生命科學

高山凍原與極地凍原 (Alpine Tundra and Arctic Tundra) -上
天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

組成凍原的地質為凍土組成，包含冰、各種岩石和土壤。凍土層處於水的結冰點以下超過兩年的狀況，稱為永凍土（Permafrost）。由於低溫和較短的生長季限制阻礙了樹木生長。一般凍原都分佈在高緯極地或者高海拔地區。依地理位置可分為三種類型：北極凍原、南極凍原和高山凍原。植被的組成有矮灌木、莎草和禾草、苔蘚，地衣和零星樹木。在凍原和森林的生態群落交會區(ecotone)之間的界線，即為「森林線」(forest line)。

凍原的氣候特徵：太陽輻射能少，氣溫低、水氣不易凝結、雨量少。生物種類以地衣、蘚苔、草本植物為主。動物有雪兔、北極熊、狼、旅鼠，夏天有昆蟲、候鳥。凍原生態系通常不穩定。

◎高山凍原

分佈：高山凍原一般位於高海拔約3400~3500公尺以上，也是一般森林線以上。不是受限於雨量或溫度，而是海拔高度。又稱為「高山植物群帶」或「亞寒帶」。氣候近似極地凍原。在台灣分佈如：雪山、玉山山頂。

1.氣溫：年均溫5 ℃以下
2.降水：年雨量約2,800 mm
3.濕度：日照強、風大，水分蒸發快。
4.地質：生育地多為裸岩或岩床，碎石坡、表土少、保水力差。地表常積雪，尤其冬季。高山凍原因為通常不具有永凍土，排水比極地凍原好。
5.生物組成：沒有高大的樹木，僅在森林線附近的過渡地帶會有一些生長發育不良的樹木，稱為Krummholz。

深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent Ecosystems)-下
台北縣立碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

三、深海中的熱泉生態系
西元1979年，科學家搭乘世界上第一個深海潛水器阿爾文號（Alvin），在厄瓜多（Ecuador）海岸邊，海深2500公尺的加拉巴哥洋脊（Galapagos Rift）中，發現了多處海底熱泉（hot springs），此為人類第一次觀測到位於深海處的高熱溫泉之噴發景觀。這些像煙囪的熱泉，不斷地噴出高溫且富含礦物質的液體，依據其所含的礦物質成分，這些液體呈現出各種不同的顏色，有些是黑色，有些是灰色或白色，有些則為透明無色。圍繞在這些熱泉周遭的海水溫度，有時可高達380℃，因而形成了高溫而獨特的生態系。

令人驚奇的是，在這些熱泉的週圍，科學家發現了豐富且奇特的海底生物～包括大型的紅蛤、海蟹、貽貝、牡蠣、小蝦、章魚、血紅色的管蟲，以及一些水螅生物，甚至在熱泉區以外的深海海底，還有海星、海葵及蠕虫等生物出現。

以黑煙囪熱泉為例，其噴出的液體中富含硫化氫，與大型生物共生的硫化氫氧化細菌（hydrogen sulfide-oxidizing bacteria），則為此類生態系的初級生產者。這些細菌利用由熱泉口所噴發出來的硫化氫作為能量來源，熱泉噴出液中所含大部分的硫是由地球內部所噴出，少於15﹪的硫則是由海水中的硫（含於H₂SO₄中）經由化學反應所產生。因此，這些熱泉生態系中的能量來源並非來自日光，而是來自化學合成反應（chemosynthesis），硫化氫氧化細菌則屬於「化學自營細菌」（chemoautotrophs）。

深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent Ecosystems)-上
台北縣立碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

地球表面大約有70％的面積為海水所覆蓋，在廣大的海洋中，居住著形形色色的各種生物。海洋生態系大都以日光做為主要的能量來源，由於日光至多只能穿透至海洋表面下約300公尺，加上冰冷的海水會往海洋下方沈降，因此，在海洋深處，環境極為寒冷嚴峻，居住在其間的生物種類也極為有限。

一、幾個生態系能量流動的概念
1.生態系的初級生產力（primary production）
在一段指定的時間裡，某生態系的初級生產者將日光能轉變為化學能的總量，稱為此生態系在這段時間中的初級生產力。

2.生態系的能量流動（energy flow）
在多數生態系中，初級生產者會利用日光合成有機物，各級消費者則經由食物鏈獲取其需要的有機物，進而將有機物分解以得到能量。

3.在能量流動的過程中，每經過一層食物鏈營養階層的傳遞，便有部份能量會以熱的形式散失，並非所有的能量都能傳遞給下一個營養階層。
4.各營養階層之間的能量轉換效率很低，通常不到20％。