当前课程知识点：现代生物学导论 > 第十讲 动物和植物的结构和功能 > 10.1 动物的结构与功能 > 10.1 动物的结构与功能
在第一章的学习当中，我们讨论了结构和功能的关系
即form fits function，结构必须要匹配其功能
在这一章，我们分别以动物和植物为例
具体讨论结构和功能的关系
为了生存，动物和植物
它们必须要使其体内的细胞之间进行协同工作
从而实现营养的吸收，气体的交换，产生ATP，排出废物和繁殖等等
所以，我们首先来讨论动物的结构和功能
着重介绍重要的组织、器官和器官系统
并在此基础上讨论器官之间和器官系统之间是如何相互作用的
然后，我们会讨论动物生理的一个重要的调控机制，就是反馈调控
反馈调控包括了正反馈调控和负反馈调控
因此引出体内平衡，也就是稳态的这个概念
那么在这里呢，我们主要讨论两个体内平衡的例子
体温调节和血糖调节
接着呢，我们转而介绍植物的形态和功能
首先，在这里呢，我们主要讨论被子植物的根、茎、叶、花的结构
在了解结构的基础上，我们进而讨论植物的双重生活
即植物的地上生长和地下生长
了解植物的这些结构是如何协助它生长的
然后呢，我们会讨论植物的营养和运输
由于在根、茎和叶的细胞的组成不同
那么导致了水和营养物质在其中的运输的差异
在这里呢，我们主要讨论水在蒸腾作用、水势能和转移的作用下
如何实现对水、矿物质和营养物质的运输
在这一小节中，我们来讨论动物的结构与功能
首先，大家看这样一个例子
这是一个可以调节的扳手，那么大家注意到这个扳手上有一些小的结构
比如这个长长的柄，还有这个，一些这个可调节的，这个小齿轮
那么这些小的结构是干什么用的呢
那么我们用过扳手的同学实际上都知道
那么这个长长的把是可以帮助我们在这个拧螺丝的时候起到一定的力矩的作用
那么还有这个调节的东西可以调节这个宽度
那么所以大家可以看到，这些小的结构它们都有特定的功能
这个工具的结构是要匹配这个功能的
在生物学上，研究结构与功能的学科分别为解剖学和生理学
简单来讲，解剖学就是指某种特定的结构
生理学就是指某种特定的功能
我们讲到结构和功能的关系
有一句话非常重要：form fits function，即结构要适合其功能
我们以人手为例，人手的这个结构就是解剖学的内容
就是手上的这个骨头、肌肉、肌腱等等，那么这些结构有什么功能呢
那么它们是如何工作呢？那么这就是谈到具体的手的功能，手能干什么
我们前面讲到生命的逐级组成
解剖学和生理学主要涉及的就是从细胞、组织
器官、器官系统到生物体的这一部分范畴
我们前面也讲过emergent property
即随着向上递进一级，就会涌现出新的性质
结构相似和功能相同的细胞组成了组织
在我们体内，一共有4大类组织
上皮组织，肌肉组织，神经组织和结缔组织
首先我们来看上皮组织
上皮组织有2个很重要的特点
第一个，上皮组织是界定不同器官之间的界限
第二个，上皮组织也是两个生物体之间隔开的这么一个间质，比如我们的表皮
我们把上皮组织进行分类是根据其形状和分层来决定的
那么像这种单层的我们叫做扁平上皮
这种细胞像立方体一样的叫做立方上皮
那么这种细胞像柱状一样的叫做柱状上皮
然后我们再根据分层的数目进行分类
一类叫做单层上皮组织，一类叫做复层上皮组织
好，下面我们看这些图来复习一下我刚才讲的
那么这个叫做什么呢？是单层扁平上皮，比如肺部中的肺泡
那么这个呢是单层柱状上皮，比如肾小管中的管状部分
那么这个呢是单层立方上皮，比如支气管中的纤毛组织
那么这个呢就是复层立方上皮，比如汗腺和唾液腺
这个是复层扁平上皮，比如你的嘴
那么最后这个呢是叫做假复层柱状上皮，比如上呼吸道中的纤毛组织
那么下面呢我们来看肌肉组织
一共有3种类型的肌肉组织
骨骼肌肉细胞，比如手指、腿部等处的肌肉组织
这类肌肉组织是人体可以进行自由支配调控的
那么第二类叫做平滑肌肉组织，那么这类主要是指非意识的这种肌肉运动
比如食管中的肌肉组织，帮助食物向下的移动
所以这种运动它是不需要大脑指挥的
是不会出现比如说“我现在需要食物从胃部运动到小肠”这种生理现象的
那么第三类是心肌，只有在心脏中才发现
第三类组织是神经组织，神经组织负责在体内快速地传递信号
神经组织主要是由神经元和神经胶质细胞组成
这个是典型的神经元，从树突接受信号以后传递到轴突末端
然后通过突触再传递到另一个神经元
第四类组织是结缔组织,结缔组织有非常多的种类
结缔组织由活的细胞和非活性的胶质组成
我们举一个例子，有两种结缔组织
一种是疏松结缔组织，另一种是致密结缔组织
比如，我这么来揪这个皮肤，当然了大家可以看到这个皮肤它是会恢复到原位
那么我的这个皮肤里就有疏松结缔组织
里面有一些胶原纤维保证我的皮肤在这个过程中不会被扯掉
那么此外，还有一些弹性纤维保证我的皮肤回到原位
如果胶原纤维越多，组织就越致密
比如像我们的肌腱部位，里面的胶原纤维就比较多
除此之外，在软骨、血液、骨骼、脂肪中都有结缔组织
组织组成了器官，那么再往上就是器官系统
一共有这么几大类的器官系统，我们在这里简要介绍一下
首先消化系统，消化系统主要负责消化食物，把食物吸收进入循环系统
循环系统：循环系统负责在体内运输氧气，二氧化碳和营养
第三个是呼吸系统，呼吸系统主要负责吸收O2进入身体，呼出CO2
免疫/淋巴系统：免疫/淋巴系统主要是由淋巴管组成
引流循环系统渗漏过来的血浆或者液体，然后再还给循环系统
淋巴系统中还有淋巴结，白细胞就在里面，它们可以抵抗感染
排泄系统主要是排出含氮废物，还有就是调控血液中的渗透压
所以肾脏是排泄系统中的一个重要的组成部分
内分泌系统包括了很多腺体，分泌出激素
从下丘脑到脑下垂体，一直到睾丸和卵巢
神经系统负责传递从感觉器官到大脑
再从大脑传递信息到肌肉和腺体，包括中枢神经系统和外周神经系统
表皮系统主要是包括皮肤、指甲和头发，包裹我们的身体
骨骼系统给予我们身体支持，而且还储藏身体所需的重要物质
肌肉系统则帮助我们运动
下面，我们具体说说器官之间是如何相互作用的
还有不同器官是怎样协同工作组成器官系统的
在这里，我们以排泄系统中的肾脏和膀胱为例进行说明
然后我们再讨论器官系统之间是如何作用
形成一个功能正常的生物体
在这里，我们以呼吸系统和循环系统为例进行说明
首先，我们来说说肾脏，肾脏的主要功能是过滤血液
这是肾脏的解剖图，有血管负责把血液运输进来
然后在肾脏的外皮处进行流动
最后进入肾髓质，然后从肾脏运输出去
当血液在肾脏中流动的时候，它是流动到肾小球里面
肾小球是肾元中用于将血液过滤生成尿液的一团毛细血管
在这一过程中，水、溶质等就会被喷出，到达泌尿系统，然后被排出体外
所以，大家可以看，肾脏是过滤血液的
这里仅仅有肾脏是不够的
因为过滤出来的东西它没有地方去，这就需要膀胱
膀胱可以接受过滤出来的东西
这就是两种器官有着共同的目的，协同作用
再来说说两种器官系统是如何协调作用的
我们以呼吸系统和循环系统为例
当呼吸系统工作的时候，比如我们收缩膈膜，将会有空气经过气管
然后到达小支气管，细支气管，最后到达肺泡
肺泡是一个小的，湿润的，有空腔的结构
它使得呼入的氧气可以进入，而CO2被呼出
仅仅有呼吸系统是无法完成其他交换的工作的
还需要循环系统和其相互作用
呼吸系统会把呼入的氧气传送到循环系统
经过主动脉弓到达头部，也会传递到全身
氧气会被运送到血液当中，然后进入细胞
同时把CO2从细胞中运送出来
我们以前讲到的跨膜运输，通过简单扩散
把O2从浓度高的地方移送到浓度低的地方，同理把CO2送出
这样可以把CO2呼出体外
所以没有器官系统之间的相互作用，就没有一个功能正常的生物体
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
