108 年 國立臺灣海洋大學海洋生物研究所《普通生物學》

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第 1 題2 分

動物產生以下合種化學信號不會調控”本身”的生理狀態?
(A) 神經內分泌 (neuroendocrine)
(B) 內分泌 (endocrine)
(C) 旁泌性 (paracrine)
(D) 費洛蒙 (pheromones)

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本題主要在考驗學生對不同類型化學信號傳遞方式的理解,以及它們作用的範圍。

化學信號傳遞方式可分為幾種:

  1. 內分泌 (Endocrine):激素由內分泌腺釋放到血液中,透過血液循環運輸到全身,作用於遠距離的標靶細胞。
  2. 旁泌性 (Paracrine):細胞釋放的化學物質作用於鄰近的細胞,而不進入血液循環。
  3. 自動分泌性 (Autocrine):細胞釋放的化學物質作用於其自身的細胞膜上的受體。
  4. 神經內分泌 (Neuroendocrine):神經細胞釋放的化學物質(神經傳導物質或神經荷爾蒙)進入血液循環,作用於遠距離的標靶細胞,結合了神經系統和內分泌系統的特徵。
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第 2 題2 分

以下何種脊椎動物主要靜脈必然輸送缺氧血?
(A) 人類
(B) 肺魚
(C) 青蛙
(D) 鯉魚

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本題考驗學生對不同脊椎動物循環系統的理解,特別是靜脈的血液含氧量。

脊椎動物的循環系統演化上,從魚類到兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類,心臟結構與血液循環方式有所不同。一般來說,靜脈(vein)負責將血液送回心臟,而動脈(artery)則將血液從心臟送出。靜脈所攜帶的血液通常是缺氧血(deoxygenated blood),而動脈所攜帶的則是富氧血(oxygenated blood),但有例外。

讓我們逐一分析選項:
(A) 人類 (Human):人類是恆溫的哺乳動物,擁有四腔心臟,血液完全分離。肺靜脈(pulmonary vein)從肺部攜帶富氧血回心臟,這是靜脈攜帶富氧血的例外。體靜脈(systemic veins)攜帶缺氧血回心臟。
(B) 肺魚 (Lungfish):肺魚是魚類中較特別的一群,牠們演化出類似肺的構造,可以呼吸空氣。牠們的心臟有不完全的隔膜,血液循環系統介於魚類和兩棲類之間。肺魚的靜脈系統,例如來自肺的靜脈,可能攜帶富氧血回心臟。然而,一般討論魚類的循環,其靜脈多為缺氧血。
(C) 青蛙 (Frog):青蛙是兩棲類,有兩循環系統:肺循環和體循環。

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第 3 題2 分

為了維持恆定性,淡水魚類必須要 ____
(A) 排除多餘的電解質
(B) 攝入更多的水
(C) 排除多餘的水
(D) 藉由擴散作用攝入電解質

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本題考驗學生對滲透調節(osmoregulation)的理解,特別是淡水魚類如何維持體內離子和水分的平衡。

淡水環境的特點是水中離子濃度遠低於魚體內,而水分子濃度則高於魚體內。因此,淡水魚類面臨的主要生理挑戰是:

  1. 水分過多滲入:由於水分子由濃度高處(體外)向濃度低處(體內)滲透,淡水魚類會不斷地將水吸入體內。
  2. 離子流失:由於水中離子濃度低,魚體內的離子會不斷地透過鰓、皮膚等表面滲透到水中流失。

為了應對這些挑戰,淡水魚類演化出相應的調節機制:

  • 處理水分過多:牠們會產生大量稀釋的尿液,將多餘的水分排出體外。這表示牠們需要「排除多餘的水」。
  • 處理離子流失:牠們會主動從水中吸收離子(特別是氯離子 Cl−Cl^- 和鈉離子 Na+Na^+),主要透過鰓部的離子交換細胞來進行。
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第 4 題2 分

以同時具有有性與無性生殖能力的物種而言,從無性生殖世代轉為有性生殖世代最可能發生在 ____
(A) 當環境不適宜生存
(B) 當環境適宜生存
(C) 當雄性多於雌性
(D) 當雌性多於雄性

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本題考驗學生對有性生殖與無性生殖在不同環境條件下的演化優勢的理解。

  • 無性生殖 (Asexual reproduction):優點是繁殖速度快,後代與親代基因相同,適合在穩定、有利的環境中快速擴張族群。缺點是缺乏基因變異,面對環境劇烈變化時,族群適應能力較差。
  • 有性生殖 (Sexual reproduction):優點是透過基因重組和配子結合,產生具有高度基因變異的後代,增加族群對環境變化的適應能力。缺點是繁殖速度較慢,需要消耗更多能量,且在穩定的環境中,優秀的基因可能被稀釋。

題目問的是「從無性生殖世代轉為有性生殖世代」,這代表生物體在面臨環境變化時,為了提高後代的適應性而選擇有性生殖。

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第 5 題3 分

一般而言,無法以疫苗施打的方式讓草蝦產生抗體是因為 ____
(A) 甲殼類生活史太短
(B) 甲殼類沒有血球
(C) 甲殼類沒有後天免疫
(D) 疫苗生產價格太高

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核心觀念

本題考查動物免疫系統的分類,以及甲殼類與脊椎動物在免疫機制上的差異。

免疫系統可分為:

  • 先天性免疫:出生後即具備,反應迅速,主要依靠吞噬作用、抗菌胜肽、凝集反應與黑化反應等機制。
  • 後天性免疫:具有高度專一性,能產生免疫記憶。在脊椎動物中,主要由淋巴球、抗體及受體重組機制負責。

草蝦屬於甲殼類,具有血淋巴與血球,也具備完整的先天性免疫防禦;但一般而言缺乏脊椎動物式的後天性免疫系統,無法藉由疫苗刺激產生特異性抗體與長期免疫記憶。因此,傳統上無法像人類、家畜一樣透過疫苗接種使草蝦產生抗體。

解題方法

判斷本題的關鍵是先辨認「疫苗施打」的作用。

疫苗的基本原理是將病原體的抗原或其部分成分呈現給免疫系統,使宿主產生:

  1. 對特定抗原具有專一性的免疫反應;
  2. 抗體;
  3. 免疫記憶,使再次感染時能快速反應。

這套機制依賴後天性免疫。草蝦雖然能透過先天性免疫辨識並清除病原體,但缺乏能產生抗體的典型後天性免疫系統。因此,正確原因是「甲殼類沒有後天免疫」。

選項分析

(A) 甲殼類生活史太短

錯誤。

甲殼類無法藉由一般疫苗產生抗體,原因不是生活史長短。即使某些甲殼類壽命較長,只要缺乏後天性免疫與抗體形成機制,仍無法依照脊椎動物的疫苗原理產生特異性抗體。

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第 6 題3 分

車禍中, ____ 嚴重損傷的病患會喪失”膝躍反射”(Knee jerk reflex)
(A) 小腦 (cerebellum)
(B) 胼胝體 (corpus callosum)
(C) 脊髓 (spinal cord)
(D) 延髓 (medulla oblongata)

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本題考驗學生對神經系統結構與功能的理解,特別是膝躍反射(Knee jerk reflex)的神經通路。

膝躍反射是一個典型的單突觸反射(monosynaptic reflex),是脊椎動物最簡單的反射之一,也是一種體細胞神經系統(somatic nervous system)的反射。其神經通路如下:

  1. 感覺受器 (Sensory receptor):在大腿前側的股四頭肌(quadriceps femoris)中,有肌肉紡錘體(muscle spindle)作為感覺受器,偵測肌肉的伸展。
  2. 感覺神經元 (Sensory neuron):當膝蓋受到輕微敲擊(例如用檢查槌敲擊髕骨下方),股四頭肌會被快速伸展。這種伸展刺激肌肉紡錘體,引發感覺神經元產生動作電位。感覺神經元的細胞體位於脊髓的背根神經節(dorsal root ganglion)中,其軸突進入脊髓。
  3. 脊髓 (Spinal cord):感覺神經元的軸突直接在脊髓的灰質區域與運動神經元形成突觸連接(這是單突觸反射的特點)。
  4. 運動神經元 (Motor neuron):脊髓中的運動神經元受到刺激後,產生動作電位,其軸突離開脊髓,通過腹根(ventral root)成為運動神經。
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第 1 題10 分

Please draw a picture to show the structures/organelles of a eukaryotic cell (5%), and please describe the functions of each structures/organelles (5%)

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本題要求繪製真核細胞圖並描述其結構與功能。由於此處無法繪製圖像,僅描述結構與功能。

真核細胞結構與功能描述:

真核細胞(eukaryotic cell)具有由膜包圍的細胞核及其他細胞器,這些細胞器執行特定的細胞功能。

  1. 細胞核 (Nucleus):

    • 結構:由雙層核膜(nuclear envelope)包圍,核膜上有核孔(nuclear pores)控制物質進出。內部含有染色質(chromatin,DNA與蛋白質的複合物)和核仁(nucleolus)。
    • 功能:儲存細胞的遺傳物質(DNA),控制細胞生長、代謝和繁殖;核仁是核糖體RNA(rRNA)合成和核糖體組裝的場所。
  2. 核糖體 (Ribosome):

    • 結構:由rRNA和蛋白質組成,分為大小兩個次單元,無膜結構。可在細胞質中游離,或附著於內質網。
    • 功能:蛋白質合成的場所,將mRNA的遺傳訊息轉譯成胺基酸序列。
  3. 內質網 (Endoplasmic Reticulum, ER):

    • 結構:一個由膜構成的複雜網絡,分為粗糙內質網(Rough ER)和光滑內質網(Smooth ER)。粗糙內質網表面附有核糖體,光滑內質網則無。
    • 功能:
      • 粗糙內質網:參與蛋白質的合成、摺疊、修飾和運輸,特別是分泌蛋白、膜蛋白和細胞器蛋白。
      • 光滑內質網:參與脂質合成、解毒作用(肝細胞)、鈣離子儲存(肌肉細胞)。
  4. 高基氏體 (Golgi Apparatus/Complex):

    • 結構:由一系列扁平的膜囊(cisternae)堆疊而成,有順式面(cis face,接收面)和反式面(trans face,輸出面)。
    • 功能:接收來自內質網的蛋白質和脂質,進行進一步的修飾(如醣基化)、分類、包裝,並將其運輸到細胞內或分泌到細胞外。
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第 2 題4 分

Cell cycle consists of four different phases: G1, S, G2 and M. Please describe the four phases and explain their importance.

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本題考驗學生對細胞週期(Cell Cycle)的理解,包括其各個階段的特徵與重要性。

細胞週期是細胞從一次分裂結束到下次分裂結束的完整過程,主要分為兩個大時期:間期(Interphase)和分裂期(M phase)。間期又細分為 G1、S 和 G2 三個階段,是細胞生長和DNA複製的時期。

細胞週期的四個階段及其重要性:

  1. G1 期 (Growth Phase 1):

    • 描述:這是細胞分裂後的第一個生長階段。細胞體積開始增大,合成新的蛋白質和RNA,並進行細胞器的複製。細胞在此階段積極進行其正常生理功能。G1 期是細胞週期中變異性最大的階段,細胞可能在此階段進入靜止期(G0 期),停止分裂。
    • 重要性:G1 期是細胞生長和準備進入DNA合成的關鍵時期。細胞在此階段評估自身狀態,決定是否進入下一個階段。若細胞無法通過 G1 檢查點(G1 checkpoint),則可能進入 G0 期或啟動細胞凋亡。
  2. S 期 (Synthesis Phase):

    • 描述:這是細胞週期中進行DNA合成(DNA replication)的階段。在 S 期,細胞的每個染色體都會被精確地複製一次,形成兩個姐妹染色單體(sister chromatids),它們通過著絲粒(centromere)連接在一起。
    • 重要性:S 期確保了在細胞分裂時,每個子細胞都能獲得一套完整且正確的遺傳物質。DNA複製的準確性對維持基因組的穩定性至關重要。
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第 3 題6 分

共生關係可分為幾大類,試以海洋生物舉例說明。

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本題考驗學生對共生關係(Symbiosis)的分類以及在海洋生物中的具體應用。

共生關係是指兩種不同的生物生活在一起,且至少有一方在這種關係中獲益。共生關係主要可以分為以下幾大類:

  1. 互利共生 (Mutualism):

    • 定義:兩種生物都從彼此的關係中獲益。
    • 海洋生物舉例:
      • 小丑魚與海葵 (Clownfish and Sea Anemone):小丑魚對海葵的毒素有免疫力,牠們居住在海葵的觸手之間,獲得保護,免受掠食者的攻擊。同時,小丑魚會清潔海葵,清除寄生蟲,並可能吸引其他魚類作為海葵的食物,或將排泄物提供給海葵作為養分。
      • 珊瑚蟲與蟲黃藻 (Coral polyps and Zooxanthellae):珊瑚蟲提供蟲黃藻棲息的場所和光合作用所需的二氧化碳與廢物。蟲黃藻則透過光合作用產生氧氣和能量(如葡萄糖),供給珊瑚蟲,是珊瑚蟲碳和能量的主要來源。這是珊瑚礁生態系得以形成的重要基礎。
      • 清潔蝦/魚與大型魚類 (Cleaner shrimp/fish and larger fish):清潔蝦或魚會在特定的「清潔站」等待,為前來的魚類清除體表或口腔、鰓內的寄生蟲、死皮等。清潔蝦/魚獲得食物,大型魚類則獲得健康的身體。
  2. 片利共生 (Commensalism):

    • 定義:一種生物獲益,而另一種生物既不獲益也不受損。
    • 海洋生物舉例:
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第 4 題3 分

生物多樣性的三個層次為何?

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本題考驗學生對生物多樣性(Biodiversity)概念的理解,特別是其構成的三個主要層次。

生物多樣性是一個廣泛的概念,涵蓋了地球上所有生命形式的變異性,從基因到生態系統。其三個主要層次是:

  1. 基因多樣性 (Genetic Diversity):

    • 定義:指同一物種內基因的變異性。它包括同一基因的不同等位基因(alleles)的數量和頻率,以及基因的組合方式。
    • 重要性:基因多樣性是物種適應環境變化、抵抗疾病和演化的基礎。基因庫越豐富,物種在面對環境壓力(如氣候變化、新疾病)時,就越有可能產生具有優勢基因的個體,從而提高族群的生存和延續能力。
    • 例子:例如,人類基因的多樣性使得我們能適應不同的環境和抵抗多種疾病;不同品種的水稻或小麥,其基因組成不同,對病蟲害的抗性、產量和品質也不同。
  2. 物種多樣性 (Species Diversity):

    • 定義:指一個特定區域或生態系統中物種的豐富度(物種的數量)和均勻度(各物種個體數量的相對比例)。
    • 重要性:物種多樣性是生態系統穩定性和功能強度的重要指標。
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第 5 題3 分

生態系中的dominant species 和 keystone species 各為何?

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本題考驗學生對生態系中關鍵物種概念的理解,特別是優勢種 (Dominant species) 和關鍵種 (Keystone species) 的區別。

這兩者都是指對生態系統結構和功能有著顯著影響的物種,但牠們的影響方式和相對數量是不同的。

  1. 優勢種 (Dominant Species):

    • 定義:指在生態系統中數量最多、生物量最大、或對能量流動和物質循環影響最大的物種。牠們通常在群落結構中佔據主導地位,並對其他物種的生存空間、資源獲取等方面產生直接影響。
    • 特徵:通常數量多、生長快速、競爭力強。牠們的出現頻率高,在生態系統的生物量中佔有相當大的比例。
    • 影響:牠們的變化會直接影響生態系統的整體結構和組成。例如,森林中的主要樹種,草原上的主要草種,或海洋中的某些藻類。
    • 例子:
      • 在溫帶森林中,通常是某幾種佔據優勢的樹種(如橡樹、松樹)。
      • 在草原生態系中,通常是某些種類的草。
      • 在某些海藻林中,大型海藻(如巨藻)可以被視為優勢種,牠們構成了棲息地。
  2. 關鍵種 (Keystone Species):

    • 定義:指對生態系統的穩定性、結構和物種組成有著不成比例的影響,儘管牠們的數量或生物量可能不高。
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第 6 題12 分

試敘述真菌在環境中的生態角色。

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本題考驗學生對真菌(Fungi)在生態系統中所扮演的多樣化角色的理解。真菌是一群非常重要且多樣化的生物,在環境中扮演著多重關鍵角色。

真菌在環境中的主要生態角色包括:

  1. 分解者 (Decomposers):

    • 描述:這是真菌最重要且最廣為人知的角色。真菌,特別是黴菌和腐生真菌,是環境中主要的分解者之一(另一類是細菌)。牠們能夠分解死亡的有機物,如枯死的植物(木材、落葉、枯草)、動物屍體和排泄物。
    • 機制:真菌分泌胞外酶(extracellular enzymes)到環境中,將複雜的有機分子(如纖維素、幾丁質、木質素)分解成小分子,然後再吸收這些小分子作為養分。
    • 重要性:透過分解作用,真菌將有機物中的養分(如碳、氮、磷)釋放到土壤或水中,使其能夠被植物和其他生物重新利用,這是維持生態系統物質循環(尤其是碳循環和氮循環)的關鍵環節。如果沒有真菌的分解,地球上的有機廢物將堆積如山,養分將被鎖死,無法支持新的生命。
  2. 共生夥伴 (Symbiotic Partners):

    • 互利共生 (Mutualism):
      • 地衣 (Lichens):地衣是藻類或藍綠菌與真菌之間形成的緊密共生體。藻類進行光合作用提供養分,真菌提供保護、水分和礦物質。地衣是先驅物種,能在貧瘠的環境中生存,並為其他生物的定殖做準備。
      • 菌根 (Mycorrhizae):這是真菌與植物根系之間的共生關係,對絕大多數陸地植物至關重要。真菌菌絲能擴展植物根系的吸收範圍,幫助植物從土壤中吸收水分和礦物質(特別是磷)。作為回報,植物則向真菌提供光合作用產生的糖類。菌根極大地提高了植物的生長和對不利環境的抵抗力。
      • 真菌與昆蟲 (Fungi and Insects):例如,某些切葉蟻會培養真菌,以消化牠們採集的葉片。還有一些真菌寄生於昆蟲體內,控制其行為(如「殭屍螞蟻」)。
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第 7 題12 分

請根據遺傳學中的linkage(連結) 和 crossing over (互換)理論回答下列問題。
(a) 解釋什麼叫做基因的連結? (2%)
(b) 解釋什麼叫做基因的互換? (2%)
(c) 使用灰身直翅(基因型 b+b  vg+vgb^+b\;vg^+vg)的雌果蠅和黑身捲翅(基因型 bb  vgvgbb\;vgvg)的雄果蠅進行試交(testcross),其中 b+b^+ 代表顯性的灰身基因, vg+vg^+ 代表顯性的直翅基因。結果在子代中觀察到灰身直翅的個體905隻、黑身捲翅的個體895隻、灰身捲翅的個體95隻、黑身直翅的個體105隻,請寫出算式,計算 b和vg基因間的重組頻度 (recombination frequency)。(2%)
(d) 利用算出的重組頻度,推斷b和vg基因間是否有連結,是否有互換。(3%)
(e) 如果b和vg基因位於不同的染色體上,重組頻度的理論值是多少?(3%)

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核心觀念

本題考查三個遺傳學概念:

  1. 基因連結(linkage):位於同一條染色體上的基因,通常會一起遺傳,不遵守獨立分配。
  2. 基因互換(crossing over):減數分裂第一次分裂前期,同源染色體的非姊妹染色分體在相同位置交換遺傳物質,形成重組染色體。
  3. 重組頻度(recombination frequency):
重組頻度=重組型子代數子代總數×100%\text{重組頻度} = \frac{\text{重組型子代數}} {\text{子代總數}} \times 100\%

在試交中,雙隱性親本只能提供 bvgbvg 配子,因此子代表現型可直接反映雌果蠅所產生的配子種類。


解題方法

本題以試交子代的數量判斷親本型與重組型,再利用重組頻度公式計算基因間的遺傳距離。

子代總數為:

905+895+95+105=2000905+895+95+105=2000

數量最多的兩類為:

  • 灰身直翅:905 隻
  • 黑身捲翅:895 隻

這兩類屬於親本型,表示雌果蠅的原始基因排列為:

b+vg+bvg\frac{b^+vg^+}{bvg}

數量較少的兩類為:

  • 灰身捲翅:95 隻
  • 黑身直翅:105 隻

這兩類屬於重組型,代表雌果蠅形成配子時,bb 與 vgvg 之間曾發生互換。


(a) 基因連結

基因連結是指兩個或多個基因位於同一條染色體上,因此在配子形成及遺傳過程中,傾向一起傳遞,而不會像位於不同染色體上的基因一樣完全獨立分配。

基因在染色體上的距離越近,彼此連結越強,互換發生的機率越低;距離越遠,互換機率越高。


(b) 基因互換

基因互換是指在減數分裂第一次分裂前期,同源染色體配對時,非姊妹染色分體於相同基因座之間交換 DNA 片段的現象。

互換會使原本的親本基因組合改變,產生新的基因組合,稱為重組型。例如本題中,原本的排列為:

b+vg+bvg\frac{b^+vg^+}{bvg}

發生互換後可形成:

b+vg與bvg+b^+vg \quad\text{與}\quad bvg^+

(c) 計算 bb 與 vgvg 間的重組頻度

重組型子代為灰身捲翅與黑身直翅,因此重組型總數為:

95+105=20095+105=200

子代總數為:

20002000

代入公式:

重組頻度=95+105905+895+95+105×100%\text{重組頻度} = \frac{95+105}{905+895+95+105} \times 100\% =2002000×100%= \frac{200}{2000} \times 100\% =10%=10\%

因此,bb 與 vgvg 兩基因間的重組頻度為:

10%\boxed{10\%}

重組頻度亦可表示遺傳圖譜距離:

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第 8 題12 分

請簡述開花植物光合作用(photosynthesis)的光反應及暗反應,分別說明光反應及暗反應各在細胞內何處進行,以及說明每一反應生成物。

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本題考驗學生對植物光合作用(Photosynthesis)過程的深入理解,包括其兩個主要階段——光反應(Light-dependent reactions)和暗反應(Light-independent reactions,又稱 Calvin cycle)——的發生地點和產物。

光合作用是植物利用光能將二氧化碳和水轉化為有機物(葡萄糖)並釋放氧氣的過程。它主要發生在植物細胞的葉綠體(Chloroplast)中。

1. 光反應 (Light-dependent Reactions)

  • 發生地點:光反應發生在葉綠體的類囊體膜 (Thylakoid membrane) 上。類囊體是葉綠體內部扁平的囊狀結構,它們堆疊成葉綠餅(granum)。類囊體膜上鑲嵌著光合色素(如葉綠素、類胡蘿蔔素)和電子傳遞鏈的組分。
  • 過程簡述:
    • 光能被光合色素吸收,激發電子。
    • 水分子被分解(光解,photolysis),釋放出電子、質子(H+H^+)和氧氣(O2O_2)。釋放的電子填補被激發的色素分子留下的空缺。
    • 激發的電子通過類囊體膜上的電子傳遞鏈傳遞,過程中釋放能量。
    • 這些能量被用來將質子(H+H^+)從葉綠體基質(stroma)泵入類囊體腔(lumen),建立質子梯度。
    • 質子順著濃度梯度通過 ATP 合成酶(ATP synthase),驅動 ATP 的合成(光磷酸化,photophosphorylation)。
    • 電子最終被傳遞給 NADP+NADP^+,將其還原為 NADPH。
  • 生成物:
    • ATP (三磷酸腺苷):一種高能化合物,為暗反應提供化學能。
    • NADPH (還原型煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸):一種還原劑,攜帶高能電子,為暗反應提供還原力。
    • O2O_2 (氧氣):作為副產品,從水的分解中釋放出來,擴散到大氣中。

2. 暗反應 (Light-independent Reactions / Calvin Cycle)

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第 1 題4 分

r-selection

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r-selection (r-選擇)

定義:
r-選擇是種群生態學中描述的一種繁殖策略,通常發生在環境資源豐富、相對不穩定或經常受到干擾的環境中。這類策略的生物(稱為 r-選擇者)傾向於將其生態位資源(如能量、時間)優先投入到快速繁殖上,以最大化其種群的增長率(r)。

特徵:

  1. 早熟:個體性成熟較早。
  2. 短壽命:平均壽命較短。
  3. 高繁殖力:產生大量的後代(高 KK 值),但每個後代獲得的資源較少。
  4. 低存活率:後代的個體存活率通常較低,尤其是在幼年時期。
  5. 小體型:個體通常體型較小。
  6. 對環境變化反應快:能快速適應環境變化,利用新出現的資源。
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第 2 題4 分

ecological niche

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Ecological Niche (生態位/生態棲位)

定義:
生態位(Ecological Niche)是指一個物種在生態系統中所扮演的「角色」或「職業」。它不僅僅是指物種棲息的物理空間(habitat),更包含了該物種與其環境之間的所有相互作用,包括牠所利用的資源、牠對環境產生的影響、牠與其他生物的關係(如食物來源、掠食者、競爭者),以及牠對環境的耐受範圍(如溫度、濕度、pH值等)。

生態位可以從兩個層面來理解:

  1. 實際生態位 (Realized Niche):指在存在其他生物(如競爭者、掠食者)的實際環境中,該物種所能生存和繁殖的生態位範圍。
  2. 潛在生態位 (Fundamental Niche):指在沒有其他生物競爭或被捕食壓力下,該物種所能利用的所有資源和生存的整個環境範圍。通常,實際生態位是潛在生態位的一個子集。
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第 3 題4 分

survivorship curves

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Survivorship Curves (存活曲線)

定義:
存活曲線(Survivorship Curve)是一種圖形表示,用於描述一個族群中,在不同年齡階段,其個體的存活比例或存活數量的變化趨勢。它通常以時間(年齡)為橫軸,以存活個體數或存活比例(通常是 log 比例)為縱軸。

存活曲線的三種類型:
根據族群的死亡率模式,存活曲線可大致分為三種類型,這與物種的繁殖策略(r-選擇與 K-選擇)密切相關:

  1. 第一型曲線 (Type I Curve):
    • 特徵:在年輕時期,個體存活率非常高,死亡率很低。隨著年齡增長,死亡率開始顯著上升,尤其是在老年時期。
    • 代表物種:通常是 K-選擇者,如大型哺乳動物(人類、大象)、大型鳥類。牠們傾向於產生較少後代,但會投入大量資源撫育後代,使其在成長過程中存活率高。
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第 1 題3 分

bottleneck effect

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Bottleneck Effect (瓶頸效應)

定義:
瓶頸效應(Bottleneck Effect)是一種基因漂變(Genetic Drift)的特殊情況。它發生在一個族群的規模因環境災難(如自然災害、疾病爆發、過度捕獵等)而急劇縮小,只剩下極少數的倖存者時。這些倖存者的基因頻率可能與原來較大的族群不同,並且由於族群規模的極小化,倖存者的基因多樣性也大大降低。

過程:

  1. 族群規模縮小:突發事件導致族群數量急劇下降。
  2. 倖存者基因組成:倖存下來的個體所攜帶的基因頻率,可能由於隨機抽樣效應,與原族群有所偏差。某些基因頻率可能因幸運的倖存而變得更高,而另一些基因則可能完全消失。
  3. 基因多樣性喪失:由於倖存者數量極少,族群的總體基因庫大大縮小,基因多樣性顯著降低。
  4. 族群恢復:當族群規模開始恢復時,牠們會基於這個縮小的基因庫進行繁殖。因此,恢復後的族群的基因組成和多樣性,將與災難前的族群大不相同。
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第 2 題3 分

maximum parsimony

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Maximum Parsimony (最大節約法/最簡原則)

定義:
最大節約法(Maximum Parsimony, MP)是一種在演化生物學和生物資訊學中,用於構建系統發生樹(Phylogenetic Tree)的演化推論方法。其基本原則是:在所有能夠解釋觀測到的數據(如DNA序列、蛋白質序列或形態特徵)的演化假說(即系統發生樹)中,選擇產生最少演化改變(如突變、插入、刪除)的那一個。換句話說,它假設演化路徑是「最簡潔」或「最節約」的。

原理:
MP 方法基於以下假設:

  1. 演化改變是相對罕見的:與沒有改變相比,發生突變、插入或刪除等演化事件需要一定的「成本」。
  2. 最簡解釋:如果兩種或多種演化樹都能解釋觀測到的數據,那麼具有最少演化改變的樹被認為是最有可能的。

應用步驟:

  1. 數據收集:收集要分析的物種的分子數據(如DNA序列、蛋白質序列)或形態特徵數據。
  2. 構建候選樹:對於給定的數據集,生成所有可能的系統發生樹。
  3. 計算改變次數:對於每一棵候選樹,計算解釋數據所需的最小演化改變次數。
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第 3 題3 分

ovoviviparous

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Ovoviviparous (卵胎生)

定義:
卵胎生(Ovoviviparous)是一種繁殖方式,介於卵生(oviparous)和胎生(viviparous)之間。在此繁殖方式下,受精卵在母體體內發育,但胚胎的營養主要來自卵黃(yolk),而不是直接從母體獲得。卵在母體體內孵化,然後幼體直接從母體產出,彷彿是直接從卵中孵化出來一樣。

關鍵特點:

  1. 卵內發育:受精卵在母體輸卵管或其他生殖道內被保留。
  2. 卵黃供能:胚胎的營養主要來自卵黃,母體與胚胎之間通常沒有發達的胎盤結構進行營養交換。
  3. 卵在體內孵化:胚胎在母體體內發育成能夠獨立生存的幼體後,卵殼破裂,幼體被產出。
  4. 產出活體:最終產出的形式是活的幼體,而非蛋。
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第 4 題3 分

paedomorphosis

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Paedomorphosis (幼態延續/幼態持續)

定義:
幼態延續(Paedomorphosis)是一種形態發生學上的現象,指一個物種的成年體保留了其幼體階段的某些形態特徵。這意味著該物種的生殖成熟發生在其幼體形態階段,而其成年形態的某些發育特徵被「延遲」或「省略」了。

機制:
幼態延續的發生是由於生殖發育的速度與體細胞發育的速度不同步。通常是生殖發育的速度快於或等於體細胞的發育速度,導致個體在形態上尚未完全發育成熟(幼態)時,就已經達到了生殖成熟(性成熟)。

兩種主要類型:

  1. 異時性 (Neoteny):這是最常見的幼態延續類型。指生殖發育速度相對體細胞發育速度加快,或者體細胞發育速度減慢。結果是個體在成年時仍保持幼體的外形。
    • 例子:例如,某些蠑螈(如墨西哥鈍口螈,Axolotl)在水中生活,即使性成熟,也保留其外部鰓和水生幼體的形態,而不像其近緣物種那樣變為陸生、失去外部鰓的成年形態。
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