本书是一本适合全学段中学生进行严肃阅读的生物学科普读物。全书以“系统”“适应”“进化”三

个角度作为切入点，针对中学低年级、中年级、高年级三个学段学生的阅读特点与需求，多角度、多维

度地将生物学知识进行体系化构建，通过系统且有趣的描述将读者带入一个美妙的生物世界。

本书可以作为中学生生物学学习的重要课外读物，具有极高的科普及学习辅助价值。

　　这本书是我们师徒三人合作的作品，林祖荣老师是我和赵奂的师父。我们三个人都是北京师范大学附属实验中学的生物教师。

   “生物学”教学于我们而言，并非单纯工作那么简单，在生物学的学习和教授过程中， 其宏博的方法与思想、精谨的逻辑与体系、深广的内涵与外延，无时无刻不在影响着我们的思维，使我们在生物学的海洋中畅游时惊喜不断、收获连连；使我们面对纷繁复杂的世界时能够从容不迫、鲜疑少惑。

　　正是因为我们对生物学的喜爱，也是因为我们对生物学教学的喜欢，更是因为我们希望通过努力将这份生物学中的美妙带给更多的孩子，所以我们决定编写一本既有趣又适合中学生严肃阅读的书籍。基于这种想法，就有了你手中的这本书。

　　你手中这本有关生物学的书籍是有趣的，与只是知识概念罗列的课本相比，这本书不但告诉你“其然”，还会告诉你“其所以然”，把你从的死板的概念中解脱出来，每一个概念的来龙去脉、每一个知识点的前因后果都跃然纸上，让你在不知不觉的“好玩”过程中理解生物学的本真。

　　你手中这本有关生物学的书籍是严肃的，其中的每一个生物学概念、思想、方法都是经历了很多学者细致严谨的科学研究而获得的。作为编写者的我们并不是这些科学结论的研究者，我们能承诺给大家的是书中的每一个知识点都有更为专业的生物学研究作为保障，也有更为专业的生物学专著或论文作为支持，有兴趣的同学可以按照本书最后部分的“主要引用参考文献”进行更为专业且深入的阅读。

　　为了让处于中学阶段的同学能够从更多角度认识为完整的生物学，本书的编写采用了右图的结构。

      不知不觉中对生物学有一个系统而全面的了解；林祖荣老师负责编写第二编，适合有一定生物学基础的初中高年级和高中低年级同学进行严肃阅读，相信通过第二编的阅读， 每位同学都可以通过林老师提供的奥妙、丰富的材料，感受到生物学的瑰丽与奇妙；张超老师负责编写第三编，适合高中高年级同学进行拓展式严肃阅读，相信通过第三编的阅读，每位同学都能和张老师一起沿着生物学精到、严谨的研究与逻辑，探索出属于自己的科学思考。

　　本书的编写首先要感谢的是学习生物学的同学们，正是你们的需求给予了我们灵感， 正是你们的勤奋给予了我们动力；接下来要感谢的是和我们一样热爱生物学的生物组老师们，与你们并肩作战是一种荣幸和幸福；再要感谢的是为本书的编写提供了素材的生物学专业研究者们，我们只是站在巨人的肩膀上做了一件力所能及的事情，在编写期间，我们有幸联系到了王立铭教授和朱钦士教授，他们的慷慨令我们感动不已，还有更多我们没有联系到的研究者（详见“主要引用参考文献”），在此一并表示感谢；还要感谢北京师范大学附属实验中学，是这个和睦的大家庭让我们师徒三人有机会相遇、相知……此书的完成需要感谢的人太多，难免挂一漏万，在此向所有帮助过我们的人表达我们的敬意。

由于能力有限，书中难免有疏漏之处，欢迎大家交流、指正。

张　超

2020 年4月16日

II

第一编 系统：从细胞到生物圈

第一章 生命是一个低熵系统 / 3

一、生物系统像一座围城 / 3

二、细胞膜上的麦克斯韦妖 / 5 

三、城外混乱 Vs 城内井然 / 7

 四、生命体中的乐高积木 / 8

第二章 低熵系统需要从系统外摄取能量 /11

一、“木材与木柴”—生命体中的两类物质 / 11

二、细胞里的发电厂 / 13

三、生命系统的高速公路 / 15

四、低熵之源 / 17

第三章 系统需要获取能源的信息 /20

一、能源也是信息源 / 20

二、“它”来了，所有细胞做好准备 / 22

三、细胞中的麦克风 / 24

四、把信号抹掉 / 26

第四章 反馈调节与系统稳态 /29

一、游泳池的管理员 / 29

二、马尔萨斯陷阱 / 30

三、缺席的管理者 / 32

四、正反馈—生与死 / 34

第五章 系统的演化 /37

一、地球系统演化史 / 37

二、分工 / 39

三、信息安排 / 41

四、愈合的伤口 / 43

第六章 系统失调与溃散 /46

一、失调 / 46

二、褪色的大堡礁 / 48

三、消失的文明 / 49

四、什么是死亡 / 52

第二编 适应：生命的主旋律

第七章 为了生存拼力 /57

一、冰鱼与林蛙的故事 / 57

二、从嗜热菌说起 / 61

三、随机应变 / 65

四、军备竞赛 / 67

五、结成同盟 / 71

第八章 为了后代拼力 /75

一、病毒来袭 / 75

二、没有父亲的无性生殖 / 78

三、性的奖赏 / 82

第九章 包容与妥协也是适应 / 98

一、直立行走的利与弊 / 98

二、疟疾与遗传病 / 101

三、两难的端粒 / 104

四、垃圾 DNA/ 108

第十章 拉马克“归来”/ 113

一、拉马克与获得性遗传 / 113

二、冬日饥荒 / 115

三、DNA 甲基化 / 117 四、玳瑁猫 / 118

五、食物改变命运 / 121

第三编 进化：生命永恒的主题

第十一章 地球上“乱撞”的能量如何被生命“收服”/127

一、生命“收服”原始地球上到处乱撞的能量 / 127 

二、“从乱撞的能量到小能量包”——能量被有机小分子收服 / 127

三、“从小能量包到能量块”— 能量被有机大分子收服 / 129

四、“从大分子能量块到细胞能量体、多细胞能量系统”—能量被有机生命体收服 / 137

第十二章 从 RNA 到真核生物的演化 /140

一、生命的特质—自我复制与信息贮藏 / 140

二、“原始生命推理版”—RNA/ 144

三、从生命乍现到神通广大的原核生物 / 148

四、真核生物的出现 / 154

第十三章 生命信息处理能力的进化史 /156

一、宏观层次：生命对环境中繁复信息的有效应对策略 / 156

二、微观层次：生命面对信息的基本反应 / 162 

三、细胞中蛋白质分子帮忙实现

“信号→信息”的转化 / 163

四、神经细胞是“学习”的基础，蛋白质分子是“记忆”的源泉 / 167

第十四章 从“性”的发展历史聊进化 /176

一、从无性到有性 / 176

二、有性生殖的基础—减数分裂 / 181

三、有性生殖中需要确保选择的异性不是近亲 / 189 

四、“性别反转人”的研究告诉我们真正决定性别的是基因 / 194

第十五章 从“人”的发展通史看进化 /197

一、化石中讲述的人类发展通史 / 197

二、“基因组”中讲述的人类发展通史 / 203

第十六章 一直在进化的“进化论”/217

一、布丰、老达尔文还有拉马克的“用进废退”/ 217

二、达尔文的“自然选择”与其开创的时代 / 220

三、自然选择时代的新声音—中性学说 / 228

主要引用参考文献 /233

你手中这本生物学的书籍是有趣的，与只是知识概念罗列的课本相比，这本书不但告诉你“其然”，还会告诉你“其所以然”，把你从的死板的概念中解脱出来，每一个概念的来龙去脉、每一个知识点的前因后果都跃然纸上，让你在不知不觉的“好玩”过程中理解生物学这本课程。

张超：北京师范大学附属实验中学生物高级教师，在生物学学科教育、学习教育、生命教育等多个教育领域均有较深入的研究和实践。各领域著作二十余部，代表作有《平台教育理念：寻找并成就属于自己的人生》《学习，就是找对方法》《种豆如何能得瓜》等。

赵奂：北京师范大学附属实验中学生物高级教师，分子生物学博士。指导学生获得英特尔国际科学与工程大奖赛一等奖，指导学生团队获“国际遗传工程机器大赛”金奖（大陆高中首金）。著有《解读生命体》等作品。

林祖荣：北京师范大学附属实验中学生物学特级教师，北京师范大学基础教育研究员。人民教育出版社高中、初中生物教材核心作者及教材培养专家组核心成员；在全国各地作教材教法等培训数百场；发表论文经验总结200余篇，著有《新课程理念与实施》《高中生物读本》等作品。