生命科學迷的浮生掠影: 科博館生命科學廳生命科學展場參考資料4之1 Freak改版於2012年11月28日

科博館生命科學廳生命科學展場參考資料4之1

Freak改版於2012年11月28日

1. 本人曾任教於陽明大學，累積了25年教生命科學的經驗。但是，學海浩瀚，新知一日千里，雖然經驗有一些，還是可能誤植，請諸位網友如發現錯誤不吝賜教，將盡快訂正。E-mail Freak07291955@gmail.com

2. 本文中提及的地質年代，都是以2009年美國地質學會出版的地質年代表為依據。可能有很多網友都曾有過這樣的困惑，看不同來源的資料時地質年代的差異頗大，於是我挑選此比較具有公信力的版本，另外，科博館的地質年代表也是以2009年美國地質學會出版的地質年代表為依據。

此份參考資料分成四大主題：

1. 眾妙之門(Gateway to the Living Worlds)

參考資料4之1

2.生命的起源(Origins of Life)

參考資料4之2

3. 生命登上陸地(Life Takes to the Land)

參考資料4之3

4. 植物的演化(Evolution of Plants)

參考資料4之4

一、眾妙之門(Gateway to the Living Worlds)：

「玄而又玄，眾妙之門」語出自老子道德經第一章：「道，可道，非常道；名，可名，非常名．無名，天地始；有名，萬物母．常無，欲觀其妙；常有，欲觀其徼．此兩者同出而異名，同謂之玄，玄而又玄，眾妙之門。」老子書上的原意是，研究「道」這門學問，是所有學問中最玄妙的。或許我們可以引申為研究「生命科學」這門學問是所有學問中最玄妙的；也可引申為因為演化的機制(evolutionary mechanisms)而導致生物多樣性(biodiversity)的發生，是生命演化中最不可思議的奇蹟。

眾妙之門─生物的多樣性(Biodiversity)：將用以下七個燈以及往後的九種模型表示：

七個燈：

1. 第一個燈：刺細胞(腔腸)動物門的水母，於前寒武紀6.30億年前～5.42億年前的埃迪卡拉紀(Ediacaran Period)時出現於地球海洋中，構造簡單，屬於輻射對稱體型的動物。

圖1. 埃迪卡拉紀(Ediacaran Period，存在於6.30～5.42億年前)時的海洋，海中無掠食者(predator)，圖正中間的是這族群中最大的狄更遜水母(Dickinsonia，直徑約1公尺)，埃迪卡拉生物群代表了早期多細胞生物的一次重要的演化嘗試，其中絕大多數類型在寒武紀到來前已滅絕。

圖片來源：中國科普博覽http://159.226.2.2:82/gate/big5/gushengwu.kepu.net.cn/main.asp?max_id=198&min_id=206

圖2. 莫森似水母( Mawsonites)。

圓形，簡單輻射對稱，直徑約10釐米(cm)。自中心向外分為三個環：內環中央為一圓突起，周圍有1－2圈疣狀小突起；中間環由2－3圈瘤狀突出組成，突起向外變大；外環放射狀深裂成葉片。這種動物貌似水母卻不具有四輻對稱的特徵，看似柔軟但可在沉積物表面留下深刻的印痕，不軟不硬，令人稱奇。

圖文來源：中國科普博覽http://159.226.2.2:82/gate/big5/gushengwu.kepu.net.cn/main.asp?max_id=198&min_id=206

2. 第二個燈：節肢動物門的蝦子，體型已演化成兩側對稱型，具幾丁質(chitin)的外骨骼，身體分頭胸部及腹部兩部份。

3. 第三個燈：脊索動物門脊椎動物亞門魚綱的鯊魚，胚胎時有支持作用的脊索，終其一生以軟骨支持身體，心臟為一心房一心室。

4. 第四個燈：脊索動物門脊椎動物亞門兩棲綱的青蛙，成體可以在水裡或陸地生活，但像魚類一般仍必須產卵於水中，因為仍未演化出羊膜。

5. 第五個燈：脊索動物門脊椎動物亞門爬行綱的蜥蝪，因已演化出羊膜、體內受精等機制，使爬行綱以上的動物，能完全生活在陸地上，但仍無法保持體溫的恆定為變(外)溫動物(魚、兩棲、爬行類均為變(外)溫動物)。

6. 至今，演化學家認為最高等的是恆(內)溫動物，像鳥類及哺乳類，而其中哺乳類更演化出乳腺、體表的毛髮、供給胎兒養份和幫助廢物排除的胎盤，是至今演化得最完善的動物，在此以第六及第七個燈的老鼠和人類代表之。

BOX 1：魚類、兩棲類合稱無羊膜類動物，因為胚胎發育過程，不產生羊膜；

爬行類、鳥類、哺乳類合稱羊膜類動物，因為胚胎發育過程，會產生羊膜。

九種模型：

模型一、陸生椿象(Stink bugs)的頭部：，包括口器、複眼及觸角。

赤星椿象─陸生椿象的觸角為鞭狀。

圖3. 陸生椿象(Stink bugs)的頭部模型。─Photo by Michael

圖4. 陸生椿象的外觀。

圖片來源：http://blog.udn.com/kioko1940/4385077

1. 口器：模型的椿象口器像吸管，為的是方便吸食植物的汁液，所以牠應是草食性的椿象；如果口器短且彎曲，方便吸動物的血或昆蟲的體液，就是肉食性的椿象。

2. 複眼：是由許多小眼(ommatidium)鑲嵌組成。不同的昆蟲，擁有的小眼的數目差異很大，有些蜻蜓小眼數目多達2萬8千個，而有些螞蟻只有6個，因為昆蟲看到的影像是每個小眼拼成的鑲嵌影像，因此小眼的數目越多，昆蟲的視力就越清晰。

3. 觸角：昆蟲的觸角一般為一對，位於一對複眼之間，可以有許多種形狀，例如鞭狀、念珠狀、鋸齒狀、櫛齒狀等，而陸生椿象的觸角一般為鞭狀。觸角上可有多種接受器，分別司觸覺、嗅覺、味覺等感覺，少數昆蟲的觸角甚至可司聽覺。

陸生椿象一般為鞭狀觸角。

模型二、螞蟻的腳：

昆蟲於胸節有三對腳，每隻腳可分成五節，所以昆蟲分類上屬於節肢動物。最靠近胸節的部分稱為基節、而後是轉節、腿節(大腿)、脛節(小腿)、跗節，跗節是用來行走的。兩側是牠的爪子，中間是爪間體，爪間體的腺體會分泌一種油脂分泌物，可以幫助螞蟻黏附於物體表面。

圖5. 模型二、螞蟻的腳─Photo by Michael

圖6. 螞蟻腳的掃描式電子顯微鏡照片。

圖片來源：http://roberto.kellerperez.com/page/2/

模型三、昆布(kelp)：

昆布屬於原生生物界的褐藻門(phylum brown algae)，褐藻門有許多大型的藻類，昆布也是，可以長到幾十公尺長，牠以假根(Holdfast)附著在礁岩上，以防止被海浪沖走。

假根的定義：較原始的陸生植物沒有輸導組織，但具有由一個或多個細胞組成的假根，伸入土中吸收水分和固定植物體，與維管束植物的根功能類似。

(假根的定義取材自NMNS 「植物的陸上婚禮」活動指引P.4)

NMNS─為國立自然科學博物館(National Museum of Natural Science)的英文縮寫。

圖7. 模型三、昆布(kelp)─Photo by Michael。

圖8. 海中的昆布森林(kelp forest)，Holdfast=假根。

模型四、哺乳類中耳及內耳的模型：

圖9. 模型四、哺乳類動物的中耳及內耳─Photo by Michael。

圖10. 耳朵的簡單解剖圖，可看出展場模型是模擬中耳及內耳的構造。

圖片來源：http://activity.ntsec.gov.tw/lifeworld/brain_c16.html

哺乳類中耳由外往內具有鎚骨→砧骨→鐙骨三塊聽小骨，功能司聲波放大作用，人類的三塊聽小骨約放大聲波23倍。

圖11. 哺乳動物中耳的三塊聽小骨，左邊鎚骨(malleus=hammer)靠近鼓膜，右邊的鐙骨(stapes=stirrup)靠近內耳的卵圓窗。

圖片來源：http://www.otologycolombia.com/english2011/The-Human-Ear.php

中耳的構造：

Eardrum＝鼓膜＝Tympanic membrane

Malleus(拉丁文)＝the hammer(英文)＝(鐵)鎚骨

Incus(拉丁文)＝the anvil(英文)＝(鐵)砧骨

Stapes(拉丁文)＝the stirrup(英文)＝(馬)鐙骨

鐙骨為人體內最小的一塊骨頭，大小如一顆米粒般。

聲波由外耳道傳入中耳，經鼓膜然後鎚、砧、鐙三塊聽小骨放大聲波後，再傳達內耳，內耳的耳蝸上有聽覺纖毛細胞可將聲波強弱、頻率等訊號轉換成電位，再傳到大腦，於是我們就可以聽到聲音。

內耳分耳蝸、前庭、三半規管等部份：

前庭又包含了橢圓囊(Utricle)及球狀囊(Saccule)：

圖12. 耳朵的詳細解剖圖。

圖片來源：http://www.songring.com.tw/ear.aspx

1. 耳蝸司聽覺。

2. 前庭包括橢圓囊及球狀囊司頭部的平衡覺。

橢圓囊偵測頭部的水平移動(例如點頭；頭部後仰時的偵測)

球狀囊偵測頭部的垂直移動（例如搭電梯時眼睛閉著，也會知道是往上往下，就是球狀囊偵測的。）

3. 半規管：偵測頭部的旋轉移動三個互相垂直的半圓形細管是半規管，內含內淋巴液、半規管的基部膨大處稱為壺腹(Cupula)，內有纖毛細胞，當頭部旋轉，內淋巴液就會反方向流動、觸動纖毛，纖毛細胞活化後，經由第八對腦神經──聽平衡神經，告訴大腦頭部現在是做旋轉的動作。

圖13. 三個互相垂直的半圓形細管是半規管(Semicircular Canals) ，內含內淋巴液、半規管的基部膨大處的內部構造稱為壺腹嵴(Cupula)—放大的圓圈，內有纖毛細胞。

圖片來源：http://www.dizzy.hk/anatomy.htm

BOX 2：不是所有動物都有三個半規管，像盲鰻就只有一個半規管，八目鰻兩個半規管。── 中山自然科學大辭典第九冊 P.548

BOX 3：耳蝸、三半規管基部的壺腹以及橢圓囊、球狀囊內的聽覺和平衡覺接受器均為纖毛細胞(ciliated hair cells)。導覽時可以不必說這些，可是不能講成絨毛(villus)而出錯。因為：

纖毛─只是部份的細胞膜因細胞骨架(cytoskeletons)的支撐而往外的突起，

是屬於細胞的一部份。

絨毛─則是由好幾種細胞、微血管、淋巴管共同形成的組織(tissue)，例如小

腸內壁為了增加吸收養分的表面積，形成的小腸絨毛；

婦女懷孕時胚外膜之一絨毛膜上的絨毛，均為組織。

註：哺乳動物的中耳才具有鎚、砧、鐙三塊聽小骨；爬行類動物的中耳只有一塊鐙骨，指出了爬行動物逐漸推進至哺乳動物特徵的趨勢。

圖14. 哺乳動物的中耳才具有鎚、砧、鐙三塊聽小骨；爬行類動物的中耳只有一塊鐙骨。

Dimetrodon異齒獸(似哺乳爬行類) Morganucodon摩根錐齒獸(原始哺乳類)的中耳

的中耳只有一塊鐙骨(綠色) 三塊聽骨鎚骨(紫色)、砧骨(黃色)、鐙骨(藍色)

圖片來源：科博館館訊130期 87年9月《哺乳動物的特徵與起源》圖∕文張鈞翔

http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/87/130/12.html

模型五、放射蟲(Radiolarian)：

圖15. 模型五、放射蟲(Radiolarian)─Photo by Michael & others。

圖16. 放射蟲的掃描式電子顯微鏡照片，請注意整張圖寬度只有一個微米(μm)而已。

圖片來源：http://www.turbosquid.com/3d-models/radiolarian-science-3d-model/493455

　　放射蟲因為具有放射排列如針狀的偽足而得名。而且放射蟲二氧化矽成份為

主的骨骼，通常也呈放射狀的對稱，非常精緻美麗。

　　放射蟲在五億多年前就已經在地球上出現，是廣泛分佈在大洋之中的浮游原

生動物。從近海到遠洋、從海水錶層到數千公尺深處都有放射蟲存在。
　　放射蟲通常很小，有些甚至小到一般的光學顯微鏡都不易觀察其細部的構

造，常需藉助於電子顯微鏡。
　　放射蟲化石具有良好的年代指示作用，故為很好的標準化石(index

fossil)。

　　若大量的放射蟲堆積在海床，經成岩化作用後可形成燧石，屬於沉積岩類的

岩石。

(放射蟲的文字敘述，大部份節錄自葉貴玉博士的文章，葉博士是國內知名的放射蟲專家)

放射蟲的顯微照片，每張圖都像精巧絕倫的藝術品。

圖片來源：

http://secretlexicon.blogspot.tw/2010/04/radiolarians.html

放射蟲的光學顯微照片。

模型六、蒲公英(Dandelion)的果實：

圖17. 模型六、蒲公英(Dandelion)的果實─Photo by Michael。

蒲公英屬菊科植物，開黃花，花凋謝後約十天結成毛球，菊科植物為頭狀花序，果實聚生在一起稱為聚合果，每一粒果實屬瘦果，果皮乾燥而不開裂，使它看起來很像種子。每粒果實上具有純白的絨毛，成熟時絨毛展開，像一把降落傘，隨風飄揚，可將種子散播至遠方，最後發芽長出新個體。

文字大部份節錄自「生命科學廳九種模型」活動指引

圖18. 蒲公英果實(fruit)與種子(seed)的區別。

模型七、神經細胞(Neuron)：

神經細胞有三項結構：

1. 細胞本體(soma)：由細胞核與細胞質組成。

2. 樹突(dendrites)：傳入神經纖維，成分枝狀的樹突，負責將接收的訊息傳回細胞本體。

3. 軸突(axon)：傳出神經纖維，一般只有長長的一條(末端可分岔)。軸突負責將訊息傳給下一個神經細胞。

圖19. 神經細胞(=神經元)的構造。

圖片來源：http://www.wretch.cc/blog/chenwiz2000/21339225

圖20. 神經元(Neuron)的構造。

神經元(Neuron)的實際螢光顯微照片。

模型八、水母(Jellyfish)：

圖21. 模型八、水母(Jellyfish) ─Photo by Michael。

水母：常常浮游在海面上，有時隨著海水漂流，有時藉著傘蓋部的肌肉收縮以逼出體內的海水，利用反作用力來行動。以前分類學家把牠放在腔腸動物門，因為牠具有消化循環腔(Gastrovascular cavity)，水母的口和肛門就是在傘蓋下面中間的部分。

腔腸動物門現在很多書改稱為刺絲胞動物門，因為只有水母、水螅、珊瑚類的動物身上具有刺絲胞。刺絲胞是牠們捕食和防禦的武器，當有獵物或危險靠近的時候，刺絲胞中的刺絲就會噴射出來。

圖22. 水母(Jellyfish)。

圖片來源：http://www.jellyfishs.com/

註：僅水螅、水母、海葵、珊瑚等動物具有刺絲細胞(Cnidoblast)。

但是腔腸、櫛板、扁形三個門的動物都有消化循環腔(Gastrovascular Cavity)。

所以將水母等所屬的動物門由腔腸動物門更名為刺絲(細)胞動物門(Cnidarian)這是合情合理。

模型九、放大一千五百萬倍的噬菌體(Bacteriophage)：

圖23. 模型九、放大一千五百萬倍的噬菌體(Bacteriophage) ─Photo by Michael。

噬菌體(Bacteriophage)的卡通圖以及電子顯微照片。

這是一種專門感染細菌的病毒，稱為「噬菌體」。當牠感染細菌時，就用下方的病毒絲(尾絲)附著在細菌細胞壁上，利用像迷你針筒的伸縮尾部，把噬菌體頭部的DNA注射到細菌體內，接著噬菌體的外殼脫落，噬菌體DNA就利用細菌體內的酵素複製出幾百個或幾千個新的噬菌體，然後噬菌體分泌酵素溶解細菌的細胞壁，幾百個～幾千個新的噬菌體釋放出來後，又再侵犯到其它細菌內繁殖，再釋放出來，重複循環多次，在很短的時間，很多的細菌都被噬菌體感染了。

噬菌體感染宿主細菌分為 6個步驟：

1.附著2.穿透3.脫落 4.複製5.組合6.釋放