欢迎来到“细胞与控制”！
在本章中，我们将探讨生物体最重要的两件事：生长和反应。我们将研究一个细胞如何分裂成数十亿个细胞、你的大脑如何像超高速计算机一样运作，以及眼睛如何帮助你观察世界。
如果有些长名称一开始让你觉得棘手，不用担心——我们会一起把它们拆解成简单的概念！
1. 有丝分裂与细胞周期
每个人最初都只是单个细胞。为了长大成人，那个细胞必须不断分裂。这个过程称为有丝分裂 (mitosis)。
什么是有丝分裂？
有丝分裂是一种细胞分裂方式，产生两个基因完全相同的子细胞。这意味着新细胞拥有与原始细胞一模一样的 DNA。这些新细胞是二倍体 (diploid)，即拥有完整的一套染色体（人类为 46 条）。
细胞周期的阶段
把细胞周期想象成细胞的生命周期。它大部分时间都在准备，然后花短时间进行分裂。
1. 间期 (Interphase)：“准备阶段”。细胞生长并复制其 DNA，确保有足够的量供两个细胞使用。
2. 前期 (Prophase)：细胞核开始解体，纺锤丝出现。
3. 中期 (Metaphase)：染色体排列在细胞的中间 (Middle)。
4. 后期 (Anaphase)：染色体被拉向细胞的两端 (Away)。
5. 末期 (Telophase)：两个新的细胞核在染色体周围形成。
6. 胞质分裂 (Cytokinesis)：细胞膜向内收缩，形成两个独立的细胞。
记忆小撇步：使用助记词 I Play Music At Tea-time（间期 Interphase、前期 Prophase、中期 Metaphase、后期 Anaphase、末期 Telophase）。
为什么有丝分裂很重要？
生物体利用有丝分裂进行三件主要工作：
- 生长：使生物体变大。
- 修复：替换受损或死亡的细胞（例如结痂时）。
- 无性繁殖：制造与亲代基因完全相同的后代。
快速复习：有丝分裂产生 2 个相同的细胞以供生长和修复。如果细胞分裂失控，可能会导致癌症。
重点摘要：有丝分裂是制造细胞复制品以帮助我们生长及修复身体的过程。
2. 动物与植物的生长
生长不仅仅是细胞数量的增加，还包括细胞变得专业化，以负责不同的任务。
动物的生长
在动物体内，生长是透过细胞分裂（有丝分裂）和分化 (differentiation) 实现的。分化是指“基础”细胞改变成为“专业”细胞的过程，例如肌肉细胞或神经细胞。
植物的生长
植物则略有不同，它们透过以下方式生长：
- 细胞分裂：通常发生在根部和茎部的尖端。
- 伸长 (Elongation)：这是植物细胞透过吸收水分而变长的过程。想象一下气球在充气时被拉长的样子！
- 分化：产生如根毛细胞或木质部等专业细胞。
监控生长
医生使用百分位图表 (percentile charts) 来检查婴儿的生长速度是否正常。如果婴儿体重处于第 75 百分位，意味着在同龄婴儿中，75% 的体重比他轻，25% 比他重。关键在于确保生长曲线平稳。
重点摘要：动物主要透过细胞分裂生长，而植物则结合细胞分裂与伸长。
3. 干细胞
干细胞 (stem cells) 之所以特别，是因为它们是未分化 (undifferentiated) 的。这意味着它们尚未“决定”自己要成为哪种细胞。
干细胞的类型
1. 胚胎干细胞：存在于早期胚胎中。它们非常厉害，因为可以转变成体内任何类型的细胞。
2. 成体干细胞：存在于骨髓等部位。它们的功能较受限，只能转变成少数几种类型的细胞（例如血细胞）。
3. 分生组织（植物）：存在于根部和茎部的尖端。在植物的整个生命周期中，它们都能产生任何类型的植物细胞！
医学中的干细胞
科学家希望利用干细胞透过替换受损细胞来治疗瘫痪或糖尿病等疾病。
优点：能治疗以往无法治愈的疾病。
风险：干细胞可能会持续分裂并导致癌症（肿瘤），或者身体可能将它们视为外来组织而产生排斥反应。
重点摘要：干细胞是能分化成专业细胞的“空白”细胞。胚胎干细胞的能力最强。
4. 大脑与扫描（仅限生物科）
大脑是人体的控制中心。它分为不同的区域，负责不同的工作。
大脑的组成
- 大脑半球：顶部皱褶较多的巨大部位。负责控制记忆、语言和感官等功能。
- 小脑：位于后方。负责控制平衡和肌肉协调（例如骑自行车）。
- 延髓：位于脑干中。控制我们不自觉的自动化反应，例如呼吸和心跳速度。
透视大脑：CT 与 PET 扫描
由于大脑受到厚重的头骨保护且非常脆弱，研究起来很困难。我们利用科技来观察内部：
- CT 扫描：使用 X 光显示大脑的结构。能观察到肿瘤或出血。
- PET 扫描：使用放射性示踪剂来显示大脑中哪些部位在实时活动。
你知道吗？治疗脑部损伤非常困难，因为大脑的自我修复能力不佳，且手术往往会对脆弱的组织造成更多伤害。
重点摘要：大脑的不同区域控制不同的功能。扫描技术有助我们观察结构 (CT) 和活动 (PET)。
5. 神经系统
神经系统让我们能利用电脉冲，极快地对周遭环境做出反应。
脉冲传导的路径
当事情发生时，身体会遵循特定的顺序：
刺激 (Stimulus)（例如热盘子）→ 受体 (Receptor)（皮肤）→ 感觉神经元 (Sensory Neurone) → 中枢神经系统 (CNS)（脑/脊髓）→ 运动神经元 (Motor Neurone) → 效应器 (Effector)（肌肉）→ 反应 (Response)（缩手）。
神经元的结构
神经元是传递电信号的长条状细胞。
- 树突：接收来自其他细胞的信号。
- 轴突：负责将脉冲传递出去的长条部分。
- 髓鞘：一层脂肪层，像电线的绝缘层，能让信号传导快得多。
突触 (Synapse)
当两个神经元相遇时，中间会有一个微小的空隙称为突触。电信号无法跳过这个空隙！相反地：
- 电脉冲到达第一个神经元的末端。
- 它触发名为神经递质 (neurotransmitters) 的化学物质释放。
- 这些化学物质扩散 (diffuse) 过空隙。
- 它们与下一个神经元上的受体结合，启动新的电脉冲。
反射弧 (Reflex Arcs)
反射是一种保护身体的快速、自动反应。它绕过大脑的思考区域以节省时间。在反射弧中，信号会透过脊髓中的中间神经元 (relay neurone) 传递，而不是先传送到大脑。
重点摘要：神经元传递电信号。突触利用化学物质跨越空隙。反射反应极快，因为它们避开了大脑。
6. 眼睛（仅限生物科）
眼睛是一种检测光的感官受体。
眼睛的结构
- 角膜：透明的外层，开始弯曲（折射）光线。
- 虹膜：有色部分，透过调整瞳孔大小来控制进入眼睛的光量。
- 晶状体：微调光线，使其准确聚焦在视网膜后方。
- 视网膜：背部的“屏幕”，包含视杆细胞（用于暗光）和视锥细胞（用于色彩）。
视觉缺陷
1. 近视 (Myopia)：看不清远处。光线聚焦在视网膜的前方。用凹透镜矫正。
2. 远视 (Hyperopia)：看不清近处。光线聚焦在视网膜的后方。用凸透镜矫正。
3. 白内障：晶状体变混浊。透过更换人工晶体来矫正。
4. 色盲：视网膜中的某些视锥细胞功能异常。目前尚无法治愈。
快速复习：视杆细胞 (Rods) = 暗处。视锥细胞 (Cones) = 彩色。记住 Cone 用于 Colour！
重点摘要：眼睛将光线聚焦在视网膜上。镜片可以矫正近视和远视等聚焦问题。
恭喜！你已经完成了“细胞与控制”的笔记。休息一下，然后试着练习关于有丝分裂阶段或反射弧路径的题目吧！