亞洲大學 113 年 《生物學》

核心觀念

細胞膜的基本結構是由**磷脂質雙層（phospholipid bilayer）**構成，磷脂質是細胞膜的主要結構成分。磷脂質具有兩個部分：

• 親水性磷酸頭部（hydrophilic phosphate head）：朝向細胞外液與細胞質，接觸水相環境。
• 疏水性脂肪酸尾部（hydrophobic fatty acid tails）：彼此相對，排列在雙層中央，隔離水分子與多數帶電物質。

此排列形成細胞膜的選擇性通透屏障，並符合 Singer-Nicolson 提出的流動鑲嵌模型（fluid mosaic model）。細胞膜中也含有膜蛋白、膽固醇與醣類，但主要的膜骨架仍是磷脂質雙層。

解題方法

判斷「primary structural component」時，先找出能直接形成細胞膜基本骨架的分子。能以雙層排列、建立疏水屏障者，即為主要結構成分。

磷脂質因具有親水端與疏水尾，會在水溶液中自發排列成雙層：

$$\text{親水頭部} \;|\; \text{疏水尾部} \;|\; \text{疏水尾部} \;|\; \text{親水頭部}$$

因此，正確答案為 Phospholipid molecule。

選項分析

(A) Cholesterol molecule

膽固醇是細胞膜的重要脂質成分，會嵌入磷脂質雙層的疏水區域，具有以下作用：

• 調節細胞膜流動性。
• 降低膜在高溫下的過度流動。
• 防止膜在低溫下過度凝固。
• 降低細胞膜對部分小分子的通透性。

但膽固醇本身不形成細胞膜的主要雙層骨架，因此不是 primary structural component。此選項錯誤。

(B) Enzyme molecule

核心觀念

本題考查真核細胞（eukaryotic cell）與原核細胞（prokaryotic cell）的基本構造差異。

真核細胞的主要特徵包括：

• 具有由核膜包圍的細胞核（nucleus）。
• 細胞質中具有多種膜狀胞器（membrane-bound organelles），例如粒線體（mitochondrion）、內質網（endoplasmic reticulum）、高基氏體（Golgi apparatus）與溶小體（lysosome）。
• 細胞通常比原核細胞大，構造也較複雜。
• 真核生物可包括動物、植物、真菌與原生生物，因此細胞壁的有無與組成並不一致。

原核細胞沒有真正的細胞核，也沒有典型的膜狀胞器；細菌的細胞壁主要含有肽聚糖（peptidoglycan）。

解題方法

先抓住題幹主詞「eukaryotic cells」，直接套用真核細胞的定義：

$$\text{Eukaryotic cell} \Rightarrow \text{具有細胞核與膜狀胞器}$$

因此，只要選項描述「具有膜狀胞器」，即可判定為正確敘述。

選項分析

(A) It does not have membrane-bound organelles.

錯誤。真核細胞的重要特徵就是具有膜狀胞器，例如：

• 粒線體：進行有氧呼吸並產生 ATP。
• 內質網：參與蛋白質與脂質的合成。
• 高基氏體：修飾、分類與運輸蛋白質。
• 溶小體：含有水解酵素，負責胞內消化。

「沒有膜狀胞器」是原核細胞的典型特徵，不是真核細胞的特徵。

(B) It has a cell wall with peptidoglycan.

核心觀念

本題考查熱力學第一定律（first law of thermodynamics），核心是「能量守恆」：

能量不能被創造或摧毀，只能由一種形式轉換成另一種形式，或在系統與環境之間轉移。

對熱力學系統而言，可表示為：

$$\Delta E = q+w$$

其中：

• $\Delta E$：系統總能量的變化
• $q$：系統吸收的熱
• $w$：外界對系統所做的功

熱力學第一定律只說明能量的總量守恆，並未規定能量轉換時一定會有多少能量以熱的形式散失。

「能量轉換過程具有方向性，且常伴隨能量耗散，使部分能量轉為無法再完全利用的熱」主要屬於熱力學第二定律（second law of thermodynamics）的內容。

解題方法

判斷各選項是否屬於熱力學第一定律的關鍵，在於辨認它是否只是在描述：

1. 能量不會憑空產生或消失；
2. 能量總量維持不變；
3. 能量可以互相轉換。

若選項進一步涉及「能量轉換必然造成熱散失」或「熵增加」，則是在描述熱力學第二定律，而非第一定律。

選項分析

(A) Any energy transformation loses some energy to its surroundings as heat.

「任何能量轉換都會有部分能量以熱的形式散失到周遭環境。」

此敘述不是熱力學第一定律的內容，因為第一定律只要求能量總量守恆，並未主張每次能量轉換都必然有能量散失為熱。

例如，理想狀況下，電能可以完全轉換為機械能；即使實際系統常因摩擦、電阻等因素產生熱，也不代表「能量轉換必然散失熱」是第一定律的定義。

此敘述涉及能量轉換的不可逆性與耗散，屬於熱力學第二定律的概念。因此 (A) 不屬於熱力學第一定律。

(B) The amount of energy in the universe is constant.

「宇宙中的能量總量是固定的。」

核心觀念

本題考查「耦聯反應（coupled reactions）」與自由能變化的關係。

• 放能反應（exergonic reaction）：釋放自由能，$\Delta G<0$，可自發進行。
• 吸能反應（endergonic reaction）：需要輸入自由能，$\Delta G>0$，單獨進行時不具自發性。
• 自發反應（spontaneous reaction）：熱力學上可自行進行，判定條件為 $\Delta G<0$；不代表反應速度一定很快。

耦聯反應是將一個放能反應與一個吸能反應連結，使放能反應釋放的自由能推動吸能反應進行。整體自由能變化為各反應自由能變化的總和：

$$\Delta G_{\text{total}} = \Delta G_{\text{放能反應}} + \Delta G_{\text{吸能反應}}$$

只要：

$$\Delta G_{\text{total}}<0$$

整體耦聯反應即可自發進行。

解題方法

判斷耦聯反應的關鍵，是確認兩個反應中是否包含：

1. 一個可釋放自由能的放能反應；
2. 一個需要自由能輸入的吸能反應；
3. 放能反應提供的能量足以使整體反應的 $\Delta G_{\text{total}}<0$。

典型例子是 ATP 水解與細胞內吸能反應的耦聯：

$$\ce{ATP + H2O -> ADP + Pi}$$

ATP 水解是放能反應，釋放的自由能可推動蛋白質合成、主動運輸或代謝物磷酸化等吸能過程。例如，葡萄糖磷酸化可與 ATP 水解耦聯：

$$\ce{Glucose + Pi -> Glucose-6-phosphate + H2O}$$

此反應本身為吸能反應；在己糖激酶（hexokinase）催化下，實際反應與 ATP 水解相連：

核心觀念

本題考查酵素（enzyme）加速化學反應的基本機轉：酵素能降低反應的活化能（activation energy, $E_a$）。

化學反應必須先使反應物分子達到高能量的過渡態（transition state），才能轉變為產物。酵素會與受質（substrate）結合形成酵素—受質複合體（enzyme–substrate complex），並透過下列方式穩定過渡態：

• 使受質正確定位與排列。
• 使反應鍵受到適當張力。
• 提供有利的微環境，例如酸鹼催化或電荷穩定。
• 直接與過渡態形成較有利的交互作用。

因此，反應從反應物到過渡態所需跨越的能量障礙降低，反應速率便加快。

以能量變化表示：

$$\text{反應物} \xrightarrow{E_a} \text{過渡態} \rightarrow \text{產物}$$

酵素降低的是 $E_a$，並不改變反應的整體自由能變化 $\Delta G$，也不改變反應平衡常數 $K_{eq}$。它只使正向與逆向反應都更容易發生，讓系統更快達到平衡。

解題方法

題幹問：「酵素為何能加速化學反應？」

判斷關鍵是酵素的功能並非提供反應所需的能量，而是降低啟動反應所需跨越的能量障礙。選項中只有「降低開始化學反應所需的能量」符合活化能的定義。

酵素催化反應的概念可用 Arrhenius equation 表示：

$$k = A e^{-E_a/RT}$$

其中 $k$ 為反應速率常數，$E_a$ 為活化能。當酵素降低 $E_a$ 時，$k$ 增大，因此反應速率加快。

選項分析

(A) Supplying energy to the reaction process

錯誤。酵素不是能量來源，也不會把能量供給反應。酵素提供的是一條活化能較低的反應途徑，並非增加反應系統的總能量。

核心觀念

本題考查細胞以細胞膜包覆、吞入大型固體顆粒的運輸方式。

**Endocytosis（胞吞作用）**是細胞膜向內凹陷，將細胞外物質包入囊泡並送入細胞內的過程，依吞入物質的型態可分為：

• Phagocytosis（吞噬作用）：吞入大型固體顆粒，例如細菌、細胞碎片。
• Pinocytosis（胞飲作用）：吞入細胞外液與其中溶解的小分子。
• Receptor-mediated endocytosis（受體媒介胞吞作用）：特定物質先與細胞膜受體結合，再經由膜凹陷形成囊泡進入細胞。

白血球吞噬感染性細菌時，會以 **actin cytoskeleton（肌動蛋白細胞骨架）**驅動細胞膜伸出偽足包圍細菌，形成含有細菌的 phagosome（吞噬小體）。吞噬小體接著與 **lysosome（溶小體）**融合形成 phagolysosome（吞噬溶小體），利用酸性環境、溶小體水解酵素及活性氧等機制分解病原體。

因此，phagocytosis 是 endocytosis 的一種特殊形式。

解題方法

判斷此題的關鍵在於辨認「細胞將細菌帶入細胞內」的方向與物質大小：

1. 細菌位於細胞外。
2. 白血球以細胞膜包圍並吞入細菌。
3. 物質由細胞外進入細胞內，且以囊泡運輸。
4. 這符合胞吞作用（endocytosis）。
5. 由於吞入的是大型固體顆粒，特別稱為吞噬作用（phagocytosis）。

選項分析

(A) Exocytosis（胞吐作用）

核心觀念

本題考查生物的營養方式，尤其是 heterotroph（異營生物） 與 autotroph（自營生物） 的區別。

判斷重點是生物的「碳來源」：

• Autotroph（自營生物）：能利用 $\ce{CO2}$ 等無機碳，自行合成有機物。
• Heterotroph（異營生物）：無法以無機碳自行製造足夠的有機物，必須從環境攝取現成有機物，作為碳源與能量來源。

異營生物不一定代表「不使用氧氣」，也不一定代表「沒有代謝作用」；其核心定義是有機碳必須仰賴外界取得。

光合作用生物通常屬於 photoautotroph（光合自營生物），其基本反應為：

$$\ce{6CO2 + 6H2O ->[light][chlorophyll] C6H12O6 + 6O2}$$

其中光能先經由電子傳遞鏈轉換成 ATP 與 NADPH，再於 Calvin cycle（卡爾文循環）中，利用 RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶／加氧酶）固定 $\ce{CO2}$，形成有機物。

異營生物則常透過 cellular respiration（細胞呼吸）分解有機物，例如葡萄糖經過：

1. Glycolysis（糖解作用）：葡萄糖 $\rightarrow$ pyruvate（丙酮酸）
2. Pyruvate oxidation（丙酮酸氧化）：丙酮酸 $\rightarrow$ acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）
3. Citric acid cycle（檸檬酸循環）：產生 NADH、FADH$_2$
4. Oxidative phosphorylation（氧化磷酸化）：電子傳遞鏈建立質子梯度，驅動 ATP synthase（ATP 合成酶）製造 ATP

解題方法

先辨認各選項中的生物是否能自行利用光能或其他能量來源，將 $\ce{CO2}$ 合成有機物。

• 能利用光能進行光合作用，通常為自營生物。
• 真菌、蚯蚓等無法進行光合作用，必須攝取或分解外界有機物，屬於異營生物。
• 「不會光合作用」不等於所有情況下都是異營生物，部分細菌雖不進行光合作用，仍能利用無機物取得能量並固定 $\ce{CO2}$，屬於 chemoautotroph（化學自營生物）。本題依一般考試語境，將選項 B 的「non-photosynthesizing bacteria」理解為非光合的異營細菌。

選項分析

核心觀念

本題考查光合作用的光反應，以及光系統 II（Photosystem II, PSII）在電子傳遞鏈中的功能。

PSII 位於葉綠體類囊體膜，反應中心葉綠素為 P680。其主要功能包括：

1. 吸收光能，使 P680 的電子升至高能階。
2. 透過水的光解補回失去的電子。
3. 產生氧氣，並將高能電子傳遞至後續電子傳遞鏈。

水的光解發生在 PSII 的放氧複合體（oxygen-evolving complex, OEC），其核心含有錳與鈣離子。總反應可表示為：

$$2\ce{H2O} \rightarrow 4\ce{H+} + 4\ce{e-} + \ce{O2}$$

光能使 P680 變成激發態 $\ce{P680^{*}}$，電子依序傳遞給初級電子受體 pheophytin（脫鎂葉綠素）、$\ce{Q_A}$、$\ce{Q_B}$，最後交給 plastoquinone（質體醌，$\ce{PQ}$）：

$$\ce{P680 ->[光] P680^* -> pheophytin -> Q_A -> Q_B -> PQ}$$

因此，PSII 的光反應同時涉及氧氣的生成與高能電子的形成、傳遞。

解題方法

判斷本題的關鍵，是分辨 PSII 中「水被消耗」與「氧氣、高能電子被產生」的方向。

在 PSII 中：

• 水經由 OEC 分解，提供電子給失去電子的 $\ce{P680+}$。
• 水分解的副產物是 $\ce{O2}$。
• P680 吸收光能後，電子被激發至高能狀態，並進入電子傳遞鏈。

因此：

$$\text{水} \xrightarrow{\text{光解}} \text{氧氣}+\text{高能電子}+\ce{H+}$$

題目問的是「Which molecule is produced in photosystem II?」，最完整的選項是同時包含氧氣與高能電子者。

選項分析

(A) Oxygen

核心觀念

本題考查植物的 $\ce{CO2}$ 固定方式與氣孔（stomata）開閉的日夜節律，重點是比較：

• $\ce{C3}$ 植物
• $\ce{C4}$ 植物
• CAM 植物（Crassulacean acid metabolism，景天酸代謝）

氣孔開啟時，植物可吸收大氣中的 $\ce{CO2}$，但同時會增加水分散失。因此，生活在乾燥、高溫環境的植物，會演化出降低蒸散作用的機制。

CAM 植物將「吸收 $\ce{CO2}$」與「進行 Calvin cycle」分隔在不同時間：

• 夜間：氣孔開啟，吸收 $\ce{CO2}$
• 白天：氣孔關閉，利用夜間儲存的有機酸進行 $\ce{CO2}$ 供應與糖類合成

因此，題目所述「只在夜間保持氣孔開啟」是 CAM 植物的典型特徵。

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解題方法

判斷本題的關鍵是先辨認「氣孔只在夜間開啟」所代表的適應策略：

1. 夜間氣溫較低、相對濕度較高，氣孔開啟時的蒸散作用較小。
2. CAM 植物在夜間吸收 $\ce{CO2}$。
3. $\ce{CO2}$ 先經由 PEP carboxylase（磷酸烯醇丙酮酸羧化酶）固定，形成四碳化合物。
4. 產物轉變成 malate（蘋果酸），以 malic acid（蘋果酸）形式儲存於液泡。
5. 白天氣孔關閉，以減少水分散失。
6. 儲存的 malate 在白天脫羧，釋放 $\ce{CO2}$，再由 Rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶／加氧酶）進入 Calvin cycle。

夜間的初步固定反應可簡化表示為：

$$\ce{PEP + CO2 ->[PEP\ carboxylase] OAA}$$

其中 OAA 為 oxaloacetate（草醯乙酸），之後可轉變為 malate：

$$\ce{OAA + NADPH + H+ -> malate + NADP+}$$

白天則將 malate 脫羧：

$$\ce{malate -> pyruvate + CO2}$$

釋放的 $\ce{CO2}$ 在葉肉細胞的 chloroplast（葉綠體）中進入 Calvin cycle，先與 RuBP（ribulose-1,5-bisphosphate，核酮糖-1,5-二磷酸）反應：

$$\ce{CO2 + RuBP ->[Rubisco] 2 \ 3-PGA}$$

其中 3-PGA 為 3-phosphoglycerate（3-磷酸甘油酸）。

本題所考的核心並非「哪一類植物具有四碳中間物」，而是「哪一類植物將氣孔開啟時間主要安排在夜間」。答案是 CAM 植物。

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選項分析

(A) C4 plants

錯誤。

C4 植物雖然也會先以 PEP carboxylase 固定 $\ce{CO2}$，形成四碳化合物 oxaloacetate，再轉變為 malate 或 aspartate，但 C4 植物的主要特徵是「空間分隔」，不是「日夜分隔」。

C4 植物通常在白天開啟氣孔並吸收 $\ce{CO2}$：

1. 葉肉細胞以 PEP carboxylase 固定 $\ce{CO2}$。
2. 形成的四碳化合物運送至 bundle-sheath cell（維管束鞘細胞）。

核心觀念

本題考查真核細胞中細胞呼吸各階段的細胞定位，尤其是 Krebs cycle（檸檬酸循環、三羧酸循環，TCA cycle） 的發生場所。

在真核細胞中：

• Glycolysis（糖解作用）：發生於細胞質基質（cytoplasm）。
• Pyruvate oxidation（丙酮酸氧化）：發生於粒線體基質。
• Krebs cycle（檸檬酸循環）：主要發生於粒線體基質（mitochondrial matrix）。
• Electron transport chain（電子傳遞鏈）與 oxidative phosphorylation（氧化磷酸化）：發生於粒線體內膜。

Krebs cycle 的功能是將 acetyl-CoA 的碳氧化成 $\ce{CO2}$，並產生還原型電子載體：

$$\text{Acetyl-CoA} \rightarrow 2\ce{CO2} + 3\ce{NADH} + \ce{FADH2} + \ce{GTP}$$

這些 $\ce{NADH}$ 與 $\ce{FADH2}$ 會將高能電子提供給後續的電子傳遞鏈。

解題方法

判斷此題可採用「代謝途徑與細胞胞器定位」的方法。

Krebs cycle 接在糖解作用與電子傳遞鏈之間：

$$\text{Glucose} \xrightarrow{\text{glycolysis}} \text{Pyruvate} \xrightarrow{\text{pyruvate oxidation}} \text{Acetyl-CoA} \xrightarrow{\text{Krebs cycle}} \ce{CO2},\ \ce{NADH},\ \ce{FADH2}$$

在真核細胞中，丙酮酸進入粒線體後，先於粒線體基質中轉化為 acetyl-CoA，再進入 Krebs cycle。循環的主要反應如下：

1. Oxaloacetate（草醯乙酸）與 acetyl-CoA 結合形成 citrate（檸檬酸），酵素為 citrate synthase。
2. Citrate 經 aconitase 轉化為 isocitrate（異檸檬酸）。
3. Isocitrate 經 isocitrate dehydrogenase 形成 $\alpha$-ketoglutarate（$\alpha$-酮戊二酸），產生 $\ce{NADH}$ 與 $\ce{CO2}$。

核心觀念

本題考查「快速氣候變遷對生物適應與生態系穩定性的影響」。

氣候改變會影響溫度、降水量、季節長度與水分收支，進而使原有的 biome（生物群系） 發生地理分布變化。例如，適合寒冷氣候的針葉林向高緯度或高海拔移動，溫暖乾燥地區則可能出現草原化或荒漠化。

生物面對環境改變的方式主要包括：

1. 生理調節與行為改變：個體在一定範圍內調整自身狀態。
2. 遷移（migration）：移動到較適合生存的地區。
3. 演化適應（evolutionary adaptation）：族群經由遺傳變異與自然選擇，累積有利性狀。

演化需要經過世代繁殖。若氣候與生物群系改變的速度快於族群產生、篩選與累積適應性變異的速度，生物便無法及時適應，造成族群數量下降、分布縮小，甚至滅絕。

因此，本題的核心因果關係為：

$$\text{氣候變化速度} > \text{族群適應與演化速度} \Rightarrow \text{生態問題}$$

解題方法

先抓題幹中的關鍵字 rapid changes（快速變化） 與 keep pace（跟上速度）。題目不是問氣候變遷會造成哪一種特定棲地，而是問「快速」變化為何會引起生態問題。

判斷重點是比較兩種速度：

• 環境條件與生物群系改變的速度；
• 生物遷移、繁殖與演化適應的速度。

若變化太快，族群即使具有遺傳變異，也未必能在足夠短的時間內，透過自然選擇形成適應性族群。這正是選項（A）所描述的情形。

選項分析

（A）Evolution is unlikely to occur quickly enough to keep pace with biome changes.

正確。

演化是族群層次的遺傳組成改變，必須依靠可遺傳變異、繁殖與自然選擇，通常需要多個世代累積。若氣候快速變化，使原本的溫度、降水或季節條件迅速改變，生物族群的適應速度便可能跟不上生物群系的變化速度。

例如，某些植物的生長、開花與種子形成受到溫度和降水嚴格控制；若乾旱化速度過快，植物尚未演化出耐旱性，便可能先因繁殖失敗而使族群衰退。這會進一步影響以該植物為食的昆蟲、草食動物與分解者，造成食物網連鎖效應。

故（A）正確，為本題答案。

（B）Animals do not migrate fast enough.

錯誤，且敘述過度概括。

核心觀念

本題考查真核生物基因表現中的「轉錄後加工（post-transcriptional processing）」與「內含子移除（intron splicing）」。

真核生物的基因通常由：

• 外顯子（exons）：保留在成熟 mRNA 中的序列
• 內含子（introns）：先被轉錄，之後在 RNA 剪接時移除的序列

組成。

基因首先被轉錄成初級轉錄本（primary transcript，或 pre-mRNA）：

$$\text{DNA gene} \xrightarrow{\text{transcription}} \text{pre-mRNA}$$

接著，pre-mRNA 經過：

1. 加上 $5'$ cap
2. 移除 introns、連接 exons
3. 加上 $3'$ poly-A tail

形成成熟 mRNA（mature mRNA）。

其中最影響本題長度比較的步驟是 RNA splicing：

$$\text{pre-mRNA}=\text{exon}_1+\text{intron}_1+\text{exon}_2+\text{intron}_2+\text{exon}_3$$

經剪接後：

$$\text{mature mRNA}=\text{exon}_1+\text{exon}_2+\text{exon}_3$$

因此，成熟 mRNA 通常比包含 introns 的基因 DNA 序列短。

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解題方法

判斷本題只需掌握「比較對象」與「成熟 mRNA 的形成過程」：

1. 題目比較的是一個基因的 DNA 序列與由它轉錄出的成熟 mRNA。
2. 基因 DNA 通常包含 exons 與 introns。
3. introns 雖然會先被轉錄至 pre-mRNA，卻會在 RNA splicing 過程中被移除。
4. 成熟 mRNA 主要保留由 exons 組成的序列，因此長度較短。

可用下式表示：

$$L_{\text{mature mRNA}} = L_{\text{gene DNA}} - L_{\text{introns}}$$

在題目的標準假設下，$L_{\text{introns}}>0$，所以：

$$L_{\text{mature mRNA}}<L_{\text{gene DNA}}$$

故選擇 (B)。

補充而言，DNA 使用鹼基 thymine（T），RNA 使用 uracil（U）；這是鹼基種類的差異，不是本題判斷長度的主要原因。

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選項分析

(A) The mRNA is shorter because each codon of three bases encodes only one amino acid.

錯誤。

codon 與胺基酸的關係屬於「翻譯（translation）」階段：

核心觀念

本題考的是基因突變中「靜默突變」（silent mutation）的定義。

DNA 的鹼基序列改變，若使 mRNA 上的密碼子（codon）發生改變，但轉譯後仍指定相同的胺基酸，即稱為靜默突變，也稱為同義突變（synonymous mutation）。

其原因是遺傳密碼具有「簡併性」（degeneracy）：共有 64 種密碼子，但只編碼 20 種胺基酸與終止訊號。因此，多數胺基酸由不只一個密碼子所指定，尤其常見於密碼子的第三個鹼基，即 wobble position（擺動位置）。

例如：

• mRNA 密碼子 $\text{GAA}$：指定麩胺酸（glutamic acid, Glu）
• mRNA 密碼子 $\text{GAG}$：同樣指定麩胺酸（Glu）

若發生 $\text{GAA} \rightarrow \text{GAG}$ 的鹼基替換，密碼子已經改變，但胺基酸不變，因此屬於靜默突變。

解題方法

判斷本題的關鍵，是比較「突變後密碼子指定的胺基酸是否改變」：

1. 若密碼子改變，胺基酸也改變，稱為錯義突變（missense mutation）。
2. 若密碼子改變成終止密碼子，稱為無義突變（nonsense mutation）。
3. 若密碼子改變，但仍指定同一種胺基酸，稱為靜默突變（silent mutation）。

題幹明確詢問 silent mutation，因此正確敘述必須是「發生突變的 codon 不會造成所指定胺基酸改變」。

選項分析

(A) The codon that mutates causes a change in the amino acid specified.

錯誤。

密碼子突變後造成胺基酸改變，屬於錯義突變（missense mutation），不是靜默突變。例如：

$$\text{UUU} \rightarrow \text{UUA}$$

核心觀念

減數分裂（meiosis）包含連續兩次核分裂：

1. 減數分裂第一次（meiosis I）：同源染色體分離。
2. 減數分裂第二次（meiosis II）：姊妹染色分體分離。

DNA 複製只進行 一次，發生在減數分裂開始前的間期（interphase）之 S phase（DNA synthesis phase，DNA 合成期），也就是進入 meiosis I 之前。

DNA 複製的主要酵素包括：

• DNA helicase（DNA 解旋酶）：解開雙股 DNA。
• Primase（引子酶）：合成 RNA primer。
• DNA polymerase（DNA 聚合酶）：延長新生 DNA 鏈。
• DNA ligase（DNA 連接酶）：連接岡崎片段（Okazaki fragments）。

複製完成後，每條染色體由兩條相同的姊妹染色分體組成，並進入 meiosis I。減數分裂第二次開始前不再進行 DNA 複製。

染色體 DNA 含量可表示為：

$$\text{複製前：} 2n,\,2C$$ $$\text{DNA 複製後、meiosis I 前：} 2n,\,4C$$ $$\text{meiosis I 後：} n,\,2C$$ $$\text{meiosis II 後：} n,\,1C$$

其中 $n$ 代表染色體套數，$C$ 代表 DNA 含量。

解題方法

判斷關鍵在於區分「DNA 複製」與「染色體分離」：

• DNA 複製發生於 meiosis I 前的 S phase。
• meiosis I 主要分離同源染色體。
• meiosis II 主要分離姊妹染色分體。
• meiosis I 與 meiosis II 之間沒有新的 S phase，因此不會再次複製 DNA。

因此，正確敘述是「DNA 複製發生在 meiosis I 之前」。

選項分析

核心觀念

減數分裂（meiosis）包含兩次連續的核分裂：

• 減數分裂第一次分裂（meiosis I）：分離同源染色體（homologous chromosomes），使染色體數目減半。
• 減數分裂第二次分裂（meiosis II）：分離姊妹染色分體（sister chromatids），類似有絲分裂。

在減數分裂開始前，DNA 已經複製一次，因此每條染色體均由兩條姊妹染色分體組成。

解題方法

判斷關鍵在於題幹的主詞是 separated sister chromatids（分離的姊妹染色分體）。

減數分裂各階段的主要事件如下：

1. Metaphase I（第一次中期）
   同源染色體成對排列於赤道板，姊妹染色分體仍彼此連接。

2. Anaphase I（第一次後期）
   同源染色體分離，分別移向細胞兩極；每條染色體仍保有兩條姊妹染色分體。

3. Metaphase II（第二次中期）
   染色體排列於赤道板，姊妹染色分體仍連接。

4. Anaphase II（第二次後期）
   姊妹染色分體彼此分離，並在紡錘絲牽引下移向相反的細胞兩極。

因此，題幹描述的事件發生於 Anaphase II。

選項分析

(A) Metaphase I

核心觀念

本題比較有性生殖（sexual reproduction）與無性生殖（asexual reproduction）的演化優勢。

• 有性生殖：通常由兩個親代產生配子，經過減數分裂（meiosis）形成單倍體配子，再由受精（fertilization）恢復二倍體。後代同時獲得雙親的遺傳物質，因此具有較高的遺傳變異性（genetic variability）。
• 無性生殖：通常只需一個親代，不經配子融合，後代多為親代的遺傳複製品，遺傳變異較少，但繁殖速度快、能量成本低。

有性生殖產生遺傳變異的主要機制包括：

1. 互換（crossing over）：減數分裂前期 I，同源染色體交換 DNA 片段。
2. 獨立分配（independent assortment）：減數分裂時，母源與父源染色體隨機分配至配子。
3. 隨機受精（random fertilization）：不同配子彼此隨機結合。

因此，有性生殖的主要優勢在於能增加族群的遺傳多樣性，使部分個體在環境劇烈改變時，較有機會具備適應性性狀並存活。

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解題方法

判斷本題的關鍵是先區分兩種生殖方式的典型特徵：

比較項目	有性生殖	無性生殖
親代數目	通常兩個	通常一個
配子融合	有	無
遺傳變異	高	低
繁殖速度	通常較慢	通常較快
環境穩定時的效率	較低	較高
環境變動時的適應潛力	較高	較低

題目問的是有性生殖相較於無性生殖的「major advantage」，因此應選擇能代表有性生殖核心優勢的敘述，即遺傳變異性增加。

在生態災難或環境劇烈變動時，族群若具有較多遺傳差異，較可能有部分個體適應新的溫度、食物、病原體或棲地條件。這種族群層次的適應潛力，是有性生殖的重要演化優勢。

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選項分析

(A) Simpler form of reproduction

核心觀念

本題考查「體細胞（somatic cell）與生殖細胞（germ cell）」的區別，以及遺傳訊息如何傳遞給下一代。

• 體細胞：構成身體各組織的細胞，例如肝細胞、肌肉細胞、神經細胞。體細胞通常以**有絲分裂（mitosis）**增殖，負責個體生長、修復與維持組織。
• 生殖細胞：與配子形成及遺傳有關的細胞，包括精子形成系統中的細胞與卵子形成系統中的細胞。生殖系細胞可經由**減數分裂（meiosis）**產生單套染色體的配子。
• 有絲分裂：產生與親代細胞染色體數目及遺傳物質大致相同的子細胞。
• 減數分裂：使染色體數目減半，並產生配子；配子參與受精，因此能將遺傳訊息傳給子代。

題目中的肝細胞屬於體細胞。若肝細胞中的染色體發生突變，此突變至多會隨著體細胞的有絲分裂傳給同一個體的部分體細胞，不能進入精子或卵子的形成系統，因此不會傳給子女。

解題方法

判斷此題只需抓住「突變發生在哪一類細胞」以及「哪一類細胞能形成配子」：

1. 肝細胞是體細胞。
2. 子代的遺傳物質來自親代的配子。
3. 體細胞不會經由減數分裂形成配子。
4. 因此，肝細胞的突變不會透過生殖細胞傳給子女。

本題的關鍵不是「突變是否能在細胞中複製」，而是「突變是否能進入生殖系統」。肝細胞突變可以在肝臟局部細胞中經有絲分裂擴增，但不會因此成為配子中的遺傳物質。

選項分析

(A) Germ cells cannot undergo mitosis.

錯誤。

生殖系細胞可以進行有絲分裂。例如精子形成與卵子形成的早期生殖細胞，會先透過有絲分裂增殖，增加細胞數量。之後部分細胞才進入減數分裂，形成配子。

因此，「生殖細胞不能進行有絲分裂」並不正確。

核心觀念

本題考查植物的**世代交替（alternation of generations）**與配子形成方式。

植物生活史包含兩個世代：

• 孢子體（sporophyte）：二倍體 $2n$，經減數分裂產生單倍體孢子（spores）。
• 配子體（gametophyte）：單倍體 $n$，經有絲分裂產生配子（gametes）。

關鍵在於：配子體細胞本身已經是單倍體 $n$，產生配子時不需要再進行染色體數目減半，因此採用有絲分裂（mitosis）。

典型流程如下：

$$\text{孢子體 }(2n) \xrightarrow{\text{減數分裂}} \text{孢子 }(n) \xrightarrow{\text{有絲分裂}} \text{配子體 }(n) \xrightarrow{\text{有絲分裂}} \text{配子 }(n)$$

受精後：

$$\text{精細胞 }(n)+\text{卵細胞 }(n) \xrightarrow{\text{受精}} \text{合子 }(2n)$$

解題方法

判斷本題只需抓住兩個資訊：

1. 題幹指出產生配子的細胞是單倍體配子體（haploid gametophyte）。
2. 單倍體細胞產生單倍體配子，不需要進行減數分裂。

有絲分裂會維持染色體倍數：

$$n \xrightarrow{\text{有絲分裂}} n$$

減數分裂則會使染色體數目減半：

$$2n \xrightarrow{\text{減數分裂}} n$$

因此，植物的配子體產生配子時，正確方式是 Mitosis。

選項分析

核心觀念

本題考的是**染色體結構變異（chromosomal structural mutation）**的分類。

題幹指出：「一段 DNA 從某條染色體移動到另一條**非同源染色體（non-homologous chromosome）**上。」這種染色體片段位置改變稱為：

轉位（translocation）

轉位通常源自染色體發生 DNA 雙股斷裂（double-strand break），之後斷裂片段接到另一條非同源染色體上。若兩條染色體彼此交換片段，稱為互惠轉位（reciprocal translocation）；若只有單向移動，則屬於非互惠轉位。

因此，本題對應的是 Translocation during meiosis。

解題方法

判斷此題的關鍵有兩點：

1. 移動的是染色體片段，而不是整條染色體
2. 片段移到非同源染色體

只要看到「DNA 片段移到另一條非同源染色體」，即可判定為 translocation（轉位）。

減數分裂（meiosis）期間若發生轉位，可能造成染色體配對與分離異常。例如，互惠轉位的同源區段在減數分裂時可能形成十字形或四價體（quadrivalent）結構，進而產生正常、平衡或不平衡的配子。

選項分析

(A) Translocation during meiosis

正確。Translocation（轉位）是染色體片段移動到另一條非同源染色體的結構變異。題幹描述的正是此現象；若此事件發生於減數分裂期間，即為減數分裂時的轉位。

(B) Nondisjunction during meiosis

錯誤。Nondisjunction（不分離）是同源染色體或姊妹染色單體在減數分裂時未正常分開，導致配子染色體數目異常。

核心觀念

本題考查人體幹細胞（stem cells）的來源與分類。幹細胞具有兩項核心特性：

1. 自我更新（self-renewal）：能經由細胞分裂維持幹細胞族群。
2. 分化潛能（differentiation potency）：能分化為一種或多種特定細胞類型。

人體幹細胞的主要來源包括：

• 成體幹細胞（adult stem cells）：存在於出生後的多種組織，例如骨髓、腸道、皮膚等。
• 胚胎幹細胞（embryonic stem cells, ESCs）：取自早期胚胎囊胚（blastocyst）的內細胞團（inner cell mass），具有多能性（pluripotency）。
• 誘導多能幹細胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）：由已分化的體細胞，例如皮膚細胞，經基因表現重編程而來。

解題方法

判斷本題的關鍵，在於「source of stem cells」是指能夠取得或製造幹細胞的生物來源，不是要求該細胞本身原本就具有幹細胞性質。

逐項判斷：

• 成人組織中確實存在成體幹細胞。
• 皮膚細胞雖然通常是已分化細胞，但可經誘導重編程形成 iPSCs，因此可作為幹細胞來源。
• 受精卵分裂形成早期胚胎，囊胚內細胞團可分離出胚胎幹細胞。

因此，三個敘述皆可成立，應選「全部皆正確」。

選項分析

(A) Adults, in several specialized tissues

正確。成人體內仍存在成體幹細胞，分布於若干特化組織。例如：

• 骨髓中的造血幹細胞（hematopoietic stem cells）可分化為紅血球、白血球與血小板。
• 腸道中的腸幹細胞（intestinal stem cells）可持續補充腸道上皮細胞。
• 皮膚基底層中的幹細胞可補充表皮細胞。

成體幹細胞通常屬於多能性較受限制的幹細胞，主要負責組織維持與損傷修復。

(B) Skin cells

核心觀念

本題考「複製動物的技術」與 Dolly 羊的產生方法。

Dolly 是世界上第一隻由成年體細胞核複製而成的哺乳動物，使用的技術為 體細胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）。

其核心原理是：將成年體細胞的細胞核，移入一個已去除細胞核的卵母細胞中，使卵母細胞的細胞質重新啟動胚胎發育。由於胚胎的核基因組來自供核的體細胞，因此出生個體的核基因型與供核個體高度相同。

解題方法

判斷關鍵在於辨認 Dolly 的複製流程：

1. 從成年母羊取得乳腺體細胞，作為供核體細胞。
2. 取另一隻母羊的卵母細胞，移除其細胞核，形成去核卵母細胞。
3. 將供核體細胞的細胞核移入去核卵母細胞。
4. 以電刺激促使細胞融合，並活化卵母細胞，使其開始有絲分裂與胚胎發育。
5. 將早期胚胎植入代理母羊子宮。
6. 胚胎發育後出生 Dolly。

因此，題目所問的直接技術是 Somatic cell nuclear transfer。

此過程不是將整個胚胎分割，也不是利用 DNA 擴增或 DNA 鑑定技術；關鍵步驟是「將體細胞的細胞核移植至去核卵母細胞」。

選項分析

(A) Embryonic stem cell transplantation

錯誤。

Embryonic stem cell（胚胎幹細胞）來源為早期胚胎內細胞團，具有分化成多種細胞類型的能力，稱為多能性（pluripotency）。

胚胎幹細胞移植可用於研究細胞分化、組織修復與再生醫學，但 Dolly 並非由胚胎幹細胞移植產生。Dolly 使用的是成年乳腺體細胞的細胞核，並非胚胎幹細胞。

(B) Polymerase chain reaction

錯誤。

Polymerase chain reaction（聚合酶鏈鎖反應，PCR）是體外大量擴增特定 DNA 片段的技術，主要步驟包括：

• 變性（denaturation）
• 引子黏合（annealing）
• 延伸（extension）

延伸反應由耐熱 DNA 聚合酶，例如 Taq DNA polymerase，合成新的 DNA 鏈。

核心觀念

本題考的是體細胞核移植（somatic cell nuclear transfer, SCNT）與複製動物的來源。

Dolly 的產生利用三種羊的細胞：

1. 取自乳腺的專一化體細胞（specialized somatic cell）。
2. 取另一隻羊的卵細胞，去除其細胞核，形成去核卵細胞（enucleated egg）。
3. 將乳腺體細胞的細胞核移入去核卵細胞，再以電刺激促使其融合與分裂。
4. 胚胎發育至適當階段後，植入代孕母羊子宮。

因此，Dolly 的主要核基因組來自乳腺體細胞的細胞核。這是利用「已分化的體細胞核仍保有完整基因組」的原理；透過卵細胞細胞質中的重編程因子，使體細胞核恢復胚胎發育能力。

解題方法

判斷關鍵在於辨認題幹中的「donor to provide the genetic material」指的是提供複製個體主要核遺傳物質的細胞。

Dolly 採用的流程不是精子與卵細胞融合，也不是直接使用胚胎幹細胞，而是：

$$\text{乳腺體細胞} \rightarrow \text{取出細胞核}$$ $$\text{去核卵細胞}+\text{乳腺體細胞核} \rightarrow \text{融合與活化} \rightarrow \text{胚胎} \rightarrow \text{Dolly}$$

乳腺細胞屬於已分化的體細胞，但其細胞核仍含有完整的二倍體基因組。卵細胞主要提供細胞質、細胞器與支持早期胚胎發育的分子環境，不是 Dolly 核基因組的主要來源。

選項分析

• (A) Embryonic stem cells（胚胎幹細胞）錯誤。
  Dolly 並非由胚胎幹細胞的細胞核所複製。

核心觀念

囊腫性纖維化（cystic fibrosis, CF）是由 CFTR 基因突變造成的常染色體隱性遺傳疾病。患者通常必須同時從父母各遺傳一個致病等位基因；帶有一個正常等位基因與一個致病等位基因者稱為帶因者（carrier）。

雙方皆為帶因者時，子代基因型機率為：

$$\text{正常 homozygous}=\frac{1}{4}$$ $$\text{帶因者}=\frac{1}{2}$$ $$\text{罹患 CF}=\frac{1}{4}$$

因此，每次懷孕皆有 $25\%$ 的子代罹患囊腫性纖維化。題目詢問的是：如何在胚胎植入母體前，先檢測胚胎是否帶有致病基因，以協助夫妻選擇未罹病的胚胎。

解題方法

關鍵在於辨認題幹中的兩個訊息：

1. 雙方皆為 CF 帶因者，子代具有罹病風險。
2. 「prepare for a child being born with the disease by testing」表示利用遺傳檢測，在生殖過程中預先辨認患病胚胎。

胚胎著床前遺傳診斷（preimplantation genetic diagnosis, PGD）是在體外受精（in vitro fertilization, IVF）後，對早期胚胎取樣，檢測其特定基因或染色體異常，再選擇未帶有致病基因型的胚胎植入子宮。

因此，最符合題意的是 (A) Preimplantation genetic diagnosis。

選項分析

(A) Preimplantation genetic diagnosis：正確

PGD 可在胚胎植入前檢測 CFTR 基因是否具有致病突變。實際流程包括：

1. 以 IVF 形成多個胚胎。
2. 胚胎發育至囊胚期後，取滋養外胚層細胞。
3. 擴增並分析 CFTR 基因。
4. 選擇未呈現囊腫性纖維化致病基因型的胚胎植入。

若父母分別帶有一個正常等位基因與一個致病等位基因，胚胎檢測可區分：

• $正常／正常$：未罹病，也非帶因者
• $正常／致病$：帶因者，但不罹病
• $致病／致病$：罹患囊腫性纖維化

PGD 的核心價值是「植入前篩選胚胎」，正好符合題目所描述的生殖準備方式。

(B) Cloning and testing the unborn child：錯誤

核心觀念

本題考 趨同演化（convergent evolution） 的定義。

趨同演化是指：親緣關係不近的不同生物，因長期面對相似的環境壓力與自然選擇，獨立演化出相似的外形、構造或功能。

其基本機制為：

1. 不同物種原本具有不同的遺傳背景。
2. 牠們生活在相似的環境，面對相似的生存問題。
3. 自然選擇使有利於適應該環境的性狀較容易保留。
4. 經過多代累積後，不同物種可能形成相似的適應構造。

這類相似性通常屬於 類似構造（analogous structures），表示功能相似，但演化來源不同。

例如：

• 鯊魚的流線型身體與海豚的流線型身體：兩者皆適合在水中高速游泳，但鯊魚是魚類，海豚是哺乳類，親緣關係並不接近。
• 蝙蝠的翅膀與鳥的翅膀：皆可飛行，但分別由不同的演化支系獨立形成。
• 澳洲有袋類與胎盤哺乳類中，亦可見外形與生活型態相似的物種。

解題方法

判斷本題的關鍵是抓住兩個條件：

• 生活環境或選擇壓力相似
• 親緣關係不近，卻獨立形成相似性狀

題幹問的是「趨同演化意味著什麼」，因此直接比對各選項是否符合上述定義即可。

符合「相似環境造成不親近生物演化出相似性狀」者，即為正確答案。

選項分析

(A) Organisms living in similar habitats may develop similar traits even though they are not closely related.

生活在相似棲地的生物，即使親緣關係不近，也可能演化出相似性狀。

正確。這完整描述趨同演化的核心：相似環境產生相似的選擇壓力，使不同演化支系獨立形成相似適應。

核心觀念

本題考查自然選擇（natural selection）的三種典型模式，關鍵在於判斷「哪一種表型（phenotype）具有最高適存度（fitness）」以及選擇作用如何改變族群性狀分布。

題幹指出：

one extreme phenotype is fittest and the environment selects against the others

意思是「某一端的極端表型最適合生存與繁殖，而環境淘汰其他表型」。這正是**定向選擇（directional selection）**的定義。

定向選擇的結果是：族群中某一性狀會朝單一方向改變，表型分布的平均值逐代向其中一端移動。

例如，若環境變得寒冷，體型較大的個體具有較佳保溫能力，則大型個體的存活與繁殖成功率較高，小型及中型個體受到選汰，族群平均體型便會逐代增加。

可用適存度表示：

$$w_{\text{極端表型}} > w_{\text{其他表型}}$$

其中 $w$ 代表個體的相對適存度（relative fitness）。

解題方法

本題採用「看最高適存度表型的位置」判斷：

• 只有一端極端表型最有利：定向選擇。
• 兩端極端表型有利，中間表型不利：分裂選擇。
• 人為挑選特定性狀進行繁殖：人工選擇。
• 不同生物因相似環境壓力而演化出相似性狀：趨同演化，不是標準的自然選擇模式。

題幹明確說明「one extreme phenotype is fittest」，表示適存度最高的是單一端點，因此選擇方向會偏向該端，答案為 Directional selection。

選項分析

(A) Directional selection：正確

定向選擇是指某一端的極端表型具有最高適存度，環境對其他表型施加較強的選汰壓力。

其典型結果包括：

• 一種極端表型受到偏好。
• 另一端及中間型表型相對不利。
• 族群性狀平均值向有利端移動。
• 族群的遺傳組成逐代改變。

因此完全符合題幹描述。

(B) Disruptive selection：錯誤

分裂選擇（disruptive selection）又稱破壞性選擇，是指兩種相反的極端表型較有利，而中間型表型受到淘汰。

其適存度關係可表示為：

核心觀念

本題考查自然選擇的類型，關鍵在於比較不同表型的適存度（fitness）。

題幹指出：

兩個或以上的極端表型，比中間型表型具有更高適存度。

此種自然選擇會淘汰中間型，保留兩端極端型，使族群的表型分布由單峰逐漸轉為雙峰或多峰，稱為分裂選擇（disruptive selection）。

其選擇方向可表示為：

$$\text{極端表型適存度上升，中間型適存度下降}$$

分裂選擇常發生在環境存在兩種不同資源或棲位時。例如，種子大小分為大、小兩類時，大喙鳥較能處理大種子，小喙鳥較能處理小種子；中等喙型反而不擅長利用任何一類種子，因此適存度較低。

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解題方法

判斷本題的核心是找出「哪一種表型的適存度最高」。

各種選擇類型的適存度分布如下：

• 方向選擇：某一端的極端表型適存度最高。
• 穩定選擇：中間型表型適存度最高。
• 分裂選擇：兩端或多個極端表型適存度最高，中間型適存度最低。

題幹明確描述「two or more extreme phenotypes are fitter than the intermediate phenotype」，也就是「兩個或以上的極端表型優於中間型」，完全符合分裂選擇的定義。

因此答案為 Disruptive selection。

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選項分析

(A) Directional selection：方向選擇

錯誤。

方向選擇是指某一個極端表型具有較高適存度，導致族群的性狀平均值朝單一方向改變。例如，環境變得寒冷時，體型較大的個體可能較能保存體溫，族群平均體型便逐漸增加。

其特徵是：

$$\text{一側極端型適存度最高}$$

題幹描述的是「兩個或以上的極端表型」較有利，而非只有單一方向的一端，因此不是方向選擇。

核心觀念

本題考查「物種形成（speciation）」與「地理隔離（geographic isolation）」的關係。

物種形成是指族群之間累積遺傳差異，最後形成生殖隔離（reproductive isolation）的演化過程。地理隔離會使原本可互相交配的族群被山脈、河流、海洋或島嶼分隔，降低彼此之間的基因流（gene flow）。

島嶼具有天然的海洋屏障，島上生物不易與外界族群自由移入、移出，因此容易發生：

1. 基因流降低：不同島嶼族群之間缺乏頻繁交配。
2. 遺傳漂變（genetic drift）增強：島嶼初始族群通常較小，創始者效應（founder effect）明顯。
3. 自然選擇造成適應分化：不同島嶼具有不同食物、氣候、棲地與天敵。
4. 族群間差異累積：突變、遺傳漂變與自然選擇逐代累積，最後可能形成生殖隔離。

因此，島嶼是研究物種形成與適應輻射（adaptive radiation）的理想場所。

解題方法

判斷本題的關鍵，是找出最能直接解釋「島嶼為何適合研究物種形成」的生態條件。

物種形成需要族群之間逐漸累積遺傳差異，而基因流會混合不同族群的基因、降低分化。因此，若某種環境能有效阻止個體在不同族群間移動與交配，就能促進族群分化。

島嶼四周被海洋隔開，生物通常不容易移入與移出，形成明顯的地理隔離。這正是島嶼促進物種形成的核心原因。

選項分析

(A) Natural selection occurs more rapidly.
自然選擇發生得較快速。

錯誤。

島嶼上的自然選擇不一定比大陸發生得更快。自然選擇的強度與速度取決於環境壓力、遺傳變異、族群大小與世代時間等因素，不能單純由「島嶼」這個條件判定。

島嶼確實常具有特殊環境，使族群產生適應性分化，但題目強調的主要原因並非自然選擇速度較快，而是島嶼能限制族群間的移動與基因流。

(B) They are very large with diverse populations.
島嶼面積很大，且具有多樣化的族群。

錯誤。

核心觀念：生殖隔離的類型

本題考察物種形成中的 生殖隔離（reproductive isolation）。生殖隔離是指兩個族群之間，因某些機制而無法成功交配，或無法產生具有繁殖能力的後代。

依發生時點可分為：

• 合子前隔離（prezygotic isolation）：受精形成合子以前即阻止基因交流。
• 合子後隔離（postzygotic isolation）：已形成合子，但後代存活力低、發育異常或無法繁殖。

題幹指出：

sperm cells of one are unable to fertilize the egg cells of the other

意思是「一個族群的精子無法使另一個族群的卵細胞受精」，阻斷點發生在精卵結合與受精階段，尚未形成合子，因此屬於合子前隔離。

解題方法

判斷關鍵在於確認「隔離發生在哪一個階段」：

1. 精子與卵細胞來自不同族群。
2. 精子無法辨識、附著或穿入對方的卵細胞。
3. 無法完成受精，因而無法形成合子。
4. 這種發生於配子之間的受精障礙，稱為 配子隔離（gametic isolation）。

在動物中，精子與卵細胞表面的辨識分子具有專一性。精子必須先與卵細胞外層結合，接著引發 頂體反應（acrosome reaction），釋放酵素以穿越卵細胞外層；若兩族群的辨識蛋白不相容，精子便無法正常附著、穿透或與卵細胞膜融合，受精因此失敗。

本題卡在「配子接觸至受精完成之前」這一步，而不是胚胎發育或後代繁殖能力階段。

選項分析

(A) Gametic isolation（配子隔離）—正確

配子隔離是指不同族群的精子與卵細胞無法有效結合，導致受精失敗。題幹明確描述精子無法使另一族群的卵細胞受精，完全符合此定義。

核心觀念

本題考查病毒（virus）的宿主範圍（host range）與專性細胞內寄生（obligate intracellular parasitism）。

病毒沒有完整的細胞結構，也缺乏獨立進行蛋白質合成、能量代謝與核酸複製所需的完整系統，因此必須進入活細胞，利用宿主細胞的酵素、核糖體、ATP 與原料進行增殖。

病毒能否感染某種生物或某類細胞，主要取決於：

• 病毒表面蛋白是否能辨識並結合宿主細胞上的特定受體（receptor）。
• 病毒是否能進入細胞並完成脫殼（uncoating）。
• 宿主細胞是否具有病毒複製所需的酵素與細胞環境。
• 病毒是否能避開宿主的防禦機制。

因此，多數病毒具有相對狹窄的宿主範圍，通常只能感染少數親緣關係較近的物種，或感染特定組織與細胞類型。此種感染偏好稱為組織嗜性（tropism）。

解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. 病毒必須感染活細胞才能複製，因此與「不能感染活細胞」相反。
2. 病毒的宿主範圍通常受到受體專一性與細胞內環境限制，多數不會廣泛感染各種生物。

因此，描述「多數病毒只感染少數親緣關係相近的物種」的選項，符合病毒宿主專一性的基本概念。

選項分析

(A) Most viruses infect only a few closely related species.

正確。多數病毒的宿主範圍（host range）相對狹窄，通常只感染少數親緣關係相近的物種。

病毒感染的第一步通常是病毒外殼蛋白或包膜上的病毒醣蛋白，與宿主細胞膜上的特定受體結合。例如，病毒若無法辨識宿主細胞受體，就無法有效附著與進入細胞。即使成功進入細胞，仍須具備適合病毒基因體複製與病毒蛋白合成的細胞環境，才能完成感染循環。

因此，受體特異性與細胞內複製條件共同造成病毒的宿主限制。少數病毒具有較廣的宿主範圍，但基礎生物學中一般原則是「多數病毒感染少數親緣關係相近的物種」。

(B) Most viruses infect only plant cells.

錯誤。病毒不只感染植物細胞，也能感染動物、真菌、細菌與古菌等生物。

核心觀念

病毒的遺傳資訊儲存在其核酸（nucleic acid）基因體中，而不是儲存在蛋白質外殼中。病毒基因體的核酸種類具有多樣性，可以是：

• DNA 或 RNA
• 單股（single-stranded, ss）或雙股（double-stranded, ds）
• 線性、環狀或分節段（segmented）

因此，病毒的遺傳物質不限定為 DNA，也不限定為 RNA。

病毒感染宿主細胞後，基因體會被用來：

1. 作為複製模板，產生新的病毒核酸。
2. 作為轉錄或翻譯的依據，製造病毒蛋白質。
3. 將遺傳資訊傳遞至下一代病毒顆粒。

依病毒基因體的分類，常見類型包括 DNA viruses、RNA viruses，以及具有逆轉錄階段的 retroviruses（逆轉錄病毒）。例如 HIV 的基因體是 RNA，但感染後會由 reverse transcriptase（逆轉錄酶）將 RNA 資訊轉換成 DNA 中間物。

解題方法

題幹問的是病毒中的「genetic information（遺傳資訊）」是什麼。判斷重點在於：

$$\text{遺傳資訊} \longrightarrow \text{核酸基因體}$$

生物界的遺傳資訊主要由 DNA 或 RNA 的鹼基排列順序承載。病毒雖然缺乏完整的細胞結構與自主代謝系統，但仍具有核酸基因體，且其基因體可以是 DNA，也可以是 RNA。

所以正確描述必須同時涵蓋這兩種情形。

選項分析

(A) A specialized capsid protein

核心觀念：病毒複製的基本階段

病毒缺乏完整的細胞結構與自主代謝能力，必須進入宿主細胞，利用宿主細胞的酵素、核糖體、核苷酸與胺基酸製造新的病毒顆粒。典型的病毒複製週期依序為：

$$\text{Attachment} \rightarrow \text{Penetration} \rightarrow \text{Synthesis} \rightarrow \text{Assembly} \rightarrow \text{Release}$$

各階段意義如下：

1. Attachment（附著）
   病毒表面的附著蛋白與宿主細胞膜上的特定受體結合。此步驟決定病毒的宿主範圍與組織嗜性。例如，HIV 的 envelope glycoprotein gp120 會與宿主細胞的 CD4 及共受體結合。

2. Penetration（穿入）
   病毒進入宿主細胞。動物病毒可藉由膜融合或受體媒介的胞吞作用進入；噬菌體則常將核酸注入細菌細胞內，病毒外殼留在細胞外。

3. Synthesis（合成）
   病毒核酸進行複製，並表現病毒基因，製造病毒蛋白。此階段所需的酵素依病毒類型而異，例如：

• DNA 病毒常利用宿主 DNA polymerase（DNA 聚合酶）或病毒本身的 DNA polymerase。
• RNA 病毒常需 RNA-dependent RNA polymerase（RNA 依賴性 RNA 聚合酶）。
• 逆轉錄病毒使用 reverse transcriptase（逆轉錄酶），先將 RNA 轉成 DNA。

4. Assembly（組裝）
   新合成的病毒核酸與病毒結構蛋白組合，形成新的 virion（完整病毒顆粒）。核衣殼、包膜蛋白等結構需在此階段完成整合。

5. Release（釋出）
   新形成的病毒顆粒離開宿主細胞。無包膜病毒常因細胞裂解而釋出；有包膜病毒則常透過 budding（出芽）離開細胞，並在出芽過程取得脂質包膜。

需注意：許多教科書會在 penetration 後另列 uncoating（脫殼），即去除病毒外殼，使病毒核酸暴露；但本題選項採用五階段分類，將其包含在 penetration 與 synthesis 之間的入侵過程中，不影響判斷。

解題方法

本題是生物事件的順序判斷題。切入點是掌握病毒必須先進入宿主細胞，才能利用宿主資源進行核酸與蛋白質合成；完成各成分的製造後，才有材料可以組裝成完整病毒，最後釋出。

因此順序必然符合：

$$\text{附著} \rightarrow \text{穿入} \rightarrow \text{合成} \rightarrow \text{組裝} \rightarrow \text{釋出}$$

這與選項 (B) 完全一致。

選項分析

核心觀念

本題考查原核生物（prokaryotes）細胞表面的 glycocalyx（醣萼） 功能。

Glycocalyx 是包覆在細菌細胞膜與細胞壁外側的醣類外層，主要由多醣（polysaccharides）組成，部分細菌也含有蛋白質或核酸成分。依其結構是否緊密附著於細胞表面，可分為：

• Capsule（莢膜）：排列緊密、附著牢固。
• Slime layer（黏液層）：結構較鬆散，容易脫落。

醣萼主要參與細菌與外界環境、宿主組織及其他微生物之間的交互作用，並非細胞內蛋白質製造系統。

解題方法

判斷各選項是否為 glycocalyx 的功能即可。重點是將醣萼的功能與細菌細胞內部的基本生命活動區分：

1. 醣萼位於細胞表面，主要負責附著、保護與群聚。
2. 蛋白質合成則發生在細胞質中的核糖體（ribosome），不屬於醣萼功能。

因此，尋找「與細胞表面醣類外層無關，而屬於細胞內部構造功能」的選項，即可得到答案。

選項分析

(A) Attachment

正確。醣萼可增加細菌對宿主細胞、組織表面或其他固體表面的附著能力。

醣萼中的多醣具有黏附性，可與細胞表面受體、組織成分或無生命表面產生作用，使細菌不易被液體流動沖走。例如某些細菌可藉由 glycocalyx 附著於牙齒表面、呼吸道上皮或導管表面。

因此，attachment（附著）是 glycocalyx 的重要功能。

(B) Protection from immune system cells

正確。莢膜形式的 glycocalyx 可保護細菌免受宿主免疫系統清除。

其主要機制包括：

• 阻礙吞噬細胞接近及吞噬細菌。
• 降低抗體與補體在細菌表面的有效作用。
• 減少細菌被吞噬細胞辨識與包圍的機會。

具有莢膜的細菌通常具有較強的抗吞噬能力，因而可增加在宿主體內存活的機率。因此，防禦免疫細胞是 glycocalyx 的功能之一。

核心觀念

本題考查皮膚色素與地理環境、紫外線（ultraviolet, UV）的關係。

赤道附近日照強、UV 輻射量高。皮膚中的 **melanocytes（黑色素細胞）**會合成 melanin（黑色素），並將黑色素包裝於 **melanosomes（黑色素體）**中，轉移至周圍的 keratinocytes（角質形成細胞）。黑色素可吸收部分 UV，降低紫外線對細胞核 DNA 的傷害，因此赤道附近原住民的皮膚活體檢體中，常可觀察到較多黑色素。

黑色素合成的主要途徑如下：

$$\text{Tyrosine（酪胺酸）} \xrightarrow{\text{tyrosinase（酪胺酸酶）}} \text{DOPA} \xrightarrow{\text{tyrosinase}} \text{Dopaquinone} \rightarrow \text{Melanin}$$

其中 tyrosinase 是黑色素生成途徑的關鍵酵素。UV 刺激可促進 melanocyte 活性及 melanin 生成。

解題方法

題幹提供兩個關鍵線索：

1. Skin biopsy sample：樣本來自皮膚。
2. Area near the equator：赤道附近，代表 UV 輻射強。

因此應聯想到皮膚對強 UV 的適應性反應，即增加黑色素含量。選項中唯一符合此生理現象的是 Melanin。

題目問的是皮膚檢體中豐富的物質，而非產生該物質的細胞。因此答案是 melanin，而不是 melanocytes。

選項分析

(A) Melanin

核心觀念

本題考查微生物依「對氧氣的需求與耐受性」所做的分類。

Obligate anaerobe（專性厭氧菌）：生長與代謝必須在缺乏氧氣的環境中進行，氧氣會抑制甚至殺死其營養細胞。

Facultative anaerobe（兼性厭氧菌）：有氧時可進行 aerobic respiration（有氧呼吸），無氧時也能利用 anaerobic respiration（無氧呼吸）或 fermentation（發酵）生長。

Clostridium tetani（破傷風梭菌）屬於典型的專性厭氧菌。其營養細胞缺乏有效處理氧化壓力的能力，因此適合生存在深層土壤、缺氧傷口等環境。

解題方法

題幹的關鍵字是：

can survive only in soil away from oxygen

「只能在遠離氧氣的環境中存活」表示該細菌需要無氧環境，氧氣對其生存具有抑制作用。因此應判定為 obligate anaerobe（專性厭氧菌）。

從代謝角度看，氧氣存在時會產生具毒性的 reactive oxygen species, ROS（活性氧），例如：

• $\ce{O2^{.-}}$：superoxide anion（超氧陰離子）
• $\ce{H2O2}$：hydrogen peroxide（過氧化氫）
• $\ce{OH.}$：hydroxyl radical（羥自由基）

一般可耐氧細胞會利用 superoxide dismutase（超氧化物歧化酶）、catalase（過氧化氫酶）及 peroxidase（過氧化物酶）降低 ROS 傷害。專性厭氧菌通常缺乏足夠的解毒能力，因此無法在含氧環境中正常生長。

核心觀念

本題考查植物激素（plant hormones）的種類與功能，尤其是能以氣體形式存在、可促進果實成熟的植物激素。

**Ethylene（乙烯）**是植物產生的氣態激素，化學式為 $\ce{C2H4}$。它可由植物組織合成，並透過氣體擴散在細胞間與不同組織間傳遞訊息，主要參與：

• 果實成熟與軟化
• 果皮色澤改變
• 香氣與可溶性糖增加
• 葉片、花朵與果實的脫落
• 植物逆境反應
• 幼苗的「三重反應」（triple response）

其中，促進果實成熟是 ethylene 最具代表性的功能。

解題方法

題幹提供兩個關鍵線索：

1. gaseous hormone（氣態激素）
2. control fruit ripening（調控果實成熟）

植物激素中，具氣體性質且直接與果實成熟密切相關者，就是 ethylene（乙烯），因此選擇（D）。

乙烯的生合成途徑如下：

$$\text{Methionine} \overset{\text{methionine adenosyltransferase}}{\longrightarrow} \text{SAM} \overset{\text{ACC synthase}}{\longrightarrow} \text{ACC} \overset{\text{ACC oxidase}}{\longrightarrow} \text{Ethylene}$$

其中：

• Methionine（甲硫胺酸）：乙烯合成的起始胺基酸
• SAM，S-adenosyl methionine：重要的甲基供體，也是乙烯前驅物
• ACC，1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid：乙烯的直接前驅物
• ACC synthase（ACC 合成酶）：催化 SAM 形成 ACC
• ACC oxidase（ACC 氧化酶）：催化 ACC 形成 ethylene，反應需要氧氣

乙烯形成後會被細胞膜上的 **ethylene receptor（乙烯受體）**感受。乙烯與受體結合後，會抑制受體下游的 CTR1（Constitutive Triple Response 1），進而活化 **EIN2（Ethylene Insensitive 2）**與 **EIN3/EIL（Ethylene Insensitive 3/EIN3-like）**轉錄調控系統，誘導成熟相關基因表現。

核心觀念

本題比較真菌（fungi）與植物（plants）的營養方式、光合作用、細胞壁成分與儲存性多醣。

比較項目	真菌 Fungi	植物 Plants
營養方式	異營生物 heterotroph	主要為自營生物 autotroph
光合作用	不進行	多數可進行
細胞壁主要成分	幾丁質 chitin、葡聚糖 glucans	纖維素 cellulose、半纖維素、果膠
主要儲存性醣類	肝醣 glycogen	澱粉 starch

植物的光合作用在葉綠體中進行，利用葉綠素吸收光能，將二氧化碳固定成有機物。碳固定反應位於 Calvin cycle（卡爾文循環），其中 Rubisco 將 $\ce{CO2}$ 加到 RuBP（核酮糖-1,5-二磷酸）上，最後產生 G3P（甘油醛-3-磷酸），再合成葡萄糖與澱粉。

真菌沒有葉綠體及葉綠素，無法自行固定無機碳，必須從環境吸收現成有機物，因此屬於異營生物。

解題方法

此題適合採用「四項特徵逐一比對」的方法。先掌握植物與真菌最具代表性的差異：

1. 真菌靠吸收有機物獲得碳源。
2. 植物主要靠光合作用製造有機物。
3. 植物細胞壁以纖維素為主，真菌細胞壁以幾丁質為重要成分。
4. 植物儲存澱粉，真菌儲存肝醣。

依此比對即可判定唯一正確選項。

選項分析

(A) Fungi are heterotrophs, but plants are essentially autotrophs.

正確。

真菌無法進行光合作用，必須分泌胞外消化酵素，將環境中的大型有機物分解成可吸收的小分子，再以吸收方式取得養分。真菌可作為：

• 腐生者 saprotroph：分解枯死有機物。
• 寄生者 parasite：從宿主取得養分。
• 共生者 mutualist：與其他生物形成互利關係。

植物則多數具有葉綠體，能藉由光合作用將 $\ce{CO2}$ 和水轉換為有機物，因此本質上以自營方式獲得碳源。雖然少數植物具有寄生或部分異營特性，但整體而言植物仍以自營生物為主，所以題幹的 essentially autotrophs（基本上為自營生物）用語正確。

核心觀念

動物胚胎早期會形成三個主要胚層（embryonic germ layers）：

• 外胚層（ectoderm）：形成體表的表皮（epidermis）、毛髮、指甲，以及神經系統。
• 中胚層（mesoderm）：形成肌肉、骨骼、血液、結締組織、腎臟與生殖系統等。
• 內胚層（endoderm）：形成消化道與呼吸道的上皮，以及肝臟、胰臟等相關腺體。

本題利用「胚層來源與成體組織對應關係」判斷答案。皮膚表皮與神經系統皆主要源自外胚層，因此答案為 ectoderm。

解題方法

題幹給出兩個關鍵器官系統：

1. Skin（皮膚）：嚴格而言，皮膚包含外胚層來源的表皮，以及中胚層來源的真皮；但基礎胚胎學題目通常以皮膚表皮作為外胚層代表。
2. Nervous system（神經系統）：神經系統由外胚層形成。胚胎外胚層先經神經誘導形成神經板（neural plate），接著捲曲形成神經管（neural tube）；神經管主要發育為腦與脊髓，神經脊細胞（neural crest cells）則形成部分周邊神經系統等構造。

因此，能同時對應「皮膚表皮」與「神經系統」的胚層是 Ectoderm（外胚層）。

選項分析

核心觀念

本題考查兩棲綱（Class Amphibia）的基本脊椎動物特徵，重點包括：

1. 心臟構造與循環系統
2. 體溫調節方式
3. 內骨骼的主要成分
4. 胚胎發育時是否具有羊膜（amnion）

兩棲類介於水生與陸生脊椎動物之間，成體通常以肺呼吸，也可透過皮膚進行氣體交換；繁殖多需依賴水域，胚胎缺乏羊膜，因此屬於無羊膜動物（anamniotes）。

解題方法

判斷「不是兩棲類特徵」時，逐項比對兩棲類與其他脊椎動物的分類特徵：

• 心臟：兩棲類通常為三腔室心臟。
• 體溫：兩棲類為外溫動物。
• 骨骼：兩棲類主要具有骨質內骨骼，而非軟骨骨骼。
• 胚膜：兩棲類沒有羊膜，屬無羊膜類。

因此，描述「具有軟骨骨骼」的選項不符合兩棲類的一般特徵。

選項分析

(A) They have a three-chambered heart.

正確。兩棲類的心臟通常由：

• 右心房
• 左心房
• 單一心室

所組成，因此屬於三腔室心臟。

兩個心房分別接收：

• 右心房：接收來自身體組織的缺氧血
• 左心房：接收來自肺部與皮膚的含氧血

血液在單一心室中會有一定程度的混合。兩棲類的循環系統包括肺循環與體循環，這種三腔室心臟是其典型特徵。

(B) They are ectothermic.

正確。兩棲類為外溫動物（ectothermic animals），體溫主要隨環境溫度變化，不能像鳥類與哺乳類一樣，主要依靠高代謝率維持穩定體溫。

因此，兩棲類常透過曬太陽、躲入陰涼處或進入水中等行為調節體溫。

核心觀念

本題考查植物的分生組織（meristem）位置與功能。

分生組織是由具有持續分裂能力的細胞構成，可產生新細胞，使植物生長。依位置與功能可分為：

• 頂端分生組織（apical meristem）：位於根尖與莖尖，負責植物的初生生長，使根與莖向長度方向延伸。
• 側生分生組織（lateral meristem）：例如維管形成層（vascular cambium）與木栓形成層（cork cambium），負責次生生長，使莖與根增粗。
• 居間分生組織（intercalary meristem）：位於已成熟組織之間，常見於禾本科植物的莖節或葉基部，可使葉片或莖段在遭受切除、啃食後重新生長。

題幹指出「從葉片基部重新長出葉片」，關鍵位置是 leaf base（葉基部），因此對應居間分生組織。

解題方法

判斷分生組織時，先抓題幹描述的「位置」與「生長方向」：

1. 題幹指出生長位置在葉片的基部。
2. 基部並非莖或根的最末端，而是成熟組織之間的區域。
3. 能在葉片受損後持續分裂，促使葉片重新伸長的組織，是居間分生組織。
4. 因此選擇 Intercalary meristem。

居間分生組織特別常見於禾本科植物，例如稻、麥、玉米與牧草。這些植物的葉片即使上部被割除，葉基部仍保留分生組織，因此可以繼續生長。

選項分析

核心觀念

本題考查植物對氮元素的吸收部位，以及無機氮轉化為可利用含氮化合物的基本機制。

植物不能直接利用大氣中的氮氣 $\ce{N2}$ 合成胺基酸。土壤中的氮主要以硝酸根 $\ce{NO3^-}$、銨根 $\ce{NH4^+}$ 等形式存在，植物主要透過根部表皮細胞與根毛吸收這些含氮離子。

吸收後，植物將氮同化為胺基酸及其他含氮有機物，主要途徑如下：

1. 硝酸根先經由 nitrate reductase（硝酸還原酶） 還原為亞硝酸根：
   $\ce{NO3^- ->[nitrate\ reductase] NO2^-}$

2. 亞硝酸根再由 nitrite reductase（亞硝酸還原酶） 還原為銨離子：
   $\ce{NO2^- ->[nitrite\ reductase] NH4^+}$

3. 銨離子透過 GS/GOGAT pathway（麩醯胺合成酶／麩胺酸合成酶途徑）同化為麩醯胺與麩胺酸，進一步合成其他胺基酸、核酸與葉綠素。

因此，題目所說「使植物獲得可利用氮形式」的主要入口是根部。

解題方法

判斷植物吸收礦物質元素的器官即可。

植物從土壤取得水分與無機鹽類，主要依靠根毛。氮肥中的硝酸根與銨根溶解於土壤水中，經根部細胞膜上的離子運輸蛋白進入植物體內，再經木質部運送至莖與葉進行氮同化。

雖然葉片是許多氮同化反應的重要場所，且葉片中的葉綠體可進行亞硝酸根還原與部分胺基酸合成，但葉片不是植物從環境中取得土壤氮的主要器官。本題問的是氮如何「提供給植物」，關鍵在於吸收入口，因此選根部。

選項分析

• (A) Roots：正確

核心觀念

Cartilage（軟骨）是一種結締組織，主要由軟骨細胞（chondrocytes）及細胞外基質（extracellular matrix, ECM）構成。其基質含有大量膠原蛋白（主要為 type II collagen）與蛋白聚醣（proteoglycans），能提供支撐、維持形狀，並保留一定程度的彈性與可彎曲性。

軟骨常見於：

• 鼻、耳與喉部：維持外形並提供柔韌支撐
• 氣管與支氣管：避免呼吸道塌陷
• 關節表面：降低骨與骨之間的摩擦，吸收壓力
• 椎間盤：提供緩衝與支撐

因此，軟骨的代表性功能是「柔軟而具有彈性的支撐」。

解題方法

判斷各選項所描述的功能是否符合軟骨的組織分類與結構特性：

1. 軟骨屬於結締組織，主要功能是支撐與保護。
2. 軟骨基質具有彈性，能承受壓力並維持組織形狀。
3. 軟骨不是肌腱、血液或脂肪組織，因此不能選擇連接肌肉與骨骼、運輸或保溫等功能。

所以正確答案為 Flexible support（柔性支撐）。

選項分析

(A) Connect muscle to bone：連接肌肉與骨骼

錯誤。連接肌肉與骨骼的主要組織是肌腱（tendon），屬於緻密規則結締組織（dense regular connective tissue），主要含有平行排列的 type I collag

核心觀念

本題考查泌乳（lactation）的神經—內分泌調控，重點在於辨認「直接傳遞造成泌乳與排乳訊號」的器官系統。

泌乳包含兩個主要生理過程：

1. 乳汁生成（milk production）：主要由腦下垂體前葉分泌的泌乳素（prolactin）促進乳腺細胞合成乳汁。
2. 乳汁排出（milk ejection／let-down）：主要由腦下垂體後葉釋放的催產素（oxytocin）引起乳腺周圍肌上皮細胞收縮，使乳汁排出。

因此，真正直接作用於乳腺的訊號是由荷爾蒙傳遞，屬於**內分泌系統（endocrine system）**的作用。

解題方法

判斷本題的關鍵，是辨認「負責傳送直接作用於乳腺的化學訊號」是哪一個系統。

哺乳時，乳頭與乳暈受到嬰兒吸吮刺激，流程如下：

$$\text{吸吮刺激} \rightarrow \text{感覺神經傳入} \rightarrow \text{下視丘（hypothalamus）} \rightarrow \text{腦下垂體（pituitary gland）} \rightarrow \text{泌乳素與催產素}$$

其中：

• 吸吮刺激會使下視丘抑制多巴胺（dopamine）釋放。
• 多巴胺原本會抑制腦下垂體前葉的泌乳素分泌；多巴胺下降後，泌乳素上升，促進乳汁生成。
• 下視丘的室旁核（paraventricular nucleus, PVN）與視上核（supraoptic nucleus, SON）製造催產素。
• 催產素沿下視丘—腦下垂體軸運送至腦下垂體後葉，再釋放入血液，作用於乳腺肌上皮細胞，引起排乳。

因此，本題所問的「最直接負責導向泌乳的訊號」是荷爾蒙訊號，答案為內分泌系統。

核心觀念

本題考查**體溫調節（thermoregulation）**的神經—效應器機制。

體溫恆定主要由下視丘（hypothalamus）整合體溫資訊，再透過自律神經與內分泌反應，調節皮膚血管、汗腺及骨骼肌等構造，使產熱與散熱維持平衡。

其中：

• 腦（brain）：以下視丘為主要體溫調節中樞，負責接收體溫訊息、設定體溫範圍並發出調節指令。
• 皮膚（skin）：含有溫度受器、汗腺與皮膚血管，是重要的散熱與保溫器官。

因此，腦與皮膚之間形成體溫調節的控制—反應關係。

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解題方法

判斷本題可抓住兩個角色：

1. 誰負責整合與發號指令？
   主要是腦中的下視丘。

2. 誰直接執行散熱或保溫？
   主要是皮膚。

當體溫升高時：

$$\text{下視丘} \rightarrow \text{皮膚血管舒張、汗腺分泌增加}$$

皮膚血流增加可提高輻射與對流散熱，汗液蒸發則帶走熱量，使體溫下降。

當體溫降低時：

$$\text{下視丘} \rightarrow \text{皮膚血管收縮、汗液分泌減少}$$

皮膚血流減少可降低熱散失；同時下視丘也可促使骨骼肌顫抖增加產熱。

本題問的是「哪一對器官互相作用以調節體溫」，最直接且完整的配對是腦與皮膚。

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選項分析

(A) Lungs and brain（肺與腦）

錯誤。

核心觀念

本題考查細胞外基質（extracellular matrix, ECM）中兩種重要的纖維性蛋白：

• Collagen（膠原蛋白）：提供組織抗拉強度，主要分布於皮膚、骨、軟骨、肌腱及血管等處。
• Elastin（彈性蛋白）：使組織具有伸展後恢復原狀的能力，常見於皮膚、肺、動脈及彈性韌帶。

兩者皆屬於纖維性蛋白（fibrous proteins），主要由結締組織中的 **fibroblasts（纖維母細胞）**合成並分泌至細胞外，構成細胞外基質的重要成分。

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解題方法

判斷本題的關鍵是先辨認 collagen 與 elastin 的性質：

1. 它們是蛋白質，不是醣類。
2. 它們主要是結構性蛋白，不是催化反應的酵素。
3. 它們位於細胞外基質，不是附著於特定細胞表面的酵素。
4. Fibroblasts 是合成與分泌結締組織細胞外基質成分的重要細胞。

因此，符合兩者共同特徵的敘述即為正確答案。

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相關生合成與結構

Collagen（膠原蛋白）

Collagen 的合成先在 fibroblast 內進行：

1. 核糖體合成前膠原蛋白鏈（preprocollagen）。
2. 進入粗糙內質網後，去除訊號胜肽形成 procollagen。
3. 部分 proline 與 lysine 殘基接受羥化作用，形成 hydroxyproline 與 hydroxylysine；此步驟需要維生素 C。
4. 三條多胜肽鏈組成三股螺旋結構。
5. Procollagen 被分泌至細胞外。
6. 細胞外酵素切除末端胜肽，形成 tropocollagen。
7. 在 lysyl oxidase（離胺酸氧化酶）作用下形成交聯，使 collagen 纖維具有很高的抗拉強度。

其中，lysyl oxidase 是參與膠原蛋白成熟的酵素，但它不是 collagen 本身。

Elastin（彈性蛋白）

Elastin 先以 tropoelastin（原彈性蛋白）形式合成並分泌，之後與 fibrillin（原纖維蛋白）形成的微纖維支架結合。多條 tropoelastin 透過 lysyl oxidase 促進交聯，形成特殊的 desmosine 交聯，使彈性蛋白能夠伸展並回復原狀。

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選項分析

(A) They are fibrous proteins secreted by fibroblasts.

正確。

核心觀念

本題考查三種肌肉組織的兩項特徵：

1. 是否受意志控制

• 隨意肌（voluntary muscle）：可依意志控制，例如骨骼肌。
• 不隨意肌（involuntary muscle）：不受意志直接控制，例如心肌與平滑肌。

2. 是否具有橫紋（striations）

• 有橫紋：骨骼肌與心肌。
• 無橫紋：平滑肌。

「橫紋」來自肌原纖維中 actin（肌動蛋白） 與 myosin（肌球蛋白） 規則排列形成的 sarcomere（肌節）。骨骼肌與心肌具有排列整齊的肌節，因此在顯微鏡下呈現橫紋；平滑肌缺乏規則排列的肌節，所以沒有明顯橫紋。

解題方法

題幹提供兩個判斷條件：

• controlled involuntarily：不隨意控制
• has no striations：沒有橫紋

先依「是否有橫紋」篩選：

• 骨骼肌：有橫紋，排除。
• 心肌：有橫紋，排除。
• 平滑肌：無橫紋，保留。

再確認平滑肌的控制方式：平滑肌主要受 autonomic nervous system（自律神經系統）、荷爾蒙與局部訊號調控，屬於不隨意肌。因此唯一同時符合兩個條件的是 Smooth muscles。

三種肌肉組織比較

肌肉類型	橫紋	控制方式	主要分布
Skeletal muscle（骨骼肌）	有	隨意控制	四肢、軀幹及附著於骨骼的肌肉
Cardiac muscle（心肌）	有	不隨意控制	心臟
Smooth muscle（平滑肌）	無	不隨意控制	消化道、血管、呼吸道、膀胱與子宮等內臟器官

平滑肌雖然沒有規則排列的肌節，仍可透過 actin、myosin 與 myosin light-chain kinase, MLCK（肌球蛋白輕鏈激酶） 調控收縮。其典型機轉為：

核心觀念

本題考查腫瘤依「起源組織」所作的分類。

• Carcinoma（癌）：起源於上皮組織（epithelial tissue），包括皮膚、消化道、呼吸道、腺體等表面或內襯上皮。
• Sarcoma（肉瘤）：起源於間葉組織（mesenchymal tissue），如骨、軟骨、肌肉、脂肪與結締組織。
• Leukemia（白血病）：起源於造血組織中的異常血球或其前驅細胞，主要涉及骨髓與淋巴系統。
• Hybridoma（融合瘤細胞）：由抗體生成的 B 細胞與骨髓瘤細胞融合而成，常用於製造單株抗體，並非依上皮組織起源命名的癌症分類。

解題方法

判斷癌症名稱所代表的起源組織即可。關鍵對應如下：

$$\text{epithelial tissue} \longrightarrow \text{carcinoma}$$

因此，題目問「哪一種癌症起源於上皮組織」，直接選擇 Carcinomas。

選項分析

(A) Sarcomas

錯誤。Sarcoma（肉瘤）起源於間葉組織，而非上皮組織。例如：

• Osteosarcoma（骨肉瘤）：骨組織
• Chondrosarcoma（軟骨肉瘤）：軟骨
• Leiomyosarcoma（平滑肌肉瘤）：平滑肌
• Liposarcoma（脂肪肉瘤）：脂肪組織

其共同特徵是來源偏向結締、支持或肌肉等間葉來源組織。

(B) Carcinomas

正確。Carcinoma（癌）起源於上皮細胞。上皮組織可覆蓋身體表面，也可形成器官內部的內襯與腺體，因此癌症常發生於皮膚、肺、乳房、肝臟、腸道與腎臟等部位。

核心觀念

本題考查生理調節中的「回饋作用（feedback）」：

• 負回饋（negative feedback）：反應結果會抑制原先的刺激，使系統恢復穩定。
• 正回饋（positive feedback）：反應結果會進一步增強原先的刺激，使反應快速放大，直到特定終點出現。

血液凝固屬於典型的正回饋作用。血管受損後，少量凝血反應會產生更多能促進凝血的物質，使凝血反應迅速擴大，形成血栓以止血。

解題方法

判斷關鍵在於觀察「反應產物對原始反應的影響」。

血管受傷後，血小板黏附於受損部位並被活化，釋放 ADP、thromboxane A₂（血栓烷 A₂）等物質，促使更多血小板聚集。同時，凝血因子依序活化，形成凝血級聯反應。

路徑中的關鍵步驟如下：

$$\text{凝血因子活化} \rightarrow \text{凝血酶原（prothrombin）轉變為凝血酶（thrombin）}$$ $$\text{凝血酶} \rightarrow \text{纖維蛋白原（fibrinogen）轉變為纖維蛋白（fibrin）}$$

凝血酶不只將 fibrinogen 轉為 fibrin，還會活化血小板及凝血因子 V、VIII、XI，進一步產生更多 thrombin，使凝血反應被放大。因此，血液凝固的核心特徵是「初始刺激引發更強的後續反應」，符合正回饋。

選項分析

(A) Negative feedback

核心觀念

本題考查「單層鱗狀上皮（simple squamous epithelium）與其功能的對應關係」。

單層鱗狀上皮由一層扁平細胞構成，細胞厚度薄、擴散距離短，適合進行：

• 物質的擴散（diffusion）
• 水分的滲透（osmosis）
• 過濾（filtration）
• 血液與組織間的快速物質交換

腎臟腎小球（glomerulus）內具有單層鱗狀細胞，尤其是腎小球微血管的有孔內皮細胞（fenestrated endothelial cells）。它們與基底膜（basement membrane）及足細胞（podocytes）的濾過裂隙共同形成腎小球濾過屏障，使水分與小分子物質由血液進入腎小囊腔，形成濾液。

腎小球濾過屏障主要包括：

1. 有孔的腎小球毛細血管內皮
2. 腎小球基底膜
3. 足細胞之間的濾過裂隙（filtration slits）

因此，單層鱗狀細胞的核心功能是提供薄而有效率的物質交換與過濾表面。

解題方法

判斷此題可採用「細胞形態對應功能」的方法：

1. 題幹指出細胞為單層鱗狀細胞。
2. 單層鱗狀細胞薄，細胞質少，適合讓物質快速通過。
3. 腎小球是腎臟進行血液濾過的部位。
4. 因此其主要功能應是讓水分與小分子經由擴散、滲透及壓力造成的過濾作用通過。

腎小球濾過的主要驅動力是腎小球毛細血管壓力，並非單純依靠擴散。就選項所提供的功能而言，能涵蓋腎小球薄壁細胞功能的是「允許物質藉由擴散與滲透進行交換」。

選項分析

(A) Secrete and propel mucus
錯誤。分泌並推動黏液是**纖毛柱狀上皮（ciliated columnar epithelium）**及相關黏液分泌細胞的功能，常見於呼吸道。

核心觀念

本題考察「上皮組織的形態與功能」之關聯。腎小管（kidney tubules）主要由單層立方上皮（simple cuboidal epithelium）構成，細胞具有：

• 單層排列，利於物質通過；
• 細胞厚度適中，可容納粒線體、內質網等胞器；
• 具有微絨毛、膜蛋白與轉運系統，適合進行選擇性吸收與分泌。

腎小管的主要功能是將腎小球濾液中的有用物質重新吸收回血液，並將特定代謝廢物、離子與藥物分泌至管腔中，以調節尿液組成及體液恆定。

其中：

• 吸收（absorption）：葡萄糖、胺基酸、部分水分與離子由腎小管液進入周圍微血管。
• 分泌（secretion）：氫離子、鉀離子、銨離子及部分藥物由血液進入腎小管腔。

因此，腎小管單層立方上皮最典型的功能是「分泌與吸收物質」。

解題方法

判斷上皮組織功能時，先觀察細胞形狀與排列層數：

• 細胞薄、單層：適合快速擴散與滲透；
• 細胞呈立方形、單層：兼具運輸、吸收與分泌功能；
• 細胞高而呈柱狀，常伴隨纖毛：適合分泌及推動黏液；
• 若涉及激素分泌，應優先聯想到內分泌腺細胞，而非腎小管的一般主要功能。

腎小管需要大量進行主動運輸。例如，近曲小管（proximal convoluted tubule）透過基底外側膜的 $\ce{Na+/K+-ATPase}$ 維持鈉離子濃度梯度，進而驅動鈉離子、葡萄糖與胺基酸的共同運輸，使濾液中的有用物質被重新吸收。腎小管細胞也能將氫離子與有機物分泌到管腔中。

故正確答案為 (B)。

選項分析

(A) Secrete and propel mucus

錯誤。分泌並推動黏液主要是呼吸道上皮的功能，典型組織為假複層纖毛柱狀上皮（pseudostratified ciliated columnar epithelium）。其中杯狀細胞（goblet cell）分泌黏液，纖毛則將黏液向咽部推動。

腎小管沒有以纖毛推動黏液的構造，且其主要內容物為腎小球濾液，不是黏液。

(B) Secrete and absorb substances

核心觀念

本題考查 melanin（黑色素）在皮膚中的主要生理功能。

Melanin 是由 **melanocyte（黑色素細胞）**合成的色素，主要存在於 **melanosome（黑色素體）**中，再轉移至周圍的角質形成細胞。其最重要的功能是吸收紫外線，保護細胞核內的 DNA，降低紫外線造成的遺傳物質損傷。

黑色素的合成途徑如下：

$$\text{Tyrosine（酪胺酸)} \xrightarrow{\text{tyrosinase（酪胺酸酶）}} \text{DOPA} \rightarrow \text{Dopaquinone} \rightarrow \text{Melanin}$$

主要黑色素包括：

• Eumelanin（真黑色素）：黑褐色，紫外線吸收與光保護能力較強。
• Pheomelanin（褐黑色素）：黃紅色，光保護能力較弱。

黑色素吸收紫外線後，能將光能轉化為較無害的熱能，並在細胞核上方形成保護性分布，減少 DNA 受到紫外線傷害，例如 pyrimidine dimer（嘧啶二聚體）形成。

解題方法

判斷本題的關鍵是掌握「黑色素的防曬功能」。

紫外線，尤其是 UV-B，能直接破壞 DNA；UV-A 則能透過活性氧物種造成氧化傷害。黑色素位於皮膚表層細胞內，可吸收紫外線能量，因此其主要作用是：

$$\text{吸收 UV} \rightarrow \text{降低紫外線到達 DNA 的能量} \rightarrow \text{減少 DNA 損傷}$$

因此正確選項是 Absorb UV light。

選項分析

核心觀念

本題考查神經元（neuron）的基本構造與功能分工。

典型神經元主要包含：

• 樹突（dendrite）：通常高度分枝，負責接收其他神經元或感覺受器傳入的訊息。
• 細胞體（cell body／soma）：含細胞核，負責維持細胞代謝與整合訊息。
• 軸突（axon）：通常為細長的單一突起，負責將神經訊號由細胞體傳向其他神經元、肌肉或腺體。
• 突觸（synapse）：神經元與另一個細胞之間的訊息傳遞接點，不是神經元內部的一段主要突起。

神經訊息的基本傳遞方向可概括為：

$$\text{樹突} \rightarrow \text{細胞體} \rightarrow \text{軸突} \rightarrow \text{突觸}$$

解題方法

題幹中的關鍵描述是：

usually highly branched and receives input from other neurons

其中：

• highly branched：高度分枝
• receives input：接收輸入訊息

符合這兩項特徵的神經元構造是樹突（dendrite）。樹突具有許多分枝，可增加細胞膜表面積，以接收來自其他神經元的神經傳導物質與訊號。

因此本題選擇 (A) Dendrite。

選項分析

(A) Dendrite——正確

Dendrite 中文為「樹突」。樹突通常從細胞體附近伸出，具有大量分枝，主要功能是接收其他神經元傳來的訊息。

其他神經元的軸突末梢會釋放神經傳導物質，例如 acetylcholine（乙醯膽鹼）、glutamate（麩胺酸）或 GABA（γ-胺基丁酸），作用於樹突膜上的受體，使神經元產生興奮性或抑制性突觸

核心觀念

本題考查神經元依「訊息傳遞方向」所作的分類。

• 感覺神經元（sensory neuron，又稱 afferent neuron，傳入神經元）：將感覺受器接收到的資訊，傳向中樞神經系統（central nervous system, CNS），包括腦與脊髓。
• 運動神經元（motor neuron，又稱 efferent neuron，傳出神經元）：將中樞神經系統發出的命令傳往效應器，例如肌肉或腺體。
• 介在神經元（interneuron）：主要位於中樞神經系統內，負責整合、分析與轉接神經訊息。

因此，題幹中的關鍵片語是 “brings information toward the central nervous system”，即「將資訊帶往中樞神經系統」，對應 sensory neuron。

解題方法

先判斷訊息相對於中樞神經系統的方向：

$$\text{感覺受器} \longrightarrow \text{CNS}$$

這是「傳入」（afferent）方向，因此負責傳遞的神經元為感覺神經元。

完整的基本路徑可表示為：

$$\text{刺激} \longrightarrow \text{感覺受器} \longrightarrow \text{sensory neuron} \longrightarrow \text{interneuron} \longrightarrow \text{motor neuron} \longrightarrow \text{效應器}$$

本題所問的是由感覺受器將訊息送入 CNS 的階段，故答案為 Sensory neuron。

選項分析

(A) Synaptic neuron

核心觀念

本題考查神經元（neuron）產生與傳導動作電位（action potential）的機制，重點包括：

1. 靜止膜電位（resting membrane potential）
2. 電壓門控型鈉離子通道（voltage-gated $\ce{Na+}$ channel）的開啟
3. 動作電位沿軸突（axon）傳導
4. 神經傳導物質（neurotransmitter）的運輸與釋放

當神經元受到足夠刺激，膜電位達到閾值（threshold）時，軸突膜上的電壓門控型 $\ce{Na+}$ 通道開啟，$\ce{Na+}$ 快速流入細胞，使膜去極化（depolarization）。此去極化會使鄰近膜區域的電壓門控型 $\ce{Na+}$ 通道開啟，形成沿軸突前進的動作電位波。

因此，真正沿軸突傳遞的是「膜電位變化」，不是同一批 $\ce{Na+}$ 離子從軸突一端擴散到另一端。

解題方法

判斷本題可抓住一個核心：

神經衝動沿軸突傳導，是靠相鄰膜區域依序產生動作電位，而不是靠神經傳導物質或大量 $\ce{Na+}$ 離子直接由一端流到另一端。

動作電位的主要順序如下：

1. 靜止狀態下，神經元膜內相對負、膜外相對正。
2. 刺激使膜電位達到閾值。
3. 電壓門控型 $\ce{Na+}$ 通道開啟，$\ce{Na+}$ 流入，造成去極化。
4. 去極化使鄰近區域的 $\ce{Na+}$ 通道依序開啟，動作電位沿軸突傳導。
5. 隨後 $\ce{Na+}$ 通道失活，電壓門控型 $\ce{K+}$ 通道開啟，$\ce{K+}$ 外流，使膜再極化（repolarization）。
6. 不應期（refractory period）確保動作電位主要朝單一方向傳遞。

所以，選項中只要描述「$\ce{Na+}$ 跨過細胞膜，引發沿軸突傳遞的波」即可符合正確機制。

選項分析

(A) $\ce{Na+}$ ions cross the plasma membrane, initiating a wave that travels down the axon.

正確。

動作電位開始時，電壓門控型 $\ce{Na+}$ 通道開啟，$\ce{Na+}$ 跨越神經元的細胞膜進入細胞，引起局部去極化。局部去極化會刺激鄰近膜區域產生下一個動作電位，因而形成沿軸突傳遞的興奮波。

嚴格而言，沿軸突前進的是「去極化與再極化所形成的膜電位變化」，不是某一批 $\ce{Na+}$ 離子實際跑完整條軸突；但選項所描述的因果關係符合神經衝動傳導機制。

核心觀念

本題考查「感覺受器依刺激種類分類」：

• Photoreceptors（光受器）：接受光線，負責視覺。
• Chemoreceptors（化學受器）：接受化學物質的濃度或組成變化，負責味覺與嗅覺。
• Nociceptors（傷害受器）：感受可能造成組織損傷的刺激，產生痛覺。
• Mechanoreceptors（機械受器）：感受壓力、振動、伸展與觸碰，產生觸覺等。

Chemoreceptors 的基本功能是辨識溶解或揮發性化學分子。例如，舌頭味蕾中的味覺受器可偵測甜、酸、鹹、苦、鮮等味覺刺激；鼻腔嗅覺受器則可偵測空氣中的揮發性分子。

解題方法

題幹指出此人因基因突變而「無法製造化學受器」。解題關鍵是先判斷各選項所需的感覺受器類型：

1. 將感覺與其主要受器配對。
2. 找出需要 chemoreceptors 的選項。
3. 直接選出該感覺。

配對如下：

感覺	主要感覺受器	刺激類型
Vision（視覺）	Photoreceptors	光
Taste（味覺）	Chemoreceptors	化學物質
Pain（痛覺）	Nociceptors	組織損傷刺激
Touch（觸覺）	Mechanoreceptors	機械刺激

因此，無法製造 chemoreceptors 會使味覺受損。

選項分析

(A) Vision（視覺）錯誤

視覺主要依靠視網膜中的 photoreceptors（光受器），包括：

• Rods（桿細胞）：主要負責弱光與夜間視覺。
• Cones（錐細胞）：負責色覺與高解析度視覺。

光受器中的視紫質或視錐蛋白吸收光線後，會引發訊息傳遞反應，使細胞膜電位改變。視覺不是由 chemoreceptors 接收，因此不屬於本題答案。

(B) Taste（味覺）正確

核心觀念

本題考查視網膜（retina）感光細胞中的感光色素（light-sensitive pigment）。

視桿細胞（rod cell）內的主要感光色素是 Rhodopsin（視紫質、視紫紅質），由兩部分組成：

$$\text{Rhodopsin}=\text{Opsin（視蛋白）}+\text{11-cis-retinal（11-順視黃醛）}$$

其中，11-cis-retinal 是由維生素 A 衍生的發色團（chromophore），負責吸收光；opsin 則決定感光色素的蛋白質結構與吸收特性。

解題方法

看到「視網膜的感光色素」即可直接聯想到 rhodopsin。其基本感光機轉如下：

1. 暗處時，rhodopsin 中含有 11-cis-retinal。
2. 光照射後，11-cis-retinal 發生構形改變，轉變為 all-trans-retinal。
3. rhodopsin 被活化，形成活化態 metarhodopsin II。
4. 活化的 rhodopsin 啟動 G 蛋白 transducin。
5. transducin 活化 phosphodiesterase（PDE），使 $\ce{cGMP}$ 分解為 $\ce{GMP}$。
6. $\ce{cGMP}$ 濃度下降，視桿細胞膜上的 $\ce{Na+}$／$\ce{Ca^{2+}}$ 通道關閉，產生超極化，最後將光刺激轉換為神經訊號。

本題所問的「負責視網膜感光色素的化合物」，即是上述路徑最前端的 rhodopsin。

核心觀念

本題考查眼球的構造與視覺成像功能。外界光線進入眼球後，需經過具有折射能力的構造，使光線聚焦在含有感光受器的視網膜（retina）上，形成清晰影像。

眼球中主要相關構造與功能如下：

• 角膜（cornea）：提供眼球大部分的折射力。
• 虹膜（iris）與瞳孔（pupil）：調節進入眼球的光線量。
• 水晶體（lens）：改變曲率以調節焦距，使不同距離物體的影像聚焦於視網膜。
• 視網膜（retina）：含有桿細胞（rod）與錐細胞（cone）等光受器，負責接收光刺激。

題幹所說的「a sheet of photoreceptors」是指由大量光受器細胞組成的視網膜；能將光線聚焦到此處的構造是水晶體。

解題方法

先找出題幹中的功能描述：

focuses light onto a sheet of photoreceptors

意思是「將光線聚焦到一層光受器上」。

眼球的光路大致為：

$$\text{角膜} \rightarrow \text{瞳孔} \rightarrow \text{水晶體} \rightarrow \text{玻璃體} \rightarrow \text{視網膜}$$

其中，水晶體利用折射作用使光線會聚。當觀看近物時，睫狀肌（ciliary muscle）收縮，懸韌帶（suspensory ligaments）張力降低，水晶體變得較為圓凸，使折射力增加；觀看遠物時，水晶體較扁平，折射力降低。

核心觀念

生態系（ecosystem）由兩大類成分組成：

1. 生物成分（biotic components）：具有生命的生物，包括生產者、消費者與分解者，例如植物、動物、真菌、細菌。
2. 非生物成分（abiotic components）：沒有生命的環境因子，包括陽光、溫度、水、空氣、土壤、礦物質、pH 值、鹽度等。

因此，abiotic components 指的是生態系中的非生物成分。

解題方法

題幹問的是「Abiotic components of an ecosystem include ____」，關鍵在於辨識 abiotic 的定義：

• a- 表示「無、非」；
• biotic 表示「與生命有關」。

所以 abiotic 即「非生物的」。只要選項描述為「非生物成分」，即可判定為正確。

生態系的基本關係可表示為：

$$\text{Ecosystem}=\text{Biotic components}+\text{Abiotic components}$$

本題考的是生態系組成的基本分類，沒有涉及能量流動或物質循環的計算。

選項分析

核心觀念

本題考查「血糖恆定（blood glucose homeostasis）」及其主要內分泌器官。

血糖濃度主要由胰臟（pancreas）中的胰島（islets of Langerhans）調節：

• **β 細胞（beta cells）**分泌胰島素（insulin），降低血糖。
• **α 細胞（alpha cells）**分泌升糖素（glucagon），升高血糖。

兩者透過負回饋（negative feedback）維持血糖在適當範圍，因此胰臟是本題所問「控制血糖恆定」的內分泌腺。

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解題方法

先抓住題幹關鍵字：

controls homeostasis in terms of blood glucose levels

意思是「控制血糖濃度的恆定」。

接著將各選項與其主要內分泌功能配對：

• 血糖調節：胰臟
• 鈣離子濃度調節：副甲狀腺
• 壓力與鹽分平衡：腎上腺
• 晝夜節律：松果體

因此正確選項為 Pancreas。

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血糖調節的主要機轉

1. 血糖升高：胰島素降低血糖

進食後，血糖濃度上升，胰臟 β 細胞分泌胰島素。胰島素與標的細胞膜上的 insulin receptor 結合，啟動 receptor tyrosine kinase 及 IRS–PI3K–Akt 訊息傳遞路徑，促進：

• 骨骼肌與脂肪細胞增加 GLUT4（glucose transporter 4）移至細胞膜，使葡萄糖攝取增加。
• 肝臟與骨骼肌進行肝醣合成（glycogenesis）。
• 抑制肝醣分解（glycogenolysis）。
• 抑制糖質新生（gluconeogenesis）。
• 脂肪細胞進行脂肪合成（lipogenesis）。

其中，肝醣合成的關鍵酵素為 glycogen synthase；胰島素會促進其活化，使葡萄糖儲存為肝醣。

血糖降低後，胰島素分泌量下降，形成負回饋調節。

2. 血糖降低：升糖素升高血糖

禁食或運動時，血糖濃度下降，胰臟 α 細胞分泌升糖素。升糖素主要作用於肝細胞膜上的 glucagon receptor，透過 G protein–adenylyl cyclase–cAMP–protein kinase A（PKA）路徑，促進：

• 肝醣分解（glycogenolysis）。
• 糖質新生（gluconeogenesis）。

肝醣分解時，glycogen phosphorylase 將肝醣分解成 glucose-1-phosphate，再轉為 glucose-6-phosphate；肝細胞中的 glucose-6-phosphatase 將其轉化為游離葡萄糖，釋放至血液中。

糖質新生的重要前驅物包括乳酸（lactate）、甘油（glycerol）及胺基酸。其關鍵酵素包括：

核心觀念

本題考察「胜肽類激素（peptide hormones）」的化學性質與受體位置。

胜肽激素由胺基酸鏈構成，分子中含有許多極性基團，能與水形成作用，因此具有下列特性：

• 通常為水溶性（water-soluble）
• 不易直接穿過細胞膜的脂質雙層
• 主要與**細胞膜表面受體（cell-surface receptor）**結合
• 透過細胞內第二訊息傳遞系統產生作用，例如：
• $\ce{cAMP}$（cyclic AMP，環腺苷酸）
• $\ce{IP3}$（inositol 1,4,5-trisphosphate，肌醇三磷酸）
• $\ce{DAG}$（diacylglycerol，二酸甘油酯）
• $\ce{Ca^{2+}}$
• protein kinase（蛋白質激酶）

相對地，類固醇激素（steroid hormones）與甲狀腺激素（thyroid hormones）多為脂溶性，能穿過細胞膜，與細胞質或細胞核內的受體結合。

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解題方法

判斷本題可採用「激素溶解性—受體位置」配對法：

激素性質	是否容易穿過細胞膜	主要受體位置
水溶性激素，如胜肽激素、蛋白質激素	不易	細胞膜
脂溶性激素，如類固醇激素、甲狀腺激素	容易	細胞質或細胞核

胜肽激素是水溶性分子，因此無法自由穿過細胞膜，也就不會以細胞質受體作為典型作用方式。它們會先和細胞膜上的受體結合，再啟動訊息傳遞級聯反應。

典型機轉如下：

$$\text{peptide hormone} \rightarrow \text{membrane receptor} \rightarrow \text{G protein} \rightarrow \text{adenylyl cyclase} \rightarrow \ce{cAMP} \rightarrow \text{protein kinase A} \rightarrow \text{細胞反應}$$

核心觀念

本題考查「類固醇荷爾蒙（steroid hormones）的生合成前驅物」。

類固醇荷爾蒙具有脂溶性，主要由膽固醇（cholesterol）經一連串酵素反應合成，包括：

• 腎上腺皮質荷爾蒙：cortisol、aldosterone
• 性荷爾蒙：testosterone、estradiol、progesterone
• 維生素 D 的活化代謝物

膽固醇本身屬於固醇（sterol），具有四環結構，是所有類固醇荷爾蒙的共同起始原料。

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解題方法

判斷此題的關鍵，是辨認荷爾蒙的化學分類與合成原料：

• 脂溶性類固醇荷爾蒙：由 cholesterol 合成
• 胜肽／蛋白質荷爾蒙：由 amino acids 組成
• 胺基酸衍生物荷爾蒙：由特定胺基酸修飾而來
• 核苷酸：主要用於 DNA、RNA 及能量代謝分子合成

類固醇荷爾蒙的合成路徑如下：

$$\text{Cholesterol} \xrightarrow[\text{mitochondria}]{\text{CYP11A1／P450scc}} \text{Pregnenolone}$$

其中，CYP11A1（cholesterol side-chain cleavage enzyme，膽固醇側鏈切割酵素）切除膽固醇的側鏈，形成 pregnenolone（孕烯醇酮）。Pregnenolone 是後續合成多種類固醇荷爾蒙的重要共同中間物。

例如：

$$\text{Pregnenolone} \rightarrow \text{Progesterone} \rightarrow \text{Cortisol}$$ $$\text{Pregnenolone} \rightarrow \text{DHEA} \rightarrow \text{Testosterone} \rightarrow \text{Estradiol}$$

因此，本題所問的「precursor」是整條類固醇荷爾蒙合成途徑的起始前驅物，答案為 cholesterol。

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選項分析

(A) Cholesterol（膽固醇）——正確

膽固醇是類固醇荷爾蒙的共同前驅物。它可來自：

1. 血液中的 LDL（low-density lipoprotein，低密度脂蛋白）攝取
2. 細胞內由 acetyl-CoA 經 mevalonate pathway（甲羥戊酸途徑）自行合成
3. 細胞內膽固醇酯的水解與釋放

核心觀念

本題考查腦內源性止痛系統，以及數種腦下垂體相關激素的主要生理功能。

**Endorphins（內啡肽）**是由腦下垂體與中樞神經系統產生的內源性 opioid peptides（鴉片樣胜肽），主要作用於腦與脊髓中的 opioid receptors（鴉片受體），特別是 $\mu$-opioid receptor（μ 受體），抑制痛覺訊號傳遞，因此具有止痛與降低痛覺感受的作用。

嚴格而言，腦內並非存在單純的「pain receptors」，而是由 nociceptors（傷害感受器）偵測有害刺激，再經周邊神經、脊髓與腦部傳遞痛覺；內啡肽則會抑制這條痛覺路徑。

解題方法

先辨認各選項的主要功能，再找出直接與痛覺調控相關者：

• ACTH：主要調控腎上腺皮質。
• FSH、LH：主要調控性腺與生殖功能。
• Endorphins：主要活化中樞鴉片受體，產生止痛作用。
• Oxytocin：主要促進子宮收縮與乳汁射出。

因此，直接與腦部痛覺受體及疼痛抑制最相關的是 Endorphins。

內啡肽的止痛機轉

內啡肽與 $\mu$-opioid receptor 結合後，受體透過 $G_i/G_o$ 蛋白傳遞訊息，產生下列效果：

$$\text{抑制 adenylate cyclase} \rightarrow \text{降低 } cAMP$$

同時：

1. 關閉突觸前電壓依賴性 $\ce{Ca^{2+}}$ 通道，使神經傳遞物質釋放減少。
2. 開啟突觸後 $\ce{K+}$ 通道，使膜過極化。
3. 降低痛覺神經元的興奮性。
4. 減少 substance P（P 物質）與 glutamate（麩胺酸）等痛覺傳遞物質的釋放。

整體結果是抑制 nociceptive pathway（傷害感受性疼痛路徑），降低疼痛感受。

選項分析

(A) Adrenocorticotropic hormone, ACTH（促腎上腺皮質激素）

核心觀念

**運動單位（motor unit）**是由：

一個運動神經元（motor neuron）及其所支配的全部骨骼肌肌纖維（muscle fibers）所組成。

在骨骼肌運動控制中，主要涉及下運動神經元中的 α-運動神經元（α motor neuron）。其軸突末梢會在神經肌肉接點（neuromuscular junction）與多條骨骼肌肌纖維形成突觸。當此運動神經元產生動作電位時，會同時使它所支配的全部肌纖維收縮。

因此，運動單位的組成可表示為：

$$\text{Motor unit} = \text{one motor neuron} + \text{all muscle fibers innervated by that neuron}$$

同一條肌肉通常包含許多運動單位；一個運動神經元並不支配整條肌肉，而只支配其中一群肌纖維。

解題方法

判斷本題的關鍵是辨認三個名詞：

1. Motor neuron：負責傳遞收縮命令至骨骼肌。
2. Muscle fiber：骨骼肌的單一肌細胞。
3. Sarcomere：肌原纖維內負責收縮的基本結構單位，不是神經元或完整肌細胞。

只要選項符合「一個運動神經元＋其支配的全部肌纖維」，即為運動單位的正確定義。

選項分析

(A) It is a motor neuron and all of the muscle fibers to which it connects.

正確。

此敘述完整符合運動單位的定義：一個運動神經元，以及所有接受其神經支配的肌纖維。當該運動神經元被活化時，所屬運動單位中的肌纖維會一同受到刺激並收縮。

(B) It is a sensory neuron and two muscle fibers.

錯誤。

運動單位的核心神經元是 motor neuron（運動神經元），不是 sensory neuron（感覺神經元）。

核心觀念

本題考查骨骼肌產生較大收縮力的主要機制：運動單位（motor unit）的招募（recruitment）。

一個運動單位由：

• 一個運動神經元
• 該神經元所支配的全部肌纖維

所組成。整條骨骼肌的總收縮力，可視為許多運動單位收縮力的總和：

$$\text{肌肉總張力} \approx \sum \text{已活化運動單位的收縮力}$$

因此，活化的運動單位越多，參與收縮的肌纖維總數越多，產生的總力量越大。

神經刺激的基本機轉為：

$$\text{動作電位} \rightarrow \text{乙醯膽鹼（ACh）釋放} \rightarrow \text{肌膜與橫小管去極化} \rightarrow \text{DHPR 活化} \rightarrow \text{RyR 開啟} \rightarrow \ce{Ca^{2+}} \text{ 自肌漿網釋放}$$

接著：

$$\ce{Ca^{2+}}+\text{troponin C} \rightarrow \text{tropomyosin 移開} \rightarrow \text{肌動蛋白與肌凝蛋白交互作用} \rightarrow \text{肌肉收縮}$$

肌凝蛋白頭部的 myosin ATPase（肌凝蛋白 ATP 酶） 水解 ATP，提供交叉橋循環所需的能量，但在正常狀態下，收縮力大小的主要調節因素是「有多少運動單位被招募」，而非單純 ATP 多寡。

解題方法

判斷「greater force of contraction」時，先問：

是單一運動單位本身的收縮力增加，還是同時參與收縮的運動單位數量增加？

在骨骼肌中，增加力量最直接、最重要的方式是招募更多運動單位。每增加一個被刺激的運動單位，就增加一批肌纖維的張力，總收縮力因此上升。

神經系統通常依循 size principle（大小原則）：

1. 先招募較小、含較少肌纖維的運動單位。
2. 需要更大力量時，再招募較大、含較多肌纖維的運動單位。

所以正確選項是 (B)。

選項分析

(A) Motor units are stimulated for a longer time.

錯誤。

延長刺激時間本身不會直接增加單次收縮的最大力量。若刺激頻率提高，使前一次收縮尚未完全放鬆便再次刺激，會產生 temporal summation（時間加成），甚至達到 tetanus（強直收縮）；這涉及刺激頻率，而非單純「刺激時間較長」。

核心觀念

本題考查**血鈣恆定（calcium homeostasis）**以及調節血鈣的主要荷爾蒙功能。

當血液中的鈣離子濃度升高時，甲狀腺的濾泡旁細胞（parafollicular cells，C cells）分泌 降鈣素（calcitonin）。降鈣素可降低血鈣，主要機轉包括：

1. 抑制破骨細胞（osteoclast）活性，減少骨骼分解。
2. 促進鈣離子由血液沉積至骨組織，增加骨骼對鈣的儲存。
3. 增加腎臟排出鈣離子，降低血鈣濃度。

因此，能幫助「從血液移除鈣，並將鈣儲存在骨骼」的荷爾蒙是 Calcitonin（降鈣素）。

解題方法

題幹的關鍵字是：

• remove calcium from the blood：降低血鈣
• store it in bone：促進鈣沉積於骨骼

直接將功能與調節血鈣的兩大荷爾蒙配對：

荷爾蒙	血鈣作用
Calcitonin（降鈣素）	降低血鈣，促進鈣進入骨骼
Parathyroid hormone, PTH（副甲狀腺素）	升高血鈣，促進骨鈣釋放

題幹描述的是降鈣素的作用，因此答案為 Calcitonin。

在骨代謝層面，降鈣素主要作用於破骨細胞，使其骨吸收（bone resorption）作用下降。骨吸收減少後，骨基質中的鈣不易被釋放至血液，血中鈣離子便下降，並有利於鈣保留在骨骼中。

選項分析

(A) Prolactin（泌乳素）

錯誤。

泌乳素由腦下垂體前葉（anterior pituitary）分泌，主要功能是：

• 促進乳腺發育與乳汁生成。
• 參與泌乳（lactation）調節。

核心觀念

肌肉開始活動時，ATP 會迅速被肌球蛋白頭部的 ATPase 水解，供應肌絲滑動所需的能量：

$$\ce{ATP + H2O -> ADP + Pi + energy}$$

由於肌肉細胞內儲存的 ATP 量有限，必須立即透過「磷酸原系統」（phosphagen system）補充 ATP。主要反應由 **creatine kinase（肌酸激酶）**催化：

$$\ce{Creatine\ phosphate + ADP + H+ <=> Creatine + ATP}$$

因此，creatine phosphate（磷酸肌酸，又稱 phosphocreatine）能在肌肉活動最初幾秒內快速提供磷酸基，使 ADP 迅速再合成 ATP。

解題方法

題目問的是「在肌肉活動開始時，哪一種分子能快速補充 ATP」。

判斷關鍵有兩點：

1. 必須是能直接提供高能磷酸基的分子。
2. 反應必須由 creatine kinase 快速催化，以維持 ATP 濃度。

符合條件的是 creatine phosphate。它不是主要用於長時間供能，而是負責肌肉活動初期的快速 ATP 緩衝；數秒後，糖解作用與氧化磷酸化逐漸接手 ATP 供應。

選項分析

(A) Actin（肌動蛋白）

錯誤。Actin 是細肌絲的主要結構蛋白，能與 myosin 交互作用產生肌肉收縮。它本身不攜帶高能磷酸基，也不直接催化 ADP 生成 ATP，因此不能快速補充 ATP。

(B) Creatine phosphate（磷酸肌酸）

正確。Creatine phosphate 含有高能磷酸鍵，可在 creatine kinase 催化下將磷酸基轉移給 ADP：

核心觀念：肌肉收縮的鈣離子調控

本題考查肌肉細胞的「興奮—收縮耦聯」（excitation–contraction coupling），核心在於細胞質中 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度如何控制 actin–myosin 的交互作用。

以骨骼肌為例：

1. 動作電位沿著肌膜（sarcolemma）及 T 小管（T tubule）傳遞。
2. 電壓感受器 dihydropyridine receptor（DHPR）被活化。
3. DHPR 活化肌漿網（sarcoplasmic reticulum, SR；肌肉細胞特化的 endoplasmic reticulum）的 ryanodine receptor（RyR）。
4. SR 釋放 $\ce{Ca^{2+}}$ 至細胞質。
5. $\ce{Ca^{2+}}$ 與 troponin C 結合，使 tropomyosin 移開 actin 上的 myosin-binding site。
6. myosin head 與 actin 結合並進行 cross-bridge cycle，產生肌肉收縮。

肌肉要停止收縮，必須降低細胞質中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度，使：

$$\ce{Ca^{2+}} + \text{troponin C} \rightleftharpoons \ce{Ca^{2+}-troponin C}$$

的平衡向解離方向移動。當 troponin C 失去 $\ce{Ca^{2+}}$ 後，tropomyosin 會重新遮蔽 actin 的結合位點，新的 cross-bridge formation 停止，肌肉才會進入放鬆狀態。

解題方法

判斷本題的關鍵是：收縮時，細胞質 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度升高；停止收縮時，細胞質 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度必須下降。

骨骼肌主要透過 SR 的 $\ce{Ca^{2+}}$-ATPase，也稱為 SERCA（sarcoplasmic/endoplasmic reticulum $\ce{Ca^{2+}}$-ATPase），利用 ATP 將細胞質中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 主動運回 SR：

$$\ce{ATP + H2O -> ADP + Pi}$$

SERCA 將 $\ce{Ca^{2+}}$ 泵回 SR，使細胞質 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度下降。因此，正確敘述是「鈣離子必須被泵回肌漿網」。

選項分析

(A) Calcium ions must be pumped back into the endoplasmic reticulum.

正確。

肌肉細胞的 endoplasmic reticulum 在肌肉中主要稱為 sarcoplasmic reticulum（肌漿網）。收縮後，SERCA 使用 ATP 將細胞質中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 主動運回 SR，使細胞質 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度降低。

接著發生以下連鎖反應：

核心觀念

本題考查骨骼肌肌纖維的功能分類，重點是比較 fast-twitch muscle fibers（快縮肌纖維，主要為 Type II fibers） 與 slow-twitch muscle fibers（慢縮肌纖維，Type I fibers）的能量代謝及構造特徵。

快縮肌纖維的特色包括：

• 收縮速度快、力量大，但容易疲勞。
• 主要依靠無氧代謝供應快速能量。
• 肌肉內 ATP 消耗速度快。
• 含有較多 glycogen（肝醣）及 glycolytic enzymes（糖解酵素）。
• 毛細血管較少，myoglobin（肌紅蛋白）含量較低。
• 適合短時間、高強度活動，如衝刺、跳躍及爆發性用力。

解題方法

判斷本題可先抓住「fast-twitch」的生理功能：快縮肌纖維必須在短時間內產生大量 ATP，以支應快速且強力的肌肉收縮。

其能量供應順序主要為：

1. 肌纖維直接使用儲存的 ATP。
2. 由 phosphocreatine（磷酸肌酸）透過 creatine kinase（肌酸激酶）快速再生 ATP：

$$\text{phosphocreatine}+\text{ADP} \rightleftharpoons \text{creatine}+\text{ATP}$$

3. 持續活動時，透過 anaerobic glycolysis（無氧糖解作用）分解 glycogen 或 glucose。糖解作用中，glucose 經 hexokinase、phosphofructokinase-1（PFK-1）等酵素催化，最後形成 pyruvate（丙酮酸）；在氧氣供應不足時，pyruvate 由 lactate dehydrogenase（乳酸脫氫酶）還原為 lactate（乳酸）：

$$\text{pyruvate}+\text{NADH}+\ce{H+} \rightleftharpoons \text{lactate}+\text{NAD}^+$$

因此，快縮肌纖維的典型特徵就是「快速消耗 ATP，並以無氧代謝快速補充 ATP」。

選項分析

(A) They use ATP quickly in short, fast contractions.

核心觀念

本題考查心臟本身的血液供應，以及各主要血管的功能。

心肌（myocardium）需要由冠狀循環（coronary circulation）供應氧氣與營養。冠狀動脈（coronary artery）起源於升主動脈（ascending aorta）近端，將富含氧氣的血液送至心肌。冠狀動脈阻塞會造成心肌缺血（myocardial ischemia），嚴重時引發心肌梗塞（myocardial infarction）。

解題方法

題幹的關鍵是「heart itself were not being well oxygenated」，也就是「心臟本身未獲得充分氧氣」。

判斷血管功能：

• 供應心肌氧氣：冠狀動脈
• 將血液送往全身：主動脈
• 將上半身靜脈血送回心臟：上腔靜脈
• 將下半身靜脈血送回心臟：下腔靜脈

因此，直接負責心肌氧氣供應的血管是冠狀動脈，阻塞時最符合題意。

選項分析

(A) Aorta（主動脈）

核心觀念

Heart murmur（心雜音）是心臟聽診時出現的異常聲音，主要原因是血液通過心臟或大血管時產生紊流（turbulent flow）。正常血流多為層流，聲音不明顯；當血流速度增加、通道狹窄，或血液逆流時，容易形成紊流而產生心雜音。

最常見的機轉是心臟瓣膜（heart valves）功能異常，包括：

• 瓣膜狹窄（stenosis）：瓣膜開口變窄，血液通過時速度增加，形成紊流。
• 瓣膜閉鎖不全（regurgitation／insufficiency）：瓣膜無法完全閉合，血液逆流而產生紊流。

因此，心雜音的核心不是心房或心室單純「收縮力變大」，而是血流通過異常通道時出現紊流。

解題方法

先抓住題幹的定義：

A heart murmur is caused by ______.

判斷心雜音的直接原因，就是尋找最能造成心臟內血流紊流的結構異常。心臟瓣膜負責維持血流單向通行：

$$\text{心房} \rightarrow \text{心室} \rightarrow \text{動脈}$$

若瓣膜無法正常開啟，會造成血流受阻；若無法正常關閉，會造成血液逆流。兩者皆會使血流由正常層流轉為紊流，形成心雜音。

所以最符合定義與常見機轉的選項是 (D)。

選項分析

(A) A greater-than-normal force of contraction of the right atrium

右心房收縮力增強本身，不是心雜音的典型直接原因。心房收縮主要將血液推入心室，若瓣膜與血管結構正常，單純收縮力增加不必然造成紊流。

心雜音重點在於瓣膜狹窄、瓣膜閉鎖不全，或其他造成異常血流的結構病變，而非單純心房收縮力變大。因此錯誤。

核心觀念

本題考查紅血球中負責攜帶氧氣的蛋白質。血液中的氧氣主要由紅血球內的 血紅蛋白（Hemoglobin, Hb） 攜帶。

Hemoglobin 是由四個球蛋白次單元組成的四聚體，每個次單元含有一個 血基質（heme）。heme 中央具有二價鐵離子 $\ce{Fe^{2+}}$，可與氧氣可逆性結合：

$$\ce{Hb + O2 <=> HbO2}$$

在肺部氧分壓較高時，Hemoglobin 結合氧氣；抵達周邊組織後，因氧分壓降低及局部環境影響，Hemoglobin 釋放氧氣，供細胞進行有氧呼吸。

解題方法

題幹的關鍵字是 red blood cells（紅血球） 與 carries oxygen（攜帶氧氣）。

紅血球的主要功能之一是利用 Hemoglobin 運送氧氣。判斷時先確認選項是否為蛋白質，再確認其主要分布與功能：

• 紅血球中的氧氣運輸蛋白：Hemoglobin。
• 肌肉細胞中的氧氣儲存蛋白：Myoglobin。
• 細胞骨架蛋白：Actin。
• 金屬元素：Iron，不是蛋白質。

因此正確答案為 Hemoglobin。

選項分析

(A) Myoglobin

錯誤。Myoglobin（肌紅蛋白）主要存在於骨骼肌與心肌細胞中，功能是儲存氧氣，並協助肌肉細胞取得氧氣。它是單體蛋白，含有一個 heme，對氧氣的親和力通常高於 Hemoglobin，但不是紅血球中負責運輸氧氣的蛋白質。

核心觀念

本題考查肺泡與肺毛細血管之間的氣體擴散，以及高海拔環境造成的低氧血症機制。

氧氣由肺泡擴散進入血液，主要依據肺泡氧分壓與肺毛細血管血液氧分壓之間的分壓梯度。氣體擴散速率可用類似 Fick 定律表示：

$$\text{擴散速率} \propto A \times \frac{D \times \Delta P}{T}$$

其中：

• $A$：氣體交換表面積
• $D$：氣體的擴散係數
• $\Delta P$：肺泡與血液間的分壓差
• $T$：肺泡—毛細血管膜厚度

在高海拔處，大氣總壓力下降。雖然空氣中氧氣比例仍約為 $21\%$，但氧氣分壓會下降：

$$P_{\ce{O2}} = F_{\ce{O2}} \times P_{\text{total}}$$

因此，吸入空氣的氧分壓降低，肺泡氧分壓也隨之降低，使肺泡與肺毛細血管血液之間的氧分壓梯度變小，氧氣進入血液的效率下降。

解題方法

判斷本題的切入點是「氧氣如何由肺泡進入血液」。

正常情況下：

$$P_{\ce{O2, alveoli}} > P_{\ce{O2, blood}}$$

氧氣依分壓梯度由肺泡擴散至血液。高海拔時，大氣壓降低，導致：

$$P_{\ce{O2, alveoli}} \downarrow$$

因此：

$$\Delta P_{\ce{O2}} = P_{\ce{O2, alveoli}} - P_{\ce{O2, blood}} \downarrow$$

根據氣體擴散原理，分壓梯度變小，氧氣擴散進入血液的速率便下降，所以較難使血液獲得足夠氧氣。

選項分析

(A) Hemoglobin cannot bind oxygen well at low concentrations.

錯誤。血紅蛋白（hemoglobin, Hb）與氧氣的結合主要取決於氧分壓，而不是單純因為氧氣「濃度低」就完全無法結合。Hb 的四級結構具有協同性（cooperativity），氧氣結合曲線呈 S 形；在較低氧分壓下，Hb 的氧合程度確實會下降，但這是低氧分壓造成的結果，不是本題最直接的主要機制。