馬世璋

01 細胞的構造與功能

拆解有機生命體，我們會發現最小的獨立運作單位就是「細胞」（cell）。細胞被定義為最小的基本生命單位，負責維持生命現象的基礎過程。每個細胞皆以細胞膜（plasma membrane）建立出與外界的屏障，內部則依據真核細胞或原核細胞而有著不同的基本架構。真核細胞包含被稱為細胞質（cytoplasm）以及細胞核（nucleus）
的部位，而原核細胞則是不帶有被核膜所包覆的細胞核。細胞內結構則稱為胞器（organelles），懸浮在細胞質中。每個胞器都有特定的組成形式，不同的胞器可執行特定功能以實現此生命最小基本單位的不同運作程序。當然，代代相傳的生物遺傳物質也存在於細胞內。

1-1細胞的構造
細胞是生命基本結構單位，所有生物都是由細胞組成，而這些形形色色的不同生物可以是由單個細胞（單細胞生物，例如 ：細菌）或多個細胞（多細胞生物，例如：人類）所組成，因此我們可以說細胞是所有生物的基石。
細胞構造鬼斧神工，令人歎為觀止。且細胞整體運作極為複雜而精密，其內部各組件可分別執行各種功能，例如：各種不同的胞器或懸浮在細胞質中的蛋白質等，除應該進行的各功能必須在合適的調控下穩定進行外，各組件也必須要相互協調，細胞整體才會正常運作。一旦有某組件無法正常運作，可能危及細胞本體。若把細胞想像為一間公司，公司下有各種不同的部門，比如說研發、銷售、營運、財務、法律等，各個部門負責的工作性質都不一樣，各部門除了都要執行自己本身的任務外，也常需要橫向交流溝通，公司才能維持良好的營運狀態。若一個部門產生危機而無法及時處理，最終可能導致公司關門大吉。
回顧科學史，細胞的發現是科學領域上重要的里程碑之一。這項發現是幫助我們了解生物是由細胞組成的起始點，進而以科學方法解開細胞構造與功能，以便更清楚解析生命現象。
羅伯特‧虎克（Robert Hooke）是史上首位成功觀察到細胞結構的科學家，他於1665 年以自行製作的複合顯微鏡觀察軟木薄切片，觀察到這些微小的空洞結構。
在他眼中，這些結構形狀類似修道院僧侶所居住的單人房間，因此，虎克用單人房間的“cell”一詞命名。而這些結構其實是植物細胞死亡後所留下的細胞壁。試想，在前無古人的狀況下，能蒐集文獻資料進行顯微鏡製作並觀察到細胞結構，可說是一項劃時代的科學進展。當時虎克也留下《微物圖解》（Micrographia ）這本書，記錄了包括上述軟木薄切片細胞壁結構，以及其他使用顯微鏡所進行的觀察。
與虎克時期相近，雷文霍克（Anton van Leeuwenhoek）以自行磨製鏡片的方式提升顯微鏡性能，並在自製顯微鏡下以更高的放大倍率觀察許多對象，其中就包含牙垢、精細胞及水中微生物等。在雷文霍克他鉅細靡遺的觀察下，有許多游動的微小生物散布在水滴樣本中，並表現出某種形式的運動。自此開啟了微生物學的研究大門，他也被後人稱為「微生物學之父」。

細胞學說
顯微鏡的使用及技術提升，是發現細胞及其運動性的主要關鍵。在17 世紀虎克及雷文霍克等科學家的時代，以顯微鏡下觀察並記錄了許多不同型態的細胞，也奠定後續細胞學說建立的基礎。德國植物學家許來登（Matthias J. Schleiden）於1838 年發表論文指出，植物體的各個不同部分皆由細胞或細胞衍生物所組成。他率先提出細胞為植物體結構基本組成單位之重要概念。1839 年，德國科學家許旺（Theodor Schwann） 在其著作《動植物結構和生長一致性的微觀研究》（Microscopical researches into the accordance in the structure and growth of animals and plants.）中，將前述植物細胞概念擴展到動物身上，指出細胞為動物及植物結構之基本組成單位。1855 年，德國科學家魏修（Rudolf Virchow）根據波蘭裔德國科學家雷馬克（Robert Remak）於1852 年所發表新細胞是以細胞分裂之過程衍生自其他細胞的實驗證據，歸納出所有細胞都來自於已存在細胞（all cells arise pre-existing）的論點，至此，細胞學說成形。細胞學說可簡要歸納如下：
地球上的所有生物體都是由細胞組成的。
細胞是生物體的基本單位。
細胞均由先前已存在的細胞分裂而形成。

生命現象的定義
生物學為一探討生命現象的科學，探討方式包羅萬象，從巨觀的生態環境到微觀的分子作用，皆可對生命現象做出解釋。然，回歸一般認知生物體之生命現象，主要包含代謝、生長、感應以及繁殖。
代謝（metabolism）意指維持生物體生存狀態有關的所有化學反應，大致可分為分解代謝及合成代謝兩類。分解代謝（catabolism）是指細胞中相對較大的分子被分解的程序，比如：由澱粉分解為葡萄糖的過程，而合成代謝（anabolism）是指由相對簡單結構的分子在細胞中形成相對複雜分子的程序，比如：由葡萄糖形成澱粉的過程。
生長（growth）在定義上指生物體的細胞增大或數量增加，而探討生長過程亦常伴隨探討多細胞生物從單個細胞（合子）發展成許多不同細胞類型的集合體，形成組織和器官等的發育（development）過程，此過程即是大眾所認知由簡單至複雜的「細胞→組織→器官→系統→個體」生物體組成層次的架構。
感應（response）意指生物體可對環境的刺激或變化做出反應。例如：某些單細胞生物具趨光性，比如眼蟲在一般強度的光照下會朝光源運動；人可將自己的手反射性地從碰觸高溫處快速收回；某些植物會向有陽光的地方生長，比如向日葵有向日性等，都是感應的例子。
繁殖（reproduction）則是指生物體可藉由繁殖作用產生新的生物體，可分為有性（sexual）繁殖以及無性（asexual）繁殖。在有性繁殖過程，兩個親代生物體產生的精子和卵細胞，各含有一半的遺傳資訊。兩種細胞融合後，形成一個具有完整遺傳資訊的新個體。無性繁殖則是指在未經有性過程交換遺傳訊息，所發生的繁殖現象，只需要單個親代生物體即可完成，比如一個細菌分裂成兩個細菌，即可繁殖。

01 細胞的構造與功能

拆解有機生命體，我們會發現最小的獨立運作單位就是「細胞」（cell）。細胞被定義為最小的基本生命單位，負責維持生命現象的基礎過程。每個細胞皆以細胞膜（plasma membrane）建立出與外界的屏障，內部則依據真核細胞或原核細胞而有著不同的基本架構。真核細胞包含被稱為細胞質（cytoplasm）以及細胞核（nucleus）
的部位，而原核細胞則是不帶有被核膜所包覆的細胞核。細胞內結構則稱為胞器（organelles），懸浮在細胞質中。每個胞器都有特定的組成形式，不同的胞器可執行特定功能以實現此生命最小基本單位的...

01 細胞的構造與功能
1-1細胞的構造
1-2細胞與能量
1-3染色體與細胞分裂
02 生殖與遺傳
2-1 細胞的構造
2-2 遺傳物質
2-3 基因轉殖技術與其應用
03 演化與生物多樣性
3-1 生物的演化
3-2 生命演化樹
3-3 生物多樣性

01 細胞的構造與功能
1-1細胞的構造
1-2細胞與能量
1-3染色體與細胞分裂
02 生殖與遺傳
2-1 細胞的構造
2-2 遺傳物質
2-3 基因轉殖技術與其應用
03 演化與生物多樣性
3-1 生物的演化
3-2 生命演化樹
3-3 生物多樣性