 열역학법칙은 에너지 전달을 설명한다 ... 80 4.2 화학반응의 망이 생명을 지속한다 ... 82 A. 화학반응은 에너지를 흡수하거나 방출한다 ... 83 B. 화학평형에서 반응속도는 균형을 이루고 있다 ... 84 C. 연결된 산화와 환원 반응은 전자전달계를 형성한다 ... 84 4.3 ATP는 세포의 에너지 화폐이다 ... 85 A. 연계반응은 ATP에 에너지를 저장하고 방출한다 ... 86 B. 인산의 전달은 에너지 전환을 종료한다 ... 86 4.4 효소는 생화학반응을 촉진한다 ... 87 A. 효소는 분자 '중매쟁이'이다 ... 87 B. 효소는 상대를 가진다 ... 88 C. 세포는 대사경로의 반응속도를 조절한다 ... 88 D. 환경적 조건이 효소 활성에 영향을 준다 ... 89 4.5 막 수송은 에너지를 방출하거나 소모할 것이다 ... 89 A. 수동수송은 에너지 투입이 필요 없다 ... 90 B. 능동수송은 에너지 투입을 필요로 한다 ... 93 C. 세포내도입과 세포외방출은 소낭을 사용하여 물질을 수송한다 ... 94 4.6 생명 탐구: 일부 유전병은 자연선택에 의해 보존되는가? ... 96 5 광합성 ... 100 5.1 생명은 광합성에 의존한다 ... 102 A. 광합성은 이산화탄소와 물로부터 포도당을 만든다 ... 102 B. 광합성의 진화가 지구를 변화시켰다 ... 103 5.2 햇빛이 광합성의 에너지원이다 ... 104 A. 빛이란 무엇인가? ... 104 B. 엽록체의 색소분자가 빛에너지를 포획한다 ... 104 C. 광합성은 두 단계로 일어난다 ... 106 5.3 명반응이 광합성을 시작한다 ... 107 A. 명반응은 광계와 전자전달계를 필요로 한다 ... 107 B. 광계 Ⅱ는 ATP를 만든다 ... 108 C. 광계 Ⅰ은 NADPH를 만든다 ... 109 5.4 탄소반응이 포도당을 생산한다 ... 110 A. 캘빈회로는 CO₂로부터 3탄당을 만든다 ... 110 B. C₃식물은 오직 캘빈회로를 통해서만 탄소를 고정한다 ... 111 5.5 C₄와 CAM 경로는 탄소와 수분을 보존한다 ... 111 A. C₄식물은 분리된 세포에서 탄소를 두 번 고정한다 ... 111 B. CAM 식물은 밤에 CO₂를 획득한다 ... 113 5.6 생명 탐구: 담배 줄기가 간직한 C₄경로의 기원에 대한 단서 ... 114 6 세포호흡 ... 118 6.1 세포는 음식물 에너지를 사용하여 ATP를 만든다 ... 120 6.2 세포호흡의 세 가지 주요 과정 ... 121 6.3 진핵세포에서 호흡은 미토콘드리아에서 일어난다 ... 122 6.4 해당과정은 포도당을 피루브산으로 분해한다 ... 123 6.5 산소호흡은 해당과정보다 훨씬 많은 ATP를 생산한다 ... 124 A. 크렙스회로는 ATP와 전자운반체를 만들어낸다 ... 124 B. 전자전달계가 ATP 합성을 유도한다 ... 125 C. 포도당 한 분자는 얼마나 많은 ATP를 생성하는가? ... 126 D. 단백질과 지질은 에너지 추출경로로 들어간다 ... 128 6.6 무산소호흡과 발효는 산소가 필요 없다 ... 129 A. 무산소호흡은 대체 전자수용체를 사용한다 ... 129 B. 발효생물은 해당과정에서만 ATP를 얻는다 ... 130 6.7 광합성과 호흡은 오래된 경로이다 ... 131 6.8 생명 탐구: 식물의 대체 생활방식과 성공적인 번식 ... 132 제2부 생명의 분자적 기초 7 DNA 구조와 복제 ... 136 7.1 유전물질을 확인한 실험들 ... 138 A. 그리피스는 세균에서 유전정보가 전달될 수 있음을 발견하였다 ... 138 B. 에이버리, 맥리오드, 그리고 매카티는 유전물질이 DNA임을 보여주었다 ... 138 C. 허시와 체이스는 DNA의 유전적 역할을 확인하였다 ... 139 7.2 DNA는 단백질의 제조법을 암호화하는 이중나선구조이다 ... 141 A. 생화학자와 물리학자가 DNA의 구조를 발견하였다 ... 141 B. DNA는 생명의 기능에 필요한 정보를 가지고 있다 ... 142 7.3 DNA 복제는 유전정보를 보존한다 ... 143 A. 복제는 많은 효소를 필요로 한다 ... 144 B. 돌연변이는 복제중에 일어나기도 한다 ... 145 7.4 PCR은 시험관에서 DNA를 복제한다 ... 146 7.5 DNA 서열결정은 염기의 순서를 밝혀준다 ... 147 A. 생어는 단편을 사용하여 DNA 서열을 결정하였다 ... 147 B. DNA 미세배열은 서열결정을 빠르게 한다 ... 147 7.6 DNA 프로파일링은 많은 분야에서 응용된다 ... 149 7.7 생명 탐구: 사체의 유전정보에서 얻은 고생태계 이야기 ... 150 8 세포주기 ... 154 8.1 세포의 분열과 죽음 ... 156 A. 세포분열은 염색체 배가를 필요로 한다 ... 156 B. 양친, 두 벌의 염색체 ... 158 8.2 DNA 복제, 핵분열 그리고 세포의 쪼개짐 ... 160 A. 간기는 중요한 활동 시기이다 ... 160 B. 유사분열은 염색체를 분배하고 핵을 분열시킨다 ... 161 C. 세포질분열은 세포질을 분배하고 나눈다 ... 162 8.3 세포는 세포주기를 엄격하게 조절한다 ... 164 A. 확인점은 세포주기를 유지시킨다 ... 164 B. 말단소체는 세포분열의 구조적 한계를 제공한다 ... 165 8.4 암은 세포분열이 통제에서 벗어날 때 발생한다 ... 166 A. 암세포는 여러 가지 면에서 정상 세포와 다르다 ... 166 B. 유전과 환경이 암을 유발한다 ... 166 C. 암 치료는 비정상적인 세포를 제거하거나 죽인다 ... 167 8.5 세포죽음은 생명의 일부이다 ... 168 A. 왜 세포는 죽는가? ... 168 B. 살해효소는 세포를 해체한다 ... 168 8.6 생명 탐구: 암과의 전쟁에서 종양의 공급선 끊기 ... 169 9 유성생식과 감수분열 ... 174 9.1 왜 성인가? ... 176 9.2 감수분열은 유성생식에서 필수적이다 ... 177 A. 감수분열은 염색체의 수를 반감한다 ... 177 B. 많은 생물들은 다세포의 반수체 시기를 가진다 ... 178 9.3 감수분열: 한 번의 DNA 복제와 두 번의 핵분열 ... 178 A. 제1감수분열은 상동염색체를 나눈다 ... 179 B. 제2감수분열은 반수체 세포가 분열한다 ... 180 9.4 감수분열은 엄청난 다양성을 생성한다 ... 182 A. 교차는 유전자를 이동시킨다 ... 182 B. 염색체 쌍은 중기 I에 무작위로 나열된다 ... 182 C. 무작위 수정은 다양성을 배가한다 ... 183 9.5 유사분열과 감수분열은 서로 다른 기능을 가진다: 요약 ... 184 9.6 실수는 가끔씩 감수분열에서 일어난다 ... 185 A. 배수성은 여분의 염색체 조합을 의미한다 ... 185 B. 비분리는 여분의 또는 잃어버린 염색체를 초래한다 ... 185 C. 작은 규모의 염색체 이상은 결손, 중복, 역위, 그리고 전좌를 포함한다 ... 187 9.7 반수체 핵은 배우자로 포장된다 ... 188 A. 사람의 배우자는 정소와 난소에서 형성된다 ... 188 B. 식물에서는 배우체가 배우자를 만든다 ... 189 9.8 생명 탐구: 달팽이의 군비경쟁 ... 190 10 유전의 양상 ... 194 10.1 유전의 기본법칙을 발견한 멘델의 실험 ... 196 A. 왜 완두인가? ... 196 B. 대립유전자는 우성 또는 열성이다 ... 196 C. 각 유전자에 대한 세포의 두 대립유전자는 같거나 다를 수 있다 ... 197 10.2 각 유전자의 두 대립유전자는 서로 다른 배우자로 끝을 맺는다 ... 199 A. 단성잡종교배는 한 유전자의 유전을 추적한다 ... 199 B. 감수분열은 멘델의 분리의 법칙을 설명한다 ... 200 10.3 다른 염색체에 있는 두 유전자는 독립적으로 유전된다 ... 202 A. 양성잡종교배는 한 번에 두 유전자의 유전을 추적한다 ... 202 B. 서로 다른 유전자들의 대립유전자는 배우자에서 독립적으로 분리된다 ... 202 10.4 유전자 발현은 멘델의 비율을 바꾸어 보이게 할 수 있다 ... 204 A. 불완전 우성과 공동우성은 표현형의 종류를 증가시킨다 ... 204 B. 하나의 유전자형이 여러 표현형을 만들 수 있다 ... 204 C. 다수의 유전자형이 동일한 표현형을 만들 수 있다 ... 206 D. 유전자 산물은 상호작용할 수 있다 ... 206 10.5 대부분의 형질은 환경과 여러 유전자의 영향을 받는다 ... 206 A. 환경은 표현형을 바꿀 수 있다 ... 206 B. 다유전자성 형질은 하나 이상의 유전자에 좌우된다 ... 207 10.6 생명 탐구: 유전과 굶주린 무리 ... 209 11 염색체와 사람의 유전 ... 214 11.1 세포의 DNA는 염색체로 나누어져 있다 ... 216 11.2 연관유전자의 연구로 염색체 지도가 만들어진다 ... 217 A. 같은 염색체에 있는 유전자는 연관되어 있다 ... 217 B. 연관지도는 교차의 빈도에서 나온다 ... 218 11.3 가계도는 유전의 방식을 보여준다 ... 220 11.4 X와 Y 염색체가 사람의 성을 결정한다 ... 222 11.5 성 연관유전자는 독특한 유전양상을 보여준다 ... 224 A. X-연관 열성 질환은 여성보다는 남성에 더 영향을 준다 ... 225 B. X 염색체 불활성화는 유전자 산물의 이중투여를 차단한다 ... 226 11.6 생명 탐구: 파파야 성 － 수컷인가, 암컷인가 아니면 둘 다인가? ... 228 12 유전자 기능, 유전자 조절, 그리고 생명공학 ... 234 12.1 DNA는 유전정보를 저장한다 ... 236 A. DNA는 뉴클레오티드의 나선구조이다: 복습 ... 236 B. RNA는 DNA와 폴리펩티드 사슬의 매개물이다 ... 236 12.2 전사는 RNA 생성에 DNA 주형을 이용한다 ... 238 A. 전사의 단계는 개시, 신장, 그리고 종결이다 ... 238 B. 진핵세포의 mRNA는 핵에서 변화된다 ... 239 12.3 번역은 단백질을 제조한다 ... 240 A. 유전암호는 mRNA를 단백질에 연결한다 ... 240 B. 번역은 mRNA, tRNA, 그리고 리보솜을 필요로 한다 ... 241 C. 번역은 세 단계로 일어난다 ... 242 D. 단백질은 번역 후 올바르게 접혀야 한다 ... 243 12.4 단백질 합성은 고도로 조절된다 ... 244 A. 오페론은 세균에서 하나의 프로모터를 공유하는 유전자 집단이다 ... 244 B. 진핵생물은 전사인자를 사용하여 유전자를 켜고 끈다 ... 245 C. 진핵세포는 추가적인 조절기작을 갖고 있다 ... 246 12.5 돌연변이는 새로운 대립유전자를 창조한다 ... 248 A. 돌연변이의 범위는 침묵에서 황폐까지 다양하다 ... 248 B. 무엇이 돌연변이를 일으키는가? ... 249 C. 일부 돌연변이는 다음 세대로 전달된다 ... 250 D. 돌연변이는 여러모로 중요하다 ... 250 12.6 인간의 유전체 서열은 예상치 못한 복잡성을 보여준다 ... 251 12.7 형질전환 생물은 하나 이상의 종에서 온 DNA를 가진다 ... 252 A. 형질전환 생물은 매우 유용하다 ... 252 B. 형질전환 생물의 제조는 DNA 자르기와 붙이기를 필요로 한다 ... 252 12.8 생명공학은 실질적으로 많은 분야에서 응용된다 ... 254 A. 유전자 치료는 잘못된 유전자를 교체한다 ... 254 B. 안티센스 RNA와 유전자 파괴는 유전자 발현을 차단한다 ... 254 C. DNA 미세배열은 유전자 발현의 추적을 도와준다 ... 255 D. 단백질체학은 한 생명체의 전체적인 단백질 생산을 연구한다 ... 255 12.9 생명 탐구: 언어의 기원에 대한 단서 ... 256 제3부 생명의 진화 13 진화적 변화의 동력 ... 262 13.1 수세기에 걸쳐 발전된 진화적 사고 ... 264 A. 많은 설명이 생명의 다양성을 위해 제안되었다 ... 264 B. 다원의 항해는 풍부한 증거를 제공하였다 ... 265 C.『종의 기원』은 진화기작으로 자연선택을 제안했다 ... 266 13.2 자연선택이 진화의 틀을 형성한다 ... 269 A. 선택은 차별적 번식 성공에서 초래된다 ... 269 B. 자연선택은 특정한 표현형을 제거한다 ... 270 C. 자연선택은 목표가 없다 ... 271 D. '적자생존'은 실제로 무엇을 의미하는가? ... 272 E. 자연선택의 세 가지 방식 ... 273 F. 균형다형성은 한 유전자에 대한 다수의 대립유전자를 유지 한다 ... 274 13.3 진화는 실제 개체군에서 피할 수 없다 ... 275 A. 하디-바인베르그 평형에서 대립유전자 빈도는 변하지 않는다 ... 275 B. 실제 집단에서 대립유전자의 빈도는 항상 변화한다 ... 276 13.4 진화적 변화는 몇 가지 방식으로 일어난다 ... 277 A. 돌연변이는 진화의 연료이다 ... 278 B. 선택적 교배는 대립유전자를 국부적으로 집중시킨다 ... 278 C. 유전자 확산은 집단 사이에 대립유전자를 이동시킨다 ... 279 D. 유전적 부동은 무작위로 일어난다 ... 280 13.5 생명 탐구: 어획 제한에서 크기의 문제 ... 281 14 종분화와 멸종 ... 286 14.1 '종'의 정의는 시기에 따라 진화하였다 ... 288 A. 린네는 이명법을 고안하였다 ... 288 B. 마이어는 생물학적 종의 개념을 발전시켰다 ... 288 14.2 생식적 장벽이 종을 분리한다 ... 290 A. 수정 전 장벽이 수정을 막는다 ... 290 B. 수정 후 장벽이 생존 또는 생식 가능한 자손을 차단한다 ... 291 14.3 공간적 배치는 종분화의 세 가지 주된 방식을 정의한다 ... 291 A. 이소적 종분화는 지리적 장벽을 반영한다 ... 291 B. 근소적 종분화는 이웃한 지역에서 일어난다 ... 292 C. 동소적 종분화는 공유 서식지에서 일어난다 ... 293 D. 종분화의 방식을 결정하는 것은 어렵다 ... 294 14.4 진화는 점진적으로 또는 폭발적으로 일어날 수 있다 ... 295 A. 점진주의와 단속평형설은 종분화의 두 가지 모델이다 ... 295 B. 폭발적인 종분화는 적응방산과정에서 일어난다 ... 296 14.5 멸종은 계통의 끝을 표시한다 ... 298 A. 많은 요인이 조합되어 종을 위험에 빠뜨린다 ... 298 B. 멸종률은 시간에 따라 변해왔다 ... 298 14.6 수형도는 종의 출현과 사라짐을 나타낸다 ... 300 14.7 생명 탐구: 새로 태어난 종의 아빠는 누구인가? ... 301 15 진화의 증거 ... 306 15.1 진화에 대한 단서는 지구, 몸의 구조 그리고 분자에 있다 ... 308 15.2 화석은 진화를 기록한다 ... 310 A. 화석은 여러 방법으로 형성된다 ... 310 B. 화석기록은 불완전하다 ... 312 C. 화석의 나이는 두 가지 방법으로 측정할 수 있다 ... 312 15.3 진화에 영향을 미친 지구 표면의 대규모 변화 ... 314 A. 판구조론은 대륙의 이동을 설명한다 ... 314 B. 생물지리학은 종의 지리적 위치를 고려한다 ... 314 15.4 상동구조는 공통조상을 반영한다 ... 316 A. 해부구조의 비교는 진화적 유연관계를 밝힐 수 있다 ... 316 B. 배아의 발생 양상은 진화의 단서를 제공한다 ... 318 15.5 연관성을 나타내는 분자들 ... 318 A. DNA와 단백질 서열의 비교는 가까운 유연관계를 밝혀준다 ... 318 B. '진화발생생물학'은 진화학과 발생생물학을 연결한다 ... 319 C. 분자시계는 진화적 사건의 시기를 할당한다 ... 320 15.6 계통분류학은 생명 이야기를 재구성한다 ... 322 A. 분기학은 단계통군을 규정하려고 한다 ... 322 B. 분기도는 후손의 계통을 보여준다 ... 322 C. 전통적인 많은 분류군