113 年 國立臺灣大學海洋研究所生物漁業組《生物學》

本題主要在考驗學生對於動物界對稱性的基本認知。對稱性是生物形態學中的重要概念，影響生物的運動、感知及演化。

動物的對稱性主要分為三種類型：輻射對稱（radial symmetry）、雙邊對稱（bilateral symmetry）和無對稱（asymmetry）。輻射對稱的動物身體可沿著身體的中心軸，從任何一個方向切開，將身體分成相似的部分，如同輻條放射狀。雙邊對稱的動物身體則只能沿著一個特定的中軸線（通常是前後方向）切開，分成左右兩側相似的部分。無對稱的動物則沒有明顯的對稱性。

本題考查壁虎（Gecko）特殊的運動機制，重點在於解釋其如何克服重力附著於光滑表面。

壁虎能在牆壁和天花板上行走，主要歸功於其腳趾上的特殊結構。科學家們長期以來對此機制感到好奇，並進行了深入研究。

選項分析：
A) 這是目前最被廣泛接受且有充分實驗證據支持的解釋。壁虎的腳趾上覆蓋著數百萬根極細的毛（setae），每根毛又分岔成數千個更細小的末端（spatulae）。

本題主要探討魚鰓中的「逆流交換系統」（countercurrent exchange system），這是生物體內一種高效的物質交換機制，尤其在氣體交換中常見。

逆流交換系統的關鍵在於兩流體（在此為血液和水）以相反方向流動，這能最大化兩流體之間的濃度梯度，從而提高物質（如氧氣）的交換效率。魚鰓正是利用此機制來從水中提取溶解氧。

本題考查人體主要血管的結構與功能，特別是最大的血管。

人體循環系統中的血管負責運輸血液，其大小和結構與輸運的血量和壓力有關。最大的血管通常是將血液從心臟泵出或送回心臟的主動脈和腔靜脈。

選項分析：
A) 肺動脈（pulmonary artery）負責將缺氧血從右心室輸送到肺部，雖然是主要動脈，但並非人體最大血管。
B) 主動脈（aorta）是人體最大的動脈，從左心室發出，負責將富含氧氣的血液輸送到全身。其管徑粗大，能夠承受左心室強力的搏出。

本題主要考查心臟搏動的週期及其各個階段的功能，特別是心臟充血的過程。

心臟的搏動是一個週期性的過程，包括收縮（systole）和舒張（diastole）兩個主要階段。這兩個階段交替進行，推動血液在體內循環。

選項分析：
A) 心房階段（atrial phase）是指心房收縮的階段，此時心房會將剩餘的血液推入心室，但主要充血過程發生在舒張期。

本題考查免疫系統中不同細胞的功能，特別是與體液免疫（humoral immunity）相關的細胞。

體液免疫是由B淋巴球（B cells）介導的免疫反應，其主要作用是產生抗體來識別和清除體內的病原體或外來物質。

選項分析：
A) 巨噬細胞（macrophages）是吞噬細胞，屬於先天免疫的一部分，也參與抗原呈遞，輔助體液免疫和細胞免疫，但本身不產生抗體。
B) B細胞（B cells）是體液免疫的主要執行者。

本題考查單株抗體（Monoclonal antibodies）的生產機制。單株抗體是通過生物技術生產出來的，具有高度特異性，能識別單一抗原決定基（epitope）。

單株抗體的生產方法是基於雜交瘤（hybridoma）技術。該技術的關鍵步驟是將產生特定抗體的B細胞與能夠無限增殖的腫瘤細胞（如骨髓瘤細胞）融合。

本題考查動物排泄系統中含氮廢物的種類及其排泄方式。動物排泄含氮廢物的方式主要有三種：氨（ammonia）、尿素（urea）和尿酸（uric acid）。

氨的毒性最強，需要大量的水來稀釋和排泄；尿素毒性較低，可以濃縮；尿酸毒性最低，幾乎不溶於水，可以以半固體形式排出，節約水分。

選項分析：
A) 大多數魚類（特別是硬骨魚）會將含氮廢物以氨的形式排出，因為牠們生活在水中，有充足的水源來稀釋氨。

本題考查人體血糖調節機制，特別是進食後血糖升高時的激素反應。

血糖的調節主要由胰臟分泌的胰島素（insulin）和升糖素（glucagon）協同作用。當血糖升高時，需要降低血糖；當血糖降低時，需要升高血糖。

選項分析：
A) 進食後，尤其是消化碳水化合物後，血糖會升高。此時，胰臟的β細胞會分泌胰島素，促進葡萄糖從血液進入細胞，轉化為肝糖儲存，從而降低血糖。

本題考查下視丘-腦下垂體-內分泌腺軸的調節機制，特別是促甲狀腺激素釋放激素（TRH）的來源和性質。

TRH（Thyrotropin-releasing hormone，促甲狀腺激素釋放激素）是一種由下視丘（hypothalamus）分泌的多肽激素，其作用是刺激腦下垂體前葉（anterior pituitary）釋放促甲狀腺激素（TSH）。

選項分析：
A) 胸腺（thymus）主要與免疫系統有關，分泌的激素（如胸腺素）與TRH不同。TRH是胜肽類激素。

本題考查精子（sperm cell）的結構與功能，特別是頂體（acrosome）的作用。

頂體是位於精子頭部前端的一個囊狀結構，它是由高爾基體（Golgi apparatus）轉變而來。頂體內含有多種水解酶。

選項分析：
A) 精子運動所需的能量主要來自於其線粒體產生的ATP，而不是頂體。
B) 頂體本身不會直接與卵細胞的透明帶（jelly coat 或 zona pellucida）融合。

本題考查化學突觸（chemical synapse）的神經傳導過程。化學突觸是神經元之間或神經元與效應器細胞之間傳遞信號的主要方式，通過化學物質（神經傳導質）來實現。

化學突觸傳導的關鍵步驟包括：神經傳導質的釋放、與突觸後膜受體的結合、以及引起突觸後電位的變化。

選項分析：
A) 神經傳導質儲存在突觸前膜的神經末梢（synaptic knob）內的囊泡中，而不是直接擴散到接受細胞的質膜。
B) 神經傳導質釋放後，會擴散到突觸間隙，並與突觸後膜上的特異性受體結合，引起突觸後細胞的離子通道開放或關閉，從而改變其膜電位。這是正確的步驟。

核心觀念

肌肉收縮的肌原纖維中，肌絲分為：

• 粗肌絲（thick filament）：主要由肌球蛋白（myosin）組成。
• 細肌絲（thin filament）：主要由肌動蛋白（actin）組成，並含有調節蛋白 tropomyosin 與 troponin。

肌球蛋白分子具有球狀頭部，可與 actin 結合並利用 ATP 水解所提供的能量產生動力，使 actin 沿粗肌絲滑動，形成肌肉收縮。

解題方法

判斷關鍵是辨認粗肌絲與細肌絲的主要組成：

1. 題目問的是 thick filament（粗肌絲）。
2. 粗肌絲的主要蛋白為 myosin。
3. actin、tropomyosin 與 troponin 屬於細肌絲系統，不能作為粗肌絲的主要組成。
4. 因此正確答案為 E) myosin。

選項分析

• A) actin and regulatory proteins.
  錯誤。actin 與調節蛋白 tropomyosin、troponin 主要組成細肌絲，而非粗肌絲。

本題考查神經肌肉連接的術語。神經元與肌肉纖維之間的連接處是神經信號傳遞到肌肉並引起收縮的關鍵部位。

這個特殊的突觸結構有其專門的名稱。

選項分析：
A) neuromotor junctions 是一個可能的說法，但不是最標準的術語。
B) muscle synapses 聽起來像是肌肉之間的突觸，不準確。

核心觀念

本題考查先天行為與固定動作模式（fixed action pattern）的特徵。固定動作模式是先天、刻板且通常具有完整順序的行為；它受到遺傳因素強烈控制，並會由特定的外界刺激（sign stimulus）引發。

解題方法

判斷各選項時，先抓住兩個重點：固定動作模式屬於先天行為，不是學習後才形成；引發它的典型因素是特定刺激，而不是「已學會的行為」。再檢查其他選項是否把先天行為的適用範圍說得過廣，或否認遺傳影響。

選項分析

本題考查乳糖不耐症（Lactose intolerance）的定義。乳糖不耐症是一種常見的消化系統疾病，與乳糖的消化有關。

乳糖（lactose）是一種雙糖，存在於牛奶和乳製品中。人體需要一種酶來分解乳糖。

本題考查蛋白質合成（Protein synthesis）過程中信使RNA（mRNA）的作用和特點。

蛋白質合成是一個兩階段的過程：轉錄（transcription）和轉譯（translation）。mRNA在其中扮演著關鍵的信使角色。

選項分析：
A) mRNA的轉錄過程發生在細胞核內（真核細胞），但mRNA的加工（如剪接、加帽、加尾）和成熟，以及其初步的形成，與核仁（nucleolus）有關，但mRNA本身主要是從DNA轉錄而來，並非完全在核仁中「製造」。

本題考查氧氣（Oxygen）分子穿過細胞質膜（plasma membrane）的運輸方式。

氧氣是一種小分子氣體，其穿過細胞膜的過程主要依賴於其物理性質。

選項分析：
A) 滲透作用（osmosis）是指水分子通過半透膜的擴散，與氧氣的運輸無關。
B) 吞噬作用（phagocytosis）是一種大分子或顆粒物質被細胞吞噬的過程，屬於胞吞（endocytosis），不適用於小分子氣體。

本題考查細胞有絲分裂（mitosis）的各個時期特徵。有絲分裂是真核細胞進行無性繁殖的方式，將親代細胞的染色體平均分配給兩個子細胞。

有絲分裂通常分為前期（prophase）、中期（metaphase）、後期（anaphase）和末期（telophase）四個主要階段。

選項分析：
A) 後期（anaphase）的主要特徵是姐妹染色單體分離，並向細胞兩極移動。核膜和核仁尚未重新形成。
B) 中期（metaphase）的主要特徵是所有染色體排列在細胞中央的赤道板上。

本題考查生物學中「物種」（species）的定義。物種是生物分類的基本單位，其定義有多種模式，其中最常用的是生物學物種概念（Biological Species Concept, BSC）。

生物學物種概念認為，物種是能夠在自然狀態下相互交配並產生可育後代的、隔離的種群。

選項分析：
A) 生物體外形相似（physically similar）是物種鑑定的一個重要依據，但並非絕對。例如，同一個物種的個體之間可能存在較大的形態差異（如性二態），而不同物種的個體可能外形非常相似。
B) 基因相似性（genetically similar）是物種內個體之間的一個重要特徵，但並非定義。

本題考查免疫系統對抗原的反應，特別是「克隆選擇」（Clonal Selection）機制，以及初級免疫反應（primary response）和次級免疫反應（secondary response）的異同。

核心觀念：
克隆選擇理論是解釋B淋巴球（B cell）如何產生對特定抗原具有高度特異性的抗體。該理論指出，每個B淋巴球在其表面僅表達一種特異性的抗體受體（BCR），當一個B淋巴球遇到與其BCR結合的抗原時，該B淋巴球會被活化，然後進行增殖和分化，產生大量具有相同抗體特異性的B細胞克隆。這些克隆細胞一部分分化為漿細胞（plasma cells），產生大量抗體；另一部分則分化為記憶細胞（memory cells），用於快速而強烈的二次反應。

初級免疫反應（Primary Response）：
當機體第一次接觸到某種外來抗原時，就會引發初級免疫反應。

1. 抗原識別： 體內眾多B細胞中，只有極少數B細胞表面表達的BCR能與該特定抗原結合。
2. B細胞活化： 與抗原結合的B細胞會被活化。在大多數情況下，還需要輔助性T細胞（helper T cells）的協同作用（T-dependent response）。輔助T細胞識別由B細胞呈遞的抗原肽，並釋放細胞因子，進一步促進B細胞的活化、增殖和分化。
3. 增殖與分化： 活化的B細胞經歷數次細胞分裂，形成一個B細胞克隆。
4. 漿細胞形成與抗體產生： 克隆中的大部分細胞分化為漿細胞，這些漿細胞是抗體工廠，大量合成並分泌與抗原特異性結合的抗體。
5. 記憶細胞形成： 一小部分B細胞分化為記憶B細胞（memory B cells），它們壽命長，能夠長期存在於體內。
6. 反應特點： 初級免疫反應的潛伏期較長（約數天到一週），抗體產生的量相對較少，且抗體親和力（affinity）和效價（titer）較低。主要產生的抗體類型是 IgM，隨後逐漸轉變為 IgG。

次級免疫反應（Secondary Response）：
當機體再次接觸到同一種抗原時，就會引發次級免疫反應，也稱為記憶免疫反應。

1. 快速啟動： 體內預存的記憶B細胞能夠快速識別抗原，並被迅速活化。
2. 快速增殖與分化： 記憶B細胞會快速增殖並分化成大量的漿細胞。

本題考查神經細胞動作電位（action potential）的產生機制、過程以及影響其幅度的因素。

動作電位的描述：
動作電位是神經元或肌肉細胞在受到刺激後，其細胞膜產生的一種快速、短暫的電位變化。它是一種「全有或全無」（all-or-none）的電生理現象，一旦達到閾值（threshold），就會以相同的幅度傳播。

動作電位的產生與過程：

1. 靜息電位（Resting Potential）： 在未受刺激時，細胞膜內外存在電位差，細胞膜內側帶負電，外側帶正電，約為 -70 mV。這是由於細胞膜內外離子（主要是 $K^+$ 和 $Na^+$）分佈不均以及細胞膜對不同離子的通透性不同所致。
2. 閾值（Threshold）： 當細胞膜受到刺激，導致局部去極化（depolarization），膜電位向正值變化。如果這種去極化達到或超過閾值（通常約為 -55 mV），就會觸發動作電位。
3. 去極化（Depolarization）： 達到閾值後，電壓門控鈉離子通道（voltage-gated $Na^+$ channels）快速開放，大量 $Na^+$ 離子迅速內流。這導致細胞膜內側電位迅速升高，變得更為正值，甚至超過 0 mV，達到峰值（約 +30 mV）。這是動作電位的上升階段。
4. 復極化（Repolarization）： 當膜電位達到峰值時，電壓門控鈉離子通道開始失活（inactivate），而電壓門控鉀離子通道（voltage-gated $K^+$ channels）開始開放。大量 $K^+$ 離子從細胞內流出，導致細胞膜內側電位迅速下降，恢復到負值。這是動作電位的下降階段。
5. 超極化（Hyperpolarization）： 由於鉀離子通道關閉較慢，細胞膜內側電位可能會暫時變得比靜息電位更負，即發生超極化。
6. 恢復（Restoration）： 鈉鉀泵（$Na^+$/$K^+$ pump）通過消耗 ATP，將 $Na^+$ 泵出細胞，將 $K^+$ 泵入細胞，逐漸恢復細胞膜內外的離子濃度平衡，使細胞膜電位恢復到靜息電位。

本題考查生態學中的「關鍵物種」（keystone species）概念及其對群落生物多樣性的影響。

關鍵物種（Keystone Species）的定義：
關鍵物種是指在維持一個生態群落的結構、穩定性和功能方面，扮演著不成比例的重要角色的物種。儘管關鍵物種在群落中的生物量（biomass）或數量（abundance）可能不高，但它們的消失會對群落造成劇烈的、災難性的影響，導致生物多樣性急劇下降，甚至群落結構崩潰。關鍵物種通常通過其獨特的生態位（niche）和生態作用來影響群落，例如捕食、傳粉、築巢、改變棲息地結構等。

關鍵物種如何影響群落生物多樣性（以海獺為例）：
一個經典的關鍵物種例子是海獺（sea otter, Enhydra lutris）。海獺生活在北太平洋沿岸的海岸生態系統中，牠們的主要食物是海膽（sea urchins）、貽貝（mussels）等底棲無脊椎動物。

• 海獺的角色： 海獺是頂級捕食者（apex predator）之一。
• 對海膽的影響： 海膽是植食性動物，牠們會啃食海藻，特別是海帶（kelp）等構成海帶森林（kelp forest）的關鍵物種。
• 對海帶森林的影響： 海帶森林是海洋中最具生產力的生態系統之一，為大量的海洋生物提供了棲息地、食物和庇護所。

本題考查生物多樣性（biodiversity）面臨的威脅以及延緩海洋生物多樣性下降的策略。

威脅生物多樣性的主要因素：
生物多樣性面臨的威脅是多方面的，主要可以歸納為以下幾個方面，通常被稱為「HIPPO」原則的擴展：

1. 棲息地破壞、破碎化和退化（Habitat Destruction, Fragmentation, and Degradation）： 這是對生物多樣性最主要的威脅。人類活動，如農業擴張、城市化、工業化、森林砍伐、濕地填埋等，直接摧毀或改變了物種賴以生存的棲息地。棲息地的破碎化將大片連續的棲息地分割成小塊，阻礙了物種的遷徙、基因交流，並增加了邊緣效應。棲息地的退化（如污染、土壤鹽鹼化）則降低了其承載能力。
2. 過度開發利用（Overexploitation）： 指對生物資源的過度捕撈、狩獵、採集和砍伐，超出了其自然繁殖和更新的能力，導致物種數量急劇下降，甚至滅絕。例如，過度捕撈海洋魚類、非法盜獵瀕危動物、過度採伐珍貴木材等。
3. 入侵物種（Invasive Species）： 非本地物種（或稱外來入侵物種）被引入新的生態系統後，由於缺乏天敵制約，繁殖迅速，與本地物種競爭資源、捕食本地物種、傳播疾病或改變棲息地結構，對本地生物多樣性造成嚴重威脅。
4. 污染（Pollution）： 各種形式的污染，包括化學污染（農藥、工業廢料）、塑料污染、重金屬污染、光污染、噪音污染等，都會損害生物體，影響其繁殖、發育和生存，改變生態系統的結構和功能。
5. 氣候變遷（Climate Change）： 全球氣溫升高、降雨模式改變、極端天氣事件頻發、海洋酸化等，都對生物的生存環境產生巨大影響。物種可能無法適應快速變化的氣候，導致分佈範圍改變、繁殖失敗、種群數量下降，甚至滅絕。例如，珊瑚白化就是氣候變遷對海洋生物多樣性影響的典型案例。

延緩海洋生物多樣性下降的最有效方法及其原因：

延緩海洋生物多樣性下降需要綜合性的措施，但目前來看，建立和有效管理海洋保護區（Marine Protected Areas, MPAs） 被認為是最具潛力且最直接有效的方法之一。

為什麼建立和管理海洋保護區是有效的？