圖解遺傳學

　　遺傳學為研究生物遺傳變異現象及其規律的科學，它是現代生物學的重要學科，也是現代農業科學中，種植資源保育與開發利用、篩選育種與優質培養的重要理論基礎。

　　本書採用圖解方式，深入淺出、循序漸進的方式與通俗易懂的文字，整體而系統地介紹了遺傳學的基本理論、方法與技術。

　　本書凸顯重點，將理論與實務有效整合，內容精簡扼要。適合做為生命科學之通識課程教材。

本書特色

　　★完整介紹遺傳學的各種研究成果與最新發展趨勢。

　　★本書巧妙地將每一個單元分為兩頁，一頁文一頁圖，左右兩頁互為參照化、互補化與系統化，將文字、圖表等生動活潑的視覺元素加以有效整合。

作者簡介

馮兆康

　　現任：弘光科技大學健康事業管理系教授
　　學歷：臺灣大學公共衛生研究所醫務組碩士
　　著作：實用生物統計學（新文京出版社，2005）
　　　　　生物統計學（威仕曼出版社，2006）

黃介辰

　　現任：國立中興大學生命科學系教授
　　學歷：日本國立東京工業大學化學環境工學博士

張一岑

　　現任：國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系教授
　　學歷：美國肯塔基大學化學博士
　　著作：人因工程學（揚智出版社，1998）
　　　　　防火與防爆（揚智出版社，1999）
　　　　　化工製程安全管理（揚智出版社，1996）
　　　　　化工製程安全設計（揚智出版社，1996）

第 1 章　細胞：生命的基本單位

細胞是包含了全部的生命資訊和呈現生命所有基本特色的獨立生命單位。各種細胞雖然具有極其複雜又不斷地變化的化學架構，但不同細胞的基本化學成分是相類似的。地球上的生物具有多樣性，各式各樣的生物都具有一個共同點，即所有的生物都是由細胞（cell）所組成的。

1-1　微觀世界的利器：觀察與描述

觀察與描述是研究生命現象的最基本方法。觀察可以是針對大尺度的生態行為來進行，也可以是對生命的細小部分，藉助於儀器（如顯微鏡）來完成，可以對生命的活體過程加以觀察（例如：胚胎發育的過程），也可以將生命殺死，並運用特定的方法（例如染色、同位素標記）顯示生命的瞬間結構和物理狀態，此種觀察的結果，往往要經過資料的分析或者再處理，才能得到對生命真實過程的瞭解，例如對生態取樣記錄的統計學處理，或是對形態觀察的 3D 立體建構和時間連續分布等。人們對生命現象的認識大部分來自於觀察，例如物種的生態分布和地域、季節的遷
移、胚胎的發育過程、細胞分裂時的染色體行為變化、細胞的超微結構等等。

1-2　生命形態結構的單位：細胞

細胞（cell）是包含了全部的生命資訊和呈現生命所有基本特色的獨立生命單位。主要包括下列的功能：

(l)遺傳資訊的複製、維持和表現系統。其功能是將已有的結構和進行的特徵加以維持，並依照這些資訊來進行複製，以獲得更多相同的結構。這個資訊不僅包括遺傳物質 DNA 的複製、轉錄、表現與修復，同時也包含了細胞膜及一些蛋白質，將已有的結構資訊來裝配新物質。

(2)新陳代謝系統。其包含了所有的物質、能量與資訊的吸收、轉換等一切代謝的行為，主要的功能多為利用物質代謝與資訊代謝來維持生命高度有序的結構。

(3)除了上述兩種系統之外，它們構成維持生命的結構有序性系統，例如細胞骨架系統等。

細胞可分為原核細胞和真核細胞兩大類，它們內部的差異十分懸殊，並缺少中間的過渡類型。原核細胞在 35 億年前就出現了，而真核細胞則是 17 億年前或者更早出現的。傳統的看法認為真核細胞是由原核細胞進化而來的。

它們又是如何進化的呢？現在有兩種觀點：漸進式進化和內共生假說。內共生假說認為真核細胞是一種複合體，它是若干原核細胞與真核細胞祖先的胞質共生結果。此種觀點至少得到一些分子生物學研究結果的支持，發現真核細胞中胞器 DNA 與原核細胞 DNA 序列相似，漸進式進化則主張原核細胞到真核細胞是一種漸進直接進化過程，然而根據分子分類的研究結果，卻認為真核細胞、原核細胞與古細菌細胞同屬於由共同祖先平行進化而來的種類。孰是孰非，現在尚無定論。

真核細胞除了細胞膜之外，還存在著特有的分隔內膜系統，它包含了核膜、內質網膜、高爾基體膜、以及粒線體、葉綠體、微體和溶酶體膜等。這些內膜表面所含的成分及其專一性均有別於細胞膜。雖然由於細胞膜的分隔，造成了各個內膜結構都執行著各自的特殊功能，但是它們在細胞內卻是以連續、統一的整體，共同維持著生命的運轉。也就是內膜系統的出現，使生命系統重現了分隔化、組織化、有序化與個性化。

內共生假說較能理想地解釋葉綠體（可能來源於藍綠藻）和粒線體（可能來源於紫細菌）的起源，但是它卻難以解釋細胞核與其他胞器的起源，而膜漸近式演化理論：膜的分化、分隔導致代謝分隔，卻能較好地加以解釋。一般認為內膜系統是細胞膜內陷特化的結果。

然而細胞膜結構又是如何發生的？奧巴林和褔克斯學說都認為生命化學分子可以自發地形成團聚體膜或微球體雙層膜。但是現在有人認為細胞膜和某些生命體結構，不可能由純粹的成分，在自然情況下自發地組成。在化學演化的過程中，由於地球上所存在的分子，以有序排列的方式形成模板，而大大減少了由胺基酸合成多肽的隨機性，故十分有利於生命分子的化學演化。因此有人推測，必須有一些預先存在的結構，生命化學分子才可以將此組裝為有序的生命架構。

知識補充站

現代生物學研究還發現某些藍綠藻結構、胞器和生物膜也可以傅遞部分的遺傳資訊。

這些預先存在結構中所包含的資訊，即稱為先存結構資訊（pre-existed structural messages）。人們推測，此種資訊在遺傳資訊總量中，可能只占有很小的比例，而維持生命結構與功能的絕大多數資訊，還是以 DNA 的形式存在。