109 年 國立中山大學海洋科學系碩士班甲組《普通生物學》

本題考查組成生物體最常見的四種元素。生物體內含量最多的四種元素是碳(C)、氫(H)、氧(O)和氮(N)，它們構成了絕大多數的有機分子，如碳水化合物、蛋白質、脂質和核酸。

本題考查減數分裂過程中，同源染色體聯會（synapsis）與交叉互換（crossing over）發生的時期。這兩個重要事件發生在減數第一次分裂（Meiosis I）的前期（Prophase I）。

• 減數分裂 (Meiosis)：是一種特殊的細胞分裂方式，用於產生配子（如精子和卵子）。它包含兩次連續的分裂，即減數第一次分裂（Meiosis I）和減數第二次分裂（Meiosis II）。
• 同源染色體聯會 (Synapsis)：在減數第一次分裂前期 I (Prophase I) 中，來自父母的同源染色體會相互配對，緊密地靠攏在一起，形成稱為「四分體」（tetrad）的結構。

本題考查細胞內負責分解有害物質或細胞內不再需要的物質的胞器。這個功能主要由過氧化物酶體（peroxisomes）負責。

• 過氧化物酶體 (Peroxisomes)：這是一類小型的膜結合性胞器，含有多種氧化酶。它們在細胞的代謝中扮演重要角色，包括：
  • 分解脂肪酸。
  • 解毒：分解酒精等有害物質。
  • 代謝過氧化氫（H₂O₂）：過氧化物酶體會產生過氧化氫，同時也含有過氧化氫酶（catalase），能將有毒的過氧化氫分解為水和氧氣。

本題考查何者是代謝途徑（metabolic pathway）的例子。代謝途徑是指細胞內一系列由酶催化的生化反應，這些反應通常是相互關聯的，將一種分子轉化為另一種分子。

• 代謝途徑 (Metabolic Pathway)：一系列連續的化學反應，在這些反應中，一種分子被轉化成另一種分子。
• 蛋白質合成 (Protein Synthesis)：這是一個複雜的代謝過程，包括轉錄（DNA 轉錄成 mRNA）和轉譯（mRNA 上的遺傳密碼被用來合成蛋白質）。這個過程涉及多個步驟和多種分子，符合代謝途徑的定義。

本題考查不同營養物質在代謝過程中產生的 ATP 量。脂肪（fat）是能量密度最高的營養物質，每克脂肪在完全氧化分解後產生的 ATP 量遠高於碳水化合物（如葡萄糖和澱粉）和蛋白質。

• ATP 產生：ATP 是細胞的主要能量貨幣，主要通過細胞呼吸產生。細胞呼吸的過程將葡萄糖、脂肪酸或胺基酸等分子分解，釋放能量並合成 ATP。
• 能量密度：
  • 脂肪：每克脂肪大約能產生 9 大卡的能量，經過代謝後產生約 100-105 分子的 ATP。
  • 碳水化合物（如葡萄糖、澱粉）：每克碳水化合物大約能產生 4 大卡的能量，經過代謝後產生約 30-32 分子的 ATP。

本題考查光合作用中的光磷酸化（photophosphorylation）與細胞呼吸中的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）的差異。兩者都是通過化學滲透（chemiosmosis）機制合成 ATP，但其電子來源、最終電子接受者以及能量產生方式上存在關鍵差異。

• 共同點：兩者都涉及電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC），能量以質子梯度（proton gradient）的形式儲存，並利用 ATP 合成酶（ATP synthase）驅動 ATP 的再生。
• 差異點：
  • 光磷酸化：發生在葉綠體的類囊體膜上。電子來源是水分子（經過光能激發），電子傳遞鏈的能量來自光能。最終電子接受者是 NADP⁺，生成 NADPH。
  • 氧化磷酸化：發生在粒線體內膜上。

本題考查基因指導細胞組分合成的資訊流動方向。這遵循了「中心法則」（Central Dogma）的原則，即遺傳資訊從 DNA 流向 RNA，再從 RNA 流向蛋白質。

• 中心法則 (Central Dogma)：描述了遺傳資訊在生物體內傳遞的基本方向。
  • DNA 複製 (Replication)：DNA 產生 DNA。
  • 轉錄 (Transcription)：DNA 轉錄成 RNA。
  • 轉譯 (Translation)：RNA（通常是 mRNA）上的遺傳密碼被用來合成蛋白質。

選項分析：

• (A) RNA → DNA → RNA → protein：RNA 逆轉錄成 DNA（逆轉錄酶功能）是特殊情況，但這不是一般基因指導蛋白質合成的標準流程。

本題考查生殖隔離（reproductive barriers）的類型，特別是描述了兩種可能相互交配但由於繁殖時間不同而無法交配的物種。這屬於時間隔離（temporal isolation）。

• 生殖隔離 (Reproductive Isolation)：阻止不同物種之間產生可育後代的機制。
• 時間隔離 (Temporal Isolation)：物種在繁殖時間上的差異，例如繁殖季節不同、繁殖時間（白天或晚上）不同。

本題考查生命組織的層級結構，要求從最小（最不具包容性）到最大（最具包容性）的順序排列。

生命組織的標準層級結構（由小到大）如下：

1. Molecule (分子)
2. Organelle (胞器)
3. Cell (細胞)
4. Tissue (組織)
5. Organ (器官)
6. Organ System (器官系統)
7. Organism (個體)
8. Population (族群)
9. Community (群落)
10. Ecosystem (生態系)
11. Biosphere (生物圈 - 在此選項中未出現)

現在我們來檢查各選項：

• (A) ecosystem, population, organ system, cell, community, molecule, organ, organism, organelle, tissue

本題考查最早將氧氣引入地球大氣層的生物。這個重大的演化事件歸功於藍綠菌（cyanobacteria），也被稱為藍藻。

• 藍綠菌 (Cyanobacteria)：是原核生物，能夠進行光合作用。它們的出現極大地改變了地球的化學組成，被稱為「大氧化事件」（Great Oxidation Event）。
• 光合作用 (Photosynthesis)：藍綠菌通過光合作用，利用水和二氧化碳，在光能的作用下產生有機物並釋放氧氣。
  • $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{光能} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

本題考查神經組織（nervous tissue）的結構與功能單位。神經組織的基本結構與功能單位是神經元（neuron）。

• 神經元 (Neuron)：是一種高度特化的細胞，能夠接收、處理和傳遞電化學信號。它是神經系統的基本組成部分。一個典型的神經元包含：
  • 細胞體 (Cell body / Soma)：包含細胞核和大多數細胞器。
  • 樹突 (Dendrites)：接收來自其他神經元的信號，並將信號傳遞到細胞體。

本題考查腎臟在調節體液平衡中的核心過程，即對濾液進行精煉並將有價值的物質送回血液的過程。這個過程稱為再吸收（reabsorption）。

• 腎臟功能：腎臟的主要功能是過濾血液，產生尿液，從而清除體內的代謝廢物和多餘的物質，同時維持體液和電解質的平衡。
• 腎單位 (Nephron)：是腎臟的基本結構和功能單位。尿液的形成涉及三個主要過程：
  1. 腎絲球過濾 (Glomerular Filtration)：血液中的小分子物質（如水、離子、葡萄糖、尿素）從腎絲球過濾到腎小囊，形成原尿（filtrate）。
  2. 腎小管重吸收 (Tubular Reabsorption)：原尿流經腎小管時，身體需要的水、葡萄糖、胺基酸、部分離子等有價值的物質被重新吸收回血液。這個過程是精煉濾液、回收有用物質的關鍵。

本題考查花的雄性生殖器官。花的雄性生殖器官是雄蕊（stamen）。

• 花的構造：
  • 雄蕊 (Stamen)：花的雄性生殖器官，由花絲（filament）和花藥（anther）組成。花藥內產生花粉（pollen），花粉中含有雄配子。
  • 雌蕊 (Pistil/Carpel)：花的雌性生殖器官，通常由柱頭（stigma）、花柱（style）和子房（ovary）組成。子房內含有胚珠（ovule），胚珠內有雌配子（卵細胞）。

本題考查描述「僅在地球某一個地方發現的物種」的術語。這種物種稱為地方性物種（endemic species）。

• 地方性物種 (Endemic Species)：是指在地理分佈上，僅限於某一個特定區域（如一個島嶼、一個國家、一個山脈或一個地理區域）發現的物種。

本題考查吸收水分的主要器官。在消化系統中，結腸（colon），即大腸的一部分，是吸收水分和電解質的主要場所。

• 消化系統的水分吸收：
  • 大部分的水分在小腸被吸收。
  • 剩餘未被吸收的水分進入大腸（包括結腸和直腸）。
  • 結腸 (Colon)：大腸的主要部分，負責吸收剩餘的水分和電解質，使糞便逐漸變得固體。

本題要求區分族群（population）和群落（community）這兩個生態學的基本概念。

• 族群 (Population)：

  • 定義：指在特定時間和特定區域內，生活著的同一物種的個體集合。
  • 特徵：族群具有特定的種群大小、密度、分佈模式、年齡結構、出生率、死亡率等。研究族群的重點在於該物種的動態變化、資源利用和與環境的互動。
  • 範例：在某片森林中生活的同一種鹿群；某湖泊中的所有鯉魚。

• 群落 (Community)：

  • 定義：指在特定時間和特定區域內，生活著的所有不同物種的族群的集合。
  • 特徵：群落的特徵包括物種組成（物種列表）、物種豐富度（物種數量）、物種多樣性（物種的相對豐度）、群落結構（如食物網、競爭關係、捕食關係）等。研究群落的重點在於不同物種之間的相互作用及其對生態系統的影響。
  • 範例：同一片森林中，包含鹿、松鼠、各種樹木、鳥類、昆蟲、細菌等所有生物的集合。某湖泊中，除了鯉魚，還包括其他魚類、水生植物、藻類、微生物等的集合。

本題考查波耳效應（Bohr effect）的定義及其重要性。

• 波耳效應 (Bohr Effect)：

  • 定義：波耳效應是指血紅蛋白（hemoglobin, Hb）對氧氣的親和力會受到血液中二氧化碳（CO₂）濃度和 pH 值影響的現象。
  • 具體表現：
    • 當血液中的 CO₂ 濃度升高，或 pH 值降低（血液變得更酸性）時，血紅蛋白對氧氣的親和力會降低。這意味著血紅蛋白更容易釋放氧氣給組織。
    • 相反，當血液中的 CO₂ 濃度降低，或 pH 值升高（血液變得更鹼性）時，血紅蛋白對氧氣的親和力會升高。這意味著血紅蛋白更容易結合氧氣。

• 重要性：波耳效應在氧氣運輸中扮演著至關重要的調節角色，確保氧氣能夠有效地從肺部輸送到身體各組織，並在組織需要時釋放。

  1. 在肺部：肺部的 CO₂ 濃度較低，pH 值較高（鹼性）。在這種環境下，血紅蛋白對氧氣的親和力高，能夠有效地與從肺泡擴散過來的氧氣結合，將氧氣攜帶到全身。

本題要求列出五種魚類及其食性。魚類的食性非常多樣，包括植食性、肉食性、雜食性、濾食性等。以下列出五種常見的魚類及其食性作為範例：

1. 鮭魚 (Salmon)：
   • 食性：鮭魚的食性隨其生命階段而變化。幼魚主要以浮游生物、昆蟲幼蟲和小型甲殼類為食。成魚則主要捕食小型魚類、頭足類（如烏賊）和甲殼類。牠們是肉食性或雜食偏肉食性。
2. 鯖魚 (Mackerel)：
   • 食性：鯖魚是典型的濾食性魚類，主要以浮游動物（如橈足類）和小型魚類為食。牠們是肉食性。
3. 鯉魚 (Carp)：
   • 食性：鯉魚是雜食性魚類，食性非常廣泛。牠們主要攝食底棲無脊椎動物（如昆蟲幼蟲、蠕蟲、螺類）、藻類、水生植物的種子和碎屑。
4. 鮪魚 (Tuna)：

本題考查人類活動對生物多樣性喪失的主要過程。生物多樣性喪失（loss of biodiversity）是當前全球面臨的嚴峻問題，人類活動是其主要驅動因素。以下是幾個主要過程：

1. 棲息地破壞、退化與碎片化 (Habitat Destruction, Degradation, and Fragmentation)：

   • 過程：人類為了農業、城市發展、工業、伐木、採礦等目的，大面積地砍伐森林、填平濕地、改變河流流向、開墾草原，導致野生動植物的棲息地被嚴重破壞或消失。退化是指棲息地質量下降，無法支持原有物種。碎片化是指原本連續的棲息地被分割成小塊，使得物種遷徙、基因交流和種群維持變得困難。
   • 影響：直接導致物種數量減少、種群規模縮小、甚至物種滅絕。

2. 過度開發利用 (Overexploitation)：

   • 過程：人類過度捕撈魚類、狩獵野生動物、採集植物，以滿足食物、藥材、寵物交易、觀賞等需求。
   • 影響：許多物種因過度捕撈或狩獵而數量銳減，瀕臨滅絕（如某些鯨魚、犀牛、穿山甲）。

3. 入侵物種 (Invasive Species)：

   • 過程：人類有意或無意地將物種引入其自然分佈範圍之外的地區。這些入侵物種在新的環境中缺乏天敵或競爭者，繁殖迅速，對本地物種造成威脅。

本題要求比較陸地環境（terrestrial environments）和海洋環境（marine environments）的非生物（abiotic）特徵。這些非生物因素對生活在其中的生物有著決定性的影響。