咩咩对《迷人的温度》的笔记(2)
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第1页 第一章 98.6度
我们的皮肤一般比内脏低6度……口腔和肛门的温度也不相同,后者一般比前者高1度。
………
人体内部自有一套调节机制,使我们的体温大致保持在正常范围之内,这套机制听命于一个深埋于大脑之中的最高控制中心,那就是下丘脑。这个渺小的器官不仅设置温度,也操纵着各种激素的分泌,由此掌控着大量关键的代谢功能。此外,它还调解着人体内的水、糖和脂肪水平,并且指导激素的释放,从而对我们的各种活动进行抑制或是加强。
……
除人类以外,其他哺乳动物和鸟类也能维持恒定的体温,我们和它们统称为“温血动物”。当然,温血动物的体内不是只有血是暖的,温血和冷血的区分也并不总是泾渭分明。生物学家用“恒温动物”( homeotherms)与“变温动物”( poikilotherms)来区分。鸟类和哺乳类属于恒温动物。
……
它们代谢率高、从体内产生热量、并且具备精密的冷却机制来维持恒定的体温。而除此之外的变温动物就不具备这些机制了。这个区分也有例外,比如有些常温动物也会使体温大幅下降,大家都熟知的冬眠就是一个例子。尽管如此,恒温与变温的区分已经相当精确了。我们由此还会想到:恒温性是如何演化出来的?恒温性的前提是复杂的脑和精密的控制,在已知的动物物种当中,只有很小一部分米用了这套机能。至于原因是什么至今没有一个公认的答案,有的只是一系列猜想而已。
恒定体温的出现,似乎正好与一些动物从水中走向陆地的时间重合。在水下生活能够隔绝许多天气的变化。尤其是深水,那里的环境温度是相当稳定的。相比之下,在陆地上栖息的动物在二十四小时之内就能感受到温度的变化。日夜更替、睛雨交加、暴风骤雨,都是它们必须经受的。除此之外,陆地生活还使得许多动物演化出了快速决定复杂事宜的本领。
………
人脑之所以保持恒温,也不是人体保持恒温的唯一原因。一般的化学反应总是在温度升高时加快,所以体温设定得越高,体内的反应就越活跃一不过这也有限度。如果多余的热量无法排出,接收的信息又来得太快,系统就会崩溃。在过去几百万年中,人类、其他哺乳动物,当然还有乌类,都发现了一个共同的规律:在华氏100度(约摄氏37.8度)左右,我们的思想和行动是最有效的。
我的一个心理学家朋友告诉我,在遇到动物行为方面的难题时,就想一想动物的性行为。温血动物的体内有着主宰交配、生殖和无数其他行为的激素反应,而它们在温度恒定且较高的时候是最有效的。还有一些巧妙的问题也能从温度的角度予以解答,比如男性的睾丸为什么要放在体外的阴囊中,而不是更加安全的腹腔内?大概是因为略低于98.6度的环境比較适合精子的产生吧。
就算人体真的在温度恒定的时候最为可靠,为什么就偏偏要是98.6度呢?这个问题有一个大概的答案,其中既有演化的原因,也涉及新陈代谢的简单原理。大多数机器的能效都很低下,人体也是如此。一般来说,人体吸收的能量中有超过70%转化成了热量。
……
人体产生热量的过程精微复杂,它是又一项需要脑部调节的机制。在休息状态下,脑和心、肺、肾等内脏器官产生的热量超过人体总热量的三分之二,虽然它们在体重中所占的比例连十分之一都不到。在运动时肌肉产生的热量可以增加十倍并占据所有资源。但即使在这样的剧变之下,身体的温度依然是相当稳定的,那些基础的本能反应也依然不会出错。能够做到这点,是因为人体内部在制造更多热量的同时,也在以更快的速度将热量散发到环境中去。
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第2页 第一章 39.8度
蒸发是一个十分重要的过程,因为水在变为蒸汽时会吸收大量的热。卡路里是热量的单位。将1克水加热1摄氏度,需要的热量正好是1卡;将1克水从摄氏0度加热到摄氏100度,需要的热量正好是100卡。然而,要将摄氏100度的1克水变成相同温度的1克水蒸气,需要的热量却超过500卡。也就是说,将水转化成水蒸气所需的热量,是将水从冰点加热到沸点所需的热量的五倍还多。因此,将身体里的水转化成水蒸气是一种十分有效的降温方法。
那些需要降低体温的动物,自然也运用了这条基本原理,它们从各自的需要出发,发明出了层出不穷的巧妙方法。用蒸发促进冷却的一个法子是扇风,也就是趁运动较快的水分子甫离水面之际就将其吹走,使它们无法重新回到水里。我们在一杯咖啡或者一碗热汤表面吹气,使用的就是这个方法。
……
蜜蜂同样采取了这个风扇策略,并以此对蜂果的温度做精心调节。每到夏天,它们就扇动翅膀引起对流、给蜂巢降温。但是当气温升到华氏80多度(约摄氏27度以上)时扇风已经不够了。于是它们纷纷飞出蜂巢喝水,返回时再将水吐出,在蜂巢中形成一道道液滴组成的薄幕。这时它们再扇动翅膀,将湿润的空气驱离蜂巢。EO-威尔逊回说起过一个实验:给蜜蜂无限的水源,它们就能将蜂巢的温度维持在华氏85度(约摄氏29度),虽然外面的气温已经升到了160度(约摄氏71度)。蜜蜂从不进入沙漠,但原因不是高温、而是缺水。
扇风能加速冷却,但冷却的第一步还是要在某个表面上制造液体,好让它蒸发到空气中去。少数袋鼠和一些大鼠能够靠舔舐毛发使自己冷却,因为唾液的蒸发会带走热量,但是应用最广的蒸发技术还是喘气和流汗。鸟类没有汗腺,还有一些哺乳动物只有少量汗腺,比如狗。它们依靠短促的浅呼吸来使得喉咙的液体蒸发。这种方法颇有一些好处,其中一个是我们不太容易想到的:它能帮助动物保持头脑冷静。小个子的东非瞪羚在草原上全速奔驰五分钟,产生的热量就会使它们的核心体温从华氏102度(约摄氏39度)上升到略高于110度(约摄氏43度)。血液从110度的身体沿着动脉流向头部,它们脑部的温度却始终比身体低5度以上。它们的脑部之所以能保持冷却,完全是奔跑时的快速呼吸制造的一个附带的好处。从身体向脑部供血的主要血管是颈动脉,它在顾底分成几百支小动脉,在进入脑部之后重新汇合。就在分盆的途中,动脉中的热血被附近喉咙里快速流动的空气所冷却。这个有趣的冷却机制能使逃亡中的瞪羚保持最佳的决策能力。即使身体的其他部位不断加热,它的脑部温度却能大致恒定。可见这种动物的第一要务是维持控制中枢的恒温,而身体的其他部位就有一点变温的自由了。
和出汗相比,喘息还有一个优势:出汗时,汗水会带走珍贵的盐分,所以才常有人告诚我们大量流汗时要喝下富含矿物质的饮料。而喘息时,唾液中的矿物质是留在体内的。不过,喘息也自有它的缺点,其中之是需要肌肉的活动,而肌肉的活动本身又会制造热量(快速的浅呼吸对这个问题有所缓解)。没有一个办法是万全的。一切都是动物在漫长的历史中演化出来的适应性行为,目的是使生存的几率达到最大。
……
人类的毛发已经差不多完全丧失,只留下一身裸露的皮肤。这层覆在体表的器官有大约200万个汗腺,分布在全身上下,手掌上最为密集,其他部位则稀疏一些。在下丘脑的调控之下,汗腺分泌出一种略带咸味的液体。这种分泌活动不受意识调控,也不完全由环境激发,压力或紧张也会使人流汗。这是一种效率极高的冷却手段,当人体的代谢增加,产生大量体热时,汗水能够迅速将热量排解出去。当你身着衬衣和长裤前往办公室,出太多汗或许不是什么好事,但是对我们的祖先来说,快速冷却有助于逃生,是有利野外生存的手段。
关于出汗降温的效果还要多说一句,我们在前面也略微提到了:那些快速运动的水分子,离开体表的必须多于到达体表的。如果外间的空气太潮,那么即使大汗淋漓也起不到蒸发降温的效果。
……
发抖能在身体内部产生额外的热量,身体表层的器官也能阻止热量向外界流失。在身处寒冷的环境时,流向体表的血液会迅速减少,皮肤的温度也随之降低。随着皮肤和空气之间温差的减小,体内向体外的热传递也减少了。可以说,这是我们身体的表层在努力制造一个绝缘,以保护重要的内脏器官。这都是短期的御寒手段。
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