仿生學（Bionics） 中
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

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仿生學應用模擬、類比和模型的方法來理解生物系統的生理功能與原理，不必複製每個細節，而是以滿足人類需求的特定功能為主。

其研發製造過程主要有三個面向：生物模型、理論模型和實物模型。將研究的生物資料簡化後模仿人類需求的部分製作成生物模型作為原始模型，經由各種分析，例如數學分析後抽象化建立數學的理論模型，理論模型包括各種不同的模型如數學模型、物理化學模型、概念模型和知識模型等。再將理論模型創新轉化成工程技術可進行實驗的實物模型。在模仿自然界生物的仿生科技中，人類追求不斷創新並期望超越原有的生物功能。 Continue reading →

仿生學（Bionics） 上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

地球上各種生物經過數百萬甚至數十億年的演化，不斷適應環境變化而存活下來，其生存的獨特本領各有所長，大自然常是人類靈感的來源。人類研究自然界不同生物的特殊本領，藉由大自然啟發創新思維。

1958 年美國空軍部航空局召開全球第一次仿生會議，由史提爾（J. E. Steele）少校首先提出仿生學（bionics）一詞，是由拉丁文 bios（生命的）和 nic（具有…的性質）組合而成。所謂仿生學（或稱biomimics、biomimetics、bioinspiration）或稱仿生系統學（biomimicry），是一種是以生物系統的結構與功能為工程設計模型的人工系統科學，集合生命科學、物理學、材料科學、資訊科學、腦神經與認知科學、工程學、數學、力學及系統學等領域之統整科學。 Continue reading →

整倍體
國立臺灣師範大學生命科學系103級莊仁奕

個體的染色體套數發生整數倍變異的個體稱之為整倍體，從兩個半套的雙倍體（diploidy-2n）、三個半套的三倍體（triploidy-3n）到四倍體、五倍體等等，都稱之為整倍體（euploidy），而具有兩個以上單套染色體的個體，稱之為多倍體（polyploidy），又從這些單套染色體彼此是否相同可分為：每個單套染色體都來自同一物種的同源多倍體（autopolyploidy）與含有別種單套染色體的異源多倍體（allopolyploidy）

同源多倍體在自然狀況下的產生原因有許多種，精母細胞或卵細胞在行減數分裂時，染色體在第一階段或第二階段未正常分離，造成雙套染色體的配子，此雙套染色體配子在與單套染色體結合產生三倍體的後代；兩個精子同時進入一個卵子受精造成的三倍體也是有可能的。

人工方式也可以促使四倍體的形成：在細胞行減數分裂前期使用秋水仙素（colchicine）抑制微管的形成，此一作用會使得複製的染色體無法分裂，當移除秋水仙素後細胞進入間期（interphase），姊妹染色體分離並解旋，形成四倍體的細胞。同源多倍體無法產生子代，而且體型明顯比一般個體還大，因此常應用於農業，像香蕉、蘋果、西瓜等等農作物，都是使用同源多倍體的個體進行栽種，可生產碩大且很少種子或甚至沒有種子的水果。 Continue reading →

基因體（Genome）
國立臺灣師範大學生命科學系103級莊仁奕

個體所有的遺傳物質總和稱之為基因體。以原核生物而言，其基因體包含本身具有的DNA或RNA與外來的質體；以真核生物而言，其基因體包含細胞核內之DNA，粒線體或葉綠體所具有的DNA則不包含在內。人類的基因體即為23對染色體所含有的DNA。

基因體所描述的DNA包含了能夠轉錄轉譯出正常功能蛋白質的基因（gene）與無法轉錄轉譯出正常功能蛋白質且重複性高的非編碼序列（non-coding sequence）。兩個基因在序列上有一定相似程度者，稱之為同源基因，同一物種的同源基因稱之為平行同源基因（paralogous gene），但在演化過程中彼此產生的蛋白質可能具有不同功能。不同物種的同源基因稱之為垂直同源基因（orthologous gene），彼此產生的蛋白質功能相似度高。同源基因的歧異度可作為演化先後順序的證據，為物種鑑定分類提供有別於形態、行為的另一指標。 Continue reading →

孤雌生殖 (Parthenogenesis)
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生蔡翠菱

孤雌生殖 (parthenogenesis)此名詞來自希臘文，原意 “virgin birth”（處女生殖），是無性生殖的一種，又稱為單性生殖。是指卵不需要受精，便能發育成個體。單倍體的子代發育為可以不經減數分裂產生卵或精子，而直接成為成體。在孤雌生殖中有一些例子為無融合生殖(apomictic)的孤雌生殖，在產生後代時，不進行減數分裂(meiosis)，而行有絲分裂(mitosis)，因此其子代的染色體數目與親代相同，所產生的後代為親代母親的克隆(clone)。無融合生殖的孤雌生殖(apomictic parthenogenesis)，其後代通常為雌性，除了蚜蟲以外，蚜蟲行孤雌生殖時可能產生雄性與雌性的後代，然而其雄性的後代缺少一條X染色體(XO)。

孤雌生殖在植物中常有自然發生的例子，在一些無脊椎動物（例如線蟲、水蚤和一些蠍子、蚜蟲，部分蜜蜂、竹節蟲，與寄生蜂）和少部分的脊椎動物中可以找到例子（例如部分魚類、兩生類、爬蟲類、和極少數的鳥類）；就昆蟲中的蜜蜂而言，雄蜂(drones)是由未受精的卵發育而成具有生育能力的單倍數成體，至於雌蜂則包含負責生育的蜂后和不具生殖力的工蜂，牠們是由受精卵發育而成的二倍數成體。 Continue reading →

乳糖操作組的作用機制
國立臺灣大學生命科學系博士生 陳巧坪

生物體之基因於細胞中經轉錄及轉譯作用表現出蛋白質，並可因環境的改變進行表現量的調控，因而有了基因調節的生物現象，大腸桿菌(Escherichia coli)的乳糖操作組(lactose operon，亦稱lac operon)於 1961 年由 Monod 及 Jacob 所發現(Jacob et al., 1961)，是最早發表的基因調控機制，至今仍是最為人所熟知的操作組。 Continue reading →

反轉錄酵素（Reverse Transcriptase）
國立臺灣大學生命科學系研究助理徐翡曼

在分子生物學中，遺傳中心法則（central dogma）係指去氧核醣核酸（DNA）經轉錄作用（transcription）合成核醣核酸（RNA），再轉譯（translation）成作用分子蛋白質，進而影響生物體的功能。然而在1970年，科學家Howard Temin及David Baltimore發現，在特定的RNA腫瘤病毒如勞氏肉瘤病毒（R-MLV）中，有特殊的反轉錄酵素（reverse transcriptase），能將遺傳信息經由反轉錄作用（reverse transcription），從RNA反轉錄成DNA。同樣的反轉錄作用也陸續被發現存在於真核生物中，如反轉錄跳躍分子（retrotransposon）及端粒體（telomere）的合成。此發現與相關研究在1975年獲得了諾貝爾生物醫學獎。

反轉錄病毒

反轉錄酵素具有RNA依賴性DNA聚合酶（RNA-dependent DNA polymerase）的活性，以反轉錄病毒（retrovirus）為例，其基因體中具有2條正股RNA，在侵入宿主細胞後，反轉錄酵素會以RNA作為模板，反轉錄出單股的互補DNA，進而由DNA依賴性DNA聚合酶（DNA-dependent DNA polymerase）合成雙股DNA，將病毒的遺傳信息嵌入宿主基因體中，再在宿主細胞內依轉錄及轉譯作用，合成新的病毒蛋白質，最後組出成熟的病毒顆粒。其中最廣為人知的即為人類後天免疫缺乏病毒HIV，現今許多反傳錄病毒藥物即為反轉錄酵素的抑制劑。由於反轉錄酵素不具有校正（proof reading）的功能，其反轉錄出的DNA較容易發生錯誤，也因此提高了反轉錄病毒的基因突變率。

真核生物

在真核生物中的線性染色體末端具有端粒體（telomere），其功能在於保護染色體末端不在DNA複製時縮短。端粒酶（telomerase）本身為帶有RNA模板的反轉錄酵素，可在DNA末端合成寡核苷酸（oligonucleotide），並加入固定且重複的DNA序列，如人類的端粒體序列為(TTAGGG)n，保護真核細胞的染色體在進行DNA複製時不會急速縮短。另外，真核生物的基因體中帶有反轉錄跳躍基因（retrotransposon），反轉錄酵素會將轉錄出的跳躍基因RNA反轉錄為DNA，再嵌入細胞染色體中，引發染色體的變異。 Continue reading →

【2013諾貝爾獎特別報導】生醫獎：破解細胞傳輸系統之謎
國立臺灣大學科學教育發展中心特約撰稿高英哲

2013 年諾貝爾生理學或醫學獎得主已於10月7日出爐，由詹姆士．拉斯曼 (James E. Rathman) 、藍迪．薛克曼 (Randy W. Schekman) 、湯瑪士．居德霍夫 (Thomas C. Südhof) 三人共同得獎。他們解開人體細胞如何調節傳輸系統之謎，因而獲獎。 Continue reading →