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恒温的进化之谜:人的体温为什么是37℃?
2006-07-28 15:23:38  来源:《大科技》  【字号

现在再回到我们祖先的例子,当他们被狮子追逐的时候,必须要做出决定。他们一定不希望,在自己的手正忙着爬上树的时候,腿还在拼命继续奔跑。当然也不希望,在眼睛看见一块石头的时候,鼻子却认为那是一只狮子。此时当然更不是决定是否该吃一点东西的好时机。反过来,狮子也在做同样的决定,它想尽办法告诉自己,它正在追逐一个原始人类,而不该想这个东西是不是容易消化。动物恒温的脑部在处理涉及同步的决定与行动时,显得快速、可靠又富有弹性,这样动物生存的机率以及把基因传给下一代的机会必然会增加。

这个例子并不是来讨论基本的“捕食者-被捕者交互作用”需要复杂且恒温的脑,而是要解释,像人类和狮子这些生物的脑子,在恒温下才能达到最佳运作状态。这些脑子之所以会如此复杂,是因为这些生物的活动特别错综复杂,其中许多活动属于社会性与组织性的,这也是这些生物一生中无可避免的活动。

为何偏偏选择37度?

其实脑部保持恒温,并不是恒温动物维持恒温性的唯一理由。很显然,温度升高时,化学反应一般会加快,所以让身体变成温度较高的恒温器,在某种程度上可以促进身体的活性。

这当然有一个限度。当过量的热排不出去,而信息又来得太快时,这个系统会瓦解。过去的几百万年中,我们以及其它哺乳类,还有鸟类,似乎都发现了,最适宜我们运作的温度是在37℃左右。

人们又要进一步发问:就算保持体温的恒定,可以使人体的运作最稳定,那么为什么温度需要设在37℃呢?

基本上,哺乳类动物的身体所获得的能量,有70%以上转变成了热。然后这些热又需要发散到四周的环境里去,否则身体会像任何过热的引擎一样,因为过热而停止了正常的运作。

产热的机制很复杂,这是脑必须监控的另一个复杂过程。静止状态下,脑以及身体内部器官(比如心脏、肺脏和肾脏)所产生的热超过全身产热的2/3,虽然它们本身的质量只占全身不到10%。运动的时候,肌肉所释放出来的热可以增大10倍,超过其它热来源。然而,即使是在这些产热的极端状况下,体温仍然可以保持固定,而且基本的本能反应仍然如常。这要归功于在体内热产量升高的同时,身体能够把热快速的传递到四周环境中。

热传递机制的细节相当复杂,但基本的原理是:热量由高温物体流向低温物体。所有的物体都可以辐射出热,也可以吸收热,假如物体的颜色比较深,辐射与吸收的效率比较高,而浅色物体就比较低。

不论是辐射或传导,热的流动率大约与温差成正比。室温17℃时,你手上的热流到一根铁棍上的热流动率,是室温27℃时的两倍,因为前者和37℃相差了20度,而后者只相差10度。同样的石头墙壁的房间,在15℃时会让你觉得比在25℃时要冷许多。

根据热传导的机理,有些科学家认为,我们的体温之所以设定在37℃,和我们在20℃的房间中感到舒服的原因一样。当200多万年以前人类刚出现在非洲时,白天的平均温度在25℃以下。在这种气候下,当人类的体温超过35℃时,打猎采集这类活动经由新陈代谢过程所产生的热最容易发散出去。

人们可以计算出正常活动时身体的产热率,也可以计算出在四周温度稍微高于27℃时,身体把热传递到环境中的散热率。两种速率全都随体温而改变;这两个速率在温度为37℃时大约相等,也就是身体得到热的速率与散发热的速率相等。由于这一点优势,这个温度就被被我们的祖先选定了。后来,人类穿上了毛皮,又发明了独特的技巧——生火,扩大了温度适应范围,因此能忍受更寒冷的气候。

然而,对气候的适应,似乎只是我们体温保持在37℃的小部分理由。看看哺乳类和鸟类,这两类动物经历了非常不同的进化史,鸟类和人类在进化过程中经历的气候、环境肯定各有不同。但是鸟类和哺乳动物的体温大多都是恒定的。因此恒温产生的原因恐怕还很复杂。但有一点是肯定的,恒温动物保持恒温,能够让复杂的化学反应固定在最佳的状态,这使得我们和其它动物可以胜任日常生活中的各种复杂活动。

【责任编辑:熊志敏】

 
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