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生物的功能与面积—弋林旺

减小字体 增大字体 作者:弋林旺  来源:本站整理  发布时间:2011-12-13 08:23:35

  生物体的功能和结构是统一的,有什么样的结构,必有与其相适应的功能。生物各组织器官系统的特殊形态结构,决定了其特殊功能。生物许多组织器官系统功能的表达,皆与其形态结构的面积是息息相关的,往往需要较大的面积,才能完成其正常的生理功能。下列仅就细胞方面、植物方面和人体方面,谈谈生物的功能与面积的关系。

  一、细胞方面

  1、细胞

  有人问:细胞为什么不能无限地长大而要进行细胞分裂呢?这是因为细胞要受细胞表面积与体积比的限制。大家知道,细胞要通过它的表面不断地和周围环境或邻近细胞进行物质交换,这样它就必须有足够的表面积,否则它的代谢就很难进行。当细胞的体积由于生长而逐步增大时,细胞的表面与体积的比例就会变得越来越小,导致表面积不够,使细胞内部和外界的物质交换的能力受到限制,因此通过细胞的分裂,以恢复其原来的表面积与体积的适宜比例,这是自然选择的结果。

  2、内质网

  细胞是新陈代谢的主要阵地,细胞内每分钟要发生几百万次的化学反应,而这些化学反应能顺利的有条不紊地进行,完全依靠酶的催化作用,而这些酶多数附着在膜上,才能发挥其作用,那么就需要较大的膜面积,有谁能提供这样广泛的膜面积呢?当然要算内质网,内质网由扁平囊状的膜构成,在细胞质中相互连结编织成网状,这样扩大了细胞内的膜面积,为一系列酶促反应提供了酶的作用场所。

  3、线粒体

  线粒体是有氧呼吸的主要场所,是细胞内的“动力工厂”,为细胞内各种生命活动提供95%以上的能量。有氧呼吸过程是一系列的酶促反应,而这些酶促反应主要在膜上进行,膜面积越大,附着的酶越多,反应的速度越快,提供的能量就越多。线粒体的内膜向内折叠形成嵴,大大的扩大了内膜面积,为细胞进行有氧呼吸创造了膜面积条件。

  4、叶绿体

  叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器,它能吸收光能,并通过光合作用把光能转化为化学能。吸收光能的多少,与光合色素的多少有关,光合色素的多少与光合色素的附着面积大小有密切关系。叶绿体中有几个到几十个基粒,每个基粒有10到100个片层结构的薄膜组成的类囊体,光合作用的色素就附着在类囊体的薄膜上,由于类囊体的存在,大大地增加了光合作用的色素面积,为吸收更多的光能创造了条件。

  二、植物方面

  1、根毛

  根系是陆生植物吸水的主要器官,它从土壤中吸收大量水分,满足植物体的需要。根系吸水主要在根尖,根尖吸水最活跃的部位是成熟区的表皮细胞,许多成熟区表皮细胞向外突起就形成根毛,根毛大大地增加了吸收面积,如大豆增加12倍,苜蓿等汗生植物增加更多,这样通过根毛对水分的吸收占整个植物体吸水的95%以上。

  2、叶片

  光合作用主要在植物的叶片上进行,叶片依靠叶柄和枝伸向不同的空间,以接受足够的阳光。叶片的总面积相当大,能吸收较多的光能,在叶绿体中把光能转化为化学能供各种生命活动需要,若光合面积小,吸收的光能少,各种生命难以进行。

  三、人体方面

  1、小肠

  小肠的主要功能是消化吸收。小肠在形态结构上适于消化吸收的特点,除了小肠消化液丰富,营养物质在小肠停留的时间长;小肠绒毛内有丰富的毛细血管、毛细淋巴管;绒毛壁和毛细血管、毛细淋巴管的管壁都很薄,都只有一层上皮细胞构成以外。最关键的是小肠有较大的吸收面积。这是因为:①小肠长达5—6米,是消化道中最长的一段;②小肠上有许多环形的皱襞和大量的小肠绒毛,使小肠面积扩大了20倍。③小肠绒毛壁上的柱状上皮细胞的游离面上有许多指状突起——微绒毛,一个小肠绒毛上皮细胞朝向腔一面的微绒毛多达1700多条,使小肠面积又扩大了30倍。小肠结构的三个层次增加了消化吸收面积,使实际消化吸收面积,在原来的基础上扩大了600倍,达到200m2以上,相当于半个蓝球场的大小,这些形态和结构上的特点决定了小肠是消化吸收的主要场所。

  2、大脑

  大脑是神经系统调节人体生理活动的最高级中枢。身体各部分的运动和感觉等功能都分别由大脑皮层的一定部位来管理。大脑为什么能控制全身各部分的功能呢?关键是有大的功能面积。大脑由两个大脑半球组成,大脑半球表面是一声能灰质,又叫大脑皮层,平均厚度约2—3毫米。大脑皮层主要由神经元的细胞体构成,共有100亿左右。皮层表面有计多凹陷的沟和隆起的回,这就大大地增加了大脑皮层的总面积,据统计在220平方厘米以上。

  3、肺

  肺是气体交换的场所。肺的基本单位是肺泡,肺泡虽小,但数目达200多万个,这样就保证肺有较大的游离面积,适于气体交换,以满足全身各个细胞对氧的需要。

  4、肾

  肾是主要的排泄器官。肾由200多万个肾单位组成,肾单位包括肾小体和肾小管,肾小体上的肾小球是毛细血管球,有较大的面积,适于滤过,每人每天滤过原尿150升。肾小管是细长的管道,其面积不小,适于重吸收,这就是每人每天产生150升的原尿,而只有1.5升终尿的缘由。整个肾脏的面积就可想而知了。

  5、毛细血管

  毛细血管是全身物质和气体交换的地方。毛细血管直径仅有8—10微米,但数目极多,分布极广,遍布全身每个角落,其面积是不言而喻的。

  总之,生物体在执行各方面功能时,一般需要较大的面积作保证,这是生物种族在生存斗争中,长期自然选择的结果,以适应环境。在某种意义上讲,面积与功能之间存在相互依赖、相互促进的关系。

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