課題 2：細胞與控制（試卷 1：生物 1）
歡迎來到「細胞與控制」章節！在本單元中，我們將探索你的身體如何從一個微小的細胞，生長成一個擁有數萬億細胞的複雜個體。我們還會研究你的身體如何利用神經系統來進行自我調節並對周遭環境作出反應。如果一開始覺得內容很多，別擔心——我們會一步步為你拆解！
1. 細胞分裂：有絲分裂 (Mitosis)
你身體中的大多數細胞都需要複製自己，這個過程稱為有絲分裂 (mitosis)。這就是你從嬰兒長大成人，以及你身體在受傷時自我修復的方式。
細胞週期 (The Cell Cycle)
細胞週期就是細胞的一生。在大部分時間裡，細胞只是在執行日常功能並為分裂做準備。這個準備階段稱為間期 (Interphase)。在間期，細胞會進行DNA 複製（製造一份自身的副本），確保有足夠的遺傳物質分給兩個細胞。
準備就緒後，細胞便會進入有絲分裂的四個階段。你可以利用助記符號 PMAT 來記住順序：
- 前期 (Prophase)：細胞核開始解體，染色體（包含你的 DNA）濃縮並變得清晰可見。
- 中期 (Metaphase)：染色體排列在細胞的中央 (Middle)。
- 後期 (Anaphase)：染色體的副本被拉開 (Away)，分別移向細胞的兩端。
- 末期 (Telophase)：在兩組染色體周圍形成兩個 (Two) 新的細胞核。
- 胞質分裂 (Cytokinesis)：這是最後的「分裂」步驟，細胞膜向內凹陷，將細胞一分為二。
有絲分裂的結果
有絲分裂會產生兩個子細胞。這些細胞具有以下特徵：
1. 與彼此及親代細胞基因完全相同。
2. 為雙倍體 (Diploid)（它們擁有成對的完整染色體組——人類細胞為 46 條）。
為什麼有絲分裂很重要？
生物體主要為了三種目的進行有絲分裂：
- 生長：增加細胞數量。
- 修復：替換受損或死亡的細胞。
- 無性繁殖：製造親代的「克隆體」（常見於植物和細菌）。
癌症：失控的細胞分裂
有時候，細胞的 DNA 會發生變化（突變），導致它「忘記」何時該停止分裂。癌症就是細胞分裂失控的結果。這可能導致異常細胞團塊，稱為腫瘤 (tumour)。
重點複習：有絲分裂製造出兩個相同的雙倍體細胞，用於生長和修復。如果失控，則會導致癌症。
2. 生物體的生長
生長不僅僅是細胞數量的增加；它還涉及細胞為了執行不同任務而變得「專業化」。
動物與植物的生長差異
動物和植物的生長方式略有不同：
- 動物：生長透過細胞分裂（有絲分裂）和細胞分化（細胞變得專業化，例如變成皮膚細胞或肌肉細胞）來實現。
- 植物：生長透過細胞分裂、細胞分化和細胞伸長 (cell elongation) 來實現。伸長是指細胞長度增加或拉伸的過程。
細胞分化 (Cell Differentiation)
當你還是個微小的胚胎時，所有的細胞都是一樣的。隨著你的發育，細胞經歷了分化，變成了特化細胞（如神經元或紅血球）。這非常重要，因為它讓身體的不同部位能夠執行特定的功能。
監測生長：百分位數圖表
醫生會使用百分位數圖表 (percentile charts) 來檢查嬰兒的生長發育是否健康。
例子：如果一個嬰兒的身高處於第 75 百分位，意味著他比 75% 同齡的嬰兒高，而有 25% 的嬰兒比他高。只有當嬰兒的生長曲線突然跨越許多百分位線時，我們才需要擔憂。
重點總結：動物透過分裂和分化生長；植物則增加了伸長過程。分化創造了執行特定「工作」的專業化細胞。
3. 幹細胞 (Stem Cells)
你可以把幹細胞想像成「白紙」細胞。它們是未分化的細胞，具有轉變為多種不同類型專業化細胞的潛力。
幹細胞的類型
- 胚胎幹細胞：存在於早期胚胎中。它們非常神奇，因為它們可以分化為人體內任何類型的細胞。
- 成體幹細胞：存在於骨髓等部位。它們的功能較受限；例如，骨髓幹細胞通常只能分化為不同類型的血球。
- 分生組織 (Meristems，植物)：存在於根尖和芽尖。與人類不同，植物的幹細胞在它們的整個生命週期中都能分化為任何植物細胞。
醫學上的幹細胞
科學家希望利用幹細胞來治療癱瘓或糖尿病等疾病，透過替換受損細胞來修復組織。
潛在好處：治癒目前無法修復的損傷。
潛在風險：幹細胞可能會持續失控分裂（導致癌症），或者被病人的免疫系統排斥。
你知道嗎？使用胚胎幹細胞具有爭議性，因為有些人認為使用本來可能成為一個人的胚胎細胞是不道德的。
4. 神經系統
你的神經系統讓你能夠對周遭環境作出反應。它由中樞神經系統 (CNS)（腦和脊髓）以及一個神經元（神經細胞）網絡所組成。
神經元：資訊高速公路
你需要了解三種主要的神經元：
- 感覺神經元：將電脈衝從受體（如眼睛或皮膚）傳遞到中樞神經系統。
- 聯合神經元 (Relay Neurones)：位於中樞神經系統內，連接感覺神經元和運動神經元。
- 運動神經元：將電脈衝從中樞神經系統傳遞到效應器（肌肉或腺體），以採取行動。
神經元的結構
神經元具有特殊的形狀，有助於快速傳遞信號：
- 軸突 (Axon)：一條長纖維，用於長距離傳遞脈衝。
- 樹突 (Dendron/Dendrites)：像樹枝一樣的結構，用於接收信號。
- 髓鞘 (Myelin Sheath)：包圍在軸突外的一層脂肪層。它就像電線上的塑膠絕緣層，能加快脈衝傳遞速度並防止信號外洩。
突觸 (Synapses) 與神經傳導物質
神經元之間其實並沒有直接接觸！它們之間有一個微小的間隙，稱為突觸。
當電脈衝到達神經元末端時，會觸發化學物質神經傳導物質 (neurotransmitters) 的釋放。這些化學物質會擴散（漂浮）過間隙，並在下一個神經元中引發新的電脈衝。
反射弧 (Reflex Arc)
反射是一種針對危險的自動化、快速反應（例如觸碰到滾燙的爐子）。它的反應速度極快，因為信號繞過了大腦——它只傳遞到脊髓再傳回來。
反射途徑：
刺激（熱）→ 受體（皮膚）→ 感覺神經元 → 聯合神經元（在脊髓中）→ 運動神經元 → 效應器（肌肉）→ 反應（移開手）。
常見錯誤：學生常會記錯順序。請記住：Sensory (感覺) → Relay (聯合) → Motor (運動) 即 SRM。
重點總結：神經系統利用神經元中的電脈衝和突觸中的化學信號。反射之所以快速，是因為它不涉及大腦的意識思考。