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高考申論題 112年 [自然保育] 普通生物學(包括分類學)

第 一 題

📖 題組:
三、請試述下列生態演化及個體生物學名詞之意涵。(每小題2.5分,共20分) (一)Biodiversity hotspot (二)Ray-finned fish (三)Ruminant (四)Keystone species (五)Maximum parsimony (六)Taxis (七)Shannon diversity index (八)Endothermic
📝 此題為申論題,共 8 小題

小題 (一)

Biodiversity hotspot

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看到「生物多樣性熱點」,應立即聯想到保育生物學中用來優先分配資源的地理區域。作答關鍵在於精確點出其兩大核心量化指標:極高的特有種數量(1500種維管束植物)與嚴重的棲地喪失程度(喪失70%原始植被)。

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「生物多樣性熱點」(Biodiversity hotspot) 指地球上具有極高生物多樣性,且面臨嚴重人類活動威脅的生物地理區域。根據保育生物學界的嚴格標準,成為熱點必須具備兩大特徵:(1) 高度特有性:該地區至少擁有 1,500 種特有種 (endemic species) 的維管束植物;(2) 高度受威脅:該地區已喪失至少 70% 的原始棲地 (primary habitat)。 實務應用上,此概念在保育生物學 (conservation biology) 中被廣泛用於指導政策與分配資源,確保將有限的保育資金優先投入於能拯救最多物種的關鍵區域(如馬達加斯加、熱帶安地斯山脈等)。

小題 (二)

Ray-finned fish

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看到「Ray-finned fish」,應先定位其分類階層(硬骨魚類中的輻鰭魚類),接著敘述其核心形態特徵(如鰭條結構、鰓蓋與鰾),最後補充其在脊椎動物中的多樣性地位及具體代表物種。

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「輻鰭魚類」(Ray-finned fish,學名 Actinopterygii)為脊索動物門(Chordata)硬骨魚類(Osteichthyes)下的一個主要演化支。其核心特徵包含:(1) 鰭部由皮膚衍生的骨質或角質鰭條(fin rays)所支撐,不具肌肉與骨骼構成的肉質基部(相對於肉鰭魚類 Lobe-finned fish);(2) 骨骼多為硬化骨(ossified skeleton);(3) 具有覆蓋並保護鰓部的骨質鰓蓋(operculum);(4) 多數物種具備調節浮力的鰾(swim bladder)。此類群為現存脊椎動物中物種多樣性最高的一群,適應全球各大淡水與海洋生態系,代表物種包括鯉魚(Carp)、鮪魚(Tuna)、鮭魚(Salmon)及海馬(Seahorse)等。

小題 (三)

Ruminant

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看到 Ruminant 應直覺聯想為「反芻動物」,答題重點在於描述其特化的「四個胃室」結構、反芻行為的生理意義,以及與微生物共生進行纖維素發酵的機制。最後務必列舉常見的代表性物種以求完整。

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「反芻動物」(Ruminant) 是指一類具有高度特化消化道結構的草食性哺乳動物 (herbivorous mammals),通常隸屬於偶蹄目 (Artiodactyla)。其特徵包含: (1) 具備四個胃室:食物攝入後依序經過瘤胃 (rumen)、蜂巢胃/網胃 (reticulum)、重瓣胃 (omasum) 與皺胃/真胃 (abomasum)。其中前三者為食道特化,僅皺胃具備分泌胃酸與消化酶的功能。 (2) 反芻行為 (rumination):動物在快速進食後,會將暫存於瘤胃與網胃中半消化的食糜 (chyme) 逆流回口腔再次咀嚼,以增加植物纖維的表面積,利於後續消化。

小題 (四)

Keystone species

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看到「關鍵物種」,首先必須精準點出其核心定義:該物種的相對數量或生物量雖低,但對維持生態系結構與多樣性具決定性、不成比例的影響。答題時務必強調其移除會導致生態系崩潰,並舉出經典實例(如海獺或海星)以展現學理嚴謹度。

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「關鍵物種 (Keystone species)」是指在生態系 (ecosystem) 中,其相對數量或生物量 (biomass) 雖然不多,但對該群集 (community) 的結構、功能及物種多樣性 (species diversity) 具有不成比例 (disproportionately large) 之重大影響力的物種。 其核心特徵與生態意義包含: (1) 維持生態平衡:扮演穩定生態網絡的樞紐,若將其移除,常導致生態系結構瓦解、多樣性驟降或發生劇烈的生態系轉變 (regime shift)。

小題 (五)

Maximum parsimony

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看到「最大簡約法則」,應直覺聯想到系統分類學與演化樹(phylogenetic tree)的建構原則。答題時需點出其核心概念「奧卡姆剃刀(Occam's razor)」——即最少演化改變(特徵轉換/突變)的假說為最佳解釋,並簡述其在分子或形態特徵分析上的實際應用。

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「最大簡約法則(Maximum parsimony)」指在建構系統發生樹(phylogenetic tree)時,主張應選擇需要發生最少演化改變(evolutionary changes)或特徵轉換次數的樹形假說。特徵包含:(1)基於奧卡姆剃刀(Occam's razor)原則,認為最簡單、假設最少的演化途徑最接近真實情況;(2)在分子演化學中,即計算產生現有核酸或蛋白質序列所需之最少突變(mutations)次數;(3)常與最大概似法(Maximum likelihood)並列為建構演化樹的重要準則。實務應用為生物分類學家利用電腦演算法比對物種的形態或分子資料,篩選出總演化步數(tree length)最短的最簡約樹(most parsimonious tree),以客觀推斷物種間的親緣關係與演化歷史。

小題 (六)

Taxis

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看到「Taxis」,應立即聯想動物行為學中的「趨性」。答題時需明確指出其為對刺激的「定向」移動(區別於無方向性的 kinesis),並說明正負向分類(positive/negative),最後務必舉出具體的生物實例(如趨光、趨化)以拿取完整分數。

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「趨性 (Taxis)」指生物體(多為動物或單細胞生物)對環境中特定的單一方向刺激,所產生具有明顯方向性的移動行為反應。 特徵包含: (1) 具方向性:可分為朝向刺激源移動的「正趨性 (positive taxis)」,以及背離刺激源移動的「負趨性 (negative taxis)」。此為與無方向性隨機運動之「動性 (kinesis)」最大的鑑別特徵。

小題 (七)

Shannon diversity index

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看到「Shannon diversity index」,應立即聯想到群集生態學中測量物種多樣性的指標。解答必須明確指出其同時衡量「物種豐富度」與「物種均勻度」兩大要素,並簡述其數值高低的生態學意義。

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「夏農多樣性指數(Shannon diversity index)」為群集生態學(community ecology)中用以量測物種多樣性(species diversity)之重要數學指標。 特徵包含: (1) 評估基礎:計算公式同時考量群集中物種的「物種豐富度(species richness)」(即物種總數)與「物種均勻度(species evenness)」(即各物種個體數量分布的相對比例)。

小題 (八)

Endothermic

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看到「Endothermic」,應立即聯想到動物體溫調節機制的分類,並與「外溫(Ectothermic)」作對比。作答時需明確點出「依賴新陳代謝產熱」的核心定義,並列舉相關生理特徵(如高代謝率、隔熱構造)及代表性分類群(鳥類、哺乳類)。

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「Endothermic(內溫的)」指生物主要藉由體內新陳代謝(metabolism)所產生的熱能來維持恆定體溫的生理機制。特徵包含:(1)具備較高的基礎代謝率(basal metabolic rate, BMR);(2)通常具有隔熱構造(如哺乳類的毛髮與皮下脂肪、鳥類的羽毛)以減少熱量散失;(3)能在廣泛的環境溫度變化下維持活躍狀態,減少對外部環境熱源的依賴。代表性物種實例為哺乳綱(Mammalia)與鳥綱(Aves)動物。

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