你是否曾好奇,人类这一碳基生命个体究竟是如何被 “精心打造” 而成的?
今天,就让我们一同开启一场奇妙的探索之旅,深入了解人体系统那令人惊叹的设计奥秘。
骨骼系统:身体的支撑框架人类若要设计一个碳基个体,首先得搭建一个框架,否则整体无法支撑,这个框架就称为骨骼系统,其材料选用钙、磷等矿物质构成的骨质,骨质不能过硬,也不能过软,需兼具强度与韧性。
骨骼系统分为几个主要区域,一部分负责护卫中央处理器;一部分保护身体内部器官。身体从上到下的中轴部分由一根长骨串联,名为脊柱,它承载着整个身体的重量,还能灵活地进行扭转、弯腰、转身等动作。
因此,这些骨骼结构不能是完整的一整根,要分成不同形状,既能确保发育时不损坏整个框架,又能维持灵活性。骨头之间用关节连接,关节要有巧妙的润滑和缓冲设计,以此减少摩擦与冲击力。
从这个中轴结构向外伸展形成四个部件,用于开展复杂活动,如跑、跳、攀爬、抓握,这伸展的结构称作四肢,下肢负责行走、跑步,上肢负责抓握物体。
肌肉系统:动力之源单纯的骨架自身无法活动,所以还需添加一套肌肉系统作为动力结构,肌肉附着于骨骼上形成各类杠杆结构,肌肉收缩时就能牵引骨头完成各种动作,例如大腿的股四头肌收缩,腿便可伸直,肱二头肌发力,胳膊就能弯曲。
肌肉中的纤维也有不同特性,有适合瞬间爆发力量、类似短跑冲刺的快肌纤维,还有能长时间持续工作的慢肌纤维。肌肉与骨头连接的部分如同钢丝一般,强韧且富有弹性,以便力量能顺利从肌肉传导至骨头。
呼吸系统:气体交换枢纽有了动力结构,那能源从何而来?空气中的氧气免费又充足,燃烧时释放的能量可观,那就构建一套能从外界吸入氧气,同时把燃烧后的二氧化碳排出体外的机构,一吸一呼完成气体交换,将其命名为呼吸系统。
考虑到不能四处漏气,否则热能转化效率会降低,设计一个较小的进气口 —— 鼻腔,空气从鼻腔进入,鼻腔内生长鼻毛与黏膜,用于过滤空气中的杂质,并加湿空气,接着连接一根中空的气管用于通气,气管内也长有纤毛,负责清理残留杂质,气管尽头是进行气体交换的肺。
为在有限的肺内尽量提高气体交换效率,要为肺配备大量优质部件,肺泡壁要尽可能薄,使气体能够顺畅通过,让肺内的氧气快速、节能、高效地输送至全身各处,同时把二氧化碳带出体外。
心血管系统:生命的运输通道为此,设计一种名为血液的运输载体。要想实现高效运输,先得建设通道,建两条 “高速公路”,
一条负责向外输送新鲜血液与营养物质,因其动力强劲,名为动脉;
另一条负责回收废物,它不能与动脉混用,否则会引发严重问题,如同饮用水系统与下水系统需分开一样,这条回收废物的通道动力较缓和,称为静脉。
有了 “高速公路”,还少不了 “村通公路”,由于身体大部分区域面积有限且功能多样,难以规划大型通路,只能依靠负责基层交换的毛细血管。
通道建成后,要给血液配备一套强大的动力系统,即一个能 24 小时不间断工作,且动力强劲到足以把血液泵至全身各处的泵,将其命名为心脏,千万别忘记给心脏连接一条通向肺的通路,不然肺内的氧气无法输送过来。
心脏与血管共同构成完整的心血管系统。
消化系统:营养摄取工厂那么营养物质从哪里获取呢?人类自身无法产生营养物质,要想让自然界中有丰富的蛋白质为人体所用,就得开辟入口。但如果只有一个口子,进食与排泄共用,太过邋遢,所以要有一个进口和一个出口,整个负责消化处理的系统就叫消化系统。
进口即嘴巴,负责初步加工,用尖利的结构将食物简单切割、研磨,同时分泌一些酶进行初步消化,之后经食管把初步加工的食物送至下一级 —— 胃,胃主要起到搅拌食物成糊状的作用,并用胃酸分解部分蛋白质。
接着进入下一级主力消化系统 —— 小肠,小肠是消化与吸收的关键场所,由于身体空间有限,小肠呈九曲十八弯的形态,其绒毛与微绒毛如同众多小手,把食物中的碳水化合物、脂肪、蛋白质等营养物质彻底分解,然后吸收进血液循环,为身体提供能量与各类构建材料。
因资源宝贵,小肠仅吸收精华部分,剩余的部分还有些电解质与水可利用,所以还需要一个处理残渣的场所,较为粗放的叫大肠,大肠将水和电解质吸收后,压缩剩余残渣形成粪便,通过最后的出口排出体外。
泌尿系统:废物处理中心消化系统构建完成后,还需要一套处理系统,因为血液系统会从细胞带出许多废物,这些废物并非食物残渣,而是只能溶解于液体中的物质,这种液体就是尿。
血液中的废物若处理不当,人体就会中毒身亡,为安全起见,设计两个形似猪腰子的废物处理车间,统称为肾脏,肾脏内有超级滤网 —— 肾小球,当血液进入肾脏后,肾小球组成的滤网会把血液中的尿素、尿酸、多余的水和盐等代谢废物滤出,形成原尿。
之后肾小管再把原尿中有用的成分,如大部分水、葡萄糖和部分盐回收,剩下的便是尿,然后通过小水管将尿运至膀胱,膀胱如同韧性良好的气球,当尿液积攒到一定体积时才会排出,避免频繁排尿影响其他活动,为体现对尿液处理的重视,单独为其开辟一条通路,以上构成完整的泌尿系统。
神经系统:身体的指挥中枢等等,碳基人类如何知晓何时需要排尿呢?这就得依靠另一套系统,这套系统能让人类清楚何时该做何事,包括运动、消化、呼吸、捕食等所有活动,为确保有条不紊、指令畅通,设立总指挥部。
由中央和地方两大部分构成,中央是大脑,负责决策,地方是一条条类似电线的结构,延伸至身体各处收集信息,大脑如同帝国的主宰,延伸的电线就是神经,合称为神经系统。
大脑内有众多神经元,它们如同高智商的小参谋,大脑不同区域分管不同事务,额叶负责思考、决策与控制运动,颞叶负责听觉和语言理解,枕叶负责视觉信息处理等。
大脑皮层的皱褶如同增加的办公区域,能提升信息处理能力。从大脑延伸出一条名为脊髓的高速通路,作为中央与地方的连接通道,它正好包裹在脊柱内,顺便保护向外延伸的神经线,位于外围的称为外周神经,脑神经和脊神经分布于身体各个角落,将触觉、痛觉、温度觉等感觉信息传至大脑。
同时把大脑的运动指令传递给肌肉和腺体等执行部位,神经细胞之间依靠突触传递信息,神经递质如同信使,不同递质负责不同生理和心理功能,所以在要确保神经递质的合成、释放、传递和回收机制完善,保证神经信号准确、高效传递。
皮肤系统:身体的防护屏障至此,一个碳基人类大致组装完成,但裸露的身体既不美观,又易遭外界侵袭,必须加以防护,金属铠甲太过冰冷,人皮甲更为合适,于是有了皮肤系统。
皮肤不能仅一层,太过脆弱,需分为多层,表皮层、角质层如同硬壳,由多层角质细胞组成,可抵御外界物理、化学与生物攻击,还能防止水分散失。
真皮层如同弹簧垫,胶原蛋白和弹性纤维使其富有弹性与韧性,能承受拉扯与挤压,正好可在这一层植入各类神经末梢收集信息,赋予皮肤触觉、痛觉、温度觉等感觉功能,使其及时察觉外界变化并向大脑报告。
真皮层内还有空间,可作为仓库储存用不完的糖原转化成的脂肪,既能为身体组织保温、抵御外力冲击,又能在能源不足时分解供能,一举两得。仅保温还不够,过热时身体会出现故障,所以还要附着汗腺、皮脂腺等小部件,汗腺分泌汗液,调节体温、排出代谢物,皮脂腺分泌油脂,滋润皮肤、防止干燥开裂。
免疫系统:身体的防御部队这下基本组装完毕,不过似乎还缺些什么,如此复杂的系统,难免有外界有害物企图侵入,皮肤虽能阻挡大部分外敌,但身体还有其他通道可进入,内部需要一批负责防御的组织,那就构建一套免疫系统,分为两套:
一套是常规部队,负责平日巡查歼敌,称为先天免疫系统,先发制人;
但常规部队只能应对常规情况,外界敌人复杂多变,仅靠一成不变的系统易被钻空子,所以还要打造一套特种部队 —— 特异性免疫系统,针对特殊情况制定预案,无论敌人何种套路,都有应对之策。
至于这套部队如何快速抵达战场,已有现成的可快速通往身体各处的血液循环系统,让部队顺着血液循环奔赴各处即可。既然是部队,就需要训练,一方面提升技能,另一方面避免误伤自身,所以设立一系列军校 —— 免疫器官,如骨髓、胸腺,承担此项任务。
另外,部队还需单独的交通线,因其需高效巡逻防控,所以构建一个淋巴系统,虽不像血液系统那般全面,但驻守在身体关键节点,便于行动。
内分泌系统:身体的调节枢纽慢着,貌似还缺点什么,如此完美的碳基人类若没有传承就太可惜了,出于基因多样性考虑,将碳基人类分为男女两性。
两性存在差异,一个性别负责孕育后代,需集中资源给一个生殖细胞,此细胞较大,名为卵子,定义为女性;
另一个性别要提供优质基因,需展开竞争,生殖细胞不用太大,但数量要多,让它们赛跑,第一名才能成功,因其携带基因,称为精子,定义为男性。
分别为两性配备一套生殖细胞,女性因要孕育后代,还要配备一个孕育场所,名为子宫。
问题又来了,生孩子是大事,需让身体处于巅峰状态,何时才行呢?得有一套系统告知身体该发育,男性分泌睾酮,女性分泌雌激素,还要告知身体何时适合孕育后代,这个负责发信号的系统不需要太庞大,靠细微调节就能给出信号,称为性腺。
不仅如此,这套系统还能调节身体其他微小平衡,比如调节身体代谢速度,设置甲状腺分泌甲状腺素;调节血钙浓度,安排甲状旁腺精细调节;遇到紧急情况,身体需爆发力打架或逃跑,设计肾上腺分泌肾上腺素;调节身体安稳平衡,设置胰腺微调,这些分泌细小激素的结构合称为内分泌系统,还需一个总调度,决定激素分泌量,就在大脑内加个小器官负责发信号,它垂于大脑内,名为垂体。
至此,一个有血有肉有人味的碳基人类终于设计完成。或许有些仓促,但大体令人满意,剩下的就看其自身发展了。
当然,这只是假想,人体本就具备这套系统,它们如同璀璨星辰,在生命的浩瀚星空中闪耀,共同编织出碳基生命这一震撼宇宙的绚丽画卷。它们是大自然最神奇的杰作,是亿万年进化的智慧结晶。
让我们在对生命的敬畏中,继续探索那无尽的未知,感受宇宙间最伟大的奇迹力量,向着生命科学的更高峰奋勇攀登,去揭开更多生命的神秘面纱,让智慧的光芒在这深邃的生命奥秘中永恒闪耀。知道越多,恐惧越少。
文本来源@三个老爸实验室的视频内容