2014年1月12日 星期日

大部分的扁蟲攝取食物到消化循環腔,加以消化 Most Flatworms Also Ingest Food Into a Gastrovascular Cavity for Digestion

探索生命《生物學》147-2
La bohème, O soave fanciulla... - R. Tebaldi e C. Bergonzi
1.     與刺細胞輻射狀對稱不同,扁蟲是左右二側對稱,牠們有明顯的頭部與尾部,也有背部與腹部。扁蟲的身體由3層組織構成,許多扁蟲是寄生的,但某些扁蟲是獨立生活的,例如真渦蟲planaria。
2.     真渦蟲的「口」位於腹部,大約在身體的中間,口連接著肌肉構成的管狀腸道。在腸道進行胞內與胞外的消化,和吸收。腸是消化循環腔,只有一個開口。
3.     扁蟲與刺細胞動物相同之處是,扁蟲的「口」也是攝取食物兼排出廢棄物。不過,扁蟲的腸道分支比刺細胞動物多。扁蟲大量分支的腸道,大幅增加消化腔的吸收表面積,並且能將食物輸送到身體各部分。
4.     從植物身上我們學到,有機體的大小增加,特別是體積增加,將使得吸收面積是否夠大的問題更為嚴重。
5.     許多有機體演化出高度分支的吸收表面,這樣可在較小的體積裡塞進大面積的吸收表面。植物髮狀的根是一例,真渦蟲分支繁複的消化循環腔是另一例。
6.     條蟲是一種扁蟲,條蟲已經高度特化成居住在動物消化腔裡,失去自己的消化系統。條蟲浸泡在宿主的消化產物裡,因此可直接吸收宿主的消化產物,自己毋須消化。適應環境的演化包括失去某些構造與得到某些構造。

O Soave Fanciulla - La Bohéme - Puccini
完整的消化道是重要的演化革新 A complete Digestive Tract Is an Important Evolutionary Innovation
7.     動物的複雜度勝於刺絲胞動物和扁蟲。動物有完整的消化道,消化道有二個開口:口和肛門。這類有機體從嘴巴/口攝取食物進去後,食物沿著單一方向通過消化道,移動到肛門。
8.     消化道可細分為幾個不同的區塊與腔室,每個區塊各有各的功能,當食物通過消化道,消化道各區塊各自用不同的方法處理食物。
9.     消化道不同區塊的功能有:打碎大塊食物的機制、暫時儲存食物、分泌酵素、吸收消化的產物、儲存廢棄物等等。各區塊合力消化食物,能使消化系統運作得更有效率,每一種動物的消化系統都演化成適合牠們獲取營養的構造。
10. 蚯蚓分化的消化系統,就是一個好例子。蚯蚓的食物是混在土壤裡的腐爛有機物。
11. 蚯蚓藉由咽部的肌肉運動將食物從嘴巴吸入,食物從嘴巴進入後通過一段短短的通道進入「咽部」,然後經由「食道esophagus」,抵達肌肉壁較薄的「嗉囊crop」,嗉囊是儲存食物的地方。
12. 接著,食物進入肌肉壁較厚的「砂囊gizzard」,食物在這裡攪拌,砂囊通常有一些小石頭幫忙碾碎食物,磨爛的食物懸浮於水中,穿越長長的「腸道intestine」,在這裡進行酵素消化與烯收。
13. 在腸的末端,消化物部分的水分被吸收,剩下無法消化的廢棄物,經由肛門排出。
14. 特別留意,蚯蚓是胞外消化,腸道上皮的腺細胞分泌水解酵素到腸腔。消化的最終產物—最簡單的化合物單元—被吸收到血液中,隨血液的流動分配到身體各部位。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/darwin.wcupa.edu、tutorvista.com

刺細胞是率先演化出消化腔的有機體 The Cnidarians Were the First Organisms of Evolve a Digestive Cavity

探索生命《生物學》147
Kiri Te Kanawa, Simon O'Neill: O soave fanciulla
1.     隨著多細胞有機體演化得愈來愈複雜,身體也出現不同分工的細胞種類。刺細胞動物cnidarians,又稱為腔腸動物 coelenterates,就是一個例子。
2.     刺細胞動物是對稱性動物,有一個由2層細胞組成的袋狀身體,這2層細胞中間隔著膠狀層,稱為中膠層mesolamella。刺細胞動物身體中央的腔室,是進行胞外消化的地方。這個腔室只有一個開口,開口環繞著許多觸手。
3.     刺細胞動物消化腔唯一的開口,既是嘴巴,也是肛門,這種構造的消化腔,稱為消化循環二用腔gastrovascular cavity。
4.     刺細胞是標準的肉食動物,觸手上有無數的針狀構造,稱為刺細胞nematocysts。
5.     刺細胞中央內凹處,是包裹在膠囊內的捲曲的纖細線條,膠囊口有一根尖尖外凸的扳機,獵物一碰觸到扳機,刺細胞立刻開火,膠囊內的細線吐出,連著細線的基座也跟著展開,伸出其表面的刺。
6.     刺細胞藉由刺穿獵物,或用黏黏的細線纏獵物,來捕捉獵物。許多刺細胞還會注射毒液,麻痺獵物。
7.     一旦刺細胞控制住獵物後,整條觸手隨即抓住獵物,如果獵物持續掙扎,那其他觸手也會加入幫忙抓住獵物。觸手抓住獵物後,將獵物往嘴巴送,這時嘴巴也張大準備吞下牠。
8.     食物一進入「消化循環二用腔」,消化酵素就會分泌進入體腔,開始進行胞外消化。刺細胞動物的胞外消化十分有限,它無法將物質完全分解成胺基酸建構單元。
9.     食物一被分解成小塊碎片,「消化循環二用腔」表面的細胞,隨即伸出偽足,以胞吞作用,吞下食物碎片,用「食物液泡」完全消化這些食物碎片,剩下無法消化的食物,則排泄到「消化循環二用腔」,再從「消化循環二用腔」唯一的開口排出。
10. 刺細胞演化出來的胞外消化程序,對環境是用的優點是:胞內消化嚴格限制有機體攝取食物的大小,胞外消化讓有機體可以攝取比較大塊的食物碎片,甚至可吃下整個多細胞動物。
11. 胞外消化是多細胞動物的常態,非例外。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/Dc263.4shared.com、Quizlet.com、Period3-organisms、Genome.jgi-psf

2014年1月10日 星期五

原生生物和動物是體內消化的異營生物 Protozoans and Animals Are Ingestive

探索生命《生物學》146
O Soave Fanciulla - Anna Netrebko & Rolando Villazón
1.     原生生物和動物處理養分的過程所涉及的活動,比植物和真菌多。動物必須有一套定位和捕捉食物的方法。如同真菌,消化性異營生物必須先消化過食物以後,才能使養分穿越細胞膜到細胞表面。
2.     異營生物的食物通常是多醣、脂質和蛋白質與大型分子,它們必須消化成基本單元才能吸收,但動物很少跟真菌一樣分泌酵素到食物表面,大部分是攝取食物到分泌酵素的消化器官。
3.     另外一些有機體,特別是原生生物,是經由胞吞作用或類似的程序,直接將食物吃進細胞裡,然後再用液泡消化食物;
4.     雖然這個程序稱為細胞內消化作用,然而,食物實際上是由有別於細胞膜的「膜層」所包覆隔離。在消化完畢之前,這些食物不會跑出去。
5.     細胞內與細胞外的消化酵素共通點是,在讓養分穿越細胞膜、吸收食物養分之前,先消化食物。
6.     雖然原生動物和動物的營養需求和基本消化程序很像,這些有機體的身體構造卻十分不同。
7.     原生動物和動物,處理食物的身體構造,以及處理食物的過程細節,差異很大。動物長得愈大,活動量愈大,也就更需要大量而有效率的消化系統,來滿足它們的代謝需求。

原生生物在細胞內消化食物 Protozoans Digest Food Intracellularly
8.     原生生物是單細胞有機體,身體構造與多細胞動物非常不一樣,因此食物處理程序應該也是非常不同,這種差異符合預期,但更有趣的是,原生生物與多細胞動物,彼此擁有非常大的相似處。
9.     即使是單細胞等級的原生生物,食物也必須先在特化的器官消化後,才能吸收穿越細胞膜到細胞質。
Ei Rodolfo! O Soave Fanciulla - La Bohème - Puccini
10. 舉阿米巴原生生物的例子來說,阿米巴原生生物的外型,常隨著原生質的流動而改變外型。(原生質,通常指細胞質,其實也包括細胞核內的液體)
11. 阿米巴細胞內的原生質外推,便能使阿米巴伸出手臂狀的偽足,將食物拉進來。在周遭食物的刺激下,阿米巴食物伸出偽足環繞食物,直到食物完全被包覆為止(吃進細胞內),這個程序稱為胞吞作用phagocytosis。
12. 吞入的食物,完全被細胞膜包裹密封成食物液泡food vacuole。一旦食物液泡形成,含有消化酵素的溶小體,立刻與食物液泡融合為一體。食物和消化酵素容合成消化液泡,開始進行消化。
13. 消化的過程,液泡在細胞質循環一圈移動,消化的產物從液泡穿越膜層擴散到細胞質。最後食物液泡與細胞膜融合而破裂,將無法消化的物質排出。
14. 阿米巴原生生物,是沒有特化出永久性消化結構的原生生物的範例。阿米巴「食物泡」在功能上,等同於高等動物的消化系統。
15. 纖毛蟲的特徵是,體表覆蓋無數的纖毛,如同所有的原生生物,纖毛蟲經常被視為單細胞生物。雖然纖毛蟲缺乏清晰可見的、由細胞分裂而成的次單元。較複雜的纖毛蟲顯現出體內分化,體內分化通常是多細胞生物的特徵。
16. 與阿米巴不同之處是,草履蟲(一種纖毛蟲)有永久性結構,草履蟲擁有進食的器官。
17. 草履蟲會將食物顆粒掃進口溝oral groove,這是細胞某一側纖毛通道,口溝纖毛的擺動,使水流入口溝底部的胞咽cytopharynx。
18. 當胞咽底部累積夠多的食物,就會形成食物液泡,包覆住這些食物,然後,液泡與胞咽斷開,往前移動。此時,溶小體與食物液泡融合,溶小體藉此分泌消化酵素到食物液泡,進行消化。
19. 消化的過程,細胞逐步吸收養分,並且液泡倒退移動到草履蟲的另一端(循環一圈)。當液泡抵達草履蟲的肛孔anal pore,液泡接上肛孔破裂,排出無法消化的物質,稱為胞吐作用exocytosis。
20. 液泡的功能不僅是消化腔,液泡移動時也將消化的產物分配到細胞各處(具有輸送養分的功能)。
21. 溶小體不僅在原生生物裡屬於消化系統的一環,它同樣是動物細胞間消化作用的一環,這又是一個原生生物與高等動物的基本消化程序相似的例子。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/studyblue.com、meritnation.com、Sparknotes.com

飲食必需含有維生素和某些礦物質(三) Vitamins and Certain Minerals Must Be Supplied in the DietⅢ

探索生命《生物學》145
Andrea Bocelli - O Soave Fanciulla (With Ana Maria Martinez)
1.     要建立人類和動物對維生素最低需求的飲食項目,是有困難的;許多飲食建議表仍有待商榷。舉例來說,人類對於,維生素的需求如何隨著年紀與健康狀態而改變,至今還不太清楚。
2.     雖然還有許多研究需要做,但有一件事情十分確定,人類飲食多樣化,食物涵蓋肉類、水果、蔬菜,應該就能得到他們需要的所有維生素。
3.     與綠色植物相同之處是,異營生物(動物、真菌)需要某些礦物質。這些礦物質通常以離子的形式被吸收。
4.     某些礦物質,例如鈉、氯、鉀、磷、鎂和鈣,屬於巨量營養素,需要量很大;另外一些礦物質,例如鐵、錳和碘是微量營養素,需要量很少。還有一些營養素,例如銅、鋅、鉬、硒和鈷,雖也是生命必需的,但只需要微量就足夠了。
5.     鈣,是構成脊椎動物牙齒與骨骼的主要成分;鈣在多數脊椎動物身上,還扮演許多其他的角色,例如,神經衝動傳導和肌肉收縮。磷,是磷脂質和核甘酸的成分,鐵,是電子傳遞分子和血紅素的組成成分。
6.     鈉離子、氯離子和鉀離子是體液的重要成分,它們在維持身體的滲透壓濃度方面十分重要,並且深深影響與滲透壓濃度相關的神經與肌肉活動。碘,是甲狀腺生產的荷爾蒙的成分。
7.     某些礦物質的功能(特別是那些只需要微量的礦物質),不是那麼顯著。不過,顯然大部分礦物質是酵素的成分或催化反應的輔因子(輔因子並非酵素或輔酶的一部份),每個物種所需的礦物質來自於平日的飲食。

Puccini - La boheme - "O Soave Fanciulla" (Duo Acte I)

真菌屬於吸收型異營生物 All Fungi Are Absorptive Heterotrophs
8.     真菌,由數量龐大且種類多樣的定著型有機體組成。真菌是異營生物,生活在食物表面或裡面,直接吸收與消化食物。菌體通常由細小的管狀菌絲組成,這些菌絲分支布滿食物表面。麵包黴就是一個例子。
9.     麵包的主要成分是澱粉,這是豐富的能量來源,但澱粉是多醣體,它是大型、不可溶的分子,無法穿越黴菌的細胞膜。
10. 在吸收之前,澱粉必須斷裂成它的基本單元-單醣。簡而言之,必須先消化澱粉。
11. 消化Digestion,是酵素水解enzymatic hydrolysis的另一個名詞。酵素水解過程是在構成澱粉的醣分子間,加入水,藉此打斷醣分子間的化學鍵。
12. 麵包黴在細胞外執行酵素水解,此程序為胞外消化extracellular digestion。細胞內合成的消化酶,釋放到真菌賴以維生的食物表面或裡面;真菌在細胞外消化食物,然後吸收消化後的產物。
13. 特別留意,真菌與大部分的動物不同,真菌沒有內腔可消化大型食物,它們只能釋放消化酵素到周遭,再吸收有機養分,此這個行為模式十分類似植物的根部吸收無機養分。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》