108 年 國立中山大學生物科學系碩士班甲組《普通生物學》

此題主要考驗學生對病毒結構、傳染病學以及比較生物學的理解。

核心觀念： 病毒的結構與存活能力、傳染病的傳播途徑與影響、防疫策略。

詳解：

1. 非洲豬瘟病毒為何可以存活這麼久？

非洲豬瘟病毒 (African Swine Fever Virus, ASFV) 是一種 DNA 病毒，相較於 RNA 病毒，DNA 病毒通常在複製時有較高的保真度，不易發生突變，但也意味著其結構相對穩定。ASFV 的外殼具有高度的抵抗力，使其能夠在環境中長期存活，特別是在低溫、乾燥的條件下。冷凍豬肉或肉製品，由於低溫抑制了微生物的生長和酶的活性，使得 ASFV 能夠在其中保持感染性。此外，ASFV 對 pH 值和熱的耐受性也較強，不易被分解。

2. 非洲豬瘟與 2014 年底爆發的禽流感相比，傳播途徑與對人體健康的影響有何區別？

• 傳播途徑：

  • 非洲豬瘟 (ASFV)： 主要透過接觸受感染的豬隻、其分泌物（如血液、尿液、糞便）以及被病毒污染的飼料、水、設備、交通工具等傳播。人體並非宿主，不會感染 ASFV，但人體是機械性傳播媒介，例如透過處理疫區豬肉或接觸受感染豬隻的衣物、鞋子等，將病毒帶往其他地區。
  • 禽流感 (Avian Influenza Virus)： 主要在鳥類之間傳播，尤其是水禽。傳播途徑包括直接接觸受感染的禽鳥、其分泌物、糞便，以及受污染的環境（如水、飼料、籠具）。人感染禽流感通常是透過直接接觸受感染的禽鳥或其分泌物，或暴露於受污染的環境。

• 對人體健康的影響：

  • 非洲豬瘟 (ASFV)： 對人體沒有致病性。ASFV 只感染豬科動物。

此題主要考驗學生對族群生態學、保育生物學以及環境影響的理解。

核心觀念： 棲地破碎化、路殺、滅絕漩渦 (Extinction Vortex)、族群保育策略。

詳解：

1. 路殺與棲地破碎化對於石虎族群的影響為何？

• 棲地破碎化 (Habitat Fragmentation)： 意指原本連續的棲地被開發等人類活動分割成較小、較孤立的碎片。對於石虎這類需要一定活動範圍的掠食者而言，棲地破碎化會導致：

  • 活動範圍縮小與隔離： 石虎的狩獵、繁殖、遷徙等活動受限，不同棲地碎片之間的個體難以交流，影響基因流動。
  • 食物來源減少： 棲地的縮小和改變可能導致石虎的獵物（如小型哺乳類、鳥類）數量減少。
  • 增加與人類活動的接觸： 棲地碎片化常伴隨道路、聚落的擴張，增加石虎與人類活動區域的重疊，提高衝突機率。
  • 孤立的族群： 碎片化的棲地容易形成孤立的小族群，使其更容易受到隨機事件（如疾病、天災）的影響而滅絕。

• 路殺 (Roadkill)： 指動物在穿越道路時被車輛撞死的現象。路殺是棲地破碎化後，動物與道路接觸增加的直接後果。對於石虎而言，路殺是導致族群數量下降的重要原因之一，特別是當道路穿過其主要活動區域時。路殺會直接減少族群的繁殖潛力個體，且通常發生在青壯年個體，對族群的衝擊更大。

總結影響： 棲地破碎化是根本原因，它創造了更多與道路接觸的機會，進而導致路殺事件頻繁發生。兩者共同作用，極大地削弱了石虎族群的生存能力、繁殖能力和遺傳多樣性，使其更難維持穩定的族群數量。

2. 解釋何為滅絕漩渦 (Extinction Vortex)。

滅絕漩渦 (Extinction Vortex)，又稱「滅絕循環」或「惡性循環」，是指當一個物種的族群數量下降到一定程度時，會進入一個自我強化的負面循環，使得族群持續衰退，最終走向滅絕。這個漩渦包含多種因素，這些因素相互作用，共同加速了族群的滅亡。主要因素包括：

• 族群數量減少 (Reduced Population Size)： 這是進入漩渦的起始。
• 基因漂變 (Genetic Drift)： 在小族群中，隨機的基因頻率變異（基因漂變）效應會變得更強。有利的基因可能因隨機事件消失，而不利的基因可能因隨機事件增加，導致族群的適應能力下降。
• 近親繁殖 (Inbreeding)： 小族群中，個體之間發生近親繁殖的機率增加。近親繁殖會導致隱性有害基因純合子的機率增加，產生「近交衰退」(inbreeding depression)，表現為繁殖率下降、存活率降低、對疾病抵抗力減弱等。
• 喪失基因多樣性 (Loss of Genetic Diversity)： 基因漂變和近親繁殖都會導致族群的基因多樣性下降，使族群對環境變化的適應能力減弱。

此題考驗學生對族群生態學、族群增長模式、生態系調節機制以及保育生物學的知識。

核心觀念： 族群增長模式 (Logistic Growth)、頂級掠食者控制 (Top-down Control)、生物調控 (Biomanipulation)。

詳解：

1. 在過去 30 年間，梅花鹿的族群最符合哪種族群生長模式？

在過去 30 年間，梅花鹿族群從野放初期的極小數量（可能接近 0），經過復育，數量逐漸增加，預計有 2000 隻左右。這種情況最符合邏輯斯諦增長模式 (Logistic Growth)。

邏輯斯諦增長模式描述了族群在有限環境資源下的增長。其特徵是：

• 初期，當族群數量遠小於環境承載量 (Carrying Capacity, K) 時，增長率接近指數增長。
• 隨著族群數量接近 K，資源變得有限，競爭加劇，增長率開始下降。
• 最終，族群數量會穩定在環境承載量 K 附近，增長率趨近於零。

在梅花鹿的例子中，經過野放和復育，牠們在墾丁地區找到了適宜的棲地和資源，因此族群數量開始快速增長。但隨著數量增加，棲地資源（如食物、空間）的限制會越來越明顯，增長速度會逐漸減緩，最終趨於穩定（儘管目前可能尚未完全達到穩定點，但趨勢是如此）。

2. 若沒有外力干預，梅花鹿在墾丁地區未來可能的族群動態變化為何？

若沒有外力干預（例如疾病、新的掠食者、極端氣候事件、或人類的狩獵），梅花鹿族群的動態變化很可能趨向於穩定在墾丁地區的環境承載量 (K) 附近。

• 短期內： 族群數量可能繼續緩慢增長，直到達到 K 值。
• 長期： 族群數量會在 K 值上下波動。當族群數量略高於 K 時，資源壓力增大，繁殖率下降，死亡率上升，族群數量會回落。當族群數量略低於 K 時，資源相對充足，繁殖率和存活率提高，族群數量會回升。
• 潛在問題： 如果 K 值本身受到限制（例如棲地面積、食物供應），或者族群密度過高導致棲地嚴重破壞，可能會導致 K 值下降，族群數量難以維持，甚至可能引發族群崩潰。目前墾丁地區已出現「森林林下植被被嚴重啃食破壞」的現象，這表示族群數量可能已經超過了當地棲地的承載能力，長期來看，這將不利於族群的穩定，甚至可能導致族群數量下降。

3. 如何設計相關的生物調控 (biomanipulation) 措施來控制梅花鹿族群數量？

「Top-down model」是指生態系的調節主要由高階掠食者或頂級消費者（在此案例中，梅花鹿是草食動物，是下一級消費者，但其數量過高時，可以視為一種「頂級」壓力源，透過調控牠們來影響下層生態系）來控制。這裡的「生物調控」是指利用生物手段來管理族群數量。

針對梅花鹿族群數量過高導致的棲地破壞問題，以下是一些生物調控的設計思路：

此題考驗學生對生物多樣性、滅絕原因、保育價值以及生態系統服務的理解。

核心觀念： 生物多樣性喪失的原因、保育生物學的價值、生態系統服務。

詳解：

1. 目前造成生物多樣性流失的主要原因為何？

根據科學研究，目前造成生物多樣性（Biodiversity）流失的主要原因，常被歸納為以下幾點，可簡稱為「HIPPO」或「HIPPCO」法則：

• 棲地破壞、破碎化與退化 (Habitat Destruction, Fragmentation, and Degradation)：

  • 這是最主要的原因。人類為了擴張農業、城市、工業、交通建設等，直接砍伐森林、填平濕地、改變河流、開發海岸，導致野生動植物賴以生存的棲地面積縮小、品質下降，甚至完全消失。
  • 棲地破碎化將原本連續的棲地分割成小塊，阻礙了物種的移動、基因交流，並增加物種與人類活動的衝突。

• 入侵種 (Invasive Species)：

  • 外來物種（非本地物種）透過人類活動被引入新的生態系，若其能夠快速繁殖並擴散，且缺乏天敵或競爭者制約，就可能對本地物種造成嚴重威脅。
  • 入侵種會與本地物種競爭資源（食物、空間）、捕食本地物種、傳播疾病，或改變棲地環境，導致本地物種數量下降甚至滅絕。

• 污染 (Pollution)：

  • 各種形式的污染，包括化學污染（農藥、工業廢料、塑膠微粒）、重金屬污染、水體優養化（過量氮磷）、空氣污染、噪音污染、光污染等，都會對生物體的健康、繁殖和生存環境造成負面影響。

• 人口增長 (Population Growth, Human)：

  • 不斷增長的人口對地球資源的需求不斷增加，這間接驅動了上述其他原因（如棲地破壞、資源過度利用）。

• 過度利用 (Overexploitation)：

  • 人類對野生動植物資源的過度捕撈、狩獵、採集，例如過度捕魚、非法盜獵、過度砍伐森林等，直接導致許多物種的數量急劇下降，甚至瀕臨滅絕。

• 氣候變遷 (Climate Change)：

  • 全球暖化導致的氣候模式改變（溫度升高、降雨模式改變、極端氣候事件頻發），影響了物種的分布範圍、繁殖週期、食物鏈關係，以及棲地的適宜性。許多物種無法快速適應或遷徙到新的適宜環境，面臨生存危機。

2. 我們又為何要保育生物多樣性？

保育生物多樣性具有多重重要價值，不僅是為了保護物種本身，更是為了維持地球生態系統的健康與穩定，最終造福人類。

• 生態系統穩定性與韌性 (Ecosystem Stability and Resilience)：
  • 生物多樣性高的生態系統通常更穩定，更能抵抗環境變遷和干擾，並能更快地從災難中恢復（韌性）。

此題考驗學生對生態學中能量流動、食物鏈以及生產力的理解。

核心觀念： 食物鏈 (Food Chain)、能量轉移效率 (Energy Transfer Efficiency)、生產力 (Productivity)。

詳解：

吃素（素食主義）之所以能節能減碳，主要與生態學中的能量流動和食物鏈效率有關。

1. 能量轉移效率低：
在生態系統中，能量從一個營養級（Trophic Level）轉移到下一個營養級時，效率非常低。通常只有大約 10% 的能量能夠被成功轉移。這意味著：

• 生產者（植物）將太陽能轉化為有機物的能量。
• 初級消費者（植食動物，如牛、羊）吃植物，只能獲得植物總能量的約 10%。
• 次級消費者（肉食動物，如人吃肉）吃植食動物，只能獲得植食動物總能量的約 10%（即生產者總能量的約 1%）。
• 高級消費者（如人吃其他肉食動物）則獲得更少的能量。

2. 畜牧業的能量損耗：
畜牧業（飼養牛、羊、豬等動物作為食物來源）需要大量的植物作為飼料。這些植物的生產過程本身就需要太陽能、水、土地和肥料。然後，動物在生長、代謝（呼吸、排泄、維持體溫）過程中，會消耗掉飼料中大部分的能量，只有一小部分能量會轉化為動物的肉、奶、蛋等。

此題考驗學生對生態學中食物鏈結構、營養級以及環境因素對食物鏈影響的理解。

核心觀念： 食物鏈長度 (Food Chain Length)、營養級 (Trophic Level)、環境因素、生產力。

詳解：

1. 決定食物鏈長短的主要因子為何？

食物鏈的長度，即食物鏈中所包含的營養級數量，主要受到以下幾個因子的影響：

• 初級生產力的能量輸入 (Energy Input from Primary Productivity)：

  • 這是最關鍵的因素。生產者（如植物）將太陽能轉化為有機物的能量是整個生態系能量的基礎。
  • 能量轉移效率： 能量在營養級之間的轉移效率大約只有 10%。這意味著，只有當初級生產者的總能量（生產力）非常高時，才能支持較多的營養級。如果初級生產力較低，能量很快就會耗盡，無法支持更高級的消費者。
  • 高生產力生態系（例如熱帶雨林、珊瑚礁）能夠支持更長的食物鏈，因為有更多的能量可供分配給各個營養級。

• 環境穩定性與時間 (Environmental Stability and Time)：

  • 穩定且長期存在的生態系，有更多時間讓物種演化出複雜的食物網和更長的食物鏈。
  • 不穩定或經常遭受干擾的生態系（例如季節性池塘、高緯度地區）通常食物鏈較短，因為物種的演化和複雜化受到限制。

• 棲地異質性 (Habitat Heterogeneity)：

  • 複雜且多樣的棲地（例如森林）提供了多樣化的生態位，允許更多不同類型和食性的物種生存，從而可能支持更長的食物鏈。