協調和反應：你身體內驚人的控制系統
哈囉！歡迎來到「協調和反應」這個奇妙的世界！你有沒有想過，為甚麼你的手碰到熱爐時能立刻縮回來？又或者你家裡的植物為甚麼總是會向著窗戶彎曲生長？這可不是魔法——而是生物學！在本章中，我們將會探索這些不可思議的系統，它們讓包括我們在內的生物，能夠偵測周圍環境的變化，並作出正確的反應。這一切都關於我們身體各個部分如何溝通和協同合作，就像一個團隊一樣。這也是你每個想法、每個動作和每個感覺背後的秘密。事不宜遲，我們開始吧！
1. 基本路徑：反應是如何發生的
在我們深入細節之前，讓我們先看看所有反應都會遵循的基本五步計劃。你可以把它想像成一個連鎖反應。
刺激 ➔ 感受器 ➔ 協調系統 ➔ 效應器 ➔ 反應
讓我們用一個簡單的例子來拆解這個過程：你的電話響了。
- 刺激： 環境中你可以偵測到的變化。（例如：電話響起的聲音）
- 感受器： 偵測到刺激的細胞或器官。（例如：你的耳朵偵測到聲音）
- 協調系統： 處理資訊並決定如何行動的系統。這包括神經系統（大腦和脊髓）和／或內分泌系統。（例如：你的大腦處理聲音並決定接聽電話）
- 效應器： 執行協調系統指令的肌肉或腺體。（例如：你的手臂和手部肌肉）
- 反應： 你所採取的行動。（例如：你拿起電話）
重點提示
每一個動作，從眨眼到跑步，都遵循著這個「刺激—感受器—協調—效應器—反應」的路徑。理解這個流程是掌握本章的關鍵！
2. 神經系統：身體的超級互聯網
神經系統是我們身體高速運作的通訊網絡。它利用稱為神經脈衝的電訊號，在眨眼之間傳遞訊息。它主要由兩個部分組成：
- 中樞神經系統 (CNS)： 這是主要的控制中心。它包括大腦和脊髓。
- 周圍神經系統 (PNS)： 這個神經網絡連接中樞神經系統與身體的其他部分（感受器和效應器）。
基本構成單位：神經元
神經元（或稱神經細胞）是傳遞神經脈衝的特化細胞。它們主要分為三種類型：
- 感覺神經元： 將脈衝從感受器（如皮膚或眼睛）傳遞到中樞神經系統。
- 聯絡神經元（或稱中繼神經元）： 位於中樞神經系統內部，連接感覺神經元和運動神經元。
- 運動神經元： 將脈衝從中樞神經系統傳遞到效應器（如肌肉或腺體）。
中樞神經系統：我們的控制中心
大腦
你的大腦是總司令！它有不同的部分，各自負責特定的任務：
- 大腦： 這是最大的一部分。它負責所有「聰明」的事情：思考、記憶、智力、個性和控制隨意活動（你選擇做的動作，例如說話或走路）。
- 小腦： 位於大腦後方，這部分對肌肉協調和平衡至關重要。它確保你的動作流暢而精準。想想看舞者或運動員——他們的小腦正在努力工作！
- 延髓： 它控制所有讓你維持生命的不隨意活動，例如心跳、呼吸頻率和消化。你不需要思考這些動作；延髓會自動處理它們。
脊髓
這是一束粗大的神經束，沿著你的背部延伸。它有兩個主要功能：
- 它是大腦與身體其他部位之間神經脈衝傳遞的主要「高速公路」。
- 它是反射作用的控制中心。
神經元如何溝通：突觸
神經元之間並不是直接接觸的。它們之間有一個微小的間隙，稱為突觸。那麼訊息是如何傳遞過去的呢？不是靠電力，而是靠化學物質！
打個比方：想像兩個被小水渠（突觸）分隔的島嶼（神經元）。要將訊息從一個島傳到另一個島，你需要用渡輪（一種化學物質）來運送。
突觸傳遞的步驟：
- 神經脈衝到達第一個神經元的末端。
- 這會觸發特殊化學物質，稱為神經遞質，被釋放到突觸中。
- 這些化學物質會擴散穿過這個微小間隙。
- 它們會與下一個神經元上的感受器結合，從而產生新的神經脈衝。
你知道嗎？突觸確保神經脈衝只能單向傳遞。它就像一個單向閥門！
反射作用與隨意活動
並非所有動作都是一樣的。有些是快如閃電且自動發生的，而另一些則是緩慢且有意識的。
反射作用
這些是對刺激的快速、自動和不隨意的反應。它們通常具有保護性。例如，將手從熱物體上縮回，或有東西飛向你的眼睛時眨眼。
反射作用的路徑稱為反射弧。關鍵在於，訊息會傳到脊髓，然後直接傳回肌肉——它不會先傳到大腦。這節省了寶貴的時間！
例子：觸碰熱物體
刺激（熱力）➔ 感受器（皮膚內）➔ 感覺神經元 ➔ 脊髓（聯絡神經元）➔ 運動神經元 ➔ 效應器（手臂肌肉）➔ 反應（縮回手）
隨意活動
這些是你自主控制的動作。它們涉及大腦的大腦部分。因為你需要「思考」它們，所以它們比反射作用慢。
例子：踢足球
你的眼睛（感受器）看到球，訊息經感覺神經元傳到你的大腦（協調）。你的大腦決定踢球。訊息沿著脊髓向下，經運動神經元傳到你的腿部肌肉（效應器），然後你踢出足球（反應）。
快速溫習：神經系統
- 使用電脈衝進行快速通訊。
- 大腦： 隨意活動和思考。
- 小腦： 平衡。
- 延髓： 不隨意活動（呼吸、心跳）。
- 反射作用是快速、不隨意的，並由脊髓控制。
- 隨意活動是較慢、有意識的，並由大腦控制。
3. 感官：我們認識世界的窗口
人眼與視覺
你的眼睛運作方式很像一部相機，它偵測光線並將訊息傳送給你的大腦以形成影像。
眼睛的主要部分
- 角膜與晶狀體： 它們協同工作，將光線聚焦到眼睛後部的視網膜上。角膜負責大部分的光線彎曲（折射），而晶狀體則負責微調。
- 虹膜： 眼睛有顏色的部分。它是一塊肌肉，控制進入眼睛的光線量。
- 瞳孔： 虹膜中間的開口。它在強光下會縮小，在弱光下則會變大。
- 視網膜： 眼睛後部的「屏幕」。它包含對光敏感的感受細胞：桿狀細胞和錐狀細胞。
- 桿狀細胞： 偵測低水平的光線（用於暗光下的視覺）。它們只能看到黑白影像。
- 錐狀細胞： 偵測強光並負責顏色視覺。
- 視神經： 將神經脈衝從視網膜傳輸到大腦。
聚焦近處和遠處物體（調節作用）
你的眼睛可以從遠處的山脈聚焦到你手中的書本。這稱為調節作用，是透過改變晶狀體的形狀來完成的。
- 聚焦遠處物體：
- 睫狀肌放鬆。
- 懸韌帶拉緊。
- 晶狀體被拉得較薄且較不凸。
- 聚焦近處物體：
- 睫狀肌收縮。
- 懸韌帶鬆弛。
- 晶狀體變得較厚且較凸。
常見眼睛缺陷
- 近視 (Myopia)： 可以看清近處物體，但遠處物體模糊。這是因為眼球過長或晶狀體太強，導致影像聚焦於視網膜前方。它可以用凹透鏡矯正。
- 遠視 (Hyperopia)： 可以看清遠處物體，但近處物體模糊。這是因為眼球過短或晶狀體太弱，導致影像聚焦於視網膜後方。它可以用凸透鏡矯正。
- 色盲： 由錐狀細胞的問題引起，導致難以區分某些顏色。
激光矯視（LASIK）等手術方法也可以透過重塑角膜來矯正近視和遠視。
人耳與聽覺
耳朵的作用是將空氣中的聲波轉化為大腦能理解的神經脈衝。
聲音穿過耳朵的路徑
- 耳廓（外耳）收集聲波並將其引導至耳道。
- 聲波使耳膜振動。
- 振動由三塊微小骨骼，稱為聽小骨，傳遞並放大。
- 振動到達耳蝸，這是一個充滿液體的螺旋狀管。
- 液體中的振動刺激耳蝸內的感受細胞，這些細胞產生神經脈衝。
- 聽神經將這些脈衝傳遞到大腦，大腦將其解釋為聲音。
4. 激素（內分泌）系統：身體的郵政服務
身體還有另一套通訊系統。它比神經系統慢，但其影響可以持續更長時間。它不使用電脈衝，而是使用稱為激素的化學信使。
打個比方：如果神經系統像是發送短訊（即時且直接），那麼激素系統就像是透過郵政服務寄信（速度較慢，傳播範圍廣，但到達時可以產生重大影響）。
激素協調的主要特點
- 激素由內分泌腺產生。
- 它們透過血液運送到全身。
- 它們只影響具有正確感受器的特定目標細胞或器官。
- 反應通常比神經反應慢且持續時間更長。
例子：調節血糖（在恆定性一章你會再次看到這個！）
- 刺激： 血糖水平過高（例如：吃完甜點後）。
- 腺體： 胰臟將激素胰島素釋放到血液中。
- 運送： 胰島素透過血液循環。
- 目標器官： 肝臟和肌肉。
- 影響： 胰島素指示肝臟和肌肉從血液中吸收葡萄糖並將其儲存為肝糖。
- 反應： 血糖水平恢復正常。
神經協調與激素協調：比較
| 特點 | 神經系統 | 激素系統 |
| 訊息類型 | 電脈衝 | 化學物質（激素） |
| 傳輸媒介 | 神經元 | 血液 |
| 傳輸速度 | 非常快 | 較慢 |
| 作用持續時間 | 短期 | 較長 |
| 作用範圍 | 精確（例如：一塊肌肉） | 廣泛（例如：多個器官） |
5. 植物的協調：向光性
植物沒有神經或肌肉，但它們仍然可以對環境作出反應，通常是透過生長。向性是植物對方向性刺激的生長反應。
向光性：對光的反應
向光性是植物對光線的生長反應。莖部向光生長（正向光性），而根部則背光生長（負向光性）。
這有甚麼用？向光生長讓葉子能夠獲得最大量的陽光進行光合作用。
生長素的角色
這種反應由一種植物激素——生長素控制。以下是它在莖部如何運作：
- 生長素在莖的最尖端產生。
- 它向下擴散，促進細胞伸長（使細胞生長得更長）。
- 當光線從一側照射時，生長素會移動到莖的背光側。
- 這意味著背光側的生長素濃度較高。
- 這導致背光側的細胞伸長更多，比向光側的細胞伸長得更快。
- 這種不均勻的生長使莖部向光彎曲。
重要提示：在根部，高濃度的生長素實際上會抑制細胞伸長。這就是為甚麼根部會表現出負向光性。
重點提示
在莖部，生長素越多 = 生長越快。光線促使生長素轉移到背光側，使其生長得更快並向光彎曲。
6. 人類運動：肌肉骨骼系統
當你的大腦決定要行動時，它會向連接到骨骼的肌肉發送訊息。這就是我們產生運動的方式。
組成部分
- 骨骼： 由骨頭組成的框架，提供支撐、保護，並作為肌肉的錨點。
- 肌肉： 收縮（縮短）以拉動骨骼並引起運動。
- 關節： 兩根或多根骨頭連接的地方，允許運動。
- 肌腱： 連接肌肉到骨骼的堅韌繩索。
- 韌帶： 連接骨骼到骨骼的強韌帶，將關節固定在一起。
關節的類型
- 鉸鏈關節： 只允許單一方向的運動，就像開關門一樣。例子：手肘、膝蓋。
- 球窩關節： 允許多個方向的運動。例子：肩膀、髖關節。這種關節比鉸鏈關節提供更大的運動範圍。
肌肉如何運作：拮抗肌
一個必須記住的關鍵規則：肌肉只能拉動，不能推動。
因此，肌肉必須成對運作，稱為拮抗肌。當一塊肌肉收縮時，另一塊肌肉則放鬆。
最好的例子是你的上臂：
- 要彎曲手臂（屈曲）：二頭肌收縮（將下臂向上拉），而三頭肌放鬆。
- 要伸直手臂（伸展）：三頭肌收縮（將下臂向下拉），而二頭肌放鬆。
二頭肌和三頭肌是一對拮抗肌。它們的作用是相反的。
從神經到肌肉收縮
神經脈衝如何使肌肉運動？
- 來自運動神經元的神經脈衝到達神經肌肉接點（神經元與肌肉纖維之間的突觸）。
- 神經元釋放神經遞質。
- 這些化學物質導致肌肉纖維產生自身的電訊號，從而觸發纖維收縮。
快速溫習：運動
- 肌腱連接肌肉到骨骼。韌帶連接骨骼到骨骼。
- 肌肉以拮抗肌對的形式運作（例如：二頭肌和三頭肌）。
- 當一塊肌肉收縮（拉動）時，另一塊肌肉則放鬆。