113 年 國立中山大學海洋生物科技暨資源學系碩士班《普通生物學》

本題主要在探討生物體的組織分化層級。生物體從單細胞生物演化到多細胞生物，體內細胞會逐漸分化，形成具有特定功能的組織、器官及系統。缺乏組織級別的身體構造，代表其細胞雖然聚集，但尚未形成具特定結構與功能的整合性組織。

選項 (A) 珊瑚：珊瑚蟲雖然是個體，但其群體形成的珊瑚礁具有複雜的結構，且珊瑚蟲本身具有刺細胞、神經網等，可視為具備組織分化。
選項 (B) 海鞘：海鞘是尾索類，屬於脊索動物門。牠們具有相對複雜的器官系統，例如消化系統、循環系統等，當然具備組織分化。

核心觀念

脊椎動物是具有脊椎骨或脊椎柱的動物，屬於脊索動物的一支。脊索動物的共同特徵包括脊索、背側中空神經索、咽部裂隙及肛後尾；但具有脊索不代表就是脊椎動物。文昌魚有脊索，卻沒有脊椎骨，因此不屬於脊椎動物。

石鱉則屬於軟體動物門多板綱，與脊索動物不同，也不屬於脊椎動物。

解題方法

逐一辨認動物分類即可。海龜、八目鰻與蠑螈都具有脊椎，屬於脊椎動物；文昌魚雖屬脊索動物，卻沒有脊椎；石鱉則是軟體動物。因此，題目有兩個不屬於脊椎動物的選項。

選項分析

本題考驗對軟體動物（特別是淡水和陸地種類）所面臨的生存威脅的理解。威脅程度的判斷需要考慮該威脅對這些生物族群的影響範圍和嚴重性。

(A) 過度捕撈：雖然有些軟體動物（如某些螺類）可能被人類捕食，但相較於魚類或商業價值更高的物種，軟體動物（特別是淡水和陸地種類）通常不是大規模捕撈的對象。因此，過度捕撈對牠們的生存威脅相對較小。
(B) 污染：水體（包括淡水）和土壤的污染（如化學物質、重金屬、農藥等）會嚴重影響軟體動物的生理功能、繁殖能力，甚至導致死亡。尤其是對水生軟體動物，污染是重大的威脅。

本題考查動物胚胎發育的基本過程及其先後順序。有性生殖的胚胎發育始於受精，之後經過一系列的細胞分裂、形態重塑和組織分化，最終形成完整的生物體。

胚胎發育的標準順序如下：

1. 受精 (Fertilization)：精子與卵子結合形成合子 (zygote)。這是發育的起點。
2. 卵裂 (Cleavage)：合子經過快速的有絲分裂，細胞數量增加，但總體積不變或略有增大，形成一團細胞，稱為桑葚胚 (morula)。
3. 囊胚 (Blastula)：桑葚胚繼續分裂，細胞排列成一個中空球狀結構，稱為囊胚。中空的腔稱為囊胚腔 (blastocoel)。
4. 原腸胚 (Gastrula)：囊胚經歷細胞遷移和重排，形成兩個或三個胚層（外胚層、中胚層、內胚層）。這個階段稱為原腸胚。原腸胚的形成是建立身體基本結構的關鍵步驟，胚層的形成預示著將來不同組織和器官的來源。
5. 器官形成 (Organogenesis)：由胚層進一步分化和組織形成，發育成各種器官和系統。

我們來分析選項：
(A) 受精 (Fertilization) → 卵裂 (Cleavage) → 囊胚 (Blastula) → 原腸胚 (Gastrula)
這個順序是正確的。

本題考查對分子生物學核心概念「Central Dogma」的理解，以及 DNA、RNA 和蛋白質之間資訊傳遞的關係。

Central Dogma 的核心概念：
Central Dogma 是由 Francis Crick 在 1958 年提出的，描述了生物體內遺傳訊息的單向流動。它指出，遺傳訊息通常從 DNA 流向 RNA，再從 RNA 流向蛋白質。這個模型闡述了基因如何控制蛋白質的合成，進而影響生物體的結構和功能。

DNA、RNA、Protein 之間的關係：
Central Dogma 主要描述了以下三種主要的資訊流動途徑：

1. DNA 複製 (DNA Replication)：

   • 過程：DNA 能夠自我複製，將其遺傳訊息精確地複製一份，以確保細胞分裂時遺傳物質能夠傳遞給子代細胞。
   • 訊息流向：DNA → DNA
   • 意義：這是遺傳訊息在世代間傳遞的基礎。

2. 轉錄 (Transcription)：

   • 過程：DNA 中的特定基因序列被用作模板，合成一條互補的 RNA 分子（主要是信使 RNA，mRNA）。這個過程發生在細胞核中（對於真核生物）。
   • 訊息流向：DNA → RNA
   • 意義：將 DNA 中的遺傳密碼「抄錄」到 RNA 中，以便將訊息傳遞出細胞核（或在原核生物中直接用於翻譯）。

3. 轉譯 (Translation)：

   • 過程：mRNA 分子上的密碼子（每三個核苷酸代表一個胺基酸）被核糖體解讀，並根據這個密碼合成一條特定胺基酸序列的多肽鏈（蛋白質）。這個過程發生在細胞質中的核糖體上。
   • 訊息流向：RNA → Protein

本題考查細胞膜的結構（磷脂質雙層）和功能。細胞膜是細胞與外界環境之間的重要界限，其結構與功能密切相關。

細胞膜的雙層構造 (Phospholipid Bilayer)：

細胞膜的核心結構是磷脂質雙層。磷脂質是一種特殊的脂質分子，其結構包含：

1. 親水性頭部 (Hydrophilic Head)：由磷酸基團和甘油組成，帶有電荷，能與水分子相互作用。
2. 疏水性尾部 (Hydrophobic Tails)：由兩個脂肪酸鏈組成，不帶電荷，不溶於水。

在水性環境中，磷脂質分子會自發地排列成雙層結構，以最大程度地減少疏水性尾部與水的接觸。具體來說：

• 兩個磷脂質分子的疏水性尾部朝內，形成一個疏水的內部空間。
• 兩個磷脂質分子的親水性頭部朝外，分別面向細胞內外的水性環境。

這種雙層結構形成了一個穩定且具有選擇性通透性的屏障。

細胞膜上的其他組成成分：
除了磷脂質，細胞膜還包含：

• 蛋白質 (Proteins)：鑲嵌在磷脂質雙層中或附著在表面。這些蛋白質具有多種功能，如運輸、信號傳導、酵素活性、細胞識別和連接。
• 膽固醇 (Cholesterol)：在動物細胞膜中，膽固醇嵌入磷脂質雙層之間，有助於調節膜的流動性，使其在不同溫度下保持穩定。
• 醣類 (Carbohydrates)：通常以醣蛋白 (glycoproteins) 或醣脂 (glycolipids) 的形式存在於細胞膜的外表面，參與細胞識別、免疫反應和細胞間的黏附。

細胞膜的功能：

細胞膜具有多種至關重要的功能：

1. 界定與分隔 (Compartmentalization)：將細胞內容物與外界環境分隔開來，維持細胞內部的穩定環境，並在真核細胞中形成細胞器，實現細胞內部的功能分區。
2. 選擇性通透性 (Selective Permeability)：細胞膜控制物質進出細胞。小分子、非極性物質（如氧氣、二氧化碳）可以自由通過磷脂質雙層。

本題考查生物調節體溫的機制，這涉及到恆溫動物（溫血動物）如何維持相對穩定的體溫，以及變溫動物（冷血動物）如何應對環境溫度變化。

生物體調節體溫的方法可分為兩大類：

一、 恆溫動物 (Endotherms / Homeotherms)
恆溫動物能夠透過內部的代謝過程產生足夠的熱量，並透過生理和行為上的調節來維持體溫在一個相對恆定的範圍內，不受外界環境溫度的劇烈影響。

1. 產熱機制 (Heat Production)：

• 基礎代謝 (Basal Metabolism)：細胞進行基本的生命活動（如維持細胞膜電位、合成生物分子）時，會產生基礎的熱量。
• 肌肉活動 (Muscle Activity)：骨骼肌的收縮會產生大量熱量，例如顫抖 (shivering) 是一種快速的肌肉收縮，能顯著提高產熱。
• 非顫抖性產熱 (Non-shivering Thermogenesis)：主要發生在棕色脂肪組織 (brown adipose tissue, BAT) 中。BAT 含有大量的粒線體，透過解偶聯蛋白 (uncoupling proteins, UCPs) 使粒線體中的質子梯度繞過 ATP 合成酶直接釋放能量，轉化為熱能。這在新生兒和冬眠動物中尤為重要。
• 食物的熱效應 (Thermic Effect of Food)：消化、吸收和代謝食物的過程中也會產生一部分熱量。

2. 散熱與保溫機制 (Heat Loss and Conservation)：

• 皮膚血管的調節 (Regulation of Skin Blood Vessels)：
  • 散熱 (Heat Loss)：當體溫升高時，皮膚血管會舒張 (vasodilation)，增加流向皮膚的血液量，使更多熱量通過輻射、對流和傳導散失到環境中。
  • 保溫 (Heat Conservation)：當體溫降低時，皮膚血管會收縮 (vasoconstriction)，減少流向皮膚的血液量，從而減少熱量散失。
• 排汗 (Sweating)：汗腺分泌汗液，汗液蒸發時會帶走大量的熱量，是有效的散熱方式。
• 呼吸 (Respiration)：透過呼吸時呼出溫暖潮濕的氣體，也會帶走一部分熱量，尤其是在寒冷環境中，呼吸的熱量散失相對較少。
• 毛髮和羽毛 (Fur and Feathers)：動物的毛髮或羽毛可以形成一層隔熱層，捕捉空氣，減少熱量散失。動物可以透過豎毛肌 (arrector pili muscles) 使毛髮豎起，增加隔熱效果（如雞皮疙瘩）。

本題考查全球氣候變遷對生物多樣性造成的影響，這是一個重要的生態學和環境科學議題。氣候變遷透過多種途徑影響生物的生存、繁殖、分布和演化。

全球氣候變遷對生物多樣性的主要影響：

1. 棲地改變與破壞 (Habitat Alteration and Destruction)：

   • 溫度升高：導致極地冰川融化（影響極地生物如北極熊、企鵝）、永久凍土層融化、海洋溫度升高（影響珊瑚礁生態系、漁業資源）。
   • 降雨模式改變：乾旱地區加劇、洪水頻率和強度增加，影響陸地和淡水生態系。
   • 海平面上升：淹沒沿海濕地、紅樹林和島嶼生態系，威脅依賴這些棲地的物種。
   • 極端天氣事件頻率增加：如熱浪、乾旱、強風暴、森林大火等，直接摧毀生物棲地，導致物種大量死亡。

2. 物種分布範圍改變 (Shifts in Species Distribution Ranges)：

   • 向高緯度或高海拔遷移：許多物種為了尋找適宜的溫度和降雨條件，會向較冷的地區（高緯度）或較高的海拔遷移。
   • 影響：這可能導致原有生態系結構改變，引入新的競爭者或掠食者，或使移動能力較差的物種被「困住」，無法遷移而面臨滅絕。例如，高山物種如果無法爬到更高的山峰，就可能面臨生存危機。

3. 物候學改變 (Phenological Shifts)：

   • 物候學是指生物生命週期中可觀測的週期性現象，如開花、遷徙、繁殖、休眠等。
   • 影響：氣候變遷導致這些事件的時間發生改變。例如，植物提前開花，昆蟲孵化時間與植物開花時間不匹配，鳥類遷徙時間與食物來源時間錯位，這會破壞物種間原有的協同關係（如傳粉者與植物、掠食者與獵物），導致繁殖失敗和族群下降。

4. 物種相互作用的改變 (Altered Species Interactions)：

   • 競爭：隨著物種分布範圍的擴大或縮小，原有的競爭關係可能改變，新的競爭者出現。
   • 掠食：掠食者與獵物的分布和活動時間改變，可能導致一方優勢或劣勢。