生物的本质与多样性

生物学是研究生物的科学。为了理解地球上极其庞大的生命多样性，生物学家着眼于所有生物共有的基本特征，以及区分各大生物类群的结构特点：真核生物、原核生物，以及如病毒般的非细胞结构实体。

1. 生物的特征

所有生物都具有八种基本的生命过程与特征：

• 需要营养 (Require nutrition)： 生物需要食物／养分以提供能量，以及用于生长和修复的原料（可以通过光合作用自行制造养分，或通过摄食其他生物来获取）。

• 进行呼吸 (Respire)： 生物通过细胞呼吸从食物（如葡萄糖）中释放能量，以产生 ATP。

• 排泄废物 (Excrete waste)： 生物将体内的代谢废物排出体外（例如二氧化碳、尿素）。

• 对外界刺激作出反应 (Respond to surroundings)： 生物能够感知外在环境的变化（刺激），并作出相应的反应。

• 能够运动 (Move)： 生物可以改变其位置或方向（动物可以移动整个身体；植物则表现出生长运动，如向光性）。

• 控制体内环境 (Control internal conditions)： 生物将体内环境维持在狭窄的稳定范围内，这个过程称为内环境稳态 (homeostasis)（例如调节体温或水分含量）。

• 进行繁殖 (Reproduce)： 生物产生后代以确保物种的延续（可通过有性生殖或无性生殖）。

• 生长与发育 (Grow and develop)： 生物通过增加细胞数量或细胞体积来增加体积和干重，并在这一生中经历结构和功能上的变化。

2. 真核生物与原核生物

所有具细胞结构的生物均被归类为真核生物或原核生物：

• 真核生物 (Eukaryotes)： 细胞内具有由核膜包裹的明确细胞核，以及膜结合细胞器（例如线粒体和叶绿体）的生物。真核生物包括植物、动物、真菌和原生生物。

• 原核生物 (Prokaryotes)： 没有细胞核或膜结合细胞器的单细胞生物。它们的遗传物质游离于细胞质中。细菌属于原核生物。

3. 生物的主要类群

3.1 植物 (Plants)

• 结构组织： 多细胞生物。

• 细胞结构： 细胞含有叶绿体并能进行光合作用。细胞拥有由纤维素 (cellulose) 组成的细胞壁、永久性大液泡以及细胞核。

• 碳水化合物储存： 以淀粉 (starch) 或蔗糖 (sucrose) 的形式储存碳水化合物。

• 例子： 开花植物，如谷类（例如玉米）或草本豆科植物（例如豌豆或豆类）。

3.2 动物 (Animals)

• 结构组织： 多细胞生物。

• 细胞结构： 细胞没有叶绿体，不能进行光合作用，亦没有细胞壁。

• 协调与运动： 通常具有神经协调能力，并能够从一处移动到另一处。

• 碳水化合物储存： 通常以糖原 (glycogen) 的形式储存碳水化合物。

• 例子： 哺乳类（例如人类）和昆虫（例如家蝇和蚊子）。

3.3 真菌 (Fungi)

• 结构组织： 多为多细胞，其身体组织成由称为菌丝 (hyphae) 的丝状结构组成的菌丝体 (mycelium)，菌丝内含有多个细胞核（多核）。部分真菌为单细胞（例如酵母菌）。

• 细胞结构： 不含叶绿体，不能进行光合作用。细胞壁由几丁质 (chitin) 组成。

• 营养方式： 腐生营养 (Saprotrophic nutrition) —— 它们在体外向死亡或腐烂的有机物分泌消化酶，然后吸收已消化的有机产物。

• 碳水化合物储存： 以糖原 (glycogen) 的形式储存碳水化合物。

• 例子： 毛霉菌 (Mucor)（具有典型的菌丝结构）和酵母菌 (yeast)（单细胞）。

3.4 原生生物 (Protoctists)

• 结构组织： 微小的单细胞生物。

• 多样性： 极度多样化的类群；有些类似动物细胞，有些则含有叶绿体并类似植物细胞。

• 例子：

- 变形虫 (Amoeba)： 生活在池塘水中，具有类似动物细胞的特征。

- 小球藻 (Chlorella)： 含有叶绿体，具有较多类似植物细胞的特征。

- 疟原虫 (Plasmodium)： 一种致病性原生生物，可引起疟疾 (malaria)。

3.5 细菌 (Bacteria)

• 结构组织： 微小的单细胞原核生物。

• 细胞结构： 拥有细胞壁、细胞膜、细胞质和质粒 (plasmids)（小环状 DNA 片段）。它们缺乏细胞核；相反，其遗传物质以单一根环状 DNA 染色体的形式存在。

• 营养方式： 部分细菌能进行光合作用，但大多数以其他活体或死亡生物为食（腐生分解者或异养消费者）。

• 例子：

- 保加利亚乳杆菌 (Lactobacillus bulgaricus)： 一种杆状细菌，用于将牛奶制成酸奶。

- 肺炎链球菌 (Pneumococcus)： 一种球状细菌，作为引起肺炎的病原体。

4. 病原体与病毒

4.1 什么是病原体？

病原体 (pathogen) 是指能引起疾病的生物（或微观病原体）。病原体可包括：

• 真菌：（例如引起足癣／脚气的真菌）。

• 细菌：（例如引起肺炎的肺炎链球菌）。

• 原生生物：（例如引起疟疾的疟原虫）。

• 病毒：（例如引起流行性感冒的流感病毒）。

4.2 病毒的特征

病毒不被视为真正的生物，因为它们无法独立完成所有八种生命过程。

• 大小： 体积极小的微观粒子，远小于细菌。

• 结构： 它们没有细胞结构（没有细胞质、细胞膜或细胞器）。病毒由一层包裹着遗传物质的蛋白质外壳 (protein coat) 组成，其遗传物质仅为单一类型的核酸 —— DNA 或 RNA。

• 寄生本质： 病毒具有严格的寄生性 (parasitic)。它们只能在活宿主细胞内，通过夺取宿主细胞的运作机制来进行繁殖。它们能感染各种类型的生物。

• 例子：

- 烟草花叶病毒 (Tobacco mosaic virus, TMV)： 感染植物（如烟草和番茄），通过阻止叶绿体形成而导致叶片变色。

- 流感病毒 (Influenza virus)： 在人类和其他动物中引起流行性感冒（流感）。

- 人类免疫缺陷病毒 (HIV)： 在人类中引起艾滋病 (AIDS) 的病毒。