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國中生物第10章重點整理:生物五大界

前面花了很多篇幅在介紹生物體的特色、構造、組成與功能。不同生物對於同樣的環境會產生不同的生命現象與特色——本章要介紹世界上的生物怎麼分類。

#國中生物筆記
國中生物第10章重點整理:生物五大界

導讀:這篇文章聚焦於「國中生物 第十章 重點」,並延伸整理五大界、生物分類、原核生物、原生生物、菌物界、植物界、動物界,幫你快速掌握重點。

延伸導覽:國中生物段考全攻略總覽

前面在國中生物 第9章講完了演化的理論與生物的演化歷程,我們知道經過漫長的演化過程,地球上產生了各式各樣、形形色色的生物。這一章的內容要來談怎麼幫這些生物做分類:誰跟誰比較像、誰跟誰差很多,以及每一群生物有什麼獨特的生存方式。

如果還沒看過上一章的,可以回去看一下喔!-> 國中生物 第9章 生物演化

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10-1 生物的分類

地球上被發現而且有被命名、記錄下來的生物大約有 200 萬種,但科學家估計實際上可能存在超過 1,000 萬種——光是昆蟲就可能有 500 萬種以上。

這麼多生物,要一個一個認識根本不可能。所以科學家發展出「分類」這套系統:把構造相似、親緣關係近的生物放在同一群,這樣只要知道這個群體的「通則」,就能快速掌握一大類生物的基本特性。

分類的依據

科學家在分類生物時,主要看以下幾個特徵:

特徵怎麼分
有沒有細胞核有核 → 真核生物;無核 → 原核生物
單細胞還是多細胞只有一顆細胞還是一大團細胞分工
有沒有細胞壁植物、菌物有;動物沒有
怎麼獲得養分自己光合作用?吸收環境養分?還是主動攝食?
能不能自由移動大部分動物會動;植物、菌物通常固著

五界系統

目前國中階段學的是五界分類系統(由美國生態學家惠塔克在 1969 年提出):

  • 生物
    • 原核生物界(無細胞核)
    • 原生生物界(有細胞核,構造簡單)
    • 真核多細胞生物
      • 菌物界
      • 植物界
      • 動物界

喚的經驗:第一次看到這個分類表的時候,我是用「住哪裡、吃什麼、怎麼長大」來記每一界的特色,比硬背名詞快很多。接下來我們就照這三個問題來認識每一界。

10-2 原核生物界及原生生物界

原核生物界——地球最早的原住民

原核生物是地球上最古老的生物,早在 35 億年前就出現了(地球也才 46 億年!)。

結構特徵

  • 沒有細胞核:遺傳物質(DNA)直接散在細胞質中,沒有核膜包圍——這是它們最大的特色
  • 單細胞生物:一顆細胞就是一個完整的生命個體
  • 大多數有細胞壁
  • 體型極小,必須用顯微鏡才能看到(通常 1-10 微米)

營養方式:非常多元。有的像植物一樣能行光合作用(如藍綠菌),有的分解環境中的有機物(如腐生細菌),還有的寄生在別的生物體內(如病原菌)。

原核生物的繁殖:原核生物用分裂生殖(一個變兩個、兩個變四個)來繁殖,速度極快。在適合的環境下,一隻大腸桿菌每 20 分鐘就能分裂一次——一天之內就能產出理論上超過地球質量的細菌(當然環境養分會先被用完所以不會真的無限長)。

原核生物為什麼重要

  • 地球上最早的生產者(藍綠菌製造氧氣改變了大氣組成)
  • 自然界最重要的分解者(把屍體和有機廢物分解成無機鹽)
  • 人體腸道內的細菌數量跟我們自己的細胞數差不多(約 38 兆 vs 30 兆)——等於你體內住著一個跟你本人差不多重量的細菌室友

代表例子

  • 藍綠菌:能行光合作用,35 億年前的化石就有牠們的身影,是地球最早釋放氧氣的功臣
  • 大腸桿菌:住在我們的腸道裡,有些菌株幫助我們消化,有些會讓我們拉肚子
  • 乳酸菌:被用來做優格、優酪乳
  • 甲烷菌:生活在無氧環境(如水田底泥、牛胃),產生甲烷(天然氣的主要成分)

喚的經驗:小時候第一次知道優格裡面的「菌」是活的生物,覺得超噁心。後來才知道這些小傢伙在我們腸道裡面幫了超大的忙——沒有它們,我們可能連消化都有問題。

原生生物界——什麼都像、又什麼都不像

原生生物的英文是 Protista,源自希臘文「最原始的」。這個界的生物最大的特色就是「雜」——有的是單細胞、有的是多細胞;有的像植物、有的像動物、有的像菌物。之所以全部歸在同一界,是因為它們比原核生物複雜(有細胞核),但又比植物/動物/菌物簡單。

結構特徵

  • 有細胞核(真核生物)
  • 多數為單細胞,少數為多細胞(如海帶)
  • 構造多樣:有的有鞭毛或纖毛幫助移動、有的有葉綠體

營養方式

類型怎麼吃例子
原生動物(像動物)攝食:吞細菌、藻類或有機碎屑變形蟲、草履蟲
原生藻類(像植物)光合作用:有葉綠體眼蟲、矽藻
原生菌類(像菌物)分解吸收環境有機物黏菌

代表例子

  • 變形蟲:沒有固定形狀(所以才叫「變形」),靠伸出偽足移動和包圍獵物
  • 草履蟲:形狀像草鞋底,全身佈滿纖毛幫助移動,用口溝攝食
  • 眼蟲:身上有葉綠體會行光合作用,但同時也有鞭毛會游泳——根本就是動植物的混合體
  • 瘧原蟲:寄生在紅血球內,透過蚊子傳播,會引起瘧疾

10-3 菌物界

菌物界包含了我們熟悉的香菇、黴菌、酵母菌。牠們跟植物長得有點像(都不太會動),但仔細看構造和營養方式,其實差非常多。

結構特徵

  • 有細胞核(真核生物)
  • 有細胞壁,但不是纖維素——菌物的細胞壁主要由幾丁質構成(跟昆蟲的外骨骼同一種材質!)
  • 除了酵母菌是單細胞之外,大多是多細胞
  • 身體由菌絲交織而成,菌絲可以深入土壤或腐木中吸收養分

營養方式:菌物不能行光合作用(沒有葉綠體),牠們把消化酵素分泌到體外,先在環境中把大分子分解,再吸收小分子養分。這種「體外消化」是菌物最特別的地方。

可以想像菌物像是一個把嘴巴跟胃都外掛在體外的生物——先吐消化液出來把東西分解掉,再用菌絲把養分吸進去。

代表例子

  • 黴菌:常見於發霉的麵包、水果上,用孢子繁殖。青黴菌產生的青黴素(盤尼西林)是人類第一個抗生素
  • 酵母菌:單細胞菌物,分解糖類時會產生二氧化碳和酒精——麵包會膨脹、酒會發酵,都是酵母菌的功勞
  • 香菇/洋菇:我們吃的部分其實是菌物的「子實體」(繁殖構造),地下的菌絲才是菌物的本體

菌物在生態系中扮演分解者的角色,把動植物屍體分解成無機物,歸還給土壤讓植物重新利用。沒有菌物,世界的養分循環會直接當機。

10-4 植物界

植物是我們日常生活中最常見的生物之一,從路邊的小草到森林裡的大樹都是植物。

結構特徵

  • 有細胞核(真核生物)
  • 多細胞生物
  • 有細胞壁,由纖維素構成,這也是植物可以長得又高又直的關鍵
  • 細胞內有葉綠體,含有葉綠素

營養方式:植物是自營生物——透過光合作用把太陽能轉換成葡萄糖,不需要吃別的東西就能養活自己。這是植物跟其他四界最大的差別。

喚的經驗:國中的時候一直覺得植物很無聊,因為牠們不會叫不會跑。但大學學了光合作用的分子機制之後,覺得植物根本是地球上最猛的化學工廠——用空氣(CO₂)跟水就能做出養分,還順便產生氧氣給我們用。人類現在砸了幾兆在搞人工光合作用,到現在還是做不出來。

植物的分類

類群特色例子
蘚苔植物沒有維管束,矮小貼地,靠水繁殖地錢、土馬騌
蕨類植物有維管束,靠孢子繁殖,葉背有孢子囊堆筆筒樹、鐵線蕨
裸子植物種子裸露,無果實包覆,多為針葉松樹、杉樹、銀杏
被子植物種子包在果實裡,開花結果稻米、玫瑰、芒果樹

植物在生態系中是生產者——把無機物變成有機物,是所有動物(包括我們)的食物來源起點。

植物的演化趨勢

這四個植物類群的出現順序,也反映了植物從水中走向陸地的演化過程:

蘚苔(無維管束,需水繁殖)→ 蕨類(有維管束,孢子繁殖)→ 裸子(有種子,耐旱)→ 被子(有果實保護種子,傳播效率最高)

關鍵趨勢:從依賴水 → 獨立於水。蘚苔沒有維管束,長不高也離不開潮濕環境;蕨類發明了維管束,可以長得比人還高,但繁殖還是靠孢子(需要水);裸子植物發明了「種子」,種子本身有養分儲備,可以在乾旱環境存活;被子植物進一步用果實把種子包起來,藉由動物吃果實幫忙散布種子——這是演化上最成功的設計,也是為什麼今天地球上被子植物佔了絕對多數。

10-5 動物界

動物界是我們最熟悉的一界——因為人類自己就在這一界裡面。

結構特徵

  • 有細胞核(真核生物)
  • 多細胞生物
  • 無細胞壁——所以動物細胞可以自由變形,這也是動物可以自由移動的結構基礎
  • 體內有感應環境變化的能力

營養方式:動物是異營生物——不會光合作用,必須吃其他生物才能獲得養分。這決定了動物的生存策略:要嘛去找食物、要嘛去抓食物、要嘛去搶食物。

動物的分類

動物最粗略的分法是看有沒有脊椎

類群特色例子
無脊椎動物沒有脊椎骨海綿、水母、蚯蚓、昆蟲、螃蟹、蝸牛
脊椎動物有脊椎骨魚類、兩生類、爬蟲類、鳥類、哺乳類

無脊椎動物佔所有動物的 95% 以上!光昆蟲就可能有 500 萬種。

動物在生態系中扮演消費者——直接或間接攝食生產者(植物)或其他消費者。

脊椎動物的演化趨勢

脊椎動物的演化也有一個明顯的方向,從魚類一路到哺乳類:

魚類 → 兩生類 → 爬蟲類 → 鳥類 + 哺乳類

每個階段的關鍵變化是:

類群新出現的特徵適應的環境
魚類鰓呼吸、鰭游泳水生
兩生類肺呼吸、四肢爬行,但繁殖仍需回水中水陸兩棲
爬蟲類羊膜卵(不需回水中產卵)、鱗片防水分流失完全陸生
鳥類恆溫、羽毛、翅膀空中為主
哺乳類恆溫、毛髮、乳腺哺乳陸地、海洋皆有

這個演化趨勢的核心思路是:離水愈來愈遠。魚類完全離不開水,兩生類繁殖必須回水裡,爬蟲類發明羊膜卵之後終於可以完全在陸地上生小孩,鳥類和哺乳類則進一步發展出恆溫能力,讓牠們不管外面多冷多熱都可以維持正常活動。

動物死亡後,屍體被菌物等分解者分解,歸還養分給土壤,形成完整的循環。

五界總整理

界別細胞核細胞數細胞壁營養方式代表例子
原核生物界單細胞光合/分解/寄生細菌、藍綠菌
原生生物界單/多細胞部分有光合/攝食/吸收變形蟲、草履蟲、眼蟲
菌物界多細胞(少數單細胞)有(幾丁質)體外分解後吸收黴菌、酵母菌、香菇
植物界多細胞有(纖維素)光合作用(自營)蘚苔、蕨類、松樹、稻米
動物界多細胞攝食(異營)昆蟲、魚類、鳥類、人類

喚的經驗:我習慣先去判斷「有沒有細胞核」→ 有的話看「有沒有細胞壁」跟「怎麼吃東西」→ 三個問題就能把九成的生物分類搞定。段考常考的陷阱是「眼蟲有葉綠體,為什麼不是植物?」——因為牠同時有鞭毛會游泳,而且沒有纖維素的細胞壁,所以歸在原生生物界。

Take Home

這部分有許多這個章節的重點所集結成的問題,希望能做到每個問題在腦裡都有相對應的答案。如此一來才算真正了解這個章節的內容。

10-1 生物的分類

  • 請說明科學家用來分類生物的五大依據
  • 請畫出五界系統的簡單分類圖
  • 分類系統的好處是什麼?

10-2 原核生物界及原生生物界

  • 原核生物界跟其他四界最根本的差異是什麼?
  • 請各舉出一個原核生物的例子,並說明其特徵
  • 原生生物界有什麼「特色」讓它最難定義?
  • 眼蟲為什麼不是植物?

10-3 菌物界

  • 菌物的細胞壁由什麼成分構成?
  • 請用你自己的話解釋菌物的「體外消化」
  • 酵母菌為什麼能讓麵包膨脹?
  • 菌物在生態系中的角色是什麼?

10-4 植物界

  • 植物跟其他四界最根本的差異是什麼?
  • 請依演化順序排列蘚苔、蕨類、裸子、被子植物,並說明演化趨勢
  • 「裸子」跟「被子」的差別是什麼?

10-5 動物界

  • 動物跟植物在結構上有哪三個主要差異?
  • 無脊椎動物佔所有動物的百分之多少?
  • 請說明動物在生態系中扮演的角色

後記

這一章節的內容就到這裡,可以根據 Take Home 的內容看看自己是不是真的了解生物分類的知識。

這章是國中生物系列的最後一章。從第一章的「什麼是生命」走到現在,我們認識了細胞怎麼運作、營養怎麼來、遺傳怎麼傳下去、演化怎麼發生、再到地球上這些形形色色的生物怎麼被分類——你已經擁有一個完整的生物學基礎架構了。未來無論是高中生物、還是大學的專業科目,都是從這些基礎概念長出去的。

如果你喜歡這樣解說的方式的話,幫我按讚拍手分享,讓更多人了解生物的有趣之處!如果你覺得有疑問或者有錯誤的話,歡迎在下面留言告訴我!

延伸閱讀

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章節導航:

國中生物全系列(七上 1–6、七下 7–12):

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延伸概念:原核細胞 · 真核細胞 · 光合作用 · 菌物 · 植物演化 · 動物演化

這個概念以後在大學或工作怎麼用?微生物與分類學接到的是發酵工程、微生物製藥、檢驗醫學等實際產業。 → 生科系出路現況分析:5個方向破解迷思

大家都在問

主要介紹生物的分類方式——五界系統(原核生物界、原生生物界、菌物界、植物界、動物界),以及各界生物的構造特徵、營養方式和生態角色。

分類幫我們有系統地認識數百萬種生物,從基本構造(有無細胞核、單細胞還是多細胞)和營養方式(光合作用、吸收、攝食)就能大致判斷一種生物屬於哪一界。

病毒不屬於任何一界——它缺乏細胞構造,無法自行代謝或繁殖,必須寄生在活細胞內才能複製,因此不在五界分類系統內。

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