动物体内的资讯网

1、82 國中自然與生活科技 （一 ）5 動物體內的資訊網仔細觀察周遭各種動物，可以發現牠們展現各式各樣的行為，這些行為主要是 透過神經及內分泌系統的作用，感受到來自身體內外環境的刺激，進而協調全身各部位的活 動，以適應環境的變化，並維持生存。仔細觀察周遭各種動物，可以發現牠們展現各式各樣的行為，這些行為主要 是透過神經及內分泌系統的作用，感受到來自身體內外環境的刺激，進而協調全身各 部位的活動，以適應環境的變化，並維持生存。第五章 動物體內的資訊網83第1節動物行為第2節動物如何察覺外界的變化活動5-1人體的感覺與感覺疲勞第3節動物如何進行訊息傳遞5-3-1動物的神經構造5-3-2人體的神經系統

2、5-3-3人體的神經傳導途徑 活動5-2反應時間的測定第4節內分泌系統的運作5-4-1腦垂腺一內分泌系統的總指揮5-4-2甲狀腺一調節發育和細胞代謝5-4-3副甲狀腺調節血液中鈣的恆定5-4-4腎上腺一啟動在壓力狀態下的生理反應5-4-5胰島管理細胞對養分的利用5-4-6性腺一一分泌性激素84國中自然與生活科技（一）第1節 動物行為本節中，我將學習到多樣化的動物行為動物由於本能或經由學習而展現特定的行為當動物感受到身體內、外的環境出現變化，所產生的各 種反應，稱為動物行為。隨著地球環境不斷的變動，生存其 間的動物發展出占有棲息地、尋找食物、逃避敵人和追求配 偶等種種適應環境的行為（圖5-1 ）

3、。動物的各種行為，有的隨季節而有所差異，例如生活於 溫帶的蛙、蛇會冬眠；又如黑面琵鷺，隨著季節改變而集體 遷移。有些動物則在不同發育階段展現不同的行為，例如鮭 魚的洄游、初生的小雁鴨表現印記的行為。第五章 動物體內的資訊網85諾貝爾獎得主馮孚立（Karl von Frisch, 18861982）, 以研究蜜蜂舞蹈聞名。1945年，他首次發表他的發現。 他發現採完花蜜的蜜蜂回到蜂窩後，都會和蜂窩內其他的蜜 蜂跳舞。蜜蜂能跳一種一面走一面擺動屁股的舞，因此，他 稱這種舞蹈為擺尾舞（waggle dance。長期觀察之後, 馮孚立發現蜜蜂藉著舞蹈傳遞蜜源與蜂窩的距離。蜜源距離 愈遠，蜜蜂擺尾的時間

4、愈長，而且擺尾時發出的嗡嗡聲愈久 。日常生活中，你曾經觀察過哪些動物反覆出現的行為？請 舉例，並且說明這些動物反覆出現的行為可能代表什麼意義蜜蜂的舞蹈動物行為受到遺傳與環境的影響，其中 與生俱來，不須學習，也比較不受 環境影響的行為，稱做本能，例 如昆蟲的正趨光性（圖 5-2）圖5-2許多昆蟲感受到光線的刺激，會朝 向光源飛去，這屬於一種本能的行為。捕蚊 燈就是利用這種特性來誘殺昆蟲。圖5-3候鳥遷徙、候鳥遷徙（圖5-3）、螢火蟲藉著同種之間獨特的發光方式 尋找異性等。然而，有些行為必須經過學習，例如黑猩猩使用工具來 獲得食物（圖5-4），幼獅在遊戲中練習打鬥與狩獵等。動物 具有的學習能力，通

5、常和腦部發達的程度有關。除了個體的行為之外，許多動物生活在群體之中，必須 和同伴相互溝通，才能分工合作，例如螞蟻彼此輕拍觸角（ 圖5-5），黑猩猩利用表情、手勢和聲音，都是動物用來溝通 的方式。圖5-4黑猩猩使用工具以獲得食物圖5-5螞蟻輕拍對方的觸角以 交換訊息第五章 動物體內的資訊網1091. 下圖中的動物，正展現著牠們常有的行為，例如求偶、逃避捕食者，宣示主權或恫嚇、 通訊等等。你覺得圖片中動物展現的行為各表達什麼意義？2.溝通,公犀牛行為液時,第一眼的重要印記(印痕)諾貝爾獎得主勞倫茲(Konrad Lorenze,19031989),在動物行為學上的貢獻很多。1935年，他提出印記(

6、imprinting)的發現，便是其中之一。印記是一種特殊的 學習方式，通常僅有一次經驗(或最多數次)，便會永遠留 在腦海中，產生終身的行為影響。例如有些雁鴨從蛋殼孵出 來時，會將牠看到的第一個會動的東西當成媽媽，且透過追 隨的行為表現這種偏好；還有，一些雁鴨印記第一次聽到的聲音，將它當成媽媽的聲音。雁鴨會印記所看到第一個會動的物體為媽媽，並追隨牠伽利略第2節 動物如何察覺外界的變化步歸ttjCD各種不同刺激與接受刺激的本節中，我將學習到動物察覺外界變化的構造受器環境刺激受器的 位置光眼聲音耳氣味鼻味道舌溫度、壓力皮膚生活在多變的環境中，動物能夠接受來自環境或體內的訊息 ，以得知體外、體內各種

7、狀況和變化，並產生適當的反應。 昆蟲的觸角、複眼（圖5-6），以及人的眼、耳、鼻、舌、皮 膚等，都含有受器，能夠幫助動物感受來自外界的刺激 Co 眼睛可以接受光線的刺激，並將訊息傳送到腦而引起視 覺。包括人類在內的許多動物，兩眼位在面部前方，藉此所 產生的雙眼視覺，有助於判斷物體的形狀與距離；魚類、牛 、羊等動物，眼睛位於頭部兩側，則能夠觀察到較廣的視覺 範圍。觸角圖5-6昆蟲的觸角、複眼，都含有受器日常生活中，雙眼視覺對人類的哪些行為具有特別重要的功能？回聲定位應用動物回聲定位的能力，被 科學家模仿用以發展聲納、雷 達導航系統，以及超聲波掃描 技術。其中，聲納可用來探測 海底、地形、冰山、魚

8、群位置 等，運用範圍極廣。動物的聽覺受器大多位於耳朵，可以幫助動物接受聲音 的刺激。蝙蝠、海豚和鯨甚至能夠發出超聲波，利用回聲定 位來測知獵物的距離、方向，以及障礙物的所在（圖5-7）。哺乳動物的鼻腔或昆蟲的觸角則具有嗅覺受器，可接收 氣味分子的刺激，協助動物接受來自同類的訊息或尋找食物 。人們培訓緝私犬，就是運用牠們敏銳的嗅覺，來達成查緝 毒品的任務。大多數脊椎動物的味覺受器位於舌頭，昆蟲則利用腳上 的味毛來接收環境中的味道分子（圖 5-8 ）。動物的皮膚和蝦的觸角等構造，都含有觸覺受器。人類 的皮膚更具有多種受器，可以分別接收痛、冷、熱、接觸和 壓力等刺激。圖5-7黑暗中的蝙蝠 利用回聲定

9、位，判斷獵 物的位置。圖5-8昆蟲足上的細毛就是味毛，它是昆蟲的味覺受器寬沙锤书n 5-1人體的感覺與感覺疲勞【目的】經由探測水溫與後像的活動，體驗受器的功能及其限制，並培養以多種方式進行探 索的科學過程技能。【器材】項目數量項目數量塑膠盆3個溫度計1支白紙1張！註：將三個塑膠盒分別標示甲、乙、丙，各裝入不同溫度之水（如圖 A）甲盆：冰水（將冰塊置入水中一段時間，待盆外出現水珠後，撈去冰塊） 乙盆：室溫的水。丙盆：熱水（水面能看見蒸氣）。冰水室溫的水熱水甲乙丙【步驟】一、探測水溫1. 各組只用眼睛觀察，推測甲、乙、丙三盆水的溫度高低，並說明推測理由。2. 用手作為探測的工具，推論甲、乙、丙三盆

10、水的溫度高低，並說明推論的理由。3. 以溫度計測量三盆水的水溫，和前兩項探測的結果做比較。二、對溫度的感覺桌上有甲、乙、丙三盆不同溫度的水，如果將左手放在熱水（丙盆）中，右手放在冰水 （甲盆）中，數秒之後，兩手同時放入室溫的水（乙盆）中，猜猜看，兩手可能有什麼感覺 ，為什麼？實際試試看，你的感覺是什麼，為什麼？1. 各組預測左、右手的感覺，並說明推測的理由。2. 實際進行活動，每位同學輪流將左手放在熱水中，右手放在冰水中，數秒之後，兩手同 時放入室溫的水中，記錄左、右手的感覺。3. 比較並預測與實際的活動結果是否相同，解釋為什麼有這種感覺。三、後像1. 準備一張白紙，中央畫一個黑點。2. 先凝

11、視圖B中央的黑點，30秒後，轉而注視白紙上的小黑點。3. 白紙上出現的影像稱為後像。注意後像的顏色與形狀，將所看到的後像畫在紀錄簿上。【問題與討論】1. 日常生活中，何種情況下，我們會利用手或身體其他部位的皮膚探測物體的溫度？在這 些情況下，要注意什麼，才不會發生危險？2. 我們身體的受器，對於相同強度的刺激，往往會產生適應或疲勞的現象，以致只能感受 到更強的刺激，例如本活動中對溫度的感覺和後像都屬於這種現象。在日常生 活中，哪些現象曾經讓你產生類似的感覺疲勞呢？第3節動物如何進行訊息傳遞本節中，我將學習到不同動物具有不同的神經構造人體的神經系統人體的神經傳導途徑當人或動物感受到環境的刺激時，

12、會產生一些行為來反 應，例如當狗狗小白看到主人小辛回家時，高興的衝向小辛 ，小辛也快樂的抱起可愛的小白。這些行為反應，都要依賴 神經系統快速的進行訊息傳遞與整合，才能完成。就像一臺 電腦，當我們輸入一些訊息後，電腦主機中的軟硬體會做處 理，把我們輸入的資料做整合後，再輸出變為我們所要的資 料。因此，神經系統是動物體內重要的控制及聯絡網路（圖 5-9）。 命令至一：一電腿誓阀資 料並幡岀至印表機印表醴列印帳草圖5-9神經系統快速的進行訊息傳遞，就像電腦的資訊傳送一樣。F圖分別是水螅、蝗蟲及蛙的神經構造,請比較這三種動物的神經構造，可以看出什麼不同嗎?腦腦水螅蝗蟲蛙5-3-1動物的神經構造一些身體

13、構造較簡單的動物，例如水螅、蝗蟲等無脊椎 動物（上頁圖A、B），其神經構造比較簡單，通常無腦或腦 部不發達。而構造較複雜的動物，如蛙（上頁圖 C）、狗、 人等脊椎動物，為了應付複雜的生活 形式，往往具有較發達的神經系統。且神經系統有愈來愈集中的現象，形 成發達的腦和脊髓，以便對外界訊息 做更精密且快速的反應。另外，脊椎 動物的腦容量也與其學習行為有密切 關係，一般而言，構造愈複雜的動物 ，其腦容量較大，也愈能學習複雜的 事物（圖5-10）。圖5-10不同脊椎動物的腦容量 :鱸魚到人類的大腦，由小至大 依逆時針方向排列。圖5-11 A.顯微鏡下的神經元B.神經元的模式圖壓力對記憶及注意力的影響

14、在感到有壓力的情況下， 腦會消耗比平常更多的葡萄糖 ，以提供我們較為理想的記憶 及注意力。但如果壓力一直持 續30分鐘以上，此時血糖量 的分泌已經回到正常值，但腦 還是維持在高度消耗葡萄糖的 狀況下，我們的記憶及注意力 就無法處於理想的狀況。5-3-2 人體的神經系統組成神經系統的基本單位是神經元（又稱神經細胞）（ 圖5-11），分為細胞本體及神經纖維兩部分。細胞本體內有 細胞核，負責神經元的生長及代謝。神經纖維則負責傳遞訊 息至下一個神經元。人體的神經系統包括腦、脊髓和神經（圖 5-12）。腦 和脊髓是整個神經系統的中樞，可以像指揮官般指揮神經傳 遞訊息，因此又稱為中樞神經。腦和脊髓軟而脆弱

15、，分別由 頭蓋骨和脊椎保護。除了中樞神經外，還有分布於全身的無 數神經，負責傳遞訊息，因此稱為周圍神經。腦主要分為大腦、小腦和腦幹（圖 5-12）。人的大腦非 常發達，分成左、右兩半球，左半球控制右半身的活動，右 半球控制左半身的活動。有些病人就因為大腦左半球損傷而 導致右半身癱瘓。大腦表層為許多神經元聚集之處，並分為 許多區域，分別主管運動、感覺、語言、記憶和思考等 ， 是人的意識中樞。小腦位於大腦下方，也分為左、右兩個半球。它的功 用在於協調全身肌肉的活動，以維持身體的平衡，因此，一 些小腦發達的動物如鳥類，其動作就特別敏捷。腦幹是人體的生命中樞，功能除了控制心搏、呼吸及體 溫外，也是一些

16、頭部反射作用的控制中樞，例如眨眼、打噴 嚏、唾腺分泌和瞳孔的縮小放大等。脊髓連接於腦幹下方，位在身體背側中央，內有很多神 經細胞聚集，能將四肢及軀幹所傳來的訊息傳到腦部，並傳 達腦部的指令至頸部以下的反應部位，以引發反應。雖然腦只占人體體重極少部分，但卻需要消耗大量的養 分及氧氣。如果養分及氧氣短缺，容易造成注意力不集中， 短時間就會使人昏倒，若是長時間的話，甚至會變成植物人 或導致死亡。王先生因咼血壓而中風，結果手腳麻木,對冷、熱、痛的刺激，皆毫無感覺。你推測他受傷的部位應 該是哪裡呢？T中W神經腦的構造示意買脊椎（育寅）育竝及育椎示意08圖5-12人體的神經系統5-3-3人體的神經傳導途徑

17、當你正坐在位置上認真的上課時，忽然一隻蚊子飛到你 的腳上叮了一下。你感覺腳很癢，眼睛一瞄，發現有隻蚊子 正停在你的腳上，於是你用手快速的向牠拍過去，結果正中 目標。這一連串的反應，都要歸功於你的神經系統快速且正 確的傳導訊息。人的全身都有負責接受刺激的受器。在接受環境刺激後 ，可以產生不同的反應，這些可以表現反應的部位，稱為動 器（肌肉和腺體）。例如天氣熱，皮膚上的溫覺受器可以感 覺溫度的刺激，然後皮膚上的動器（汗腺）會表現流汗的反 應。人體由腦發出的神經共有十二對，分布於眼、耳、舌、 鼻，和頭部肌肉、肩部肌肉及內臟等部位；由脊髓發出的神 經有三十一對，分布於軀幹、四肢及內臟。由於這些神經分

18、布於身體四周，所以又稱周圍神經。周圍圖5-13踩到圖釘立刻收回的神經傳導 途徑：O受器（腳的皮膚）- O感覺神經兀 脊髓 運動神經元-動器（腳 的肌肉）。反射作用的神經傳導途徑（1）四肢的反射：膝反射（ 雙腳跨腳交錯，手搥膝 蓋，小腿會不自覺翹起 ）。受器-感覺神經元t脊髓t運動神經元t動 器（2）頭部的反射：被胡椒粉 嗆到而打噴嚏。受器t感覺神經元T腦幹T運動神經元T動 器神經依傳導訊息的方向分為感覺神經元及運動神經元。感 覺神經元指的是將訊息由受器傳導到中樞（腦或脊髓）的 神經；運動神經元指的是將中樞的命令由中樞傳至反應 部位（動器）的神經。當腳踩到圖釘時，腳皮膚上的受器便將訊息經由感覺神

19、 經元傳導至中樞。中樞在收到訊息後，即發出命令讓運動神 經元傳給腳上的肌肉動器，命令其收縮，將腳收回（圖5-13）。如果動作的產生不涉及大腦命令，就稱為反射。反射 常常是為了應付外界刺激，所做的緊急應變措施，它可以 爭取時間，以免身體受到嚴重的傷害。發生在四肢的反射， 例如膝反射，由脊髓所控制。另外，眨眼、打噴嚏、瞳孔遇 強光而縮小等發生在頭部的反射，則由腦幹所控制，也同樣 不是由大腦發出命令。脊髓也可再將訊息上傳給腦，使大腦引發痛的感覺，並 用手去撫摸腳，但這就涉及到大腦意識，就不是反射了（圖 5-14） C5。圖5-14用手去撫摸的神經傳導 途徑：O大腦t脊髓t 運動神經元t C5動器（手

20、、腳 的肌肉）。5-2反應時間的測定【目的】藉由視覺刺激產生接尺的反應，來了解反應時間的定義是指由接受刺激到項目數量塑膠直尺（30公分或45公分）r 1把：產生反應所經過的一段時間，並進一步探討神經訊息的產生與神經傳導途徑【步驟】1. 如右圖所示，甲、乙兩人一組，甲為主試者，以拇指、食指夾持一 垂懸塑膠直尺的末端，並決定何時讓尺滑落。2. 乙為受試者，其手放在固定的桌面上或平臺上。3. 受試者的手指在尺落下前，須位於尺上刻度0公分的兩側，距尺約12公分處。眼睛注視尺，當看到尺滑落, 立即用手指接尺。! 注意：受試者不要看主試者的手。4. 在活動紀錄簿上記錄每一次尺滑落的距離，重複測試五次，並計

21、算 平均值。5. 根據平均值，參考紀錄簿上的附表，推算反應時間。6. 換成乙為主試者，甲為受試者，重複步驟 15。乙開始時手指上側須與刻度0對齊。【問題與討論】1. 本活動中，接受刺激的是什麼器官？發生反應的是哪些部位?2. 請列出接尺反應的神經傳導途徑。3. 如果多次練習後再測，反應時間長短會有變化嗎？為什麼？4. 本活動中，哪些條件是要維持穩定，才能測出每人真實的反應時間?請同學列舉一些生活事件，並思考其神經傳導途徑為何 ?例如騎腳踏車時，看到紅燈，以手按煞車把手來煞車。第4節內分泌系統的運作本節中，我將學習到激素的功能和運送方式人體主要內分泌腺的分布位置和功能同學們是否還記得自己小時候的

22、模樣?若身邊有小時候（國小低年級以前）的照片，不妨拿出來回 憶看看。請將現在的你和小時候的你作比較，盡量寫出十種 身體的變化。為什麼會出現這些變化呢？內分泌系統的功能和神經系統類似，皆是藉由訊息的產 生和傳遞，來調節動物體內的活動，只是神經系統的運作訊 息是透過神經細胞傳遞，內分泌系統則是藉由產生特定的化 學物質，經由循環系統運送到達目的地（器官或組織）（圖 5-15）,控制和調節細胞的活動，進而協助體內環境的恆定 。這些充當訊息的化學物質，通稱為激素（荷爾蒙）。分泌激素的細胞分布在體內各處，主要包括腦垂腺、甲 狀腺、副甲狀腺、胰島、腎上腺、睪丸和卵巢等構造，總稱 為內分泌系統（下頁圖5-16

23、）。圖5-15內分泌系統經由血液循環將訊息傳送到目的地，就像禮物透過郵差送達目的地甲狀腺腎上腺挟与（尅於国胡內丿:)i女叫男叫圖5-16人體主要內分泌腺的分布位置示意圖5-4-1腦垂腺一一內分泌系統的總指揮腦垂腺的體積不大，雖如豌豆般大小 ，卻可分泌多種不同的激素，影響甲 狀腺、腎上腺和性腺等其他腺體的分 泌，因此，腦垂腺被稱為內分泌系統 中的總指揮。此外，腦垂腺尚可分泌 刺激身體生長的生長激素。若幼年期 分泌過多，會得巨人症；過少，會得 侏儒症（圖5-17）。圖5-17 巨人症（圖中） 、侏儒症（圖右）和正常成 人（圖左）。5-4-5 胰島 一一 管理細胞對養分的利用|则穷美國仙丹的故事腎上

24、腺包括皮質和髓質兩 部分。髓質分泌腎上腺素。皮 質分泌的激素有抑制發炎的成 分，在醫學上常被用來減緩關 節炎或發炎等症狀，然而長期 服用會岀現滿月臉（如下圖） 、水牛肩、皮膚變薄、骨質疏 鬆等症狀。因為腎上腺皮質素 對不舒服的症狀有顯著的改善 效果，所以俗稱美國仙丹。由 於常常被濫用，因此在臺灣造 成不少醫療問題。5-4-2甲狀腺一一調節發育和細胞代謝甲狀腺位於喉部氣管兩旁，可分泌甲狀腺素。甲狀腺素 會促進人體的代謝速率：分泌過多時，會出現流汗、緊張及 體重減輕等症狀；分泌過少時，行動變遲緩，體重增加。兒 童時期，如果甲狀腺素分泌過少，生長和智力的發展都會受 到影響。5-4-3 副甲狀腺 一一

25、 調節血液中鈣的恆定副甲狀腺位於甲狀腺的背側，並包埋在其中，通常有四 顆，所分泌的激素稱為副甲狀腺素。由於副甲狀腺素會影響 身體對鈣的吸收和釋放，因此，副甲狀腺和血液中鈣濃度正 常與否，關係非常密切。5-4-4腎上腺一一啟動在壓力狀態下的生理反應腎上腺位於腎臟的上方，可分泌包括腎上腺素等多種激 素。這些激素能使身體遭受壓力時，例如人生病不舒服或恐 懼時，產生包括血壓升高、增加血液中糖分和增加肌肉的血 液量等因應措施。胰島散布在胰臟中，會分泌胰島素和升糖素，參與血糖 恆定的調控。胰島素會促進動物體內對葡萄糖和其他養分的 利用，因此，能降低血液中葡萄糖的濃度。升糖素的作用與 胰島素相反；升糖素會促

26、進肝臟所儲存的養分分解，釋放到 血液中，因此，能提高血液中葡萄糖的濃度（詳細機制見6-4）月亮臉（腎上腺皮質 素過多的併發症）5-4-6性腺一一分泌性激素男性的性腺是睪丸，女性則是卵巢。性腺分泌的激素， 會分別造成男、女性身體產生不同的變化，而促使第二性徵 出現，例如女性的聲音高尖、乳房發達，男性的聲音低沉、 長鬍子。此外，透過性腺所產生的激素調節，動物才能有正 常的生育功能。1. 某些減肥藥有添加激素。說說看，這些藥品所添加的激素 最可能是哪一種內分泌腺體分泌的激素？2. 每個學期學校都會為同學量身高、體重。若身高過矮，健 康中心的校護會請同學到醫院檢查何種腺體的機能是否正 常？古人注意到切除睪丸之後（例如太監），切除者的外在 表現與一般雄性大不同，例如不會長鬍鬚、肥胖、個性變得 較溫和，古人雖然注意到這些變化，但並未想到這些變化與 睪丸分泌某種化學物質有關。1911年，科學家將睪丸的萃取 物打入閹雞（去掉睪丸的公雞）體內，結果，閹雞的雞冠再 度長出來，此一實驗證明睪丸為內分泌器官。隨後，科學家 經過多次的研究，終於由睪丸中分離出激素，稱為雄性素。5-1動物行為（2）周圍神經:1. 動物感受到身體內外的環境產生變 化時，所產生的各種反應，稱為動 物行為。2. 動物行為受到遺傳與環境的影響， 其中與生俱來，不須