從細胞到生物圈：馬爾薩斯陷阱、地球系統演化史、拉馬克歸來，在「好玩」過程中理解生物學的本質

神奇的自然歷史、遺傳與變異、穩定與適應、生命的起源與演化⋯⋯
跳脫死板觀念，最有趣＋最好玩＋最嚴肅的生物課來了！

【最有趣】不只告訴你「其然」，還會告訴你「其所以然」！
【最好玩】在不知不覺的「好玩」過程中理解生物學的本質！
【最嚴肅】每一個知識、概念都是學者嚴謹的科學研究結果！

►首先，為了生存奮戰
──在漫長的演化歲月中，自然選擇造就了生物的適應

▎「冷凍」北美林蛙：人家冬眠，牠直接讓自己結冰！
林蛙冬眠時會完全進入冷凍狀態。牠把自己埋在2.5～5公分厚的樹枝和樹葉下，牠會被徹底凍成硬塊。最極端的情況下，牠身體裡2/3的水分都會結冰，這時牠不呼吸，沒有心跳，新陳代謝完全停止。待春暖花開時，伴隨著溫度的回升，林蛙被慢慢「解凍」，短短幾分鐘之內，牠的心跳就能奇蹟般恢復，同時呼吸也變得正常。

▎南極冰魚的血液之謎：牠們體內沒有紅血球啦！
冰魚將紅血球完全除去，並允許血紅素產生突變而退化。牠們的血液中只有1%的血細胞，甚至可以說「牠們血管中流的是冰水」。冰魚擁有很大的鰓，並且皮膚沒有鱗片，上面有異常粗大的微血管，這些特徵提高了牠們從環境中吸收氧的能力。冰魚的微管可在冰點之下正常組成，並且維持穩定的結構。牠們還「發明」了抗凍蛋白，這種特別的蛋白質幫助降低魚體內冰晶形成的臨界溫度，讓魚能在冰冷的海水中存活。

►再來，為了後代奮鬥
──自然選擇造就適者，但其青睞的是具有繁殖優勢的個體

▎來自性的獎賞：偶爾偷偷放縱一回的寄生蟲！
人體消化道裡的一種叫賈第蟲的寄生蟲，從來沒有被抓到過「出軌」行為，但是它們還保留著減數分裂的全套基因，這意味著它們可能是趁著研究者不注意的時候偶爾偷偷摸摸放縱一回。性帶來的最大好處就是將基因進行重新組合。若一成不變，現在可能是與環境高度適應的，但環境一旦發生改變，原來的優勢可能就成了災難。靠無性繁殖很難生存幾百萬年以上，滅絕似乎就是必然的結果。

▎花式求偶行為：美妙歌聲、華麗外表、競技行為⋯⋯還有築巢？
動物求偶行為十分複雜，雖沒有「語言」，但求偶形式千奇百怪。有些鳥類會盡情歌唱向配偶表達愛意；有些動物透過改變體色在異性面前炫耀；雄杜父魚會咬住經過的雌魚頭部看其是否掙扎，不掙扎者便可以交配；雞結伴求偶卻只有其中一隻交配成功；雌織巢鳥透過觀察雄織巢鳥所建鳥巢的堅固程度選擇雄性，還有我們熟知的雌螳螂殘忍殺夫行為⋯⋯動物世界只遵循自然的法則，不受人類道德理念的約束，即凡是有利於物種延續的事物便都有存在的價值。

★本書特色：全書以「系統」、「適應」兩個角度作為切入點，針對閱讀特點與需求，全方位將生物學知識進行系統化建構，透過系統且有趣的描述將讀者帶入一個美妙的生物世界。本書可以作為生物學學習的重要課外讀物，具有極高的科普及學習輔助價值。

張超，生物科教師，在生物學學科教育、學習教育、生命教育等多個教育領域均有較深入的研究和實踐。各領域著作二十餘部，代表作有《平臺教育理念：尋找並成就屬於自己的人生》、《學習，就是找對方法》、《種豆如何能得瓜》等。

趙奐，生物科教師，分子生物學博士。指導學生獲得「英特爾國際科技工程大獎賽」一等獎，指導學生團隊獲「國際遺傳工程機器設計競賽」金獎。著有《解讀生命體》等作品。

林祖榮，生物科教師、國高中生物科教材作者，發表論文200餘篇，著有《新課程理念與實施》、《高中生物讀本》等作品。

序言
這本書是我們師徒三人合作的作品，林祖榮老師是我和趙奐的指導教授。我們三個人都是中學的生物老師。
「生物學」教學於我們而言，並非單純工作那麼簡單，在生物學的學習和教授過程中，其博大的方法與思想、精謹的邏輯與系統、深廣的內涵與外延，無時無刻不在影響著我們的思維，使我們在生物學的海洋中暢遊時驚喜不斷、收穫連連；使我們面對紛繁複雜的世界時能夠從容不迫、鮮疑少惑。
正是因為我們對生物學的喜愛，也是因為我們對生物學教學的喜歡，更是因為我們希望透過努力將這份生物學中的美妙帶給更多的孩子，所以我們決定編寫一本既有趣又適合中學生嚴肅閱讀的書籍。基於這種想法，就有了你手中的這本書。
你手中這本有關生物學的書籍是有趣的，與只是知識概念羅列的課本相比，這本書不但告訴你「其然」，還會告訴你「其所以然」，讓你從死板的概念中跳脫出來，每一個概念的來龍去脈、每一個知識的前因後果都躍然紙上，讓你在不知不覺的「好玩」過程中理解生物學的本真。
你手中這本有關生物學的書籍是嚴肅的，其中的每一個生物學概念、思想、方法都是經歷了很多學者細緻嚴謹的科學研究而獲得的。身為編寫者的我們並不是這些科學結論的研究者，我們能承諾給大家的是書中的每一個知識都有更為專業的生物學研究作為保障，也有更為專業的生物學專著或論文作為根據，有興趣的同學可以進行更為專業且深入的閱讀。
本書的編寫首先要感謝的是學習生物學的同學們，正是你們的需求給予了我們靈感，正是你們的勤奮給予了我們動力；接下來要感謝的是和我們一樣熱愛生物學的生物組老師們，與你們並肩作戰是一種榮幸和幸福；再要感謝的是為本書的編寫提供了資料的生物學專業研究者們，我們只是站在巨人的肩膀上做了一件力所能及的事情，在編寫期間，我們有幸聯繫上了王立銘教授和朱欽士教授，他們的慷慨令我們感動不已，還有更多我們沒有聯繫到的研究者，在此一併表示感謝；還要感謝我們任教的實驗中學，是這個和睦的大家庭讓我們師徒三人有機會相遇、相知……此書的完成需要感謝的人太多，難免掛一漏萬，在此向所有幫助過我們的人表達我們的敬意。
由於能力有限，書中難免有疏漏之處，歡迎大家交流、指正。
張超

序言

第一篇　系統：從細胞到生物圈

第一章　生命是一個低熵系統
生物系統像一座圍城
細胞膜上的馬克士威惡魔
城外混亂Vs城內井然
生命體中的樂高積木

第二章　低熵系統需要從系統外攝取能量
「木材與木柴」─生命體中的兩類物質
細胞裡的發電廠
生命系統的高速公路
低熵之源

第三章系統需要獲取能源的資訊
能源也是資訊源
「牠」來了，所有細胞做好準備
細胞中的麥克風
把訊號抹掉

第四章回饋調節與系統穩態
游泳池的管理員
馬爾薩斯陷阱
缺席的管理者
正回饋─生與死

第五章系統的演化
地球系統演化史
分工
資訊安排
癒合的 傷口

第六章系統失調與潰散
失調
褪色的大堡礁
消失的文明
什麼是死亡

第二篇　適應：生命的主旋律

第七章　為了生存奮戰
冰魚與林蛙的故事
從嗜熱菌說起
隨機應變
軍備競賽
結成同盟

第八章為了後代奮戰
病毒來襲
沒有父親的無性生殖
性的獎賞
求偶行為
兩性結合的有性生殖
操縱
犧牲自我

第九章包容與妥協也是適應
直立行走的利與弊
瘧疾與遺傳病
兩難的端粒
垃圾DNA

第十章拉馬克「歸來」
拉馬克與獲得性遺傳
冬日饑荒
DNA甲基化
玳瑁貓
食物改變命運

這堂生物課很會：那些年課本沒教的生物冷知識