91 學年度指定科目考試生物考科 第 50 題

閱讀四

生命力源於能！所有生物體之活動，如細菌之泳動、人之閱讀，均需若干能量之投入。生物體能量收支以 ATP 為“通貨”；在細胞質中每一個 ATP 代表 12 kcal glucose·mole^{-1}（葡萄糖・莫耳）。地球演化初期之生物圈，其異營生物體以糖解作用將葡萄糖氧化為丙酮酸之類的化合物，可獲得 2 個 ATP。然而，1 莫耳的葡萄糖其化學鍵所蘊含的能量約為 686 kcal。目前之生態系，其內含物種通常相當多而複雜，系統生態學者將物種依其在生態系中能階之高低加以歸類，而為生產者、消費者、清除者和分解者。生產者中之生物體其能源可自無機環境中逕行擷取，故稱之為自營性；其餘各能階之能量都取自自營生物，稱之為異營性。假設在一草原生態系中，青草–草食性動物–肉食性動物形成三能階食物鏈，草食消費者只以糖解的方式獲得能量，而肉食消費者掠食草食動物後，亦僅以糖解為能量之取得方式，則估計整個生態系只有 0.12%源於生產者的能量可供肉食動物運用於其活動中。此草原上肉食動物的組成及生物量將遠不及目前非洲草原上豐富。

生物體之細胞可行有氧呼吸，以產生進一步的氧化性新陳代謝，在演化過程中是一項大突破。有氧呼吸之能量轉換率在細胞內達到 52–63%，如此一來便有足夠的能量保留在生態系內，以建立充足的食物鏈，維持生態系的動態平衡。但是即使有氧呼吸提高了細胞運用能源物資（如葡萄糖）的利用效率，在生態系的能階間進行能之轉換，仍有約三分之二的量逸出系統。此一現象直接影響生態系中之能階層數。大部分的生態系只有三個能階分層，少數達到四層。例如在非洲的草原上，青草–羚羊–獅的食物鏈代表一個三能階的生態系，若將人介入以形成青草–羚羊–獅–人的四能階系統將非常不容易。這是因為獅的生物量不足以提供人的利用，使人達成恆定而相當大的族群水準。若人另擇途徑，中途截取青草（菜）或羚羊以補足能量，維持一個相當的族群水準，那麼所謂的「四能階」系統便名存而實亡了。