動物為什么要保持體溫恒定 _體溫

我們的體內有一個“大火爐”，它熊熊燃燒，使我們的體溫維持在37攝氏度。但是，為什么我們要消耗巨大的能量去維持37攝氏度的體溫？接下來，我們一起探尋動物恒溫的秘密。如果你從今天開始不吃飯，你可能活不過2個月。但是，鱷魚卻可以在不進食的狀態下存活1年甚至更長時間。這是為什么呢？因為你把吃進去的大部分食物都浪費在產生熱量上。大多數鳥類和哺乳類動物是恒溫動物，它們體內的熱量主要由內臟器官產生，比如肝臟和大腦。這些器官的體積往往比變溫動物的大，而且細胞中通過消耗食物中的“碳”產生熱量的細胞器——線粒體是變溫動物的5倍。它們的基礎代謝率高，可以持續地產生熱量，以維持恒定的體溫。為了維持恒定的體溫，大多數的鳥類和哺乳類動物付出了“沉重”的代價：一些鳥類和哺乳類動物1天的進食量是相同大小的爬行動物1個月的進食量，這實在是一種巨大的浪費。當然，恒溫能給動物帶來很多好處。比如，在寒冷的環境下保持活力，為幼崽提供溫暖的環境，還可避免特意走到室外吸取陽光中的熱量。問題是這些好處不是只有恒溫動物才有，變溫動物也有。盡管變溫動物的體溫主要依賴外界環境，基礎代謝率比恒溫動物低;不過，當身體需要熱量時，它們能及時供熱。看來，它們的生活方式更經濟。比如，棱皮龜就可以儲存游泳時機體產生的多余的能量，使體溫比周圍的海水高出10攝氏度左右。這樣，與其他海龜相比，它們能夠在更冷的海水中覓食。劍魚則可以在捕獵的時候選擇性地增加眼部和腦部的熱量供應。體能與恒溫那么，為什么大多數的鳥類和哺乳類動物還要浪費熱量，維持恒溫呢？目前盛行的觀點是由美國加州大學的動物學家阿爾伯特·貝內特和美國俄勒岡州立大學的動物學家約翰·魯本在30年前提出的。他們認為，恒溫的進化出自體能的需要。為了有足夠的體能追逐獵物或與同類競爭，鳥類和哺乳類動物需要持續地給肌肉提供大量氧氣，這就要求它們的有氧代謝能力高。貝內特和魯本認為，如果有氧代謝能力高的話，基礎代謝率會隨之升高，這樣身體也就可以維持恒溫。換句話說，體能決定恒溫。不過，很多人并不同意這一觀點，因為目前沒有充分的證據將兩者聯系起來：有氧代謝能力的高低取決于心血管系統和肌肉，而基礎代謝率的高低則主要依靠大腦和內臟器官。很多爬行動物，比如巨蜥，它們的有氧代謝能力很高，但是基礎代謝率卻很低。即使是恒溫動物，它們也有基礎代謝率低的時候，比如一些哺乳類動物和鳥類在休息或冬眠的時候。此外，這一觀點還存在其他爭議。獸腳亞目的食肉恐龍，包括迅猛龍，具有很高的有氧代謝能力。多數學者認為它們最終進化成了鳥類，但是，它們是恒溫動物嗎？如果按照有氧代謝假說來推理，高的有氧代謝能力帶來高的基礎代謝率，所以它們應該是恒溫動物。但是，提出有氧代謝假說的魯本堅持認為它們不是恒溫動物。他認為，盡管獸腳亞目的食肉恐龍速度迅猛、耐力持久，但它們的基礎代謝率可能很低，因為它們可能缺乏鼻甲骨。鼻甲骨是一種長在鳥類和哺乳類動物鼻腔內的精細軟骨，可以幫助基礎代謝率高的動物減少呼吸中流失的水分。營養與恒溫如果體能和恒溫之間沒有必然聯系的話，那么，為什么要進化為恒溫呢？讓我們到荷蘭生態研究所馬賽爾·克拉森和巴特·諾里特的研究室看看。他們研究的是化學計量學，也就是動物如何攝取它們所需的營養。人們一直對食草動物存有疑問：它們如何攝取足夠的氮以制造體內所需的蛋白質、DNA和RNA 。從理論上講，如果只吃樹葉，它們只能攝取過多的碳，而不是足夠的氮。事實上，盡管一些爬行動物是食草動物，但是它們并不是純粹的“素食主義者” 。加州大學的羅伯特·埃斯皮諾說：“大多數食草的蜥蜴有時會以蟲或小型脊椎動物為食，這樣它們就不會缺氮。”2008年，克拉森和諾里特發現，氮的攝取問題可以解釋為什么鳥類和哺乳類動物進化成恒溫動物。“如果吃1桶樹葉只能滿足你每天所需氮總量的五分之一，”克拉森說，“那么，你需要吃5桶樹葉。但是，你該如何處置體內多余的碳呢？那就是燒掉它。”借助線粒體，消耗體內多余的碳；與此同時，產生熱量，讓身體維持恒溫。換句話說，身體在得到足夠氮的時候有了意外的收獲——恒溫。“這個觀點極具創意。”美國亞利桑那州立大學的生態化學計量學專家吉姆·阿瑟說。氮平衡影響著當代動物的行為，但常常被忽略。克拉森的觀點同時證明了氮平衡在動物進化歷程中影響深遠。但是，阿瑟認為，氮平衡是否在恒溫動物早期的演化中扮演重要角色，這只能從化石中尋找答案。那么，化石告訴我們什么呢？哺乳動物的祖先二齒獸和犬齒獸具有很高的有氧代謝率，大概在三疊紀，也就是大約2億年前，進化成恒溫動物。有化石表明，犬齒獸已經具有皮毛和鼻甲骨。但是，有些犬齒獸是食草動物，有些則是食肉動物，我們還不清楚究竟是食草動物還是食肉動物率先進化成恒溫動物。目前公認的最早轉變為食草動物的是獸腳亞目恐龍中的鑄鐮龍。遺憾的是，現存的鑄鐮龍的化石還無法提供有效的證據。“目前，我們還不知道鑄鐮龍的基礎代謝率。”美國猶他州鹽湖城自然歷史博物館的斯科特·辛普森是鑄鐮龍的發現者之一。他說， “鑄鐮龍的頭骨只有幾個化石碎片，我們無法測量它的鼻甲骨，我們甚至還無法確定它是否具有鼻甲骨。”對此，克拉森承認自己的觀點還有待進一步證實。假如是食草動物率先進化成恒溫動物，它們的進化動力是清除體內多余的碳。那么，食肉動物的進化動力又是什么呢？這是氮平衡假說難以解釋的問題。克拉森也表示，“目前，我們還無法確定，獲取足夠的氮是恒溫系統進化的最初動力。當然，我們也不能否定恒溫系統的進化可以支持高效的捕食生活。”恒溫還是變溫現在看來，簡單地將動物歸為恒溫動物或變溫動物不太準確，因為動物調控體溫的途徑多種多樣。這里有一些例子：● 裸鼴鼠無法控制體溫，但是因為它們生活在地下，而地下的溫度變化不大，所以可以維持30攝氏度的恒定體溫。