정오표 13쪽 그림 1.14 동물계 종속영양생물(삼킴)

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생명현상의 배경이 되는 기본적인 자연현상의 이해에 중점을 둔 교재~!
지구는 생명의 중심으로 다양한 생물이 살고 있고 우리 일상생활과 불가분한 관계에 있다. 이 책은 생물학의 입문용으로 출판된 마리엘 호프나겔(Mariëlle Hoefnagels)의 저서인 『Biology; Concepts and Investigation』4th를 생물학의 기본적인 지식을 필요로 하는 전공을 위해 한 학기용으로 편역하였다. 원 저서에서 생명의 화학 및 세포, 유전, 진화, 다양성 그리고 생태 부분을 발췌하여 번역하였다. 따라서 이 책은 생명현상의 배경이 되는기본적인 자연현상의 이해에 중점을 두었다.

차례

1│생명의 과학 2

1.1 생명이란 무엇인가? 4

1. 생명은 조직화되어 있다 4
2. 생명은 에너지를 필요로 한다 6
3. 생명은 내부 안정성을 유지한다 7
4. 생명은 스스로 생식하고 자라며 발생한다 7
5. 생명은 진화한다 7

1.2 생물 분류체계는 공통후손에 기초한다 8

1. 분류체계는 종들을 생물군으로 조직한다 9
2. 분기학 접근법은 공유파생형질에 기초한다 10
3. 분기도는 가상적인 진화적 유연관계를 기술한다 10
4. 전통적인 많은 생물군은 단계통군이 아니다 12
5. 생명의 계통수는 3개의 주요 가지를 포함한다 13

1.3 과학자는 자연 세계를 연구한다 14

1. 과학적 방법은 다수의 상호 관련된 부분을 가진다 14
2. 실험 고안은 신중한 설계이다 15
3. 이론은 포괄적인 설명이다 16
4. 과학 탐구는 한계가 있다 17
5. 생물학은 계속 발전하고 있다 18

2│생명의 화학 22

2.1 원자는 모든 물질을 만든다 24

1. 원소는 물질의 근본적인 종류이다 24
2. 원자는 원소의 입자이다 24
3. 동위원소는 중성자 수가 다르다 25

2.2 화학결합은 원자들을 연결한다 26

1. 전자가 결합을 결정한다 26
2. 이온결합에서 한 원자는 다른 원자에 전자를 전달한다 27
3. 공유결합에서 원자들은 전자들을 공유한다 28
4. 극성분자의 부분 전하는 수소결합을 생성한다 29

2.3 물은 생명에 필수적이다 30

1. 물은 응집성과 부착성이 있다 30
2. 많은 물질은 물에 용해된다 30
3. 물은 온도를 조절한다 31
4. 물은 얼 때 팽창한다 32
5. 물은 생명의 화학반응에 참여한다 32

2.4 세포는 최적의 pH를 가진다 32

1. pH 지수는 산성도 또는 알칼리도를 나타낸다 33
2. 완충액은 pH를 조절한다 34

2.5 세포는 네 가지 주요 유형의 유기분자를 포함한다 34

1. 작은 소단위로 구성된 대형 유기분자 34
2. 탄수화물은 단당류와 다당류를 포함한다 35
3. 단백질은 복잡하고 다양하다 36
4. 핵산은 유전정보를 저장하고 전달한다 40
5. 지질은 소수성이고 에너지가 풍부하다 41

3│세포 48

3.1 세포는 생명의 단위이다 50

1. 간단한 렌즈가 세포 관찰의 첫 토대를 밝혔다 50
2. 세포설의 대두 50
3. 현미경은 세포 구조를 확대한다 51
4. 모든 세포는 공통된 특성을 가진다 53

3.2 다양한 세포 종류는 생명의 3역을 특징짓는다 54

1. 세균역은 지구상에서 가장 풍부한 생물을 포함한다 54
2. 고균역은 독특한 생화학을 가진 원핵생물을 포함한다 55
3. 진핵생물역은 복잡한 세포를 가진 생물을 포함한다 56

3.3 막은 세포와 주위 환경을 분리한다 58

3.4 진핵세포의 소기관은 작업을 나누어 한다 60

1. 핵, 소포체 및 골지체는 물질을 분비하기 위해 상호작용한다 61
2. 리소좀, 액포 및 퍼옥시좀은 세포의 소화 장소이다 62
3. 미토콘드리아는 영양소에서 에너지를 추출한다 64
4. 광합성은 엽록체에서 일어난다 64

3.5 세포골격은 진핵세포를 지지한다 66

1. 세포골격을 구성하는 단백질 66
2. 섬모와 편모는 세포의 이동을 돕는다 67

3.6 세포는 함께 묶여 있고 서로 소통한다 68

1. 동물세포의 결합은 여러 형태가 존재한다 68
2. 세포벽은 강하고 유연하며 구멍이 있다 68

4│생명의 에너지 72

4.1 모든 세포는 에너지를 얻고 사용한다 74

1. 에너지는 세포에게 생명의 일을 하게 한다 74
2. 열역학법칙은 에너지 전달을 설명한다 74

4.2 화학반응의 망이 생명을 지속한다 75

1. 화학반응은 에너지를 흡수하거나 방출한다 76
2. ‌연계된 산화반응과 환원반응이 전자전달계를 형성한다 77

4.3 ATP는 세포의 에너지 화폐이다 77

1. 연계반응이 ATP에 에너지를 저장하고 방출한다 78
2. ATP는 단기간의 에너지 저장을 나타낸다 79

4.4 효소는 생화학반응을 촉진한다 79

1. 효소는 반응물을 합친다 79
2. 효소는 보조인자를 가진다 80
3. 세포는 반응속도를 조절한다 81

4.5 막수송은 에너지를 방출하거나 소모한다 81

1. 수동수송은 에너지 투입이 필요 없다 82
2. 능동수송은 에너지 투입을 필요로 한다 84
3. ‌엔도사이토시스와 엑소사이토시스는 소낭을 사용하여 물질을 수송한다 85

5│광합성 88

5.1 생명은 광합성에 의존한다 90

1. 광합성은 이산화탄소와 물로부터 포도당을 만든다 90
2. 식물은 탄수화물을 다양한 방법으로 사용한다 90
3. 광합성의 진화가 지구를 변화시켰다 91

5.2 햇빛은 광합성의 에너지원이다 92

1. 빛이란 무엇인가? 92
2. 광합성 색소가 빛에너지를 포획한다 92
3. 엽록체는 광합성 장소이다 93

5.3 광합성은 두 단계로 일어난다 94

5.4 명반응이 광합성을 시작한다 95

1. ‌광계 II에 도달하는 빛은 ATP를 생산하는 에너지를 제공한다 95
2. 광계 I에서 전자는 NADP+를 NADPH로 환원시킨다 97

5.5 탄소반응이 탄수화물을 만든다 97

5.6 ‌C3, C4 및 CAM 식물은 탄소고정에 각각 다른 경로를 이용한다 98

6│세포호흡 102

6.1 ‌세포는 음식물 에너지를 사용하여 ATP를 만든다 104

6.2 세포호흡은 세 가지 주요 과정을 포함한다 105

6.3 진핵세포에서 미토콘드리아는 가장 많은 ATP를 생산한다 106

6.4 해당과정은 포도당을 피루브산으로 분해한다 107

6.5 산소호흡은 해당작용보다 훨씬 많은 ATP를 생성한다 108

1. 피루브산은 아세틸 CoA로 산화된다 108
2. 크렙스 회로는 ATP와 전자운반체를 생성한다 108
3. 전자전달계가 ATP 합성을 추진한다 108

6.6 포도당 한 분자는 얼마나 많은 ATP를 생성하는가? 110

6.7 음식물 분자는 에너지 추출 경로로 들어간다 111

6.8 일부 에너지 경로는 산소를 필요로 하지 않는다 112

1. 무산소호흡은 대체 전자수용체를 사용한다 112
2. 발효생물은 해당과정에서만 ATP를 얻는다 113

6.9 호흡과 광합성은 오래된 경로이다 114

7│DNA 구조와 유전자 기능 118

7.1 유전물질을 확인한 실험들 120

1. 세균은 유전정보를 전달한다 120
2. 허시와 체이스는 DNA의 유전적 역할을 확인하였다 121

7.2 DNA는 뉴클레오타이드의 이중나선구조이다 122

7.3 DNA는 세포의 단백질 ‘제조법’을 간직한다 124

1. 단백질 합성은 전사와 번역을 요구한다 124
2. RNA는 DNA와 단백질 사이의 중개자이다 125

7.4 ‌전사는 RNA 생산에 DNA 주형을 이용한다 126

1. 전사는 세 단계로 일어난다 126
2. mRNA는 진핵세포의 핵에서 변형된다 127

7.5 번역은 단백질을 제조한다 128

1. 유전암호는 mRNA를 단백질에 연관시킨다 128
2. 번역은 mRNA, tRNA 및 리보솜을 필요로 한다 129
3. 번역은 세 단계로 일어난다 130
4. 단백질은 번역 후 올바르게 접혀야 한다 131

7.6 세포는 유전자 발현을 조절한다 132

1. 오페론은 하나의 프로모터를 공유하는 세균 유전자 집단이다 132
2. 진핵생물은 많은 조절 메커니즘을 사용한다 133

7.7 돌연변이는 DNA 서열을 변화시킨다 136

1. ‌돌연변이의 범위는 침묵에서 치명적인 것까지 다양하다 136
2. 무엇이 돌연변이를 일으키는가? 137
3. 돌연변이는 다음 세대로 전달될 수 있다 138
4. 돌연변이는 중요하다 138

7.8 DNA 기술은 세상을 변화시킨다 139

7.9 DNA 기술의 도구는 개별 유전자나 전체 유전자에 적용된다 140

1. ‌다른 종의 DNA를 포함하는 유전자변형 생물 140
2. DNA 염기서열결정(sequencing)은 염기들의 순서를 밝힌다 143
3. PCR이 시험관에서 DNA를 복제한다 144
4. DNA 감식은 유전적 차이를 감지한다 146

8│DNA 복제, 이분법, 그리고 유사분열 152

8.1 세포의 분열과 죽음 154

1. ‌유성생식 생활사는 유사분열, 감수분열 및 수정을 포함한다 154
2. 세포죽음은 생명의 일부이다 154

8.2 DNA 복제는 세포분열에 선행한다 156

8.3 원핵생물은 이분법으로 분열한다 158

8.4 염색체는 세포분열 전에 응축된다 158

8.5 유사분열은 정확한 세포 복사본을 생성한다 159

1. DNA는 간기 동안 복제된다 160
2. 염색체는 유사분열 동안 나누어진다 161
3. 세포질분열은 세포질을 분배한다 162

8.6 암은 세포가 통제에서 벗어나 분열할 때 생긴다 162

1. 화학신호가 세포분열을 조절한다 162
2. 암세포는 세포주기의 통제를 벗어난다 164
3. 암세포는 여러 면에서 정상 세포와 다르다 164
4. 암 치료는 비정상적인 세포를 제거하거나 죽인다 165
5. 유전과 환경이 암의 위험성을 증가시킨다 166

8.7 줄기세포와 줄기세포 복제는 세포와 생명체를 복제하는 새로운 방법을 제시했다 168

1. 줄기세포는 분열하여 여러 유형의 세포를 형성한다 168
2. 클로닝(cloning)은 생명체의 동일한 복사본을 생성한다 170

8.8 DNA 기술을 사용하는 많은 의료 검사 및 절차 172

1. DNA 탐침이 특정 서열을 감지한다 172
2. 착상 전 유전자 진단으로 일부 질병에 걸린 배아를 가려낼 수 있다 172
3. 유전자 검사가 기존 질병을 감지할 수 있다 173
4. 유전자 치료는 질병을 치료하기 위해 DNA를 이용한다 173
5. DNA 기술의 의학적인 이용은 많은 윤리적 문제를 제기한다 174

9│유성생식과 감수분열 178

9.1 왜 성인가? 180

9.2 2배체 세포는 두 벌의 상동염색체 조합을 가진다 181

9.3 감수분열은 유성생식에서 필수적이다 1782

1. 배우자는 반수체 성세포이다 182
2. 특수화된 생식세포가 감수분열을 한다 182
3. ‌감수분열은 염색체 수를 반분하고 대립유전자를 뒤섞는다 183

9.4 감수분열에서 DNA는 한 번 복제되고 핵은 두 번 분열한다 184

1. 감수 1분열에서 상동염색체는 정렬하고 분리된다 184
2. 감수 2분열은 4개의 반수체 핵을 만든다 185

9.5 감수분열은 엄청난 다양성을 생성한다 186

1. 교차는 대립유전자를 뒤섞는다 186
2. 상동 쌍은 중기 I 동안에 무작위로 정렬한다 186
3. 수정은 다양성을 배가한다 187

9.6 유사분열과 감수분열은 기능이 서로 다르다: 요약 188

9.7 가끔씩 감수분열에서 오류가 일어난다 189

1. 세포는 너무 많거나 너무 적은 염색체를 물려받을 수 있다 189
2. 작은 규모의 염색체 이상도 일어난다 190

9.8 반수체 핵은 배우자로 포장된다 192

1. 사람의 배우자는 정소와 난소에서 형성된다 192
2. 식물에서는 배우체가 배우자를 만든다 193

10│유전양상 196

10.1 염색체는 유전정보의 포장이다: 복습 198

10.2 멘델의 실험은 유전의 기본법칙을 밝혔다 199

1. 왜 완두인가? 199
2. 우성 대립유전자는 열성 대립유전자를 감춘다 199
3. ‌각 유전자에 대한 세포의 두 대립유전자는 같거나 다를 수 있다 200
4. 각 세대는 고유한 명칭을 가진다 201

10.3 각 유전자의 두 대립유전자는 서로 다른 배우자로 끝을 맺는다 202

1. 가장 간단한 퍼넷사각형은 한 유전자의 유전을 추적한다 202
2. 감수분열이 멘델의 분리의 법칙을 설명한다 203

10.4 다른 염색체에 있는 유전자는 독립적으로 유전된다 204

1. 두 유전자의 유전을 추적하기 위해 큰 퍼넷사각형이 필요하다 204
2. 감수분열은 멘델의 독립의 법칙을 설명한다 204
3. 곱의 법칙은 유용한 쉬운 방법이다 206

10.5 동일 염색체에 있는 유전자는 함께 유전될 수 있다 206

1. 동일 염색체에 있는 유전자는 연관되어 있다 206
2. 연관유전자의 연구는 염색체 지도를 탄생시켰다 207

10.6 우성 관계는 좀처럼 간단하지 않다 209

1. 불완전우성과 공동우성은 표현형의 종류를 증가시킨다 209
2. 일부 유전양상은 특별히 해석하기가 어렵다 210

10.7 반성유전자는 독특한 유전양상을 보여준다 211

1. X와 Y 염색체가 사람의 성을 결정한다 211
2. X-연관 열성 질환은 여성보다 남성에게 더 큰 영향을 미친다 212
3. ‌X 염색체 불활성화는 단백질의 ‘양적 배가’를 차단한다 213

10.8 가계도는 유전의 방식을 보여준다 215

10.9 대부분의 형질은 환경과 여러 유전자의 영향을 받는다 217

1. 환경은 표현형을 변화시킨다 217
2. 다인자유전 형질은 하나 이상의 유전자에 의존한다 218

11│생명의 기원과 역사 222

11.1 생명의 기원은 여전히 불가사의다 224

1. 최초의 유기분자들은 화학적 ‘혼합액’에서 만들어졌을 것이다 224
2. 일부 연구자들은 ‘RNA 세계’를 제안한다 227
3. 막은 분자를 밀봉한다 227
4. 초기 생명체는 지구를 영구적으로 변화시켰다 227

11.2 ‌복합 세포와 다세포는 10억 년 전에 발생했다 229

1. 미토콘드리아와 엽록체의 기원을 설명하는 세포내공생 229
2. ‌다세포성은 협동에서 기원했을 수도 있다 230

11.3 ‌생명의 다양성은 지난 5억 년 동안 폭발적으로 증가했다 232

1. 선캄브리아대 말기에 나타난 수상한 에디아카라 232
2. 고생대 식물과 동물들이 육지로 올라왔다 232
3. ‌파충류와 꽃식물이 중생대에 번창했다 235
4. 포유류는 신생대 동안 다분화했다 236

11.4 인간의 진화적 역사를 말해주는 화석과 DNA 238

1. 인간은 영장류이다 238
2. ‌분자 증거가 영장류 관계를 기록한다 240
3. 인간의 진화는 화석에 부분적으로 기록되어 있다 241
4. 환경의 변화가 인간의 진화를 유발했다 242
5. 이주와 문화가 호모 사피엔스를 변화시켰다 243

12│생명의 다양성 246

12.1 바이러스 248

1. 바이러스는 세포보다 작고 더 단순하다 248
2. 바이러스의 증식 249
3. 바이러스의 감염에 따른 세포의 죽음 250
4. 바이러스는 살아 있는가? 250

12.2 원핵생물(세균과 고균) 252

1. ‌원핵생물 종 분류는 전통적으로 세포 구조와 물질대사에 기초한다 253
2. 물질대사 경로는 원핵생물의 분류에 유용하다 254
3. 세균역은 친숙한 많은 집단을 포함하고 있다 255
4. 대다수의 고균은 ‘극한생물’이다 257

12.3 원생생물 257

1. 원생생물은 긴 진화 역사를 가진다 258
2. 급변하는 원생생물의 분류 258
3. 원생생물은 다방면에서 중요하다 260

12.4 식물 261

1. 녹조류는 식물과 가장 가까운 친척이다 261
2. 식물은 육상생활에 적응하였다 263

12.5 균류 265

1. 균류는 외부 소화를 하는 종속영양생물이다 266
2. 균류의 분류는 전통적으로 생식구조에 기초한다 268

12.6 동물 269

1. 동물의 생명은 물에서 시작되었다 269
2. 동물이란 무엇인가? 270
3. 동물의 특징은 공통조상을 반영한다 270
4. 다른 추가적인 특징이 분류에 이용된다 272
5. 대부분의 척삭동물은 척추동물이다 275

13│식물의 구조와 기능 286

13.1 식물의 영양기관에는 줄기, 잎, 뿌리 등이 포함된다 288

13.2 식물은 분열조직 덕분에 유연한 생장패턴을 가진다 291

1. 식물은 새로운 모듈을 첨가하는 방식으로 자란다 291
2. 식물의 생장은 분열조직에서 일어난다 291

13.3 식물세포가 조직을 구성한다 292

1. 식물은 몇 종류의 세포를 가진다 292
2. 식물세포는 세 종류의 주요 조직계를 형성한다 294

13.4 속씨식물 생활사는 꽃, 열매, 종자를 포함한다 296

1. 꽃은 생식기관이다 296
2. 꽃가루와 배낭은 배우체이다 296
3. 수분은 암술머리로 꽃가루를 가져온다 297
4. 중복수정은 접합자와 배젖을 생성한다 298
5. 종자는 배와 양분으로 구성된다 299

13.5 식물의 생장은 종자 발아로 시작된다 300

13.6 식물 부위는 죽거나 휴면한다 302

14│동물의 구조와 기능 306

14.1 특수화된 세포가 동물의 몸을 만든다 308

14.2 동물은 네 종류의 조직으로 구성된다 310

1. ‌상피조직은 표면을 덮는다 310
2. 대부분의 결합조직은 다른 조직을 묶어준다 310
3. 근육조직은 운동을 제공한다 312
4. 신경조직은 빠른 통신망을 형성한다 313

14.3 기관계는 상호 연결되어 있다 313

1. 신경계는 빠른 통신망을 구축한다 314
2. 내분비계는 호르몬을 사용하여 소통한다 317
3. 골격계와 근육계는 몸을 지탱하고 움직인다 320
4. 소화계는 음식물에서 영양소를 추출한다 323
5. 호흡계는 기체를 교환하고 순환계는 영양소를 운반한다 323
6. 피부계는 체온을 조절하고 수분을 보존한다 325
7. 비뇨계는 노폐물을 제거한다 326
8. 면역계는 몸을 방어한다 328
9. 생식계는 다음 세대를 만든다 331

14.4 기관계 상호작용은 항상성을 촉진한다 334

15│지구 생태학 338

15.1 ‌생태계는 지속적인 에너지 투입을 요구한다 340

1. ‌먹이그물은 에너지와 원자의 이동을 묘사한다 340
2. 열에너지는 각 먹이그물에서 빠져나온다 342

15.2 생태계 내에서의 화학물질 순환 343

1. 물은 대지와 대기 사이로 순환한다 343
2. 독립영양생물은 CO2에서 탄소를 얻는다 345
3. 질소 순환은 세균에 의존한다 346
4. 인 순환은 암석의 침식과 함께 시작된다 347
5. 물속의 과도한 질소와 인은 문제를 일으킨다 348
6. 육지와 수생 생태계는 놀라운 방식으로 연결되어 있다 348

15.3 물리적 환경이 생명체의 존재 여부를 결정한다 349

1. 우뚝 솟은 나무들이 숲을 지배한다 351
2. 초원은 열대지방과 온대지방에서 발생한다 353
3. 덥거나 추운 것과 관계없이 모든 사막은 건조하다 354
4. 지중해 관목지(덤불)를 점령한 불과 가뭄에 적응한 식물들 354
5. 툰드라는 높은 위도 및 고도에 위치한다 355
6. 극지방의 만년설은 춥고 건조하다 355

15.4 지구의 기후변화가 서식지를 변화시키거나 이동시켰다 356

1. 온실가스는 지구의 표면을 따뜻하게 만든다 356
2. 지구의 기후변화는 심각한 결과를 초래한다 357

 부록 A B C D 360

 용어풀이 364

 찾아보기 380

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