112 年 國立臺灣大學海洋研究所生物漁業組《生態學（B）》

這部分為名詞解釋，需要選擇 8 個名詞並給出簡潔準確的定義。以下列出所有名詞的解釋，考生需自行選擇 8 個作答。

1. Metapopulation (ということです): 指由一群空間上隔離但具有潛在遷移聯繫的局部種群組成的系統。這些局部種群會經歷滅絕與再擴散的動態過程。
2. Maximum sustainable yield (MSY, 最大持續生產量): 指在不損害種群長期生產力的前提下，從一個生物種群（通常是魚類）中可持續收穫的最大數量。
3. Eutrophication (優養化): 指水體因過度富含營養鹽（尤其是氮和磷）而導致藻類過度生長，進而引發水體缺氧、生物多樣性下降的現象。
4. Ecotype (生態型): 指同一物種內，因適應特定局部環境而演化出的不同形態或生理特徵的族群。
5. Biological pump (生物泵): 指海洋生態系統中，通過浮游生物和沈降的有機物，將大氣中的二氧化碳轉運至深海的過程，是碳循環的重要組成部分。
6. The Keeling Curve (庫靈曲線): 指自 1958 年以來，夏威夷冒納羅亞天文台測量到的全球大氣二氧化碳濃度隨時間變化的圖表，顯示了二氧化碳濃度逐年上升的趨勢。
7. Spillover effect (溢出效應): 指在生態學中，當一個棲息地的條件改變（如棲地破壞或物種入侵）時，其生物群落的組成或豐度對相鄰棲息地的影響。

此題主要考驗對自營生物（Autotrophs）的理解，特別是光合作用（Photosynthesis）與化學合成作用（Chemosynthesis）的區別及其在海洋生態系統中的分佈。

核心觀念：
自營生物利用無機物合成有機物，其能量來源可分為光能（光合作用）或化學能（化學合成作用）。

(1) 連結方程式與作用類型：

• a. $SO_4^{2-} + H^+ \rightarrow H_2S + H_2O + energy$: 此反應涉及硫的氧化還原，並釋放能量，但方向是將硫酸鹽還原成硫化氫，這通常不是典型的化學合成過程，而是厭氧呼吸或硫酸鹽還原菌的代謝途徑。然而，若將其理解為能量獲取的一種方式，且涉及無機物轉化，則可歸類為化學合成的一種變體，但方向與常見的化學合成不同。若題目意指能量獲取，則與化學合成相關。
• b. $H_2S + O_2 \rightarrow SO_4^{2-} + H^+ + energy$: 此反應為硫化氫（無機物）氧化產生硫酸鹽（無機物），並釋放能量。這是典型的化學合成作用，由硫氧化細菌進行，利用化學能合成有機物。歸類為：化學合成 (Chemosynthesis)。
• c. $CO_2 + H_2O + solar \ energy \rightarrow O_2 + organic \ matter$: 此反應利用二氧化碳和水，在太陽能驅動下產生氧氣和有機物。這是植物、藻類和藍綠菌進行的光合作用的典型方程式。歸類為：光合作用 (Photosynthesis)。
• d. $CO_2 + H_2S + light \ energy \rightarrow S \ (or \ SO_4^{2-}) + organic \ matter$: 此反應利用二氧化碳，以硫化氫（或其氧化產物）作為電子供體，在光能驅動下合成有機物。這也是一種光合作用，但不同於水的光合作用，它使用的是硫化物，並非產生氧氣，而是產生硫或硫酸鹽。歸類為：光合作用 (Photosynthesis)（非產氧光合作用）。
• e. $NO_2^- + O_2 \rightarrow NO_3^- + energy$: 此反應為亞硝酸鹽（無機物）氧化產生硝酸鹽（無機物），並釋放能量。

這題主要考驗對能量流動、傳遞效率以及生態系統結構的理解，並結合了圖示的解讀。

核心觀念：
生態系統中的能量流動是單向的，從生產者到各級消費者，每一營養級的能量傳遞效率有限，大部分能量以熱能形式散失。圖 (A) 描繪了營養級結構，圖 (B) 和 (C) 探討個體與種群層面的效率影響因素，圖 (D) 則展示了複雜的能量路徑，包括微生物環。

(1) 營養級之間的能量傳遞效率估計百分比：
圖 (A) 的說明文字中提到：「A 10% transfer efficiency of production is indicated by lighter grey in the pyramid, highlighting how little primary production gets transferred to the top of the food web.」這明確指出，典型的能量傳遞效率估計為 10%。

(2) 個體生物的能量收支方程式：
圖 (B) 顯示了個體層面的代謝過程。能量收支（Energy Budget）是指生物體獲取的所有能量，如何分配到不同的生理活動中。一個基本的能量收支方程式可以表示為：
$\text{總能量攝取 (Ingestion)} = \text{生長 (Growth)} + \text{繁殖 (Reproduction)} + \text{維持代謝 (Maintenance Metabolism)} + \text{排泄 (Excretion)}$
在圖 (B) 的標示中，"Basal metabolism"（基礎代謝）和 "Respiration, Excretion, Egestion"（呼吸、排泄、排遺）是維持個體生存和活動的主要能量消耗途徑。如果將能量攝取設為輸入，則輸出包括了能量用於生長、繁殖以及維持生命活動所需的消耗。
一個簡化的能量收支方程式可以寫成：
$\text{能量輸入} = \text{能量輸出}$
其中：
$\text{能量輸出} = \text{生長} + \text{繁殖} + \text{維持活動（基礎代謝、呼吸等）} + \text{排泄與排遺}$
因此，如果我們考慮一個個體在某時間段內的能量收支，可以寫為：
$\text{能量攝取} = \text{生長} + \text{繁殖} + \text{維持代謝} + \text{排泄}$
或者，從能量損耗的角度：
$\text{能量損耗} = \text{維持代謝} + \text{生長} + \text{繁殖} + \text{排泄}$
圖 (B) 雖然沒有直接給出方程式，但其內容暗示了能量在基礎代謝、呼吸、排泄等過程中的消耗。

(3) 幼體期與成體期、以及浮游與底棲魚類的攝食差異與能量傳遞：

• 背景： 題目描述了底棲魚類可能有浮游幼體期，然後轉為底棲攝食的成體；而浮游魚類則終生維持浮游生活。
• 圖 (C) 影響因素： 圖 (C) 顯示了物種種群尺度上，成熟、繁殖和個體生命週期的生存影響傳遞效率。

這題主要考驗對海洋生物代謝率與棲息深度關係的理解，並需要結合圖表數據進行分析。

核心觀念：
生物的代謝率（以氧氣消耗速率表示）會受到棲息環境（如深度）的影響。不同的生物類群（浮游 vs. 底棲，有眼 vs. 無眼）在面對深度變化時，其代謝率的響應模式可能不同。

1. 總結圖示趨勢並比較浮游與底棲生物的趨勢：

• 圖 (a) 浮游生物（有眼）：

  • 趨勢：隨著棲息深度的增加，這些生物的氧氣消耗速率呈現顯著的下降趨勢。
  • 生物類群：包括有眼魚類、頭足類和甲殼類。
  • 統計顯著性：p < 0.05，表示此下降趨勢是統計學上顯著的。

• 圖 (b) 浮游生物（無眼）：

  • 趨勢：與有眼浮游生物相比，無眼浮游生物（如箭蟲、水母）的氧氣消耗速率隨著深度的增加，下降趨勢較為不明顯（subtle declines），且在某些類群（箭蟲）中無顯著性。
  • 生物類群：包括箭蟲和水母。
  • 統計顯著性：部分有顯著性（水母），部分無（箭蟲）。

• 圖 (c) 底棲生物：

  • 趨勢：底棲的 carridean 蝦蟹類（開圓圈）顯示出一個適度的下降趨勢。然而，大多數底棲生物（閉圓圈，包括螃蟹、非 carridean 蝦蟹、端足類）的氧氣消耗速率與深度沒有顯著關聯。
  • 生物類群：包括 carridean 蝦蟹類，以及其他多樣的底棲甲殼類。
  • 統計顯著性：carridean 蝦蟹類有適度下降，但大多數底棲類群無顯著性。

• 總結與比較：

  • 浮游生物： 整體而言，浮游生物的代謝率隨著深度的增加而下降。其中，有眼浮游生物的下降趨勢更為明顯和顯著。這可能與視覺感知、捕食壓力、食物可獲得性等因素有關。
  • 底棲生物： 底棲生物的代謝率與深度的關係不如浮游生物那樣一致。部分類群（carridean 蝦蟹）顯示下降，但大多數則無顯著關聯。這可能意味著底棲生物的代謝率更多地受到底層環境（如底質、食物沉降）的影響，而非僅僅是深度本身。
  • 關鍵差異： 浮游生物（尤其是有眼者）的代謝率對深度變化更敏感，呈現下降趨勢；而大多數底棲生物則對深度變化不敏感，代謝率相對穩定。

2. 個體生物的能量收支方程式（根據圖 B）：
圖 (B) 顯示了個體層面的代謝過程，包括基礎代謝、呼吸、排泄、排遺等。能量收支方程式旨在描述生物體如何分配攝取的能量。一個典型的能量收支方程式如下：
$\text{總能量攝取 (Ingestion)} = \text{生長 (Growth)} + \text{繁殖 (Reproduction)} + \text{維持代謝 (Maintenance Metabolism)} + \text{排泄 (Excretion)}$
其中，維持代謝通常包含基礎代謝（Basal Metabolism）、呼吸作用（Respiration）等。圖 (B) 標示的 "Basal metabolism" 和 "Respiration, Excretion, Egestion" 都是能量消耗的組成部分。因此，若要建立一個能量收支方程式，可以從能量的「輸入」與「輸出」來考慮：
$\text{能量輸入} = \text{能量輸出}$
$\text{能量輸出} = \text{生長} + \text{繁殖} + \text{維持活動}$
其中，維持活動可以細分為：
$\text{維持活動} = \text{基礎代謝} + \text{呼吸} + \text{排泄} + \text{排遺}$
所以，一個更完整的方程式可以是：