生物学 第2版

引用

Clark, M. A., Douglas, M., & Choi, J. (2018). Biology 2e (2nd ed.). OpenStax. Free official edition: https://openstax.org/details/books/biology-2e

章の要約

『Biology 2e』は、理系専攻者向けの2学期制の生物学入門課程のための OpenStax の教科書で、PDF で約1,440ページある。全47章は八つの単元にまとめられ、その後に三つの短い付録（周期表、地質年代、計量単位）が続く。序文はそのアプローチを、基礎研究と中核的概念を「進化の視点を通して」包括的に扱うものと説明している。どの章も同じ型に従う。写真を軸にした導入、学習目標で始まる番号つきの節、そして重要用語、節ごとの章末要約、Visual Connection 問題、復習問題、批判的思考問題である。繰り返し登場するコラムには Evolution Connection、Scientific Method Connection、Career Connection、Everyday Connection、Link to Learning がある。

第1章：生命の研究

冒頭の章は科学とその方法（帰納的推論と演繹的推論、仮説と理論、基礎科学と応用科学、査読つき論文）と、生物学の主題を紹介する。生物に共通する性質、原子から生物圏に至る組織化の階層、そして多様性の源としての進化である。

第2～3章：生命の化学的基盤／生体高分子

第1単元は化学を提供する。第2章は原子、同位体、イオンと化学結合、水の性質、pH と緩衝液、炭素の化学を扱う。第3章は単量体が重合体をつくる仕組みを扱い、続いて炭水化物、脂質、タンパク質（四つの構造レベルを含む）、核酸を順に取り上げる。

第4～5章：細胞の構造／細胞膜の構造と機能

第2単元は顕微鏡観察と細胞説、原核細胞と真核細胞、内膜系、細胞骨格、細胞間の結合から始まる。第5章は膜の流動モザイクモデルを示し、続いて受動輸送、能動輸送、バルク輸送を扱う。

第6～8章：代謝／細胞呼吸／光合成

エネルギーを扱う三つの章。第6章は自由エネルギーと活性化エネルギー、熱力学の法則、ATP、酵素を導入する。第7章は解糖、ピルビン酸の酸化とクエン酸回路、酸化的リン酸化、発酵をたどり、続いて炭水化物・タンパク質・脂質の代謝のつながりと呼吸の調節を扱う。第8章は光依存反応とカルビン回路を扱う。

第9～10章：細胞間の情報伝達／細胞の増殖

第9章はシグナル分子と受容体、セカンドメッセンジャーとリン酸化によるシグナルの伝播、細胞の応答、単細胞生物におけるシグナル伝達を扱う。第10章は細胞周期とその制御、その制御の破綻としてのがん、原核生物の細胞分裂を扱う。

第11～13章：減数分裂と有性生殖／メンデルの実験と遺伝／遺伝についての現代的理解

第3単元は減数分裂と多様な有性生活環から始まる。第12章はメンデルの実験を確率、形質、遺伝の法則とともに再構成する。第13章は染色体説、組換え頻度を用いて連鎖する遺伝子の地図を作ったスターテヴァントの方法、そして染色体の数と構造の異常による遺伝性疾患を紹介する。

第14～17章：DNA の構造と機能／遺伝子とタンパク質／遺伝子発現／バイオテクノロジーとゲノミクス

本書の分子生物学の中核部分。第14章は DNA を同定した歴史的実験から、その構造、塩基配列決定、原核生物と真核生物における複製、修復までを扱う。第15章は遺伝暗号、転写、RNA プロセシング、翻訳を扱う。第16章は原核生物における遺伝子発現調節と、真核生物における段階ごとの調節（エピジェネティック、転写、転写後、翻訳）を説明し、遺伝子調節の病気としてのがんで締めくくる。第17章は実験技術（ゲル電気泳動、PCR、ブロッティング、クローニング）、ゲノム地図作成、全ゲノム配列決定、ゲノミクスとプロテオミクスの応用を扱う。

第18～20章：進化と種の起源／集団の進化／系統と生命の歴史

第4単元は、自然選択による進化とその証拠、種分化とその速度、集団遺伝学（ハーディ・ワインベルグ平衡、対立遺伝子頻度を変える力、適応進化）、そして形態データと分子データからの系統の再構成を扱い、遺伝子の水平伝播がもたらす難しさにも触れる。

第21～24章：ウイルス／原核生物：細菌と古細菌／原生生物／菌類

第5単元は生物多様性を概観する。ウイルス（構造、感染、予防と治療、プリオンとウイロイド）から始まり、細菌と古細菌（多様性、構造、代謝、ヒトの細菌性疾患、有益な原核生物）、真核生物の起源と原生生物の諸グループ、そして生態と人間にとっての重要性を含む菌類へと進む。

第25～26章：種子をつくらない植物／種子植物

緑藻からコケ植物、種子をつくらない維管束植物に至る陸上植物の進化、次いで裸子植物と被子植物、そして生態系と人間生活における種子植物の役割を扱う。

第27～29章：動物の多様性入門／無脊椎動物／脊椎動物

動物の分類に用いられる特徴と動物の系統、次に上門（冠輪動物、脱皮動物、後口動物）ごとに整理された無脊椎動物の諸門、そして魚類から哺乳類までの脊椎動物を扱い、霊長類の進化で終わる。

第30～32章：植物の形態と生理／土壌と植物の栄養／植物の生殖

第6単元は植物体（茎、根、葉）、水と溶質の輸送、植物の感覚と応答、植物の栄養と土壌、そして植物の有性生殖と無性生殖を扱う。

第33～43章：動物の構造と機能

第7単元は最も長い単元である。第33章が動物の形態、四つの一次組織、ホメオスタシスを導入し、続いて栄養と消化（34）、神経系（35）、感覚系（36）、内分泌系（37）、筋骨格系（38）、呼吸系（39）、循環系（40）、浸透圧調節と排出（41）、免疫系（42）、動物の生殖と発生（43）の各章が並ぶ。原則として比較の観点に立つが、序文が述べるとおり、ヒトの解剖学と生理学に焦点を保っている。

第44～47章：生態学と生物圏／個体群と群集の生態学／生態系／保全生物学と生物多様性

第8単元は、生物地理学、バイオーム、気候変動（44）から、個体群の人口統計、生活史、人口増加、群集生態学、行動生物学（45）を経て、エネルギーの流れと生物地球化学的循環（46）に進み、最後に生物多様性の危機、生物多様性への脅威とその保全（47）を扱う。

主要概念

第1～2単元：化学と細胞（第1～10章）

• 組織化の階層：生命は原子や分子から、細胞、個体、個体群、群集、生態系、生物圏へと階層的に組織されている。
• 生体高分子の構造と機能：炭水化物、脂質、タンパク質、核酸は単量体からつくられる。タンパク質では形が機能を決める。
• 流動モザイクモデル：膜を、輸送を制御する可動性のタンパク質が埋め込まれたリン脂質二重層として捉えるモデル。
• 自由エネルギーと酵素：反応は自由エネルギーを放出または消費する。酵素は活性化エネルギーを下げる。
• 細胞呼吸と光合成：エネルギーを取り込み、放出する相補的な経路で、ATP と電子伝達体で結ばれている。
• シグナル伝達：受容体で受け取られたシグナルがセカンドメッセンジャーによって細胞の応答へと中継される過程。

第3単元：遺伝学（第11～17章）

• メンデル遺伝と連鎖：分離と独立の法則、そして染色体上で近接する遺伝子によるその修正。
• セントラルドグマ：DNA は複製され、RNA に転写され、RNA はタンパク質に翻訳される。
• 遺伝子調節の段階：真核生物では、クロマチンから転写と RNA プロセシングを経て、翻訳とタンパク質修飾に至るまでの各段階で発現が制御される。
• ゲノミクス：地図作成と配列決定によるゲノム全体の研究。

第4～5単元：進化と多様性（第18～29章）

• 自然選択と種分化：集団の適応と、生殖隔離による新しい種の起源。
• ハーディ・ワインベルグ平衡：対立遺伝子頻度の進化的変化を検出するための帰無モデル。
• 系統：相同な形質と分子データから推定される進化的関係。
• 三ドメイン：分子的証拠に基づく、細菌、古細菌、真核生物への生物の区分。

第6～8単元：生物個体と生態学（第30～47章）

• 植物の輸送：木部と師部を通る水と溶質の移動。
• ホメオスタシス：動物の器官系が設定値のまわりで内部環境を動的に維持すること。
• 自然免疫と獲得免疫：非特異的な防御と、記憶を形成する特異的な応答。
• 個体群の成長と環境収容力：指数的成長とロジスティック成長、そして環境が課す限界。
• エネルギーの流れと生物地球化学的循環：エネルギーが生態系を通過し、物質が生態系内を循環するしくみ。

批判的分析

長所

• 網羅的で無料。 化学から保全までの理系専攻課程の全範囲を、オープンライセンス（CC BY-NC-SA 4.0）の一冊でカバーしており、ウェブ版と PDF で無料で利用できる。教員は学生に負担をかけずに章を並べ替えたり省いたりできる。
• 一貫した、学習しやすい構成。 どの章も同じ道具立てを備えている。各節の学習目標、重要用語、節ごとの要約、三段階の問題である。序文によれば第2版では350問以上の復習問題と批判的思考問題が追加された。奇数番号の問題の解答は、別冊の解答集で学生も利用できる。
• 過程としての科学。 第1章は科学的方法を示し、Scientific Method Connection のコラムは実験を順を追って説明する（序文の例には、細胞周期の各段階に要する時間の測定や独立の法則の検証がある）。いくつかの章、とくに第12～14章は、内容を確立した歴史的実験から組み立てられている。
• 生物個体の生物学の幅。 多くの短い入門書と違い、植物の構造と機能（第30～32章）と、器官系ごとの動物生理学（第33～43章）にそれぞれ一単元をあて、無脊椎動物の多様性もかなり詳しく扱う。

短所

• 非常に長い。 47章、1,400ページを超え、2学期分をはるかに超える内容がある。独学の学生には、何を飛ばすかの計画が必要である。
• 改訂にむらがある。 序文によれば、第2版は章の再編成を行わず「節レベルでのごく限定的な変更」にとどめた。約20章は全面的に改訂され、約15章は主に読みやすさのために改訂された。表現の甘さが残っている箇所もある。たとえば第18章の要約は、進化を「より望ましい特徴」が次の世代に伝わることを可能にするものと述べている。これは、同じ単元が戒めている目的論的な誤解を助長しかねない表現である。
• 米国中心の事例と古い土台。 各章の導入はアメリカの事例に大きく依拠している（イリノイ州の河川のアジアン・カープ、1993年の米国南西部でのハンタウイルスの流行、チェサピーク湾など）。本書の構成は2012年の初版にさかのぼるため、ゲノミクスのような変化の速い分野は最新の情報源で補う必要がありうる。
• 補助教材の一部は制限つき。 偶数番号の問題の解答やその他の教員用資料には、認証された教員アカウントが必要である。

コースにおける位置づけ

『Biology 2e』は、このコースでは商業出版の主要な専攻者向け教科書と並ぶ位置にある。『Campbell Biology』は標準的な包括的入門書で、基本的に同じ範囲を扱う。サダヴァらの『Life: The Science of Biology』とフリーマンの『Biological Science』は、実験と探究をより重視した包括的入門書である。いずれも章ごとに『Biology 2e』の代わりにも補完にもなる。より軽いテキストが必要な学生には、OpenStax 自身の『Concepts of Biology』が非専攻者向けに同じテーマを21章で扱っている。その章のいくつかは同じ素材から翻案されているので、難しいテーマを穏やかに最初に読む本として使える。

コースの中の2冊は、範囲を広げるのではなく、さらに深く進む。ロディッシュらの『Molecular Cell Biology』は、第2～3単元の細胞と分子の内容を、各モデルの背後にある実験に基づいて研究レベルの深さまで扱う。マイロとフィリップスの『Cell Biology by the Numbers』は定量的な見積もりを通じて細胞生物学を教える本で、第4～10章を読み終えて、どれくらいの大きさか、どれくらいの数か、どれくらいの速さかを知りたくなった学生のよい伴走者になる。どちらも1年目の学習の代わりではなく、その後の自然な次の段階である。

本書の使い方

本書は理系専攻の1年生向けに書かれている。高校の生物と化学で十分であり、必要な化学は第2章で復習でき、付録には周期表、地質年代、計量単位がある。

2学期制の課程のための実践的な計画：

• 第1学期（中核）： 第1～20章。化学、細胞、エネルギー、遺伝学、分子生物学、進化。第6～8章と第14～16章は最も難しく、最も時間をかける価値がある。
• 第2学期（選択）： 第5単元の多様性（第21～29章）、次に植物の単元（30～32）か動物生理学の単元（33～43）、あるいは両方からの抜粋、そして生態学の単元（44～47）。これら27章をすべて扱える授業はほとんどない。
• 発展的な深さ（任意）： 第9章（細胞間の情報伝達）、第17章（バイオテクノロジー）、第28章の無脊椎動物の詳細な節、第45章の行動生物学の節は、省くか発展的な読書として課すことができる。

各節では、まず学習目標を読み、読んだ後に章末要約と照らし合わせて確認する。Visual Connection 問題は図を目の前に置いて解く。これは図を読み取れるかどうかを試すもので、試験でもよく求められる力である。学生用解答集の奇数番号の解答で答え合わせをする。Link to Learning のアニメーションは、電子伝達系、減数分裂、活動電位のように紙の上では思い描きにくい過程にとくに役立つ。

版と出典

本ガイドは Biology 2e（第2版、初版刊行2018年。主要執筆者は Mary Ann Clark、Matthew Douglas、Jung Choi）に基づき、OpenStax の書籍ページ https://openstax.org/details/books/biology-2e からリンクされた無料の公式 PDF（2025年7月最終更新、CC BY-NC-SA 4.0 ライセンス）で読んだ。序文（範囲、第2版での変更、教授法と特色）、目次全体、そして全47章について章の導入、すべての節見出し、節ごとの章末要約を参照し、第1章、第13章、第18～20章、第45章はより詳しく読んだ。