温血动物与冷血动物的生存之谜

温血动物与冷血动物的生存之谜

如果你从今天起不再吃饭，那你绝不可能活过一个月，而鳄鱼不吃不喝却能活上一年，甚至更长时间。我们与鳄鱼之间的差别为什么如此之大呢？这是因为我们是温血动物，我们每天所吃食物产生的大部分能量都在调节体温的过程中消耗掉了；鳄鱼则是冷血动物（也称变温动物），它们只需要较少的能量就能维持体温和生理机能。温血动物的体温调节（也称温血性或温血状态），是地球生命进化中最大的奥秘之一。

走近温血动物和冷血动物

在动物学上，温血动物指的是那些能够调节自身体温的动物，冷血动物则是指那些没有体内调温系统的动物。除个别例外，哺乳动物和鸟类都是温血动物，爬行动物、昆虫、两栖动物和鱼类都是冷血动物。

动物之所以有温血与冷血之别，是因为动物血液的温度与动物的体温有着直接的联系。哺乳动物和鸟类等温血动物在较冷的气候环境中会产生热量，将身体保持在一个恒定的温度，而在较热的气候环境中则会将身体温度降下来，也保持在恒定的温度范围内。为了产生热量，温血动物需要将所吃食物的一部分转换成热能。所以，与冷血动物相比，温血动物需要更多的食物，以保持恒定的体温。它们所吃的食物只有一小部分转变为身体质量，其余都成为了为保持体温而“燃烧”掉的“燃料”。

冷血动物只能被动地适应周围的环境温度，天气热时它们的身体也热，天气冷时它们的身体也冷。在较热的环境中，冷血动物体内的血液温度远高于温血动物，并且表现得非常活跃：而在较冷的环境中，它们的血液温度会下降，行动变得异常迟缓。这是因为它们的肌肉活动能力取决于一系列化学反应，这类化学反应在温度高时反应加速，温度低时反应变慢。与温血动物相比，冷血动物将更多摄取到的食物能量用于身体的成长发育。

在炎热的天气里，为了保持凉爽，温血动物会出汗和喘气，通过蒸发水分来散热降温，或者转移到阴凉处或水里去凉快。而且只有哺乳动物才会出汗，灵长类动物，如猿类动物和猴子，身体各处分布有大量的汗腺，而猫和狗只有脚上有汗腺。我们稍加留心就会注意到，狗在太热的天气里会张大嘴喘气，它们是在将多余的热量从嘴里散发出来。鲸完全没有汗腺，但由于它们生活在水中，所以实际上并不需要汗腺。体形较大的哺乳动物在太热时降温比较困难，于是像大象这样的动物就长了一对大而薄的耳朵，用以快速散热之用。

至于保暖，许多哺乳动物厚厚的皮毛和脂肪可起到御寒作用。比如火烈鸟全身覆盖着羽毛，在寒冷的天气里就不用怕冷了。夏天时，一些动物的大部分毛发会脱落，这样就会凉爽一些。在天气变得十分寒冷时，温血动物还会通过身体的颤抖来产生热量。一些温血动物，特别是鸟类，在冬天到来时会迁徙到较温暖的地区。

冷血动物喜欢晒太阳，使身体温暖起来，加快新陈代谢速率。一些种类的蜥蜴为了使身体温暖起来，会寻找阳光照耀得到的地方，让自己沐浴在温暖的阳光下。许多爬行动物在晒太阳时，会将自己的身体与太阳光线垂直，让更多的阳光照射在身上。有些还会让胸腔膨大起来，以增大身体的表面积，并使皮肤颜色变深，以吸收更多的热量。如果太热了，它们则会让自己的身体与太阳光线平行，或者爬到阴凉处，并让皮肤颜色变浅，或者干脆钻到凉爽的泥土里。

还有一些冷血动物，比如蜜蜂和蜻蜓，在寒冷环境中会通过颤抖保持温暖。而鱼在冬天的几个月里会向水深处转移，或者游到更温暖的水域。有的鱼类血液里含有特殊的蛋白质，可以起到类似防冻剂的作用，因此天气再冷它们也不怕。蛇、蜥蜴、蟾蜍、青蛙以及大部分龟类会以冬眠的方式度过严冬。天气太冷时，有的昆虫会被冻死，但也有许多昆虫通过迁移到温暖地区或者转移到地下而存活下来。蜜蜂会群居在一起保持温度，并通过快速扇动翅膀产生热量，让身体温度高于环境温度。

有些动物既不能严格地归于冷血之类，也不能严格地归于温血之类，如蝙蝠。虽然蝙蝠是哺乳动物，但却不能保持恒定不变的体温，在不活动时它们的体温会降低。针鼹鼠属于哺乳动物中的另类，在冬天会降低体温，使自己处于一种类似冬眠的状态。还有一些温血动物，如熊、土拨鼠和囊地鼠，在冬天也会通过冬眠躲避寒冷。冬眠期间，这些动物依靠身体里储存的脂肪维持生命，它们的体温甚至可降至10℃。天蛾是一种在飞行时可将体温升得比周围环境温度高得多的昆虫，因为它们的翅膀在扇动时会产生热量。

冷血动物需要通过晒太阳才能获取热量，而温血则可以让动物在寒冷的气候中保持活跃，还可以用体温给幼仔提供温暖舒适的怀抱。但问题是，这样的优势是要付出一定代价的。对于大多数鸟类和哺乳动物来说，必须维持体内的“炉火”时时刻刻“燃烧”着。为保持体温，温血动物每天摄取的食物量相当于体形大小相仿的爬行动物一个月的食物量。如此来看，保持恒定体温是生命进化中一种危险而奢侈的生存策略。

哺乳动物和鸟类为什么会进化出这样一种显然“奢侈浪费”的生存策略呢？这是生物学家一直想要弄明白的奥秘之一。被普遍接受的观点认为，这是体形较小的食肉性动物为保持积极活跃状态而进化出的有利于捕食和御敌的生存方式。然而有科学家新近提出一种理论：温血性的进化不仅出现在食肉性动物中，也出现在食草性动物中，温血是达到营养平衡的一种生存方式。这一理论不仅解释了何以进化产生了这种显然“奢侈浪费”的生存方式，而且也解释了长期困惑我们的一个问题：恐龙为何会长这么大。

在哺乳动物和鸟类中，身体的热量通常是由肝和肌肉等脏器产生的。这些器官通常都比冷血动物的大，身体中的“食物燃烧加工厂”——细胞线粒体也是冷血动物的5倍之多。因此，温血动物能够通过“燃烧食物”持续产生热量，以维持整个身体的体温。

为了更持久的活动能力

那么，为什么大多数哺乳动物和鸟类要将身体内的“恒温器”一直都调到最高呢？30年前，美国动物学家班尼特和鲁本认为，温血动物的体温调节是为了保持持久的活动能力。他们指出，与其他动物相比，哺乳动物和鸟类拥有最大的有氧能力，能给身体肌肉更多、更持久地提供氧气，从而在追逐猎物和竞争打斗中较长时间地保持和发挥体力。这一观点得到了大部分人的赞同。但班尼特和鲁本进一步指出，较高的有氧能力不可避免地产生较高的代谢率，也就是说，进化选择了持久性，同时也就选择了温血性。这种说法引起了一些争议。

许多人不同意这个观点。他们认为在两者之间似乎没有什么明显的联系，有氧能力取决于心血管系统和肌肉，而代谢率则在很大程度上取决于大脑和一些内脏器官。更重要的是，有好几种爬行动物，如巨蜥，也拥有较高的有氧能力，但它们的代谢率却很低。一些哺乳动物和鸟类在不活动或冬眠时，通过降低体温也能使代谢率保持在较低水平。

化石记录中的温血起源之谜

氦平衡是如今许多动物行为的一种驱动力，但在温血性起源中是否起到重要作用，只有到化石记录中去寻找答案。那么，化石记录能告诉我们些什么呢？ 大气中二氧化碳水平下降使得植物中含氮量微增，为某些恐龙向食草性转变创造了条件。显花植物开始繁荣的时间与最早向食草性转变的兽脚类恐龙出现的时间相吻合。研究发现，一种叫做“犹他铸镰龙”的食草类恐龙就是从早期食肉兽脚类恐龙进化而来的。重要的是，这种恐龙是鸟类最为接近的近亲之一。可以想象当时陆地上出现的壮观一幕：显花植物繁盛起来，包括鸟类祖先在内的体形较小的恐龙开始向温血性进化，并渐渐转变为食草性动物。

这一转变过程同样也适用于早期哺乳动物。哺乳动物的祖先二齿兽和犬齿龙类显然拥有较高的有氧能力，大约在两亿年前，也就是在三叠纪的某个时期，它们开始向温血性进化。

温血冷血之利弊

温血动物在寒冷的天气里依然可以保持活动能力，而冷血动物在严寒降临之后几乎不再活动；温血动物几乎可以生活在地球表面的任何环境中——无论是寒冷的北极地区还是人迹罕至的高山巅峰。但对于大多数冷血动物来说，要在这样的环境中生存太难了：温血动物在温差变化极大的野外环境中始终能够觅食和御敌，而冷血动物只有在身体足够温暖时才拥有这些能力。冷血动物的活动能力取决于周围的环境温度，例如爬行动物只有在体温升高后才有能力去觅食和躲避捕食。冷血动物的其他一些活动，如寻找配偶和繁殖后代，也需要选择身体温暖的时候。

当然，冷血并非一无是处，冷血动物拥有温血动物没有的优势，比如冷血动物生存所需的能量比温血动物要少得多。与体形大小相似的冷血动物相比，哺乳动物和鸟类等温血动物需要更多的食物和能量。由于温血动物的热量流失是与它们的身体表面积成正比的，而身体产生的热量又是与体重成正比的，也就是说，体形越大的动物，其身体表面积与体重之比越小。所以，温血动物的体形不可能太小，否则它们流失的热量将会多于产生的热量。

体形较小的哺乳动物需要更频繁地进食，因为它们需要更多的能量来保持身体恒定的体温，同时还需要更多高能量的食物，如水果、种子和昆虫，甚至包括其它小哺乳动物。体形较大的哺乳动物依靠低能量的食物，或者少吃点也能生存下去。但在沙漠等食物匮乏的环境里，爬行动物就占据了绝对的优势，因为冷血动物不需要“燃烧”大量食物让身体保持恒温，它们拥有更高的能效，不进食能够生存下去的时间也更长。许多冷血动物在食物缺乏的情况下能够努力将体温降至最低点。

温血动物的另一个不利因素是温暖的身体给病毒、细菌和寄生虫提供了理想的滋生环境。哺乳动物和鸟类更容易感染各种传染病，而爬行动物由于它们不断变化的体温，使得病毒等外来入侵者难以落脚。哺乳动物和鸟类在与细菌、病毒的长期抗争中，产生了比爬行动物强大得多的免疫系统，而爬中国www.LWlm.CoM行动物的免疫系统只有在身体温暖时才更有效。不过，由于细胞在低温环境下繁殖缓慢，爬行动物在受到感染时，通常会通过降低体温来抵御传染性疾病。