112 年 國立臺北大學自然資源與環境管理研究所《生態學》

此題旨在釐清生態學中描述群集組成（community composition）的兩個重要指標。

Species richness 指的是在特定區域或樣本中，物種的總數。它只關注有多少種不同的生物存在，而不考慮它們的相對數量。例如，一個森林有 50 種鳥類，那麼其物種豐富度就是 50。

此題考查的是生態學中描述生物生存空間與角色的兩個基本概念。

Habitat (棲地) 指的是生物體或物種生存的物理環境或空間。它包含了生物體賴以生存的地理位置、氣候條件、土壤類型、植被結構等所有外部環境要素。例如，一片森林、一個湖泊、一塊珊瑚礁都可以是一個棲地。一個棲地可以容納多個物種。

此題旨在區分兩種在生態系統中分解有機物的重要生物類群。

Decomposer (分解者) 泛指能夠將死亡生物體和排泄物中的有機物分解為無機物（如二氧化碳、水、礦物質）的生物。這個過程對於物質循環至關重要，將有機物中的養分釋放回環境，供生產者利用。主要的分解者是細菌和真菌。分解作用通常是化學過程，涉及酶的分泌。

Detritivore (碎屑食者) 則是一類以死亡的有機碎屑（detritus）為食的異營生物。它們吞食有機物，並將其分解成更小的顆粒，同時也將一部分有機物轉化為自己的能量和物質。

此題考查的是生產者（通常是植物、藻類或某些細菌）在生態系統中固碳速率的兩個重要指標。

Gross primary production (GPP)，即總初級生產量，是指在特定時間內，生產者透過光合作用（或化學合成作用）將無機物（如二氧化碳和水）轉化為有機物的總量。這是生態系統能量輸入的初始來源。

Net primary production (NPP)，即淨初級生產量，是指生產者在進行光合作用的同時，也需要進行呼吸作用（respiration）來維持自身的生命活動。呼吸作用會消耗一部分有機物。

此題考查病毒傳播與變異的生態學與演化學關聯。

「感染病例呈爆發式增長」與「變異病毒株產生」之間存在著密切的關聯，主要體現在以下幾點：

1. 病毒複製與變異的機會增加：當病毒感染的宿主數量急劇增加時，病毒在宿主體內複製的機會也隨之大幅增加。病毒在複製過程中，其遺傳物質（DNA 或 RNA）的拷貝並非完美無缺，總會伴隨著一定機率的錯誤，這些錯誤即為突變（mutation）。感染病例越多，病毒複製的總量就越大，因此累積的突變總數也會越多。

2. 變異株出現與被篩選的機率增加：在眾多突變中，有些突變可能對病毒有利（例如增加傳播力、逃避免疫系統、降低毒性以便長期存活），有些可能有害，有些則無影響。當感染病例呈爆發式增長時，意味著病毒正在大規模傳播。

此題考查演化學中的「適應度」（fitness）概念。適應度是指一個生物體（或基因型）在特定環境中，成功繁殖並將其基因傳遞給下一代的相對能力。它與生存率和繁殖率有關。

根據題意，我們分析甲、乙兩種變異株的適應度：

• 甲變異株：症狀明顯，致死率高達 70%。這意味著感染甲變異株的個體，有很大的機率在繁殖年齡之前死亡，或者死亡後無法再傳遞基因。即使存活下來，嚴重的症狀也可能影響其繁殖能力。因此，甲變異株的生存率和繁殖率都非常低，其適應度將會很低。

• 乙變異株：症狀輕微，致死率僅 5%。這意味著感染乙變異株的個體，絕大多數都能夠存活，並且症狀輕微不太可能顯著影響其繁殖能力。因此，乙變異株的生存率和繁殖率都相對較高，其適應度將會很高。

生態學概念闡述：

此論述是錯誤的。

論述內容：The carrying capacity of any given area is fixed. (任何給定區域的負載量是固定的。)

錯誤原因：
「負載量」（Carrying capacity, K）是指在特定環境條件下，某一物種能夠無限期維持的穩定族群數量。然而，環境條件並非一成不變，因此負載量 $K$ 也不是固定不變的。影響負載量的因素包括：

1. 資源可用性：食物、水源、棲息地等資源的數量會隨季節、氣候事件（如乾旱、洪水）、自然災害、甚至人類活動而波動。例如，豐收的年份會暫時提高植物的負載量，而嚴重的乾旱則會降低。

此論述是錯誤的。

論述內容：In speciation, two species interbreed to form one new species. (在物種形成過程中，兩個物種雜交形成一個新物種。)

錯誤原因：
物種形成（speciation）是指一個物種分化成兩個或多個新物種的過程。雖然雜交（hybridization）有時在物種形成中扮演一定角色，但原論述的描述是錯誤的，原因如下：

1. 定義問題：物種（species）的定義本身就包含生殖隔離（reproductive isolation）。根據生物學物種定義，不同物種的個體之間通常無法成功雜交產生有繁殖能力的後代。如果兩個群體能夠成功雜交並產生有繁殖能力的後代，那麼它們在生物學上就被視為同一物種。
2. 雜交的結果：即使兩個不同物種發生雜交，其後代（雜種）通常面臨以下幾種情況：
   • 不育：例如馬和驢雜交產生的騾。雜種無法繁殖，因此無法形成新物種。
   • 生存力差：雜種可能比親本物種更脆弱，存活率低。
   • 部分生殖隔離：雜種可能可以繁殖，但其後代存活率或繁殖力較低，或者與親本物種的基因交流受到限制。

此論述是錯誤的。

論述內容：Indicator species are particularly vulnerable to extinction. (指示物種特別容易滅絕。)

錯誤原因：
指示物種（Indicator species）是指對環境變化敏感的物種，牠們的存在、豐度或健康狀況的變化，能夠反映出特定環境的狀態或變化。例如，某些兩棲類對水質和棲息地破壞非常敏感，牠們數量的減少可能預示著環境污染或棲息地退化。

指示物種之所以被選為「指示」，是因為牠們對環境條件（如污染、溫度變化、棲息地喪失）的反應較為明顯和快速。然而，這並不意味著牠們「特別容易滅絕」。牠們的敏感性使牠們成為監測環境健康的「警報器」，但牠們的滅絕風險高低，取決於許多因素，包括：

1. 棲息地特異性：如果指示物種的棲息地非常狹窄或特殊，一旦該棲息地受到嚴重破壞，牠們確實可能面臨較高的滅絕風險。

生態學知識在人類社會追求永續發展（Sustainable Development）的過程中扮演著基石性的角色，兩者之間存在著深刻且密不可分的關聯。永續發展的目標是滿足當代人的需求，同時不損害後代人滿足其自身需求的能力。而生態學正是研究生物與其環境之間相互作用的科學，它揭示了地球生命系統的運作規律、資源的有限性、生態系統服務的功能以及人類活動對這些系統的影響。

關聯性闡述：

1. 理解資源的有限性與循環：生態學研究揭示了地球上的資源（如水、土壤、空氣、生物多樣性）並非無限，而是遵循物質循環和能量流動的規律。永續發展要求我們認識到這種有限性，並以可再生、高效的方式利用資源，避免過度消耗和污染，確保資源能夠持續供應給未來世代。
2. 認識生態系統服務（Ecosystem Services）的重要性：生態系統不僅提供物質資源，還提供許多對人類生存至關重要的「服務」，如淨化空氣和水源、調節氣候、授粉、土壤形成、防止水土流失、提供食物和藥物等。生態學研究幫助我們量化、理解和重視這些服務的價值，並強調保護生態系統是實現永續發展的前提。
3. 評估人類活動的環境影響：人類的經濟活動、社會發展往往對環境產生影響。生態學提供了評估這些影響（如棲息地破壞、物種滅絕、氣候變遷、污染）的理論框架和方法，使我們能夠預測潛在的後果，並制定相應的緩解和適應策略，引導發展走向更環保、更可持續的方向。
4. 生物多樣性保育與生態系統穩定性：生態學研究表明，生物多樣性是生態系統穩定性、韌性（resilience）和生產力的基礎。高度多樣化的生態系統更能抵抗環境壓力、恢復受損功能。永續發展必然包含對生物多樣性的保護，因為生物多樣性的喪失將削弱生態系統提供服務的能力，最終威脅人類福祉。
5. 人地關係的互動模式：生態學研究人類與自然環境的互動關係，包括人類行為如何改變生態系統，以及生態系統的變化又如何反饋影響人類社會。這有助於我們發展更和諧、更具韌性的人地關係模式，避免過去掠奪式、破壞性的發展模式。

向一般大眾說明的舉例：

我們可以將地球比喻成一個「地球村」，村裡有許多共同擁有的資源，像是乾淨的水井（水源）、肥沃的土地（土壤）、新鮮的空氣，還有各種幫助我們生存和生活的小夥伴（動植物）。

• 例子一：水資源的永續利用
  • 生態學知識：我們知道河流、湖泊、地下水是有限的，而且有自我淨化能力，但這需要時間和健康的生態環境（如森林、濕地）來維持。

生態學概念：Ecological succession (生態演替) 是指在一個生態系統中，隨著時間的推移，植物、動物和其他生物群落的組成和結構發生有序的、可預測的變化過程。它通常從先驅群落（pioneer community）開始，經歷一系列中間群落，最終達到一個相對穩定的頂極群落（climax community）。

生態系服務分類：
生態系服務（Ecosystem Services）通常被分為四大類：

1. 供給服務 (Provisioning Services)：人類直接從生態系統中獲取的產品，如食物、淡水、木材、纖維、藥物、燃料等。
2. 調節服務 (Regulating Services)：生態系統調節自然過程的能力，從而影響人類福祉，如氣候調節、洪水調節、病蟲害調節、水質淨化、授粉等。
3. 支持服務 (Supporting Services)：維持其他生態系服務所必需的基礎過程，如初級生產（光合作用）、土壤形成、營養物質循環、水循環等。
4. 文化服務 (Cultural Services)：非物質的益處，人類從生態系統中獲得的精神、情感和休閒價值，如美學景觀、精神啟迪、教育、娛樂、歷史文化傳承等。

生態演替屬於何種生態系服務？

Ecological succession (生態演替) 主要屬於 支持服務 (Supporting Services)，但它也對 調節服務 (Regulating Services) 和 供給服務 (Provisioning Services) 產生影響。

為什麼？

1. 作為支持服務：
   • 初級生產 (Primary Production)：生態演替的初始階段（先驅群落）通常由適應力強、生長快速的生產者（如地衣、草本植物）建立，牠們是生態系統能量輸入的基礎。隨著演替的進行，群落結構變得複雜，生產力也可能發生變化，但整個演替過程是建立和維持生態系統生產力的過程。
   • 土壤形成 (Soil Formation)：在裸露地表（如火山岩、沙丘）開始的演替，生物（如地衣、植物根系）的活動及其死亡分解，是土壤形成和肥力積累的關鍵。