標籤:體溫

在脊椎動物中,哺乳類動物和鳥類動物體溫恆定,大約在37℃左右。保持體溫,減少對環境的依賴性,增強對環境的適應能力。例如狗、貓、鴿子、鸚鵡等。注意:不是所有哺乳動物都恆溫,例如刺蝟。刺蝟是哺乳動物,但不恆溫。

1恆溫的進化之謎

哺乳類、鳥類以及其它的溫血動物都具有恆定的體溫。生物學上把動物分成「恆溫動物」和「變溫動物」兩種。比如我們知道,寒帶的南極企鵝和熱帶撒哈拉沙漠的駱駝,它們的體溫同樣是37℃上下。這些迥然不同的動物為什麼都不約而同地選擇了體溫恆定的生活方式?
鳥類和哺乳類這些恆溫動物,具有高新陳代謝率,從體內產生熱,它們也具有精巧的冷卻機制,可以幫助保持恆定的體溫,而變溫動物卻沒有辦法做到這一點。但是這個規則仍有例外;例如,某些溫血動物在冬眠期間,可以讓自己的體溫大幅降低。儘管如此,我們還是要問:大自然為什麼會進化出恆溫動物?
若要保持恆溫,需要複雜的腦子對身體進行精密控制,所以在已知的物種中,只有非常小比例的生物採取這種進化過程。至於為什麼這些物種會如此,科學家還沒有一個確切的答案,他們所做的解釋,都只是一些假說而已。
一個假說認為,腦在恆溫下運作得最好,所以在長期的自然選擇中,恆溫的動物被選擇下來。當然,腦部簡單的低等動物,他們所選擇的生存方法雖然不同,卻是對他們適應自己所處的環境是最有利的。只是對我們而言,恆溫是最好的選擇。
某些動物能夠保持體溫恆定的開始時間,幾乎恰好和他們從水生變成陸生的時間相吻合。生存於水底下的生物,相當大的程度上,可以避開外界氣候變化的影響。特別是在深水中,周圍的溫度幾乎可以保持不變。反過來,生活於地表上的動物則必須承受一天二十四小時的溫度變動;他們會經歷夜晚和白天、雨天和晴天、颳風和暴風雨。因此,在地表生活的許多生物已經進化到可以快速隨機應變的地步。
想想看,當人類的祖先在大草原上被獅子追逐的時候,會是什麼樣的情境。在奔跑的時候,四肢必須互相協調擺動,而腦部則在估量最好的逃生對策:是該使勁地逃跑,還是簡單的棍子抵抗?那棵樹有多遠,在獅子追上我以前,爬到樹上去的機會有多大?家人生存的機會有多大?我的族人會不會來幫我?我是不是可以跳到河裡,跳進河去會不會落到鱷魚的嘴裡?在四肢拚命擺動、身上流著汗、肺部用力呼吸的同時,所有這些念頭全都會在腦中閃過。不論是人或獅子,思想和行動需要同時運作,這是動物必備的生存之道。
支配人類思想和行動的主宰是腦,這是由幾百億交互連結的神經細胞所組成的線路,奇妙又精巧;獅子的頭蓋骨里也含有相似數目的神經細胞。假若體溫發生變化,必然導致動物體內的各種複雜化學反應呈現出不同的狀況,各種激素信息也有所不同。所以,保持恆定的體溫是像我們一樣複雜的動物的最佳進化選擇。否則起伏的腦溫可能會導致無法預測的反應,其中一種可能的反應是,假如學習發生在不同的腦溫下的話,每次的成果可能都不一樣。
再回到我們祖先的例子,當他們被獅子追逐的時候,必須要做出決定。他們一定不希望,在自己的手正忙著爬上樹的時候,腿還在拚命繼續奔跑。當然也不希望,在眼睛看見一塊石頭的時候,鼻子卻認為那是一隻獅子。此時當然更不是決定是否該吃一點東西的好時機。反過來,獅子也在做同樣的決定,它想盡辦法告訴自己,它正在追逐一個原始人類,而不該想這個東西是不是容易消化。動物恆溫的腦部在處理涉及同步的決定與行動時,顯得快速、可靠又富有彈性,這樣動物生存的機率以及把基因傳給下一代的機會必然會增加。
這個例子並不是來討論基本的「捕食者-被捕者交互作用」需要複雜且恆溫的腦,而是要解釋,像人類和獅子這些生物的腦子,在恆溫下才能達到最佳運作狀態。這些腦子之所以會如此複雜,是因為這些生物的活動特別錯綜複雜,其中許多活動屬於社會性與組織性的,這也是這些生物一生中無可避免的活動。

2為何選擇37度

其實腦部保持恆溫,並不是恆溫動物維持恆溫性的唯一理由。很顯然,溫度升高時,化學反應一般會加快,所以讓身體變成溫度較高的恆溫器,在某種程度上可以促進身體的活性。
這當然有一個限度。當過量的熱排不出去,而信息又來得太快時,這個系統會瓦解。過去的幾百萬年中,我們以及其它哺乳類,還有鳥類,似乎都發現了,最適宜我們運作的溫度是在37℃左右。
人們又要進一步發問:就算保持體溫的恆定,可以使人體的運作最穩定,那麼為什麼溫度需要設在37℃呢?
基本上,哺乳類動物的身體所獲得的能量,有70%以上轉變成了熱。然後這些熱又需要發散到四周的環境里去,否則身體會像任何過熱的引擎一樣,因為過熱而停止了正常的運作。
產熱的機制很複雜,這是腦必須監控的另一個複雜過程。靜止狀態下,腦以及身體內部器官(比如心臟、肺臟和腎臟)所產生的熱超過全身產熱的2/3,雖然它們本身的質量只佔全身不到10%。運動的時候,肌肉所釋放出來的熱可以增大10倍,超過其它熱來源。然而,即使是在這些產熱的極端狀況下,體溫仍然可以保持固定,而且基本的本能反應仍然如常。這要歸功於在體內熱產量升高的同時,身體能夠把熱快速的傳遞到四周環境中。
熱傳遞機制的細節相當複雜,但基本的原理是:熱量由高溫物體流向低溫物體。所有的物體都可以輻射出熱,也可以吸收熱,假如物體的顏色比較深,輻射與吸收的效率比較高,而淺色物體就比較低。
不論是輻射或傳導,熱的流動率大約與溫差成正比。室溫17℃時,你手上的熱流到一根鐵棍上的熱流動率,是室溫27℃時的兩倍,因為前者和37℃相差了20度,而後者只相差10度。同樣的石頭牆壁的房間,在15℃時會讓你覺得比在25℃時要冷許多。
根據熱傳導的機理,有些科學家認為,我們的體溫之所以設定在37℃,和我們在20℃的房間中感到舒服的原因一樣。當200多萬年以前人類剛出現在非洲時,白天的平均溫度在25℃以下。在這種氣候下,當人類的體溫超過35℃時,打獵採集這類活動經由新陳代謝過程所產生的熱最容易發散出去。
人們可以計算出正常活動時身體的產熱率,也可以計算出在四周溫度稍微高於27℃時,身體把熱傳遞到環境中的散熱率。兩種速率全都隨體溫而改變;這兩個速率在溫度為37℃時大約相等,也就是身體得到熱的速率與散發熱的速率相等。由於這一點優勢,這個溫度就被被我們的祖先選定了。後來,人類穿上了毛皮,又發明了獨特的技巧——生火,擴大了溫度適應範圍,因此能忍受更寒冷的氣候。
然而,對氣候的適應,似乎只是我們體溫保持在37℃的小部分理由。看看哺乳類和鳥類,這兩類動物經歷了非常不同的進化史,鳥類和人類在進化過程中經歷的氣候、環境肯定各有不同。但是鳥類和哺乳動物的體溫大多都是恆定的。因此恆溫產生的原因恐怕還很複雜。但有一點是肯定的,恆溫動物保持恆溫,能夠讓複雜的化學反應固定在最佳的狀態,這使得我們和其它動物可以勝任日常生活中的各種複雜活動。
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