生物的調節系統

新增說明文字

生物學的基本是認識細胞，而細胞由分子組成。生物由器官系統組成，器官系統由器官組成，而器官由組識(tissue)組成，組織是類似的細胞。生物繁殖組成人口(population)，並與其他人口組成社區(communities)，社區又與環境互動形成生態。生物與環境的互動對生物的生理學會產生影響。要認識生物的不同器官系統。每個系統都自成一角，但對整體又有特別貢獻。生物學有很多分類，包括生理學(physiology)及anatomy(解剖學)，兩者相輔相成。生理學的中心，就是研究生物的結構與功能的關係。

首先，生理學與進化論有關。例如腎的功能是把水份重新吸入身體。腎內的loop of Henle讓哺乳類動物從進入腎的液體吸收水份。由於沙漠的動物需要保存更多水份，很多沙漠的動物的loop of Henle都特別長，以致它們的尿都特別濃。器官的演化是進化論的一個證明。

第二，生物的調節系統（homeostasis）讓生物維持體內環境的平衡。身體有很多東西需要平衡，例如大家都聽過的血糖指數，身體是透過負面回饋(negative feedback)來維持血糖的平衡的。所謂負面回饋，即是當身體某些東西比正常多了，身體會有反應把改變扭轉(reverse the change)。當血糖上升，胰島素會把血糖壓下去 。若胰島素無法把血糖壓下去，這人會得到糖尿病。身體很多元素因此都有一個平衡點(set point)，這平衡點一定要維持在某個範疇(range)．身體就像有一個恒溫器，當溫度高過平衡點，恆溫器就傳送訊號開啟冷卻系統，把溫度降低，當溫度達到平衡點，冷卻系統就會關上。

身體的系統有很多，而要維持平衡的東西太多，例如氧氣及二氧化碳的濃度、血流、腎要排除的廢物、血入面水及電解質的平衡，全都是靠控制機制去維持。

植物與昆蟲的鬥爭

當然不止是昆蟲，其他動物也是植物的敵人，還有細菌。因此大自然對植物來說也是危機四伏。這篇文章會解釋植物如何鬥倒威脅到它們的生物。

首先講昆蟲。對付昆蟲的方法是什麼?竟然是找外援!昆蟲害怕另一種昆蟲，例如玫瑰花會釋出香味，吸引黃蜂，黃蜂來把毛毛蟲吃掉。不一定厲害如黃蜂，可以只是螞蟻。有植物住在植物的莖裡面，植物食螞蟻的糞便，螞蟻則殺死任何靠近的昆蟲。有植物則把額外的汁液送到外圍，引蚜蟲到外圍，以便瓢蟲把它們吃掉。這些都是利用其他動物的方法。

然後是更進化的動物，例如水蝸牛。原來水蝸牛會咬葉子，植物如何面對?有些植物的葉子像刺，靠近它們的動物會被刺傷呢。又或者釋放毒液，製造毒素。茶樹含有單寧酸，會黏住蚜蟲的口器，餓死它們。說起毒素，很多人不知原來薄荷是毒素，它影響了人類的舌頭神經，因此我們感覺清涼，但對昆蟲來說薄荷太毒，因此昆蟲埋不到薄荷葉子身。薄荷的例子說明，對昆蟲或動物有毒的物質，對人體可能是食物，甚至是良藥，例如毛地黃若不是份量太多，是可以醫治水腫及心律不正。因些植物第二個鬥爭的方法是用毒。

其實基本上就是這兩個方鬥爭方法，留意植物的敵人不但有昆蟲及其他動物，還有細菌。病毒可能還可怕，因為病毒比細菌還小!

再談植物(七) : 雜談

樹幹為什麼是圓的?因為相同周長的圖形裡，圓形的面積最大。而摩天大廈為了更有效對抗風而建成圓形。

種子的胚是由子葉、胚芽和胚根組成。種子煮熟以後，負責吸收養分的胚就會死掉，種子就不能發芽了。

植物生長的五大要素包括陽光、溫度、水分、空氣和養分。植物需要的養分有很多，包括磷、鈣等。其中以氮肥最常見，但豆類植物因為根上有根瘤菌輸送氮肥給大豆，因此豆類植物不需要氮。

植物也有相生相剋的，例如玉米及大豆是朋友，大豆提供氮肥給玉米，而蕃茄和黃瓜則互相抑制對方生長。

動物與植物可有共生的關係，例如蟻棲樹與益蟻共生，前者提供後者住宿及營養，後者提供前者保護。

含羞草之所以會縮，因為它有一種運動細胞，一受到刺淚就把細胞裡的水份擠出去，以保護自己。

靈芝是真菌一種，被西方人稱為神奇的東方蘑菇。

綠色植物之中有幾種要分清楚的：藻(algae)、苔蘚(moss)、真菌(fungi)。藻類（海帶是著名的藻類）和苔蘚都是有葉綠素的植物，前者生長在水裡，後者在陸地，而真菌則不是植物。

地衣是真菌與藻類共生的植物。外層是真菌，內裡是藻類。藻類內有葉綠素，可以進行光合作用為自己和真菌提供養分。

冬蟲夏草真是好神奇的植物，其下部是蟲體，蟲體上是麥角菌，一種真菌。

蘑菇的種子叫菌絲，要吸收足夠水份後才會生長。

進化論的七大論據

進化論簡單來說，就是物競天擇，適者生存。大自然選擇最能適應環境的物種，讓其繁殖下去。

第一個理據來自生化學。所有生物也儲存其基因信息在dna中，而dna由蛋白質組成，蛋白質都由由20種amino acids組成。所有生物的細胞竟然是如此相似，因此推斷大家有共同祖先。

第二個證據是比較解剖學。解剖學發現，人類、鯨魚、蝙蝠，和貓，在結構上竟然有很類似的地方，都有上臂、下臂、手肘，及五隻手指！這也推斷出這四種哺乳類動物擁有共同祖先。

第三個理據是物種的地理分佈（the geographical distribution of species）。很多物種都不是隨意分佈在不同地方。相似的物質，都分佈在附近的環境。

第四個理據與第一個理由類似，來自分子生物學。分子生物學是研究細胞中的分子的結構及功能。生化學提到所有生物都用amino acid製造蛋白質製造基因，而分子生物學更加是分析這些amino acid的次序，發現人類與黑猩猩在一種蛋白質的amino acid排序上完全一樣，意思就是黑猩猩與人類都有共同祖先，大概在600百萬年前才分開。

第五個理據來自化石。從化石的考古，發現了生物的演變。大量的化石顯示生物在歷史上的不同面貎，反映了生物完整的演化歷史。

第六個理據來自直接的觀察。金黃色葡萄球菌（S. aureus）在四十年代對盤尼西林完全無抵禦之力，但過了幾十年，竟然出現耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA，又名超級細菌），它對盤尼西林有抗藥性。這也是證明了生物會適應環境，演化成更強勁品種。

第七個即最一個理據來自放射性定年法 （radioactive dating）。同一種原子(atom)有不同的形式，又叫同位素(isotope)，有些同位素有放射性，會不斷釋出粒子（particles)變成其他元素(elements)，這個過程叫同位素衰變(radioactive decay)。由於衰變的速度可計算，由於可以用來計算石頭甚至化石的年齡，因此才有地球是40億年之說。如果地球有40億年存在之久，有足夠時間給生物演化。

又談植物分類了!

首先，再重溫植物與動物最大的兩個分別。第一，動物不能自製食物，植物能，因為有葉綠素進行光合作用。第二，動物的細胞沒有細胞壁，植物有，細胞壁的成分是纖維素。我們要食菜，就是因為纖維，纖維幫助大腸把未消化的食物排出體外。

然後，我們進入植物分類這個話題。我之前的文章，有提過藻類（algae），又提過有些藻類有葉綠素，能進行光合作用，那麼藻類究竟算不算植物呢？這個問題原來不容易答呢!因為第一，不是所有藻類都有葉綠素，第二，更重要的是，藻類沒有細胞壁。因此，既然兩個條件連一半也滿足不到，有些人便判斷藻類不是植物了。

比藻類更高一級是什麼?是地衣。地衣是一半真菌一半藻類。真菌屬於微生物，藻類又不是植物，所以地衣也不是植物。地衣是一種共生體，真菌長於吸水及礦物質，藻類則製造食物。

所以，要比藻類高兩級的生物才是正式登場的植物了，那就是苔蘚。苔蘚跟真菌一樣是，都是用孢子繁殖。這些孢子形成微小的葉狀植物，這些葉狀植物製造出雄性及雌性細胞，兩種細胞結合在一起，發育成苔蘚植物。苔蘚植物的生長也不簡單。

比苔蘚又高一級的是蕨類植物。雖然與苔蘚一樣蕨類生長在潮濕地方，也是用孢子繁殖，但它比苔蘚更加進化，因為它有根莖葉，莖有維管束組織，運輸水及養分比苔蘚好。

談完孢子植物，便到最後兩大類種子類植物了。兩種種子就是裸子及被子，前者是外露的種子，後者是內藏的種子。外露種子，因為沒有花朵，無花就沒有果實；內藏種子，就是藏在果實內，有果實大前提當然是有花。記得花是植物的性器官。常見裸子植物包括銀杏，松樹，杉樹，柏樹，全是木本植物。

能量守恒及物質循環

 

能量最奇妙的一件事是，能量不能被創造或消失。這句說話的含意有幾樣。

第一，能量不能創造或消失，只能由某一種能量轉化去另一種能量。所以植物不是創造能量，只是轉化太陽能為化學能。

第二，雖然能量不會消失，但會耗散，意思是會轉化為熱能。當能量轉化為熱能，能量只會提升地球溫度，無法成為有用的能源，因此我們實在也要節約能源。

第三，物質在生態系統中循環。有四個「生物地質化學循環」。第一個是水循環。水由植物吸收後，透過光合作用，H2O會分開成氫分子及氧分子，後者會被釋放為二氧化碳，前者成為食物食物一部分。第二是碳循環。碳循環應該是最著名的。植物需要二氧化碳，碳分子成為植物的食物，同時透過呼吸作用，碳分子回歸到大自然。同時因為來自燒化石燃料而造成的過度的碳排放，令大氣的二氧化碳比例上升，造成溫室效應。第三是氮循環，存在大氣之中最多的氣體是氮，氮是重要的，因為蛋白質及DNA都需要有氮。問題是生物如何用得到大氣含量那麼高的氮？這就需要經過一個過程，能令生物間接得到氮。首先是一個叫nitrogen fixation的過程，細菌把空氣中的氮轉化為阿摩尼亞；原來植物不能直接吸氮，但能夠吸收阿摩尼亞，來製造有機物。動物進食植物後，吸取氮或透過尿液，當廢物排放。那麼，大氣中的阿摩尼亞又如何維持平衡呢？原來，動植物的屍體會被細菌轉化成氮，但也不是直接把屍體變成氮，而是先把屍體中的氮化物分解成阿摩尼亞，再把阿摩尼亞分解變成nitrites及nitrates，然後單細胞生物再將它們變成氮。氮除了在大自然界出現，人類也大量製造氮，因為農業需要氮作肥料，因為氮影響植物的生長。不過人工製造的氮，包括肥料的使用，及燃燒化石燃料，也會增加大氣中有害的氮化合物，例如引致酸雨的HNO3及溫室效應的N2O。最後一個循環是磷循環。磷也是生物製造DNA的成分，另外也是細胞壁及骨的成分。磷是如何進入植物呢？首先像氮一樣，純磷不能直接被植物吸收，但跟氮不同，它不太需要細菌分解，本身磷已以phosphate存在。sedimentary rocks含大量磷，滲入泥土及水份後，被植物吸收。植物及生物會排出糞便，或者它們死後，phosphate會回歸泥土。

留意，氮及磷都能促進植物生長，因此當它們被沖入水裡時，algae會大量生長，這過程叫eutrophication/  /ˌjuː.trə.fɪˈkeɪ.ʃən//，即是紅潮。紅潮的問題是它既會製造有毒物質，當它們死後，微生物分解它們時會耗盡水中的氧氣，引致魚類死亡。

生態學一二三

生態（ecosystem ）這中文字很有趣。生態意思是一個個特定的環境。每一個生態也是一個系統，每個系統由生物因素（biotic factors)及非生物因素（abiotic factors），例如太陽、泥土、水等而組成。生態學就是研究這些生態（ecology ）。

社區（community ）是比生態細一點的單位。不同的生態，即不同的社區，社區另一個字是biome。地球主要有6大生態社區，分別是淡水社區，包括湖泊、河流、溪澗，和濕地；約佔地球的3%，濕地擁有極高生物多樣性。第二個生態社區當然是海洋，佔全球75%，包括海洋、珊瑚。地球超過一半的光合作用發生在海洋。鹹淡水交界（estuary）也是海洋社區，鹹淡水交界孕育著大量生物，但因大多是港口，因此受到人類發展威脅。第三個社區是沙漠，約佔地球20%，生活在沙漠的動物都發展出適應少水環境的能力。第四種生態社區是森林（forest），佔地球30%，森林對於維持二氧化碳水平極之重要。熱帶雨林是吸取極多水份的常青樹，全世界有一半的動物都住在熱帶雨林裡。第五種是草原生態，草原佔地球30%，很多草原都被人類開發作農業用途。最後一種生態是極地，佔地球15%的面積，氣候寒冷，水份稀少。

最後談談一個生態中生物之間的關係。第一種是和平的互利關係（mutualism）。我們腸道內的細菌與腸便是共生關係，細菌吸取腸道內的食物，同時釋放腸道所需的維他命；第二種關係是競爭關係，農地上種的菜與雜草便是競爭關係；第三種是捕獵或寄生關係:原來競爭關係不是最殘酷，捕獵與寄生關係更加殘酷，例如獅子食白兔是赤裸裸的捕獵關係，而寄生蟲的寄生關係也是單方面蠶食另一半，只是速度慢一點，溫水煮蛙。