咋還有溫血動物呢?!他們是怎樣讓自己的體溫變化的?

2021-01-15 白公子的生物課

最近,美國的科學家發現了第一種全身熱血的魚:月魚。這讓我們迷惑了,為什麼有了冷血,還有溫血?為什麼本來是冷血的魚裡也會出現溫血的?冷血是怎麼變成溫血的?體溫到底是怎麼一回事?下面讓我們來詳細研究一下。

一、什麼是體溫調節?

顧名思義,就是調節動物的體溫。我們要知道,動物身體各處的體溫是不同的。皮膚的溫度最低又最多變,而大腦和心臟的溫度通常是最高而恆定的。

動物,包括人,他們對溫度只有兩種感覺,冷或者熱。在中間還有一個比較舒適的溫度。什麼是舒適的溫度呢?

人類的夏季舒適溫度是19—24℃,冬季是17—22℃。舒適溫度與體核溫度並不相同,人類大腦和內臟的體核溫度都是37度。這是因為機體需要向外排出熱量,而溫度相同就無法排出了,自然感覺到熱。

溫度不僅僅是生理上客觀的描述,更是心理上主觀的感覺。有時冬天你也會覺得暖洋洋,有時明明是夏天你又覺得寒冰徹骨。所以心理比生理更重要。

在生理上,首先是環境溫度通過機體的溫覺感受器和冷覺感受器傳入大腦。這其中包括多級的正負反饋系統。

感受器幾乎到處都是,無論是皮膚,肌肉還是內臟,脊髓甚至下丘腦都遍布著溫覺和冷覺感受器。這些感受器是通過一些蛋白質如TRP家族在起作用。之後大腦再對身體的行為進行指揮。

影響感覺溫度的因素有空氣溫度,氣流速度,空氣相對溼度,身體表面的溼度,運動強度,輻射源的溫度等等。

二、為什麼血液有不同的溫度?

血液的溫度反應的是身體的溫度。所以冷血動物又叫變溫動物,溫血動物又叫恆溫動物。有沒有熱血動物呢?其實是沒有的,熱血的少年倒是有一大堆。

所有的動物都需要讓自己身體的溫度維持在一個適合的水平上,這是因為酶需要一個溫和的溫度才能進行反應。

可是為什麼有了變溫還有恆溫呢?

因為恆溫比變溫先進。變溫要依賴環境溫度。環境溫度高,他們身體的溫度也高,新陳代謝快起來,才能進行活動。如果環境溫度太低,他們身體溫度也很低,新陳代謝太慢了,就不能活動了。

而恆溫動物可以依靠自己的代謝產生熱量。只要食物充足,就可以維持很高的新陳代謝。這樣不但有利於躲避敵害,捕獵,還方便交配呢。

從變溫向恆溫是一次偉大的進化。

三、體溫是怎麼調節的?

這是一個大話題。我們都知道熱量傳遞有三種途徑,熱輻射,蒸發,和對流。變溫動物也要依賴這三種方式來維持自己身體的溫度。

1、 行為性體溫調節

變溫動物主要用行為來調節體溫。有的行為很簡單,有的行為很複雜。行為的強度和環境溫度與體溫的差值成正比。

當環境溫度低的時候,無論變溫動物還是恆溫動物都喜歡靠近那些比周圍溫度高的物體,利用熱輻射給自己加溫。雖然恆溫動物可以維持體溫,可是有外援,不用白不用嘛。

誰不喜歡冬天烤烤火呢?各種動物都喜歡曬太陽,你喜歡不?甚至很多動物為了曬太陽還不去找食吃了,曬太陽比吃飯都重要。當然變溫動物比恆溫動物更依賴太陽。

甚至,當動物的體色或者毛羽是深色時,吸收的太陽能量可以讓身體的新陳代謝能量消耗降低20-40%!大概黑人運動能力強也有這方面的原因,新陳代謝能量消耗降低,就有更多能量用於運動了

除了要吸收熱量,還要防止散熱。動物的毛皮,皮膚,皮下脂肪,甚至某些行為(比如尋找避風的地方)都是有用的。當然還要儘量防止蒸發。

雖然根據基爾霍夫定律,吸熱快的東西散熱也快,但是這是在波長和溫度一定的情況下。動物散失溫度的波長(4.0Xl0-8一2.0x10-5之間)比太陽光的波長要長的多,而且無論是鳥類蓬鬆羽毛用空氣阻礙熱量散失還是哺乳動物用皮下脂肪阻礙熱量散失,都會使得動物更容易吸收環境熱量而不是散失。

很多動物可以依靠集群來分享熱量。比如在寒風中擠成一團的帝企鵝。

有的動物比如一些蜂類可以往身上灑水降低溫度,而哺乳動物通常是選擇進入水中,或者是用理毛行為把唾液塗在毛髮上來幫助蒸發。

蜜蜂可以通過用翅膀扇風這種熱對流的方式來為蜂巢降溫。冬天又通過大量活動產生的熱量為蜂巢增溫。

很多昆蟲可以通過營建不同模式的巢穴來控制溫度。比如螞蟻的巢穴,高處溫度高,地底溫度低。所以螞蟻可以在不同的季節搬進不同的家來調節溫度。

變溫的魚通常只在溫度一定的範圍裡活動,比如靠近海底熱泉。而恆溫的魚活動範圍就大多了。這都是進化優勢。

2、 自律性體溫調節

除了行為性體溫調節,還有自律性體溫調節。這是指機體本身對體溫進行調節。

溫度高的時候,就要加強散熱。血管擴張,血流量增加,散熱主要依靠蒸發。哺乳動物出汗,張嘴利用呼吸道黏膜蒸發水分,都是方法。

散熱時的呼吸和普通呼吸不一樣,是淺呼吸。快速的淺呼吸可以帶走大量熱量。

冷的時候主要增加產熱來抵抗寒冷。在溫度很低的時候,很多動物可以依靠肌肉戰慄來產生熱量。這是一種不隨意運動,就算沒有大腦的動物也可以。

蛾子都可以戰慄。戰慄雖然可以加倍產熱,但是卻持續不了多久。

除了肌肉戰慄,非顫抖性產熱方式還有兩種。一種是通過臨時的提高基礎代謝率產生更多熱量(這與褐色脂肪有關,嬰兒體內很多,成人卻很少),一種是通過換毛增加脂肪等方式來減少散失。

行為性體溫調節是無限的,可以用無窮的方法去調節溫度。而自律性體溫調節只能在有限的範圍內調節。你太熱了可以吃冰激凌,再出汗還是熱。如果太冷,跑兩步還是冷,總不如進入一個暖氣屋子呀。

四、溫度調節有什麼用?

雖然從外界吸收熱量可以降低新陳代謝的能量消耗,但是新陳代謝本身卻因為溫度升高而加快了。這就意味著,食物消化的速度也提高了。

知道為什麼蛇和鱷魚消化食物要幾個月而哺乳動物卻一直都在吃了吧。提高新陳代謝對於捕獵,躲避敵害,求偶,交配等都有很大的益處。

本文主要討論的是動物的體溫調節,其實植物也是有體溫的。植物也有血液,只是並非紅色而已。體溫調節這件事雖然平常你幾乎感覺不到,卻是動物一輩子最重要的事之一。大部分食物都供給體溫調節了呢。

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