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生命活动的基本特征

  人体发烧和锅炉烧水有相同的原理么?张悟本说“肺在五行中属金,在季节里主秋”有道理么?孙悟空从石头里蹦出来有没有可能?要做出这些判断,就必须了解生命是什么。

  生理学是研究机体生命活动的现象及其功能活动规律的科学。由于是研究“生命活动”,首先需要区分哪些东西是有生命的、哪些东西是无生命的,进一步才能通过有生命的生物的共同特征来研究生命活动的内在规律。

  生命活动最基本的特征主要包括:新陈代谢、兴奋性、适应性和生殖。(请与医学术语“生命体征”区分)

新陈代谢

  新陈代谢是生命活动最基本的特征。一个原本有生命的生物停止了新陈代谢的过程,就代表着它已经失去了生命。

  新陈代谢指的是机体不断与环境进行物质交换和能量交换的过程。摄取营养物质以合成自身的物质,同时不断分解自身衰老退化物质,并将分解产物排出体外。从交换的内容上看,可分为:

物质代谢

  物质代谢分为合成代谢和分解代谢两个过程。合成代谢中机体将从外界获取的物质转变为自身的组成物质,而分解代谢则是将自身的组成物质排出体外。

能量代谢

  能量代谢是生物在新陈代谢中对能量转化利用的过程。

  物质代谢的过程中往往伴随着能量代谢。对于动物来说,摄入物质的过程会产生能量,比如我们摄食不仅仅是为了增加体重,也是为了保持体温、维持生命基本能量所需。对于植物来说,摄入物质的过程需要能量,只有在光的作用下,植物才能将二氧化碳作为碳源来合成自身。

同化作用和异化作用

  由于化学物质常含有能量,所以物质代谢和能量代谢视角难以将新陈代谢的过程划分开来。同一个过程可以既是物质代谢,又是能量代谢。所以新陈代谢也可以看作是包含同化作用和异化作用的过程。

  同化作用包含物质的合成代谢和能量的蓄积过程,其特点是“将异己变为自己”。我们吃汉堡,原本属于牛的蛋白质被我们合成为自身的蛋白质,并为自身蓄积了能量。我们某处表皮细胞内所含有的碳原子,可能原本属于白垩纪的某只恐龙,正是因为同化作用,我们得以和恐龙拥有一样的物质。

  异化作用包含物质的分解代谢和能量的消耗过程,其特点是“将自己变为异己”。异化作用可以将自身衰老退化的以及有害机体的物质排出体外,从而使机体完成自我更新的过程。

   “新陈代谢”有力地阐明了生命活动的内涵,但是其外延仍然很大。将新陈代谢作为生命活动最基本的特征,可以有效地将猴子和石头区分开来,分辨出石头是没有生命的,而猴子有。那么河水拥有自净能力,依靠微生物的氧化分解能够将自身的污染净化。其通过“合成”溪水获得物质,又“分解”排出给海水,河流是不是一种多细胞生物呢?能否通过研究河流的流动,来类比人体的血流呢?

  只有通过其他的生命活动基本特征,在阐述生命活动内涵的同时缩小其外延,才能确定生理学的研究基础。(此处不仅涉及到生命活动的内涵和外延,也涉及到“新陈代谢”的内涵和外延。很明显,水体自净并不属于其自身“新陈代谢”的过程,而是水体内部微生物新陈代谢的结果)

兴奋性

  兴奋性反应活组织细胞接受刺激并产生反应的能力。

  刺激指机体内外环境的变化,而反应是指机体对刺激所产生的应答性变化。
详见《可兴奋组织与生理刺激的分类》。

生殖

  生殖是机体繁殖后代、延续种系的一种特征性活动。对于细胞结构的生物来说可分为无性生殖和有性生殖(而病毒的复制既不属于无性生殖也不属于有性生殖)。

  除病毒外,生殖的发生必然与生命体自身的发育阶段有关。通过无丝分裂生殖的细胞必须处于间期才能分裂,利用出芽生殖的水螅也需等到母体成熟后才能出芽。

适应性

  适应:机体按环境变化调整自身生理功能的过程。
  适应性:机体能根据内外环境的变化调整体内各种活动,以适应变化的能力称为适应性。

  并不是所有生物都具有适应性。病毒几乎不具有适应性,因而被广泛质疑是否属于生物;无性生殖的生物适应性相对弱,更容易因为环境的变化而灭绝,如已经野外灭绝的伍德苏铁;有性生殖的生物也会因为“瓶颈效应”导致遗传多样性的缺乏而最终灭绝,如旅鸽。

  换种角度来看,现存的所有物种正是由于具有适应性,才能够繁衍延续至今,由此看来,所有生物都具有适应性。适应可分为生理性适应和行为性适应

生理性适应

  生理性适应是通过遗传基因水平随着外界长期刺激改变而实现的,这是自然选择的结果。低等生物紧靠生理性适应来适应环境,一旦环境发生改变,势必需要淘汰部分个体才能完成适应。其是一个被动的适应过程,需要长期的刺激来改变基因水平才能实现。

行为性适应

  人感到寒冷以后汗毛竖立、浑身发抖,这是人对寒冷的生理性适应的结果。而主动地添置衣物、寻找遮蔽物,这就不仅仅依靠遗传来实现了。学习的机制对于高等动物对环境的适应起到了至关重要的作用。

  学习机制本身是生理性适应的结果,正是因为遗传基因的改变,动物的神经系统结构愈加复杂,从而能够产生学习和记忆的机制。正是由于这种机制,使得动物能够主动对持续较短的刺激做出适应。

参考与引用

[1] 《生理学(第3版)》 王庭槐 等 人民卫生出版社 2015年
[2]  Encephalartos woodii Wikipedia
[3] Science封面:旅鸽为什么会灭绝?科学家有了新解释! 卢平 果壳网


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