생명과학:활용할수있는지식(What is Life? A Guide to Biology)

* 독자에게




생명과학은 당신에 관한 것이며, 많은 경로로 매일 당신의 삶과 만나고 있습니다. 그것은 창조적이고 흥미롭습니다. 또한 점점
더 당신의 삶에 필수적인 요소가 되고 있습니다. 이 책을 통해 당신이 친구들과 과학에 관해 확신과 지식을 바탕으로 대화하고
이 주제의 아름다움과 유용함을 이해하고 헤아릴 수 있는, 생명과학 교양을 갖추는데 도움이 되고자 합니다.



당신은 여기에서 생명과학의 주요 주제에 관한 개관은 물론 당신의 삶에 큰 의미를 가지는 주제에 대한 상세한 논의도 보게 될
것입니다. 당신이 장차 법률가나 교사, 전문 경영인, 부모, 소비자, 시민 또는 그 무엇이 되든, 호기심에 대한 답을 찾을 수 있
을 것입니다.



어째서 사람만이 우정을 나누는 유일한 종일까?



DNA 지문은 절대로 확실한 것일까?



거의 모든 미국인이 알지도 못한 채 유전자 조작 식품을 일정하게 소비하는 일이 어떻게 일어날 수 있을까?




식이요법을 시작하면 며칠 사이에 대량의 “물 무게” 손실이 일어나는 이유는 무엇일까?




그러나 이 책은 답에 관한 것만큼이나 질문에 관한 것이기도 합니다. 생명과학 과정을 마친 후 유사분열의 각 단계를 자세히 기
억할 수 없게 된 뒤에도 오래도록 나는 당신이 삶에서 나타나는 문제에 과학적 시각으로 접근하기를 바라고, 또한 그렇게 함으로
써 삶에 대한 변화무쌍하게 진전되는 의견 교환에 더욱 적극적으로 참여하는 사람이 되기를 바랍니다.



이 책에서는, 삶과 마찬가지로, 흥미로운 질문을 도처에서 볼 수 있습니다. 빨간 색의 는 질문에 대한 적절하고 흥미로운 답을
제공하는 특정한 문장을 찾아보도록 지시합니다. 만약 내용을 찾아보았으나 답을 찾을 수 없다고 생각한다면, 다시 한 번 보고
더 깊이 생각해 보십시오. 아마도 당신은 당신이 알게 된 사실에 대해 놀라게 될 것입니다.



이 책은 단순한 문장 이상의 것을 간직하고 있습니다. 책장을 넘겨가면서 그림을 보십시오. 훌륭한 그림은 생명과학을 공부하는
데 가장 효과적인 방법이라고 믿습니다. 지난 20여 년 동안 나는 생명과학 개념을 도시한 최고의 사진을 찾아왔습니다. 모든 사
진은 복잡한 개념 사이의 연계성을 찾아내는데 도움을 줌으로써 당신에게 동기를 부여하고, 참여하고, 영감을 느끼도록 하여야
한다는 특별한 목적의식을 가지고 일일이 고른 것입니다.



아름다운 사진들과 다양한 주제에 묻혀 “큰 그림”을 잃지 않기를 바랍니다. 그래서 장마다 주제들을 분리된 절로 쪼개어 나누
었습니다. 주제마다 끝에 핵심요약을 두어 명확하고 간결한 용어로 강조하였습니다. 자료가 많을 수도 있지만, 이를 통해 숙달
할 수 있을 것입니다.



과학이 당신의 삶에 주는 영향은 날이 갈수록 커지고 있습니다. 나는 당신이 이 흥분되는 지식의 세상을 기꺼이 맞이하고, 당신
과 함께 하기 위해 이 책에 쓴 내용에서 내가 받았던 만큼의 만족과 즐거움을 얻기를 바랍니다.




Jay Phelan





* 옮긴이 머리말

오늘날 삶 속에서 만나는 수많은 일들이 생명과학과 밀접하게 연관되어 있다는 사실은 그리 놀라운 일이 아닙니다. 비만과 관련
한 식이요법에 대한 우리의 이해는 올바른 것인지? GMO라고 알려진 유전자 조작 식품을 둘러싼 논쟁의 바탕은 무엇인지? 과학수
사의 바탕을 이루는 법의학에서 범죄자의 판별은 어떻게 가능한 것인지? 동물의 이타심은 어떻게 설명할 것인지? 진화의 의미는
무엇인지? 환경의 보전은 우리에게 어떠한 의미를 가지는지?



저자인 Jay Phelan은 이러한 생활 속 의문에 대해 생명과학 교양을 바탕으로 과학적으로 논의할 수 있기를 기대하면서 이 책을
저술하였습니다. 도입부에서 생활 속 사례를 제시하는 서술방식은 자연과학이 딱딱하다는 선입견에서 벗어나 생명과학 교양에 자
연스러운 관심을 가지도록 유도합니다. 저자는 “생명과학─활용할 수 있는 지식”을 통해 살아가는데 도움이 될 내용을 덧붙여
그러한 의도를 더욱 뚜렷이 드러내고 있습니다. 또한 곳곳에 Q 라는 직관적이며 함축적인 질문을 두어 본문의 내용을 스스로 탐
구할 수 있도록 하였습니다. 이러한 방식은 스스로 생각해볼 수 있는 기회를 제공함으로써 생명과학 지식을 자연스럽게 자신의
것으로 만들도록 한다는 점에서 높이 평가할 수 있습니다.



이 책의 특성은 일상생활에서 필요한 생명과학 교양을 쌓도록 도움을 준다는 것입니다. 생명 현상과 활동이 어떻게 작동하는가
에 대해 정확하게 이해하려면 과학적인 사고방식을 먼저 이해해야 할 필요가 있습니다. 1장 과학적 사고는 모든 사실을 과학적으
로 이해하고 토론하기 위해 필요한 기본 소양을 갖출 수 있도록 도와줄 것입니다. 그런 바탕 위에서 주변의 삶에 깃들어 있는 여
러 현상에 대해 체계적으로 이해하고, 나아가 삶에 도움이 되는 생명과학 교양을 갖춘 교양인으로 발전할 수 있을 것입니다. 그
런 점에서 이 책은 일반인을 위한 생명과학 교양서적으로서 올바른 선택이 될 수 있을 것입니다.



이 책을 출간하기까지 많은 분들께서 함께 수고해 주셨습니다. 옮긴이들은 전공분야에 맞추어 성심껏 우리말로 옮겨주셨으며, 이
중 삼중의 교차 검토를 통해 내용에 충실하고자 최대한 노력하였습니다. 또한 범문에듀케이션 출판사 여러분께서도 편집과 출판
과정에서 헌신적으로 도와주셨습니다. 진심으로 감사드립니다. 모든 이들이 한마음으로 애써주신 덕에 좋은 책을 발간하게 되어
매우 기쁘게 생각하며, 모쪼록 현대인의 필수 교양으로 자리잡은 생명과학 세계의 다양한 매력을 이 책과 함께 한껏 즐기실 수
있기를 기대합니다.




옮긴이 대표 한규웅


목차




1부 생명의 실제




1장 과학적인 생각




세계를 이해하는 가장 좋은 길 1




① 과학은 사실을 수집한 것이며, 세계를 이해하는 과정이다. 2




1.1 과학이란 무엇인가? 생명과학이란 무엇인가? 2




1.2 생명과학 교양은 현대 생활에 필수적이다. 4




1.3 과학적 방법은 세계를 이해하는 유력한 접근방식이다. 5




② 초심자 길잡이: 과학적 방법은 어떻게 이루어지는가? 8




1.4 과학자처럼 생각하기: 과학적 방법은 어떻게 하는 것인가? 8




1.5 단계 1: 관찰하기 10




1.6 단계 2: 가설 설정하기 11




1.7 단계 3: 검증 가능한 예측 고안하기 12




1.8 단계 4: 결정실험 수행하기 13




1.9 단계 5: 결론을 맺고, 수정하기 14




1.10 어떻게 하면 가설이 이론으로 되며, 이론이란 무엇인가? 16




③ 잘 설계한 실험은 가설을 검증하는 데 필수적이다. 17




1.11 변인을 잘 통제해야 실험이 정확해진다. 17




1.12 실험을 반복할 수 있어야 확신이 깊어진다. 20




1.13 편견을 조심해야 한다. 22




④ 과학적 방법은 현명한 판단을 내리는 데 도움이 된다. 23




1.14 통계는 판단을 내리는 데 도움이 된다. 23




1.15 사이비과학과 오해하도록 하는 일화적 증거로 인해 진실이 감추어질 수 있다. 25




1.16 과학으로 할 수 있는 한계가 있다. 28




⑤ 생명과학 교양인이 되는 길목: 생명과학의 주요 주제는 무엇인가? 29




1.17 주요 주제 몇 가지로 다양한 생명과학 논제를 한데 묶는다. 29




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




언제 기존 생각을 바꾸어야 할까? 30





2장 화학




우리 몸을 이루는 재료물질과 에너지원 34




① 원자들이 결합하여 분자를 형성한다. 36




2.1 모든 것은 원자로 만들어져 있다. 36




2.2 원자의 전자에 따라 다른 원자와 결합하는 방식이(그리고 결합 여부가) 결정된다. 38




2.3 원자들이 결합하여 분자 또는 화합물을 이룰 수 있다. 40




2.4 분자의 형태에 따라 고유한 특성이 나타난다. 42




② 물은 모든 생명현상을 뒷받침할 수 있는 특성을 가지고 있다. 44




2.5 물은 수소결합으로 인해 응집력을 가진다. 44




2.6 물은 특별한 성질을 가지고 있어 생명체에게 매우 중요하다. 45




2.7 생명현상계는 산성과 염기성 조건에 매우 민감하다. 48




③ 탄수화물은 생명체의 에너지원이다. 50




2.8 탄수화물에는 에너지원으로 사용되는 거대분자가 포함되어 있다. 50




2.9 단순당은 쉽게 얻을 수 있는 효과적인 에너지원이다. 51




2.10 복합당은 지연방출형 에너지원이다. 53




2.11 소화되지 않는 탄수화물도 있다. 54




④ 지질은 장래를 대비하여 에너지를 저장한다. 56




2.12 지질은 에너지 저장 등 몇 가지 기능을 가지는 거대분자이다. 56




2.13 지방은 음식에 아주 풍부한 맛있는 분자이다. 57




2.14 콜레스테롤과 인지질은 성호르몬과 막을 만드는 일에 쓰인다. 60




⑤ 단백질은 몸을 만드는 분자이다. 62




2.15 단백질은 구성요소로 사용되는 융통성 있는 거대분자이다. 62




2.16 단백질은 필수적으로 섭취해야 하는 영양성분이다. 64




2.17 단백질의 기능은 3차원 구조에 의해 영향을 받는다. 65




2.18 효소는 화학반응을 일으키고 촉진하는 단백질이다. 67




⑥ 핵산은 신체를 만들고 운용하는 방법에 관한 정보를 담고 있다. 69




2.19 핵산은 정보를 담고 있는 거대분자이다. 69




2.20 DNA는 생명체를 구성하는 유전정보를 담고 있다. 70




2.21 RNA는 DNA를 읽고 단백질 생산을 지시하는 보편적인 번역자이다. 71




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 입안에서 녹는 초콜릿은 그렇게 썩 좋은 착상이 아닐지도. 72





3장 세포




생명체의 가장 작은 부위 76




① 세포란 무엇인가? 78




3.1 모든 생물은 세포로 이루어져 있다. 78




3.2 원핵세포는 구조는 단순하지만 여러 가지 종류가 있다. 80




3.3 진핵세포에는 특수한 기능을 가진 여러 구획이 있다. 81




② 세포막은 문지기이다. 85




3.4 모든 세포는 원형질막으로 둘러싸여 있다. 85




3.5 원형질막은 막에 묻혀 있는 분자의 도움으로 그 기능을 수행할 수 있다. 87




3.6 불완전한 막이 질병을 유발할 수 있다. 89




3.7 막 표면에는 세포를 인식하는 “지문”이 있다. 91




③ 분자는 여러 가지 방법으로 막을 가로질러 이동한다. 93




3.8 수동수송은 막을 가로지르는 분자의 확산이다. 93




3.9 삼투란 막을 가로지르는 물의 수동확산이다. 95




3.10 능동수송에서 세포는 에너지를 이용하여 세포 안팎으로 작은 분자를 이동시킨다. 96




3.11 세포내섭취와 세포외배출은 입자를 집단수송하는 데 이용된다. 98




④ 세포는 서로 연결되어 있으며 연락을 주고받는다. 101




3.12 세포 연결로 인해 세포는 제자리에 고정되고 연락을 주고받을 수 있다. 101




⑤ 9가지 중요한 지표구조로 진핵세포를 구별한다. 103




3.13 핵은 세포의 유전 조절중추이다. 103




3.14 세포질과 세포골격은 세포의 내부환경을 조성하여 세포를 물리적으로 지지하고 움직일 수 있게 한다. 105




3.15 미토콘드리아는 세포의 에너지 전환자이다. 106




3.16 리소솜은 세포의 음식찌꺼기 처리기이다. 108




3.17 소포체는 세포가 단백질을 만들고 독소를 무력하게 하는 곳이다. 109




3.18 골지장치는 세포가 몸 전체로 배달되는 생산물을 가공 처리하는 곳이다. 112




3.19 세포벽은 식물세포를 추가로 보호하고 지탱해준다. 113




3.20 액포는 세포의 다목적용 저장주머니이다. 115




3.21 엽록체는 식물세포의 발전소이다. 116




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 물을 너무 많이 마시면 위험할 수 있다! 118





4장 에너지




단 두 단계 만에 태양에서 당신에게로 122




① 에너지는 태양에서 지구의 모든 생명체로 흐른다. 124




4.1 튀김용 기름으로 달리는 자동차? 생명체나 기계는 일을 할 때 에너지를 필요로 한다. 124




4.2 에너지는 두 가지 형태이다: 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지. 126




4.3 에너지가 포획되어 전환되면, 일할 때 사용할 수 있는 에너지의 양은 줄어든다. 127




4.4 ATP 분자는 살아있는 모든 세포에서 자유로이 떠다니는 재충전 배터리와 같다. 128




② 광합성은 빛 에너지를 이용하여 식량을 생산한다. 130




4.5 식물체의 물질은 어디에서 온 것인가? 광합성: 큰 그림. 130




4.6 광합성은 엽록체에서 일어난다. 132




4.7 빛 에너지는 파장으로 이동한다. 식물의 색소는 특정 파장을 흡수한다. 133




4.8 광자는 엽록소의 전자를 흥분 상태로 만든다. 134




4.9 광합성의 세부내용: 빛 에너지가 화학 에너지로 전환된다. 136




4.10 광합성의 세부내용: 포획된 빛 에너지는 식량을 생산하는 데 사용된다. 139




4.11 세계적 굶주림을 극복하기 위해 물 부족 환경에 적응한 식물을 활용할 수 있다. 140




③ 세포호흡은 식량 분자를 생명체의 보편적 에너지원인 ATP로 전환한다. 143




4.12 생명체는 활동에 필요한 연료를 어떻게 공급하는가? 세포호흡: 큰 그림. 143




4.13 세포호흡 1단계: 해당과정은 보편적인 에너지 방출과정이다. 144




4.14 세포호흡 2단계: 크렙스 회로는 당에서 에너지를 추출한다. 146




4.15 세포호흡 3단계: 전자전달 사슬에서 ATP가 생성된다. 148




④ 에너지를 얻을 수 있는 대체경로가 있다. 151




4.16 맥주, 포도주, 그리고 주정은 산소 없이 일어나는 세포 대사과정의 부산물이다. 151




4.17 완전식품 먹기: 세포는 포도당과 마찬가지로 단백질과 지방도 연료로 사용할 수 있다. 153




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 꽃병의 꽃에 양분을 주고 보호해 주면 꽃은 더 오래 살게 된다. 154





2부 유전, 진화, 행동




5장 DNA, 유전자 발현, 생명공학




유전암호는 무엇이고 어떻게 일하는가? 158




① DNA는 무엇이고 무슨 일을 하는가? 160




5.1 “DNA 200”─DNA에 관한 지식이 세상을 정의롭게 한다. 160




5.2 DNA 분자는 모든 생명체의 발생과 기능에 대한 명령을 가지고 있다. 162




5.3 유전자는 단백질을 만들기 위한 명령을 가지고 있는 DNA 단편이다. 164




5.4 모든 DNA가 단백질 생산 명령을 가지고 있지는 않다. 166




5.5 유전자는 어떻게 일하는가? 개관. 167




② 생명체 만들기: DNA의 정보는 유전자 발현을 통해 생명체를 이루는 분자 생산을 지시한다. 169




5.6 전사는 DNA에 암호화된 정보가 mRNA로 복사되는 과정이다. 169




5.7 번역은 DNA의 정보를 이용하여 기능성 분자를 만드는 과정이다. 171




③ 유전자 암호의 손상 원인과 손상된 효과는 다양하다. 174




5.8 돌연변이의 원인은 무엇이며, 돌연변이의 효과는 무엇인가? 174




5.9 결함이 있는 효소를 암호화하는 결손 유전자는 질병을 유발할 수 있다. 177




④ 생명공학은 인류 건강을 증진시킬 잠재력을 가지고 있다. 179




5.10 생명공학은 무엇인가? 179




5.11 생명공학에 의해 질병 치료와 의약품 생산이 향상되었다. 184




5.12 유전자 요법: 생명공학은 질병 치유에서 제한적인 성공을 거두었다. 186




5.13 생명공학은 질병 예방에 도움이 될 수 있다. 187




⑤ 생명공학은 농업을 진보시킨다. 189




5.14 생명공학으로 영양이 더 풍부하고 좋은 식품이 생산된다. 189




5.15 생명공학으로 더욱 효과적이고 친환경적인 농업이 가능하다. 191




5.16 우려와 위험: 유전자 변형 식품은 안전한가? 194




⑥ 생명공학의 오늘과 내일: DNA 서열은 정보의 보고이다. 196




5.17 DNA는 개인의 식별자이다. DNA 지문의 이용과 남용. 196




5.18 DNA 서열로 진화적 연관성을 밝혀낸다. 199




5.19 클로닝─기관에서 개체까지─은 희망과 위험을 함께 제공한다. 201




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 아스피린과 알코올을 섞어서 복용하면 대사 장애와 예상하지 못한 만취 상태가 나타날 수 있다. 204





6장 염색체와 세포분열




연속성과 다양성 208




① 여러 종류의 세포분열이 있다. 210




6.1 죽지 않는 세포들은 문제를 야기시킬 수 있다: 질병과 건강에서의 세포분열. 210




6.2 염색체는 원형과 선형 두 가지 형태가 있다. 212




6.3 원핵생물은 이분법으로 분열한다. 213




6.4 세포주기에서 모든 과정은 때가 있다. 214




6.5 세포분열은 복제에 의해 일어난다. 215




② 유사분열은 기능을 다한 늙은 세포를 새로운 세포로 교체한다. 217




6.6 대부분의 세포는 영원하지 않다. 유사분열에 의해 교체된다. 217




6.7 개요: 유사분열은 세포를 복제한다. 219




6.8 세부사항들: 유사분열은 네 과정을 통해 일어난다. 220




6.9 통제되지 않는 세포분열은 암을 의미한다. 222




③ 감수분열은 정자와 난자 그리고 다양성을 만들어 낸다. 225




6.10 개요: 유성생식은 감수분열에 의해 만들어진 특별한 세포들을 필요로 한다. 225




6.11 정자와 난자는 감수분열에 의해 생산된다: 세부사항과 진행 과정. 227




6.12 남성과 여성의 배우자는 약간 다른 방식으로 생산된다. 230




6.13 교차와 감수분열은 다양성에 있어서 중요한 요소이다. 232




6.14 유성생식의 대가와 이점은 무엇인가? 233




④ 성별 차이는 염색체에 있다. 235




6.15 사람의 성은 어떻게 결정되는가? 235




6.16 많은 동물들에서 자손의 성별은 다양한 방법으로 결정된다. 237




⑤ 염색체 수의 이상은 문제를 일으킨다. 239




6.17 다운증후군은 출생 전에 결정된다. 핵형은 완전한 염색체 세트를 나타낸다. 239




6.18 성염색체의 수가 적거나 많은 경우에는 살아가는 데 큰 문제되지 않는다. 242




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




아기의 성별을 선택할 수 있을까? (여러분은 그러길 원하십니까?) 244





7장 Mendel유전




가족 간의 닮음: 형질이 유전되는 법 248




① 왜 자식들은 그들의 부모를 닮은 것일까? 250




7.1 가족 간의 닮음: 엄마와 아빠는 각각 당신의 유전적 구성에 기여했다. 250




7.2 몇몇의 특징은 단일 유전자에 의해 결정된다. 252




7.3 Mendel은 실험을 통해 유전을 깨달았다. 254




7.4 분리: 당신은 각각의 유전자 2개의 복사체를 가졌지만 정자 또는 난자에는 한 개의 복사체만이 존재한다.
256




7.5 관찰된 개체의 표현형은 유전자형을 결정하는 데 충분치 않다. 258




② 확률과 우연은 유전학에서 중요한 역할을 한다. 260




7.6 우연은 유전학에서 매우 중요하다. 260




7.7 검정교배는 개체가 가지고 있는 대립유전자를 알아내도록 한다. 262




7.8 우리는 유전자의 유전 패턴을 해석하고 예상하기 위해 가계도를 사용한다. 263




③ 유전자형이 표현형으로 드러나는 것은 비밀이 아니다. 265




7.9 불완전 우성과 공동 우성: 유전자형의 두 대립유전자 모두의 효과가 표현형에 나타날 수 있다. 265




7.10 당신의 혈액형은 무엇인가? 일부 유전자는 두 개 이상의 대립유전자를 가진다. 267




7.11 다중유전자 형질: 키와 같이 연속적으로 변하는 형질은 어떻게 유전자의 영향을 받을까? 269




7.12 때때로 하나의 유전자는 다양한 형질에 영향을 준다. 271




7.13 왜 색맹은 여성보다 남성이 더 많을까? 반성형질은 남성과 여성에서 발현 패턴이 다르다. 271




7.14 환경적 영향: 일란성 쌍둥이도 똑같지 않다. 273




④ 일부 유전자는 서로 연관되어 있다. 275




7.15 대부분의 형질은 독립적인 형태로 유전된다: Mendel의 독립의 법칙. 275




7.16 붉은색 머리와 주근깨: 같은 염색체에 있는 유전자는 때때로 함께 유전된다. 276




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




당신은 어디서 왔습니까? 당신은 (저녁을 먹으러) 어디로 갑니까?




세계의 이주, 새로운 것을 추구하는 성향, 그리고 이 둘에 영향을 주는 단일 유전자. 278





8장 진화와 자연선택




Darwin의 위험한 생각 282




① 진화는 진행 중인 과정이다. 284




8.1 우리는 눈앞에서 일어나는 진화를 볼 수 있다. 284




② Darwin은 여행을 통해 새로운 발상을 하게 되었다. 287




8.2 Darwin 이전에 대부분의 사람들은 모든 종들이 개별적으로 창조되어 왔고 바뀌지 않을 것이라고 생각해 왔
다. 287




8.3 세계일주 탐험선의 직업을 통해 Darwin은 자연에 대한 사랑을 탐닉하고 발전시킬 수 있었다. 289




8.4 Darwin은 화석과 살아있는 동식물 사이의 지리학적 공통점과 차이점을 관찰하여 진화 이론을 발전시켰다.
290




8.5 1858년, 몇십 년의 숙고와 지연 끝에 Darwin은 자연선택에 대한 그의 생각을 출판했다. 292




③ 네 가지 기작을 통해 진화가 일어난다. 293




8.6 진화는 특정 개체군 내에서 대립유전자의 빈도가 변화할 때 일어난다. 293




8.7 돌연변이─생물개체의 DNA에서의 직접적인 변화─는 모든 유전적 변이의 궁극적인 원천이다. 295




8.8 유전적 부동은 집단에서 대립유전자 빈도의 무작위적인 변화이다. 297




8.9 개체군 사이의 이동은 대립유전자 빈도를 바꿀 수 있다. 300




8.10 세 가지 간단한 조건이 충족되면 자연선택에 의한 진화가 일어난다. 301




④ 자연선택을 통해 생물 개체군은 환경에 적응할 수 있게 된다. 304




8.11 다른 개체보다 더 많은 자손을 갖도록 유도하는 형질은 개체군 내에서 (수적으로) 더 우세해진다. 304




8.12 개체군 내에서 생물은 자연선택을 통해 그들의 환경에 더 잘 맞춰질 수 있다. 306




8.13 자연선택은 완벽한 생물을 만들지 않는다. 306




8.14 인위적인 선택은 자연선택의 특별한 경우이다. 308




8.15 자연선택은 몇 가지 방법으로 개체군 내에서 형질을 바꿀 수 있다. 308




8.16 자연선택은 복잡한 형질과 행동의 진화를 유발할 수 있다. 311




⑤ 진화의 증거는 압도적이다. 314




8.17 화석기록은 자연선택 과정을 나타낸다. 314




8.18 종의 분포에 대한 지리적 양상은 진화 역사를 반영한다. 317




8.19 비교 해부학과 배 발생학은 공통의 진화 기원을 밝힌다. 319




8.20 분자생물학은 공통의 유전자 서열을 통해 모든 생명체가 연결된다는 것을 나타낸다. 321




8.21 실험실과 현장 실험을 통해 진화과정을 관찰할 수 있다. 322




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 항 박테리아 비누는 위험할 수 있다. 그리고 당신의 실수일 수 있다. 324





9장 진화와 행동




동물세계의 소통과 협동, 그리고 갈등 328




① 행동은 진화하는 형질이다. 330




9.1 행동은 다른 형질들처럼 적응의 가치를 갖는다. 330




9.2 몇몇 행동은 선천적이다. 332




9.3 몇몇 행동들은 학습되어야 한다. 그 중 일부의 행동은 다른 행동보다 쉽게 학습된다. 334




9.4 복잡해 보이는 행동이 진화하는데 복잡한 생각이 필요하지는 않다. 336




② 협동, 이기성, 이타성은 진화적으로 접근했을 때 더 잘 이해할 수 있다. 338




9.5 “친절”에 대한 일반적 이론으로 명백한 이타적 행위의 진화에 대해 설명할 수 있다. 338




9.6 친척을 향한 명백한 이타주의는 혈연선택을 통해 진화할 수 있다. 340




9.7 비혈연 개체에게 베푸는 명백한 이타적 행위는 상호이타성을 통해서 진화한다. 343




9.8 자연선택에 의해 형성된 행동들은 “낯선” 환경에서는 더 이상 적응을 도울 수 없다. 345




9.9 이기적 유전자는 집단선택보다 더 강력하다. 347




③ 암컷과 수컷이 생식에 투자하는 비용이 동일하지 않아 성적 충돌이 일어날 수 있다. 348




9.10 암컷과 수컷이 생식에 투자하는 비용은 많은 차이를 보인다. 348




9.11 생식과정 중 수컷과 암컷은 각각 다른 단계에서 취약하다. 350




9.12 짝을 얻기 위한 작전: 경쟁과 구애는 수컷과 암컷에게 생식적 성공을 보장한다. 352




9.13 짝 보호: 짝 보호는 수컷의 생식투자를 보호한다. 354




9.14 일부일처제 대 다접: 인간과 동물 문화에서 짝짓기 행동은 매우 다양하다. 356




9.15 성적이형은 개체군의 짝짓기 행동을 알려주는 지표가 된다. 358




④ 소통과 신호 체계는 진화한다. 360




9.16 동물의 소통과 언어능력은 진화한다. 360




9.17 정직한 신호는 사기행동을 줄인다. 362




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




친구를 사귀고 사람들에게 영향을 미치는 방법 364





3부 진화와 생명의 다양성




10장 지구 생명의 기원과 다양성




생물다양성의 이해 368




① 지구의 생명은 무생물로부터 유래하였다. 370




10.1 복잡한 유기 분자가 무생물 환경에서 생겨났다. 370




10.2 세포와 자기복제체계는 함께 진화하여 최초의 생명을 창조하였다. 372




② 종은 생물다양성의 기본 단위이다. 374




10.3 종이란 무엇인가? 374




10.4 종은 어떻게 명명하는가? 376




10.5 종을 정의하기가 항상 쉬운 것은 아니다. 678




10.6 새로운 종은 어떻게 출현하는가? 379




③ 진화계통수는 생물다양성의 개념을 이해하고 분류하는 데에 도움을 준다. 383




10.7 생명의 역사는 나무에 빗대어 상상할 수 있다. 383




10.8 진화계통수는 조상과 후손의 관계를 나타낸다. 384




10.9 유사한 구조가 항상 공통조상에서 유래한 것은 아니다. 388




④ 대진화로 다양성이 크게 증가되었다. 390




10.10 대진화는 종 이상의 수준에서 일어나는 진화이다. 390




10.11 진화의 속도는 일정하지 않다. 391




10.12 적응방산은 극단적인 다양화가 일어나는 시기이다. 393




10.13 지구에는 여러 번의 대멸종이 있었다. 394




⑤ 지구 생명의 다양성에 대한 개관: 생물은 3개의 영역으로 나뉜다. 396




10.14 모든 생명체는 3개의 집단 중 하나에 속한다. 396




10.15 진정세균 영역은 엄청난 생물다양성을 보인다. 398




10.16 고세균 영역은 극한 환경에서 서식하는 여러 종을 포함한다. 400




10.17 진핵생물 영역은 식물, 동물, 균류, 원생생물의 4계로 구성된다. 401




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




유전자 수준에서 인종 간 차이가 있을까? 402





11장 동물의 다양성




눈으로 볼 수 있는 움직임 406




① 동물은 진핵생물 영역의 한 갈래이다. 408




11.1 동물이란 무엇인가? 408




11.2 4가지 주요 기준으로 동물을 분류한다. 409




11.3 멸종되지 않은 생물은 모두 진화적으로 성공한 것이다. 411




② 척추동물은 등뼈가 있는 동물이다. 412




11.4 척추동물은 모두 척삭동물문에 속한다. 412




11.5 턱과 지느러미의 진화로 매우 다양한 척추동물종이 생겨났다. 415




11.6 육지로 이동하기 위해 폐와 단단한 등뼈, 네 다리, 증발을 막을 수 있는 알이 필요하였다. 417




③ 모든 육상 척추동물은 네발동물이다. 418




11.7 양서류는 이중생활을 한다. 418




11.8 조류는 파충류에서 깃털이 진화한 것이다. 419




11.9 포유류는 털과 젖을 만드는 동물이다. 421




11.10 인간은 다른 삶의 형태를 시도하였다. 423




11.11 어떻게 현재에 이르렀는가? 지난 10만 년 동안의 인간 진화 과정. 425




④ 무척추동물은 등뼈가 없는 동물이다. 427




11.12 무척추동물은 가장 크고 다양한 동물 집단이다. 427




11.13 불가사리, 성게, 연잎성게 등의 극피동물은 척추동물의 친척인 무척추동물이다. 428




11.14 외골격과 변태는 가장 큰 적응방산을 만들었다. 429




11.15 그 외 절지동물에는 거미류, 갑각류, 노래기, 지네 등이 있다. 431




11.16 대부분의 연체동물은 껍데기 안에서 살아간다. 433




11.17 어떤 동물은 다른 동물보다 더 영리한가? 435




⑤ 벌레, 해파리, 해면동물은 무척추동물 다양성의 예이다. 436




11.18 환형동물, 편형동물, 선형동물 등은 형태와 크기가 매우 다르다. 436




11.19 해파리와 그 외의 자포동물은 이 세상에서 가장 독성이 강한 동물 중 하나이다. 439




11.20 해면동물은 조직과 기관이 없는 동물이다. 440




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




입방해파리: 아주 고약한 본성? 해파리가 먹이를 얻으려 할 때 효율적인 전략을 위하여 강력한 선택이 있으리라 예상한다.
442





12장 식물과 균류의 다양성




식물과 균류는 어디에서 기원했는가? 446




① 식물은 진핵생물의 한 갈래이다. 448




12.1 식물이란? 448




② 최초의 식물은 뿌리도 씨앗도 없었다: 이끼류, 양치류와 그 친척들. 451




12.2 육상에 정착하면서 새로운 기회와 도전이 식물에게 주어졌다. 451




12.3 이끼류와 여타 비관다발 식물은 양분과 물을 수송하는 관이 없다. 452




12.4 관다발 조직의 진화로 인해 큰 식물이 출현할 수 있었다. 455




③ 씨앗이 출현하면서 식물에게 새로운 세상이 열렸다. 457




12.5 씨앗이란? 457




12.6 씨앗이 진화하면서 겉씨식물이 지구에서 지배적인 식물이 되었다. 458




12.7 침엽수는 가장 키가 크고 가장 장수하는 나무를 포함한다. 461




④ 현화식물은 가장 다양하고 성공적인 식물이다. 462




12.8 오늘날은 속씨식물이 지배적이다. 462




12.9 꽃은 수분 매개자가 없다면 무의미하다. 464




12.10 속씨식물은 중복수정을 통해 씨앗을 형성한다. 466




⑤ 식물과 동물은 애증관계이다. 468




12.11 다육질 열매는 씨앗을 퍼뜨리기 위해 현화식물이 동물에게 주는 뇌물이다. 468




12.12 도망갈 수 없는 식물은 다른 방법으로 포식에 저항한다. 470




⑥ 균류와 식물은 동반자이지 친척이 아니다. 472




12.13 균류는 식물보다 동물에 가깝다. 472




12.14 균류는 공통된 구조를 가지지만 서식지는 다양하다. 474




12.15 대부분의 식물은 균류와 공생한다. 476




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




얌: 생식을 촉진하는 천연음식? 여러분은 알고 있는 쌍둥이가 있는가? 쌍둥이가 얼마나 흔한지 궁금해 한 적이 있는가? 478





13장 미생물의 진화와 다양성




세균, 고세균, 원생생물 및 바이러스: 눈에 보이지 않는 세계 482




① 세 개의 영역 모두에 미생물이 존재한다. 484




13.1 미생물은 지구상에서 가장 간단하지만 가장 성공적인 생물이다. 484




13.2 모든 미생물들이 진화적으로 연관된 것은 아니다. 487




② 세균은 모든 생물 중 가장 다양하다. 488




13.3 세균은 무엇인가? 488




13.4 세균의 생장과 증식은 빠르고 효율적이다. 490




13.5 많은 세균들은 유익하다. 492




13.6 세균의 대사과정은 극도로 다양하다. 493




13.7 세균은 인간에게 많은 질병을 일으킨다. 494




13.8 세균은 약품 내성을 신속하게 발달시킨다. 495




③ 고세균은 일부 극단적인 환경을 잘 이용한다. 497




13.9 고세균은 세균과 크게 다르다. 497




13.10 고세균은 매우 극단적인 서식지에서 번성한다. 498




13.11 대부분의 고세균 다양성은 아직 발견되지 않았다. 499




④ 원생생물은 단세포성 진핵생물이다. 500




13.12 최초의 진핵생물은 원생생물이었다. 500




13.13 동물, 진균이나 식물과 유사한 원생생물이 존재한다. 501




13.14 일부 원생생물은 인간 병원체이다. 503




⑤ 바이러스는 생물과 무생물의 경계에 있다. 504




13.15 바이러스는 틀림없이 살아 있는 생물은 아니다. 504




13.16 바이러스는 많은 건강 문제를 일으킨다. 506




13.17 바이러스는 넓은 범위의 생물에 감염한다. 507




13.18 HIV는 감염성 바이러스 제어의 어려움을 나타낸다. 508




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




5초 법칙. 당신이 방금 떨어뜨린 음식은 얼마나 깨끗한가? 510





4부 생태학과 환경




14장 개체군생태학




포화된 지구: 개체군 성장 패턴 514




① 개체군 생태학에서는 개체군이 환경과 어떻게 상호작용하는지 연구한다. 516




14.1 생태학이란 무엇인가? 516




14.2 생태학에서는 개체군의 관점이 필요하다. 518




14.3 개체군은 단기적으로는 빠르게 성장할 수 있으나 영원히 빠르게 성장할 수는 없다. 518




14.4 개체군 성장은 환경의 제약을 받는다. 520




14.5 일부 개체군은 크거나 작은 주기를 가진다. 522




14.6 “최대 지속 가능 수확량”은 유용하지만 거의-실행-불가능한 개념이다. 524




② 생활사는 특정 종의 실천적 요약과 같다. 526




14.7 생활사는 자연선택으로 만들어진다. 526




14.8 개체군은 생명표나 생존곡선을 통해 수적으로 설명할 수 있다. 528




14.9 생식과 수명 사이에 절충이 나타난다. 530




③ 생태학은 개체군의 노화의 진화에 영향을 준다. 532




14.10 모든 것은 파괴된다. 노화란 무엇이며 왜 일어나는가? 532




14.11 종의 평균 수명을 결정하는 요인은 무엇인가? 534




14.12 노화를 늦출 수 있을까? 536




④ 인구는 빠르게 증가한다. 538




14.13 연령피라미드로 집단에 대해 많은 것을 알 수 있다. 538




14.14 제3세계에서 제1세계로 이동하면서 인구통계적 전환이 일어난다. 540




14.15 인구증가: 어디까지 갈 수 있는가? 541




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




생활사의 절충과 청춘의 작은 샘. 생식과 수명 사이에는 어떤 관계가 있을까? 544





15장 생태계와 군집




생물과 환경 548




① 생태계는 생물 요소와 무생물 요소를 함께 가지고 있다. 550




15.1 생태계란 무엇인가? 550




15.2 지구에는 다양한 생물군계가 있으며 이들은 온도와 강수량에 의해 결정된다. 552




② 물리적 힘의 상호작용 결과 기후가 나타난다. 554




15.3 지구의 대기 흐름에 의해 사막과 열대우림이 나타난다. 554




15.4 지형이 날씨에 영향을 미친다. 557




15.5 해류가 날씨에 영향을 준다. 558




③ 생태계에서 에너지와 화학물질의 흐름 561




15.6 에너지는 생산자에서 소비자로 흐른다. 561




15.7 에너지 피라미드는 먹이사슬의 비효율성을 보여준다. 563




15.8 필수 영양소는 생태계를 통하여 순환한다. 565




④ 종 사이의 상호작용은 군집의 구조에 영향을 준다. 569




15.9 상호작용하는 종은 함께 진화한다. 569




15.10 군집에서 각 종의 역할은 그 종이 갖는 생태적 지위로 결정된다. 570




15.11 관찰하기는 어렵지만 경쟁은 군집의 구조에 영향을 주고 있다. 571




15.12 포식은 포식자와 먹이 모두의 적응을 일으킨다. 573




15.13 기생은 포식의 한 형태이다. 576




15.14 종간 상호작용이 모두 부정적인 것은 아니다: 상리공생과 편리공생. 578




⑤ 군집은 시간에 따라 변화할 수도 있고 안정된 상태로 지속될 수도 있다. 579




15.15 많은 군집이 시간에 따라 변화한다. 579




15.16 군집에는 중요도가 높은 종이 있다. 581




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




알고 있습니까? 농장에서 곡물생산량을 높이려다, 멕시코 만에 미국 코네티컷 주보다 큰 “죽은 지대(dead zone)”를 만들었
다. 582





16장 보전과 생물다양성




환경에 대한 인간의 영향 586




① 생물다양성을 측정하고 정의하기는 복잡하다. 588




16.1 생물다양성은 여러 가지 측면에서 인간에게 도움이 된다. 588




16.2 생물다양성을 정의하기란 쉽지 않다. 590




16.3 어떤 곳이 생물다양성이 높은 장소인가? 591




16.4 섬 생물지리학은 생물다양성의 유지와 손실을 이해할 수 있도록 도와준다. 594




② 멸종은 생물다양성을 감소시킨다. 597




16.5 멸종의 원인은 다양하다. 597




16.6 우리는 대량멸종의 중간단계에 있다. 599




③ 인간의 간섭으로 생물다양성이 감소한다. 601




16.7 생태계 교란은 가역적일 수도 있고 비가역적일 수도 있다. 601




16.8 생태계 파괴는 재앙이 될 수 있다. 1. 외래종 유입 603




16.9 생태계 파괴는 재앙이 될 수 있다. 2. 산성비와 화석연료 사용 605




16.10 생태계 파괴는 재앙이 될 수 있다.3. 지구온난화와 온실효과 607




16.11 생태계 파괴는 재앙이 될 수 있다.4. 오존층 파괴 610




16.12 생태계 파괴는 재앙이 될 수 있다. 5. 열대우림 파괴 612




④ 효과적인 보전전략을 개발할 수 있다. 614




16.13 보전자원이 제한되어 있으므로 종 보전을 위한 우선순위를 정해야 한다. 614




16.14 생물다양성 보전을 위한 여러 가지 효과적인 전략이 있다. 616




생활 속 생명과학: 활용할 수 있는 지식




멸종위기종을 구하기 위한 “Plan B”: 털북숭이 매머드의 재창조? 618





해답 623




용어해설 629




한글 찾아보기 649




영어 찾아보기 654