自然学科背景知识.doc

自然学科的文章按照数量的多少，主要有生物学biology天文学astronomy，地质学geology，环境科学environmental science，地球科学earth sciences，还有少量的物理、化学、古生物学等等。生物学biology托福听力文章中，主要涉及到的动物都是脊椎动物。介绍下脊椎动物的分类：鱼类（fish）：这个就不用详细介绍了，大家都明白。但是特别提示，鲸类（whale）不是鱼！托福中经常会讨论鲸类。鱼类是产卵的。两栖动物（amphibians）：包括蛙（frog），蟾蜍(toad，综合写作中出现过)，蝾螈（salamander/ newt，前一个词经常出现，这个词查词典也许会告诉你是“火蜥蜴”，但是它不是蜥蜴！）。两栖动物是产卵的。蛙和蟾小的时候叫蝌蚪（tadpole）。爬行动物（reptiles）：包括蛇和蟒（snake/ python，TPO听力中出现过），龟（turtle）和蜥蜴（lizard）。爬行动物是生蛋的。恐龙（dinosaur）也是爬行类！（大家在电影中和博物馆中都见过恐龙蛋吧）鸟类（bird）：这个也不用解释了。企鹅（penguin），鸵鸟（ostrich），鸸鹋（emu）和几维鸟（kiwi）都是鸟。鸟类是生蛋的。有一种理论认为鸟类是恐龙进化来的。哺乳类（mammal）：剩下的就是哺乳类了。哺乳动物是胎生的。鲸类（whale）属于哺乳类。海洋哺乳动物是托福很喜欢的一个话题，最常见的大概有海豚(dolphin)，鲸（whale），海豹（seal）。蝙蝠（bat）属于哺乳类。另外一个很常见的词是灵长类（primate），也属于哺乳类。灵长类中常出现的有大猩猩（gorilla，King Kong就是一只gorilla），黑猩猩（chimpanzee），狒狒（baboon），猴子（monkey；恒河猴Rhesus Macacus是一种重要的猴子，在许多心理学实验中用到，能认识一下也是好的，知道是猴子就行了）。有袋动物（marsupial）也属于哺乳类，分布于大洋洲许多陆地（讲到澳大利亚的动物很有可能会讲到它们）。再补充几个海洋哺乳动物的词吧：逆戟鲸/虎鲸killer whale；抹香鲸sperm whale；蓝鲸sulphur-bottom Whale；须鲸（Baleen whale/whalebone whale，一类没有牙齿的鲸），齿鲸（toothed whale，一类有牙齿的鲸）。OG上有一篇阅读就讲到了它们。进化论现代生物学最基本最重要的理论根基之一就是进化论，想要深入理解生物学，首先要理解进化论。进化论的中心思想就是：自然情况下，生物会产生各种各样的变异（什么样的变异出现是完全随机的）。根据不同的环境，有些变异占优势了就留下来了，有些变异不合适就挂掉了。这些变异不仅可以是外貌，还可以是行为（回忆一下有一个听力讲到鸟类保护雏鸟，会在猎食者出现的时候故意装作翅膀折断，扮成easy food引开猎食者然后飞走；以及TPO18 lecture4中一种蛙过冬的时候把自己冻住，然后春天再慢慢融化；这些都是行为的例子）。托福听力中考到了大量的行为学话题，尤其是动物生活的环境与其行为和生活史之间的联系。总的来说，动物的生存中极为重要的三件事情就是觅食，交配和逃避敌害。觅食保障生存，交配并成功留下后代保证个体的基因能传递下去，而在进行这两个活动的时候都会有被其他动物捕食的危险，所以逃避敌害在可以保证动物至少存活到成功繁育后代。也就是说，动物们的活动总是存在一个矛盾：如果一直留在某个安全的地方，就完全不会有被捕食的风险，但是确定一定以及肯定早晚会在那儿饿死，以及遇到配偶的可能性很小；如果一直在四处活动，寻觅食物或者配偶，那么被捕食的风险就相当大，可能还没找到吃的或者伴侣就先成了别人的盘中餐。在这个问题上，动物们往往会非常聪明，采用不同的策略来优化自己的行为。这是托福非常喜欢考的一个点，这个点也的确内容丰富且十分有趣。所以面对这类文章，总的原则是：动物的终极目的是要多吃，多交配，减少风险；在活动中要保证最后的能量是净增长的。试想如果找食物和逃避敌害花费的能量比最后吃掉食物收获的能量还要大，那就太亏了，早晚得累死，还不如趴着不动死的慢些。（TPO8 lecture1，TPO16 lecture3，TPO24 lecture1）为了方便省力地逃避敌害，很多动物还发明了各种伪装和其他旁门左道（乌贼喷墨，臭鼬放屁什么的）。这个部分花样太多无法总结，大概有拟态mimicry/ mimetism，就是模仿其他动物的长相或者行为，让捕食者害怕或者觉得这不是什么好吃的；保护色protective color，让动物和环境融为一体很难被捕食者看出来（TPO16 lecture3告诉我们不仅可以有颜色，还可以有质感）；放烟幕弹，比如喷墨啦放屁啦什么的。繁殖是一件相当耗费能量的事情（很多动物一旦繁殖完就挂了），一旦繁殖已经完成，誓死捍卫这个结果就非常重要了。只要保护幼崽花费的能量比重新繁殖一次少（况且重新繁殖一次有的时候是不可能的），动物就会拼死保护幼崽。其策略也有很多。（TPO11 lecture1）同时，动物在繁殖的时候，食物是个非常重要的决定因素。也就是说，在食物充足的时候出生的幼崽更有希望存活下去。所以这就是为什么很多动物都在春天的时候交配，在春天交配之后，幼崽会在夏天孵化/出生，夏天往往食物丰富，所以幼崽可以迅速地长大，越长大越不容易被捕食或因其他原因死亡（或者，对于某些迁徙的鸟类，到了秋天雏鸟就可以跟随亲鸟迁徙了）。抓住夏天的机会疯长之后，秋天和冬天食物短缺，气温低，只有最强壮的那些幼崽会活下来。所以，受到食物制约越严重的动物，越倾向于在春天交配和繁殖；有些动物受到食物的制约不严重，那么全年都可以繁殖，比如人类。例如TPO1第四篇lecture。植物听力中涉及到植物的文章也很多。总的来说，植物们由六大部分组成：根root，茎stem，叶leaf，花flower，果实fruit/种子seed。根吸收水分和营养，茎负责运输和支撑植物形态，叶主要进行光合作用提供能量（“能量energy”和“营养nutrient”不一定是相同的概念），花是植物的生殖器官（形态各异，不一定有香味，不一定长得漂亮），果实和种子就是植物的后代了。与动物相比，植物的活动大大收到限制。植物们为了扩大占领地，比较多的是通过把自己的花粉或者种子扩散出去。帮助扩散的可能有风，水，昆虫，动物等等等等，相应地，利用进化论的思想，用风传播种子或者花粉的植物，产生花粉的量大，种子轻或者有像蒲公英一样的小伞/小翅膀；用水的需要生长在水边，种子或花粉飘在水上；用昆虫的需要有鲜艳的花朵，浓烈的气味（香或者臭），甚至花蜜来招徕昆虫（花蜜就是提供食物，趁昆虫吃花蜜的时候花粉就会粘在它们身上，再飞到下一朵花的时候就完成传粉了）；用动物的往往有果实，动物吃了果肉就会把核带到别处；或者像苍耳一样长小钩子挂在动物的皮毛上。微生物这部分好像主要涉及到极端生境。生物要生存，对环境很挑剔。我们之前觉得高压高温的海底，低压低温的山顶，及低温的极地这样极端的环境下不会有生物生存，但是微生物可以在那儿生存。并且微生物可以利用各种奇葩的“食物”。 环境生物和生境之间的关系也是托福爱考的一个话题（TPO8 lecture1）涉及到了。一般来说，只要环境变了，首先是不适应新环境的动物挂了，并且新环境会吸引喜欢这个环境的动物。如果变化很缓和而且时间足够长，而且原来的那些动物们无处可逃，那么他们会慢慢地发生生理和行为上的变化，以适应这个新环境。很多古生物学文章谈到这个，以及TPO13 lecture2。而且在生态系统中，这样的变化往往牵一发而动全身，所以是一个连锁反应。听文章的时候一定要注意理清之间的逻辑关系，大多都是因果关系，谁因谁果，什么变化造成什么影响一定要弄清楚，时间先后顺序也很重要。对于每一种生境，生物为了适应环境也会有各种各样生理和行为上的策略。做这样的文章，建议理清环境和生物之间的关系，即每一种环境因素会给生存带来什么样的困难，那么文章所讨论的这种生物是采取什么样的方法来应对的。物种灭绝（extinction）考的似乎不太多，但是很多古生物学文章中都有涉及。我印象中有一个小作文讲到了恐龙灭绝的几种假说。一般物种灭绝大多考的是急性的，大概原因就是突然的剧烈的环境变化：没氧气了，没水了，没光了，没食物了，中毒了等等。或者繁殖过程出了问题，突然因为某种原因无法产生后代或者只能产生少量的后代了，于是成体死掉以后也就差不多灭绝了。生物的种群保持稳定都需要一个最少的个体数量，如果数量少于这个值，那么环境再完美，种群的数量还是会不断下降直到灭绝。细胞和分子生物是由细胞（cell）组成的，这个已经是不争的事实了。貌似没有见到过考细胞结构的。DNA是一种核酸，DNA记录着生物所有的遗传信息。在鉴定亲缘关系进化历史等等的时候会提到DNA，一般的观点是使用DNA的技术往往会更加精准有说服力（但是不一定，答题要以文章的态度为准）。况且，ETS最喜欢的就是整两个不同的观点比较来比较去了。（TPO8 lecture1，TPO21 lecture3）很长的DNA组成染色体（chromosome），每个物种染色体的数目是一定的，不同物种之间往往不同。之前说到DNA是记录遗传信息，但是DNA记录的信息还需要表达，表达出来的结果不一定和原始信息一样。所以生物们最终是个什么样儿，是DNA记录的信息和表达过程共同作用的结果。TPO12 lecture1讲到端粒telomere，这个我个人觉得非常罕见，而且文章解释的够清楚。所以更多地关于分子生物学就不细讲了。一般这一类话题艰深的文章，叙述反而会很形象清晰，所以并不一定就是难文章。化学和物理Chemistry经常提到的是物质的结构。质子proton带正电，中子neutron不带电，质子和中子一同构成带正电的原子核（atomic nucleus，nucleus也可，但是这个词同时有细胞核的意思；有的时候kernel这个词也指代原子核），原子核加上带负电的电子electron就构成原子atom。原子们可以构成分子molecule。除此之外，还有阳离子ion，阴离子anion，出现的很少，所以要熟悉一下它们的读音，不然真的遇到了可能一下子反应不过来。一个原子到底是什么元素的原子，是由质子的数量决定的。相同质子数目的原子就是同一种元素，但是质子相同中子数可能不同，这些都成为同位素isotope。有些同位素会发生衰变decay，衰变之后会失去原子的一部分而发生变化。能发生衰变的东西被称为有“放射性radiation”。衰变有个很有意思的特征，就是一定量的某种物质，衰变到只剩下一半的时间是一定的，这个时间叫做半衰期half life。因此，知道这个物质原来的量和剩下的量，知道其半衰期，我们就能知道它衰变了多长时间。半衰期长短不一，短到眨眼的一瞬间，长到几十个世纪，所以半衰期很长的物质可以用来进行考古测定。元素周期表periodic table (of elemens)，是按照原子的质子数从小到大排布的表，有了这个表我们不仅可以把已经发现的元素对号入座，而且如果表中间有空缺，还可以预言新元素。因为周期表中的行和列的元素其理化性质都有一些规律，我们甚至可以预言新元素的许多特性。（TPO8 lecture4）常见的化学元素：碳carbon，氢hydrogen，氧oxygen，氮nitrogen，硫sulfur，磷phosphorus，钠sodium，钾potassium，镁magnesium，铁iron，铝aluminum，锌zinc，铜copper（黄铜）bronze（青铜），镍nickel（这个词常作镍币的意思，是五分钱），银silver（也有银色的意思）。常见的化合物：乙醇ethanol（俗称酒精时是alcohol，多指饮料），乙醇可以做溶剂用，也可以做燃料，因为燃烧以后只产生水和二氧化碳，不产生有害气体，所以是一种清洁能源。可能在环境科学的文章里面讲到新能源的时候提到。甲烷methane也是一种燃料，同时是一种温室气体。就是俗称沼气的东西。碳水化合物carbohydrate：多在说食物的时候提到，当然别的情况下也有可能。泛指含碳氢氧的物质，我们吃的淀粉类的食物（米饭啊面包啊什么的，土豆也算）。二氧化碳carbon dioxide：气体，环境科学和地球科学里面提到很多，地质的文章里面也有。二氧化碳能溶于水形成碳酸carbonic acid。碳酸盐是carbonate。Dioxide就是二氧化物，前面加一个词，就是二氧化X。例如二氧化硫sulfur dioxide。二氧化硫sulfur dioxide：气体，是酸雨acid rain的主要罪魁祸首。因为二氧化硫溶于水能形成亚硫酸sulphurous acid（跟硫酸sulphuric acid差不多，也是一种酸），有硫化物存在的时候也容易形成硫酸。Sulfate是硫酸盐，和dioxide一样，前面再加一个词就是硫酸X，例如zinc sulfate硫酸锌。这两类词在地质中也有可能出现的，因为他们溶于水形成酸以后会腐蚀岩石形成岩洞，TPO中就有一篇文章讲到了。酸acid：酸类的总称。跟碱alkali相对。TPO里面有不止一篇听力文章讲到了光谱spectrum。光谱，顾名思义，就是一张光的图谱，按照波长排列。光是一种电磁波，并不是所有的光都能被我们看到的，人眼能看到的那一部分叫做可见光，比可见光波长更短的和更长的电磁波还有很多很多。例如，比可见光的波长稍短的叫做紫外线ultra violet/UV，因为紫色是可见光中波长最短的，再短就到了紫色范围的外面。同理，比红色波长更长的叫做红外线Infrared /IR。光谱有各种各样神奇的应用，可以告诉我们发生在我们无法涉足的地方的事情。TPO中见到比较多的是鉴定元素，在化学和天文中都有提到（TPO3 lecture4，）。天文学TPO中涉及到了很多类天体：恒星star，像太阳一样发光发热，内部发生着热核反应，向四周辐射能量。行星planet，像地球一样，行星们绕着恒星公转revolution，同时自身也会自转rotation。绕着行星公转的是行星的卫星satellite，就像我们的月亮moon。行星可以有也可以没有卫星，可以有一个也可以有很多个卫星，卫星不一定比行星小。彗星comet，也会绕着太阳转，主要是由固态水和尘埃组成的，在靠近太阳的时候其中冰冻的物质汽化就会有一条长长的闪亮的尾巴。小行星asteroid， 流星体meteoroid（流星meteor，陨星/陨石/陨铁meteorites）是各种较小的碎片，具体的区别和联系在TPO13 lecture4中。太阳系一共有八大行星（冥王星pluto不算）。根据距离太阳的距离，依次为水星Mercury，金星Venus，地球Earth，火星Mars，木星Jupiter，土星Saturn，天王星Uranus，海王星Neptune。它们之间的距离有TPO2 lecture4提到的规律，据说是一个数学家无意之中发现的。同时这篇文章提到一个小行星带，认为在那个位置上本应有颗行星，可是被击碎了。在这些行星中，前四个（水星，金星，地球，火星）是岩质行星，称为类地行星terrestrial planets，也就是说它们像地球一样由岩石和各种金属组成；从木星开始后面的都是气体行星，称为类木行星gas giants。历史上人们曾经认为地球是宇宙的中心，太阳东升西落，星星们也绕着地球旋转。由于许多太阳系行星的轨道都比地球大，所以人们观察的时候就发现，有些行星在一年中并不是一直绕着地球转的，有的时候会出现倒退的现象。为了维持地心说geocentric theory，当时的一些天文学家就提出了解释，认为这些行星的轨道是大圈上面套小圈，弄得很复杂，甚至有些现象根本不能解释。后来日心说heliocentric theory问世以后这些问题就迎刃而解了（TPO21 lecture1）。水星和金星都很热，离太阳近。水星向着太阳的一面和阴暗的一面温差很大，而金星上有很厚且致密的大气，富含二氧化碳，表面气压高，所以金星两面的温差不大。因为金星的大气难以穿透光线，人类直到几十年前才开始逐渐了解金星的表面。火星和地球很像，现在人们怀疑火星上有地下水，并且认为火星表面有河流的遗迹。（TPO22 lecture2，TPO24 lecture4）许多的星星在一起组成星系galaxy。我们的银河系叫做Milky Galaxy，银河就是Milky Way，因为希腊神话中银河是一个神在婴儿时期吐奶形成的。天文学上常用的距离单位是光年light year，这是一个长度单位而非时间单位，就是光走一年的距离。大家有兴趣可以用光速乘以一年的时间来把它换算成米或千米。某星系距离我们X光年，那我们现在看到的就是它X年前的样子。这个X可能是几十，几百，几千本来还打算介绍一下地球上的四季变化和斗转星移，但是更多关于天文学的知识很多很杂，有些还需要图，实在不方便一一介绍。这里推荐两个天文学科普的豆瓣小站，大家备考的间隙可以看看放松一下，同时积累相关的知识：地质地质学的文章往往逻辑链很长，而且逻辑非常重要。类似于古生物学的文章，地质学所研究的很多问题都是很久远的过去，所以我们无法用长期观察或者实验的方式还原我们所研究的问题，因而推断就显得尤为重要。做地质学的文章，建议在做笔记的时候除了记下文字信息，用画图的方式记下逻辑关系也非常关键。大家在做地质学文章的时候，可以练习一边听一边把文章的内容用画草图的方式记下来，然后再根据自己的笔记复述所记录的内容。反复练习直到确保自己记下的和原文一致。并且，由于过程复杂，地质学的文章往往还会考细节题。不过好在一般只要把文章听懂了，各个名词之间的关系能准确完整地记下来，细节题应该不难。TPO1 lecture2，TPO4 lecture3和TPO7 lecture4