大家好,这里是枫学长,上一讲我们介绍了器官和系统。从定义上来说,器官是指由几种不同类型的组织经过发育分化,相互结合,构成具有一定形态和功能的结构。所以,在器官之下就是组织了。而所谓组织是指,由一种或者几种细胞结合起来的细胞群。对于动物而言,主要的组织包括神经组织、上皮组织、肌肉组织和结缔组织。神经组织是神经系统的主要成分。后面会讲到,神经系统可以调节和控制身体的机能和活动。身体之所以能够感受到外界环境的变化,能够感觉到压力、热量和电流的刺激。都是因为神经系统将外界的环境的改变,通过电信号的方式传递到大脑当中,形成刺激。人想要活动,想要思考,都需要神经系统的参与。其中有一些神经活动是我们能够意识到的,而有一些神经活动是我们无法意识到的,是身体自动产生的反应。比如,在消化系统当中,肠道的蠕动。神经系统控制一些激素的分泌,这些行为,都不需要大脑去思考。但是,我们要说话,要思考,要去做一些动作,就需要神经系统大脑皮层的参与。
而上皮组织的功能也就是皮肤的主要功能。其中包括分泌一些水分,一些盐分,或者是保护机体不受到伤害。上皮组织细胞之间的连接是非常紧密的。通过一种叫做“细胞连接”的这种结构,将细胞与细胞之间紧密的,无缝地连接起来。这样就可以把外界的物质很好的挡在外面,防止有害物质的进入。
而肌肉组织具有收缩的能力,与身体的运动有关。不管是呼吸,吃饭,运动都需要肌肉组织的参与。肌肉组织通过与骨骼的结合,通过收缩和放松这两种状态的转换,来达到机体运动的目的。比如,手臂要弯曲,就需要一方面肌肉的收缩,另一方面肌肉的放松,而这种收缩和放松都是通过神经系统来支配的。
但是,我们比较陌生的是结缔组织。结缔组织主要是起到连接、营养,支持,保护等多种作用。它可以看做一个类似于具有后勤支持功能的组织。其中常见的结缔组织,包括血液,淋巴,软骨。
上面介绍的是动物的组织,而构成植物的组织则有所不同。一般可以分成分生组织、薄壁组织、输导组织、保护组织、机械组织和分泌组织这六大类。植物的分生组织具有持续分裂的能力,其中一部分细胞会持续地分裂,产生新的细胞。而另一部分细胞会不断的分裂分化,然后停止分裂,最终形成固定的细胞。分生组织的分裂,为组织的扩张和分化,以及新器官的萌发提供了新的细胞。和典型的植物细胞不同,分生组织的细胞是没有液泡的,而且细胞壁也是非常薄的。
而薄壁组织的薄壁细胞是植物体内数目最多的细胞。平时我们所学习的这些典型的植物细胞,就是一种薄壁细胞。它有大液泡,能够储存物质,能够进行光合作用。
而输导组织,主要承担植物当中运输的作用,这是高等植物当中特有的组织。它能够运输水分,无机盐,有机物等一些营养物质。植物各个部分之间进行物质的重新分配和转移,都需要输导组织来完成。
植物的保护组织和人的皮肤类似,是覆盖在植物体表面上起到保护作用的组织。能够抵御外界风雨,或者是病虫害的侵袭,能够防止一些机械性或者化学性的损伤。同时,也能够调节植物和环境之间气体的交换。
而植物的机械组织主要对植物起到支撑和保护的作用。它有很强的抗压抗张力,这种能力让植物保持一定的硬度,让植物挺立。植物的叶片能够舒张,能够承受暴风雨的侵袭。
植物的分泌组织具有分泌作用。比如,分泌一些树脂,乳汁或者是蜜汁等。这里关于植物的组织,做一个大致了解就可以了。
刚才说过,组织由若干个细胞所组成。所以,在组织之下就是细胞了。除了病毒以外,任何生物都是由细胞构成的。细胞是生物体结构和功能的基本单位。在后面的课程当中,有很大的比例,都是围绕细胞来进行学习的。我们可以用一句话来概括细胞的重要性,也就是,一切生命活动都离不开细胞。
对于单细胞生物来说,比如草履虫。他的一切生命活动,包括运动,繁殖和交流都是靠一个细胞完成的。草履虫可以通过口沟吞下细菌和一些微生物,等物质消化之后,再排出。同时,草履虫细胞膜的周围具有纤毛,纤毛有规律的摆动,使它在水中能够游动。草履虫细胞能够分裂,一分为二,这就是它的繁殖。所以,单细胞生物具有生命的基本特征,一个细胞就是一个生命体。
而对于多细胞生物来说,情况就相对比较复杂了。比如,多细胞生物的生命活动是从单独的一个细胞开始的。我们人体最开始是从一个受精卵发育而来的,生长发育是建立在细胞的分裂和分化基础之上的。
对于高等动物来说,多细胞生物作为一个个体,需要对外界的环境产生抵抗能力,这就是免疫的功能。免疫作为机体对病原体微生物的一种防御反应,需要淋巴细胞的参与。
人体的反射活动的完成也离不开细胞。比如,参与缩手反射的主要细胞有皮肤细胞、骨骼肌细胞、神经细胞和神经胶质细胞等多种不同类型的细胞。这些细胞的结构和功能不同,但彼此会协作交流,保证机体反射活动的顺利完成。我们在后面会讲到,完成反射的结构基础是反射弧。主要由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分组成。简单来说,能够将刺激转化为神经冲动的结构就是感受器,是感觉神经元周围突起的末梢。感受器一般遍布于肌肉、腱、关节、内脏、血管等处。神经冲动通过传入神经传到神经中枢,神经中枢能够处理传递进来的信息,处理之后再通过传出神经传到效应器。效应器也就是运动神经末梢和它所支配的肌肉或腺体。
另外,人的生殖和发育的完成也离不开细胞。生殖细胞包括精子和卵细胞,二者在输卵管内相遇。之后有一个精子进入卵细胞,与卵细胞相融合,形成受精卵。受精卵不断的进行分裂,逐渐发育成胚泡。胚泡从输卵管缓慢地移动到子宫中,最终植入到子宫内膜,这就是怀孕。
然后,胚泡中的细胞会继续分裂和分化,逐渐发育成胚胎,在怀孕后8周左右发育成胎儿,胎儿生活在子宫内部半透明的羊水中,通过胎盘和脐带与母体进行物质交换。怀孕到40周左右,胎儿发育成熟,成熟的胎儿和胎盘一起从母体的阴道排出,这就是分娩。
但是,并不是所有的生物都具有细胞的结构。比如,病毒就是一种非细胞形态的生物。病毒利用宿主细胞的资源和能量来进行繁殖,一般也会导致宿主细胞的死亡。为什么病毒并没有细胞结构,但是它被看成一种生命呢?病毒在入侵宿主细胞之前不能繁殖,连最基本的新陈代谢也无法进行。但是,进入到宿主细胞之后,会借助宿主细胞本身的一套完整的合成系统,来完成病毒自身的复制。,这又明显地表现了生命的特征。所以,病毒的生命活动是在活细胞中完成的,离开活细胞就不能够独立生活了。虽然病毒不具有细胞结构,而且一般认为病毒不在生命系统的层次范围之内。但是,我们仍然把病毒归为一种生物。病毒的个体非常小,直径只有18~纳米,体积大约为人体红细胞的百万分之一。只有在电子显微镜的条件下才可以看到。病毒的结构也相对比较简单,一般是由蛋白质外壳和核酸两部分组成的。
所以,不管是单细胞生物还是多细胞生物,不管是细胞生物还是非细胞生物,它们的生命活动都离不开细胞。对于单细胞生物来说,一个细胞就是一个个体,比如刚才提到的草履虫。而对于多细胞生物来说,就需要不同的细胞进行协同合作,来完成生物体的各种功能和活动。而病毒是靠其他细胞来完成生命活动的。
如果再深入到细胞的内部结构,还可以发现许许多多的细胞器。这里可以把细胞器想象成一个一个的内部工厂,完成多项不同的任务。细胞的体积是非常小的,但是细胞又要完成大量高效的化学反应。而有些化学反应之间又需要进行隔离,需要互不影响。同时又需要有些化学反应之间进行交流,而且几乎每一个化学反应都需要酶的参与。我们可以看到,细胞内部也是一个巨大而复杂的系统,细胞器就为这些化学反应提供了反应的条件、空间和位点。
可以进一步分析,这些所有的细胞结构都是由分子所构成的。再向下,分子是由原子构成,原子是由质子、中子和电子构成的。而质子和中子又是由夸克所构成的。但是,我们在研究生物的时候,一般不会再往下研究了,最多到分子或者原子这个层面上。因为,原子内部的一些结构是属于物理学的范畴,而不是属于生物学的范畴。虽然这些原子内部的结构,可能对更加宏观生物上产生一定的影响。但是这种影响目前是我们无法理解的,因为不同层次的系统有不同的研究方法。
一般而言,把细胞结构看作是生命系统的最基本的层次。再向下,还可以继续划分,包括细胞器、分子原子这些层次。但这些层次就不能表现出生命的特征了,所以叫做非生物系统。但是,细胞以及细胞以上的系统就叫做生物系统。从细胞到个体体现了高等多细胞生物的发展历程。同时,也体现了生命进化的历程,也就是由单细胞到多细胞的进化。而从个体到种群再到群落,体现了生命之间的关系。从群落到生态系统再到生物圈,体现了生物与其环境的关系。于是,生命系统的各个层次,是从小到大,从低层次到高层次的。通过上面这个图可以总览生物学的研究方向和层次。到此为止,这一讲的内容就介绍完了,这一讲我们主要介绍了生命系统中的组织和细胞的层次。前面几讲我们介绍了生命系统的大致轮廓,建立起了一个基础的框架,后面的内容就是要不断丰富这个框架。下一讲我们会介绍细胞学说,细胞学说的诞生对生物学的发展产生了深刻的影响。
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