生物的本質與多樣性

生物學是研究生物的科學。為了理解地球上極其龐大的生命多樣性，生物學家著眼於所有生物共有的基本特徵，以及區分各大生物類群的結構特點：真核生物、原核生物，以及如病毒般的非細胞結構實體。

1. 生物的特徵

所有生物都具有八種基本的生命過程與特徵：

• 需要營養 (Require nutrition)： 生物需要食物／養分以提供能量，以及用於生長和修復的原料（可以通過光合作用自行製造養分，或通過攝食其他生物來獲取）。

• 進行呼吸 (Respire)： 生物通過細胞呼吸從食物（如葡萄糖）中釋放能量，以產生 ATP。

• 排泄廢物 (Excrete waste)： 生物將體內的代謝廢物排出體外（例如二氧化碳、尿素）。

• 對外界刺激作出反應 (Respond to surroundings)： 生物能夠感知外在環境的變化（刺激），並作出相應的反應。

• 能夠運動 (Move)： 生物可以改變其位置或方向（動物可以移動整個身體；植物則表現出生長運動，如向光性）。

• 控制體內環境 (Control internal conditions)： 生物將體內環境維持在狹窄的穩定範圍內，這個過程稱為體內平衡 (homeostasis)（例如調節體溫或水分含量）。

• 進行繁殖 (Reproduce)： 生物產生後代以確保物種的延續（可透過有性生殖或無性生殖）。

• 生長與發育 (Grow and develop)： 生物通過增加細胞數量或細胞體積來增加體積和乾重，並在一生中經歷結構和功能上的變化。

2. 真核生物與原核生物

所有具細胞結構的生物均被歸類為真核生物或原核生物：

• 真核生物 (Eukaryotes)： 細胞內具有由核膜包裹的明確細胞核，以及膜結合胞器（例如線粒體和葉綠體）的生物。真核生物包括植物、動物、真菌和原生生物。

• 原核生物 (Prokaryotes)： 沒有細胞核或膜結合胞器的單細胞生物。它們的遺傳物質游離於細胞質中。細菌屬於原核生物。

3. 生物的主要類群

3.1 植物 (Plants)

• 結構組織： 多細胞生物。

• 細胞結構： 細胞含有葉綠體並能進行光合作用。細胞擁有由纖維素 (cellulose) 組成的細胞壁、永久性大液泡以及細胞核。

• 碳水化合物儲存： 以澱粉 (starch) 或蔗糖 (sucrose) 的形式儲存碳水化合物。

• 例子： 開花植物，如穀類（例如玉米）或草本豆科植物（例如豌豆或豆類）。

3.2 動物 (Animals)

• 結構組織： 多細胞生物。

• 細胞結構： 細胞沒有葉綠體，不能進行光合作用，亦沒有細胞壁。

• 協調與運動： 通常具有神經協調能力，並能夠從一處移動到另一處。

• 碳水化合物儲存： 通常以糖原 (glycogen) 的形式儲存碳水化合物。

• 例子： 哺乳類（例如人類）和昆蟲（例如家蠅和蚊子）。

3.3 真菌 (Fungi)

• 結構組織： 多為多細胞，其身體組織成由稱為菌絲 (hyphae) 的絲狀結構組成的菌絲體 (mycelium)，菌絲內含有多個細胞核（多核）。部分真菌為單細胞（例如酵母菌）。

• 細胞結構： 不含葉綠體，不能進行光合作用。細胞壁由幾丁質 (chitin) 組成。

• 營養方式： 腐生營養 (Saprotrophic nutrition) —— 它們在體外向死亡或腐爛的有機物分泌消化酶，然後吸收已消化的有機產物。

• 碳水化合物儲存： 以糖原 (glycogen) 的形式儲存碳水化合物。

• 例子： 毛黴菌 (Mucor)（具有典型的菌絲結構）和酵母菌 (yeast)（單細胞）。

3.4 原生生物 (Protoctists)

• 結構組織： 微小的單細胞生物。

• 多樣性： 極度多樣化的類群；有些類似動物細胞，有些則含有葉綠體並類似植物細胞。

• 例子：

- 變形蟲 (Amoeba)： 生活在池塘水中，具有類似動物細胞的特徵。

- 小球藻 (Chlorella)： 含有葉綠體，具有較多類似植物細胞的特徵。

- 瘧原蟲 (Plasmodium)： 一種致病性原生生物，可引致瘧疾 (malaria)。

3.5 細菌 (Bacteria)

• 結構組織： 微小的單細胞原核生物。

• 細胞結構： 擁有細胞壁、細胞膜、細胞質和質粒 (plasmids)（小環狀 DNA 片段）。它們缺乏細胞核；相反，其遺傳物質以單一條環狀 DNA 染色體的形式存在。

• 營養方式： 部分細菌能進行光合作用，但大多數以其他活體或死亡生物為食（腐生分解者或異營消費者）。

• 例子：

- 保加利亞乳桿菌 (Lactobacillus bulgaricus)： 一種桿狀細菌，用於將牛奶製成乳酪。

- 肺炎鏈球菌 (Pneumococcus)： 一種球狀細菌，作為引致肺炎的病原體。

4. 病原體與病毒

4.1 什麼是病原體？

病原體 (pathogen) 是指能引致疾病的生物（或微觀病原體）。病原體可包括：

• 真菌：（例如引致香港腳／足癬的真菌）。

• 細菌：（例如引致肺炎的肺炎鏈球菌）。

• 原生生物：（例如引致瘧疾的瘧原蟲）。

• 病毒：（例如引致流行性感冒的流感病毒）。

4.2 病毒的特徵

病毒不被視為真正的生物，因為它們無法獨立完成所有八種生命過程。

• 大小： 體積極小的微觀粒子，遠小於細菌。

• 結構： 它們沒有細胞結構（沒有細胞質、細胞膜或胞器）。病毒由一層包裹著遺傳物質的蛋白質外殼 (protein coat) 組成，其遺傳物質僅為單一種類的核酸 —— DNA 或 RNA。

• 寄生本質： 病毒具有嚴格的寄生性 (parasitic)。它們只能在活宿主細胞內，通過奪取宿主細胞的運作機制來進行繁殖。它們能感染各種類型的生物。

• 例子：

- 煙草花葉病毒 (Tobacco mosaic virus, TMV)： 感染植物（如煙草和番茄），通過阻止葉綠體形成而導致葉片變色。

- 流感病毒 (Influenza virus)： 在人類和其他動物中引致流行性感冒（流感）。

- 人類免疫力缺乏病毒 (HIV)： 在人類中引致愛滋病 (AIDS) 的病毒。