生命的起源与演化

1、第1章 緒論第1節 生命的起源與演化1. 神創說指地球上的萬物都是由上帝所創造。無生源說或自然發生說則指生物可以由無生物或腐肉產生出來。2. 雷迪最早以科學方法來探討生命起源。他的實驗結果指出，生物必定來自生物，後稱此為生源說。3. 雷迪之後，有些學者對其實驗設計有不完備或完備的不同看法，因而，有關生源說，有不支持或支持之對立的看法。4. 巴斯德考慮到前人實驗設計的不完備，改以鵝頸瓶的裝置來實驗，結果證明生源說是正確的。5. 科學家依據地球環境的實際狀況，在實驗室內以碳、氫和水等簡單的無機物來合成有機物。早期，科學家由此實驗結果，先得到胺基酸，接著合成類似蛋白質及核酸等物質。這證明組成生命的重

2、要物質，是可由無機物藉著純化學作用來合成。6. 有關生命的起源，科學家仍繼續多方面探討。7. 依據已知的科學資訊，科學家推測地球最早的生物可能是一個細胞，其內僅含少數影響細胞分裂的基因，新陳代謝所需的能量就直接由周圍水域環境中的有機物提供。8. 因為早期的地球環境缺乏氧，所以當初的生物應屬於厭氧性的異營性生物。9. 由於族群增加的競爭壓力，及當時普遍而高突變機率的情況，使得細胞內基因數變化，而帶來更多新陳代謝作用的改變，有些基因可能使細胞利用簡單無機物合成有機物，如此，自營性的生物就有機會演化出來。10. 自營性生物行光合作用，大氣中的氧就開始累積，生物的演化就進入到另一階段。11. 目前，科

3、學家找到的最早的生物化石可能是疊層石，在澳洲的海岸可發現類似的生物。12. 最早的生物沒有細胞核，遺傳物質分散在細胞質中，且缺少明顯的胞器。此類生物是屬於原核生物。後期演化出來的生物，則有明顯的細胞核及各種胞器，它們為真核生物。13. 真核生物的胞器明顯具有原核生物的特色，因此，微生物學家瑪格麗斯認為具有胞器的真核生物，是由原核生物和原核生物或原核生物與原始真核生物，藉著細胞內共生的方式，演化為具有胞器的多細胞生物。第2節 生物學的研究方法1. 和其他科學領域一樣，生物科學的研究方法過程為：(1)觀察；(2)提出問題；(3)假說；(4)實驗；(5)結果；(6)討論；(7)結論。2. 提出以長頸

4、鹿為何為長頸的問題，以科學的方法一步一步解決問題，最後以數據資料證明其演化為長頸的原因是雄性個體為競爭配偶。第2章 生物的基本構造與功能第1節 生物體的基本化學組成1. 水具有高比熱及結成冰時密度會變小等特性。2. 無機鹽類又稱礦物質，是構成生物體的重要元素，也是調節生理機能不可或缺的物質。3. 醣類又稱為碳水化合物，可分為單醣類、雙醣類和多醣類。4. 蛋白質由胺基酸構成，胺基酸與胺基酸之間以鍵相連接。蛋白質中的胺基酸序列可作為親緣關係之鑑定。5. 脂質包括脂肪、油、磷脂、類固醇及蠟質等。脂肪於室溫下為固態，油則為液態。磷脂是構成膜的主要成分，分子結構中可區分為親水性頭部及疏水性尾部。類固醇為

5、不具脂肪酸的脂質，是細胞膜上的重要成分。蠟質為一種含有脂肪酸的脂質，具有疏水的特性。6. 核酸由核酸所組成，每一個核酸的基本組成為五碳醣、磷酸及一種含氮鹼基。核酸有兩種，一為去氧核糖核酸（DNA），另一為核糖核酸（RNA）。DNA的結構為雙螺旋，RNA為單股結構。DNA上的四種核酸依特定的順序排列，組合成各種基因。7. 維生素是維持細胞機能正常所必須的微量有機物，依其溶解度分為水溶性維生素及脂溶性維生素兩大類。 第2節 胞器的構造與功能1. 細胞內行使特殊功能的小構造稱為胞器，使得各種化學反應能同時進行而互不干擾。2. 細胞骨架是布滿於細胞質內的蛋白質纖維，具維持細胞形狀、使細胞改變形狀或具運

6、動能力等功能。此外，由微管所形成的紡綞體，在細胞分裂時可協助染色體的分離。3. 核糖體由rRNA及蛋白質組成，呈顆粒狀，是合成蛋白質的重要胞器。4. 中心粒與細胞分裂及鞭毛、纖毛的形成有關。中心粒與周圍一團濃稠的細胞質形成中心體，植物細胞的中心體中不具有中心粒。5. 內質網是由膜摺疊成的扁囊狀或細管狀構造，具蛋白質的修飾與運輸等功能。6. 高基氏體由許多扁平的囊狀膜堆疊而成，與細胞分泌物質的功能相關。7. 溶體為單層膜，含多種水解酵素，其功能為參與動物的胞內消化及將受損的胞器分解等功能。 8. 液胞為單層膜，在不同的生物細胞裡，有不同的大小、形狀和功能。9. 微粒體只存在於特定的細胞中，不同細

7、胞的微粒體，其功能也不同。10. 粒線體具雙層膜，是細胞內進行呼吸作用、產生ATP的場所。11. 葉綠體為雙層膜，是植物細胞進行光合作用的胞器。 12. 真核生物的細胞核構造有核膜、核仁、染色質及核質。13. 細胞壁為細胞的分泌物，成分主要為纖維素，可以保護細胞並維持細胞形狀。 14. 原生質絲是植物特有的構造，為細胞間物質和訊息交流的通道。15. 細胞膜為脂雙層結構，組成成分有磷脂、蛋白質、醣類及膽固醇。第3節 細胞的特化與分工1. 組成多細胞生物的細胞會分化成不同形態而具特定的功能。分化後的細胞彼此分工，以完成生命現象。2. 相同的體積下，細胞愈小，每一個細胞的表面積對體積的比值愈大，如此

8、，愈有利於物質的交換。3. 組織是由具相似功能和構造的細胞，及這些細胞所分泌的細胞間質所組成。動物的組織包括皮膜組織、結締組織、肌肉組織及神經組織。4. 器官是由數種不同的組織集合而成，具特定的生理功能。器官系統則是由幾個具特定功能的器官所組成，包括消化系統、循環系統等。5. 植物的組織系統是介於組織與器官之間的構造層級，可分為三類，即表皮組織系統、維管束組織系統及基本組織系統。6. 被子植物的器官包括根、莖、葉、花、果實及種子。第3章 維持生命現象的能量第1節 能量的來源1. 生物依能量取得方式分為自營生物及異營生物。自營生物分為光自營生物與化學自營生物；異營生物有草食性、肉食性、雜食性、腐

9、生性及寄生性。2. 光合作用分為光反應與碳反應。葉綠素類色素及類胡蘿蔔素類色素組成光系統和光系統，各系統吸光後，引起電子傳遞。電子傳遞分為循環及非循環兩種。循環電子傳遞可產生ATP，非循環電子傳遞則可產生ATP以及NADPH，其主要生理功能就是供應卡爾文循環所需的能量。碳反應係二氧化碳轉換成碳水化合物的反應，其主要反應步驟為卡爾文循環。3. 植物為適應生長環境，二氧化碳的固定形式分為C3循環、C4循環及CAM。第2節 能量的流轉生物呼吸作用分為有氧呼吸與無氧呼吸。有氧呼吸分為糖解作用、克氏循環及電子傳遞等三個階段。糖解作用在細胞質進行，克氏循環在粒線體基質中進行，電子傳遞則在粒線體內褶膜部位進

10、行。無氧呼吸分為酒精醱酵及乳酸醱酵。另外，克氏循環為生物新陳代謝作用的輪軸，因為物質的合成與分解以及能量的產生，均與克氏循環有密切關係。第3節 能量的去處1. 生物新陳代謝作用的能量轉換循環是ATP 的分解與合成，以及NADH的氧化與NAD的還原等反應，稱為偶聯關係。2. 有氧呼吸是生物有機物質合成與分解的主要調控中心。3. 碳水化合物可轉換成胺基酸、蛋白質、脂肪酸、脂質。正常情況下，細胞所產生的能量除了用於新陳代謝作用外，也可以用於物質的吸收及運動等。動物運動主要藉由肌肉收縮。第4章 養分的攝取第1節 養分吸收的機制1. 細胞是由雙層磷脂質構成。氣體可藉簡易擴散作用進出細胞；有些離子及水溶性

11、物質則藉促進性擴散，從高濃度往低濃度運輸。上述兩種運輸方式因不須消耗能量，因此稱為被動運輸。2. 大部分離子及水溶性物質可藉消耗能量的主動運輸進出細胞。3. 促進性擴散及主動運輸的通道蛋白或載體蛋白，與其運輸物質具專一性。4. 大分子的顆粒性物質或微生物，也可以經由胞吞及胞吐作用進出細胞。第2節 植物體養分的吸收1. 植物根部所吸收的水及無機鹽，藉質體外運輸及共質體運輸，經由表皮、皮層、內皮層及周鞘，進入木質部。2. 根瘤菌與豆科植物共生而產生根瘤後，根瘤中的根瘤菌才具固氮作用。3. 植物與真菌共生而形成菌根，是自然界中普遍存在的互利共生現象。菌根可分為外生菌根及內生菌根兩種。菌根具多種功能，

12、主要是增加吸收的表面積及效率。第3節 動物體養分的消化與吸收1. 人類的消化腺有唾腺、胃腺、肝臟、胰腺和小腸腺等五種，其分泌情形多受神經或激素的控制。2. 唾液的分泌完全受神經的調節與控制。不含的黏稠狀唾液，在沒有食物刺激時，也會不斷地少量分泌，這種唾液對口腔健康很重要。3. 胃液的分泌受神經和激素的調節與控制。胃幽門部的特化細胞受食物中小分子的蛋白質刺激，分泌胃泌素，經血液循環回到胃時，促使胃腺分泌出更多的胃液。4. 胰液的分泌受神經與激素的調節與控制。十二指腸的黏膜細胞受酸性食糜刺激時，會分泌胰泌素，促使胰腺分泌胰液。胰泌素會促進肝細胞加速膽汁的分泌。十二指腸分泌的膽囊收縮素，會促進胰液分

13、泌。5. 肝臟是人體中最大的腺體，肝細胞連續不斷地分泌膽汁儲存於膽囊，其分泌的速率會受神經（副交感神經）及胰泌素的作用而增加。膽囊釋出膽汁，是受神經及膽囊收縮素的作用，使膽汁流入十二指腸。6. 小腸液的分泌，主要是自主神經的反射作用，當食物進入小腸的量愈多，分泌量就愈大。7. 草食性動物的共生細菌能產生纖維素，以助食物的消化。人類的大腸中有許多腸內菌，主要的菌群是大腸桿菌屬及乳酸桿菌屬。人類的腸內菌可將消化道的殘渣，代謝合成維生素K、維生素B及葉酸，被人體再吸收利用。8. 人體的小腸有褶襞，密生絨毛。絨毛由單層細胞構成，每一根絨毛都含乳糜管及網狀微血管。絨毛細胞的游離端有許多微絨毛，使吸收效率

14、更高。9. 人體的口腔和食道不能吸收養分，胃黏膜僅吸收酒精和某些藥物，大腸則可吸收小腸未吸完的水分和部分鹽類。小腸才是主要吸收養分和水分的主要場所。10. 養分吸收的原理是主動運輸及擴散作用。水溶性養分進入絨毛的微血管運送，脂溶性的養分則進入絨毛內的乳糜管運送。第5章 物質的運輸第1節 植物體內的運輸1. 木質部的物質輸送稱為蒸散流，即根壓、莖毛細現象及葉蒸散拉力三合一的結果，惟蒸散作用拉力為木質部物質輸送的主要動力。2. 木質部運輸的功能為促進根部吸收水分及養分。3. 有些草本植物於溼度高，沒有蒸散作用時有泌溢作用，此一作用是受根壓所影響。4. 影響氣孔開關的因子對植物蒸散作用也會有所影響。

15、5. 韌皮部物質的運輸稱為壓力流，是由供源與需求兩者間的滲透壓差所造成的結果。韌皮部的運輸是雙向的，且須消耗ATP，方向是由供源向需求處運輸。第2節 動物體內的運輸1. 多細胞動物有特化的運輸構造來輸送養分、氣體及排除廢物。2. 陸生節肢動物具兩種運輸系統，一種專門運送氣體是為氣管系統；另一缺乏微血管而專門運送養分和廢物的，是開放式循環系統。3. 脊椎動物皆為閉鎖式循環系統，都具心臟，專門運送養分。魚類的心臟為一心房一心室，兩生類的心臟為二心房一心室，爬蟲類的鱷魚有二心房、二心室。4. 人體的運輸作用由循環系統與淋巴系統共同完成，淋巴系統由淋巴管、淋巴結、淋巴和脾臟所組成。5. 心搏的節律性，

16、是由右心房入口處一群特化的心肌細胞（稱為節律點）所引發。節律點具神經傳導的特性。6. 每次心搏開始是由左、右心房先收縮，接著左、右心房放鬆，同時左、右心室也收縮，最後左、右心室再放鬆。7. 節律點發出頻率的快慢會受自主神經、激素及溫度的影響而改變。8. 冠狀循環是專門供應心肌營養的循環，有冠狀動脈、微血管網及冠狀靜脈之分。血液最後注入右心房。9. 動、靜脈的構造由內至外可區分為三層，內層是一單層的內皮細胞，中層是平滑肌及彈性纖維，外層是結締組織。動脈比靜脈有較多的平滑肌和彈性纖維，因此，動脈比靜脈富收縮性及彈性。 10. 心臟收縮時，血液自心臟流出，會對血管壁產生一衝擊壓力，稱為血壓。與左心室

17、最接近的大動脈血壓最高，依次降低，在右心房附近的上、下大靜脈，血壓最低。成人的收縮壓大約是120 mmHg，舒張壓約是80 mmHg，血壓高低和年齡、性別有關。11. 影響血壓的因素有心臟的收縮力、周邊阻力的大小、血液總量的增減等。調節血壓的機制有神經反射和激素。12. 人類的血液分為血漿和血球兩部分。血漿蛋白有些是促使血液凝固的血纖維蛋白，有些是用來防禦及抵抗各種入侵病原的免疫球蛋白（抗體），有些能使血液維持一定滲透壓、濃度和黏度，並可用作酸鹼緩衝劑，有些是和物質的運送有關，如激素、脂肪酸及某些離子，若與蛋白質結合後，易溶於血漿。13. 紅血球成熟後沒有核，所含的血紅素是一種含鐵的蛋白質，能

18、運送氧及少量二氧化碳；白血球有核，由紅骨髓產生，主要功能是防禦作用；血小板呈不規則狀，也是由紅骨髓產生，其內所含的物質與促進血液的凝固有關。 14. 淋巴管是一個單向系統，最小的淋巴管稱為微淋管，管的末端呈封閉狀；最粗的淋巴管是左淋巴總管（胸管）及右淋巴總管，它們直接匯入靜脈。15. 淋巴結內有許多細而彎曲的管道，使淋巴在其間流動特別緩慢，以便吞噬細胞能有充分時間吞噬異物。16. 動脈硬化是因血中過多的膽固醇沉積於動脈之內膜，或動脈平滑肌不正常增生肥厚並形成鈣化斑而造成。17. 冠狀動脈逐漸變窄，局部心肌缺氧，會產生心絞痛。若血液供應中斷，缺氧過久，造成組織壞死，干擾心臟的節律性傳導系統，甚至

19、使心搏停止，稱為心肌梗塞。第6章 氣體的恆定第1節 植物體的氣體交換1. 氣孔為植物氣體交換的主要構造。2. 氣孔的分布受環境的影響，如水稻生長於水分較多的地方，上、下表皮均有氣孔；榕樹上表皮角質化，僅下表皮具有氣孔；葉片漂浮於水面的植物，如睡蓮及浮萍，僅上表皮有氣孔；沉水植物，如水蘊草，葉片均無氣孔。3. 大部分雙子葉植物的保衛細胞，其內壁較厚，外側壁較薄，細胞具有輻射方向排列的微纖維。當保衛細胞吸水膨脹後，微纖維向外拉緊牽引內壁，使保衛細胞彎曲，氣孔開啟。4. 影響氣孔開閉的環境因子有葉肉細胞內的二氧化碳濃度、保衛細胞內的鉀離子濃度、光照強度、溫度、土壤中的水含量、植物激素等。第2節 動物

20、體的氣體交換1. 小型水生動物，如水螅、渦蟲等，可依賴擴散作用進行氣體交換。2. 環節動物中的蚯蚓，其體表特化為呼吸器官，氣體藉擴散作用通過體表，進入微血管，再運送至全身。3. 昆蟲及一些節肢動物以氣管系統作為交換氣體的場所。4. 魚類靠鰓呼吸，魚鰓進行的氣體交換是藉逆流交換機轉，可使水中80 以上的O2被攝入血液中。5. 兩生類的成體，如蛙，靠皮膚及肺來呼吸。6. 爬蟲類以上的動物開始具有肺泡，肺泡表面密布微血管，可增加氣體交換的面積。胸廓是一個密閉的空間，其體積的改變，可造成氣體壓力的改變而進出肺部。7. 鳥類的呼吸靠肺泡及胸廓，其氣囊具有儲藏空氣、增加浮力及協助換氣的功能。8. 人的呼吸

21、系統，由鼻、咽、喉、氣管、支氣管及肺臟所組成。 9. 人類的呼吸運動： (1) 吸氣運動 胸腔擴大，由下列因素造成： 肋間肌收縮，胸腔橫徑增大。 橫膈收縮，胸腔縱徑增大。 (2) 呼氣運動 胸腔縮小。10. 呼吸運動主要依賴延腦及橋腦內的中樞來調節。11. 延腦內有中樞化學受器，而主動脈體及頸動脈體中亦有周邊化學受器，可以檢測血液中的化學因子，並將訊息傳入延腦。12. 人體內的氧主要依靠血紅素運輸，其反應式如下：13. 人體內的二氧化碳主要依靠血漿運輸，其反應式如下：第7章 體液的恆定第1節 動物的排泄系統1. 含氮廢物包括三種，依性大小排列為：氨尿素尿酸。環境中水分獲得的難易，是決定動物排泄

22、廢物形式的重要因素。2. 伸縮泡、原腎、腎管和馬氏管等，分別是原生動物、扁形動物、環節動物和陸生節肢動物的主要排泄器官。3. 腎是脊椎動物主要的排泄和調節滲透壓的器官。4. 人體的主要排泄器官包括： (1) 腎：排出水和大量的代謝廢物，是維持內部環境的恆定的最重要的排泄器官。 (2) 皮膚：經由汗腺排出水、鹽和尿素等。 (3) 呼吸器官：由肺排出二氧化碳和少量的水。 (4) 消化器官：肝分泌膽色素經腸排出。5. 腎元包括腎小體和腎小管兩部分，是腎臟形成尿液的機能單位。第2節 尿液的形成腎元形成尿液的過程分為腎小球的過濾作用、腎小管的再吸收及分泌作用三個階段。第3節 體液的恆定1. 腎小管是負責

23、水分及鹽分再吸收的部位，受到抗利尿激素與醛固醇的調控。2. 血液的酸鹼度大約維持在7.35 7.45之間，主要是藉血液緩衝系統、呼吸作用以及腎臟排泄等三個機制所共同調節。第8章 激素與協調作用第1節 植物激素1. 植物激素是植物本身所合成的有機物質。大約可分為生長素、吉貝素、細胞分裂素、離層素及乙烯等。它們對植物的生長發育或生殖均有密切關係。2. 生長素可促進植物生長、頂芽優勢、不定根的形成及抑制離層的形成等。乙酸是最早發現的植物生長素。3. 吉貝素可促進單子葉植物種子的發芽，促進矮小植物長高成為正常植株。對於需春化作用的植物也可以吉貝素施用取代。4. 細胞分裂素可促進細胞分裂並有防止葉片老化的作用。在組織培養上，細胞分裂素配合生長素的使用，可促進癒合組織分化，長成植株。5. 離層素在逆境情況下，可促進氣孔關閉；或者使種子、芽呈現休眠狀態，以避免被逆境所傷害。6. 乙烯是一種氣體激素，可促進果實成熟或形成離層，而造成落葉或落果的現象。第2節 動物的內分泌系統1. 內分泌腺可歸納為兩類：一類是腺體內分泌，即由腺體細胞來製造激素；另外一類是神經內分泌，是由神經內分泌細胞來分泌激素。2. 激素是有機物，按其成分不同，可分為胺類、多類及蛋白質類、醣蛋白類及脂類的激素。3. 胺類、多類及蛋白質類、醣蛋白類等激素不能通過細胞膜，是與細胞膜上的受體接合，這類激素