細胞壁讓植物細胞能在低滲透壓環境中生活

探索生命《生物學》211

Salvatore Ferragamo | Spring Summer 2015 Full Fashion Show

Cell Walls Enable Plant Cells to Live in a Hypotonic Environment

1.     動物細胞，極度受到胞外液體的滲透濃度變化的影響。在正常條件下，胞外體液與細胞內一體，幾乎等張。所以，滲透濃度改變會嚴重影響動物細胞的生理，甚至殺死動物。舉例來說，人類身體的細胞若放在低張環境會爆破。

2.     與動物細胞不同，陸生植物或淡水植物，大都浸泡在比細胞內液體更稀釋的液態媒介，換句話說，植物細胞內容物與浸泡它的液體相比，是比較高張∕高滲透壓的液體。

3.     在這種情況下，動物細胞會吸收過多的水分，導致細胞爆破，除非有特殊的機制，例如伸縮液泡contractile vacuole，排除多餘的水分。

4.     不過，植物細胞周圍環繞細胞壁，當細胞吸入更多水分，變得更膨脹，細胞壁阻止細胞過度膨脹，也因此阻止更多水分藉由滲透作用進入細胞，避免細胞得到過多的水分。

5.     只要植物細胞周遭的液體，比植物細胞裡的內容物更稀釋，植物細胞可在周遭環境液體的滲透濃度大幅改變時，維持穩定。

6.     如果胞外液體，與細胞內容物相比，是比較高張∕高滲透壓的溶液，那麼細胞就會流失大量的水分皺縮，脫離原本黏附的細胞壁，這個現象稱為胞質離解plasmolysis。

7.     植物有細胞壁，但動物沒有，因此，植物與動物調控鹽類與水所面臨到的問題不同。

8.     植物能忍受浸泡細胞的液體，其滲透濃度大幅改變，並不代表它們不會因周遭溶解的某些離子濃度改變而受影響。這些改變有時會嚴重影響植物的健康與成長。

9.     植物體內浸泡細胞的液體，其中某些離子濃度改變，會改變植物的化學組成，而非干擾它的滲透平衡。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；圖片來源／biobook.nerinxhs.org、pinterest.com/pin

植物與其他光合自營性生物的胞外液

探索生命《生物學》210

Elisabetta Franchi | Spring Summer 2015 Full Fashion Show 

The Extracellular Fluids of Plants and Other Photosynthetic Autotrophs

1.     植物僅調控胞內液的組成成分。多細胞海生藻類與多細胞海生動物最顯著的不同是，它們的細胞所浸泡的液體環境不同。

2.     複雜的動物，體內的細胞，浸泡在胞外液—組織液、淋巴、或血漿—胞外液與周遭環境的水是完全隔開的。細胞障壁隔開胞外液與環境的水，胞外液的成分與細胞內的細胞質，與周遭環境的水，成分不同。

3.     相反地，多細胞藻類的組織液與周遭環境的水是連通的，因此，藻類沒有像動物的血液和組織液那樣的液體。與動物不一樣之處是，藻類必須調控胞外與胞內的液體組成，特別要注意的是藻類必須調控胞內液體的組成，以維持體內平衡。

4.     動物與大型維管束陸地植物間有類似的對比。大型維管束植物，體內含有大量的胞外液，有的胞外液以木質部樹汁的形態存在，或在質外體以水的形態存在。植物的胞外液沒有完全與外界區分，它不像動物的組織液與血液那樣。

5.     我們已經學過，水能夠進入植物體深層的皮層，不需要穿越任何膜狀障壁，葉片或莖的細胞周遭是充滿液態的，而且裝滿液體的空間是連續不斷的，葉有氣孔，莖有皮孔，允許空氣進入植物體內連續不斷的空間。

6.     因此，植物大部分的液體可直接浸泡植物細胞，它們能深入植物的體內，植物裡的液體是與周遭環境連通，不像動物的組織液有胞狀障壁隔離周遭環境。

7.     對海生藻類細胞來說，喪失調控浸泡細胞的液體成分的功能，不會對細胞的生存產生嚴重的問題。海生藻類身上的液體，基本上與海水的滲透濃度是相等的，海洋是生命的搖籃。

8.     因為海生藻類細胞與他們所處的環境是等滲的，它們不會因為滲透壓而獲得或流失水分，不過，它們仍然必須調控細胞裡個別離子的濃度，以維持體內平衡。

9.     那麼，在淡水或在陸地上的活植物又如何呢？陸地植物與海洋藻類細胞不同，陸地植物內部的細胞環境與胞外液是與周遭環境連通的。

10.  陸地環境與海洋環境不同，陸地環境不穩定，陸地植物要調控胞外液的組成，比動物調控組織液更困難。植物細胞所浸泡的液體，變動性比動物的組織液更大，植物胞外液的變動遠超過大部分動物細胞所能承受的。

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

體液的調控Regulation of Body Fluids

探索生命《生物學》209

Jil Sander | Spring Summer 2015 Full Fashion Show

1.     我們已經知道活細胞持續與它的環境交互作用。生命有許多重要的功能，像是營養消化程序、氣體交換、新陳代謝等等，生命十分仰賴周遭環境媒介。

2.     生物家相信生命源起於古代海洋，因為海水環境遠比淡水和陸地環境穩定。不論是溫度、酸度還是鹽濃度，海洋都要經過很長一段時間才會有一點點變動。

3.     海水的巨量使海水任何改變都非常微小而緩慢，在這麼穩定的條件下，地球誕生生命的初期，海洋世界已有豐富的生命。毫不意外地，遠古細胞的細胞質與他們浸泡的海洋，有許多相似處。

4.         海洋的穩定度對生命演化至關重要。因此，複雜的多細胞海洋動物演化，朝向使體液(組織液、血液等)能供應最內層細胞的方向，動物的身體內層是比較沒有變動的水生環境，遠古時代海洋動物的內層體液類似孕育他們的海洋搖籃。

5.         隨著時間過去，演化持續進行，不同有機體的體液演化成不同形式。現今的海洋動物族群，不同族群的體液，其化學組成不同。

6.         不過，與淡水動物和陸地動物相較，海洋動物不同族群間的體液差異較小，並且它們與海水的性質也很類似。更不要說植物了，不同植物族群的體液差距更大。

7.         雖然海洋動物不同族群的體液有些差異，但它們其實有許多相似處，劍橋大學Ernest Buldwin說，細胞生命在這樣的條件下十分受限，從生命誕生之初，至今沒有什麼改變。

8.         多細胞有機體必須維持穩定的體液環境，不論外在環境如何改變，有機體的體內必須保持平衡才有利於維持細胞的生命。

9.         維持體內平衡homeotasis對保持有機體正常功能非常必要，有機體演化出大量而多樣的物種，因此也有必要演化出多樣的機制調控體液，以維持體內平衡。

10.     循環系統的作用是維持胞外液體的體內平衡。循環系統維持體內平衡的方法是，釋出組織所需要的物質，移走組織的廢棄物，並且用紅血球和其他血蛋白緩衝血液的pH值。

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

輻射效應(三) Effects of radiation（Ⅲ）

化學原理啟迪523

Moschino | Fall Winter 2015/2016 Fashion Show | Menswear 

1.     表21.7說明美國每個人暴露於輻射的劑量與來源：

來源：氡Radon

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：200

來源：宇宙輻射Cosmic radiation

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：27

來源：來自建築

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：3

來源：人類組織

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：39

來源：吸入的空氣

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：5

來源：從自然來源獲得的總量

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：302

來源：X光檢驗

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：50

來源：放射性療法

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：10

來源：內部診斷治療

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：1

來源：核電廠

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：0.2

來源：電視映像管、工業廢棄物

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：2

來源：輻射塵

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：4

來源：人為活動產生的輻射總量

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：67

來源：自然與人為兩者加總

暴露劑量(每年的毫侖目 millirems/year)：369

2.     特別留意，從自然界而來的輻射量是人為活動產生的輻射量的4到5倍，雖然核電工業產生的輻射量，只佔全部輻射量的一小部分，但核電廠的主要爭議在於，它有機會造成輻射危害。

3.     核電工業對人的輻射危害來自於二個來源：意外釋出放射性物質和在使用核燃料元素時，不恰當地暴露在放射性產物。

4.     ²³⁵ ₉₂U核分裂的放射性產物，半生期達數百年，經過很長一段時間後，仍有危險性。

5.     雖然²³⁵ ₉₂U只佔總產量很小的比例，但還是要審慎處理，目前看來最保險的核廢料處置方法是，將核廢料密封在陶瓷塊裡，埋到穩定的地殼裡。

6.     從表格21.7來看，自然界最顯著的核輻射來原是氡²²² ₈₆Rn，氡是²³⁸₉₂U衰變的產物，地殼表面持續產生氡，地表產生的氣態氡會滯留在地下室與其它建築裡，房子的暖氣與冷氣系統會將滯留於屋內的氡循環。

7.     氡是α粒子的生產者，半衰期很短是3.82天，吸入會造成生物性傷害：

²²² ₈₆Rn→²¹⁸ ₈₄Po＋⁴₂He

8.     此外，當氡衰變成²¹⁸ ₈₄ Po釙，釙固體會滯留在肺組織。釙是毒性更強的α粒子製造者（t1/2＝3.11 min）。因為α粒子的比較生物效應劑量RBE很高，氡特別危險，人體暴露在氡裡面極可能導致肺癌。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》