來源:來自網(wǎng)絡(luò) 2009-06-22 23:28:11
想想看,當(dāng)人類的祖先在大草原上被獅子追逐的時候,會是什么樣的情境。在奔跑的時候,四肢必須互相協(xié)調(diào)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里,跳進河去會不會落到鱷魚的嘴里?在四肢拼命擺動、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(jié)的神經(jīng)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(shù)目的神經(jīng)細胞。假若體溫發(fā)生變化,必然導(dǎo)致動物體內(nèi)的各種復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)呈現(xiàn)出不同的狀況,各種激素信息也有所不同。所以,保持恒定的體溫是像我們一樣復(fù)雜的動物的最佳進化選擇。否則起伏的腦溫可能會導(dǎo)致無法預(yù)測的反應(yīng),其中一種可能的反應(yīng)是,假如學(xué)習(xí)發(fā)生在不同的腦溫下的話,每次的成果可能都不一樣。
現(xiàn)在再回到我們祖先的例子,當(dāng)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,腿還在拼命繼續(xù)奔跑。當(dāng)然也不希望,在眼睛看見一塊石頭的時候,鼻子卻認為那是一只獅子。此時當(dāng)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。動物恒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。
這個例子并不是來討論基本的“捕食者-被捕者交互作用”需要復(fù)雜且恒溫的腦,而是要解釋,像人類和獅子這些生物的腦子,在恒溫下才能達到最佳運作狀態(tài)。這些腦子之所以會如此復(fù)雜,是因為這些生物的活動特別錯綜復(fù)雜,其中許多活動屬于社會性與組織性的,這也是這些生物一生中無可避免的活動。
為何偏偏選擇37度?
其實腦部保持恒溫,并不是恒溫動物維持恒溫性的唯一理由。很顯然,溫度升高時,化學(xué)反應(yīng)一般會加快,所以讓身體變成溫度較高的恒溫器,在某種程度上可以促進身體的活性。
這當(dāng)然有一個限度。當(dāng)過量的熱排不出去,而信息又來得太快時,這個系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)了,最適宜我們運作的溫度是在37℃左右。
人們又要進一步發(fā)問:就算保持體溫的恒定,可以使人體的運作最穩(wěn)定,那么為什么溫度需要設(shè)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(zhuǎn)變成了熱。然后這些熱又需要發(fā)散到四周的環(huán)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(chǎn)熱的機制很復(fù)雜,這是腦必須監(jiān)控的另一個復(fù)雜過程。靜止狀態(tài)下,腦以及身體內(nèi)部器官(比如心臟、肺臟和腎臟)所產(chǎn)生的熱超過全身產(chǎn)熱的2/3,雖然它們本身的質(zhì)量只占全身不到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(chǎn)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(yīng)仍然如常。這要歸功于在體內(nèi)熱產(chǎn)量升高的同時,身體能夠把熱快速的傳遞到四周環(huán)境中。
熱傳遞機制的細節(jié)相當(dāng)復(fù)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(dǎo),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,而后者只相差10度。同樣的石頭墻壁的房間,在15℃時會讓你覺得比在25℃時要冷許多。
根據(jù)熱傳導(dǎo)的機理,有些科學(xué)家認為,我們的體溫之所以設(shè)定在37℃,和我們在20℃的房間中感到舒服的原因一樣。當(dāng)200多萬年以前人類剛出現(xiàn)在非洲時,白天的平均溫度在25℃以下。在這種氣候下,當(dāng)人類的體溫超過35℃時,打獵采集這類活動經(jīng)由新陳代謝過程所產(chǎn)生的熱最容易發(fā)散出去。
人們可以計算出正常活動時身體的產(chǎn)熱率,也可以計算出在四周溫度稍微高于27℃時,身體把熱傳遞到環(huán)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(fā)熱的速率相等。由于這一點優(yōu)勢,這個溫度就被被我們的祖先選定了。后來,人類穿上了毛皮,又發(fā)明了獨特的技巧——生火,擴大了溫度適應(yīng)范圍,因此能忍受更寒冷的氣候。
然而,對氣候的適應(yīng),似乎只是我們體溫保持在37℃的小部分理由?纯床溉轭惡网B類,這兩類動物經(jīng)歷了非常不同的進化史,鳥類和人類在進化過程中經(jīng)歷的氣候、環(huán)境肯定各有不同。但是鳥類和哺乳動物的體溫大多都是恒定的。因此恒溫產(chǎn)生的原因恐怕還很復(fù)雜。但有一點是肯定的,恒溫動物保持恒溫,能夠讓復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)固定在最佳的狀態(tài),這使得我們和其它動物可以勝任日常生活中的各種復(fù)雜活動。
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