歡迎來到「細胞與控制」！
在本章中，我們將探討生物體最重要的兩件事：生長和反應。我們將研究一個細胞如何分裂成數十億個細胞、你的大腦如何像超高速電腦一樣運作，以及眼睛如何幫助你觀察世界。
如果有些長名稱一開始讓你覺得棘手，不用擔心——我們會一起把它們拆解成簡單的概念！
1. 有絲分裂與細胞週期
每個人最初都只是單一細胞。為了長大成人，那個細胞必須不斷分裂。這個過程稱為有絲分裂 (mitosis)。
甚麼是有絲分裂？
有絲分裂是一種細胞分裂方式，產生兩個基因完全相同的子細胞。這意味著新細胞擁有與原始細胞一模一樣的 DNA。這些新細胞是雙倍體 (diploid)，即擁有完整的一套染色體（人類為 46 條）。
細胞週期的階段
把細胞週期想像成細胞的生命週期。它大部分時間都在準備，然後花短時間進行分裂。
1. 間期 (Interphase)：「準備階段」。細胞生長並複製其 DNA，確保有足夠的量供兩個細胞使用。
2. 前期 (Prophase)：細胞核開始解體，紡錘絲出現。
3. 中期 (Metaphase)：染色體排列在細胞的中間 (Middle)。
4. 後期 (Anaphase)：染色體被拉向細胞的兩端 (Away)。
5. 末期 (Telophase)：兩個新的細胞核在染色體周圍形成。
6. 胞質分裂 (Cytokinesis)：細胞膜向內收縮，形成兩個獨立的細胞。
記憶小撇步：使用助記詞 I Play Music At Tea-time（間期 Interphase、前期 Prophase、中期 Metaphase、後期 Anaphase、末期 Telophase）。
為甚麼有絲分裂很重要？
生物體利用有絲分裂進行三件主要工作：
- 生長：使生物體變大。
- 修復：替換受損或死亡的細胞（例如結痂時）。
- 無性繁殖：製造與親代基因完全相同的後代。
快速複習：有絲分裂產生 2 個相同的細胞以供生長和修復。如果細胞分裂失控，可能會導致癌症。
重點摘要：有絲分裂是製造細胞複製品以幫助我們生長及修復身體的過程。
2. 動物與植物的生長
生長不僅僅是細胞數量的增加，還包括細胞變得專業化，以負責不同的任務。
動物的生長
在動物體內，生長是透過細胞分裂（有絲分裂）和分化 (differentiation) 實現的。分化是指「基礎」細胞改變成為「專業」細胞的過程，例如肌肉細胞或神經細胞。
植物的生長
植物則略有不同，它們透過以下方式生長：
- 細胞分裂：通常發生在根部和莖部的尖端。
- 伸長 (Elongation)：這是植物細胞透過吸收水分而變長的過程。想像一下氣球在充氣時被拉長的樣子！
- 分化：產生如根毛細胞或木質部等專業細胞。
監控生長
醫生使用百分位圖表 (percentile charts) 來檢查嬰兒的生長速度是否正常。如果嬰兒體重處於第 75 百分位，意味著在同齡嬰兒中，75% 的體重比他輕，25% 比他重。關鍵在於確保生長曲線平穩。
重點摘要：動物主要透過細胞分裂生長，而植物則結合細胞分裂與伸長。
3. 幹細胞
幹細胞 (stem cells) 之所以特別，是因為它們是未分化 (undifferentiated) 的。這意味著它們尚未「決定」自己要成為哪種細胞。
幹細胞的類型
1. 胚胎幹細胞：存在於早期胚胎中。它們非常厲害，因為可以轉變成體內任何類型的細胞。
2. 成體幹細胞：存在於骨髓等部位。它們的功能較受限，只能轉變成少數幾種類型的細胞（例如血球）。
3. 分生組織（植物）：存在於根部和莖部的尖端。在植物的整個生命週期中，它們都能產生任何類型的植物細胞！
醫學中的幹細胞
科學家希望利用幹細胞透過替換受損細胞來治療癱瘓或糖尿病等疾病。
優點：能治療以往無法治癒的疾病。
風險：幹細胞可能會持續分裂並導致癌症（腫瘤），或者身體可能將它們視為外來組織而產生排斥反應。
重點摘要：幹細胞是能分化成專業細胞的「空白」細胞。胚胎幹細胞的能力最強。
4. 大腦與掃描（僅限生物科）
大腦是人體的控制中心。它分為不同的區域，負責不同的工作。
大腦的組成
- 大腦半球：頂部皺褶較多的巨大部位。負責控制記憶、語言和感官等功能。
- 小腦：位於後方。負責控制平衡和肌肉協調（例如騎自行車）。
- 延髓：位於腦幹中。控制我們不自覺的自動化反應，例如呼吸和心跳速度。
透視大腦：CT 與 PET 掃描
由於大腦受到厚重的頭骨保護且非常脆弱，研究起來很困難。我們利用科技來觀察內部：
- CT 掃描：使用 X 光顯示大腦的結構。能觀察到腫瘤或出血。
- PET 掃描：使用放射性示蹤劑來顯示大腦中哪些部位在實時活動。
你知道嗎？治療腦部損傷非常困難，因為大腦的自我修復能力不佳，且手術往往會對脆弱的組織造成更多傷害。
重點摘要：大腦的不同區域控制不同的功能。掃描技術有助我們觀察結構 (CT) 和活動 (PET)。
5. 神經系統
神經系統讓我們能利用電脈衝，極快地對周遭環境做出反應。
脈衝傳導的路徑
當事情發生時，身體會遵循特定的順序：
刺激 (Stimulus)（例如熱盤子）→ 受體 (Receptor)（皮膚）→ 感覺神經元 (Sensory Neurone) → 中樞神經系統 (CNS)（腦/脊髓）→ 運動神經元 (Motor Neurone) → 效應器 (Effector)（肌肉）→ 反應 (Response)（縮手）。
神經元的結構
神經元是傳遞電訊號的長條狀細胞。
- 樹突：接收來自其他細胞的訊號。
- 軸突：負責將脈衝傳遞出去的長條部分。
- 髓鞘：一層脂肪層，像電線的絕緣層，能讓訊號傳導快得多。
突觸 (Synapse)
當兩個神經元相遇時，中間會有一個微小的空隙稱為突觸。電訊號無法跳過這個空隙！相反地：
- 電脈衝到達第一個神經元的末端。
- 它觸發名為神經傳導物質 (neurotransmitters) 的化學物質釋放。
- 這些化學物質擴散 (diffuse) 過空隙。
- 它們與下一個神經元上的受體結合，啟動新的電脈衝。
反射弧 (Reflex Arcs)
反射是一種保護身體的快速、自動反應。它繞過大腦的思考區域以節省時間。在反射弧中，訊號會透過脊髓中的聯合神經元 (relay neurone) 傳遞，而不是先傳送到大腦。
重點摘要：神經元傳遞電訊號。突觸利用化學物質跨越空隙。反射反應極快，因為它們避開了大腦。
6. 眼睛（僅限生物科）
眼睛是一種檢測光的感官受體。
眼睛的結構
- 角膜：透明的外層，開始彎曲（折射）光線。
- 虹膜：有色部分，透過調整瞳孔大小來控制進入眼睛的光量。
- 晶狀體：微調光線，使其準確聚焦在視網膜後方。
- 視網膜：背部的「螢幕」，包含桿狀細胞（用於暗光）和錐狀細胞（用於色彩）。
視覺缺陷
1. 近視 (Myopia)：看不清遠處。光線聚焦在視網膜的前方。用凹透鏡矯正。
2. 遠視 (Hyperopia)：看不清近處。光線聚焦在視網膜的後方。用凸透鏡矯正。
3. 白內障：晶狀體變混濁。透過更換人工晶體來矯正。
4. 色盲：視網膜中的某些錐狀細胞功能異常。目前尚無法治癒。
快速複習：桿狀細胞 (Rods) = 暗處。錐狀細胞 (Cones) = 彩色。記住 Cone 用於 Colour！
重點摘要：眼睛將光線聚焦在視網膜上。鏡片可以矯正近視和遠視等聚焦問題。
恭喜！你已經完成了「細胞與控制」的筆記。休息一下，然後試著練習關於有絲分裂階段或反射弧路徑的題目吧！