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人人有个“温控中心”

新京报

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关于人类男女排汗差异的研究在科学界和八卦界都引起了相当大的关注,其实对于所有动物来说,散热都是维持生命的重要手段,关于动物的温度控制,可是一个说也说不完的话题。

1 策略

恒温变温两大派

科学松鼠会成员、科学作家瘦驼说,生物体内的酶都需要在一定的温度范围内才能发挥作用,所以体内的温度过冷或者过热都会造成生命危险。18世纪的英国生物学家亨特把动物分成“冷血动物”和“温血动物”两大类,冷血动物指体温会随着外界变化的动物;而温血动物指体温独立于外界环境保持相对恒定的动物。其实,“冷血动物”的血也并不总是冷的,如果环境温度热起来,它们的血也会热。所以,现在一般把“冷血动物”称为“变温动物”,把“热血动物”称为“恒温动物”。动物中的哺乳类和鸟类是恒温动物,其他的动物一般都是变温动物。

恒温动物有一套体温调节系统,通过新陈代谢维持体温恒定。而变温动物控制温度主要靠“行为温度调整”。比如沙漠里的蜥蜴没有通过自身新陈代谢调整体温的能力,所以它在早上的时候从洞里露出头,在沙子上晒太阳,或者在被阳光烤热的石头上取暖,而到了中午太热的时候,它们会躲在石头底下,或者回到洞里。这种“调温主要靠走”的方法让蜥蜴的生存空间受到很大限制,当然不能成为像人类那样分布极广的顶级食肉动物。

不过,“恒温”和“变温”的划分也并不绝对。瘦驼说,有些体型较大的鱼类和一些爬行动物也可以把体温维持在一个高于环境温度的水平,比如蓝鳍金枪鱼。而靠新陈代谢调整体温的方法在变温动物中也并不少见,比如冬天蜜蜂会在蜂巢中活动,肌肉产生的热量会让蜂巢保持温暖。而恒温动物中也有一些是“变温”的,比如北极黄鼠在冬眠时有一段时间体温接近零度,过一段时间体温又会升高,给身体“热热车”,然后体温再次下降。

2 测温

从哪入手是问题

对于恒温动物来说,看起来它们的体温是个“定值”,但实际上确定它们的体温并不容易。

首先,动物身体各部分的散热情况大不相同,所以温度也会有很大差异,比如在东北地区,冬天的时候人如果身在室外,外耳的温度往往会降到20度以下,如果人的“体温”全是这样,早就活不成了。一般认为,动物的体温应当指的是“体核温度”,也就是内部器官,比如肝脏的温度。看过美剧《CSI》的人都知道,法医要通过死者的体温推断死亡事件,靠的往往就是测定肝脏温度。但在正常情况下,测量体温还需要在体外动手,所以确定哪个外部器官反映身体内部器官的真实温度是很关键的,而且测量的时候需要比较稳定。一般来说直肠温度被认为是比较接近于核心温度的,但对于某些雌性动物,阴道、子宫或者膀胱的温度更合适些。

我们现在知道,人体的平均温度大约为37℃,正常体温在36.8±0.7℃的范围内。从各处测来的温度并不一样,从直肠、阴道和内耳测量的体温平均为37.6℃;嘴里是36.8℃;腋下则是36.4℃。

因为人类有调控体温的机制,所以无论是体力活动还是天气变化,都只能引起微弱的体温变化。无论身处热带,还是身处寒带,人的体温都基本相同。不过人类体温还是会有一些有趣的微小变化。人体体温在晚上11点到凌晨3点最低,而在上午10点到下午6点最高。类似的体温变化在猴子和鸟类身上也能观察到。在妇女的排卵期,体温会升高0.15℃到0.45℃,所以可以借此来安排受孕或者避孕。有人认为降低体温能够延长寿命。2006年,一组来自斯克里普斯研究所(Scripps Research institute)的科学家将一些转基因老鼠的体温控制在比正常水平低0.3℃-0.5℃的状态,结果发现它们的平均寿命延长了12%到20%。不过,这仍不足以证明体温和寿命的关系。

3 散热

出汗排便都是妙招

既然体温的控制对动物很重要,动物在环境温度变化,或者自身的新陈代谢增加,导致体核温度增加的时候就要有办法来把温度控制在合适的范围内。下面我们就要看看动物是如何避免过热的。

比较消极的办法是睡觉。睡觉的时候新陈代谢减慢,自然产热会少些。有些动物会夏眠,比如有些非洲的龟类会在泥里挖坑,在夏天睡一觉。而在白天最热的时候,蜂鸟和蝙蝠那样需要飞行的小型温血动物通常会打盹。

通过血管网和空气的热交换散热是个好办法,非洲象和大耳狐以耳朵大著称,大耳朵的主要用处就是散热。更有效的方法是利用水分把热量带走,比如狗主要通过口腔、舌和鼻表面的水分蒸发来散热。而最有效的散热方法是流汗。瘦驼说,在动物界,只有哺乳动物才有汗腺,而且几乎所有的哺乳动物都有汗腺,但只有少数哺乳动物能用汗腺散热。猫和狗的脚底有汗腺,主要用处是施放气味进行通讯,起不到什么散热的作用。灵长类和马的腋下少毛,可以通过大量流汗来散热。

鸟类体温很高,它们是如何散热的呢?瘦驼说,主要还是通过呼吸散热。鸟类的呼吸功能非常强大,而且呼吸很快,每分钟可达300次,通过肺和气囊的呼气和其中液体的蒸发作用可以带走相当一部分热量。鸟类散热还会利用独特的法宝——翅膀,它们会用翅膀给喉咙扇风,从喉咙的皮肤散热。因为需要飞行,鸟类的什么器官都是“轻型”的,所以皮肤比哺乳动物要薄得多,更利于散热。没长羽毛的部分,比如鸭子的脚通过血液和空气的热交换来散热。还有比较恶心的——往身上搞些“不明液体”,比如黑秃鹫就会通过往裸露的腿上排便来帮助散热。鸟类没有膀胱,排出来的都是粪便和尿液的混和物,它们要把这些东西弄到身上,看来鸟类对“舒适”的理解和我们确实不一样。

4 设定

鸟类赛过人发烧

就像电冰箱有温控器一样,恒温动物在下丘脑的位置上也有一个“温控中枢”。这个温控中枢有一个常规的温度设定,也可以在特殊情况下把温度上调。“发烧”就是人体温控中枢主动上调体温的行为。关于“发烧到底有什么用”的问题,至今尚无定论,但科学家们普遍认为它有利于提高人体对病原体的抵抗能力。已经得到证明的发烧的“用处”包括:有些对温度敏感的病原体的活性被抑制;提高了白细胞的移动能力和噬菌能力;降低了内毒素的作用;提高了干扰素的作用等等。不过,发烧也会对人体本身产生破坏作用,在正常情况下,人体体温超过44℃就会死亡,但也有纪录称有人在经历了46.5℃的超高体温后还活了下来。

提起发烧,人可“烧”不过鸟类。鸟的体温设定是生物界最高的,其范围是在40℃-42℃,而哺乳类只有36℃-39℃。某些鸫类体温在43.5℃时还能活着。

瘦驼说,鸟类的超高体温肯定和它们很高的新陈代谢率有关。鸟类的飞行需要消耗大量的能量,也必然产生大量的热量。火鸡静止时每分钟心跳93次。鸡是250次,而小型鸟类能够达到每分钟500次。小鸟每天要吃掉相当于体重10%的食物,蜂鸟消耗食物的速度是人类的50倍。有科学家认为,鸟类很高的体温设定值,让它们随时保持高的代谢率,有利于它们随时展翅高飞,这就好比一辆汽车的发动机随时保持运转,以便随时挂挡走车。也有科学家认为,鸟类很高的体温设定值有利于抵抗一些病原体的感染。鸟类很高的体温也让它们不容易被“冻透”,再加上羽毛超强的保暖功能,让帝企鹅和雪雁成为南北极的王者,而胡兀鹫能在世界屋脊上翱翔。

新知专题采写/本报记者 刘铮 实习生 唐宏宇

本专题图片均为资料图片(除署名外)

本专题感谢:瘦驼(科学作家)

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