再談植物(一): 植物與環境

這篇會先談談植物與環境，然後談談植物的分類，最後是植物的繁殖。

光合作用製造了的澱粉，會輸送去莖部與根部。多餘的會儲存在根部。澱粉本身是無味，但傳送去根部時會變成葡萄糖，帶有甜味。

植物也會睡覺，一般一年一次，在冬天休眠，葉子脫落，餘下活著的根部。

葉子背面比較淺色，因為多氣孔，葉綠體少一點。

蓮藕原來是蓮花的莖部。蓮花用葉片上的氣孔呼吸，然後莖部傳輸空氣至根部，所以蓮藕有很多洞。

植物都會保護自已，例如仙人掌莖上佈滿刺，讓草食性動物不敢靠近。

一般樹在冬天都會落葉，因為冬天缺水和陽光，水會流過葉子氣孔蒸發水份，為了保留水份，氣孔會關閉，但關閉了氣孔，葉子便無法進行光合作用，無光合作用便沒有食物，葉子便枯萎掉落。常綠樹不會，因為其葉子長成針狀，不容易流失水份。而秋天時葉子會變色，因為原來氣溫下降，葉綠素是會被破壞的，其他色素（如顯示紅色的花清素、黃色的胡蘿蔔素）便顯現。

熱帶雨林的樹葉子很大，是因為太熱，大的葉面幫助透過氣孔蒸發水份來散熱。

有些植物食蟲，為什麼？因為它們生長在池塘、沼澤等環境，陽光不夠，於是靠食蟲補充熱量，例如豬籠草及捕蠅草。

生命簡史

(1)多細胞生物生存兩大先決條件：氧及臭氧

生物究竟是從何時開始在地球上出現呢? 如果地球是有48億或38億年歷史，那麼發生了何事令生物突然出現？正確來說，地球一開始是有生物的，只是單細胞生物，但到大概20億年前，發生了兩件事，令地球不再一樣。

第一，「葉綠體」横空出世，令地球突然出現氧氣。氧氣令地球一些生物死亡，同時令一些生物開始適應呼吸氧氣。

第二，紫外光與氧氣產生化學反應形成臭氧層。形成之後，太陽的紫外線才能被阻隔。生物開始往多細胞方向發展。

4億年前，微生物、植物都因躲避紫外線而只在海洋生存，並出現了魚類；4億年後，臭氧層大致形成了，足夠阻檔紫外光，生物開始往陸地演化。

(2) 蛋的重要

由4億年前起，陸上開始有生物。但如何證明生物是由水中過渡到陸地？一個證據就是兩棲類動物。因為這種介乎於陸地生物及水中生物之間過渡性形態的生物最特別之處，不是它可以在陸地上及水中居住。更重要是，它未出世時，是以魚出世的方法去成長，出世後，則可脫離水的環境而變成爬蟲類！這實在十分奇妙！因為魚不會生蛋，魚交配、產卵、授精及胚胎發育，都在水中進行，另一方面呢，陸地動物除了哺乳類，都會生蛋。為什麼是蛋？原來因為蛋的功能是為受精卵及胚胎發育時提供的濕潤環境及養分。無蛋的保護，陸地上如何讓胚胎成長？

(3) 恐龍滅絕也是因為生物鏈

當魚演化成昆蟲，昆蟲演化成爬蟲，而在爬蟲未演變成鳥之前，原來在2億3千萬年前，爬蟲類出現了傳說中的恐龍！

然後，人人最愛問的是，恐龍究竟是如何滅絕的呢？原來，恐龍是因為撞擊地球的小行星。問題是地球今天仍然健在，那麼是什麼令恐龍完結？原來，小行星撞擊地球，引發了地震海嘯等等，但最致命是，撞擊時揚起的沙塵、火山爆發時的灰燼、及森林大火產生的煙灰，令地球阻隔了陽光！當地球缺乏陽光不是一段短時間，植物不能製造食物，素食恐龍便因缺乏食物而死亡，而因為食物鏈的關係，沒有素食恐龍或其他動物，肉食性恐龍也都難逃厄運。地球上超過8成的生物因這次災難而消失，史稱「白堊紀大災難」。

(4) 人類的祖先不是猴子

雖然猴子都是「靈長目」動物，但人類的祖先不是有尾巴的猴子，而是無尾巴的猿類。但猿類也分兩類，一是較小的猿類，二是大猿類，前者是長臂猿，後者包括黑猩猩、大猩猩等。人類約在700萬年前由大猿進化，後來出現懂得生火的北京人是約50萬年前的一個過渡性人種(不是人類祖先)，直至15至20萬年前就出現學名是Homo sapiens的「現代人類」。

性別是為了甚麼?

最後說說遺傳學。無論是動物或植物，都要繁殖下一代，將基因遺傳下去。人類有約2萬5千個基因，這些基因排在「去氧核糖核酸」（即DNA）上，而DNA是以46條染色體呈現。這46條染色體，以是同類的結伴排列，因此有23對，稱為同源染色體。每一對染色體，一條來自父親，一條來自母親。因此，人體的性器官製造精子和卵子時，會進行「減數分裂」的細胞分裂，導致精子和卵子的細胞其實只有23條染色體（稱為2對基因組）。

是什麼基因決定性別呢？原來每個人的23對染色體中，有一對專門決定性別。在男性中，這一對叫xy，即由一條x染色體及一條y染色體組成，而女人那一對性別染色體是xx，即兩條都是x染色體。當女人性器官以減數分裂製造只有23條染色體的卵子時，所有卵子那一條決定性別的染色體一定是x，但男人精子那23條染色體中，卻可以有兩個情況，一個情況是那條決定性別染色體是x，另一個情況是那條性別染色體是y，於是，下一代是男是女便看男人的性別精子是x精子還是y精子決定！

既然提到性別，便不如談談繁殖的話題。我們看得動物多，以為植物都一定是有性繁殖，其實植物如微生物一樣，也可以進行無性繁殖。例如馬鈴薯，它沒有花開，而是莖部形成塊莖，在塊莖上長出新芽，產生新個體，就像細菌般進行細胞分裂。

我們可以問一個問題:為何會有性別呢？如果答案是為了繁衍下一代，那馬鈴薯及細菌的例子便否定了這答案。

原來，性別是為了增加基因組合。無性繁殖產生的下一代，與「母體」的基因一樣，即是百分之百的「複製體」，但有性繁殖的下一代，其基因組合因為經過「基因交換」而與父母的必定不同，其適應環境的能力便有所提高。

最後用一個動物界為了適應環境而發展的比較極端的生殖方法總結這篇: 雌雄同體。剛才提過，無性繁殖的好處是不需要性別，但不好處是生出的下一代基因相同，是複製體；而有性繁殖的好處是增加基因組合多樣性，那不好處呢？當然是找「伴侶」！有沒有生物是既有性別，但又不需要麻煩去找異性？有！有些動物於是發展成雌雄同體，例如蝸牛。但雌雄同體的意思不是它自己與自己交配，因為自己與自己交配便不能增加基因組合。蝸牛需要作「異體授精」，因此也需要找另一隻蝸牛給予精子，與自己的卵子結合產出受精卵。

植物的性況有類似，但複雜少許。植物可以無性繁殖，無花植物都是無性繁殖；植物也可以有性繁殖，有性繁殖都是有花植物。因此，花其實是植物的性器。性器內有製造「精子」的雄蕊，製造「卵子」的雌蕊。如果植物是單性花，即它的花只有雄蕊或是雌蕊，但單性花又有兩種：一種是雌雄同株，一種是雌雄異株；前者是一株植物既有雄花又有雌花，而後者則是雄花及雌花在不同植物上。而雙性花當然是雌雄同株了。換言之，無論是單性花或雙性花，也有機會是雌雄同株。不過單性花即使是雌雄同株，也是異花授粉，但雙性花就可能是同花授粉。因此雙性花為要避免同花授粉，便要努力促使異花授粉，即把花粉傳去同一株或不同株的花的柱頭上。

參考: 雌雄異株植物要變性？, https://kknews.cc/zh-hk/science/jm52ebl.html

植物與動物最大的分別

說動物說了一些篇幅，是時候轉話題到植物上。植物與動物最大分別是：動物不能自己製造食物，植物卻能。很多人不知道光合作用，以為植物是從泥土吸取食物，十分搞笑。植物透過根部吸收的，是水分及少許俗稱為肥料的養分（無機物）。光是這些無機物無法讓植物生存的。光合作用就是：葉子上的葉綠體中的葉綠素，吸收陽光中的紅光與藍光，並將植物從根部吸收的水分與從葉子氣孔（氣孔就像植物的嘴吧，負責吸取二氧化碳，釋放氧氣，以及蒸發水分）吸取的二氧化碳，製造澱粉。留意，有些葉子看似不是綠色，實際上也有葉綠素，只是它也有其他色素，例如呈紅、紫色或藍色的花青素，或呈黃色或橙色的類胡蘿蔔素等等。另外，有人會說，植物不會移動，要能量來做什麼？第一，製造新細胞需要大量能量；第二，水分和養分從根部輸上各處需要能量；第三，葉子製造的糖分需要能量輸到各部位的細胞。植物第一要記住它會進行光合作用製作糖分，第二是需要進行呼吸把糖分變成能量。　

植物除了光合作用、用氣孔呼吸外，另外特別之處是其細胞的細胞壁。動物用骨骼支撐身體，植物呢？植物就是用細胞壁!細胞壁主要成分為纖維素，它不溶於水，堅硬強韌，因此我們斬樹來造紙張。為何樹木可以長得那麼高?原來植物與動物另一個不同的地方是，動物的老舊細胞會被排出，植物則留下舊細胞的細胞壁，用木質素把其固定，因而紅衫才能長到100米高。纖維素與木質素都是難以分解，人消化不到，那牛如何食草呢？原來，只有微生物才能消化纖維素，例如黴菌，部分菌類例如蘑菇。被菌類分解成碎塊的樹木，再被白蟻透過其體內的微生物進一步分解，形成養育新植物需要的土壤成分。

植物另一個有趣的地方還有:植物如何將水輸往高處?首先，植物的莖及葉都有導管，用來輸送水分。是什麼力量令水分克服地心吸力把水提到高處呢？植物學家說有4種力量，第一是根壓，即根部把水壓上去；第二是毛細管現象，即水與導管之間的附著力；第三是水分子之間的內聚力，及第四，植物上氣孔因為蒸發掉細胞的水分，水會流向氣孔附近缺水的細胞。

鳥為什麼沒牙齒?

昆蟲藉外骨骼演化成有翅膀的鳥。鳥在演化過程中最大的改變，就是要減輕重量，因此它沒有牙齒、下顎骨及其肌肉，而腸道又短，以便食物盡快吸收廢料盡快被排出。另外，鳥因為要拍打翅膀，所以發展出強韌的胸肌（留意雞即使不會飛，也有大塊的雞胸肉）。因為要隨時需要大量能量，鳥有5對以上的伸縮氣囊，累積大量空氣。鳥類同時也由爬蟲演化，爬蟲身上的鱗片演化成鳥類的羽毛，所以羽毛也是用來保暖。留意不是所有的鳥也會飛，如果那種鳥不飛也有東西吃，它們的翅膀就會退化，例如企鵝的翅膀便用來在水中撥水前進。

昆蟲的身體為何那麼細?

大約在3億年前，生物離開水域，開始在陸地上生存的是昆蟲類。昆蟲類與人類最不同的地方是昆蟲是用外骨骼支撐身體的。所謂外骨骼，就是指動物用堅硬的外殼支撐身體，相對於人類的內骨骼，用骨頭支撐身體。具有內骨骼的動物叫做脊椎動物，基本上所有魚、爬蟲、鳥、哺乳類都是脊椎動物，昆蟲則是無脊椎動物。另外，昆蟲沒有魚的鰓、人類的肺，昆蟲是用身上6至10個的孔穴作外呼吸的，因此體積才這麼少，因為若體積大一點，它用孔穴吸入的氧氣不足以輸往全身。我們不應少看昆蟲，第一，昆蟲不但是我們的祖先，它們在3億年前已存在，它們佔全部動物的75%，所有脊椎動物加起來也只佔5%；第二，它們之所以可以生存到現在，全靠它們的微少身型，不需要食太多東西便能生存下去，所以才不需要吸太多氧氣就可生存；第三，昆蟲生存下來除了靠其微小身型，他們也擅用保護色這手段，隱藏自己，保護自己免被獵食。

魚吸的氧氣究竟何來?

動物究竟分幾類呢? 既然魚是那麼古老，應該先談魚類。

地球有38億歷史，而存在於陸地上的生物，其實也是4億年前才有，在此前生物一直都是活在水中，所以才說古代魚類是人類的祖先。為何魚是比較原始呢？當然因為陸上生物難以在水中呼吸。所謂呼吸，其實就是氣體交換：把氧氣透過血液輸進給身體裡與細胞中的澱粉質發生反應，產生能量，並將不需要的二氧化碳排放至空氣中。哺乳類動物就是用肺進行氣體交換，而魚類卻是用鰓去進行這個過程。有人可能問，水中有氧氣嗎？原來不單止氧氣可溶入水中，水中的植物如海藻（留意：海藻是有益的食物）是會進行光合作用釋出氧氣。海中除了魚是用鰓呼吸外，其他海中生物如軟體動物（章魚）、甲殼生物（螃蟹）也是用鰓呼吸的。