３－４～３－７

３－４
What Is Biodiversity and Why Is It Important？－什麼是生物多樣性？生物多樣性為什麼很重要？

概念：
１、對於地球上的基因、種類、生態系和生態系中，生物多樣性對於維持生命是很重要的。
２、土壤在生物多樣性是一個重要的組成要素，它供給植物所需的營養素、淨化水源、儲存水分、控制大氣中的二氧化碳。

生物多樣性亦稱為生物歧異性，表示在生物的系統中存著不同或不相似的特性個體，其歧異的程度為之多樣性，因此，生物多樣性是一個生物群的特性或生命中的群體中產生變化，每個特異的群體中，如基因、細胞、個體、種，族群或生態系，都會有所不同。生物多樣性研究是要將生物多樣性包括了遺傳多樣性、物種多樣性及生態系多樣性 。

生物多樣性不單是生態環境維持穩定的基礎，更是人類賴以生存的環境基礎。





３－５
What Happens to Energy in an Ecosystem？－生態系統中的能量傳遞是怎麼發生的？

概念：
能量經由生態系的食物鏈與食物網流轉，轉移過程中會不斷地減少能量。

能量的流轉經由食物鏈和食物網並非有效率的，由於熱力學第２定律的關係，因使這些化學能源在環境中被浪費掉。

換言之，生態系中食物鏈和食物網的能量流轉在接替輸送等級化學能源減少了可利用的能源給生命體。

生產者→初級消費者→次級消費者，這就是食物鏈，許多條食物鏈錯縱交雜在一起便形成食物網。食物網越複雜，便越不容易被破壞。生物量依不同層數量也不一樣，一般來說越高層生物量越少。能量的流動遵循十分之一定理，即當攝食動作每往上一個階層，攝食動物只能獲得被攝食動(植)物十分之一的能量。






３－６
What Happens to Matter in an Ecosystem？－生態系統中的物質傳遞是怎麼發生的？

概念：
人類的活動改變了生物圈中物質間的循環與生態系統。

生態系中有幾個重要的物質循環如水循環、碳循環、氮循環、磷循環。

碳循環：
碳是構成生物原生質的基本元素，雖然它在自然界中的蘊藏量極為豐富，但綠色植物能夠直接利用的僅僅限於空氣中的二氧化碳（CO2）。生物圈中的碳循環主要表現在綠色植物從空氣中吸收二氧化碳，經光合作用轉化為葡萄糖，並放出氧氣（O2）。在這個過程中少不了水的參與。有機體再利用葡萄糖合成其他有機化合物。碳水化合物經食物鏈傳遞，又成為動物和細菌等其他生物體的一部分。生物體內的碳水化合物一部分作為有機體代謝的能源經呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，並釋放出其中儲存的能量。由於這個碳循環，大氣中的CO2大約20年就完全更新一次。

氮循環：
在自然界，氮元素以分子態（氮氣）、無機結合氮和有機結合氮三種形式存在。大氣中含有大量的分子態氮。但是絕大多數生物都不能夠利用分子態的氮，只有象豆科植物的根瘤菌一類的細菌和某些藍綠藻能夠將大氣中的氮氣轉變為硝態氮（硝酸鹽）加以利用。植物只能從土壤中吸收無機態的銨態氮（銨鹽）和硝態氮（硝酸鹽），用來合成氨基酸，再進一步合成各種蛋白質。動物則只能直接或間接利用植物合成的有機氮（蛋白質），經分解為氨基酸后再合成自身的蛋白質。在動物的代謝過程中，一部分蛋白質被分解為氨、尿酸和尿素等排出體外，最終進入土壤。動植物的殘體中的有機氮則被微生物轉化為無機氮（氨態氮和硝態氮），從而完成生態系統的氮循環。

磷循環：
磷是有機體不可缺少的元素。生物的細胞內發生的一切生物化學反應中的能量轉移都是通過高能磷酸鍵在二磷酸腺苷（ADP）和三磷酸腺苷（ATP）之間的可逆轉化實現的。磷還是構成核酸的重要元素。磷在生物圈中的循環過程不同於碳和氮，屬於典型的沉積型循環。生態系統中的磷的來源是磷酸鹽岩石和沉積物以及鳥糞層和動物化石。這些磷酸鹽礦床經過天然侵蝕或人工開採，磷酸鹽進入水體和土壤，供植物吸收利用，然后進入食物鏈。經短期循環后，這些磷的大部分隨水流失到海洋的沉積層中。因此，在生物圈內，磷的大部分只是單向流動，形不成循環。磷酸鹽資源也因而成為一種不能再生的資源。






３－７
How Do Scientists Study Ecosystems？－科學家如何學習生態學？

概念：
科學家經由不同管道得到到精確性或其他典型關於生態系統的研究，像是田野研究、實驗室的研究等。

科學家用許多方法來研究生態系。有些科學家在實驗室裡模擬環境，將溫度、空氣、水、土壤等自然環境做的跟被模擬的地方相似，藉此來觀察、紀錄並了解著個地方。這些方法都是在幫我們了解如何維護這個生態系 ， 並解找出方法與對策。

３－１～３－３

３－１
What Is Ecology?－什麼是生態學?

概念：
生態學是研究生物體和其他生物體之間的生存環境與土壤、水、其他形式的物質和太陽能之間是如何互動的。

細胞是一個生命個體的基本單位,有機體與無機環境的互相作用下所產生的物質與能量循環整個生物圈,與自然關係十分密切,分為: 生物圈→生態系→群集→族群→個體→細胞→染色體→基因→DNA。

生物體又分為單細胞和多細胞,主要四種有機聚合物為醣類、蛋白質、核酸和脂質；基因是由核苷酸組成，DNA在基因內；染色體是單一一個DNA分子，是許多蛋白質聚集組成,另外,生物體所組成的生物圈是全球生態系統。






３－２
What Keeps Us and Other Organisms Alive？－是什麼維持我們和其他生物生存？

概念：
生命是由來自太陽的能量所維持,形成養分循環的生物圈。

生物生存必須依賴水，而且最初的生命便是自水中演化而來。維持生命的系統有四個，分別是：大氣層、水氣、地圈、生物圈;生物圈的互相影響、製造出部份無法在環境裡吸收的物質，藉由食物鏈傳給每一種生物；氣圈的大氣層幫助我們隔絕太陽能量、宇宙射線，才使我們能生存在這地球上。






３－３
What Are the Major Components of an Ecosystem？－什麼是生態系的主要成份？

概念：
有些生物自己製造他們所需的營養素，有些生物則是藉由其他生物獲得營養素，一些營養素藉由廢物與生物殘骸被分解回到製造者身上。

生態系組成自然環境的因素，除了日光、溫度、水、土壤等因素外，還有生活於其中的各種形形色色的生物。在生物棲息的環境中，包含生物與非生物部分 。每種族群在生態系中都有一定的環境忍受範圍，這個範圍會牽制族群的大小。而物質也會影響族群的大小，如土地的大小、食物的多寡，都會影響族群大小，稱為限定因素理論。

生態系中的生物由生產者、消費者、分解者所構成，生產者也叫自營生物，通常是會行光合作用的植物、綠藻等，它們會利用太陽能行光合作用產生能量來供給自身生長。消費者亦稱異營生物，只能藉由攝食來得到能量，可再細分成初級消費者、次級消費者、更高級之消費者。分解者是將物質分解，將物質釋放回大自然。少數物種以生物體的屍體為食物，執行生態系清除的任務，稱為清除者。

２－３～２－５

２－３
How Can Matter Change？－物質如何變化?

概念：
不論經歷物理或化學變化物質所含原子不會新增或消失,此為物質不滅定律物質改變時有兩種變化。

physical change物理變化:物質的原子組成和排列不發生改變,只有外表發生變化;例如:水的三態,當冰被加熱融化成水再蒸發成水蒸氣,其中的水分子並沒有改變,只有空間模式(外表)變的不同。

chemical change化學變化:組成物質的原子.分子排列發生改變;化學家用簡短的化學方程式來代表化學反應。






２－４
What Is Energy and How Can It Change Its Form？－何謂能源？能源如何轉換？

概念：
１、能量不論經由物理或化學轉換,都不會增加或減少此為第一熱力學。
２、不論能量如何改變,總是會比一開始低此為第二熱力學。

能量主要分成兩種：動能與位能。動能通常伴隨質量和速度,位能則是將能量先儲存起來，在需要能量時再轉成動能。
熱力學第一定理:就是能量守恆定律，不同的能量形式之間可以相互轉化，但是能量既不能憑空產生，也不能憑空消失。
熱力學第二定理:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。






２－５
How Can We Use Matter and Energy More Sustainably？－我們如何永續使用物質與能源？

概念：
１、生活過程中必須遵守質量守恆與熱力學兩大定律。
２、藉由減少物質和能量的浪費、回收再利用與控制人口成長，我們可以持續性地居住。

現代工業的進步，使我們消耗巨大的物質與能源，而它們在未來也會有用盡的一天，藉由從自然科學的教訓，我們可以替換再利用物質與節約能源，使得能延續給我們的下一代，且更加永續。

可以藉由物質的回收再利用，再產生許多的產品，垃圾也能變黃金，這就是資源回收的永續性。