Chapter 40. Animal Organization & Homeostasis
| 40.1 動物是組織化的 |
| 40.2 器官的結構和功能 |
| 40.3 體內平衡是必要的 |
所有有生命的都有組織，動物也不例外。像海綿動物只是多細胞的，像cnidaria，有著從胚層發展得到的兩層組織，不過通常動物有外胚層，中胚層和內胚葉等三個胚層。各胚層隨著發育而成長，在脊椎動物則又發展成如下表所示的結構。
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胚胎的胚層 |
脊椎動物成體結構 |
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外胚層 |
皮膚的表皮；口腔和直腸的表皮；神經系統 |
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中胚層 |
骨骼；肌肉組織；皮膚的真皮；循環系統；排泄系統；生殖系統；包括大多數的上皮輪廓；呼吸和消化系統的外層 |
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內胚層 |
消化道和呼吸道的上皮輪廓；與這些系統有關的淋巴腺；膀胱的表皮輪廓 |
本文中我們從組織成份開始，但我們也考慮器官與系統的組織程度。組織是一群同樣的細胞在執行同樣的工作。不同的組織細胞組成器官，而幾個器官組成器官系統（圖40.1）。
器官系統的結構和功能需要依靠器官、組織和其中的細胞的結構與功能。舉例來說，腸的柱狀上皮吸收養份，而維細絨毛增加吸收表面積。骨骼肌肉細胞是管狀的而且包含一些成分可使收縮長度。神經細胞有著長、細突出物可以搬運神經脈衝到遙遠的神經器官。
上皮組織司覆蓋
- Epithelial tissue covers有脊椎對物有四種組織，上皮組織覆蓋整個身體表面和填滿體腔、結締組織結合和支撐生體每個部分、肌肉組織使生體每部份動起來、神經組織對刺激反應和傳送脈衝。
上皮組織也叫上皮，身體上組成一連串的皮，填滿體腔還有組成線體。其中上皮的一面是暴露在皮膚或是體腔外。另一面黏在基模上，通常是一面特殊細胞外基質（看圖5.14）。
一細胞形狀分類，可以分出三種上皮組織。鱗狀上皮包含了扁的細胞、立方形上皮包含了立方細胞、柱狀形上皮包含了常橢圓形細胞。圖40.2描述了有脊椎動物的上皮的結構和功能任何上皮可以是簡單階層化。簡單就是組織只有一層細胞，階層化就是組織是一層一層疊上去。一種上皮擬似階層化，不過其實真正的層次不存在因為每個細胞碰到基膜。上皮組織有很多功能，上皮細胞可以有著像頭髮的纖毛，可以彎曲、移動材料在某個方向。在人體內，纖毛上皮填滿呼吸道把雜質掃到喉嚨，防止進入肺。上皮有時分泌出線體，線體可以是單一的上皮細胞，像腸裏的黏液，或是線體可以很多細胞。外分泌線把分泌物分泌到輸送管或體腔，內分泌線則把分泌物分泌到血流。
上皮組成大部份動物的皮膚外層。蚯蚓和蝸牛的皮膚是線體的，會產生黏液來潤滑生體，幫助牠們在乾的環境移動。蛔蟲、水蛭和節足動物，上皮製造出一種沒生命附有保護作用的表皮。陸地上有脊椎動物的皮膚細胞含有角質素，能保護皮膚失去水份。
上皮組織細胞擠在一起，由三種方法結合在一起：緊接和、黏接和（胞橋小體）和縫隙接和（看圖5.15）。在緊接和，原漿膜蛋白質擴大到鄰近的細胞，然後把它們緊結合在一起。它們防止消化液通過上皮細胞與體腔。在黏接和，細胞骨骼成份結合存在兩細胞的內板，可以抗拉與抗應力。縫隙接和是由兩個同樣的原漿膜導管結合所產生，可以讓離子和小分子通過細胞之間。
| Epithelial tissue is classified according to cell shape. There can be one or many layers of cells, and the epithelium can be ciliated and/or glandular. |
結締組織司結合
結締組織把組織結合起來，給于支撐與保護、填滿空間、儲藏脂肪和製造血細胞。也供應了肌肉與骨骼細胞能再生的原始細胞。
結締組織通常由細胞間質分散很開，一個非細胞的原料隨著固體、半流體和流體而不同。
鬆散纖維與密集纖維
鬆散纖維與密集纖維的細胞叫纖維組織母細胞，之間有一段距離而由裝有白膠原細胞與黃色有彈性纖維的膠狀細胞間質分隔。膠原纖維提供強度與彈性而彈性纖維提供彈性。
鬆散纖維結締組織支援上皮和很多內臟（圖40.3a）。它們存在肺部、動脈和膀胱，使這些器官膨脹。它們也組成保護膜來保護內臟，像是肌肉、血管和神經。
密集纖維結締組織包含許多密集的成膠纖維，這種組織在有脊椎動物身上比起鬆散纖維結締組織有更特定功能。舉例，密集纖維結締組織可以在腱找到，把肌肉黏接到骨骼。同時也可以在韌帶可以找到，把骨骼接到另一個骨骼。
| Loose connective tissue and fibrous connective tissue contain fibroblasts separated by a matrix, which contains collagen and elastic fibers. |
脂肪組織和網狀組織
脂肪組織使身體絕緣，更供給填塞，因為纖維組織母細胞擴大來儲存脂肪（圖40.3b）。在哺乳動物，脂肪組織是在皮膚下，在腎臟附近，心臟的表面。網狀組織存在淋巴結、脾臟和骨髓裏。跟網狀細胞有關的網狀纖維像是纖維組織母細胞，支援很多自油血細胞。
軟骨組織和骨骼是堅硬的
軟骨組織和骨骼都是堅硬的結締組織，蛋白質結構（軟骨）或鈣（骨骼）都放置在細胞間質。
在軟骨裡，細胞存在陷窩裏，由強硬但有彈性的細胞間質隔離（圖40.3C）。有很多種軟骨，由膠原和彈性纖維分類。在一些有脊椎動物，像鯊魚，整個生體都是由軟骨組成。人類在胎兒時骨骼是軟骨，之後就換成骨頭。軟骨存在長骨頭的最底端、鼻尖、耳朵的骨架、呼吸管的內壁和椎間盤。
在骨頭，有機間質特別是鈣，存在蛋白質纖維附近，特別是在膠原纖維，礦物質使骨頭堅硬，而蛋白纖維使有彈性、有強度，就如鋼條強化水泥。
在密集骨頭，骨頭細胞（像骨細胞）在陷窩裏排列成同心圓，而由中央細管圍繞著（圖40.3d）。神經纖維和血管就是這細管，血管帶來養份讓骨頭能換骨，養份可以經由分管（小管）傳送，內有骨細胞能把不同的分管和中央管結合。
一根長骨頭的尾端有海綿質的骨，有著不同的結構。海綿質的骨裏有很多骨條和骨盤由不同空間分隔開。雖然比密集骨頭輕，海綿骨頭用來強化。就像支柱用來強化大樓，海綿骨頭裏比較硬的部分有著應力線。
| Cartilage and bone are support tissues. Cartilage is more flexible than bone because the matrix is rich in protein; bone is rich in calcium salts. |
血是液體狀
血有輸送、調節和保護作用。它把養份和氧氣輸送到細胞，然後帶走一氧化碳和其它廢棄物。血也幫助分配熱，同時也扮演流體、離子和PH的平衡。血是種結締組織，細胞由血漿隔離（表40.1）。有脊椎動物有兩種血細胞：紅血細胞（紅血球），主要輸送氧氣，和白血細胞（白血球），主要防止傳染（圖40.4）。存在血漿的血細胞叫血小板，功能為凝結血塊。血小板不完全是細胞，相反的它們是骨髓裏巨大細胞的分解片。
血不像其它在細胞間質裏結締組織（血漿）是由細胞所製造。血漿是由不同地方進入血的分子混合。
| Blood is a connective tissue in which the matrix is plasma. |
肌肉組織司收縮
肌肉（收縮肌）組織是由細胞叫肌肉組織所形成。肌肉組織包含了肌肉細絲和Myosin細絲，兩者交互作用影響了動作。有三種的有脊椎肌肉組織：骨骼的、心臟的和平滑的。
骨骼肌肉也叫橫紋肌，由腱結合到骨骼的骨頭，讓身體動作。骨骼肌是自由被控制，而比其它的肌肉更快收縮。骨骼肌肉纖維是圓柱狀也很長。它們產生於發育期當幾個細胞結合，製造出一個有很多核心的肌肉纖維。核心在纖維的四周，剛好在原漿膜裏面，骨骼肌肉細胞視線狀的，黑與亮的條紋跟纖維的長度垂直，這些條紋是因細胞裏有肌動細絲和myosin細絲。
心肌只能在心臟壁找到，負責心跳讓心跳打血。心肌顯然結合平滑肌和骨頭肌的特點（圖40.5b）。心肌纖維有著像骨頭肌的條紋，不過心臟的收縮是不知覺的。心肌纖維跟骨頭肌纖維不同的的地方就是心肌只有一個中央的核心。這些纖維有分枝表面上互相結合，而心臟似乎由一個互相連結的肌肉纖維所組成。事實上，心肌是獨立分開的，不過在椎間原盤由末端相連接，也就是兩種纖維間，原漿膜中的胞橋小體和縫隙連接。椎間原盤使脈衝從一個細胞移到另一個細胞讓心跳協調。
平滑（內臟）肌會這這麼取名是因它的纖維缺乏條紋，軸狀的纖維組成層次，中間比較厚的纖維層跟鄰近的細末端成反面。所以，核心會在組織裏形成一個不規則的形狀（圖40.5c）。平滑肌不是隨意肌。在內臟（腸、胃和其它器官）與血管內壁的平滑肌比骨頭肌收縮慢，不過可以停留收縮一段時間。當腸的平滑肌收縮，會帶著食物，而當血管的平滑肌收縮，會壓縮血管，提高血壓。
| All muscle tissue contains actin and myosin filaments; these overlap, forming striations in skeletal and cardiac muscle but not in smooth muscle. |
神經組織司傳導
神經組織含神經細胞叫神經元，存在腦和脊髓。神經元是個專門的細胞，分三部份，(1)樹狀突傳導信號到細胞體；(2)細胞體大量集中胞體漿和神經元的核心；(3)軸突傳導神經脈衝離開細胞體。
軸突和樹狀突叫神經元纖維。纖維可以是很長。在腦與脊髓外，由結締組織所包圍的長纖維組成神經。神經從感受體傳導脈衝到脊隨和腦，就形成了知覺。神經也從脊隨和腦傳導神經脈衝到肌肉和線體，使它們分別收縮與分泌。這樣，才能得到一個協調的反應。另外，除了神經元，神經組織包含神經膠質細胞。
| Nerve cells, called neurons, have fibers (processes) called axons and dendrites. Long fibers are found in nerves. |
神經膠質細胞是多用途的
在中央神經系統有幾種不同的神經膠質細胞（圖40.6），而很多些研究正在探討對膠質細胞對中央神經系統的機能有何貢獻。膠質神經細胞比神經元多出九倍，而佔據了腦部一半的體積。不過直到最近，膠質細胞僅支援營養神經元。Oligodendrocytes 組成myelin和小神經膠質細胞，除了支援神經元外，也吞噬細菌和細胞狀碎片。另外，除了供應神經元養份，星形細胞吸收神經傳遞素-麩胺酸，它們也製造一個生長因素叫導出神經膠質生長因素（GDGF），而有一天可能會被用來治療由神經元退化所引起的巴金森病和其它疾病。神經膠質細胞不會有很長的處理，研究家正開始收集證據來證明它們的確與自己和神經元溝通。
我們常把某種組織和器官聯想在一起，比如說，我們會把肌肉組織和肌肉聯想在一起，而神經組織和腦聯想在一起。事實上，一個器官是個組織，由兩種以上的組織一起作業來達到某功能。一個器官系統包含了很多不同的器官，在一起作業下才完成像食物消化的動作。我們將要研究人體皮膚當作是器官的例子。一些權威甚至把皮膚叫做外皮系統（特別是因為皮膚不能放在其它系統裏）。它們保持毛囊、油和汗腺、知覺感受體和皮膚，而這些器官一起作業來達到不同功能。
人體皮膚是個器官
人體皮膚（圖40.7）含蓋整個身體，保護皮下的組織，防止肉體外傷、病菌的入侵和水分流失。皮膚細胞會在接觸到紫外線後，製造一個分子先鋒然後轉換成維他命D。只有少量的紫外線輻射需要去轉換維他命D。皮膚也幫助調節体溫，而因為包含知覺接收體，皮膚幫我們注意環境也讓我們知道何時需要跟別人溝通。
皮膚有一層皮膚表皮（表皮）和內層（真皮）。在真皮下，一層皮下層把皮膚和皮下器官結合在一起。
皮膚有層次
表皮是皮膚外層最薄的。是個分層上皮細胞，而細胞從基部的細胞經過細胞分割由來。剛形成的細胞被推離血源到表面，便漸漸的變平而硬化。最後死掉而脫皮。硬化是因製造一種叫角質素的防水蛋白質所引起。在整個生體中，角質化是最少的，不過手掌和腳掌有一層厚厚的死角質細胞。
黑素細胞，一種在表皮的分層，製造黑色素。黑色素負責黑皮膚上的膚色。當你日光浴時，黑素細胞變活躍，製造出黑色素來保護皮膚，防止被紫外線傷害。
指甲由指甲根長出一種特別的表皮細胞。這些細胞角質化當它們長過指甲表層。肉眼看的見的部分叫指甲肉體。指甲粉紅色的部分是因指甲下的皮膚管束組織，而底部白色半月型是有因厚胚層。正常的，指甲一個星期長一毫米。
| The epidermis of skin is made up of stratified squamous epithelium. In this layer, new cells are pushed outward, become keratinized, die, and are sloughed off. |
皮膚是一層比表皮更厚更深的纖維狀的結締組織。它包含了彈性纖維和膠原纖維。膠原纖維組成維管束與皮膚表層平行交錯。皮膚有幾種組織。頭髮，除了髮根以外，都是死、硬表皮細胞。髮根是活的，生長在髮小囊。每個小囊都有一個或更多油（皮脂）線，可分泌皮脂，一種油膩物質用來潤滑頭髮和皮膚。一種平滑的皮膚叫髮肌加到髮小囊，當收縮的時候，肌肉使頭髮站起來。就像當你冷或下著的時候渾生就會起雞皮疙瘩，這是因肌肉收縮所產生的皮膚堆積。
汗（分泌汗）線都存在幾乎所有的皮膚。汗腺從皮膚內形成管圈，在出口的地方伸直。一些汗腺會形成髮小囊，不過大多數形成表皮膚。
皮膚有小的接受器。有不同的壓力、觸感、溫度和痛接收器。壓力接收器長的像洋蔥形狀器官叫Pacinian血球生長在皮膚深層靠近關節與腱。它們也可以提供我們即時的資料關於我們怎麼與往哪動。貓的Pacinian血球集中在爪、腳關節和腹部。接近地面可以提供補食對象的資料。啄木鳥舌頭上的感應器幫助牠們在樹皮上找昆蟲。
觸感接收器是扁橢圓形，集中在指尖、手掌、嘴唇、舌頭、乳頭、陰莖和陰蒂上普遍的給於特別的感度。熱與冷感覺器官被結締組織的保護套包住，有著花邊網狀組織的神經細胞。神經細胞在全身分出細管，而神經根就是痛的接收器。
皮膚也包含血管，當血湧到血管，會使一個人臉紅，而當血量減少時，會讓人臉色蒼白。
| The dermis, composed of fibrous connective tissue, lies beneath the epidermis. It contains hair follicles, sebaceous glands, and sweat glands. It also contains receptors, blood vessels, and nerve fibers. |
皮下層是由鬆弛的結締組織所組成的，包括脂肪細胞。脂肪細胞減少身體的熱量失去與得到。一個優良發展皮下層會讓身體看起來圓圓的，而過份的發長會變肥胖。
皮膚癌會發展
最近幾年來，皮膚癌的患者增加，醫生認為這是因日光浴和日光浴機器所致。防止皮膚受到太陽的輻射線在727頁會提到。
器官組成系統
在很多動物，個別的器官組成器官系統，另一種更高階的動物組織（看圖40.1）。這些系統在有脊椎動物可找到。有脊椎動物的器官系統進行生活過程跟所有的動物是共同的。
體腔
每個器官系統在身體裏有著特定的分配。有兩種主要的體腔：小的背部體腔和大的腹部體腔（圖40.8）。腦和椎髓當在背腔裏。
在發長過程中，背腔背腔由體腔發長過來。在人與哺乳類身體，體腔由幫助呼吸的隔膜所區分。心臟（一個關閉式的心與血管系統幫浦）和肺位於上（胸）腔大部分的消化系統像排泄系統與繁殖系統都位於下（腹）腔。排尿系統的主要器官是一對腎臟。消化系統有著附帶器官像肝與胰臟。不同性別有不同性器官。
| The animal body is organized; the organs have a specific structure, function and location. The performance of the organs of each system are coordinated. |
法國的著名生理學家Claude Bernard在1859年指出，動物雖然生存於外部的環境中，體內的細胞卻只存活於體內的環境。體內環境是液態的體液 (tissue fluid)，細胞浸於其中。Bernard說體內環境的穩定使動物在外在環境變化很大時仍能存活。另一位美國生理學家Walter Cannon提出體內平衡這個名詞。他說在影響體內環境的外因與調整體內環境以因應外在變化的內部改變，二者間存在互動關係。而要達到體內平衡，體內的血液、體液、体溫和血壓等全部都要在一定的範圍內。
| The internal environment of an animal's body consists of tissue fluid, which bathes the cells. |
多數的器官系統都跟體內平衡有關。消化系統吸收並消化食物，供應養份分子進入血液內必更新被身體細胞持續利用的養份。呼吸系統供氧氣給血液，然後移除二氧化碳。氣體交換量可以視身體需要而增加。肝臟和腎臟提供體內平衡很大幫助，當葡萄糖進入血液後，可以馬上被肝臟吸收並儲存成肝糖(glycogen)。之後，肝糖可再被分解來補充體內細胞所需的葡萄糖。這樣一來，血中的葡萄糖就會維持定量。由胰臟所分泌出的胰島素可調節肝糖的儲存。腎臟也是透過賀爾蒙來控制廢物和鹽分的排放，以調整血液的pH值。
雖然體內平衡在某些程度上是由賀爾蒙控制，最終還是由神經系統所控制。在人體的大腦有個調節中樞來調節如血壓等生理訊號。維持適當的血壓需要有接收器來偵測出不適的狀況然後通知調節中樞進行調整，調節中心會指揮並做出一適應的回應（
圖40.9）。當恢復正常時，接收器便不再送訊號至調節中樞。此種方式稱為負回授控制。由恆溫調節器所控制的室內加熱系統可用來說明負回授控制的動作。經由負回授控制，室內溫度可以維持只在小範圍內變動的近乎恆溫。有時正回授也會發生。某事件的發生會增加某特定反應的發生機率。如，當分娩過程開始時，每一事件都代表此事件仍會持續直到整個過程結束為止。體溫如何調節
雖然皮膚可感覺到體外溫度的變化，位於丘腦(視丘)下部的體溫調節中樞只能對血液的溫度有反應。當體溫下降時，調節中樞指揮（經由神經脈衝）皮膚的血管收縮（圖40.10），這能保存熱量。另外，控制毛髮動作的肌肉亦會把毛髮束立，在皮膚上形成一層隔絕的空氣層，達到進一步的保溫效果。如果溫度再下降，調節中樞送出神經脈衝到骨骼肌，然後就會顫抖。顫抖會產生熱，慢慢的体溫會升回37度。如果体溫正常，調節中樞就不動。
當体溫高於正常，調節中樞再度活動起來，指揮皮膚血管膨脹。這會使比較多的血液流到身體表面讓熱傳到外面。另外，調節中樞也會刺激汗腺，而汗的蒸發也會降低體溫，最後體溫降回37度。
| Homeostasis of internal conditions is a self regulating mechanism that results in slight fluctuations above and below a mean. |