問世間何謂「生命」?
台中市自然科學博物館科學教育組主任劉德祥先生,為了提升科教組內導覽人員的素質,每個月一次的為科教組的夥伴們「充電」,可謂用心良苦,精神感人。
一年多來,劉主任幾乎都在加強夥伴們有關生命科學廳展場的內容,因為他是美國賓州大學(University of Pennsylvania)的生態博士,當然是選擇從自己熟悉的領域開始,這樣的安排合乎情理。
我也陸續去充了若干次電,至於效果如何呢?恕我賣個關子;或是用佛家的語言佛曰:「不可說,不可說。」
這兩天突然有個衝動很想去請教劉主任,您一直在強調「生命科學廳展場」很重要,那麼請問您到底甚麼是「生命」呢?這不是生命科學廳展場開宗明義的第一章嗎?,在基礎也不過了,最是該讓大家先將根基打好的概念。
聽說劉主任認真負責到,特地為導覽夥伴們安排了一段「Office Hour」─討論問題時間。可是自己並非導覽志工,資格不符合,名不正而去問問題,則言不順也。
於是求人不如求己,花了些時間,將書架上若干本的大學用生命科學(Life Science)教科書,全都請下架來好好的複習了一遍,綜合各家之言,寫了以下的文章,現POST上網,就教於各方臥虎藏龍的高手專家們,以科學的角度,這樣定義「生命」還OK嗎?是否還有那些地方需要補充加強?
一、何謂生物?
圖01.中畫的都是生物:傳統上將生物分成五個界(Kindoms):
1. 動物界(Animals);
2. 植物界(Plants);
3. 真菌界(Fungi);
4. 原生生物界(Protists);
5. 原核生物界(Monera)─指細菌、藍綠藻
最近因分子生物學的突飛猛進,也帶動了分類學的分歧,於是不只五界說而已,三領域說(Three Domain
Theory);六界說;八界說,都可在教科書上看到,似乎又開啟了一個分類學的「春秋戰國時代」。
圖01.
康乃爾大學(Cornell University)的懷塔克教授(R.H.Whittaker),於1969年提議,將生物分成五個界(Kindoms)。
二、生命的特徵:
1.
特定的體制(Specific Organization)
病毒是不是生物都還有得爭議,所以將它除外。細菌和原生界已有一些胞器,而多細胞的生物都有特定的體制。
體制是指:
胞器(organelles)→細胞(cells)→組織(tissues)→器官(organs)→系統(systems)→個體(organism)
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圖02.
動植物界甚至真菌界,某些原生界的多細胞生物(像大團藻,Volvox),都有特定的體制。
如是指動物,體制也可用來表示:
(1) 幅射對稱─刺細胞動物門、櫛板動物門。
(2) 兩側對稱─扁型動物門以上均為兩側對稱的體制。
2.
新陳代謝(Metabolism)
細胞內一切化學活動的總和,稱為新陳代謝作用。又分成:
(1)同化作用(Anabolism):合成體質作用。
(2)異化作用(Catabolism):分解體質作用。
試以葡萄糖(Glucose)的新陳代謝為例:
圖03.
圖左是從飲食中獲取多糖─澱粉(Starch)、肝醣(Glycogen);
雙糖(Disaccharides)主要是─蔗糖、乳糖、麥芽糖三種;
單糖(Monosaccharides)─主要是葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)以及半乳糖(galactose)三種。
接下來消化吸收進入生物體後,或經粒線體合成ATP,此即為異化作用。
或是重新合成為肝醣(Glycogen)儲存於肝臟和骨骼肌,此即為同化作用。
3.恆定性(Homeostasis)
動物能經由內分泌系統以及自主神經系統(ANS)之調節,以維持內在環境的恆定現象。例如體溫之恆定、體液之恆定、血糖之恆定、血鈣的恆定、血液pH值的恆定…。
圖04.
恆溫動物能經由內分泌系統以及自主神經(ANS)之協調,影響皮膚、肌肉器官以及消化、循環、呼吸和泌尿等系統,共同作用而維持體溫的恆定性。
4.運動(Movement)
(1)動物為了覓食以及求偶等而運動。
(2)植物外表看起來不動,其實植物體內進行著各種形式的運動,將水份、礦物質經由木質部(Xylem)送到莖葉以及將葉片光合作用形成的養份經由韌皮部(Phloem)送往根莖。
圖05.
植物以木質部(Xylem)從根部單向運送水分、礦物質到莖葉;以韌皮部雙向運送養分。(雙向指葉片到根莖;根莖到葉片)
圖片來源:
圖06. 雖然年年遷息的動物數量會有些波動,專家估計約有140萬頭黑尾牛羚(Connochaetes taurinus)、40萬隻湯姆森瞪羚(Gazella thomsoni)、20萬頭斑馬(Equus burchelli),參與一年一度的大遷徙。為的是跟隨逐漸北移的降雨,也意謂著逐漸北移的草原─典型的逐水草而遷徙。
最近和內人一起看了〈美國國家地理雜誌頻道〉,花了兩年半時間拍攝,於2010年11月首映的五集影集《大遷徙》《Great Migrations》。
科博館曾在2010/12/03~2011/03/06於芸芸眾生展場放映過,可惜沒作宣傳,感覺放映時所收到的效果不彰。
影片一開始壯觀的風景、悠揚的音樂,再加上簡短有力的旁白,光是看了開頭,差一點讓我這生命科學的老兵,老淚縱橫。現在將其中第一句旁白與網友們分享:
『The strong instinct to move,
is the strong instinct to survive,
and to survive, creature must keep on to move,
and they must multiply.』注意到沒,這段英文還押韻呢!
接著我們再來談生命的下一個特徵─MULTIPLY(生殖繁衍後代)。
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5.生殖(Reproduction)
(1)無性生殖─沒有減數分裂以及受精作用的生殖。
(2)有性生殖─具有減數分裂以及受精作用的生殖。
6.生長(Growth)
7.感應(Responsiveness)
(1)生物對周圍環境的刺激(stimuli)會產生反應(response)稱為感應。
圖07.
膝跳反射(Knee Jerk)就是一種反應。
8.適應(Adaption)
(1)生物具有適應環境的能力,才能在時時變化的環境中生存。
圖08. 棲所(Habitat)位於墨西哥和巴拿馬地區的透明翅蝶(Glass wing Butterfly)是一種翅膀大部份為透明的蝴蝶,又名「玻璃翅蝴蝶」,牠的翅脈之間的組織是透明的,因為翅膀的薄膜上既無色彩亦無麟片,因此可以清楚看穿翅膀背面的東西。透明翅蝶如此的「適應環境」是讓牠不易被天敵發現。
1.特定的體制、2.新陳代謝、3.恆定性、4.運動、5.生殖、6.生長、7.感應、8.適應此為一般生命科學(Life Science)教科書上敘述的生命八大特徵。
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