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生物體的組成

建築物構成的單元有樑、柱、屋頂、樓梯……等許多不可或缺的要素,才可以建構出一棟完整的建築。那你可知道,生物體是怎麼組成的嗎?透過哪些”單位”才能組成一個完整的生物體呢?

2021-09-24
by 江奕緯 博士

生物的組成來自於細胞,細胞是構成生物體的最小功能單位。生物體的構造有簡單也有複雜,僅僅用一個細胞構成的生物,稱之為單細胞生物,這樣的生物,其細胞並未分化,細胞具有多項功能,一個細胞就可以呈現所有生命的現象,如草履蟲。而大部分的生物體,都是透過許多不同的特化細胞所構成,則稱之為多細胞生物,多細胞生物透過不同的細胞擁有不同的功能,藉由細胞的分工合作來達到生物體表現生命的徵象,如同一般的動、植物皆是如此。

但是,動物跟植物的組成層次又有些微的不同。動物的組成從簡單到複雜,可分為細胞、組織、器官、系統以及個體,而植物則是沒有系統這個分類,分為細胞、組織、器官以及個體。

接著我會以人體組成來介紹各個不同的層次。細胞是所有生物的基本組成,人體更是由數十億個細胞所構成,細胞架構出人體的結構、吸收食物的營養、提供所需的能量等,具有許多不同的功能,更重要的是細胞中含有遺傳物質,可以進行複製,使得人體正常運作。因此要了解人體的組成及運作,那我們就必須從細胞開始了解。細胞的多樣性,事實上就從細胞本體的構造就開始影響了,人體的細胞內有許多不同的”零件”,這些零件會幫細胞維持特定的功能,而這些零件我們稱之為胞器。不同的細胞內的胞器可能會些許不同,但細胞維持其功能就必須依賴這些胞器的運作,接著會列出幾個重要的胞器。
 

細胞質

由果凍狀的液體充滿整個細胞,以及其他圍繞細胞核的結構,稱為細胞質。

細胞骨架

細胞骨架是由長纖維所構成的網狀結構,構成細胞架構的形狀。細胞骨架有幾項重要的功能,像是決定細胞的形狀、參與細胞分裂、細胞移動能力以及提供一個類似軌道的系統,使細胞內其他物質或胞器可以在細胞內流動。

溶酶體和過氧化酶體

這兩個胞器是細胞內的”回收中心”,它們會分解入侵細胞的外來物,清除細胞中有毒的物質以及回收細胞受損的物質。

粒線體

粒線體是個非常複雜的胞器,它就像細胞內的“發電機”,可以將攝取食物的營養轉換成能量供細胞使用,也就是我們常聽到的ATP (能量)。特別的是,粒線體本身就有遺傳物質,可以自行複製,與細胞核內的DNA不同,我們稱為粒線體DNA。更特別的是,粒線體大部分都是從母親而來,也就是說母親的粒線體會與自己的一樣。而人體細胞中,除了紅血球細胞外,都具有粒線體喔!

細胞核

細胞核是細胞的指揮中心,為細胞提供正確的方向,使細胞成長、成熟、分化以及死亡。另外細胞核內具有最重要的遺傳物質DNA,DNA是以較為密集的方式圍繞使,DNA不易被破壞。細胞核外還有雙層膜,稱為細胞核膜,這層膜也保護著細胞核。

細胞膜

細胞膜就是在細胞外層的物質,可以保護細胞,將細胞與環境分開,控制適當的物質進出細胞。

核糖體

核糖體是蛋白質製造的工廠,透過細胞核發出的訊息 (RNA)生產相對應的蛋白質。

 

暸解細胞中胞器重要的功能後,大部分細胞內的胞器都大同小異,但人體結構跟功能的複雜性,是因為不同種類的細胞具有不同的功能,接著簡易介紹不同類型的細胞。

幹細胞

幹細胞是還未分化成特定功能的細胞,它具有再生與分化的能力,可以增殖為具有相同功能的細胞也可以分化成具有其他功能的細胞。它們存在於胚胎以及成人的組織當中,如骨髓。

皮膚細胞

皮膚細胞是最常看到的細胞,因為皮膚細胞暴露在人體外且目前定義最大的器官就是皮膚細胞所組成的皮膚。

血液細胞

血液細胞主要分為三類,分別是紅血球細胞,主要功能為攜帶氧氣,還有白血球細胞,主要功能與免疫系統有關,最後為血小板細胞,與血液凝結有關,防止受傷後大量失血。

肌肉細胞

肌肉細胞亦稱為肌細胞,是長管狀細胞。肌肉細胞與許多功能相關,包括運動、之稱以及一些內部功能,如腸胃的蠕動、心臟跳動等等。

脂肪細胞

脂肪細胞為脂肪組織的主要成分。三酸甘油酯可以儲存於脂肪細胞中,也就是我們俗稱的脂肪,可在需要時當作儲備的能量。脂肪細胞與體態息息相關,人體的胖瘦取決於脂肪細胞的大小,三酸甘油酯的含量多就會造成脂肪細胞肥大,也就是肥胖的現象,反之三酸甘油酯含量少,脂肪細胞變小就會使體態變瘦。脂肪細胞也會分泌一些激素調理身體的機制。

神經細胞

神經細胞是身體的溝通橋樑,它們也被稱為神經元,由兩個構造組成,細胞本體以及神經突。神經細胞的中央體包含細胞核以及其他胞器,神經突如同手指一般延伸以利傳遞訊息。


在了解生物體的細胞構造、功能以及一些人體的功能細胞後,接著就要進一步去探討下一個層次:組織。組織的定義就是由一群具有相同功能的相似細胞所組成,接著也以人體的組織為例。根據結構和功能可個將人體的組織分為四大類,分別是上皮組織、結締組織、肌肉組織以及神經組織。人體的健康以及相關的機能維持,與這四大組織息息相關,因此,任何影響組織情況發生,都會導致人體損傷或疾病發生。

上皮組織

上皮組織覆蓋在人體的表面或覆蓋體內其他組織表面且會形成相關的泌腺體,是屬於高度細胞化的組織,是目前人體中認定的最大組織。此外,特化的上皮細胞是作為特殊感官的受體(嗅覺、味覺、聽覺和視覺)。上皮細胞數量很多且彼此緊密並存形成特殊的連結物,在結締組織和“自由表面”之間形成屏障。身體的自由表面包括體內器官的表面、體腔表面、身體的表面、血管的表面等。上皮組織的細胞外基質很少,缺乏額外的立體結構而呈現扁平狀。另外,上皮組織是無血管的,但它是有具有神經的。

結締組織

結締組織是體內最含量最多的組織。結締組織由細胞和的量細胞外基質構成。細胞外基質由基質、細絲狀的蛋白質纖維以及大量的組織液組成,具有相當重要的功能。廣義的結締組織,包含血液、淋巴液,鬆軟的結締組織和較堅固的軟骨與硬骨。結締組織在體內廣泛分布,具有連結、支持、營養、保護等多種功能。

肌肉組織

肌肉組織由特殊分化的肌細胞所構成,具有延展性及彈性。肌肉組織細胞的獨特之處在於它們是可收縮,這種收縮是藉由肌動蛋白和肌球蛋白絲作用的結果。肌肉組織因其高度排列的細胞束很容易與其他組織作區分。肌肉根據收縮細胞的外觀以及分佈的不同分3類,分別為骨骼肌、心肌與平滑肌。

神經組織

神經系統的細胞具有高度特化的性質以及在身體周圍傳輸電脈衝。在神經組織中主要有兩種神經細胞:神經元和神經膠質。神經元往往有一個較大的細胞本體,以及用於傳輸信息的連接體,這些連接體被稱為軸突或樹突。軸突是從胞體發送衝動視為傳送訊息,樹突則是負責接收傳入的信息。神經元聚集若是在周圍神經系統中被稱為神經節,若在中樞神經系統中被稱為神經核。


了解許多不同的組織後,接著再更深了解下一個層次,器官及系統。器官是指由兩種或多種以上的組織組成,且可以為人體執行一系列特定的功能。像是肝臟、胃、大腦等等都是不同的器官,執行相對應的功能。每個器官都是每一種功能的中心,負責身體特定的功能以維持運作。由於器官是由多種不同組織構成,具有較多樣的功能,像胃是由肌肉組織、神經組織以及結締組織構成,肌肉控制胃的蠕動、神經控制運動過程以及血液(結締組織)提供養分。而系統是由許多器官協同工作完成一個共同的目標,而形成一個系統。例如心臟與血管共同協力將血液運輸至身體各個細胞,而形成的心血管系統,接下來會簡單介紹人體主要的十一大系統。

外皮系統

外皮系統的器官包括皮膚、頭髮和指甲。皮膚目前是公認人體的最大器官,它覆蓋整個身體並且提供保護,也是具有許多感覺受器的部位。皮膚是人體抵禦病原體以及其他危險因子的第一道防線,以及透過汗腺調節體溫。

骨骼系統

骨骼系統是由骨骼、關節以及牙齒組成。骨骼系統的骨骼是由肌腱、韌帶和軟骨所連接。骨骼系統的功能包括支撐身體並建構形狀。身體之所以可以移動,是肌肉系統與骨骼系統協同作用。骨骼系統的骨骼還有其他功用,像是保護內臟、儲存鈣質以及產生紅血球細胞和白血球細胞。

肌肉系統

肌肉系統由三種不同類型的肌肉組織組成。一是骨骼肌組織,如同命名一樣,它們通過肌腱附著在骨骼上,控制身體運動。二是平滑肌組織,控制內臟器官的無意識運動,例如消化系統的器官,使食物能夠通過消化系統幫助身體吸收。或是像血管中的平滑肌允許血管收縮和舒張,從而有助於調節人體體溫。最後則是心肌組織,控制心臟的無意識跳動,使其能夠將血液注入心血管系統的血管,以利人體運輸氧氣及養分供全身使用。

神經系統

神經系統包括構成中樞神經系統以及周圍神經系統。中樞神經系統包括大腦以及脊髓,而遍布身體其他部位的神經則是構成周圍神經系統。神經系統控制人體器官自主以及非自主反應,另外也與檢測和處理感官信息有關。

內分泌系統

內分泌系統由腺體組成,纖體將激素分泌到血液中,然後血液將激素輸送到全身。內分泌激素是控制許多身體功能的化學分子,包括新陳代謝、生長以及性成熟。內分泌系統的主要腺體是腦下垂體,它產生控制其他內分泌腺的激素,腦是控制全身內分泌系統的重要器官。其他一些內分泌腺包括胰臟、甲狀腺以及腎上腺。

心血管系統

心血管系統(也稱之為循環系統)包括心臟、血液和三種血管:動脈、靜脈和微血管。心臟輸出血液,使血液在血管中流動,心血管系統的主要功能就是運輸,透過血液將來自肺部的氧氣和來自消化系統的營養物質被輸送到全身的細胞,而細胞產生的二氧化碳及其他廢物則運輸到肺和腎臟,將其從體內排出。心血管系統也具有平衡體溫之功能並將其他內分泌激素輸送到體內相對應之器官。

淋巴系統

淋巴系統被認為是免疫系統的一部分,它由淋巴液、淋巴結、淋巴管以及脾臟組成。淋巴液是從組織中的細胞外空間收集多餘的液體,並將液體輸送到血液中。淋巴結是由許多小的組織集合。它們的功能都是從淋巴或血液中清除病原體和細胞碎片。此外,淋巴系統中的胸腺會產生白血球細胞對抗病原體的入侵。

呼吸系統

呼吸系統是由鼻子、肺和氣管組成,將空氣運送在鼻子和肺之間。呼吸系統的主要功能是向血液輸送氧氣並排出體內的二氧化碳。利用肺部微小氣囊(肺泡)內的微血管,使氣體在肺和血液之間進行交換。

消化系統

消化系統由幾個主要器官組成,包括口腔、食道、胃、小腸和大腸,它們形成了一個稱為胃腸道的通道。食物通過這條管道,在這條管道被消化吸收,然後將廢物排出體外。消化系統還包括胰臟和肝臟,它們產生消化所需的酶和其他物質,但食物實際上並不通過這些器官。

泌尿系統

泌尿系統是與排泄有關,負責清除體內廢物。泌尿系統包括腎臟、輸尿管、膀胱以及尿道。,腎臟過濾血液中多餘的水和廢物(稱為尿素)並形成尿液。兩輸尿管將尿液從腎臟輸送到膀胱,膀胱會儲存尿液,透過另尿道將尿液排出體外。腎臟還會產生腎素和多種激素,這些激素有助於調節血壓、紅血球細胞的生產以及體內鈣和磷的平衡。

男性和女性生殖系統

生殖系統是唯一在男性和女性之間存在顯著差異的身體系統。男性和女性生殖系統都會產生特定的性激素(男性的睪固酮,女性的雌激素)和配子(男性的精子,女性的卵子。然而,男性與女性參與這過程的器官是不同的。男性生殖系統包括副睾、睾丸和陰莖。女性生殖系統包括子宮、卵巢和乳腺。男性和女性系統也有不同的作用角色。例如,男性負責向女性生殖系統輸送精子,而女性生殖系統則負責支持胚胎生長和產出胎兒,並在出生後為嬰兒生產乳汁。

最後這些系統組合起來,就是一個個體!
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