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*AP®课程的生物学*涵盖了典型的两学期®生物学课程的范围和顺序要求。该文本通过进化的视角提供了核心生物学概念和基础研究的全面覆盖。*AP®课程的生物学*旨在满足并超过美国大学理事会的AP®生物学框架的要求，同时为教师提供了显着的灵活性。本书的每个部分都包括基于AP®课程的介绍以及让学生参与科学实践和AP®考试准备的丰富功能。它还强调了生物科学的职业和研究机会。
关于*AP生物学®课程*
追加资源
关于作者
AP®生物学课程框架
序言
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导言
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生物科学
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生物学的主题和概念
生命的研究
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导言
m62720
原子、同位素、离子和分子：构建模块
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水
m62722
碳
生命的化学基础
m62723
导言
m62724
生物大分子的合成
m62726
碳水化合物
m62730
脂类
m62733
蛋白质
m62735
核酸
生物大分子
生命的化学
m62736
导言
m62738
研究细胞
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原核细胞
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真核细胞
m62743
内膜系统和蛋白质
m62744
细胞骨架
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细胞与细胞活动之间的联系
细胞结构
m62780
导言
m62773
组件和结构
m62753
被动传输
m62770
主动传输
m62772
散装运输
等离子体膜的结构和功能
m62761
导言
m62763
能量与代谢
m62764
势能、动能、自由能和活化能
m62767
热力学定律
m62768
三磷酸腺苷
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酶
新陈代谢
m62784
导言
m62786
生命系统中的能源
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糖酵解
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丙酮酸的氧化和柠檬酸循环
m62789
氧化磷酸化
m62790
无氧代谢
m62791
碳水化合物、蛋白质和脂质代谢途径的连接
m62792
细胞呼吸的调节
细胞呼吸
m62793
导言
m62794
光合作用概述
m62795
光合作用的光依赖性反应
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利用光制造有机分子
光合作用
m62797
导言
m62798
信号分子与细胞受体
m62799
信号的传播
m62800
对信号的反应
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单细胞生物中的信号传导
细胞通讯
m62802
导言
m62803
细胞分裂
m62804
细胞周期
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细胞周期的控制
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癌症和细胞周期
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原核细胞分裂
细胞繁殖
细胞
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导言
m62810
减数分裂的过程
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有性生殖
减数分裂与有性生殖
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导言
m62813
孟德尔的实验和概率定律
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特点和特点
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继承法
孟德尔的实验与遗传
m62820
导言
m62821
染色体理论与遗传连锁
m62822
遗传性疾病的染色体基础
继承的现代理解
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导言
m62824
现代认识的历史基础
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DNA结构与测序
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DNA复制基础
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原核生物中的DNA复制
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真核生物的DNA复制
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DNA修复
DNA结构与功能
m62833
导言
m62837
遗传密码
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原核转录
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真核转录
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真核生物的RNA加工
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核糖体与蛋白质合成
基因和蛋白质
m62844
导言
m62845
基因表达调控
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原核基因调控
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真核表观遗传基因调控
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真核转录基因调控
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真核转录后基因调控
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真核生物翻译和翻译后基因调控
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癌症与基因调控
基因调控
m62852
导言
m62853
生物技术
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绘制基因组
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全基因组测序
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应用基因组学
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基因组学和蛋白质组学
生物技术和基因组学
遗传学
m62862
导言
m62863
在我们生活的地球上，人类已经接受了许多关于生命起源的理论。早期文明认为生命是由超自然力量创造的。生物体是“手工制造的”，可以完美地适应它们的环境，因此不会随着时间的推移而改变。一些早期思想家，如希腊哲学家亚里士多德，认为生物体属于一个日益复杂的阶梯。基于这种理解，卡罗勒斯·林奈斯等科学家试图将所有生物组织成分类方案，以证明生命的复杂性日益增加。
生命的起源
理解进化
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物种的生物学定义适用于有性繁殖生物，是一群实际或潜在的杂交个体。这条规则也有例外。许多物种足够相似，以至于杂交后代是可能的，并且可能经常发生在自然界中，但是对于大多数物种来说，这条规则通常成立。事实上，类似物种之间杂交的存在表明它们可能是单一杂交物种的后代，物种形成过程可能还没有完成。
形态形成
新物种的形成
m62865
重新连接和物种形成速率
物种的进化和起源
m62866
导言
m62868
种群进化
m62870
群体遗传学
m62871
自然选择是进化的驱动力，可以产生更适合在其环境中生存和成功繁殖的种群。但自然选择不能产生完美的有机体。自然选择只能选择种群中现有的变异；它不会从头开始创造任何东西。因此，它受到种群现有遗传变异性以及通过突变和基因流动产生的任何新等位基因的限制。
没有完美的有机体
自适应进化
人口的演变
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导言
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组织地球上的生命
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确定进化关系
m62876
关于原核生物进化的经典思想包括在经典树模型中，即物种是克隆进化的。也就是说，它们自己产生后代，只有随机突变导致下降到科学已知的现代和灭绝物种的多样性。这种观点在有性繁殖的真核生物中有些复杂，但是孟德尔遗传学定律解释了后代的变化，再次是物种内部突变的结果。基因在不相关物种之间转移的概念直到最近才被认为是一种可能性。水平基因转移（HGT），也称为横向基因转移，是不相关物种之间的基因转移。HGT已经被证明是一种永远存在的现象，许多进化论者假设这一过程在进化中扮演重要角色，从而使简单的树模型复杂化。使用标准系统发育学已经证明基因在物种之间传递，而物种之间只有遥远的亲缘关系，从而为系统发育关系的理解增加了一层复杂性。
经典模型的局限性
系统发育树的观点
系统发育与生命史
进化过程
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导言
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病毒进化、形态学和分类
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正如你所了解的，病毒通常非常具体地决定它们将感染哪些宿主和宿主中的哪些细胞。病毒的这一特征使其特定于地球上的一种或几种生命。另一方面，地球上存在如此多不同类型的病毒，以至于几乎每个生物都有自己的一套病毒试图感染它的细胞。即使是最小和最简单的细胞，原核细菌，也可能受到特定类型病毒的攻击。
不同的宿主及其病毒
病毒感染和宿主
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病毒感染的预防和治疗
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其他脱细胞实体：朊病毒和类病毒
病毒
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导言
m62891
直到几十年前，微生物学家还习惯于认为原核生物是分离生活的孤立实体。然而，这一模型并不能反映原核生物的真实生态学，大多数原核生物更喜欢生活在能够相互作用的群落中。**生物膜**是一种微生物群落（[链接]），以粘稠质地的基质结合在一起，主要由生物体分泌的多糖以及一些蛋白质和核酸组成。生物膜附着在表面上生长。一些研究最好的生物膜是由原核生物组成的，尽管真菌生物膜也被描述为以及一些由真菌和细菌的混合物组成的生物膜。
生物膜的生态学
原核多样性
m62893
原核生物的结构
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原核代谢
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人类细菌性疾病
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有益原核生物
原核生物：细菌和古细菌
生物多样性
m62899
导言
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植物体
m62905
茎
m62906
根
m62908
茎上的叶子排列被称为**叶序**。植物叶子的数量和位置会因物种而异，每种植物都表现出独特的叶子排列。叶子被分为交替、螺旋或相反。每个节点只有一片叶子的植物的叶子被称为交替——意思是叶子在茎的每一边在一个平面上交替——或者螺旋，意思是叶子沿着茎以螺旋排列。在相反的叶子排列中，两片叶子出现在同一点，叶子沿着分支彼此相对连接。如果在一个节点上有三片或更多的叶子连接，则叶子排列被归类为**轮生**。
叶片排列
叶子
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植物中水和溶质的运输
m62930
植物感觉系统和反应
植物形态与生理
植物结构与功能
m62912
导言
m62916
动物形态与功能
m62918
动物原代组织
m62931
内稳态
动物身体：基本形式和功能
m62933
导言
m62919
消化系统
m62920
营养和能源生产
m62921
消化系统过程
m62922
消化系统调节
动物营养与消化系统
m62923
导言
m62924
神经元和胶质细胞
m62925
神经元如何交流
m62926
中枢神经系统
m62928
外周神经系统
m62929
神经系统紊乱
神经系统
m62937
导言
m62994
感官过程
m62946
体感
m62947
味觉和嗅觉
m62954
听力和前庭感觉
m62957
神经节细胞的有髓轴突构成了视神经。在神经内部，不同的轴突携带不同质量的视觉信号。一些轴突构成了大细胞（大细胞）通路，它携带着关于形式、运动、深度和亮度差异的信息。其他轴突构成了小细胞（小细胞）通路，它携带着关于颜色和细节的信息。一些视觉信息直接投射回大脑，而其他信息则穿过大脑的另一侧。这种光学通路的交叉产生了在大脑底部发现的独特的视交叉（希腊语，表示“交叉”），并允许我们协调来自两只眼睛的信息。
高级处理
愿景
感官系统
m62959
导言
m62961
激素的种类
m62963
激素如何工作
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身体过程的调节
m62971
激素生产的调控
m62995
内分泌腺
内分泌系统
m62976
导言
m62977
骨骼系统的类型
m62978
骨骼被认为是器官，因为它们包含各种类型的组织，如血液、结缔组织、神经和骨组织。骨细胞，骨组织的活细胞，形成骨骼的矿物基质。骨组织有两种类型：致密和海绵状。
骨组织
骨
m62979
关节和骨骼运动
m62980
肌肉收缩和运动
肌肉骨骼系统
m62981
导言
m62982
对于小型多细胞生物来说，通过外膜的扩散足以满足它们对氧气的需求。通过直接扩散跨表面膜进行气体交换对于直径小于1毫米的生物是有效的。在简单的生物中，如涡虫和扁虫，体内的每个细胞都靠近外部环境。它们的细胞保持湿润，气体通过直接扩散迅速扩散。扁虫是小型扁虫，字面意思是扁虫，它通过跨外膜的扩散来“呼吸”（[link]）。这些生物的扁平形状增加了扩散的表面积，确保体内的每个细胞都靠近外膜表面并获得氧气。如果扁虫有一个圆柱形的身体，那么中心的细胞将无法获得氧气。
直接扩散
蚯蚓和两栖动物的皮肤（被膜）是它们的呼吸器官。皮肤下面有一个密集的毛细血管网络，促进外部环境和循环系统之间的气体交换。呼吸表面必须保持湿润，以便气体溶解并扩散到细胞膜上。
皮肤和鳃
昆虫的呼吸独立于其循环系统；因此，血液在氧气运输中不起直接作用。昆虫有一种高度专业化的呼吸系统，称为气管系统，由将氧气输送到全身的小管道网络组成。气管系统是活跃动物中最直接、最有效的呼吸系统。气管系统中的管道由一种叫做甲壳素的聚合物材料制成。
气管系统
在哺乳动物中，肺通气通过吸入（呼吸）发生。在吸入过程中，空气通过位于鼻子内部的**鼻腔**进入身体（[链接]）。当空气通过鼻腔时，空气被加热到体温并加湿。呼吸道被粘液覆盖，以密封组织不与空气直接接触。粘液含水量很高。当空气穿过粘膜的这些表面时，它会吸收水分。这些过程有助于使空气与身体状况保持平衡，减少寒冷、干燥空气可能造成的任何伤害。漂浮在空气中的颗粒物通过粘液和纤毛在鼻道中被清除。加热、加湿和去除颗粒的过程是防止气管和肺部损伤的重要保护机制。因此，除了将氧气带入呼吸系统之外，吸入还有几个目的。
哺乳动物系统
生物体呼吸的空气中含有**颗粒物**，如灰尘、污垢、病毒颗粒和细菌，会损害肺部或引发过敏免疫反应。呼吸系统包含几种保护机制，以避免问题或组织损伤。在鼻腔中，毛发和粘液捕获小颗粒、病毒、细菌、灰尘和污垢，以防止它们进入。
保护机制
气体交换系统
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呼吸过程中的气体交换主要通过扩散发生。扩散是一个由浓度梯度驱动的运输过程。气体分子从高浓度区域移动到低浓度区域。氧气浓度低、二氧化碳浓度高的血液与肺部空气进行气体交换。肺部空气中的氧气浓度高于缺氧血液，二氧化碳浓度较低。这种浓度梯度允许呼吸过程中的气体交换。
气体交换的基本原理
不同的动物根据它们的活动有不同的肺活量。猎豹进化出了比人类高得多的肺活量；它有助于为体内所有肌肉提供氧气，让它们跑得非常快。大象也有很高的肺活量。在这种情况下，并不是因为它们跑得快而是因为它们的身体很大，必须能够根据它们的体型吸收氧气。
肺容量和容量
通过检查气体的性质可以更好地理解呼吸过程。气体自由移动，但气体颗粒不断撞击其容器壁，从而产生气体压力。
气压和呼吸
在人体内，氧气被人体组织的细胞使用，二氧化碳作为废物产生。二氧化碳的产生与氧气消耗的比率是呼吸商（RQ）**。RQ在0.7到1.0之间变化。如果仅仅用葡萄糖为身体提供燃料，RQ就等于1。每消耗一摩尔氧气，就会产生一摩尔二氧化碳。然而，葡萄糖并不是身体唯一的燃料。蛋白质和脂肪也被用作身体的燃料。因此，产生的二氧化碳比消耗的氧气少，平均而言，脂肪的RQ约为0.7，蛋白质约为0.8。
通过肺泡的气体交换
呼吸表面气体交换
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两栖动物已经进化出多种呼吸方式。年轻的两栖动物，像蝌蚪一样，用鳃呼吸，它们不会离开水。一些两栖动物终生保留鳃。随着蝌蚪的生长，鳃消失，肺生长。这些肺是原始的，不像哺乳动物的肺那样进化。成年两栖动物缺乏或横膈膜缩小，因此被迫通过肺部呼吸。两栖动物的另一种呼吸方式是通过皮肤扩散。为了帮助这种扩散，两栖动物的皮肤必须保持湿润。
呼吸的类型
波义耳定律是气体定律，指出在封闭空间内，压力和体积成反比关系。随着体积的减少，压力增加，反之亦然（[链接]）。气体压力和体积之间的关系有助于解释呼吸的力学。
人类呼吸的机制
每分钟的呼吸次数是**呼吸频率**。平均而言，在非用力条件下，人的呼吸频率为12-15次呼吸/分钟。呼吸频率有助于**肺泡通气**，或有多少空气进出肺泡。肺泡通气可防止二氧化碳在肺泡中堆积。有两种方法可以保持肺泡通气恒定：增加呼吸频率，同时降低每次呼吸的空气潮气量（浅呼吸），或降低呼吸频率，同时增加每次呼吸的潮气量。在任何一种情况下，通气保持不变，但所做的工作和所需的工作类型却大不相同。当需氧量增加时，潮气量和呼吸频率都受到密切调节。
呼吸的工作
与体循环相比，肺循环压力非常低。它也与心输出量无关。这是因为一种叫做**招募**的现象，这是在心输出量增加时打开通常保持关闭的气道的过程。随着心输出量的增加，灌注（充满血液）的毛细血管和动脉的数量增加。这些毛细血管和动脉并不总是在使用，但如果需要，它们已经准备好了。然而，有时肺部的空气量（通气，V）和血液量（灌注，Q）之间存在不匹配。这被称为**通气/灌注（V/Q）不匹配**。
死空间：V/Q不匹配
呼吸
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尽管氧气会溶解在血液中，但只有少量氧气通过这种方式运输。血液中只有1.5%的氧气直接溶解在血液中。大多数氧气（98.5%）与一种叫做血红蛋白的蛋白质结合在一起，并被带到组织中。
氧气在血液中的运输
二氧化碳分子在血液中通过以下三种方法之一从身体组织运输到肺部：直接溶解到血液中，与血红蛋白结合，或作为碳酸氢根离子携带。血液中二氧化碳的几种性质影响其运输。首先，二氧化碳在血液中比氧气更容易溶解。大约5%到7%的二氧化碳溶解在血浆中。其次，二氧化碳可以与血浆蛋白结合，也可以进入红细胞并与血红蛋白结合。这种形式运输大约10%的二氧化碳。当二氧化碳与血红蛋白结合时，就形成了一种叫做**氨基血红蛋白**的分子。二氧化碳与血红蛋白的结合是可逆的。因此，当它到达肺部时，二氧化碳可以自由地与血红蛋白分离，并被排出体外。
二氧化碳在血液中的运输
气体在人体体液中的运输
呼吸系统
m62989
导言
m62990
循环系统实际上是一个圆柱形血管网络：动脉、静脉和毛细血管从泵发出，即心脏。在所有脊椎动物以及一些无脊椎动物中，这是一个闭环系统，其中血液在腔内不是自由的。在**封闭循环系统**中，血液包含在血管内，并围绕系统循环路线从心脏**单向**循环，然后再次返回心脏，如[link]**a**所示。与封闭系统相反，节肢动物——包括昆虫、甲壳类动物和大多数软体动物——具有开放的循环系统，如[link]**b**所示。在**开放循环系统**中，血液不封闭在血管中，而是被泵入一个称为**血腔**的空腔，并被称为**血淋巴**，因为血液与**间质液**混合。当心脏跳动和动物移动时，血淋巴在体腔内的器官周围循环，然后通过称为**ostia**的开口重新进入心脏。这种运动允许气体和营养物质交换。开放循环系统不会像封闭系统那样使用那么多能量来运行或维持；然而，可以移动到需要高水平氧气的代谢活跃器官和组织的血液量存在权衡。事实上，翼展可达两英尺宽（70厘米）的昆虫现在不存在的一个原因可能是因为它们在1.50亿年前被鸟类的到来击败了。鸟类有一个封闭的循环系统，被认为行动更敏捷，这使得它们能够更快地获得食物，并有可能捕食昆虫。
循环系统结构
循环系统从无脊椎动物的简单系统到脊椎动物的更复杂系统各不相同。最简单的动物，如海绵（Porifera）和轮虫（轮虫动物门），不需要循环系统，因为扩散允许充分交换水、营养物质和废物，以及溶解的气体，如[link]**a**所示。更复杂但在其身体计划中仍然只有两层细胞的生物，如水母（Cnidaria）和梳状水母（😍水母）也使用通过其表皮和内部通过胃血管隔室的扩散。它们的内部和外部组织都沐浴在水环境中，并通过两侧的扩散交换液体，如[link]**b**所示。液体交换由水母身体的脉动辅助。
动物循环系统变异
循环系统概述
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血液，就像[链接]中描述的人类血液一样，对身体系统的调节和体内平衡很重要。血液通过稳定pH值、温度、渗透压和消除多余的热量来帮助维持体内平衡。血液通过分配营养物质和激素以及清除废物来支持生长。血液通过运输凝血因子和血小板来防止失血，并将抗病剂或**白细胞**运输到感染部位，从而发挥保护作用。
血液在体内的作用
白细胞，也称为白细胞（leuko=white），约占血液中细胞体积的1%。白细胞的作用与红细胞非常不同：它们主要参与识别和靶向病原体的免疫反应，如入侵细菌、病毒和其他外来生物。白细胞是不断形成的；有些只能活几个小时或几天，但有些可以活几年。
白细胞
血液必须凝结以治愈伤口并防止多余的血液流失。被称为血小板（血小板）的小细胞碎片通过延伸许多突出物并释放其内容物而被吸引到伤口部位，并在那里粘附。这些内容物激活其他血小板，也与其他凝血因子相互作用，这些凝血因子将纤维蛋白原（一种存在于血清中的水溶性蛋白质）转化为纤维蛋白（一种非水溶性蛋白质），导致血液凝结。许多凝血因子需要维生素K才能发挥作用，而维生素K缺乏会导致血液凝结的问题。许多血小板在伤口部位聚集并粘在一起形成血小板堵塞物（也称为纤维蛋白凝块），如[链接]**b**所示。堵塞物或凝块持续数天并停止血液流失。血小板是由称为巨核细胞的较大细胞解体形成的，如[链接]**a**所示。对于每个巨核细胞，形成2000-3000个血小板，每立方毫米血液中存在150,000至400,000个血小板。每个血小板呈盘状，直径2-4微米。它们包含许多小囊泡，但不包含细胞核。
血小板和凝血因子
血液中的液体成分被称为血浆，它是通过高速旋转（3000转/分或更高）旋转或离心血液来分离的。血细胞和血小板被离心力分离到样本管的底部。上层液体层，血浆，由90%的水以及维持身体pH值、渗透负荷和保护身体所需的各种物质组成。血浆还含有凝血因子和抗体。
血浆和血清
血液的成分
m62992
由于血液在肺循环和全身循环中必须流动的距离，心肌是不对称的。由于心脏的右侧向肺循环输送血液，它比左侧小，后者必须在全身循环中向全身输送血液，如[链接]所示。在人类中，心脏大约有握紧的拳头大小；它分为四个腔室：两个心房和两个心室。右边有一个心房和一个心室，左边有一个心房和一个心室。心房是接收血液的腔室，心室是泵血的腔室。右心房从**上腔静脉**接收缺氧血液，上腔静脉从来自大脑的颈静脉和来自手臂的静脉中排出血液，以及**下腔静脉**从来自下部器官和腿部的静脉中排出血液。此外，右心房从冠状窦接收血液，冠状窦从心脏本身排出缺氧血液。这些缺氧血液然后通过**房室瓣**或**三尖瓣**传递到右心室，这是一种结缔组织皮瓣，只能向一个方向打开以防止血液回流。分隔心脏瓣膜左侧腔室的瓣膜称为双尖瓣或二尖瓣。充盈后，右心室将血液通过肺动脉泵出，绕过**半月瓣**（或肺动脉瓣）输送到肺部进行再氧合。血液通过肺动脉后，右半月瓣关闭，防止血液倒流到右心室。左心房然后通过肺静脉接收来自肺部的富氧血液。这些血液通过**二尖瓣**或二尖瓣（心脏左侧的房室瓣）输送到左心室，在左心室，血液通过身体的大动脉**主动脉**被泵出，将含氧血液带到身体的器官和肌肉。一旦血液从左心室泵出并进入主动脉，主动脉半月瓣（或主动脉瓣）关闭，防止血液倒流到左心室。这种抽水模式被称为双循环，在所有哺乳动物中都存在。
心脏的结构
心脏的主要目的是将血液泵入全身；它以称为心动周期的重复顺序进行。**心动周期**是通过导致心脏肌肉收缩和放松的电信号协调血液心脏的充盈和排空。人类心脏每天跳动超过100,000次。在每个心动周期中，心脏收缩（**收缩**），将血液推出并泵入全身；这之后是一个放松阶段（**舒张**），心脏充满血液，如[链接]所示。心房同时收缩，迫使血液通过房室瓣进入心室。房室瓣关闭产生单音节“lup”音。在短暂的延迟后，心室同时收缩，迫使血液通过半月瓣进入主动脉和将血液输送到肺部的动脉（通过肺动脉）。半月瓣的关闭产生单音节的“dup”音。
心脏周期
来自心脏的血液由复杂的血管网络（[link]）携带穿过身体。**动脉**将血液从心脏带走。主动脉是主动脉，它分支成大动脉，将血液输送到不同的四肢和器官。这些大动脉包括将血液输送到大脑的颈动脉，将血液输送到手臂的肱动脉，以及将血液输送到胸部，然后分别输送到肝、肾和胃的肝、肾和胃动脉的胸动脉。髂动脉将血液输送到下肢。大动脉分叉成小动脉，然后是称为**小动脉**的较小血管，以更深入地到达身体的肌肉和器官。
动脉、静脉和毛细血管
哺乳动物心脏和血管
m62993
血液被泵送心脏的作用推动通过身体。随着每一次有节奏的泵送，血液在高压和高速下被推离心脏，最初沿着主动脉，主动脉。在主动脉中，血液以30厘米/秒的速度流动。当血液进入动脉、小动脉并最终到达毛细血管床时，运动速度急剧减慢至约0.026厘米/秒，比主动脉的运动速度慢一千倍。虽然每个单独的动脉和毛细血管的直径远窄于主动脉的直径，根据连续性定律，液体应该更快地通过直径较窄的管，由于所有合并毛细血管的总直径远大于单个主动脉的直径，因此速度实际上较慢。
血液如何流经身体
体内血流的压力是由流体（血液）对血管壁的静水压产生的。流体会从高静水压的区域移动到低静水压的区域。在动脉中，心脏附近的静水压非常高，血液流向小动脉，小动脉狭窄的开口减缓了流动速度。在收缩期，当新血液进入动脉时，动脉壁会伸展以适应额外血液压力的增加；在舒张期，由于它们的弹性特性，壁会恢复正常。收缩期和舒张期的血压，如[链接]所示，给出了血压的两个压力读数。例如，120/80表示收缩期读数为120毫米汞柱，舒张期读数为80毫米汞柱。在整个心动周期中，血液继续以相对均匀的速度排空进入小动脉。这种对血流的阻力称为**外周阻力**。
血压
心脏输出量是心脏在一分钟内泵送的血液量。它是通过将每分钟发生的心脏收缩次数（心率）乘以**中风量**（每次左心室收缩泵入主动脉的血液量）来计算的。因此，心脏输出量可以通过增加心率来增加，如锻炼时。然而，心脏输出量也可以通过增加中风量来增加，如心脏以更大的力量收缩。中风量也可以通过加快身体血液循环来增加，以便更多的血液在收缩之间进入心脏。在剧烈运动期间，血管放松并增加直径，抵消增加的心率，并确保足够的含氧血液到达肌肉。压力引发血管直径的减小，从而增加血压。这些变化也可能是由神经信号或激素引起的，甚至站起来或躺下都会对血压产生很大影响。
血压调节
血流量和血压调节
循环系统
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导言
m63000
生物系统通过消耗食物和水以及以汗液、尿液和粪便的形式排泄，不断地与环境相互作用和交换水和营养物质。如果没有调节渗透压的机制，或者当疾病破坏这一机制时，就有积累有毒废物和水的趋势，这可能会产生可怕的后果。
渗透调节的必要性
电解质，如氯化钠，在水中电离，这意味着它们解离成它们的组成离子。在水中，氯化钠（NaCl）解离成钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）。最重要的离子，其浓度是
在体液中非常密切调节的阳离子是钠（Na+）、钾（K+）、钙（Ca+2）、
镁（Mg+2）、阴离子氯化物（Cl-）、碳酸盐（CO3-2）、碳酸氢盐（HCO3-）和磷酸盐（PO3-）。电解质在排尿和排汗过程中会从体内流失。为此
原因是，鼓励运动员在活动和出汗增加的时期更换电解质和液体。
电解质跨细胞膜的运输
为了计算渗透压，有必要了解溶质浓度是如何测量的。测量溶质的单位是**摩尔**。一摩尔定义为溶质的克分子量。例如，氯化钠的分子量为58.44。因此，一摩尔氯化钠重58.44克。溶液的**摩尔浓度**是每升溶液中溶质的摩尔数。溶液的**摩尔浓度**是每公斤溶剂中溶质的摩尔数。如果溶剂是水，一公斤水等于一升水。虽然摩尔浓度和摩尔浓度用于表示溶液的浓度，但电解质浓度通常以每升毫当量（mEq/L）表示：mEq/L等于离子浓度（以毫摩尔为单位）乘以离子上的电荷数。毫当量单位考虑了溶液中存在的离子（因为电解质在水溶液中形成离子）和离子上的电荷。
渗透性和百万当量的概念
在没有任何淡水可喝的情况下迷失在海上的人有严重脱水的风险，因为人体无法适应饮用海水，与体液相比，海水是高渗的。像金鱼这样只能忍受相对狭窄的盐度范围的生物被称为短盐生物。大约90%的硬骨鱼被限制在淡水或海水中。它们在相反的环境中无法进行渗透调节。然而，像鲑鱼这样的少数鱼类有可能在淡水和海水中度过一部分生命。像鲑鱼和莫莉这样能忍受相对广泛盐度的生物被称为广盐生物。这是可能的，因为一些鱼类已经进化出**渗透调节**机制来在各种水生环境中生存。当它们生活在淡水中时，它们的身体倾向于吸收水分，因为环境相对低渗，如[link]**a**所示。在这种低渗环境中，这些鱼不会喝太多水。相反，它们会排出大量非常稀释的尿液，它们通过鳃主动运输盐来实现电解质平衡。当它们移动到高渗海洋环境时，这些鱼开始喝海水；它们通过鳃和尿液排出多余的盐，如[link]**b**所示。另一方面，大多数海洋无脊椎动物可能与海水等渗（**渗透调节剂**）。它们的体液浓度符合海水浓度的变化。软骨鱼血液中的盐成分与硬骨鱼相似；然而，鲨鱼的血液含有有机化合物尿素和氧化三甲胺（TMAO）。这并不意味着它们的电解质组成与海水相似。它们通过储存大量浓度的尿素来实现与海洋的等渗性。这些分泌尿素的动物被称为尿素动物。TMAO在存在高尿素水平的情况下稳定蛋白质，防止在暴露于类似水平尿素的其他动物中会发生的肽键断裂。鲨鱼是软骨性鱼类，有直肠腺体来分泌盐分并协助渗透调节。
渗透调节器和渗透调节器
渗透调节和渗透平衡
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如[链接]所示，**肾**是一对豆状结构，位于腹膜腔中肝脏的正下方和后方。肾上腺位于每个肾脏的顶部，也被称为肾上腺。肾脏过滤血液并净化血液。人体内所有的血液每天都被肾脏过滤多次；这些器官消耗了肺部吸收的氧气的近25%来执行这一功能。氧气允许肾脏细胞通过有氧呼吸有效地制造ATP形式的化学能。从肾脏流出的滤液称为**尿**。
肾脏：主要的渗透调节器官
从外部看，肾脏被三层包围，如[链接]所示。最外层是坚韧的结缔组织层，称为**肾筋膜**。第二层称为**肾周脂肪囊**，有助于将肾脏固定到位。第三层也是最内层是**肾囊**。在内部，肾脏有三个区域——外部**皮层**，中间**髓质**，以及**肾盂**在称为肾脏**门**的区域。门是豆状的凹形部分，血管和神经在这里进出肾脏；它也是输尿管的出口点。由于**肾上腺**的存在，肾皮质呈颗粒状——肾脏的功能单位。髓质由多个锥体组织块组成，称为**肾金字塔**。在金字塔之间是称为**肾柱**的空间，血管通过这些空间。金字塔的尖端称为肾乳头，指向肾盂。平均每个肾脏有八个肾金字塔。肾金字塔和相邻的皮质区域被称为肾脏**叶。肾盂通向肾脏外部的**输尿管**。在肾脏内部，肾盂分支成两到三个延伸部分，称为大**肾盏**，然后再分支到小肾盏。输尿管是排尿管，排出肾脏，排空进入**膀胱**。
肾脏结构
肾脏通过三个步骤过滤血液。首先，肾单位过滤通过肾小球毛细血管网络的血液。几乎所有的溶质，除了蛋白质，都通过一个叫做**肾小球过滤**的过程被过滤到肾小球中。其次，滤液被收集在肾小管中。大多数溶质通过一个叫做**管状重吸收**的过程在PCT中被重新吸收。在Henle循环中，滤液继续与肾髓质和管周毛细血管网络交换溶质和水。在这一步中，水也被重新吸收。然后，在**肾小管分泌**过程中，额外的溶质和废物被分泌到肾小管中，这在本质上与肾小管重吸收相反。收集管收集来自肾单位的滤液并在髓质乳头中融合。从这里，乳头将滤液，现在称为尿液，输送到小肾盏，最终通过肾盂连接到输尿管。整个过程在[链接]中进行了说明。
肾功能与生理
肾脏和渗透调节器官
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生命最基本的特征是细胞的存在。换句话说，细胞是生命最简单的功能单位。细菌是单细胞原核生物，具有一些最不复杂的生命过程；然而，细菌等原核生物不包含膜结合液泡。细菌、原生动物和真菌等微生物的细胞被细胞膜结合，并利用它们与环境相互作用。一些细胞，包括人类的一些白细胞，能够通过内吞作用吞没食物——通过细胞膜在细胞内的复旧形成囊泡。同样的囊泡能够与细胞内环境相互作用和交换代谢物。在一些单细胞真核生物中，如变形虫，如[链接]所示，当收缩液泡与细胞膜融合并将废物排出环境时，细胞废物和多余的水通过胞吐排出。收缩液泡（CV）不应与储存食物或水的液泡混淆。
微生物中的收缩液泡
随着多细胞系统进化为具有划分身体代谢需求的器官系统，单个器官进化为执行排泄功能。扁虫是生活在淡水中的扁虫。它们的排泄系统由两个连接到高度分支的管道系统的小管组成。小管中的细胞被称为**火焰细胞**（或**原肾上腺**），因为它们有一簇纤毛，在显微镜下观察时看起来像闪烁的火焰，如[链接]**a**所示。纤毛将废物沿着小管推进，并通过打开在体表的排泄孔排出体外；纤毛还从间质液中吸取水分，以便过滤。任何有价值的代谢物都可以通过重新吸收回收。火焰细胞存在于扁虫中，包括寄生绦虫和自由生活的扁虫。它们还维持生物体的渗透平衡。
涡虫和蠕虫肾盂的火焰细胞
**Malpighian小管**出现在某些节肢动物的肠道中，例如[链接]中所示的蜜蜂。它们通常成对出现，小管的数量因昆虫种类而异。Malpighian小管是卷曲的，这增加了它们的表面积，它们内衬有**微绒毛**用于重新吸收和维持渗透平衡。Malpighian小管与直肠壁中的特殊腺体协同工作。体液不像肾盂那样被过滤；尿液是由沐浴在血淋巴（血液和间质液的混合物，见于昆虫和其他节肢动物以及大多数软体动物）中的Malpighian小管细胞的管状分泌机制产生的。尿酸等代谢废物自由扩散到小管中。小管内有交换泵，主动将H+离子输送到细胞中，将K+或Na+离子输送出去；水被动跟随形成尿液。离子的分泌改变了渗透压，渗透压将水、电解质和含氮废物（尿酸）吸入小管。当这些生物面临低水环境时，水和电解质被重新吸收，尿酸以浓稠的糊状物或粉末的形式排出体外。不将废物溶解在水中有助于这些生物节约水分；这对干旱环境中的生命尤其重要。
昆虫马氏管
排泄系统
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**尿素循环**是哺乳动物将氨转化为尿素的主要机制。尿素在肝脏中制造并通过尿液排出。氨转化为尿素的总化学反应是2 NH3（氨）+CO2+3 ATP+H2O→H2N-CO-NH2（尿素）+2 ADP+4 Pi+AMP。
陆生动物的含氮废物：尿素循环
鸟类、爬行动物和大多数陆地节肢动物将有毒氨转化为**尿酸**或密切相关的化合物鸟嘌呤（鸟粪）而不是尿素。哺乳动物在核酸分解过程中也会形成一些尿酸。尿酸是一种类似于核酸中发现的嘌呤的化合物。它不溶于水，往往会形成白色糊状物或粉末；它被鸟类、昆虫和爬行动物排泄。氨转化为尿酸需要更多的能量，比氨转化为尿素复杂得多[link]。
鸟类和爬行动物的含氮废物：尿酸
含氮废物
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肾上腺素和去甲肾上腺素分别由肾上腺髓质和神经系统释放。它们是当身体处于极端压力下时释放的飞行/战斗荷尔蒙。在压力期间，身体的大部分能量被用来对抗迫在眉睫的危险。肾上腺素和去甲肾上腺素暂时停止肾功能。这些荷尔蒙通过直接作用于血管的平滑肌来收缩它们来发挥作用。一旦传入小动脉收缩，流入肾上腺素的血液就会停止。这些荷尔蒙更进一步，触发**肾素-血管紧张素-醛固酮**系统。
肾上腺素和去甲肾上腺素
盐皮质激素是肾上腺皮质合成的影响渗透平衡的激素。醛固酮是一种调节血液中钠水平的盐皮质激素。在醛固酮的影响下，血液中几乎所有的钠都被肾小管回收。因为钠总是通过主动运输重新吸收，水跟随钠来维持渗透平衡，醛固酮不仅管理钠水平，还管理体液中的水位。相比之下，醛固酮还在钠重吸收的同时刺激钾分泌。相比之下，醛固酮的缺乏意味着肾小管中没有钠被重新吸收，所有钠都在尿液中排出。此外，每日膳食钾负荷没有分泌，K+的滞留会导致血浆K+浓度的危险升高。患有爱迪生氏病的患者肾上腺皮质衰竭，无法产生醛固酮。他们尿液中的钠不断流失，如果供应得不到补充，后果可能是致命的。
矿质皮质激素
如前所述，抗利尿激素或ADH（也称为**加压素**），顾名思义，当体液量，特别是血液量较低时，有助于身体保存水分。它由下丘脑形成，从垂体后部储存和释放。它通过在收集管道中插入水通道蛋白来发挥作用，促进水的重新吸收。ADH还起到血管收缩剂的作用，并在出血时增加血压。
抗利尿激素
心房利钠肽（ANP）通过充当**血管扩张剂**来降低血压。它由心房中的细胞在应对高血压和睡眠呼吸暂停患者时释放。ANP影响盐的释放，由于水被动地跟随盐以维持渗透平衡，它也具有利尿作用。ANP还防止肾小管对钠的重吸收，减少水的重吸收（从而起到利尿剂的作用）并降低血压。它的作用抑制醛固酮、ADH和肾素的作用。
心房利钠肽激素
渗透调节功能的激素控制
渗透调节和排泄
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导言
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先天免疫反应
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适应性免疫系统拥有记忆成分，当同一病原体再次入侵时，它可以做出有效和戏剧性的反应。记忆由适应性免疫系统处理，几乎不依赖先天反应的线索。在对以前从未遇到过的病原体的适应性免疫反应期间，称为初级反应，分泌抗体的浆细胞和分化的T细胞增加，然后随着时间的推移趋于平稳。随着B细胞和T细胞成熟为效应细胞，原始群体的一个子集分化为具有相同抗原特异性的B细胞和T细胞记忆细胞，如[链接]所示。
免疫记忆
自适应免疫反应
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粘膜免疫系统合成的抗体包括IgA和IgM。活化的B细胞分化成粘膜浆细胞，合成和分泌二聚IgA，在较小程度上分化成五聚IgM。分泌的IgA在眼泪、唾液、母乳以及胃肠道和呼吸道的分泌物中大量存在。抗体分泌导致上皮表面的局部体液反应，并通过结合和中和病原体来防止粘膜感染。
粘膜免疫系统的抗体
抗体
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任何级别的免疫反应的失败、不足或延迟都会让病原体或肿瘤细胞站稳脚跟，复制或增殖到足够高的水平，从而使免疫系统不堪重负。**免疫缺陷**是免疫系统反应的失败、不足或延迟，这可能是获得性或遗传性的。免疫缺陷可能是由于感染某些病原体（如艾滋病毒）、化学暴露（包括某些医疗）、营养不良或极端压力而获得的。例如，辐射暴露会破坏淋巴细胞群体，提高个人对感染和癌症的易感性。数十种遗传疾病会导致免疫缺陷，包括严重联合免疫缺陷（SCID）、裸淋巴细胞综合征和MHC II缺陷。很少会出现出生时就存在的原发性免疫缺陷。中性粒细胞减少症是免疫系统产生的中性粒细胞数量低于平均水平的一种形式，中性粒细胞是人体最丰富的吞噬细胞。因此，细菌感染可能会在血液中不受限制，导致严重的并发症。
免疫缺陷
免疫系统的破坏
免疫系统
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导言
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繁殖方法
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内受精最常发生在陆生动物身上，尽管一些水生动物也使用这种方法。有三种方式可以在内受精后产生后代。在**卵生**中，受精卵在雌性体外产下并在那里发育，从作为卵子一部分的蛋黄中接受营养。这发生在大多数硬骨鱼、许多爬行动物、一些软骨鱼、大多数两栖动物、两种哺乳动物和所有鸟类中。爬行动物和昆虫产生坚韧的卵，而鸟类和海龟产生的卵壳中含有高浓度的碳酸钙，使它们变得坚硬。鸡蛋是第二种类型的例子。
内部受精
受精
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人类生殖解剖与配子发生
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人类生殖的激素控制
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受精与早期胚胎发育
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器官发生与脊椎动物形成
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人类妊娠和分娩
动物繁殖与发育
动物结构与功能
m63019
导言
m63021
生态学的范围
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生物地理学
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北极苔原位于亚北极北方森林的北部，遍布北半球的北极地区（[link]）。冬季平均气温为-34°C（-29.2°F），夏季平均气温为3°C至12°C（37°F-52°F）。北极苔原的植物生长季节非常短，约为10-12周。然而，在这段时间里，几乎有24小时的日光，植物生长迅速。北极苔原的年降水量非常低，降水量的年变化很小。而且，与北方森林一样，由于寒冷的温度，蒸发很少。
北极冻原
陆地生物群落
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水生生物群落
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关于全球气候变化的一个常见误解是，发生在特定地区的特定天气事件（例如，印第安纳州中部6月份非常凉爽的一周）是全球气候变化的证据。然而，6月份寒冷的一周是与天气相关的事件，而不是与气候相关的事件。这些误解往往是因为对气候和天气这两个术语的混淆而产生的。
气候和天气
科学家已经有了很久以前气候变化后果的地质证据。现代现象，如冰川消退和极地冰融化，导致海平面持续上升。与此同时，气候变化会对生物产生负面影响。
气候变化的记录结果：过去和现在
气候和全球气候变化的影响
生态学与生物圈
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导言
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虽然人口规模和密度描述了一个特定时间点的人口，但科学家必须使用人口统计学来研究人口的动态。人口统计学是对人口随时间变化的统计研究：出生率、死亡率和预期寿命。这些指标中的每一个，尤其是出生率，都可能受到上述人口特征的影响。例如，人口规模大会导致更高的出生率，因为存在更多潜在的生殖个体。相比之下，人口规模大也会导致更高的死亡率，因为竞争、疾病和废物的积累。类似地，更高的人口密度或聚集分散模式会导致个体之间更多潜在的生殖相遇，从而增加出生率。最后，由许多育龄人口组成的偏向女性的性别比例（男女比例）或年龄结构（特定年龄范围内人口成员的比例）会提高出生率。
人口统计学
人口统计学
m63029
所有生物体的生长、维持和繁殖都需要能量；与此同时，能量往往是决定生物体生存的主要限制因素。例如，植物通过光合作用从太阳获取能量，但必须消耗这些能量来生长、保持健康，并产生富含能量的种子来生产下一代。动物有额外的负担来使用它们的一些能量储备来获取食物。此外，一些动物必须消耗能量来照顾它们的后代。因此，所有物种都有能量预算：它们必须平衡能量摄入与新陈代谢、繁殖、父母照顾和能量储存（如熊为冬眠积累体脂）的能量使用。
生命史模式和能量预算
生命史与物竞天择
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人口增长的环境限制
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r和K选择理论虽然被接受了几十年，并被用于许多开创性的研究，但现在已经被重新考虑，许多种群生物学家已经放弃或修改了它。多年来，几项研究试图证实这一理论，但这些尝试基本上都失败了。许多物种被识别出来，但没有遵循该理论的预测。此外，该理论忽略了种群的年龄特定死亡率，科学家现在知道这一点非常重要。新的基于人口统计学的生活史进化模型已经开发出来，其中包含了r和K选择理论中的许多生态概念以及种群年龄结构和死亡率因素。
现代生活史理论
人口动态与调控
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人口增长
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群落生态学
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社会生物学是一门跨学科科学，最初由社会昆虫研究者E. O.威尔逊在20世纪70年代推广。威尔逊将这门科学定义为“群体生物学和进化理论对社会组织的延伸”[脚注]社会生物学的主旨是，动物和人类行为，包括攻击性和其他社会互动，几乎可以完全用遗传学和自然选择来解释。这门科学是有争议的；已故的斯蒂芬·杰伊·古尔德等著名科学家批评这种方法忽视了环境对行为的影响。这是遗传学与环境在决定有机体特征方面的作用的“先天与后天”辩论的另一个例子。

爱德华·威尔逊。*论人性*（1978年；代表。，剑桥：哈佛大学出版社，2004年），xx。
社会生物学
行为生物学：行为的近因和最终原因
人口与社区生态学
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导言
m63036
生态系统生态学
m63037
通过生态系统的能量流
m63040
生物地球化学循环
生态系统
m63047
导言
m63048
生物多样性危机
m63049
最后，有人认为，生活在生物多样性的世界中，人类在心理上会受益。这一观点的主要支持者是昆虫学家E·O·威尔逊。他认为，人类进化史让我们适应了生活在自然环境中，建筑环境会产生压力，影响人类的健康和福祉。对自然景观的心理再生益处进行了大量研究，表明这一假设可能有一定的道理。此外，还有一种道德论点认为，人类有责任尽可能少地伤害其他物种。
心理和道德价值
生物多样性对人类生活的重要性
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对生物多样性的威胁
m63051
保护生物多样性
保护生物学与生物多样性
生态学
m45849
元素周期表
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地质年代
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测量和公制