生殖、生長與發育：生命的奧秘之旅
哈囉！歡迎來到生物學中最引人入勝的課題之一。你有沒有想過一粒小小的種子是如何長成參天大樹，又或者生命是如何一代又一代延續下去的呢？這個單元就正正探討這些！我們會一起探索從微小細菌到植物和人類等各種生物，如何奇妙地創造新生命、生長及發育。理解這些，能幫助我們明白生命的奧秘。如果一開始覺得有些概念有點難，別擔心；我們會將所有內容拆解成簡單易懂的部分。我們開始吧！
1. 生命的延續方式：無性生殖與有性生殖
生殖是指生物產生同類新個體的過程。這對物種的存活至關重要。生物主要利用兩種策略來進行生殖。
A. 無性生殖：複製自己
想像一下，如果你能創造一個完美的自己，這基本上就是無性生殖的原理！它只需要一個親代，而其後代與親代在基因上完全相同（我們稱它們為複製體）。
無性生殖的例子：
- 細菌的二分裂：這是最簡單的方法。一個細菌細胞長到一定大小後，便會分裂成兩個相同的子細胞。這就像一個細胞變成兩個，兩個變成四個，如此類推，速度非常快！
- 開花植物的營養繁殖：這是指新的植物不是從種子生長出來，而是從親代植物的某一部分，例如莖、根或葉生長出來。舉個例子，當你種植一塊帶有「芽眼」（即芽）的馬鈴薯時，一整株新的馬鈴薯植物就能從中生長出來。這就是營養繁殖！
B. 有性生殖：獨特的組合
這種方法涉及兩個親代。每個親代都會產生一種特殊的生殖細胞，稱為配子。在動物中，雄性配子是精子，雌性配子是卵子（卵）。在植物中，雄性配子存在於花粉粒中，雌性配子則是胚珠。當這兩種配子在一個稱為受精的過程中融合時，它們便會形成合子，然後發育成為一個基因上獨特的新個體。
快速比較：無性生殖與有性生殖
無性生殖：
- 所需親代：一個
- 後代基因：與親代相同（複製體）
- 優點：：速度快，效率高，無需尋找配偶。適合在穩定的環境中生活的生物。
- 缺點：：沒有遺傳變異。如果親代容易受疾病影響，所有後代也會同樣脆弱。
有性生殖：
- 所需親代：兩個
- 後代基因：結合了兩個親代的獨特組合
- 優點：：產生遺傳變異。這種變異有助於物種適應不斷變化的環境並抵抗疾病。
- 缺點：：速度較慢，需要更多能量，並且需要尋找配偶。
重點回顧
生殖確保物種不會滅絕。無性生殖旨在快速產生相同的複製體，而有性生殖則旨在產生具有遺傳變異的獨特後代，這對物種的長期存活和適應至關重要。
2. 植物的生命：開花植物的生殖
植物有著迷人的生殖方式。我們來看看花朵、傳粉和受精如何協同作用，最終形成種子。
花的結構
花是植物的生殖器官。把它想像成一個生產種子的工廠吧。
- 花瓣：通常大而顏色鮮豔，以吸引昆蟲。
- 萼片：綠色的葉狀結構，保護花蕾。
- 雄蕊（雄性部分）：由花藥（產生花粉粒）和花絲（支撐花藥）組成。
- 雌蕊／心皮（雌性部分）：由柱頭（黏性的頂部以捕捉花粉）、花柱（連接柱頭到子房）和子房（包含胚珠）組成。
步驟一：傳粉——「郵遞服務」
傳粉是花粉從花藥轉移到柱頭的過程。這是至關重要的第一步。沒有傳粉，受精就無法發生！
常見錯誤提示！不要混淆傳粉和受精。傳粉只是花粉的轉移。受精是配子的融合，它發生在稍後階段。
植物如何進行傳粉？
蟲媒花：
- 花瓣大而顏色鮮豔，以吸引昆蟲。
- 通常有甜美的氣味並產生花蜜（一種含糖液體）作為獎勵。
- 花粉粒通常黏性強或帶刺，以便黏附在昆蟲的身體上。
- 柱頭也具黏性，以捕捉花粉。
風媒花：
- 通常細小、顏色暗淡，沒有花瓣、氣味或花蜜。
- 產生大量輕盈、光滑的花粉，可隨風飄散。
- 花藥和柱頭通常懸掛在花外，以便捕捉風。柱頭大而呈羽毛狀，以捕捉空氣中的花粉。想想草類植物和許多大樹。
步驟二：受精——「融合」
一旦花粉粒落到合適的柱頭上，奇妙的事情就發生了！
- 花粉粒會長出一條微小的管，稱為花粉管，向下穿過花柱到達子房。
- 雄性配子會沿著這條管子移動。
- 它進入胚珠，並與雌性配子（卵細胞）融合。這種融合就是受精。
受精後：
- 受精的胚珠發育成為種子（其中包含植物胚）。
- 子房發育成為果實，它保護種子。
步驟三：種子與果實的散播——「播散開來」
為什麼植物要費力地製造美味的果實或會飛的種子呢？這一切都是為了散播！將種子散播到遠離親代植物的地方，可以減少對陽光、水分和礦物質的競爭。這也讓植物物種能夠開拓新的區域。
重點回顧
植物的生殖包括傳粉（花粉的轉移），隨後是受精（配子的融合）。這會導致種子（來自胚珠）和果實（來自子房）的形成。散播是傳播種子和確保下一代存活的關鍵。
3. 人類生殖：創造新生命
人類生殖是一個複雜且精心協調的過程，涉及男性和女性的生殖系統。
生殖系統
男性生殖系統：
- 睾丸（單數：睾丸）：產生精子（雄性配子）和雄性荷爾蒙。
- 輸精管：運載精子離開睾丸的管道。
- 陰莖：在性交時，將精液（含有精子的液體）轉移到女性陰道內的器官。
女性生殖系統：
- 卵巢（單數：卵巢）：產生卵子或卵（雌性配子）和雌性荷爾蒙。
- 輸卵管（法洛氏管）：受精的部位。一條將卵子從卵巢運送到子宮的管道。
- 子宮（子宮）：一個肌肉器官，胚胎在此發育。
- 陰道：在性交時接收精子，也是產道。
月經週期
這是女性生殖系統每月一次的週期性變化，旨在為潛在的懷孕做好準備。它平均持續約28天。
- 第1-5天（月經期）：子宮的厚襯（稱為子宮內膜）崩解並從身體排出。這就是「經期」。
- 第5-14天（子宮內膜修復期）：子宮內膜開始再次增厚，變得充血且富含血管。
- 約第14天（排卵期）：一個卵巢釋放一顆成熟的卵子。這是女性生育能力最強的時期。
- 第14-28天（子宮內膜維持期）：子宮內膜保持厚度，準備好接受受精卵。如果沒有發生受精，子宮內膜便會崩解，週期重新開始。
受精與發育
- 在性交過程中，精液從陰莖射入陰道。
- 精子會游過子宮並進入輸卵管。
- 如果輸卵管中存在卵子（排卵後），一顆精子可能會與其融合。這就是受精。
- 受精卵，現在稱為合子，開始分裂並發育成一個胚胎。
- 胚胎移動到子宮並植入厚厚的子宮壁中。這稱為著床。
胎盤的角色
著床後，一個稱為胎盤的特殊器官會發育形成。它是正在成長的胎兒（胚胎在約8週後就被稱為胎兒）的生命支援系統。
- 胎盤允許母親血液與胎兒血液之間進行物質交換（但它們不會直接混合）。
- 從母親到胎兒：氧氣、營養素（如葡萄糖、氨基酸）、抗體。
- 從胎兒到母親：二氧化碳、尿素及其他廢物。
雙胞胎：同卵雙生與異卵雙生
- 同卵雙生是指單一受精卵分裂成兩個時形成。他們在基因上完全相同，而且總是同一性別。
- 異卵雙生是指兩個獨立的卵子被兩顆獨立的精子受精時形成。他們在基因上與其他兄弟姊妹相似，性別可以相同或不同。
分娩與親代撫育
經過約40週的發育（妊娠期）後，嬰兒便會出生。分娩過程涉及子宮強烈的肌肉收縮。出生後，親代撫育至關重要。母乳餵哺具有極大優勢，因為母乳提供理想的營養，並含有來自母親的抗體，有助保護新生兒免受感染。
節育
節育（或避孕）是指用於防止懷孕的方法。這些方法的生物學基礎通常包括：
- 阻止排卵：例如，荷爾蒙藥丸能阻止卵子的釋放。
- 阻止受精：例如，避孕套作為物理屏障，阻止精子與卵子相遇。
- 阻止著床：例如，宮內節育器（IUD）可以阻止胚胎在子宮壁上著床。
重點回顧
人類生殖涉及精子與卵子在受精過程中的融合。由此產生的胚胎會植入子宮並在胎盤的支援下發育。月經週期是每月為此過程做準備。各種節育方法通過中斷生殖過程的不同階段來發揮作用。
4. 生長與發育：生物的旅程
生殖之後，新的生物便開始生長和發育。這兩個術語相關，但意義不同。
- 生長：生物體大小和乾重不可逆轉的增加。這通過細胞分裂（有絲分裂）和細胞增大而發生。關鍵在於「變大」！
- 發育：生物體變得更複雜時所發生的變化。細胞會特化形成組織和器官。關鍵在於「變得更複雜和具功能」！
類比：想像用樂高積木來搭建。生長就像不斷增加積木的數量。發育則是利用這些積木來建造一個更複雜的模型，例如一輛汽車或一間房子。
植物的生長
一個經典例子是種子萌發。種子就像一份為幼小植物（胚）準備的「外賣午餐」。當條件合適（水、氧氣、適宜溫度）時，種子便會開始萌發。胚利用種子中儲存的食物生長，發育出根部以吸收水分，並生長出莖幹向光，開始進行光合作用。
測量生長
我們如何判斷一個東西是否正在生長？我們可以隨時間測量某些生長參數。
- 參數：高度、長度、面積、濕重和乾重。
- 哪種最佳？乾重（去除所有水分後的質量）是衡量生長最準確的方法，因為生物體內的水分含量可能波動很大。然而，測量乾重需要殺死該生物，所以並不總是實用！濕重和高度較容易測量，但準確性較低。
生長曲線
當我們將生長參數（如高度或質量）對時間繪製成圖時，會得到一條生長曲線。對於許多生物，包括人類和一年生植物，這會產生一條「S」形曲線，稱為S形生長曲線。
S形曲線顯示了生長的不同階段：
- 遲滯期（緩慢開始）：生物體適應環境時，生長速度在初期較慢。
- 對數期／快速生長期：生長速度達到最大。細胞分裂發生得非常快。
- 減速期：由於資源稀缺或達到成熟等限制因素，生長速度減慢。
- 平台期（穩定狀態）：總體生長停止。生物體已達到其成年大小。細胞產生速率等於細胞死亡速率。
在人類身上，你可以清楚地看到這些階段：嬰兒期的緩慢生長，青春期的快速生長（對數期），以及成年早期生長停止（平台期）。
重點回顧
生長是指大小和質量的增加，而發育則是複雜性的增加。我們可以通過隨時間測量參數，並將其繪製在生長曲線上來追蹤生長情況，這條曲線通常呈現出特徵性的S形，具有緩慢、快速和零生長的不同階段。