112 年 國立中山大學海洋科學系碩士班甲組《普通生物學》

本題主要考查 DNA 的鹼基互補配對原則。DNA 雙股結構中，腺嘌呤（A）永遠與胸腺嘧啶（T）配對，鳥糞嘌呤（G）永遠與胞嘧啶（C）配對。因此，在一條 DNA 鏈或雙股 DNA 中，A 的數量必定等於 T 的數量，G 的數量必定等於 C 的數量。

選項分析：
A) $A + T = G+T$：此選項不符合鹼基互補配對原則，因為 A 應等於 T，G 應等於 C，但此選項將 A 與 G、T 與 T 進行比較。

本題考查對珊瑚礁生態系統的理解，重點在於辨識錯誤的敘述。

選項分析：
A) One of the most diverse ecosystems on earth：珊瑚礁被譽為「海洋中的熱帶雨林」，是地球上生物多樣性最高的生態系統之一，此敘述正確。
B) Corals are small-sized marine invertebrates living in compact colonies of many identical units：珊瑚是由許多微小的珊瑚蟲（polyp）聚集而成的，這些珊瑚蟲是小型海洋無脊椎動物，形成緊密的群體，此敘述正確。

本題考查魚類的洄游類型，特別是銀鮭（Coho salmon, Oncorhynchus kisutch）的遷徙行為。

魚類的洄游類型定義如下：

• Anadromous (溯河性)：魚類在海水中成長，但繁殖時會洄游至淡水（河流）中產卵。例如：鮭魚、鱒魚。
• Catadromous (降海性)：魚類在淡水中成長，但繁殖時會洄游至海水中產卵。例如：鰻魚。

本題考查魚類的洄游類型，特別是日本鰻鱺（Japanese eel, Anguilla japonica）的遷徙行為。

魚類的洄游類型定義如下：

• Anadromous (溯河性)：魚類在海水中成長，但繁殖時會洄游至淡水（河流）中產卵。
• Catadromous (降海性)：魚類在淡水中成長，但繁殖時會洄游至海水中產卵。

本題考查三磷酸腺苷（ATP）在代謝中的重要性。ATP 是細胞主要的能量貨幣，其重要性體現在以下幾個方面：

• 能量儲存與釋放：ATP 的結構包含一個腺苷（adenosine）和三個磷酸基團。相鄰的磷酸基團之間由高能磷酸鍵（high-energy phosphate bond）連接。當 ATP 水解，斷裂末端的磷酸鍵時，會釋放出大量的自由能（free energy），這些能量可以被細胞用來驅動各種耗能反應（endergonic reactions）。
• 能量耦合：ATP 的水解（放能反應，exergonic reaction）可以與需要能量的反應（吸能反應，endergonic reaction）耦合，將放出的能量傳遞給吸能反應，使其得以進行。

選項分析：
A). Its terminal phosphate bond has higher energy than the other two.：ATP 中兩個末端的磷酸鍵（beta-gamma 和 alpha-beta）都被稱為高能磷酸鍵，其水解釋放的自由能都相當高，但要說「高於其他兩個」可能不夠精確，且 ATP 的核心重要性在於「提供能量」而非單純比較鍵能高低。更重要的是，它能「提供能量耦合」。

本題考查「銘印 (imprinting)」的生物學概念。銘印是一種特殊的學習形式，通常發生在動物的幼年時期，並且對其行為有長遠的影響。

選項分析：
A). It is a type of learning that does not involve innate behavior.：銘印雖然是一種學習，但它通常建立在某些先天的（innate）傾向之上。例如，雛鳥天生就有追隨移動物體的傾向，這使得牠們能夠對第一個看到的移動物體（通常是母親）產生銘印。所以，銘印並非完全不涉及天性。
B). It causes behaviors that last for only a short time.：銘印的行為通常是持久的，甚至會影響動物的一生，例如認親、性偏好等。因此，此選項錯誤。

核心觀念

本題考查熱力學第二定律及其在生物體中的意義。

熱力學第二定律指出，任何自發過程都會使宇宙總熵增加或維持不變：

$$\Delta S_{\text{universe}} \geq 0$$

其中，熵（entropy）可視為系統無序程度或能量分散程度的量度。生物體雖然能維持高度組織化的結構，但這需要持續輸入能量。細胞利用能量進行代謝、合成與維修，同時將部分能量以熱的形式散失，使周圍環境的熵增加，整體仍符合熱力學第二定律。

在能量轉換過程中，部分能量會轉變成無法有效做功的熱，因此可利用的自由能通常會減少：

$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$$

解題方法

判斷選項是否符合第二定律，應抓住兩個重點：

1. 宇宙總熵不會減少。
2. 能量轉換不可能百分之百有效，常有部分能量以熱散失。

生物體的高度組織化並不代表整個宇宙的熵減少。細胞內部的秩序維持，必須以消耗能量及增加環境熵為代價。

選項分析

A. Cells require a constant input of energy to maintain their high level of organizations.

正確。細胞必須持續獲得能量，才能維持蛋白質、膜系統、核酸及其他細胞結構的高度組織化。若缺乏能量輸入，細胞內的代謝與修復活動會停止，結構逐漸瓦解，熵增加。此敘述符合熱力學第二定律。

B. Every energy transformation by a cell decreases the entropy of the universe.

錯誤。熱力學第二定律指出，能量轉換會使宇宙總熵增加或維持不變，不會減少：

本題考查膽囊切除術後，飲食上的注意事項。膽囊的主要功能是儲存和濃縮肝臟分泌的膽汁，膽汁在消化脂肪時起著關鍵作用，它能將大塊的脂肪乳化成小滴，增加脂肪與消化酶的接觸面積，從而促進脂肪的消化和吸收。

當膽囊被切除後，肝臟分泌的膽汁會直接流入小腸，但其濃度和分泌的時機可能不如有膽囊時那麼有效，尤其是在進食大量脂肪時。這會導致脂肪的消化和吸收受到影響，可能引起腹脹、腹瀉、脂肪瀉（steatorrhea，糞便中脂肪含量過高）等消化不良的症狀。

本題考查「基因組 (genome)」的定義。基因組是指一個生物體的所有遺傳物質的總和。這個遺傳物質通常是 DNA（在某些病毒中是 RNA），包含了一個生物體所需的所有基因以及非編碼 DNA 序列。

選項分析：
A). Representation of a complete set of a cell's polypeptides.：多肽（polypeptide）是蛋白質的基本單位，是基因表達的產物。一個細胞有多少種多肽，取決於基因表達的狀態，這不是基因組的定義。基因組是遺傳信息的藍圖，而不是其最終產物。
B). The complete set of an organism's polypeptides.：同 A，這是基因產物的集合，不是基因組。

本題考查有性生殖（sexual reproduction）與無性生殖（asexual reproduction）的比較。

選項分析：
A). Asexual reproduction, but not sexual reproduction, is characteristic of plants and fungi.：這是不正確的。植物和真菌（Fungi）既可以進行無性生殖，也可以進行有性生殖。例如，植物的營養繁殖（無性）和開花結果（有性）；真菌的孢子繁殖（無性）和接合生殖（有性）。
B). In asexual reproduction, offspring are produced by fertilization without meiosis.：無性生殖的特點是「不經過配子形成和受精」。通常是通過分裂、出芽、孢子形成等方式，由單一個體產生遺傳上與親代幾乎相同的後代。有性生殖才需要經過減數分裂（meiosis）產生配子，再經過受精（fertilization）形成合子。因此，此選項關於無性生殖的描述是錯誤的，它說「without meiosis」是對的，但「by fertilization」是錯的。

本題考查不同類群生物的生產效率（production efficiency）。生產效率是指生物體將攝取的能量轉化為自身生物量的比例。通常，生產效率與生物體的代謝速率、體溫調節方式、生命週期長短等因素有關。

一般來說，生產效率的排序大致如下：

• 較低生產效率：恆溫動物（如哺乳類、鳥類）需要消耗大量能量來維持體溫，因此用於生長和繁殖的能量比例較低。
• 中等生產效率：變溫動物（如魚類、爬行類、兩棲類）的代謝速率較低，不需要消耗能量維持恆定的體溫，但其生長速度可能不如昆蟲快。
• 較高生產效率：昆蟲（insects）通常生長週期短，代謝速率相對較高（相對於體型而言），且是變溫動物，因此它們的生產效率相對較高。

本題考查細胞內物質代謝的術語。題目詢問的是「將大分子分解成小分子」的細胞過程。

• Catalysis (催化)：指加快化學反應速率的過程，通常由酶（enzyme）完成。它描述的是反應的機制，而不是物質的轉化方向。
• Metabolism (代謝)：指生物體內所有化學反應的總和，包括合成和分解。
• Anabolism (合成代謝)：指將小分子合成大分子的過程，需要消耗能量。例如，蛋白質合成、多醣合成。

本題考查細胞內物質代謝的術語。題目詢問的是「身體將食物和飲料轉化為能量」的過程。

• Catalysis (催化)：指加快化學反應速率的過程，通常由酶完成。它描述的是反應的機制，而不是物質的轉化方向。
• Metabolism (代謝)：指生物體內所有化學反應的總和，包括將食物和飲料中的大分子分解以獲取能量（分解代謝），以及利用這些能量和物質合成身體所需的大分子（合成代謝）。因此，將食物轉化為能量的整個過程屬於代謝的範疇。
• Anabolism (合成代謝)：指將小分子合成大分子的過程，需要消耗能量。這與將食物轉化為能量（通常是通過分解食物）的過程相反。

本題考查聚合物（polymer）的概念。聚合物是由許多重複的單體（monomer）通過化學鍵連接而成的長鏈分子。

選項分析：
A). Glucose (葡萄糖)：葡萄糖是一種單醣（monosaccharide），是構成複雜碳水化合物（如澱粉、纖維素）的基本單元。它本身不是聚合物。
B). Starch (澱粉)：澱粉是由許多葡萄糖單元通過醣苷鍵連接而成的多醣（polysaccharide），是一種聚合物。

本題考查如何從脊椎動物的顎骨（jawbone）遺骸推斷其飲食習慣。

• 顎骨的結構與牙齒：脊椎動物的牙齒形態與其食性密切相關。例如，食肉動物通常有尖銳的犬齒和裂齒，用於撕裂肉類；食草動物則有寬闊平坦的臼齒，用於磨碎植物；雜食動物則兼具兩者特徵。顎骨的形狀、咬合力以及附著的肌肉（選項 E）也與咀嚼方式和食物類型有關。
• 肌肉附著點：顎骨上肌肉附著點的大小和位置，可以反映出咀嚼肌的發達程度和咬合力，進而推斷其食物類型（如需要強大咬合力來咀嚼堅硬植物的草食動物）。
• 嘴巴大小與位置：嘴巴的大小（選項 A）和是否為最前端結構（選項 B）可能與進食方式有關，但不如牙齒和肌肉附著點直接反映飲食內容。

本題考查嗜熱性細菌（thermophilic bacteria）在熱泉中活躍的原因。這些細菌能夠在高溫環境中生存並進行代謝活動，是因為牠們的生理結構和生化機制適應了高溫。

選項分析：
A). They are able to maintain a lower internal temperature.：大多數細菌無法主動調節體溫，牠們的內部溫度會接近環境溫度。因此，這不是嗜熱性細菌在高溫下活躍的原因。
B). High temperature make catalysis unnecessary.：高溫實際上會加速化學反應，包括代謝反應。如果高溫使得催化（catalysis）變得不必要，那表示高溫本身就能完成所有生化反應，這是不符合生物學原理的。相反，牠們需要酶來催化反應。

本題考查酒精（ethanol）對人體水分調節的影響，特別是為何飲酒會導致尿量增加。

酒精具有利尿作用。其主要機制是抑制抗利尿激素（Antidiuretic Hormone, ADH），也稱為血管加壓素（vasopressin）的分泌。ADH 是一種由腦下垂體後葉分泌的激素，它作用於腎臟的集合管和遠曲小管，促進水分的重吸收。當 ADH 分泌被抑制時，腎臟對水分的重吸收減少，導致尿量增加。

選項分析：
A). Inhibited secretion of antidiuretic hormone (ADH).：酒精會抑制下視丘（hypothalamus）產生 ADH，進而抑制腦下垂體後葉釋放 ADH。ADH 減少會導致腎臟重吸收水分減少，尿量增加。此為主要原因。

本題考查卵子（oocyte）從卵巢排出後進入輸卵管（oviduct）的機制。

排卵（ovulation）時，卵巢表面的卵泡（follicle）破裂，釋放出次級卵母細胞（secondary oocyte，通常在高中課本中也簡稱為卵子）。這個過程受到體內激素（如 LH 峰值）的調控。

卵巢表面與輸卵管的開口（漏斗部，infundibulum）之間存在一個空間，輸卵管的漏斗部會包繞著卵巢的一部分。卵子釋放後，會被輸卵管漏斗部的纖毛（cilia）和輸卵管本身的蠕動（peristalsis）運動吸入和輸送。

選項分析：
A). The force of the follicular ejection directing the oocyte into the oviduct.：卵泡破裂釋放卵子時，確實存在一定的「噴射」力，但這並非將卵子直接「推入」輸卵管的主要動力。

本題考查硝化細菌（Nitrifying bacteria）在氮循環（nitrogen cycle）中的作用。氮循環是一個複雜的過程，涉及氮元素的各種轉化。硝化細菌是其中扮演關鍵角色的微生物。

硝化作用（Nitrification）是硝化細菌通過氧化氨（ammonia）或銨離子（ammonium ion, $NH_4^+$）來獲取能量的過程。這個過程通常分為兩個主要步驟，由不同種類的硝化細菌完成：

1. 氨氧化細菌 (Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)：將氨（$NH_3$）或銨離子（$NH_4^+$）氧化成亞硝酸鹽（nitrite, $NO_2^-$）。
   $2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2NO_2^- + 2H^+ + 2H_2O$
   或
   $2NH_4^+ + 3O_2 \rightarrow 2NO_2^- + 2H_2O + 4H^+$

2. 亞硝酸鹽氧化細菌 (Nitrite-oxidizing bacteria, NOB)：將亞硝酸鹽（$NO_2^-$）氧化成硝酸鹽（nitrate, $NO_3^-$）。
   $2NO_2^- + O_2 \rightarrow 2NO_3^-$

硝酸鹽（$NO_3^-$）是植物能夠直接吸收利用的氮源。

本題考查鯊魚（sharks）在海水中的滲透調節（osmoregulation）。鯊魚與大多數硬骨魚類不同，牠們的體液滲透壓與海水相當，因此被認為是滲透壓調節者（osmoconformers）。然而，牠們並非完全被動地適應海水，仍然需要進行滲透調節來維持體內離子平衡和防止脫水。

鯊魚維持體內滲透壓接近海水，主要通過以下機制：

1. 尿素的積累：鯊魚的肝臟會產生大量的尿素（urea），並將其積聚在血液和組織中。尿素的濃度可以達到非常高（約 350-450 mM），使得鯊魚體內的總滲透壓略高於海水。
2. 三甲胺氧化物（TMAO）的保護：高濃度的尿素對細胞有毒性，會破壞蛋白質結構和功能。為了抵消尿素的毒性，鯊魚的細胞內還會合成並積累大量的動物三甲胺氧化物（trimethylamine oxide, TMAO）。TMAO 是一種滲透保護劑，可以穩定蛋白質，使其在高濃度尿素下仍能正常工作。
3. 鹽腺（Salt gland）：鯊魚的直腸腺（rectal gland）是一個特殊的器官，能夠主動分泌濃縮的鹽溶液（主要是 NaCl），將體內過多的鹽分排出，從而維持鹽分的平衡。
4. 腎臟功能：鯊魚的腎臟可以重吸收大部分尿素，使其在體內循環利用，同時也會排出一些鹽分。

選項分析：
A). Using their gills and kidneys to rid themselves of sea salts.：硬骨魚類主要通過鰓排出鹽分，腎臟排鹽功能較弱。鯊魚的腎臟也參與排鹽，但其主要策略是通過直腸腺排出高濃度的鹽。

本題考查「競爭排除原理」（Competitive Exclusion Principle），也稱為高斯原理（Gause's Principle）。這個原理是生態學中的一個重要概念，描述了物種間競爭的後果。

競爭排除原理指出：如果兩種或兩種以上的生物爭奪同一種有限的資源，那麼其中適應性較強的物種將會最終排除（排除其競爭者），使其無法在同一地點、同一時間共存。換句話說，兩個物種如果佔據完全相同的生態位（niche），則牠們不能在一個穩定的群落中長期共存。

選項分析：
A). Competition in a population promotes survival of the best-adapted.：這描述的是自然選擇（natural selection）的結果，而不是競爭排除原理。競爭是自然選擇的一個驅動因素，但這句話本身不是競爭排除原理的定義。
B). Two species cannot coexist in the same habitat.：這過於絕對。

本題考查脂肪（fats）和碳水化合物（carbohydrates）在人體消化道中的吸收過程的差異。

消化與吸收的過程：

• 碳水化合物 (Carbohydrates)：
  • 消化：主要在口腔（唾液澱粉酶）和小腸（胰澱粉酶、腸道雙醣酶）進行，將多醣分解為單醣（如葡萄糖）。
  • 吸收：單醣（如葡萄糖）主要在小腸的絨毛細胞吸收，然後通過門靜脈（hepatic portal vein）直接進入肝臟。
• 脂肪 (Fats)：
  • 消化：主要在小腸進行。首先，膽汁（由肝臟分泌，儲存在膽囊）將脂肪乳化成小滴，增加表面積。然後，胰脂酶（pancreatic lipase）將脂肪分解為脂肪酸和甘油單酯。
  • 吸收：脂肪酸和甘油單酯在小腸絨毛細胞內重新組合成三酸甘油酯（triglycerides），並與蛋白質結合形成乳糜微粒（chylomicrons）。乳糜微粒因為體積較大，無法直接進入毛細血管，而是通過小腸絨毛內的乳糜管（lacteal），進入淋巴系統（lymphatic system）。淋巴系統最終將這些脂肪運輸到循環系統。

選項分析：
A). Most absorbed fat first enters the lymphatic system, whereas carbohydrates directly enter the
blood.：這是正確的。

本題考查人體飲用海水（seawater）的後果。海水中的鹽分濃度（約 3.5%）遠高於人體體液的鹽分濃度（約 0.9%）。

人體腎臟排泄尿液的滲透壓最高約為 1.4 Osm/L，而海水的滲透壓約為 1.0 Osm/L（每升約含 35 克鹽）。當人體攝入高濃度鹽水時，腎臟需要分泌比海水更高滲透壓的尿液，才能將多餘的鹽分排出體外。然而，人體腎臟的濃縮能力有限，無法產生比海水更高滲透壓的尿液。

因此，為了排出攝入的海水中所含的鹽分，人體必須消耗更多的體內水分來稀釋這些鹽分，並將其排出。這導致人體實際上是通過排尿損失了比喝入的海水更多的水分。

選項分析：
A). will thrive under such conditions, as long as he has lived at the ocean most of his life.：即使長期生活在海邊，人體生理上也無法直接利用海水作為飲水。人體依然需要淡水來維持體液平衡。

本題考查人類在口腔中，最早通過酶進行化學消化的巨分子（macromolecules）類別。

食物進入口腔後，會與唾液混合。唾液中含有幾種重要的消化酶：

• 唾液澱粉酶 (Salivary amylase)：也稱為唾液 α-澱粉酶，負責開始分解碳水化合物（澱粉）為較小的寡醣（oligosaccharides）和雙醣（disaccharides）。
• 唾液脂肪酶 (Lingual lipase)：在口腔中開始作用，但其活性較低，主要作用是在胃酸的環境下被激活，並在小腸中發揮主要作用，分解脂肪。
• 溶菌酶 (Lysozyme)：具有抗菌作用，可以破壞細菌的細胞壁。

本題考查「必需營養素」（essential nutrients）的概念。必需營養素是指生物體無法自行合成，必須從外界飲食中攝取的營養物質。

選項分析：
A). The nutrients are subunits of important polymers.：許多非必需營養素也是重要聚合物的組成部分（例如，葡萄糖是多醣的單元，但葡萄糖可以被許多動物自行合成）。因此，這不是必需營養素的定義。
B). Only certain foods contain them.：雖然必需營養素可能集中在某些食物中，但這不是定義。許多非必需營養素也可能只存在於特定食物中。

本題考查生態學中的 r/K 選擇理論（r/K selection theory）。該理論描述了生物體在繁殖策略上，在「數量」和「質量」之間進行權衡的兩種極端策略。

• r-選擇 (r-selection)：傾向於最大化繁殖速率（r），通常出現在不穩定、資源有限且競爭較弱的環境中。特徵是快速生長、早熟、產生大量小型後代、較少的親代撫育、較短的生命週期。
• K-選擇 (K-selection)：傾向於在高密度環境中有效利用資源，通常出現在穩定、資源豐富且競爭激烈的環境中。特徵是較慢的生長、晚熟、產生較少但較大的後代、較多的親代撫育、較長的生命週期。

以下是根據 r/K 選擇理論填寫的表格：

Type	r-selection	K-selection
Example organism	Bacteria, insects, rodents, annual plants	Elephants, whales, humans, large trees
Overall mortality	High	Low
Number of offspring	Many	Few
Quality of offspring	Small, low survival rate	Large, high survival rate
Degree of Parental care	Low or none	High
Reproductive Maturity	Early (short time to reproduce)	Late (long time to reproduce)

核心觀念

本題考的是疫苗如何讓免疫系統辨識 SARS-CoV-2 抗原，進而產生保護性免疫。四種疫苗的主要差異，在於「抗原如何進入人體」：直接注入失活病毒、用病毒載體送入抗原基因、注入 mRNA，或直接注入病毒蛋白。

抗原可活化 B 細胞，促使其分化並產生抗體；抗原呈現細胞也會呈現抗原，啟動 T 細胞反應。不同疫苗平台誘發抗體與細胞性免疫的程度不同。

解題方法

依序辨認每種疫苗提供給人體的是「完整失活病毒」、「抗原基因的載體」、「mRNA 指令」或「抗原蛋白本身」，再說明人體如何產生或辨識抗原，最後配上一種代表性疫苗名稱。

疫苗類型	作用機制	疫苗名稱
全病毒不活化疫苗	將 SARS-CoV-2 病毒以化學或物理方式失活，使其不能複製，再注入人體。免疫系統辨識病毒上的多種抗原並產生免疫反應；此類疫苗通常會搭配佐劑以增強反應。	Sinovac-CoronaVac，屬不活化疫苗，列入 WHO 緊急使用清單。WHO 資料
病毒載體疫苗	使用經改造、通常不能在人類細胞中複製的腺病毒，攜帶 SARS-CoV-2 刺突蛋白基因。細胞表現該基因並製造刺突蛋白，接著引發抗體及 T 細胞反應。	AstraZeneca Vaxzevria，為非複製型腺病毒載體疫苗。

核心觀念

本題考查古人類基因組學如何利用古代 DNA，重建已滅絕人族的演化關係，以及這些族群與現代人類之間的基因交流。古代 DNA 通常已降解，研究者須從古人類化石中取得 DNA、進行定序，再與現代人類及其他古人類的基因組比較。

解題方法

題目要求舉出兩項研究，每項以數句概述。作答時可選擇兩個代表性成果：尼安德塔人基因組定序與丹尼索瓦人的發現及其基因貢獻。每例交代研究材料或方法、主要發現，以及它對人類演化認識的意義。

研究例一：完成尼安德塔人基因組定序

帕博與研究團隊從尼安德塔人化石中提取古代 DNA，克服 DNA 降解及現代人類 DNA 污染等問題，並定序、分析尼安德塔人基因組。研究顯示，尼安德塔人與現代人類有共同祖先；兩群人在演化分支分開後仍曾交配。現今非洲以外的許多人群，約有 1% 至 4% 的基因組源自尼安德塔人，證明人類演化史包含不同人族之間的基因交流。

研究例二：發現丹尼索瓦人及其基因貢獻