111 年 國立中山大學生物科學系碩士班甲組《生物學》

此題考驗對生態學基本名詞的定義。

題目詢問一群生活在特定區域並相互作用的同種個體，其學名為何。
選項分析：
A. Biosphere (生物圈) 指地球上所有生命存在的總稱，範圍最大。
B. Community (群集) 指在同一區域內所有不同物種的集合。

此題考驗對魚類生命週期與遷移模式的術語定義。

題目描述了鮭魚的生命週期特徵：出生於淡水溪流，但成年後大部分時間生活在海洋。這種生活史模式有特定的學術術語。

選項分析：
A. Ahedonistic：此詞與生物學術語無關，無實際意義。
B. Anadromous：指魚類在淡水出生，洄游到海中成長，成熟後再回到淡水繁殖的生命週期。

此題考驗對植物葉片特徵與適應策略的術語定義。

題目描述了在寒冷或乾燥時期會定期落葉的樹木。這是一種植物適應環境的策略。

選項分析：
A. Deciduous：指落葉性植物，在特定的季節（通常是寒冷或乾燥季節）會自動脫落葉片，以減少水分散失和對抗寒冷。
B. Succulent：指肉質植物，葉片或莖部肥厚，能儲存大量水分，以適應乾旱環境，但它們通常不會定期落葉。

此題考驗對極端環境耐受性的生物學知識。

題目詢問哪類生物最有可能在高溫（90°C）的環境，如溫泉中生存。這需要了解不同生物類的耐熱極限。

選項分析：
A. Mollusks (軟體動物)：大多數軟體動物對高溫敏感，90°C 對牠們而言是致命的。
B. Insects (昆蟲)：大多數昆蟲的耐熱極限遠低於 90°C，牠們通常無法在高溫環境生存。
C. Protists (原生生物)：雖然有些原生生物能耐受較高溫度，但 90°C 對絕大多數原生生物來說過於極端。

此題考驗對植物光合作用中類胡蘿蔔素 (carotenoids) 和光保護機制 (xanthophyll cycle) 的理解。

題目提到植物在強光下會啟動葉黃素循環 (xanthophyll cycle) 來耗散過剩的光能，以防止光損傷。葉黃素循環涉及類胡蘿蔔素的相互轉化。

葉黃素循環的主要過程是：在強光下，紫黃質 (violaxanthin) 經過轉化，變成玉米黃質 (zeaxanthin) 和/或異玉米黃質 (antheraxanthin)。這個過程能幫助將過剩的光能以熱能的形式散失。當光照強度降低時，這個過程會逆轉。

此題考驗對族群遺傳學與演化機制，特別是關於鳥類族群恢復的案例。

題目描述了伊利諾州的草原雞 (prairie chickens) 族群蛋孵化率的恢復。草原雞在 20 世紀中期因棲地破壞而數量銳減，面臨嚴重的族群瓶頸效應 (bottleneck effect)，導致遺傳多樣性降低，孵化率下降。後來透過引入其他地區的草原雞，族群才得以恢復。

選項分析：
A. Genetic drift (基因漂變)：在小族群中，由於隨機事件導致基因頻率發生變化。族群瓶頸時基因漂變會加劇，導致有害等位基因頻率上升，這與孵化率下降有關，但恢復可能與其相反。
B. Disruptive selection (分裂選擇)：選擇壓力偏好兩個極端表型，而中間表型不利。

此題考驗對表型可塑性 (phenotypic plasticity) 的理解，以及相關術語的定義。

表型可塑性是指同一基因型的生物在不同環境下表現出不同表型的能力。題目問的是表型可塑性的特殊形式。

選項分析：
A. Anisogamy (異配子)：指兩種大小和形態不同的配子結合，是無性生殖的一種形式，與表型可塑性無關。
B. Polyphenism (多型現象)：指在同一環境下，由於基因型差異而產生不同表型，或者在不同環境下，基因型相同但環境不同，導致產生兩種或多種離散的表型。

此題考驗對昆蟲越冬策略的術語定義。

題目描述了許多昆蟲在冬季會處於蛹期休眠狀態。這是一種為了度過不利環境（寒冷）的適應性策略。

選項分析：
A. Diapause (滯育)：指某些昆蟲或節肢動物在不利環境條件下（如冬季寒冷、夏季乾旱）進入的一種延遲發育狀態，表現為代謝率降低、活動暫停，是一種暫時性的休眠。昆蟲在蛹期越冬正是滯育的一種典型表現。

此題考驗對植物繁殖和群落結構相關術語的理解。

題目詢問哪個術語指的是「生理上獨立的植物」。這通常與無性繁殖形成的大型克隆群落 (clonal colony) 有關。

選項分析：
A. Biotic (生物的)：一個形容詞，指與生物有關的，如生物因子 (biotic factor)，與獨立植物個體無關。
B. Gamete (配子)：參與有性生殖的生殖細胞（如精子、卵子），它們是單倍體且在結合前是獨立的，但「植物」通常指多細胞的個體，而非配子。
C. Genet (基因型個體/克隆個體)：指由單一基因型個體通過無性繁殖產生的所有克隆後代的總稱。

此題考驗對水生生態系統中營養鹽過量問題的術語定義。

題目描述了過量營養鹽進入水體系統會破壞生態系統。這是一個常見的水污染問題。

選項分析：
A. Environmental stochasticity (環境隨機性)：指環境因素的隨機變化對族群動態的影響，例如氣候波動、自然災害等，與營養鹽過量不同。
B. Resource dysgenesis：此詞彙在生態學中並不常用，且不符合描述的現象。

此題考驗對生態學及相關分支學科的定義。

題目詢問研究影響元素移動和轉化的化學、物理和生物因素的學科名稱。

選項分析：
A. Biomorphic geochemistry (生物形態地球化學)：研究生物對地殼化學過程的影響，但「biomorphic」一詞更側重於形態，且此學科並非標準術語。
B. Biogeochemistry (生物地球化學)：研究生物、地質和化學組分之間的相互作用，特別是物質循環（如碳循環、氮循環）在生物圈、岩石圈、水圈和大氣圈之間的過程。這完全符合題目對研究內容的描述。

此題考驗對生態學中消費者類別和營養級的定義。

題目描述了以「馬利筋」(milkweed) 為食的「馬利筋甲蟲」(milkweed beetles)。

首先，判斷甲蟲的消費者類別：

• Herbivore (植食者)：以植物為食。
• Detritivore (碎屑食者)：以死亡的有機物為食。
• Carnivore (肉食者)：以動物為食。

馬利筋甲蟲以馬利筋植物為食，因此牠們是植食者 (herbivore)。

核心觀念

本題考查生態系碳收支與初級生產力的關係：

• GPP（gross primary production，總初級生產力）：植物經光合作用固定的全部碳量。
• R（respiration，呼吸作用）：植物與其他生物呼吸所消耗的碳量。
• NPP（net primary production，淨初級生產力）：扣除呼吸消耗後，實際累積於植物生物量中的碳量。

三者關係為：

因此，在同一時間尺度下，GPP 應大於 NPP；圖中上方的曲線 A 為 GPP，較低的曲線 B 為 NPP，中間標示的曲線為 Respiration。

解題方法

觀察圖形可見，曲線 A 位於最上方，Respiration 位於中間，曲線 B 位於下方。由於：

所以總初級生產力 GPP 必須是三者中最大的碳流量，而 NPP 則是 GPP 扣除呼吸作用後的剩餘量，應低於 GPP。

因此：

核心觀念

本題考查森林演替過程中的碳收支，以及葉面積指數（leaf area index, LAI）與生產力的關係。

• 總初級生產力（GPP）：植物藉由光合作用固定的總有機物量。
• 呼吸作用（Respiration）：植物及生態系統消耗的有機物量。
• 淨初級生產力（NPP）：扣除呼吸消耗後，實際累積的有機物量：

圖中曲線 A 位於最上方，曲線 B 位於最下方，中間為 Respiration，因此：

• 曲線 A 代表 GPP
• 曲線 B 代表 NPP

葉面積指數通常隨森林冠層發展而增加，森林發展達到最大後，因老葉脫落、林分老化及光照競爭等因素而下降。由於葉面積會影響整體光合作用，因此此變化可由 GPP 曲線的下降部分表示。

解題方法

森林演替初期，植物量與葉面積增加，光合作用增強，GPP 上升；當森林發展達到最大後，葉面積指數下降，GPP 也呈下降趨勢。

核心觀念

物種間的正向交互作用中，互利共生是雙方都受益，符號表示為 $(+/+)$；偏利共生是一方受益、另一方不受影響，表示為 $(+/0)$。生態學上，這兩類關係合稱為促進作用（facilitation）：至少一方受益，且沒有一方受害。促進作用的分類說明

解題方法

先依受益與受害情形辨認兩種關係：互利共生為 $(+/+)$，偏利共生為 $(+/0)$。題目問的是涵蓋這兩者的統稱，因此選「促進作用」。

選項分析

• A. amelioration（改善）：指改善或緩和狀況，並非互利共生與偏利共生的生態學統稱。

「替代穩定狀態」(Alternative Stable States, ASS) 是生態學和系統科學中的一個重要概念，用來描述一個生態系統在經歷擾動後，可以穩定地存在於兩種或兩種以上截然不同的狀態。這些狀態之間存在一個閾值，一旦擾動超過這個閾值，系統就會從一個穩定狀態轉換到另一個穩定狀態，並且在擾動消失後，系統會穩定在新的狀態，而不是恢復到原來的狀態。

核心概念：

1. 多穩定性 (Multistability): 系統存在多個吸引子 (attractors)，每個吸引子代表一個穩定狀態。
2. 閾值 (Threshold): 存在一個臨界點或閾值，當外部擾動（如污染、過度放牧、氣候變化）超過這個閾值時，系統的動態會發生根本性改變，導致從一個穩定狀態跳轉到另一個穩定狀態。
3. 遲滯性 (Hysteresis): 系統從一個狀態轉換到另一個狀態所需的擾動強度，通常比從後者恢復到前者所需的擾動強度要大。這意味著即使擾動減弱，系統也可能停留在新的穩定狀態。
4. 吸引子 (Attractors): 在相空間 (phase space) 中，系統會趨向於某些穩定點或區域，這些就是吸引子。

「Beta 多樣性」(Beta Diversity) 是生態學中用來衡量物種組成差異性的指標，它描述了不同樣區 (sites) 或棲地 (habitats) 之間物種組成變異的程度。簡單來說，Beta 多樣性衡量的是「物種的替換率」(turnover rate)，即從一個地方移動到另一個地方時，有多少物種被替換掉。

核心概念：

1. 物種組成差異 (Species Compositional Difference): Beta 多樣性關注的是不同樣區之間，哪些物種存在，哪些物種不存在。
2. 物種替換 (Species Turnover): 指在兩個樣區之間，一些物種的出現和另一些物種的消失。
3. 衡量尺度 (Scale): Beta 多樣性可以應用於不同尺度，從局部小範圍到大尺度地理區域。
4. 與 Alpha 和 Gamma 多樣性的關係:
   • Alpha 多樣性 (Alpha Diversity): 指單一樣區內物種的豐富度或多樣性。
   • Gamma 多樣性 (Gamma Diversity): 指一個更大區域（如整個生態系統或地理區域）內的總物種豐富度。
   • Beta 多樣性可以被視為 Gamma 多樣性與 Alpha 多樣性之間的關係，即 Gamma = Σ Alpha (在沒有物種替換的情況下)；

「生物群落」(Biome) 是生態學中的一個重要概念，用來描述一個大型地理區域內，由於相似的氣候條件（主要是溫度和降水）而形成的、具有代表性植被和動物群落的集合。它代表了一種全球性的生態分類系統。

核心特徵：

1. 氣候決定性 (Climate-driven): Biome 的形成和特徵主要由區域的氣候模式決定，特別是年平均溫度、年降水量及其季節性變化。
2. 代表性植被 (Characteristic Vegetation): 每個 Biome 都有一種或幾種典型的植被類型，這些植被類型在形態、結構和適應策略上相似，是該氣候條件下的主要生物組成。例如，森林、草原、沙漠、苔原。
3. 大型地理區域 (Large Geographic Scale): Biome 的範圍非常廣闊，可以覆蓋大陸的很大一部分。
4. 動物群落 (Animal Communities): 雖然植被是定義 Biome 的主要依據，但相應的動物群落也與該 Biome 的氣候和植被緊密相關，並表現出一定的典型性。

「頂級演替階段」(Climax Stage) 是生態學中演替理論 (succession theory) 的一個核心概念，指的是一個生態群落經過一段時間的演替後，達到一個相對穩定、持久的狀態。在這個階段，群落的物種組成、結構和功能相對穩定，並且能夠自我維持，不易發生進一步的、方向性的變化。

核心概念：

1. 相對穩定性 (Relative Stability): 頂級階段的群落不是絕對靜止的，而是處於一種動態平衡狀態。雖然個別物種可能會發生更替，但整個群落的結構和功能保持相對穩定。
2. 物種組成和結構穩定 (Stable Species Composition and Structure): 群落中的物種組成相對固定，主要由該地區氣候和土壤條件所適合的、具有競爭力的物種構成。群落的垂直結構（如層次）和水平結構也相對穩定。
3. 自我維持 (Self-perpetuating): 群落中的物種能夠通過繁殖和更新來維持其種群數量，並且能夠抵禦較小的外部干擾，不易被入侵物種取代。

「大陸漂移」(Continental Drift) 是一個地質學概念，由德國科學家阿爾弗雷德·魏格納 (Alfred Wegener) 在 20 世紀初提出。它描述了地球大陸板塊緩慢移動的過程，這些板塊在地函上漂浮並相互作用，導致大陸的位置和形狀隨時間發生變化。

核心概念：

1. 板塊構造學說的基礎 (Foundation of Plate Tectonics): 大陸漂移是後來發展起來的板塊構造學說 (Plate Tectonics Theory) 的前身和重要組成部分。板塊構造學說解釋了大陸漂移的動力學機制。
2. 泛大陸 (Pangaea): 魏格納提出，在約 2.5 億年前，地球上的所有大陸曾經是一個巨大的超大陸，稱為「盤古大陸」(Pangaea)。
3. 大陸分離 (Continental Separation): 隨著時間的推移，盤古大陸開始分裂，各個大陸塊開始向現在的位置漂移。
4. 證據 (Evidence): 魏格納提出了支持大陸漂移的幾項證據：
   • 海岸線的吻合性 (Fit of Continents): 南美洲東海岸和非洲西海岸的輪廓非常吻合，如同拼圖。

「生態位」(Ecological Niche) 是生態學中一個至關重要的概念，它描述了一個物種在生態系統中所扮演的角色以及它與環境的關係。生態位不僅僅是指物種棲息的空間 (habitat)，更包含了該物種對環境資源的需求、對環境條件的耐受範圍、以及它與其他生物的交互作用。

核心概念：

1. 多維空間 (Multidimensional Space): 生態位可以被想像成一個多維的空間，其中每個維度代表一個環境因子（如溫度、濕度、食物類型、pH 值、光照強度）或資源，以及物種與其他生物的交互作用（如捕食、競爭）。
2. 資源和條件 (Resources and Conditions):
   • 資源 (Resources): 指物種生存和繁殖所需的物質，如食物、水、空間、光照等。
   • 條件 (Conditions): 指環境的物理或化學因子，物種必須在這些因子的特定範圍內才能生存，例如溫度、濕度、鹽度等。物種通常無法主動獲取或消耗條件因子。
3. 基本生態位 (Fundamental Niche): 指一個物種在沒有生物相互作用（特別是沒有競爭）的情況下，能夠利用的所有環境因子和資源的總範圍。這是物種潛在的生態位。

「演化顯著單位」(Evolutionarily Significant Unit, ESU) 是在生物保育領域中，用來識別具有獨立演化歷史、遺傳獨特性，並因此值得特別保育的物種或亞種層級的族群單位。ESU 的概念幫助我們決定哪些族群在演化上具有足夠的獨特性，以至於它們的滅絕將會造成不可逆的生物多樣性損失。

定義的關鍵標準 (Crow and Amato, 1990; Moritz, 1994):

一個族群被定義為 ESU，通常需要滿足以下兩個標準：

1. 顯著的遺傳獨特性 (Significant Genetic Distinctiveness): 該族群在遺傳上應顯著區別於其他族群。這種獨特性通常通過分子標記（如粒線體 DNA、微衛星 DNA）來檢測，顯示該族群具有獨特的等位基因頻率、單倍型 (haplotype) 或獨特的突變。
2. 演化上的隔離 (Evolutionary Isolation): 該族群應在演化上與其他族群隔離，即基因流 (gene flow) 的程度非常低，或者在過去存在一段足夠長的時間（足以產生遺傳獨特性），並且有潛力在未來繼續獨立演化。這意味著該族群的演化路徑與其他族群不同。

重要性與應用：

「基因流」(Gene Flow)，也稱為「基因遷移」(gene migration)，是指一個族群中，由於個體的遷移和繁殖，而導致的基因在不同族群之間傳遞的過程。簡單來說，就是基因通過個體移動進入或離開一個族群。

核心概念：

1. 個體遷移 (Individual Movement): 基因流的發生前提是個體（例如，種子、孢子、動物）能夠從一個族群移動到另一個族群，並在那裡成功繁殖。
2. 基因頻率改變 (Change in Allele Frequencies): 當具有不同基因頻率的兩個族群之間發生基因流時，會導致接收基因的族群的基因頻率發生變化，同時也會改變傳出基因的族群的基因頻率（如果傳出個體數量足夠大）。
3. 連結族群 (Connecting Populations): 基因流將不同的族群連結起來，促進了基因的交換，這有助於減少族群間的遺傳差異。
4. 對演化的影響 (Impact on Evolution):
   • 減少遺傳分化 (Reduces Genetic Differentiation): 基因流傾向於使不同族群的基因頻率趨同，減緩或阻止了新物種的形成。

「彩票模型」(Lottery Model) 或稱「彩票競賽模型」(Lottery Competition Model)，是生態學中用來解釋物種共存（特別是植物）的一種模型，尤其適用於資源有限且空間競爭激烈的環境。這個模型強調了機率性、隨機的種子散佈和定殖過程，以及資源的間歇性可用性。

核心概念：

1. 隨機的種子散佈與定殖 (Stochastic Seed Dispersal and Colonization): 模型假設種子會隨機散佈到可用空間（例如，土壤中的空隙或被清除的區域）。每個種子都有一個「中獎機會」，即成功定殖並生長為成熟個體的機會。
2. 資源的間歇性可用性 (Intermittent Availability of Resources): 由於干擾（如樹木倒塌、火災、動物踐踏）或死亡，會產生新的可用空間或資源，為種子的定殖提供了機會。這些機會的出現是隨機的。
3. 競爭與排斥 (Competition and Exclusion): 當多個物種的種子競爭同一個可用空間時，會發生競爭。通常，模型假設獲勝的機率與該物種的種子生產力、散佈能力以及定殖能力有關。

「族群大小」(Population Size)，通常用符號 N 表示，是指在特定時間點，一個特定空間範圍內，某一個物種的總個體數量。它是族群動態學 (population dynamics) 中最基本、最重要的參數之一。

核心概念：

1. 特定時間和空間 (Specific Time and Space): 族群大小的定義必須包含明確的時間和空間界限。例如，「某森林中 2023 年 1 月 1 日的鹿的數量」。
2. 個體數量 (Number of Individuals): N 是指單一個體的總數。對於某些物種，如細菌或某些植物，可能需要定義「個體」的標準（例如，菌落數、克隆株數）。
3. 族群動態的基礎 (Basis of Population Dynamics): 族群大小是研究族群增長、衰退、遷徙、死亡率、出生率等現象的基礎。
4. 衡量標準 (Measurement Methods):
   • 普查 (Census): 直接清點所有個體。適用於範圍小、個體容易觀察的族群（如鳥類、哺乳動物的圈養族群）。

「營養級聯」(Trophic Cascade)，也稱為「營養級聯效應」，是指生態系統中，由於頂級捕食者 (top predator) 的數量或活動的改變，導致其下一營養級（初級消費者）的數量或活動也發生改變，進而影響到更低營養級（生產者）的數量或結構的連鎖反應。簡單來說，就是從食物鏈頂端向下傳遞的影響。

核心概念：

1. 頂級捕食者驅動 (Top-down Control): 營養級聯效應強調的是來自食物鏈頂端的控制力量，而非來自生產者或資源的「自下而上」(bottom-up control) 的影響。
2. 連鎖反應 (Chain Reaction): 影響從一個營養級傳遞到下一個營養級，如同多級的連鎖反應。
3. 數量與結構的改變 (Changes in Abundance and Structure): 捕食者的存在會抑制其獵物的數量，而捕食者數量的減少則會導致獵物數量增加。這種數量的變化進而影響到獵物所消耗的資源（例如，植物）的數量或結構。
4. 類型：
   • 捕食性營養級聯 (Predatory Trophic Cascade): 由捕食者的活動引起，例如，狼的數量增加，抑制了鹿的數量，從而使植物得以恢復。