스마트 생명과학
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| Publication Date | 2024/03/01 |
| Pages/Weight/Size | 210*280*35mm |
| ISBN | 9788961544320 |
| Categories | 대학교재 > 자연과학 계열 |
Contents
1 생명의 원리 1
1.1 생물은 구조, 기능, 에너지 흐름에서 공통점을 공유한다 2
우리가 알고 있듯이 생명은 단일 기원이다 2
생명의 역사에서 주요 단계들은 알려진 물리, 화학 과정들과 양립한다 3
생물학자들은 생명의 진화계통수를 추적할 수 있다 5
생명의 통일성 때문에 생물학적 발견을 일반화할 수 있다 5
1.2 생명은 조직화와 에너지에 의존한다 5
조직화는 분자에서 생태계에 이르기까지 각 수준마다 분명히 나타난다 6
1.3 유전체계는 정보의 흐름, 교환, 저장 및 사용을 조절한다 6
유전체는 생물의 구조를 지배하는 단백질을 암호화한다 7
유전체는 한 생물의 생물학에 대한 모든 관점의 통찰을 제공한다 8
1.4 진화는 생명의 통일성과 다양성을 설명한다 8
자연선택은 진화의 중요한 과정이다 8
진화는 보다 광범위한 이론의 토대이다 9
1부 세포
2 생명의 화학과 물의 중요성 12
2.1 원소의 원자구조는 그 성질을 결정한다 13
원자는 양성자, 중성자, 그리고 전자로 구성된다 13
방사성 동위원소는 중성자의 개수가 다르다 13
전자의 위치는 전자껍질 속의 원자 궤도이다 13
최외각 전자껍질의 전자가 그 원소의 화학적 성질을 결정한다 13
2.2 원자는 상호작용하여 분자를 형성한다 15
원자들은 공유결합으로 전자쌍을 서로 공유한다 15
전자를 전달함으로써 원자들 간의 이온결합이 형성된다 15
극성 분자들은 전기적 인력을 통해 상호작용한다 16
분자들은 서로 반데르발스 인력으로 약하게 끌어당길 수 있다 16
2.3 화학적 변환에는 에너지와 에너지 이동이 관여한다 16
생명계 안에서 변화는 결국 에너지 변환과 관련된다 16
열역학 제1법칙은 에너지가 생겨나거나 파괴되지 않는다는 것을 말한다 17
열역학 제2법칙은 에너지가 변환될 때마다 엔트로피가 증가한다는 것을 말한다 17
2.4 화학반응은 물질을 변형시킨다 17
화학반응은 에너지를 방출하거나 흡수한다 18
모든 화학반응이 자발적으로 일어나지는 않는다 18
2.5 생명의 화학에서 물의 특성은 중요하다 19
높은 비열과 높은 기화열은 생명계 내부의 물을 적당한 온도로 유지 시킨다 19
수소결합은 물의 응집력과 부착력을 설명해준다 19
물은 전하를 띤 극성 물질을 녹인다 19
수용액은 산성, 염기성, 중성이 될 수 있다 19
2.6 작용기는 분자에 특이적 성질을 부여한다 20
유기 분자의 화학적 성질은 작용기에 의해 결정된다 20
이성질체는 분자의 다양성에 기여한다 20
3 고분자 23
3.1 지질은 물에 불용성인 특성이 있다 24
지질은 구조적 또는 기능적으로 다양하다 24
에너지는 지방과 기름에 저장된다 24
인지질은 생체막을 만든다 24
3.2 탄수화물은 단순당으로부터 만들어진다 26
단당류와 이당류는 단순 탄수화물이다 26
올리고당류는 몇 개의 단당류들로, 다당류는 많은 단당류로 구성된다 28
3.3 핵산은 정보를 담고 있는 고분자이다 30
뉴클레오티드는 핵산의 조립단위이다 30
DNA와 RNA 모두 염기쌍을 형성한다 31
DNA는 정보를 운반하고 RNA를 통해서 발현된다 32
3.4 단백질은 다양한 구조를 가진 중합체이다 33
아미노산은 단백질의 조립단위이다 33
아미노산은 펩티드 결합으로 서로 연결된다 34
상위 단계의 단백질 구조는 1차 구조에 의해서 결정된다 34
단백질 구조는 환경에 의해서 변형될 수 있다 36
3.5 단백질의 기능은 그들의 구조에 의해 결정된다 36
단백질의 기능은 그들의 결합 특성에 따라 결정된다 37
효소는 생화학반응을 가속화시킨다 38
효소는 활성 자리에서 특정 반응물과 결합한다 38
효소 활성은 조절될 수 있다 39
4 세포 구조, 막, 신호와 반응 42
4.1 세포막은 세포 내부를 환경과 분리한다 43
지질은 막의 소수성 중심부를 형성한다 43
단백질은 막에 특별한 특성을 부여한다 44
세포막의 탄수화물은 인식장소이다 45
4.2 수동 및 능동 수송은 소분자가 막을 통과하는 데 사용된다 45
단순확산은 인지질 이중층을 가로질러 일어난다 45
삼투는 막을 통과하는 물의 이동이다 45
막 투과성은 막단백질에 의해 증가한다 45
능동수송은 용질을 농도기울기에 역행하여 수송한다 47
능동수송 체계는 에너지원에 따라 구별된다 47
소낭은 진핵생물의 막을 가로질러 거대분자를 운반하는 데 사용된다 48
4.3 세포의 크기, 모양 및 이동 능력은 내부 및 외부 구조에 의해 결정된다 49
작은 세포는 큰 부피 대비 표면적 비율을 갖는다 49
여러 종류의 단백질 섬유가 세포에 존재한다 51
미세섬유는 세포 모양과 세포 이동 기능을 결정한다 51
중간섬유는 다양하고 안정적이다 51
미세소관은 가장 두꺼운 세포골격 요소이다 51
세포벽은 지지와 보호를 제공한다 51
세포외기질은 다양한 기능을 지지한다 51
세포연접은 이웃한 세포를 연결한다 52
4.4 구획화는 원핵세포에서 나타나며 진핵세포에서는 더 광범해진다 53
원핵세포는 일반적으로 세포 내에 막으로 둘러싸인 구획이 없다 53
진핵세포는 수많은 종류의 막으로 둘러싸인 구획을 가지고 있다 57
핵은 대부분의 세포 DNA를 포함한다 57
내막계는 상호 관련된 세포소기관의 집단이다 57
일부 세포소기관은 에너지를 변환한다 59
막으로 둘러싸인 몇몇 다른 세포소기관은 특수화된 기능을 수행한다 59
4.5 세포는 다양한 신호를 감지하고 신호전달을 통하여 반응한다 59
신호에 대한 반응은 세 단계로 일어난다 60
세포들은 많은 세포의 신호에 노출되어 있지만 일부분의 신호에만 반응한다 61
수용체들은 세포막에 위치하고 있거나 세포의 내부에 위치하고 있다 61
막수용체들은 그들의 작용에 따라 분류한다 62
세포의 기능은 환경신호에 반응하여 변한다 63
신호전달 연쇄반응은 효소의 조절과 신호의 증폭을 수반한다 63
2차 전달자는 신호전달을 촉진한다 63
4.6 신호전달은 고도로 조절된다 64
신호경로들은 정확하게 종결되어 다시 제자리로 돌아간다 64
신호전달경로는 다수의 신호들을 통합한다 65
5 세포의 물질대사: 생물 분자의 합성과 분해 70
5.1 ATP와 환원된 조효소는 생합성에 사용하는 에너지 화폐이다 71
ATP의 가수분해에서 에너지가 방출된다 71
산화-환원 반응은 전자와 에너지를 전달한다 71
5.2 탄수화물의 이화작용은 산소를 사용할 때 많은 양의 에너지를 방출한다 73
해당과정에서 포도당은 부분적으로 산화되고 일부분의 에너지가 방출된다 73
피루브산의 산화는 해당과정과 시트르산 회로를 연결한다 73
시트르산 회로에서 포도당은 CO2로 완전히 산화된다 74
산화적 인산화를 통하여 NADH로부터 에너지가 ATP로 전달된다 74
화학삼투는 양성자 기울기를 사용하여 ATP를 생산한다 75
세포호흡은 조절을 받는다 77
포도당의 발효는 적은 양의 에너지를 방출한다 77
5.3 이화작용 경로는 서로 연결되어 있으며 동화작용은 많은 양의 ATP를 사용한다 77
동화작용은 거대 분자를 합성하며 거대 분자를 구성하는 분자들을 합성하기도 한다 78
이화작용과 동화작용은 하나의 시스템으로 통합되어 있다 78
5.4 생명은 태양에 의해서 유지된다: 광합성에서 포획된 빛에너지는 이산화탄소를 탄수화물로 전환한다 79
빛에너지는 엽록소와 다른 색소에 의해 흡수된다 79
빛의 흡수는 반응중심에서 엽록소 a에 의한 전자수용체의 환원을 일으킨다 80
환원은 ATP와 NADPH의 생성으로 이어진다 81
명반응에서 생성된 화학결합에너지는 CO2를 탄수화물로 전환하는 데 사용한다 82
루비스코는 기질로 CO2 대신에 O2를 사용할 수 있다 83
2부 유전학
6 세포주기와 세포분열 88
6.1 생식에는 무성생식 또는 유성생식이 있다 89
이분법 또는 체세포분열에 의한 무성생식은 유전적 동일성을 초래한 89
감수분열에 의한 유성생식은 유전적 다양성을 가져온다 90
유성생식 생활사는 다양하다 90
6.2 무성생식은 유전적으로 동일한 딸세포를 생성한다 91
원핵세포는 이분법으로 분열한다 91
진핵세포는 체세포분열 후 세포질분열에 의해 분열한다 91
진핵생물 염색체는 염색질로 포장된다 92
체세포분열은 유전적으로 동일한 딸핵을 생성한다 92
세포질분열은 세포질의 분할이다 94
6.3 감수분열에 의한 유성생식은 염색체 수를 반으로 줄이고 유전적 다양성을 만들어낸다 95
감수분열은 염색체의 수를 반으로 줄인다 95
독립적인 분리와 교차는 유전적 다양성을 발생시킨다 95
6.4 세포분열 과정에서의 오류는 염색체 수의 변화를 초래할 수 있다 98
체세포분열과 감수분열의 오류로 인해 일부 염색체 수가 비정상적으로 나타날 수 있다 98
세포질분열 또는 수정 과정에서의 오류는 모든 염색체에 영향을 줄 수 있다 99
6.5 세포주기와 세포사멸은 진핵생물에서 고도로 조절된다 100
진핵생물의 세포주기는 내부적으로 조절된다 100
진핵생물의 세포주기는 사이클린 의존성 인산화효소에 의해 조절된다 101
예정된 세포사멸은 살아 있는 개체에서 필요한 과정이다 101
암세포에서 세포분열의 조절이 비정상이다 102
7 유전, 유전자 그리고 염색체 105
7.1 멘델은 두 가지 유전법칙을 발견했다 106
멘델은 가설을 검증하기 위해 과학적 방법을 사용하였다 106
멘델의 첫 번째 실험은 단성잡종 교배였다 106
멘델의 첫 번째 법칙에 따르면 대립유전자 쌍은 배우자로 똑같이 분리된다 108
멘델은 검정교배를 수행하여 자신의 가설을 검증하였다 108
확률은 유전을 예측하는 데 사용된다 109
멘델의 두 번째 법칙에 따르면 서로 다른 유전자의 대립유전자 쌍은 독립적으로 분리된다 109
멘델의 법칙은 인간 가계도에서 관찰될 수 있다 110
7.2 유전자는 염색체상으로 유전된다 111
감수분열 중 염색체의 행동은 멘델의 법칙과 일치한다 111
대립유전자는 같은 단백질의 다른 형태를 암호화한다 111
성 연관 유전은 성염색체의 전달과 일치한다 112
동일한 염색체에 있는 유전자는 감수분열에서 교차에 의해 분리될 수 있다 113
7.3 대립유전자, 유전자, 환경은 상호작용하여 표현형을 만들어낸다 116
단일 유전자는 여러 개의 대립유전자를 가질 수 있다 116
우성은 항상 완전하지 않다 116
하나의 유전자는 여러 가지 형질에 영향을 줄 수 있고 한 형질은 여러 유전자의 영향을 받을 수 있다 116
일부 표현형은 연속적이며 환경은 유전자 작용에 영향을 준다 117
7.4 접합과 형질전환을 통해 원핵생물 사이의 유전물질 교환이 일어난다 118
세균은 접합에 의해 플라스미드 유전자를 전달한다 118
세균은 접합에 의해 염색체 유전자를 교환한다 118
8 DNA와 유전에서의 그 기능 121
8.1 DNA는 유전물질이다 122
정황적인 증거는 DNA가 유전물질임을 시사하였다 122
실험적인 증거를 통해 DNA가 유전물질이라는 것을 확인했다 122
여러 종류의 정보들은 DNA 구조의 발견을 이끌었다 123
왓슨과 크릭은 화학적 모델을 사용하여 DNA 구조를 기술하였다 123
DNA의 이중나선 구조는 그 기능에 필수적이다 125
8.2 DNA 복제는 반보존적이다 125
DNA는 반보존적으로 복제한다 126
DNA 복제는 여러 단백질들의 기능이 필요하다 126
진핵세포에서 말단소체들은 완전히 복제되지 않는다 129
8.3 DNA 돌연변이는 DNA 서열을 바꾼다 132
돌연변이의 일반적인 근원은 복제 오류들이다 132
돌연변이는 다양한 표현형 효과를 가질 수 있다 134
염색체 돌연변이는 유전물질에서 광범위한 변화를 일으킨다 134
9 DNA에서 단백질로: 유전자 발현 137
9.1 하나의 유전자가 하나의 폴리펩티드를 암호화한다 138
사람에서 관찰한 결과 유전자가 효소를 암호화한다고 제안하게 되었다 138
유전자의 개념은 시간이 흐르면서 바뀌었다 138
유전자는 전사와 번역을 통해 발현된다 139
9.2 유전자 발현은 DNA가 RNA로 전사되면서 시작한다 139
RNA 중합효소는 공통된 특성을 공유한다 140
전사는 세 단계로 일어난다 140
진핵생물 암호화 부위(유전자)는 종종 인트론에 의해 끊겨 있다 140
진핵생물 유전자의 전사물은 번역되기 전에 가공된다 142
9.3 RNA가 아미노산으로 번역되는 데 적용되는 원칙은 유전암호에 저장되어 있다 142
단백질 합성을 위한 정보는 유전암호에 있다 143
9.4 RNA가 리보솜에 의해 아미노산으로 번역된다 145
tRNA는 특정 아미노산을 운반하고 특정 코돈에 결합한다 145
개별 tRNA는 아미노산에 특이적으로 부착된다 145
번역은 리보솜에서 일어난다 145
번역은 세 단계로 일어난다 146
폴리솜 형성은 단백질 합성 속도를 증가시킨다 149
9.5 단백질은 번역 후 종종 변형된다 149
단백질의 신호서열이 단백질을 세포 내 목적지로 안내한다 149
많은 단백질이 번역 중에 또는 후에 변형된다 150
10 유전자 발현의 조절 153
10.1 유전자 발현의 조절은 여러 단계에서 일어난다 154
유전자 발현의 모든 가능한 단계에서 조절이 일어난다 154
전사 조절은 에너지를 보존한다 154
유전자는 양성 및 음성 조절을 받는다 155
10.2 원핵생물 유전자 조절은 주로 전사 단계에서 일어난다 155
원핵생물에서 전사 조절은 다른 시그마 인자를 포함할 수 있다 155
오페론은 원핵생물의 전사 조절 단위이다 155
작동자-억제인자 상호작용이 lac 및 trp 오페론의 전사를 조절한다 155
바이러스는 숙주세포를 약탈하기 위해 유전자 조절 전략을 사용한다 157
10.3 진핵생물 전사는 보편적 전사인자와 특정 전사인자에 의해 조절된다 157
전사인자는 진핵생물 프로모터에 작용한다 157
10.4 전사는 DNA와 히스톤 단백질의 후생적 변화로 조절될 수 있다 160
히스톤 단백질의 변형은 염색체 구조와 전사에 영향을 미친다 160
DNA 메틸화는 전사에 영향을 준다 162
10.5 진핵생물의 유전자 발현은 전사 후에도 조절될 수 있다 163
서로 다른 mRNA가 선택적 이어맞추기에 의해 동일 유전자에서 만들 어진다 163
mRNA의 안정성은 조절될 수 있다 163
mRNA의 번역은 조절될 수 있다 164
단백질의 안정성은 조절될 수 있다 164
11 유전체 167
11.1 -오믹스 시대는 생물학의 혁명이다 168
생어 염기서열 결정법은 DNA 서열 결정을 위해 연쇄 종결반응을 사용한다 168
전사체학은 발현된 유전자들을 식별한다 169
유전체 서열은 여러 종류의 정보를 제공한다 169
표현형은 단백질체학과 대사체학을 사용하여 분석된다 169
11.2 원핵생물 유전체는 작고 촘촘하며 다양하다 171
원핵생물 유전체는 간소화되고 다양하다 172
메타유전체학은 바이러스와 원핵생물의 다양성을 보여준다 172
DNA 일부 염기서열은 유전체에서 움직인다 174
세포 생명에 필수적인 유전자는 실험적으로 확인될 수 있다 174
11.3 진핵생물의 유전체는 크고 복잡하다 175
모델 생물은 진핵생물 유전체의 많은 특징을 밝혀주었다 175
진핵생물은 유전자군을 가진다 175
진핵생물 유전체는 많은 반복염기서열을 갖고 있다 176
11.4 인간 유전체학은 많은 영역에서 발전을 촉진해왔다 177
인간 유전체 염기서열은 몇 가지 놀라운 점을 가진다 177
인간 변이는 가계 및 질병 위험을 결정하는 데 사용된다 178
개인 유전체학은 곧 의학 분야에서 상용화될 것이다 178
3부 진화와 다양성
12 진화의 과정 및 종분화 183
12.1 진화는 사실에 입각하였을 뿐만 아니라 다양한 이론의 근거이다 184
다윈과 월리스는 자연선택에 의한 진화 개념을 도입하였다 184
12.2 진화는 돌연변이, 선택, 유전자 흐름, 유전적 부동과 선택적 교배를 통해 일어난다 186
돌연변이는 유전적 변이를 생성한다 186
유전적 변이에 작용하는 선택은 새로운 표현형을 유도한다 186
자연선택은 집단 내에서 이로운 돌연변이의 빈도를 증가시킨다 186
유전자 흐름은 대립유전자 빈도를 변화시킬 수 있다 187
유전적 부동은 작은 집단에서 큰 변화를 유발할 수 있다 187
선택적 교배는 유전자형 또는 대립유전자 빈도를 변화시킬 수 있다 189
12.3 진화는 대립유전자 빈도의 변화로 측정할 수 있다 189
집단의 유전적 구조는 대립유전자와 유전자형의 빈도로 설명할 수 있다 189
특정한 제한 조건이 없는 한 진화가 일어날 것이다 190
하디-바인베르크 평형의 이탈은 진화가 일어나고 있음을 보여준다 191
12.4 안정성, 방향성, 또는 분단성 선택이 있고 선택은 다형성을 유지할 수 있다 191
빈도-의존성 선택은 집단 내의 유전적 변이를 유지한다 191
이형접합체 이점은 다형성 자리를 유지한다 191
종 내에서 유전적 변이는 지리적으로 전혀 다른 집단에서 유지된다 192
12.5 종은 계통수에서 생식적으로 격리된 계보이다 192
많은 종은 외형에 의해 구분된다 192
생식적 격리는 대부분 종개념의 핵심적인 특징이다 193
종을 이해하기 위해 계보적 접근방법은 장기적인 관점이다 193
여러 가지 종개념은 상호 배타적이 아니다 193
12.6 종분화는 집단 세분화의 자연적 결과이다 193
유전자 사이의 불화합성은 생식적 격리를 만든다 193
종분화는 이소적 혹은 동소적으로 일어날 수 있다 194
새로운 서식지로의 침입과 주요 혁신은 적응방산으로 이어질 수 있다 194
종분화율은 생물 종류에 따라서 매우 다양하다 194
생식적 격리는 분기되는 종이 접촉할 때 강화된다 194
13 계통의 재구성 및 유전체의 진화 199
13.1 모든 생명은 진화 역사를 통해 연결되어 있다 200
계통수는 계보들의 진화적 관계를 보여준다 200
계통수는 비교생물학의 토대이다 201
파생형질은 진화적 유연관계의 증거를 제공한다 202
13.2 계통은 생물의 형질로부터 재구성 할 수 있다 203
형질의 공유가 공통 혈통을 나타낸다 203
절약원리로 계통유연관계 자료를 가장 단순하게 설명한다 203
계통수 제작을 위한 자료는 출처가 다양하다 204
수학적 모델은 계통수 제작 능력을 배가시킨다 204
계통수는 과거 사건의 재구성을 위해 이용될 수 있다 204
분자시계는 진화적 사건 추정에 도움이 된다 206
13.3 계통은 생물 분류의 토대이다 206
린네 분류는 표준 분류군 계급에 기초한다 206
현대 생물 분류는 진화 역사에 기초한다 206
학명 사용에 대한 생물명명규약은 여러 가지이다 207
13.4 유전체는 진화의 중립적 과정과 선택적 과정을 모두 보여준다 207
진화는 유전자 서열, 위치 및 발현의 변화로 일어난다 207
대부분의 분자 진화는 중립적이다 208
양성 및 정제 선택은 유전체에서 발견될 수 있다 208
유전체 크기와 조직도 진화한다 209
13.5 유전체의 재배열은 새로운 특성을 초래할 수 있다 209
성적 재조합은 가능한 유전자형의 수를 증폭시킨다 209
수평적 유전자 전달은 새로운 기능의 획득으로 이어진다 209
유전자 중복 후 많은 새로운 기능이 생긴다 210
13.6 유전자 발현의 변화는 종종 형태의 진화를 일으킨다 210
전사인자의 연쇄반응이 동물의 몸의 체절을 확립한다 211
유전적 기작의 일반적인 ‘툴킷’은 발생 과정에서 유전자 발현을 조절한다 211
14 지구상 생명의 역사 216
14.1 지구 역사의 사건들은 연대 측정이 가능하다 217
지층은 암석의 상대적 나이를 보여준다 217
방사성 동위원소는 암석의 연대를 측정하는 방법을 제공한다 217
과학자들은 지질연대표 작성에 여러 방법을 사용한다 217
14.2 지구의 물리적 환경 변화는 생명의 진화에 영향을 주었다 219
대륙은 항상 그 자리에 있지 않았다 219
지구 기후는 덥고 추운 상태를 반복하였다 220
화산은 때때로 생명의 역사를 변화시켰다 220
지구 밖의 사건이 지구의 변화를 촉발시켰다 221
지구 대기 중 산소 농도는 계속 변해왔다 221
14.3 생명 진화의 주요 사건은 화석 기록으로 알 수 있다 223
화석 기록이 불충분한 것에는 몇 가지 이유가 있다 223
선캄브리아기의 생명은 작았고 물에 살았다 224
생명은 캄브리아기에 빠르게 증가하였다 224
캄브리아기에 생겨난 많은 생물군은 이후 번성하였다 228
중생대 동안 지리적 분화가 증가하였다 228
현재 생물상은 신생대 동안 진화하였다 228
생명의 계통수는 진화적 사건의 재구성에 이용된다 228
15 원핵생물, 바이러스 및 진핵생물의 기원 231
15.1 세균과 고세균은 생명의 주된 두 영역이다 232
원핵생물의 두 영역은 현저히 다르다 232
원핵생물의 작은 크기가 진화적 유연관계에 대한 연구를 어렵게 한다 233
원핵생물의 뉴클레오티드 염기서열은 진화적 유연관계를 알려준다 234
수평적 유전자 전달은 다른 유전자 계통수로 이어질 수 있다 234
대부분의 원핵생물 종은 연구된 적이 없다 234
초기에 분기된 두 세균 계보는 매우 고온에서 서식하였다 234
퍼미큐트는 가장 작은 세포성 생물을 포함하고 있다 235
주요 병원균을 포함한 방선균은 또한 항생제의 귀중한 공급원이다 236
남세균은 최초의 광합성 생물이었다 236
스피로헤타는 축사를 이용하여 이동한다 236
클라미디아는 극히 작은 기생체이다 236
프로테오세균은 크고 다양한 그룹이다 236
고세균 영역은 유전자 염기서열 결정으로 구별이 가능하게 되었다 237
고세균은 극한의 다양한 환경에서 산다 238
15.2 생태 군집은 원핵생물에 의존한다 239
많은 원핵생물이 복잡한 군집을 형성한다 239
원핵생물은 놀랍도록 다양한 대사경로를 갖고 있다 239
원핵생물은 원소의 순환에 중요한 역할을 한다 241
15.3 바이러스는 수없이 진화하였다 241
많은 RNA 바이러스는 아마도 탈출한 유전체 구성요소일 것이다 242
일부 DNA 바이러스는 축소된 세포성 생물에서 진화하였을 것이다 243
15.4 진핵생물은 고세균과 세균 모두에서 특성을 획득하였다 243
현존 진핵세포는 몇 단계를 거쳐 생겨났다 243
15.5 진핵생물의 주요 계보는 선캄브리아기에 다양화되었다 245
피하낭충류는 세포막 아래에 피하낭을 갖고 있다 245
부등편모충류는 전형적으로 2개의 부등편모와 1개의 깃털편모를 가진다 246
리자리아류는 전형적으로 길고 얇은 위족을 가진다 248
엑스카바타류는 15억 년 전에 다양화되기 시작하였다 248
아메보조아류는 잎 모양의 위족을 사용하여 이동한다 249
15.6 원생생물은 유성과 무성으로 생식하고 여러 생태계의 중요한 구성요소이다 250
일부 원생생물의 생활사는 세대교번 특징이 있다 250
식물플랑크톤은 1차 생산자이다 250
일부 진핵미생물은 생명에 치명적이다 250
일부 진핵미생물은 내부공생생물이다 250
16 식물, 균류의 진화와 다양성 254
16.1 1차 내부공생은 최초의 광합성 진핵생물을 탄생시켰다 255
뚜렷이 구분되는 조류의 몇몇 분기군은 최초의 광합성 진핵생물이었다 255
육상식물에는 10가지 주요 그룹이 있다 255
육상에서 살기 위한 적응이 육상식물과 녹조류를 구별한다 255
육상식물의 생활사에는 세대교번의 특징이 있다 258
비관다발 육상식물은 항상 물이 있는 곳에서 자란다 258
비관다발 육상식물의 포자체는 배우체에 의존한다 259
16.2 관다발조직은 육상식물을 빠르게 다양화시켰다 259
관다발조직은 물과 용해된 물질을 수송한다 259
관다발식물의 다양화는 동물에게 더 적합한 육상을 만들었다 259
석송류는 이를 제외한 나머지 관다발식물의 자매군이다 260
쇠뜨기류와 양치류는 하나의 분기군을 이룬다 260
관다발식물은 분지한다 260
이형포자는 관다발식물에서 출현하였다 260
16.3 화분, 종자 그리고 목재는 종자식물의 성공에 기여하였다 261
종자식물 생활사의 특성은 배우자와 배를 보호한다 261
종자는 복잡하고, 잘 보호된 꾸러미이다 263
줄기 구조의 변화로 인해 종자식물이 더 크게 자랄 수 있게 되었다 263
겉씨식물은 노출된 종자를 가진다 263
구과식물은 구과를 만들고 유영하는 정자를 갖지 않는다 263
16.4 꽃과 열매는 속씨식물의 다양성을 증가시켰다 263
속씨식물은 많은 공유파생형질을 가진다 263
속씨식물은 동물과 공동진화하였다 264
속씨식물의 생활사에는 삼배체 배젖으로부터 양분을 공급받는 이배체 접합자가 있다 265
최근 연구는 속씨식물의 계통적 유연관계를 밝혀주었다 265
16.5 균류는 체외에서 음식을 소화하며 분해자, 기생자, 포식자 및 상리공생자이다 266
다세포 균류는 영양소를 흡수하기 위해 균사를 사용한다 268
부생균류는 지구의 탄소 순환에 매우 중요하다 269
일부 균류는 기생성 혹은 포식성 상호작용에 관여한다 269
상리공생 균류는 서로에게 이익이 되는 관계에 참여한다 269
내생균류는 병원체, 초식동물 및 스트레스로부터 일부 식물을 보호한다 270
16.6 균류의 유성생식은 다수의 교배형이 포함되며 균류는 실용성이 많다 270
균류는 유성과 무성으로 생식을 한다 270
미포자충류는 고도로 축소된 기생균류이며 대부분의 병꼴균류는 수생이다 271
대부분 균류의 생활사는 세포질융합과 핵융합이 분리되어 일어나는 특징이 있다 272
수지상균근류는 식물과 공생한다 272
이핵체 상태는 자낭균류와 담자균류의 공유파생형질이다 273
자낭균류의 유성생식 구조는 자낭이다 273
담자기는 담자균류의 유성생식 구조이다 273
균류는 식품과 음료 생산에 중요하다 273
균류는 질병과 해충에 대항하는 중요한 무기를 제공한다 273
지의류의 다양성과 풍부도는 대기 질의 지표이다 273
균류는 환경오염을 기록하고 환경오염 복원을 돕는다 275
재식림은 균근류에 의존한다 275
균류는 실험실 연구에서 모델 생물로 사용된다 275
17 동물의 기원과 다양성 280
17.1 독특한 몸설계가 동물 사이에서 진화하였다 281
동물의 단계통성은 유전자 염기서열과 세포의 형태에 의해 지지된다 281
소수의 기본적인 발생 양상이 주요 동물 그룹을 구별한다 281
대부분의 동물은 대칭이다 283
체강의 구조는 운동에 영향을 준다 284
체절화는 운동 조절을 향상시켜 준다 285
부속지는 다양한 용도로 사용된다 285
신경계는 운동을 조율하고 감각을 처리한다 285
17.2 대형 다세포동물은 평행적으로 진화하였다 286
동물 계통수에 대해서는 여전히 논쟁이 계속되고 있다 286
해면동물은 느슨하게 조직화된 동물이다 286
유즐동물은 방사대칭이며 이배엽 동물이다 286
판형동물은 풍부하지만 거의 관찰되지 않는다 286
자포동물은 특수화된 육식동물이다 286
17.3 선구동물은 앞쪽 뇌와 배쪽 신경계를 가지고 있다 288
섬모를 가진 촉수관과 담륜자 유생은 촉수담륜동물에서 진화하였다 289
탈피동물은 성장을 위해 각피를 벗어야 한다 292
17.4 절지동물은 다양하고 풍부한 동물이다 295
절지동물의 근연 그룹은 관절이 없는 육질성 부속지를 가진다 295
협각류는 뾰족한 비저작 구기부로 특징지어진다 295
큰턱과 더듬이는 나머지 절지동물 그룹을 특징짓는다 296
기재된 모든 종의 절반 이상이 곤충이다 297
17.5 후구동물은 극피동물, 반삭동물, 척삭동물을 포함한다 301
극피동물 성체는 오방사대칭의 구조를 가진다 301
반삭동물은 벌레 같은 해양 후구동물이다 301
척삭동물의 특징은 유생에서 보다 분명하다 301
대부분의 두삭동물과 미삭동물 성체는 고착성이다 303
척추동물의 몸설계는 크고 활동적인 동물을 지지한다 304
두 그룹의 현생 무악동물이 있다 304
턱과 이빨은 섭식 효율을 향상시켰다 304
지느러미와 부레는 이동의 안정성과 조절을 향상시켰다 306
17.6 육상생활은 척추동물의 다양화에 기여하였다 306
관절 지느러미는 어류가 몸을 더 잘 지지할 수 있게 하였다 306
양서류는 육상생활에 적응하였다 307
양막류는 건조한 환경에 정착하였다 308
파충류는 다양한 서식지 생활에 적응하였다 308
악어류와 조류는 현생 조룡류이다 309
깃털이 진화하면서 조류가 날게 되었다 310
포유류는 날지 못하는 공룡이 줄어들면서 다양화되었다 310
대부분의 포유류는 태생이다 312
17.7 인류는 영장류에서 진화하였다 312
영장류의 주요한 두 계보가 백악기에 분기되었다 313
인류의 조상은 두발보행을 진화시켰다 313
사람의 뇌는 턱이 작아짐에 따라 점점 커졌다 314
4부 식물의 형태와 기능
18 식물체 및 식물의 영양과 수송 319
18.1 식물체는 미확정된 수의 단순 단위들로부터 만들어진다 320
식물은 3개의 조직계로 구성되어 있다 321
조직은 세포로 구성되어 있다 321
관다발조직은 유체 운반에 특화된 세포들을 포함한다 321
잎은 세 가지 조직계 모두를 가지고 있는 광합성 기관이다 323
18.2 정단분열조직이 1기 식물체를 구성하며 일부 식물은 2기 생장을 한다 323
슈트 정단분열조직의 산물은 슈트조직이 된다 325
뿌리 분열조직은 뿌리골무와 1차 뿌리를 생성한다 325
기본 단위의 상대적인 모양과, 크기, 개수를 변형시켜서 형태의 다양성이 만들어졌다 326
많은 진정쌍떡잎식물의 줄기와 뿌리들이 2기 생장을 한다 327
18.3 식물은 토양에서 무기영양소를 획득한다 328
영양소는 그 결핍에 의해 정의되고 있다 328
식물은 일반적으로 토양에서 무기영양소를 획득한다 329
양이온 교환은 식물이 이용할 수 있는 영양소를 제공한다 329
단백질은 무기영양소 흡수를 조절한다 330
일부 식물은 잎을 통해 영양소를 획득한다 332
뿌리 삼출물은 토양 생물과 영양소 흡수에 영향을 준다 332
식물의 화학적 신호는 수지상 균근 형성을 촉진한다 332
질소고정세균은 식물과 공생관계를 가진다 332
18.4 물과 용질은 물관부에서 수송되며 용질은 체관부에서 수송된다 334
수분포텐셜의 차이가 물 이동의 방향을 지배한다 334
물은 증산-응집력-장력 기작에 의해 물관부를 통해 수송된다 335
기공은 수분 손실과 기체교환을 조절한다 336
용질은 체관부에서 수송된다 336
설탕과 다른 용질은 체관부에서 운반된다 336
압류모델은 체관부에서의 수송을 설명한다 337
19 식물의 생장과 발달 및 꽃식물의 생식 340
19.1 세포분화는 분열조직 세포가 성숙함에 따라 점진적으로 일어난다 341
세포 운명은 발달 동안 점진적으로 더 제한된다 341
유전자 발현의 변화는 세포 운명 결정과 분화의 바탕을 이룬다 341
세포 팽창은 식물 세포의 크기를 증가시키고 모양을 만든다 341
줄기세포 수의 조절은 식물 비율을 유지한다 342
비대칭적 세포분열을 하는 세포들은 모세포와는 다른 정체성을 가진 딸세포들을 생산한다 343
작은 확률적(무작위적) 차이의 증폭은 세포가 서로 구별되도록 한다 343
다른 환경에 노출되면 세포는 서로 달라질 수 있다 343
19.2 발달상의 변화는 호르몬에 의해 매개될 수 있다 344
굴광성은 청색광 수용기와 옥신 호르몬에 의해 매개된다 344
종자 발아는 피토크롬과 흐로몬인 지베렐린에 의해 촉진된다 344
19.3 꽃식물은 무성생식을 할 수 있으며 대부분은 유성생식을 한다 346
영양생식은 농업에서 중요하다 347
꽃은 속씨식물의 생식기관이다 347
꽃식물은 중복수정을 수행한다 347
배는 열매에 함유된 종자 내에서 발달한다 348
꽃식물은 근친교배를 막는 기작을 가진다 348
19.4 호르몬과 신호전달은 영양상태에서 생식상태로의 전환을 결정한다 349
슈트 정단분열조직은 꽃차례 분열조직이 될 수 있다 349
꽃 기관들의 정체는 꽃 정체 유전자들의 조합으로 결정된다 350
광주기 신호로 개화가 시작된다 350
개화 자극은 잎에서 기원한다 350
플로리겐은 한 작은 단백질이다 352
개화는 온도 신호로 유도될 수 있다 353
개화는 나이 및 호르몬 농도로 유도될 수 있다 353
19.5 식물은 물의 유용성과 온도에 반응한다 353
호르몬의 신호전달은 가뭄 스트레스에 대한 반응을 증진한다 355
피토크롬의 암전환은 온도 감지기 역할을 할 수 있다 356
식물은 여러 가지 방법으로 온도에 반응한다 356
식물은 고온에 대해 유도성 반응을 나타낸다 356
19.6 식물은 병원균과 초식동물에 대해 구조적 및 유도된 반응을 한다 356
물리적 장벽은 구조적인 방어를 형성한다 356
화학적 방해물들은 구조적이거나 유도된다 357
식물은 병원균으로부터 자신을 보호하기 위해 유전자 대 유전자 저항성과 과민성 반응을 사용한다 357
RNA 침묵은 유도된 방어 기작의 하나이다 357
자스모네이트는 초식에 대한 반응에서 생산된다 358
5부 동물의 형태와 기능
20 에너지와 물질의 변신: 영양, 온도 및 항상성 362
20.1 동물은 화학조립단위와 에너지를 얻기 위해 먹는다 363
동물은 일생 동안 성장하고 화학 성분을 대체하기 위해 화학조립단위를 필요로 한다 363
동물이 조직화된 몸 상태를 유지하려면 화학결합에너지가 필요하다 363
음식물은 상당히 다양한 영양소를 제공하며 일부는 필수적이다 363
음식물은 에너지를 제공한다 365
20.2 동물의 에너지 수요는 정량화될 수 있다 365
연관된 동물 사이에서 대사율은 일반적으로 몸 크기에 따라 비례하여 변한다 365
몸 크기가 비슷한 동물 사이에서 대사율은 그 동물이 처한 환경에 영향을 받는다 366
동물들은 외부 환경과의 상호 열 관계에 기초하여 항온동물과 변온동물로 분류된다 366
체온조절은 음성되먹임 제어의 전형적인 예이다 366
20.3 동물의 몸에서 분업이 일어나지만 세포마다 독자적인 ATP를 만들어야 한다 367
용액 구획은 상피와 세포막에 의해 서로 분리되어 있다 367
동물은 고도의 분업 현상을 보여준다 367
분업에는 빠른 수송계가 필수적이다: 순환계 369
화학결합에너지는 혈액에 의해 포도당, 다른 작은 탄수화물 및 지방산의 형태로 수송된다 369
각 세포는 자신만의 ATP를 만들어야 한다 370
20.4 동물은 다양한 온도와 염도 환경에서 번성한다 370
국부적 저체온증은 순환계와 그 조절에 의해 이루어진다 370
추운 기후에서 많은 작은 포유류는 겨울에 동면하고 곤충은 어는 것이나 과냉각을 견딘다 371
모든 수용액은 삼투압, 이온 조성, 부피로 특징지어진다 371
담수 동물과 그 환경 간의 물과 이온의 흐름은 종종 매우 역동적이다 371
대부분의 해양 무척추동물은 바닷물에 대해 등삼투성이다 372
해양 경골어류는 바닷물에 대해 강한 저삼투성이다 372
진화 역사는 왜 체액의 농도가 동물들마다 다양한지를 설명한다 372
21 호흡과 순환 375
21.1 산소의 경로: 산소는 대기 중에서 미토콘드리아까지 이동해야 한다 376
O2와 CO2는 확산과 부피 유동을 통해 수송된다 376
기체 확산은 거리가 매우 짧다면 아주 효율적일 수 있지만 중요한 한계가 있다 376
산소의 경로는 확산과 부피 유동의 교대로 이루어지는 경우가 많다 376
21.2 동물은 다양한 종류의 호흡기관을 가지도록 진화하였다 376
동물은 특화된 호흡기관을 진화시켜 왔다 377
환기와 관류의 방향은 기체 교환의 효율에 크게 영향을 미칠 수 있다 377
대부분의 육상 척추동물은 파도형 환기의 폐를 가진다 378
곤충은 몸 전체에 기도를 가진다 379
어떤 동물은 특화된 호흡기관이 없다 379
21.3 포유류의 호흡계는 해부학적으로 그리고 기능적으로 정교하다 379
폐는 흉강의 팽창과 수축에 의해 환기된다 379
호흡은 CO2에 의해 음성되먹임 조절을 받는다 381
21.4 동물은 내부 산소 수송을 위한 순환계를 가지도록 진화하였다 381
폐쇄순환계는 혈관을 통해서 혈액을 움직인다 382
개방순환계에서 혈액은 혈관을 떠난다 383
혈액은 종종 O2 수송능력을 높이기 위해서 호흡색소를 갖고 있다 383
21.5 박동하는 심장이 혈액을 밀어낸다 383
척추동물의 심장은 근원성이고 다수의 방으로 되어 있다 383
21.6 혈관계는 많은 역할을 한다 386
혈관의 특성은 그 위치에 따라 다르다 386
혈액이 혈관계를 통해 흘러갈 때 혈압과 선속도는 크게 변한다 387
전형적인 신체 모세혈관대에서, 혈류는 체액을 남기고 림프계가 그것을 수집한다 387
혈관계는 동물이 환경에 적응하는 데 중요한 역할을 한다 388
22 뉴런, 감각기관, 신경계 392
22.1 신경계는 뉴런과 신경교세포로 구성된다 393
뉴런은 전기신호를 생성하도록 특수화되었다 393
대부분의 뉴런은 해부학적으로 4개의 부위로 되어 있다: 수상돌기, 세포체, 축삭, 시냅스전 축삭말단 394
신경교세포는 뉴런과 함께 일하고 신경계의 발달을 안내하면서 돕는다 394
22.2 뉴런은 이온의 분포를 조절하여 전기신호를 생성한다 395
나트륨-칼륨 펌프가 Na+와 K+의 농도기울기를 만든다 395
휴지전위는 주로 누설 K+ 채널에 의한 것이다 395
네른스트 방정식으로 이온의 평형전위를 예측할 수 있다 396
개폐성 이온 채널이 막전위를 변화시킬 수 있다 396
막전위는 역치를 넘는지의 여부에 따라 차등적 변화나 실무율을 보인다 397
활동전위는 커다란 탈분극으로서 크기의 손실 없이 전도된다 397
활동전위는 특히 크기가 큰 축삭과 미엘린수초로 싸인 유수축삭에서 빠르다 398
22.3 뉴런은 시냅스에서 다른 세포와 소통한다 399
화학시냅스가 일반적이지만 전기시냅스도 있다 399
척추동물의 신경근접합부는 화학시냅스의 모델이다 399
많은 신경전달물질이 발견되었다 401
신경계에서 시냅스후 뉴런은 수백 개의 시냅스전 뉴런과 시냅스를 맺는다 401
시냅스 가소성은 학습과 기억의 기본 기작이다 401
22.4 감각수용 과정은 동물의 외부 환경과 체내 상황에 대한 정보를 제공한다 401
감각수용기세포는 자극을 전기신호로 바꾼다 402
감각수용기세포는 특정 수용체 단백질에 의존한다 402
감각은 감각세포로부터 활동전위를 받는 뇌 속의 뉴런에 의존한다 403
신장감각과 후각은 각기 이온성과 대사성 수용의 예이다 403
청각계는 기계수용기를 사용하여 소리의 파동을 감지한다 403
시각을 담당하는 광수용기는 로돕신 같은 옵신 분자를 사용하여 빛을 감지한다 405
척추동물의 망막은 발생과정에서 뇌가 밖으로 자라난 것이고 특수화된 뉴런으로 이루어져 있다 405
절지동물은 겹눈을 가진다 406
22.5 뉴런은 신경계를 구성한다 407
자율신경계는 불수의적인 기능을 조절한다 408
척수반사는 단순한 형태의 골격근 조절을 보여준다 408
척추동물 뇌의 진화에서 가장 극적인 변화가 일어난 곳은 전뇌이다 408
위치 특이성은 포유류 대뇌반구의 중요한 특성이다 408
23 내분비계, 신경계에 의한 조절 및 근육 413
23.1 내분비계와 신경계는 각각 고유한 기능을 하면서 또한 서로 상호작용을 한다 414
신경계와 내분비계는 다른 방식으로 작용하며 서로 다른 과정을 조절한다 414
신경계와 내분비계는 서로 협조한다 415
화학적 신호전달은 광범위한 거리에서 작동한다 415
내분비세포는 신경분비성 또는 비신경성이다 415
대부분의 호르몬은 세 가지 화학물질 그룹 중 하나에 속한다 416
수용체 단백질은 세포 표면 또는 세포 내부에 존재할 수 있다 416
호르몬의 작용은 표적세포의 성질에 달려 있다 416
호르몬 신호는 개시되어 효과를 나타내고 종결된다 416
23.2 척추동물의 시상하부와 뇌하수체는 신경계와 내분비계를 연결한다 416
시상하부의 신경분비세포가 뇌하수체 후엽 호르몬을 생산한다 417
시상하부 신경분비세포가 분비한 호르몬이 뇌하수체 전엽 호르몬의 분비를 조절한다 417
내분비세포는 조절축으로 조직화되어 있다 418
갑상샘은 정상적 발생에 필수적이고 호르몬 결핍 질병의 한 예를 제공한다 418
성 스테로이드는 생식 발생을 조절한다 419
23.3 단백질-단백질 상호작용의 주기에 의해 근육세포가 힘을 만들어낸다 420
골격근의 수축은 활주-필라멘트 기작에 의해 일어난다 421
액틴과 미오신 필라멘트는 근육수축 동안 서로 상대적으로 활주한다 421
ATP를 필요로 하는 액틴-미오신 상호작용이 근육수축을 만들어낸다 422
흥분은 수축을 야기하고 이는 칼슘 이온에 의해 매개된다 424
23.4 골격근의 기능은 골격과의 상호작용 그리고 ATP 공급, 세포 종류, 훈련에 달려 있다 425
척추동물에서 근육은 내골격의 뼈를 잡아당긴다 425
절지동물에서 근육은 외골격의 내부 돌기를 잡아당긴다 425
유체골격은 근육과 중요한 관계를 가진다 426
근육 출력은 근육의 ATP 공급률에 달려 있다 426
훈련을 통해 근육 수행을 바꿀 수 있다 427
척추동물 심장근은 골격근과 비슷하기도 하고 다르기도 하다 427
척추동물의 평활근은 많은 내부 기관의 느린 수축을 일으킨다 427
24 동물의 생식 및 발생 432
24.1 유성생식은 배우자형성과 수정에 의해 일어난다 433
대부분의 동물은 유성생식을 한다 433
생식소의 배우자형성 과정은 반수체의 배우자를 생성한다 434
수정은 외부 혹은 내부에서 일어난다 435
일부 동물은 성체시기에 성 변화를 겪는다 436
24.2 포유류의 생식계는 호르몬에 의해 조절된다 436
난자는 난소에서 성숙하여 자궁으로 이동한다 437
배란은 유도되기도 하고 혹은 스스로 일어나기도 한다 438
임신은 특별한 호르몬 상태이다 440
출산은 호르몬이 중재하는 양성되먹임 고리에 의존한다 440
남성의 생식기관은 정액을 만들고 전달한다 440
24.3 수정은 발생을 활성화하고 난할은 배를 위한 구성요소를 생성한다 441
난자와 정자는 접합자 형성에 있어 서로 다른 기여를 한다 441
극성은 발생 초기에 형성된다 441
난할은 배를 위한 구성요소를 생성한다 442
특정 할구는 특정 조직이나 기관이 된다 444
난황의 양이 난할에 영향을 준다 444
태반포유류의 난할은 특별하다 444
24.4 낭배형성은 형태형성을 위한 단계를 설정한다 445
난황은 낭배형성에 영향을 미친다 445
새로운 체내 공간, 체강이 형성된다 446
기관은 세 가지 배엽으로부터 발생한다 446
척삭은 신경관의 형성을 유도한다 447
중배엽은 중간층 세포를 형성한다 448
위치 정보는 척추동물의 팔다리 형성을 안내한다 448
24.5 배외막은 배를 보호하고 영양분을 공급하며 발생은 평생 계속된다 449
배외막의 형성은 세 배엽이 모두 관여한다 449
포유류의 배외막은 태반을 형성한다 450
결정은 분화에 앞서 일어난다 450
줄기세포는 성장과 유지를 위한 새로운 세포들을 제공한다 450
줄기세포는 배에서 분리하거나 분화된 세포로부터 유도할 수 있다 451
25 면역학: 동물의 방어체계 455
25.1 동물은 병원체에 대한 방어를 위해 선천성 면역과 후천성 면역을 사용한다 456
선천성 방어는 후천성 방어 이전에 진화되었다 456
포유류는 선천성 방어와 후천성 방어 모두를 가지고 있다 456
혈액과 림프조직은 방어에서 중요한 역할을 한다 457
25.2 선천성 방어는 비특이적이다 457
장벽과 국부적 작용물이 침입자로부터 몸을 방어한다 458
세포신호전달이 또 다른 선천성 방어를 촉발한다 458
염증은 감염이나 손상에 대한 공조된 반응이다 459
염증은 의학적 문제를 일으킨다 460
25.3 후천성 면역반응은 특이적이다 460
후천성 면역은 핵심적인 네 가지 특징을 가진다 460
대식세포와 수지상세포는 후천성 면역계를 활성화시키는 데 중요한 역할을 한다 461
두 종류의 후천성 면역반응이 상호작용한다 462
25.4 후천성 체액성 면역반응은 특이적 항체가 관여한다 463
형질세포는 보편적인 전체 구조를 공유하고 있는 항체를 생산한다 463
항체 다양성은 DNA 재배열과 다른 돌연변이에서 나온다 464
항체는 항원과 결합해서 방어 기작을 활성화한다 465
25.5 후천성 세포성 면역반응에는 T 세포와 그 수용체가 관여한다 465
T 세포 수용체는 세포 표면의 항원과 특이적으로 결합한다 466
MHC 단백질은 T 세포에게 항원을 제시하고 인식을 하게 한다 466
TH 세포는 체액성 면역반응과 세포성 면역반응에 기여한다 466
세포성 반응의 활성화는 표적세포의 죽음을 일으킨다 467
조절 T 세포는 체액성 및 세포성 면역반응을 억제한다 467
AIDS는 면역결핍질환이다 467
예방접종은 오래 지속되는 면역성을 유도한다 468
6부 생태계
26 시공간에서의 생태계 472
26.1 생태계는 시공간에 따라서 다양하다 473
생명체 그리고 환경은 역동적인 생태계이다 473
생태계는 계층별 단계에서 나타난다 473
생태계는 다양하지만 과학적 방법을 가지고 이해할 수 있다 473
26.2 태양에너지의 유입과 지형은 지구의 물리적 환경을 만든다 475
태양에너지 유입의 변이가 기후와 날씨 양상을 형성한다 475
지구 대기의 순환은 열에너지를 재분배시킨다 475
해양순환 역시 기후에 영향을 미친다 476
지형은 환경적 이질성에 기여를 한다 478
기후도는 생태적으로 연관된 방식으로 기후를 요약한다 478
26.3 생물지리학은 자연지리학을 반영한다 478
육상 식생의 유사성에서부터 생물군계의 개념이 만들어졌다 478
기후가 육상 생물군계를 결정하는 유일한 요소는 아니다 479
생물군계 개념은 수중환경에도 확장될 수 있다 479
26.4 생물지리학은 지질학적 역사를 반영한다 481
분산장벽이 생물지리학에 영향을 준다 481
계통학적 방법이 생물지리학의 이해에 이바지했다 481
27 집단, 종간 상호작용 및 생태 군집 484
27.1 집단은 공간적으로 조각난 상태로 존재하고 시간에 따라 역동적이다 485
집단 크기는 집단 밀도와 공간적 범위로 추정할 수 있다 485
집단 크기는 공간과 시간에 따라 다양하다 485
생활사는 집단 성장률을 결정한다 485
생활사는 다양하다 487
27.2 집단은 곱셈적으로 증가하지만 승수는 변할 수 있다 487
밀도 의존성은 집단이 무한대로 성장하는 것을 방지한다 487
27.3 종간 상호작용은 적응도에 영향을 주며 종은 상호작용 그물망으로 엮여 있다 488
종간 상호작용은 적응도에 미치는 영향에 의해 나눌 수 있다 488
소비자-자원 상호작용은 상호작용 먹이망을 형성한다 488
종의 제거 또는 도입은 군집 내 연쇄반응을 일으킨다 490
27.4 군집은 정착하고 지속하는 종을 가지며 공간과 시간에 따라 변한다 490
군집은 구조 측면에서 다양하다 490
군집은 종의 획득과 손실로 이루어진다 491
종 조성은 환경 구배에 따라 달라진다 491
몇 가지 과정이 시간에 따른 군집의 변화를 일으킨다 491
27.5 군집 구조는 군집 기능에 영향을 준다 492
에너지 유동은 군집 구조의 핵심이다 492
종다양성은 군집 기능에 영향을 준다 493
다양성 양상은 다양성 결정요인에 대한 단서를 제공한다 493
28 지구 생태계 497
28.1 기후, 영양분, 생물지화학적 과정은 생태계 기능에 영향을 준다 498
NPP는 생태계 기능의 척도이다 498
NPP는 온도, 강수, 영양분에 의해 예상대로 변화한다 498
원소의 형태와 위치는 생물에 대한 접근성을 결정한다 499
물질의 이동은 생물지화학적 과정에 의해 추진된다 500
28.2 특정 생물지화학적 순환은 생태계에 특히 중요하다 500
물은 구획 사이에 물질을 수송한다 500
생태계 내의 재순환이 지구적 질소 순환보다 우세하다 500
탄소 이동은 생태계를 통한 에너지 흐름에 연결되어 있다 502
생물지화학적 순환은 다양하며 서로 연결된다 502
28.3 생물지화학적 순환은 지구 기후에 영향을 준다 503
지구 표면은 대기로 인해 따뜻하다 503
최근의 온실가스 증가는 지구 표면을 데우고 있다 504
생태적 도전은 과학과 국제적 협력을 통해 다뤄질 수 있다 504
부록 A 생명의 계통수 509
B 생물학에서 사용되는 도량형 517
용어해설 518
찾아보기 537
1.1 생물은 구조, 기능, 에너지 흐름에서 공통점을 공유한다 2
우리가 알고 있듯이 생명은 단일 기원이다 2
생명의 역사에서 주요 단계들은 알려진 물리, 화학 과정들과 양립한다 3
생물학자들은 생명의 진화계통수를 추적할 수 있다 5
생명의 통일성 때문에 생물학적 발견을 일반화할 수 있다 5
1.2 생명은 조직화와 에너지에 의존한다 5
조직화는 분자에서 생태계에 이르기까지 각 수준마다 분명히 나타난다 6
1.3 유전체계는 정보의 흐름, 교환, 저장 및 사용을 조절한다 6
유전체는 생물의 구조를 지배하는 단백질을 암호화한다 7
유전체는 한 생물의 생물학에 대한 모든 관점의 통찰을 제공한다 8
1.4 진화는 생명의 통일성과 다양성을 설명한다 8
자연선택은 진화의 중요한 과정이다 8
진화는 보다 광범위한 이론의 토대이다 9
1부 세포
2 생명의 화학과 물의 중요성 12
2.1 원소의 원자구조는 그 성질을 결정한다 13
원자는 양성자, 중성자, 그리고 전자로 구성된다 13
방사성 동위원소는 중성자의 개수가 다르다 13
전자의 위치는 전자껍질 속의 원자 궤도이다 13
최외각 전자껍질의 전자가 그 원소의 화학적 성질을 결정한다 13
2.2 원자는 상호작용하여 분자를 형성한다 15
원자들은 공유결합으로 전자쌍을 서로 공유한다 15
전자를 전달함으로써 원자들 간의 이온결합이 형성된다 15
극성 분자들은 전기적 인력을 통해 상호작용한다 16
분자들은 서로 반데르발스 인력으로 약하게 끌어당길 수 있다 16
2.3 화학적 변환에는 에너지와 에너지 이동이 관여한다 16
생명계 안에서 변화는 결국 에너지 변환과 관련된다 16
열역학 제1법칙은 에너지가 생겨나거나 파괴되지 않는다는 것을 말한다 17
열역학 제2법칙은 에너지가 변환될 때마다 엔트로피가 증가한다는 것을 말한다 17
2.4 화학반응은 물질을 변형시킨다 17
화학반응은 에너지를 방출하거나 흡수한다 18
모든 화학반응이 자발적으로 일어나지는 않는다 18
2.5 생명의 화학에서 물의 특성은 중요하다 19
높은 비열과 높은 기화열은 생명계 내부의 물을 적당한 온도로 유지 시킨다 19
수소결합은 물의 응집력과 부착력을 설명해준다 19
물은 전하를 띤 극성 물질을 녹인다 19
수용액은 산성, 염기성, 중성이 될 수 있다 19
2.6 작용기는 분자에 특이적 성질을 부여한다 20
유기 분자의 화학적 성질은 작용기에 의해 결정된다 20
이성질체는 분자의 다양성에 기여한다 20
3 고분자 23
3.1 지질은 물에 불용성인 특성이 있다 24
지질은 구조적 또는 기능적으로 다양하다 24
에너지는 지방과 기름에 저장된다 24
인지질은 생체막을 만든다 24
3.2 탄수화물은 단순당으로부터 만들어진다 26
단당류와 이당류는 단순 탄수화물이다 26
올리고당류는 몇 개의 단당류들로, 다당류는 많은 단당류로 구성된다 28
3.3 핵산은 정보를 담고 있는 고분자이다 30
뉴클레오티드는 핵산의 조립단위이다 30
DNA와 RNA 모두 염기쌍을 형성한다 31
DNA는 정보를 운반하고 RNA를 통해서 발현된다 32
3.4 단백질은 다양한 구조를 가진 중합체이다 33
아미노산은 단백질의 조립단위이다 33
아미노산은 펩티드 결합으로 서로 연결된다 34
상위 단계의 단백질 구조는 1차 구조에 의해서 결정된다 34
단백질 구조는 환경에 의해서 변형될 수 있다 36
3.5 단백질의 기능은 그들의 구조에 의해 결정된다 36
단백질의 기능은 그들의 결합 특성에 따라 결정된다 37
효소는 생화학반응을 가속화시킨다 38
효소는 활성 자리에서 특정 반응물과 결합한다 38
효소 활성은 조절될 수 있다 39
4 세포 구조, 막, 신호와 반응 42
4.1 세포막은 세포 내부를 환경과 분리한다 43
지질은 막의 소수성 중심부를 형성한다 43
단백질은 막에 특별한 특성을 부여한다 44
세포막의 탄수화물은 인식장소이다 45
4.2 수동 및 능동 수송은 소분자가 막을 통과하는 데 사용된다 45
단순확산은 인지질 이중층을 가로질러 일어난다 45
삼투는 막을 통과하는 물의 이동이다 45
막 투과성은 막단백질에 의해 증가한다 45
능동수송은 용질을 농도기울기에 역행하여 수송한다 47
능동수송 체계는 에너지원에 따라 구별된다 47
소낭은 진핵생물의 막을 가로질러 거대분자를 운반하는 데 사용된다 48
4.3 세포의 크기, 모양 및 이동 능력은 내부 및 외부 구조에 의해 결정된다 49
작은 세포는 큰 부피 대비 표면적 비율을 갖는다 49
여러 종류의 단백질 섬유가 세포에 존재한다 51
미세섬유는 세포 모양과 세포 이동 기능을 결정한다 51
중간섬유는 다양하고 안정적이다 51
미세소관은 가장 두꺼운 세포골격 요소이다 51
세포벽은 지지와 보호를 제공한다 51
세포외기질은 다양한 기능을 지지한다 51
세포연접은 이웃한 세포를 연결한다 52
4.4 구획화는 원핵세포에서 나타나며 진핵세포에서는 더 광범해진다 53
원핵세포는 일반적으로 세포 내에 막으로 둘러싸인 구획이 없다 53
진핵세포는 수많은 종류의 막으로 둘러싸인 구획을 가지고 있다 57
핵은 대부분의 세포 DNA를 포함한다 57
내막계는 상호 관련된 세포소기관의 집단이다 57
일부 세포소기관은 에너지를 변환한다 59
막으로 둘러싸인 몇몇 다른 세포소기관은 특수화된 기능을 수행한다 59
4.5 세포는 다양한 신호를 감지하고 신호전달을 통하여 반응한다 59
신호에 대한 반응은 세 단계로 일어난다 60
세포들은 많은 세포의 신호에 노출되어 있지만 일부분의 신호에만 반응한다 61
수용체들은 세포막에 위치하고 있거나 세포의 내부에 위치하고 있다 61
막수용체들은 그들의 작용에 따라 분류한다 62
세포의 기능은 환경신호에 반응하여 변한다 63
신호전달 연쇄반응은 효소의 조절과 신호의 증폭을 수반한다 63
2차 전달자는 신호전달을 촉진한다 63
4.6 신호전달은 고도로 조절된다 64
신호경로들은 정확하게 종결되어 다시 제자리로 돌아간다 64
신호전달경로는 다수의 신호들을 통합한다 65
5 세포의 물질대사: 생물 분자의 합성과 분해 70
5.1 ATP와 환원된 조효소는 생합성에 사용하는 에너지 화폐이다 71
ATP의 가수분해에서 에너지가 방출된다 71
산화-환원 반응은 전자와 에너지를 전달한다 71
5.2 탄수화물의 이화작용은 산소를 사용할 때 많은 양의 에너지를 방출한다 73
해당과정에서 포도당은 부분적으로 산화되고 일부분의 에너지가 방출된다 73
피루브산의 산화는 해당과정과 시트르산 회로를 연결한다 73
시트르산 회로에서 포도당은 CO2로 완전히 산화된다 74
산화적 인산화를 통하여 NADH로부터 에너지가 ATP로 전달된다 74
화학삼투는 양성자 기울기를 사용하여 ATP를 생산한다 75
세포호흡은 조절을 받는다 77
포도당의 발효는 적은 양의 에너지를 방출한다 77
5.3 이화작용 경로는 서로 연결되어 있으며 동화작용은 많은 양의 ATP를 사용한다 77
동화작용은 거대 분자를 합성하며 거대 분자를 구성하는 분자들을 합성하기도 한다 78
이화작용과 동화작용은 하나의 시스템으로 통합되어 있다 78
5.4 생명은 태양에 의해서 유지된다: 광합성에서 포획된 빛에너지는 이산화탄소를 탄수화물로 전환한다 79
빛에너지는 엽록소와 다른 색소에 의해 흡수된다 79
빛의 흡수는 반응중심에서 엽록소 a에 의한 전자수용체의 환원을 일으킨다 80
환원은 ATP와 NADPH의 생성으로 이어진다 81
명반응에서 생성된 화학결합에너지는 CO2를 탄수화물로 전환하는 데 사용한다 82
루비스코는 기질로 CO2 대신에 O2를 사용할 수 있다 83
2부 유전학
6 세포주기와 세포분열 88
6.1 생식에는 무성생식 또는 유성생식이 있다 89
이분법 또는 체세포분열에 의한 무성생식은 유전적 동일성을 초래한 89
감수분열에 의한 유성생식은 유전적 다양성을 가져온다 90
유성생식 생활사는 다양하다 90
6.2 무성생식은 유전적으로 동일한 딸세포를 생성한다 91
원핵세포는 이분법으로 분열한다 91
진핵세포는 체세포분열 후 세포질분열에 의해 분열한다 91
진핵생물 염색체는 염색질로 포장된다 92
체세포분열은 유전적으로 동일한 딸핵을 생성한다 92
세포질분열은 세포질의 분할이다 94
6.3 감수분열에 의한 유성생식은 염색체 수를 반으로 줄이고 유전적 다양성을 만들어낸다 95
감수분열은 염색체의 수를 반으로 줄인다 95
독립적인 분리와 교차는 유전적 다양성을 발생시킨다 95
6.4 세포분열 과정에서의 오류는 염색체 수의 변화를 초래할 수 있다 98
체세포분열과 감수분열의 오류로 인해 일부 염색체 수가 비정상적으로 나타날 수 있다 98
세포질분열 또는 수정 과정에서의 오류는 모든 염색체에 영향을 줄 수 있다 99
6.5 세포주기와 세포사멸은 진핵생물에서 고도로 조절된다 100
진핵생물의 세포주기는 내부적으로 조절된다 100
진핵생물의 세포주기는 사이클린 의존성 인산화효소에 의해 조절된다 101
예정된 세포사멸은 살아 있는 개체에서 필요한 과정이다 101
암세포에서 세포분열의 조절이 비정상이다 102
7 유전, 유전자 그리고 염색체 105
7.1 멘델은 두 가지 유전법칙을 발견했다 106
멘델은 가설을 검증하기 위해 과학적 방법을 사용하였다 106
멘델의 첫 번째 실험은 단성잡종 교배였다 106
멘델의 첫 번째 법칙에 따르면 대립유전자 쌍은 배우자로 똑같이 분리된다 108
멘델은 검정교배를 수행하여 자신의 가설을 검증하였다 108
확률은 유전을 예측하는 데 사용된다 109
멘델의 두 번째 법칙에 따르면 서로 다른 유전자의 대립유전자 쌍은 독립적으로 분리된다 109
멘델의 법칙은 인간 가계도에서 관찰될 수 있다 110
7.2 유전자는 염색체상으로 유전된다 111
감수분열 중 염색체의 행동은 멘델의 법칙과 일치한다 111
대립유전자는 같은 단백질의 다른 형태를 암호화한다 111
성 연관 유전은 성염색체의 전달과 일치한다 112
동일한 염색체에 있는 유전자는 감수분열에서 교차에 의해 분리될 수 있다 113
7.3 대립유전자, 유전자, 환경은 상호작용하여 표현형을 만들어낸다 116
단일 유전자는 여러 개의 대립유전자를 가질 수 있다 116
우성은 항상 완전하지 않다 116
하나의 유전자는 여러 가지 형질에 영향을 줄 수 있고 한 형질은 여러 유전자의 영향을 받을 수 있다 116
일부 표현형은 연속적이며 환경은 유전자 작용에 영향을 준다 117
7.4 접합과 형질전환을 통해 원핵생물 사이의 유전물질 교환이 일어난다 118
세균은 접합에 의해 플라스미드 유전자를 전달한다 118
세균은 접합에 의해 염색체 유전자를 교환한다 118
8 DNA와 유전에서의 그 기능 121
8.1 DNA는 유전물질이다 122
정황적인 증거는 DNA가 유전물질임을 시사하였다 122
실험적인 증거를 통해 DNA가 유전물질이라는 것을 확인했다 122
여러 종류의 정보들은 DNA 구조의 발견을 이끌었다 123
왓슨과 크릭은 화학적 모델을 사용하여 DNA 구조를 기술하였다 123
DNA의 이중나선 구조는 그 기능에 필수적이다 125
8.2 DNA 복제는 반보존적이다 125
DNA는 반보존적으로 복제한다 126
DNA 복제는 여러 단백질들의 기능이 필요하다 126
진핵세포에서 말단소체들은 완전히 복제되지 않는다 129
8.3 DNA 돌연변이는 DNA 서열을 바꾼다 132
돌연변이의 일반적인 근원은 복제 오류들이다 132
돌연변이는 다양한 표현형 효과를 가질 수 있다 134
염색체 돌연변이는 유전물질에서 광범위한 변화를 일으킨다 134
9 DNA에서 단백질로: 유전자 발현 137
9.1 하나의 유전자가 하나의 폴리펩티드를 암호화한다 138
사람에서 관찰한 결과 유전자가 효소를 암호화한다고 제안하게 되었다 138
유전자의 개념은 시간이 흐르면서 바뀌었다 138
유전자는 전사와 번역을 통해 발현된다 139
9.2 유전자 발현은 DNA가 RNA로 전사되면서 시작한다 139
RNA 중합효소는 공통된 특성을 공유한다 140
전사는 세 단계로 일어난다 140
진핵생물 암호화 부위(유전자)는 종종 인트론에 의해 끊겨 있다 140
진핵생물 유전자의 전사물은 번역되기 전에 가공된다 142
9.3 RNA가 아미노산으로 번역되는 데 적용되는 원칙은 유전암호에 저장되어 있다 142
단백질 합성을 위한 정보는 유전암호에 있다 143
9.4 RNA가 리보솜에 의해 아미노산으로 번역된다 145
tRNA는 특정 아미노산을 운반하고 특정 코돈에 결합한다 145
개별 tRNA는 아미노산에 특이적으로 부착된다 145
번역은 리보솜에서 일어난다 145
번역은 세 단계로 일어난다 146
폴리솜 형성은 단백질 합성 속도를 증가시킨다 149
9.5 단백질은 번역 후 종종 변형된다 149
단백질의 신호서열이 단백질을 세포 내 목적지로 안내한다 149
많은 단백질이 번역 중에 또는 후에 변형된다 150
10 유전자 발현의 조절 153
10.1 유전자 발현의 조절은 여러 단계에서 일어난다 154
유전자 발현의 모든 가능한 단계에서 조절이 일어난다 154
전사 조절은 에너지를 보존한다 154
유전자는 양성 및 음성 조절을 받는다 155
10.2 원핵생물 유전자 조절은 주로 전사 단계에서 일어난다 155
원핵생물에서 전사 조절은 다른 시그마 인자를 포함할 수 있다 155
오페론은 원핵생물의 전사 조절 단위이다 155
작동자-억제인자 상호작용이 lac 및 trp 오페론의 전사를 조절한다 155
바이러스는 숙주세포를 약탈하기 위해 유전자 조절 전략을 사용한다 157
10.3 진핵생물 전사는 보편적 전사인자와 특정 전사인자에 의해 조절된다 157
전사인자는 진핵생물 프로모터에 작용한다 157
10.4 전사는 DNA와 히스톤 단백질의 후생적 변화로 조절될 수 있다 160
히스톤 단백질의 변형은 염색체 구조와 전사에 영향을 미친다 160
DNA 메틸화는 전사에 영향을 준다 162
10.5 진핵생물의 유전자 발현은 전사 후에도 조절될 수 있다 163
서로 다른 mRNA가 선택적 이어맞추기에 의해 동일 유전자에서 만들 어진다 163
mRNA의 안정성은 조절될 수 있다 163
mRNA의 번역은 조절될 수 있다 164
단백질의 안정성은 조절될 수 있다 164
11 유전체 167
11.1 -오믹스 시대는 생물학의 혁명이다 168
생어 염기서열 결정법은 DNA 서열 결정을 위해 연쇄 종결반응을 사용한다 168
전사체학은 발현된 유전자들을 식별한다 169
유전체 서열은 여러 종류의 정보를 제공한다 169
표현형은 단백질체학과 대사체학을 사용하여 분석된다 169
11.2 원핵생물 유전체는 작고 촘촘하며 다양하다 171
원핵생물 유전체는 간소화되고 다양하다 172
메타유전체학은 바이러스와 원핵생물의 다양성을 보여준다 172
DNA 일부 염기서열은 유전체에서 움직인다 174
세포 생명에 필수적인 유전자는 실험적으로 확인될 수 있다 174
11.3 진핵생물의 유전체는 크고 복잡하다 175
모델 생물은 진핵생물 유전체의 많은 특징을 밝혀주었다 175
진핵생물은 유전자군을 가진다 175
진핵생물 유전체는 많은 반복염기서열을 갖고 있다 176
11.4 인간 유전체학은 많은 영역에서 발전을 촉진해왔다 177
인간 유전체 염기서열은 몇 가지 놀라운 점을 가진다 177
인간 변이는 가계 및 질병 위험을 결정하는 데 사용된다 178
개인 유전체학은 곧 의학 분야에서 상용화될 것이다 178
3부 진화와 다양성
12 진화의 과정 및 종분화 183
12.1 진화는 사실에 입각하였을 뿐만 아니라 다양한 이론의 근거이다 184
다윈과 월리스는 자연선택에 의한 진화 개념을 도입하였다 184
12.2 진화는 돌연변이, 선택, 유전자 흐름, 유전적 부동과 선택적 교배를 통해 일어난다 186
돌연변이는 유전적 변이를 생성한다 186
유전적 변이에 작용하는 선택은 새로운 표현형을 유도한다 186
자연선택은 집단 내에서 이로운 돌연변이의 빈도를 증가시킨다 186
유전자 흐름은 대립유전자 빈도를 변화시킬 수 있다 187
유전적 부동은 작은 집단에서 큰 변화를 유발할 수 있다 187
선택적 교배는 유전자형 또는 대립유전자 빈도를 변화시킬 수 있다 189
12.3 진화는 대립유전자 빈도의 변화로 측정할 수 있다 189
집단의 유전적 구조는 대립유전자와 유전자형의 빈도로 설명할 수 있다 189
특정한 제한 조건이 없는 한 진화가 일어날 것이다 190
하디-바인베르크 평형의 이탈은 진화가 일어나고 있음을 보여준다 191
12.4 안정성, 방향성, 또는 분단성 선택이 있고 선택은 다형성을 유지할 수 있다 191
빈도-의존성 선택은 집단 내의 유전적 변이를 유지한다 191
이형접합체 이점은 다형성 자리를 유지한다 191
종 내에서 유전적 변이는 지리적으로 전혀 다른 집단에서 유지된다 192
12.5 종은 계통수에서 생식적으로 격리된 계보이다 192
많은 종은 외형에 의해 구분된다 192
생식적 격리는 대부분 종개념의 핵심적인 특징이다 193
종을 이해하기 위해 계보적 접근방법은 장기적인 관점이다 193
여러 가지 종개념은 상호 배타적이 아니다 193
12.6 종분화는 집단 세분화의 자연적 결과이다 193
유전자 사이의 불화합성은 생식적 격리를 만든다 193
종분화는 이소적 혹은 동소적으로 일어날 수 있다 194
새로운 서식지로의 침입과 주요 혁신은 적응방산으로 이어질 수 있다 194
종분화율은 생물 종류에 따라서 매우 다양하다 194
생식적 격리는 분기되는 종이 접촉할 때 강화된다 194
13 계통의 재구성 및 유전체의 진화 199
13.1 모든 생명은 진화 역사를 통해 연결되어 있다 200
계통수는 계보들의 진화적 관계를 보여준다 200
계통수는 비교생물학의 토대이다 201
파생형질은 진화적 유연관계의 증거를 제공한다 202
13.2 계통은 생물의 형질로부터 재구성 할 수 있다 203
형질의 공유가 공통 혈통을 나타낸다 203
절약원리로 계통유연관계 자료를 가장 단순하게 설명한다 203
계통수 제작을 위한 자료는 출처가 다양하다 204
수학적 모델은 계통수 제작 능력을 배가시킨다 204
계통수는 과거 사건의 재구성을 위해 이용될 수 있다 204
분자시계는 진화적 사건 추정에 도움이 된다 206
13.3 계통은 생물 분류의 토대이다 206
린네 분류는 표준 분류군 계급에 기초한다 206
현대 생물 분류는 진화 역사에 기초한다 206
학명 사용에 대한 생물명명규약은 여러 가지이다 207
13.4 유전체는 진화의 중립적 과정과 선택적 과정을 모두 보여준다 207
진화는 유전자 서열, 위치 및 발현의 변화로 일어난다 207
대부분의 분자 진화는 중립적이다 208
양성 및 정제 선택은 유전체에서 발견될 수 있다 208
유전체 크기와 조직도 진화한다 209
13.5 유전체의 재배열은 새로운 특성을 초래할 수 있다 209
성적 재조합은 가능한 유전자형의 수를 증폭시킨다 209
수평적 유전자 전달은 새로운 기능의 획득으로 이어진다 209
유전자 중복 후 많은 새로운 기능이 생긴다 210
13.6 유전자 발현의 변화는 종종 형태의 진화를 일으킨다 210
전사인자의 연쇄반응이 동물의 몸의 체절을 확립한다 211
유전적 기작의 일반적인 ‘툴킷’은 발생 과정에서 유전자 발현을 조절한다 211
14 지구상 생명의 역사 216
14.1 지구 역사의 사건들은 연대 측정이 가능하다 217
지층은 암석의 상대적 나이를 보여준다 217
방사성 동위원소는 암석의 연대를 측정하는 방법을 제공한다 217
과학자들은 지질연대표 작성에 여러 방법을 사용한다 217
14.2 지구의 물리적 환경 변화는 생명의 진화에 영향을 주었다 219
대륙은 항상 그 자리에 있지 않았다 219
지구 기후는 덥고 추운 상태를 반복하였다 220
화산은 때때로 생명의 역사를 변화시켰다 220
지구 밖의 사건이 지구의 변화를 촉발시켰다 221
지구 대기 중 산소 농도는 계속 변해왔다 221
14.3 생명 진화의 주요 사건은 화석 기록으로 알 수 있다 223
화석 기록이 불충분한 것에는 몇 가지 이유가 있다 223
선캄브리아기의 생명은 작았고 물에 살았다 224
생명은 캄브리아기에 빠르게 증가하였다 224
캄브리아기에 생겨난 많은 생물군은 이후 번성하였다 228
중생대 동안 지리적 분화가 증가하였다 228
현재 생물상은 신생대 동안 진화하였다 228
생명의 계통수는 진화적 사건의 재구성에 이용된다 228
15 원핵생물, 바이러스 및 진핵생물의 기원 231
15.1 세균과 고세균은 생명의 주된 두 영역이다 232
원핵생물의 두 영역은 현저히 다르다 232
원핵생물의 작은 크기가 진화적 유연관계에 대한 연구를 어렵게 한다 233
원핵생물의 뉴클레오티드 염기서열은 진화적 유연관계를 알려준다 234
수평적 유전자 전달은 다른 유전자 계통수로 이어질 수 있다 234
대부분의 원핵생물 종은 연구된 적이 없다 234
초기에 분기된 두 세균 계보는 매우 고온에서 서식하였다 234
퍼미큐트는 가장 작은 세포성 생물을 포함하고 있다 235
주요 병원균을 포함한 방선균은 또한 항생제의 귀중한 공급원이다 236
남세균은 최초의 광합성 생물이었다 236
스피로헤타는 축사를 이용하여 이동한다 236
클라미디아는 극히 작은 기생체이다 236
프로테오세균은 크고 다양한 그룹이다 236
고세균 영역은 유전자 염기서열 결정으로 구별이 가능하게 되었다 237
고세균은 극한의 다양한 환경에서 산다 238
15.2 생태 군집은 원핵생물에 의존한다 239
많은 원핵생물이 복잡한 군집을 형성한다 239
원핵생물은 놀랍도록 다양한 대사경로를 갖고 있다 239
원핵생물은 원소의 순환에 중요한 역할을 한다 241
15.3 바이러스는 수없이 진화하였다 241
많은 RNA 바이러스는 아마도 탈출한 유전체 구성요소일 것이다 242
일부 DNA 바이러스는 축소된 세포성 생물에서 진화하였을 것이다 243
15.4 진핵생물은 고세균과 세균 모두에서 특성을 획득하였다 243
현존 진핵세포는 몇 단계를 거쳐 생겨났다 243
15.5 진핵생물의 주요 계보는 선캄브리아기에 다양화되었다 245
피하낭충류는 세포막 아래에 피하낭을 갖고 있다 245
부등편모충류는 전형적으로 2개의 부등편모와 1개의 깃털편모를 가진다 246
리자리아류는 전형적으로 길고 얇은 위족을 가진다 248
엑스카바타류는 15억 년 전에 다양화되기 시작하였다 248
아메보조아류는 잎 모양의 위족을 사용하여 이동한다 249
15.6 원생생물은 유성과 무성으로 생식하고 여러 생태계의 중요한 구성요소이다 250
일부 원생생물의 생활사는 세대교번 특징이 있다 250
식물플랑크톤은 1차 생산자이다 250
일부 진핵미생물은 생명에 치명적이다 250
일부 진핵미생물은 내부공생생물이다 250
16 식물, 균류의 진화와 다양성 254
16.1 1차 내부공생은 최초의 광합성 진핵생물을 탄생시켰다 255
뚜렷이 구분되는 조류의 몇몇 분기군은 최초의 광합성 진핵생물이었다 255
육상식물에는 10가지 주요 그룹이 있다 255
육상에서 살기 위한 적응이 육상식물과 녹조류를 구별한다 255
육상식물의 생활사에는 세대교번의 특징이 있다 258
비관다발 육상식물은 항상 물이 있는 곳에서 자란다 258
비관다발 육상식물의 포자체는 배우체에 의존한다 259
16.2 관다발조직은 육상식물을 빠르게 다양화시켰다 259
관다발조직은 물과 용해된 물질을 수송한다 259
관다발식물의 다양화는 동물에게 더 적합한 육상을 만들었다 259
석송류는 이를 제외한 나머지 관다발식물의 자매군이다 260
쇠뜨기류와 양치류는 하나의 분기군을 이룬다 260
관다발식물은 분지한다 260
이형포자는 관다발식물에서 출현하였다 260
16.3 화분, 종자 그리고 목재는 종자식물의 성공에 기여하였다 261
종자식물 생활사의 특성은 배우자와 배를 보호한다 261
종자는 복잡하고, 잘 보호된 꾸러미이다 263
줄기 구조의 변화로 인해 종자식물이 더 크게 자랄 수 있게 되었다 263
겉씨식물은 노출된 종자를 가진다 263
구과식물은 구과를 만들고 유영하는 정자를 갖지 않는다 263
16.4 꽃과 열매는 속씨식물의 다양성을 증가시켰다 263
속씨식물은 많은 공유파생형질을 가진다 263
속씨식물은 동물과 공동진화하였다 264
속씨식물의 생활사에는 삼배체 배젖으로부터 양분을 공급받는 이배체 접합자가 있다 265
최근 연구는 속씨식물의 계통적 유연관계를 밝혀주었다 265
16.5 균류는 체외에서 음식을 소화하며 분해자, 기생자, 포식자 및 상리공생자이다 266
다세포 균류는 영양소를 흡수하기 위해 균사를 사용한다 268
부생균류는 지구의 탄소 순환에 매우 중요하다 269
일부 균류는 기생성 혹은 포식성 상호작용에 관여한다 269
상리공생 균류는 서로에게 이익이 되는 관계에 참여한다 269
내생균류는 병원체, 초식동물 및 스트레스로부터 일부 식물을 보호한다 270
16.6 균류의 유성생식은 다수의 교배형이 포함되며 균류는 실용성이 많다 270
균류는 유성과 무성으로 생식을 한다 270
미포자충류는 고도로 축소된 기생균류이며 대부분의 병꼴균류는 수생이다 271
대부분 균류의 생활사는 세포질융합과 핵융합이 분리되어 일어나는 특징이 있다 272
수지상균근류는 식물과 공생한다 272
이핵체 상태는 자낭균류와 담자균류의 공유파생형질이다 273
자낭균류의 유성생식 구조는 자낭이다 273
담자기는 담자균류의 유성생식 구조이다 273
균류는 식품과 음료 생산에 중요하다 273
균류는 질병과 해충에 대항하는 중요한 무기를 제공한다 273
지의류의 다양성과 풍부도는 대기 질의 지표이다 273
균류는 환경오염을 기록하고 환경오염 복원을 돕는다 275
재식림은 균근류에 의존한다 275
균류는 실험실 연구에서 모델 생물로 사용된다 275
17 동물의 기원과 다양성 280
17.1 독특한 몸설계가 동물 사이에서 진화하였다 281
동물의 단계통성은 유전자 염기서열과 세포의 형태에 의해 지지된다 281
소수의 기본적인 발생 양상이 주요 동물 그룹을 구별한다 281
대부분의 동물은 대칭이다 283
체강의 구조는 운동에 영향을 준다 284
체절화는 운동 조절을 향상시켜 준다 285
부속지는 다양한 용도로 사용된다 285
신경계는 운동을 조율하고 감각을 처리한다 285
17.2 대형 다세포동물은 평행적으로 진화하였다 286
동물 계통수에 대해서는 여전히 논쟁이 계속되고 있다 286
해면동물은 느슨하게 조직화된 동물이다 286
유즐동물은 방사대칭이며 이배엽 동물이다 286
판형동물은 풍부하지만 거의 관찰되지 않는다 286
자포동물은 특수화된 육식동물이다 286
17.3 선구동물은 앞쪽 뇌와 배쪽 신경계를 가지고 있다 288
섬모를 가진 촉수관과 담륜자 유생은 촉수담륜동물에서 진화하였다 289
탈피동물은 성장을 위해 각피를 벗어야 한다 292
17.4 절지동물은 다양하고 풍부한 동물이다 295
절지동물의 근연 그룹은 관절이 없는 육질성 부속지를 가진다 295
협각류는 뾰족한 비저작 구기부로 특징지어진다 295
큰턱과 더듬이는 나머지 절지동물 그룹을 특징짓는다 296
기재된 모든 종의 절반 이상이 곤충이다 297
17.5 후구동물은 극피동물, 반삭동물, 척삭동물을 포함한다 301
극피동물 성체는 오방사대칭의 구조를 가진다 301
반삭동물은 벌레 같은 해양 후구동물이다 301
척삭동물의 특징은 유생에서 보다 분명하다 301
대부분의 두삭동물과 미삭동물 성체는 고착성이다 303
척추동물의 몸설계는 크고 활동적인 동물을 지지한다 304
두 그룹의 현생 무악동물이 있다 304
턱과 이빨은 섭식 효율을 향상시켰다 304
지느러미와 부레는 이동의 안정성과 조절을 향상시켰다 306
17.6 육상생활은 척추동물의 다양화에 기여하였다 306
관절 지느러미는 어류가 몸을 더 잘 지지할 수 있게 하였다 306
양서류는 육상생활에 적응하였다 307
양막류는 건조한 환경에 정착하였다 308
파충류는 다양한 서식지 생활에 적응하였다 308
악어류와 조류는 현생 조룡류이다 309
깃털이 진화하면서 조류가 날게 되었다 310
포유류는 날지 못하는 공룡이 줄어들면서 다양화되었다 310
대부분의 포유류는 태생이다 312
17.7 인류는 영장류에서 진화하였다 312
영장류의 주요한 두 계보가 백악기에 분기되었다 313
인류의 조상은 두발보행을 진화시켰다 313
사람의 뇌는 턱이 작아짐에 따라 점점 커졌다 314
4부 식물의 형태와 기능
18 식물체 및 식물의 영양과 수송 319
18.1 식물체는 미확정된 수의 단순 단위들로부터 만들어진다 320
식물은 3개의 조직계로 구성되어 있다 321
조직은 세포로 구성되어 있다 321
관다발조직은 유체 운반에 특화된 세포들을 포함한다 321
잎은 세 가지 조직계 모두를 가지고 있는 광합성 기관이다 323
18.2 정단분열조직이 1기 식물체를 구성하며 일부 식물은 2기 생장을 한다 323
슈트 정단분열조직의 산물은 슈트조직이 된다 325
뿌리 분열조직은 뿌리골무와 1차 뿌리를 생성한다 325
기본 단위의 상대적인 모양과, 크기, 개수를 변형시켜서 형태의 다양성이 만들어졌다 326
많은 진정쌍떡잎식물의 줄기와 뿌리들이 2기 생장을 한다 327
18.3 식물은 토양에서 무기영양소를 획득한다 328
영양소는 그 결핍에 의해 정의되고 있다 328
식물은 일반적으로 토양에서 무기영양소를 획득한다 329
양이온 교환은 식물이 이용할 수 있는 영양소를 제공한다 329
단백질은 무기영양소 흡수를 조절한다 330
일부 식물은 잎을 통해 영양소를 획득한다 332
뿌리 삼출물은 토양 생물과 영양소 흡수에 영향을 준다 332
식물의 화학적 신호는 수지상 균근 형성을 촉진한다 332
질소고정세균은 식물과 공생관계를 가진다 332
18.4 물과 용질은 물관부에서 수송되며 용질은 체관부에서 수송된다 334
수분포텐셜의 차이가 물 이동의 방향을 지배한다 334
물은 증산-응집력-장력 기작에 의해 물관부를 통해 수송된다 335
기공은 수분 손실과 기체교환을 조절한다 336
용질은 체관부에서 수송된다 336
설탕과 다른 용질은 체관부에서 운반된다 336
압류모델은 체관부에서의 수송을 설명한다 337
19 식물의 생장과 발달 및 꽃식물의 생식 340
19.1 세포분화는 분열조직 세포가 성숙함에 따라 점진적으로 일어난다 341
세포 운명은 발달 동안 점진적으로 더 제한된다 341
유전자 발현의 변화는 세포 운명 결정과 분화의 바탕을 이룬다 341
세포 팽창은 식물 세포의 크기를 증가시키고 모양을 만든다 341
줄기세포 수의 조절은 식물 비율을 유지한다 342
비대칭적 세포분열을 하는 세포들은 모세포와는 다른 정체성을 가진 딸세포들을 생산한다 343
작은 확률적(무작위적) 차이의 증폭은 세포가 서로 구별되도록 한다 343
다른 환경에 노출되면 세포는 서로 달라질 수 있다 343
19.2 발달상의 변화는 호르몬에 의해 매개될 수 있다 344
굴광성은 청색광 수용기와 옥신 호르몬에 의해 매개된다 344
종자 발아는 피토크롬과 흐로몬인 지베렐린에 의해 촉진된다 344
19.3 꽃식물은 무성생식을 할 수 있으며 대부분은 유성생식을 한다 346
영양생식은 농업에서 중요하다 347
꽃은 속씨식물의 생식기관이다 347
꽃식물은 중복수정을 수행한다 347
배는 열매에 함유된 종자 내에서 발달한다 348
꽃식물은 근친교배를 막는 기작을 가진다 348
19.4 호르몬과 신호전달은 영양상태에서 생식상태로의 전환을 결정한다 349
슈트 정단분열조직은 꽃차례 분열조직이 될 수 있다 349
꽃 기관들의 정체는 꽃 정체 유전자들의 조합으로 결정된다 350
광주기 신호로 개화가 시작된다 350
개화 자극은 잎에서 기원한다 350
플로리겐은 한 작은 단백질이다 352
개화는 온도 신호로 유도될 수 있다 353
개화는 나이 및 호르몬 농도로 유도될 수 있다 353
19.5 식물은 물의 유용성과 온도에 반응한다 353
호르몬의 신호전달은 가뭄 스트레스에 대한 반응을 증진한다 355
피토크롬의 암전환은 온도 감지기 역할을 할 수 있다 356
식물은 여러 가지 방법으로 온도에 반응한다 356
식물은 고온에 대해 유도성 반응을 나타낸다 356
19.6 식물은 병원균과 초식동물에 대해 구조적 및 유도된 반응을 한다 356
물리적 장벽은 구조적인 방어를 형성한다 356
화학적 방해물들은 구조적이거나 유도된다 357
식물은 병원균으로부터 자신을 보호하기 위해 유전자 대 유전자 저항성과 과민성 반응을 사용한다 357
RNA 침묵은 유도된 방어 기작의 하나이다 357
자스모네이트는 초식에 대한 반응에서 생산된다 358
5부 동물의 형태와 기능
20 에너지와 물질의 변신: 영양, 온도 및 항상성 362
20.1 동물은 화학조립단위와 에너지를 얻기 위해 먹는다 363
동물은 일생 동안 성장하고 화학 성분을 대체하기 위해 화학조립단위를 필요로 한다 363
동물이 조직화된 몸 상태를 유지하려면 화학결합에너지가 필요하다 363
음식물은 상당히 다양한 영양소를 제공하며 일부는 필수적이다 363
음식물은 에너지를 제공한다 365
20.2 동물의 에너지 수요는 정량화될 수 있다 365
연관된 동물 사이에서 대사율은 일반적으로 몸 크기에 따라 비례하여 변한다 365
몸 크기가 비슷한 동물 사이에서 대사율은 그 동물이 처한 환경에 영향을 받는다 366
동물들은 외부 환경과의 상호 열 관계에 기초하여 항온동물과 변온동물로 분류된다 366
체온조절은 음성되먹임 제어의 전형적인 예이다 366
20.3 동물의 몸에서 분업이 일어나지만 세포마다 독자적인 ATP를 만들어야 한다 367
용액 구획은 상피와 세포막에 의해 서로 분리되어 있다 367
동물은 고도의 분업 현상을 보여준다 367
분업에는 빠른 수송계가 필수적이다: 순환계 369
화학결합에너지는 혈액에 의해 포도당, 다른 작은 탄수화물 및 지방산의 형태로 수송된다 369
각 세포는 자신만의 ATP를 만들어야 한다 370
20.4 동물은 다양한 온도와 염도 환경에서 번성한다 370
국부적 저체온증은 순환계와 그 조절에 의해 이루어진다 370
추운 기후에서 많은 작은 포유류는 겨울에 동면하고 곤충은 어는 것이나 과냉각을 견딘다 371
모든 수용액은 삼투압, 이온 조성, 부피로 특징지어진다 371
담수 동물과 그 환경 간의 물과 이온의 흐름은 종종 매우 역동적이다 371
대부분의 해양 무척추동물은 바닷물에 대해 등삼투성이다 372
해양 경골어류는 바닷물에 대해 강한 저삼투성이다 372
진화 역사는 왜 체액의 농도가 동물들마다 다양한지를 설명한다 372
21 호흡과 순환 375
21.1 산소의 경로: 산소는 대기 중에서 미토콘드리아까지 이동해야 한다 376
O2와 CO2는 확산과 부피 유동을 통해 수송된다 376
기체 확산은 거리가 매우 짧다면 아주 효율적일 수 있지만 중요한 한계가 있다 376
산소의 경로는 확산과 부피 유동의 교대로 이루어지는 경우가 많다 376
21.2 동물은 다양한 종류의 호흡기관을 가지도록 진화하였다 376
동물은 특화된 호흡기관을 진화시켜 왔다 377
환기와 관류의 방향은 기체 교환의 효율에 크게 영향을 미칠 수 있다 377
대부분의 육상 척추동물은 파도형 환기의 폐를 가진다 378
곤충은 몸 전체에 기도를 가진다 379
어떤 동물은 특화된 호흡기관이 없다 379
21.3 포유류의 호흡계는 해부학적으로 그리고 기능적으로 정교하다 379
폐는 흉강의 팽창과 수축에 의해 환기된다 379
호흡은 CO2에 의해 음성되먹임 조절을 받는다 381
21.4 동물은 내부 산소 수송을 위한 순환계를 가지도록 진화하였다 381
폐쇄순환계는 혈관을 통해서 혈액을 움직인다 382
개방순환계에서 혈액은 혈관을 떠난다 383
혈액은 종종 O2 수송능력을 높이기 위해서 호흡색소를 갖고 있다 383
21.5 박동하는 심장이 혈액을 밀어낸다 383
척추동물의 심장은 근원성이고 다수의 방으로 되어 있다 383
21.6 혈관계는 많은 역할을 한다 386
혈관의 특성은 그 위치에 따라 다르다 386
혈액이 혈관계를 통해 흘러갈 때 혈압과 선속도는 크게 변한다 387
전형적인 신체 모세혈관대에서, 혈류는 체액을 남기고 림프계가 그것을 수집한다 387
혈관계는 동물이 환경에 적응하는 데 중요한 역할을 한다 388
22 뉴런, 감각기관, 신경계 392
22.1 신경계는 뉴런과 신경교세포로 구성된다 393
뉴런은 전기신호를 생성하도록 특수화되었다 393
대부분의 뉴런은 해부학적으로 4개의 부위로 되어 있다: 수상돌기, 세포체, 축삭, 시냅스전 축삭말단 394
신경교세포는 뉴런과 함께 일하고 신경계의 발달을 안내하면서 돕는다 394
22.2 뉴런은 이온의 분포를 조절하여 전기신호를 생성한다 395
나트륨-칼륨 펌프가 Na+와 K+의 농도기울기를 만든다 395
휴지전위는 주로 누설 K+ 채널에 의한 것이다 395
네른스트 방정식으로 이온의 평형전위를 예측할 수 있다 396
개폐성 이온 채널이 막전위를 변화시킬 수 있다 396
막전위는 역치를 넘는지의 여부에 따라 차등적 변화나 실무율을 보인다 397
활동전위는 커다란 탈분극으로서 크기의 손실 없이 전도된다 397
활동전위는 특히 크기가 큰 축삭과 미엘린수초로 싸인 유수축삭에서 빠르다 398
22.3 뉴런은 시냅스에서 다른 세포와 소통한다 399
화학시냅스가 일반적이지만 전기시냅스도 있다 399
척추동물의 신경근접합부는 화학시냅스의 모델이다 399
많은 신경전달물질이 발견되었다 401
신경계에서 시냅스후 뉴런은 수백 개의 시냅스전 뉴런과 시냅스를 맺는다 401
시냅스 가소성은 학습과 기억의 기본 기작이다 401
22.4 감각수용 과정은 동물의 외부 환경과 체내 상황에 대한 정보를 제공한다 401
감각수용기세포는 자극을 전기신호로 바꾼다 402
감각수용기세포는 특정 수용체 단백질에 의존한다 402
감각은 감각세포로부터 활동전위를 받는 뇌 속의 뉴런에 의존한다 403
신장감각과 후각은 각기 이온성과 대사성 수용의 예이다 403
청각계는 기계수용기를 사용하여 소리의 파동을 감지한다 403
시각을 담당하는 광수용기는 로돕신 같은 옵신 분자를 사용하여 빛을 감지한다 405
척추동물의 망막은 발생과정에서 뇌가 밖으로 자라난 것이고 특수화된 뉴런으로 이루어져 있다 405
절지동물은 겹눈을 가진다 406
22.5 뉴런은 신경계를 구성한다 407
자율신경계는 불수의적인 기능을 조절한다 408
척수반사는 단순한 형태의 골격근 조절을 보여준다 408
척추동물 뇌의 진화에서 가장 극적인 변화가 일어난 곳은 전뇌이다 408
위치 특이성은 포유류 대뇌반구의 중요한 특성이다 408
23 내분비계, 신경계에 의한 조절 및 근육 413
23.1 내분비계와 신경계는 각각 고유한 기능을 하면서 또한 서로 상호작용을 한다 414
신경계와 내분비계는 다른 방식으로 작용하며 서로 다른 과정을 조절한다 414
신경계와 내분비계는 서로 협조한다 415
화학적 신호전달은 광범위한 거리에서 작동한다 415
내분비세포는 신경분비성 또는 비신경성이다 415
대부분의 호르몬은 세 가지 화학물질 그룹 중 하나에 속한다 416
수용체 단백질은 세포 표면 또는 세포 내부에 존재할 수 있다 416
호르몬의 작용은 표적세포의 성질에 달려 있다 416
호르몬 신호는 개시되어 효과를 나타내고 종결된다 416
23.2 척추동물의 시상하부와 뇌하수체는 신경계와 내분비계를 연결한다 416
시상하부의 신경분비세포가 뇌하수체 후엽 호르몬을 생산한다 417
시상하부 신경분비세포가 분비한 호르몬이 뇌하수체 전엽 호르몬의 분비를 조절한다 417
내분비세포는 조절축으로 조직화되어 있다 418
갑상샘은 정상적 발생에 필수적이고 호르몬 결핍 질병의 한 예를 제공한다 418
성 스테로이드는 생식 발생을 조절한다 419
23.3 단백질-단백질 상호작용의 주기에 의해 근육세포가 힘을 만들어낸다 420
골격근의 수축은 활주-필라멘트 기작에 의해 일어난다 421
액틴과 미오신 필라멘트는 근육수축 동안 서로 상대적으로 활주한다 421
ATP를 필요로 하는 액틴-미오신 상호작용이 근육수축을 만들어낸다 422
흥분은 수축을 야기하고 이는 칼슘 이온에 의해 매개된다 424
23.4 골격근의 기능은 골격과의 상호작용 그리고 ATP 공급, 세포 종류, 훈련에 달려 있다 425
척추동물에서 근육은 내골격의 뼈를 잡아당긴다 425
절지동물에서 근육은 외골격의 내부 돌기를 잡아당긴다 425
유체골격은 근육과 중요한 관계를 가진다 426
근육 출력은 근육의 ATP 공급률에 달려 있다 426
훈련을 통해 근육 수행을 바꿀 수 있다 427
척추동물 심장근은 골격근과 비슷하기도 하고 다르기도 하다 427
척추동물의 평활근은 많은 내부 기관의 느린 수축을 일으킨다 427
24 동물의 생식 및 발생 432
24.1 유성생식은 배우자형성과 수정에 의해 일어난다 433
대부분의 동물은 유성생식을 한다 433
생식소의 배우자형성 과정은 반수체의 배우자를 생성한다 434
수정은 외부 혹은 내부에서 일어난다 435
일부 동물은 성체시기에 성 변화를 겪는다 436
24.2 포유류의 생식계는 호르몬에 의해 조절된다 436
난자는 난소에서 성숙하여 자궁으로 이동한다 437
배란은 유도되기도 하고 혹은 스스로 일어나기도 한다 438
임신은 특별한 호르몬 상태이다 440
출산은 호르몬이 중재하는 양성되먹임 고리에 의존한다 440
남성의 생식기관은 정액을 만들고 전달한다 440
24.3 수정은 발생을 활성화하고 난할은 배를 위한 구성요소를 생성한다 441
난자와 정자는 접합자 형성에 있어 서로 다른 기여를 한다 441
극성은 발생 초기에 형성된다 441
난할은 배를 위한 구성요소를 생성한다 442
특정 할구는 특정 조직이나 기관이 된다 444
난황의 양이 난할에 영향을 준다 444
태반포유류의 난할은 특별하다 444
24.4 낭배형성은 형태형성을 위한 단계를 설정한다 445
난황은 낭배형성에 영향을 미친다 445
새로운 체내 공간, 체강이 형성된다 446
기관은 세 가지 배엽으로부터 발생한다 446
척삭은 신경관의 형성을 유도한다 447
중배엽은 중간층 세포를 형성한다 448
위치 정보는 척추동물의 팔다리 형성을 안내한다 448
24.5 배외막은 배를 보호하고 영양분을 공급하며 발생은 평생 계속된다 449
배외막의 형성은 세 배엽이 모두 관여한다 449
포유류의 배외막은 태반을 형성한다 450
결정은 분화에 앞서 일어난다 450
줄기세포는 성장과 유지를 위한 새로운 세포들을 제공한다 450
줄기세포는 배에서 분리하거나 분화된 세포로부터 유도할 수 있다 451
25 면역학: 동물의 방어체계 455
25.1 동물은 병원체에 대한 방어를 위해 선천성 면역과 후천성 면역을 사용한다 456
선천성 방어는 후천성 방어 이전에 진화되었다 456
포유류는 선천성 방어와 후천성 방어 모두를 가지고 있다 456
혈액과 림프조직은 방어에서 중요한 역할을 한다 457
25.2 선천성 방어는 비특이적이다 457
장벽과 국부적 작용물이 침입자로부터 몸을 방어한다 458
세포신호전달이 또 다른 선천성 방어를 촉발한다 458
염증은 감염이나 손상에 대한 공조된 반응이다 459
염증은 의학적 문제를 일으킨다 460
25.3 후천성 면역반응은 특이적이다 460
후천성 면역은 핵심적인 네 가지 특징을 가진다 460
대식세포와 수지상세포는 후천성 면역계를 활성화시키는 데 중요한 역할을 한다 461
두 종류의 후천성 면역반응이 상호작용한다 462
25.4 후천성 체액성 면역반응은 특이적 항체가 관여한다 463
형질세포는 보편적인 전체 구조를 공유하고 있는 항체를 생산한다 463
항체 다양성은 DNA 재배열과 다른 돌연변이에서 나온다 464
항체는 항원과 결합해서 방어 기작을 활성화한다 465
25.5 후천성 세포성 면역반응에는 T 세포와 그 수용체가 관여한다 465
T 세포 수용체는 세포 표면의 항원과 특이적으로 결합한다 466
MHC 단백질은 T 세포에게 항원을 제시하고 인식을 하게 한다 466
TH 세포는 체액성 면역반응과 세포성 면역반응에 기여한다 466
세포성 반응의 활성화는 표적세포의 죽음을 일으킨다 467
조절 T 세포는 체액성 및 세포성 면역반응을 억제한다 467
AIDS는 면역결핍질환이다 467
예방접종은 오래 지속되는 면역성을 유도한다 468
6부 생태계
26 시공간에서의 생태계 472
26.1 생태계는 시공간에 따라서 다양하다 473
생명체 그리고 환경은 역동적인 생태계이다 473
생태계는 계층별 단계에서 나타난다 473
생태계는 다양하지만 과학적 방법을 가지고 이해할 수 있다 473
26.2 태양에너지의 유입과 지형은 지구의 물리적 환경을 만든다 475
태양에너지 유입의 변이가 기후와 날씨 양상을 형성한다 475
지구 대기의 순환은 열에너지를 재분배시킨다 475
해양순환 역시 기후에 영향을 미친다 476
지형은 환경적 이질성에 기여를 한다 478
기후도는 생태적으로 연관된 방식으로 기후를 요약한다 478
26.3 생물지리학은 자연지리학을 반영한다 478
육상 식생의 유사성에서부터 생물군계의 개념이 만들어졌다 478
기후가 육상 생물군계를 결정하는 유일한 요소는 아니다 479
생물군계 개념은 수중환경에도 확장될 수 있다 479
26.4 생물지리학은 지질학적 역사를 반영한다 481
분산장벽이 생물지리학에 영향을 준다 481
계통학적 방법이 생물지리학의 이해에 이바지했다 481
27 집단, 종간 상호작용 및 생태 군집 484
27.1 집단은 공간적으로 조각난 상태로 존재하고 시간에 따라 역동적이다 485
집단 크기는 집단 밀도와 공간적 범위로 추정할 수 있다 485
집단 크기는 공간과 시간에 따라 다양하다 485
생활사는 집단 성장률을 결정한다 485
생활사는 다양하다 487
27.2 집단은 곱셈적으로 증가하지만 승수는 변할 수 있다 487
밀도 의존성은 집단이 무한대로 성장하는 것을 방지한다 487
27.3 종간 상호작용은 적응도에 영향을 주며 종은 상호작용 그물망으로 엮여 있다 488
종간 상호작용은 적응도에 미치는 영향에 의해 나눌 수 있다 488
소비자-자원 상호작용은 상호작용 먹이망을 형성한다 488
종의 제거 또는 도입은 군집 내 연쇄반응을 일으킨다 490
27.4 군집은 정착하고 지속하는 종을 가지며 공간과 시간에 따라 변한다 490
군집은 구조 측면에서 다양하다 490
군집은 종의 획득과 손실로 이루어진다 491
종 조성은 환경 구배에 따라 달라진다 491
몇 가지 과정이 시간에 따른 군집의 변화를 일으킨다 491
27.5 군집 구조는 군집 기능에 영향을 준다 492
에너지 유동은 군집 구조의 핵심이다 492
종다양성은 군집 기능에 영향을 준다 493
다양성 양상은 다양성 결정요인에 대한 단서를 제공한다 493
28 지구 생태계 497
28.1 기후, 영양분, 생물지화학적 과정은 생태계 기능에 영향을 준다 498
NPP는 생태계 기능의 척도이다 498
NPP는 온도, 강수, 영양분에 의해 예상대로 변화한다 498
원소의 형태와 위치는 생물에 대한 접근성을 결정한다 499
물질의 이동은 생물지화학적 과정에 의해 추진된다 500
28.2 특정 생물지화학적 순환은 생태계에 특히 중요하다 500
물은 구획 사이에 물질을 수송한다 500
생태계 내의 재순환이 지구적 질소 순환보다 우세하다 500
탄소 이동은 생태계를 통한 에너지 흐름에 연결되어 있다 502
생물지화학적 순환은 다양하며 서로 연결된다 502
28.3 생물지화학적 순환은 지구 기후에 영향을 준다 503
지구 표면은 대기로 인해 따뜻하다 503
최근의 온실가스 증가는 지구 표면을 데우고 있다 504
생태적 도전은 과학과 국제적 협력을 통해 다뤄질 수 있다 504
부록 A 생명의 계통수 509
B 생물학에서 사용되는 도량형 517
용어해설 518
찾아보기 537