课题 2：细胞与控制（试卷 1：生物 1）
欢迎来到“细胞与控制”章节！在本单元中，我们将探索你的身体如何从一个微小的细胞，生长成一个拥有数万亿细胞的复杂个体。我们还会研究你的身体如何利用神经系统来进行自我调节并对周遭环境作出反应。如果一开始觉得内容很多，别担心——我们会一步步为你拆解！
1. 细胞分裂：有丝分裂 (Mitosis)
你身体中的大多数细胞都需要复制自己，这个过程称为有丝分裂 (mitosis)。这就是你从婴儿长大成人，以及你身体在受伤时自我修复的方式。
细胞周期 (The Cell Cycle)
细胞周期就是细胞的一生。在大部分时间里，细胞只是在执行日常功能并为分裂做准备。这个准备阶段称为间期 (Interphase)。在间期，细胞会进行DNA 复制（制造一份自身的副本），确保有足够的遗传物质分给两个细胞。
准备就绪后，细胞便会进入有丝分裂的四个阶段。你可以利用助记符号 PMAT 来记住顺序：
- 前期 (Prophase)：细胞核开始解体，染色体（包含你的 DNA）浓缩并变得清晰可见。
- 中期 (Metaphase)：染色体排列在细胞的中央 (Middle)。
- 后期 (Anaphase)：染色体的副本被拉开 (Away)，分别移向细胞的两端。
- 末期 (Telophase)：在两组染色体周围形成两个 (Two) 新的细胞核。
- 胞质分裂 (Cytokinesis)：这是最后的“分裂”步骤，细胞膜向内凹陷，将细胞一分为二。
有丝分裂的结果
有丝分裂会产生两个子细胞。这些细胞具有以下特征：
1. 与彼此及亲代细胞基因完全相同。
2. 为二倍体 (Diploid)（它们拥有成对的完整染色体组——人类细胞为 46 条）。
为什么有丝分裂很重要？
生物体主要为了三种目的进行有丝分裂：
- 生长：增加细胞数量。
- 修复：替换受损或死亡的细胞。
- 无性繁殖：制造亲代的“克隆体”（常见于植物和细菌）。
癌症：失控的细胞分裂
有时候，细胞的 DNA 会发生变化（突变），导致它“忘记”何时该停止分裂。癌症就是细胞分裂失控的结果。这可能导致异常细胞团块，称为肿瘤 (tumour)。
重点复习：有丝分裂制造出两个相同的二倍体细胞，用于生长和修复。如果失控，则会导致癌症。
2. 生物体的生长
生长不仅仅是细胞数量的增加；它还涉及细胞为了执行不同任务而变得“专业化”。
动物与植物的生长差异
动物和植物的生长方式略有不同：
- 动物：生长通过细胞分裂（有丝分裂）和细胞分化（细胞变得专业化，例如变成皮肤细胞或肌肉细胞）来实现。
- 植物：生长通过细胞分裂、细胞分化和细胞伸长 (cell elongation) 来实现。伸长是指细胞长度增加或拉伸的过程。
细胞分化 (Cell Differentiation)
当你还是个微小的胚胎时，所有的细胞都是一样的。随着你的发育，细胞经历了分化，变成了特化细胞（如神经元或红细胞）。这非常重要，因为它让身体的不同部位能够执行特定的功能。
监测生长：百分位数图表
医生会使用百分位数图表 (percentile charts) 来检查婴儿的生长发育是否健康。
例子：如果一个婴儿的身高处于第 75 百分位，意味着他比 75% 同龄的婴儿高，而有 25% 的婴儿比他高。只有当婴儿的生长曲线突然跨越许多百分位线时，我们才需要担忧。
重点总结：动物通过分裂和分化生长；植物则增加了伸长过程。分化创造了执行特定“工作”的专业化细胞。
3. 干细胞 (Stem Cells)
你可以把干细胞想象成“白纸”细胞。它们是未分化的细胞，具有转变为多种不同类型专业化细胞的潜力。
干细胞的类型
- 胚胎干细胞：存在于早期胚胎中。它们非常神奇，因为它们可以分化为人体内任何类型的细胞。
- 成体干细胞：存在于骨髓等部位。它们的功能较受限；例如，骨髓干细胞通常只能分化为不同类型的血细胞。
- 分生组织 (Meristems，植物)：存在于根尖和芽尖。与人类不同，植物的干细胞在它们的整个生命周期中都能分化为任何植物细胞。
医学上的干细胞
科学家希望利用干细胞来治疗瘫痪或糖尿病等疾病，通过替换受损细胞来修复组织。
潜在好处：治愈目前无法修复的损伤。
潜在风险：干细胞可能会持续失控分裂（导致癌症），或者被病人的免疫系统排斥。
你知道吗？使用胚胎干细胞具有争议性，因为有些人认为使用本来可能成为一个人的胚胎细胞是不道德的。
4. 神经系统
你的神经系统让你能够对周遭环境作出反应。它由中枢神经系统 (CNS)（脑和脊髓）以及一个神经元（神经细胞）网络所组成。
神经元：信息高速公路
你需要了解三种主要的神经元：
- 感觉神经元：将电脉冲从受体（如眼睛或皮肤）传递到中枢神经系统。
- 联合神经元 (Relay Neurones)：位于中枢神经系统内，连接感觉神经元和运动神经元。
- 运动神经元：将电脉冲从中枢神经系统传递到效应器（肌肉或腺体），以采取行动。
神经元的结构
神经元具有特殊的形状，有助于快速传递信号：
- 轴突 (Axon)：一条长纤维，用于长距离传递脉冲。
- 树突 (Dendron/Dendrites)：像树枝一样的结构，用于接收信号。
- 髓鞘 (Myelin Sheath)：包围在轴突外的一层脂肪层。它就像电线上的塑料绝缘层，能加快脉冲传递速度并防止信号外泄。
突触 (Synapses) 与神经递质
神经元之间其实并没有直接接触！它们之间有一个微小的间隙，称为突触。
当电脉冲到达神经元末端时，会触发化学物质神经递质 (neurotransmitters) 的释放。这些化学物质会扩散（漂浮）过间隙，并在下一个神经元中引发新的电脉冲。
反射弧 (Reflex Arc)
反射是一种针对危险的自动化、快速反应（例如触碰到滚烫的炉子）。它的反应速度极快，因为信号绕过了大脑——它只传递到脊髓再传回来。
反射途径：
刺激（热）→ 受体（皮肤）→ 感觉神经元 → 联合神经元（在脊髓中）→ 运动神经元 → 效应器（肌肉）→ 反应（移开手）。
常见错误：学生常会记错顺序。请记住：Sensory (感觉) → Relay (联合) → Motor (运动) 即 SRM。
重点总结：神经系统利用神经元中的电脉冲和突触中的化学信号。反射之所以快速，是因为它不涉及大脑的意识思考。