揭秘动物为何要保持体温恒定

我们的体内有一个“大火炉”，它熊熊燃烧，使我们的体温维持在37摄氏度。但是，为什么我们要消耗巨大的能量去维持37摄氏度的体温？接下来，我们一起探寻动物恒温的秘密。
如果你从今天开始不吃饭，你可能活不过2个月。但是，鳄鱼却可以在不进食的状态下存活1年甚至更长时间。这是为什么呢？因为你把吃进去的大部分食物都浪费在产生热量上。
大多数鸟类和哺乳类动物是恒温动物，它们体内的热量主要由内脏器官产生，比如肝脏和大脑。这些器官的体积往往比变温动物的大，而且细胞中通过消耗食物中的“碳”产生热量的细胞器――线粒体是变温动物的5倍。它们的基础代谢率高，可以持续地产生热量，以维持恒定的体温。
为了维持恒定的体温，大多数的鸟类和哺乳类动物付出了“沉重”的代价：一些鸟类和哺乳类动物1天的进食量是相同大小的爬行动物1个月的进食量，这实在是一种巨大的浪费。当然，恒温能给动物带来很多好处。比如，在寒冷的环境下保持活力，为幼崽提供温暖的环境，还可避免特意走到室外吸取阳光中的热量。
问题是这些好处不是只有恒温动物才有，变温动物也有。尽管变温动物的体温主要依赖外界环境，基础代谢率比恒温动物低;不过，当身体需要热量时，它们能及时供热。看来，它们的生活方式更经济。
比如，棱皮龟就可以储存游泳时机体产生的多余的能量，使体温比周围的海水高出10摄氏度左右。这样，与其他海龟相比，它们能够在更冷的海水中觅食。剑鱼则可以在捕猎的时候选择性地增加眼部和脑部的热量供应。
体能与恒温
那么，为什么大多数的鸟类和哺乳类动物还要浪费热量，维持恒温呢？目前盛行的观点是由美国加州大学的动物学家阿尔伯特?贝内特和美国俄勒冈州立大学的动物学家约翰?鲁本在30年前提出的。他们认为，恒温的进化出自体能的需要。
为了有足够的体能追逐猎物或与同类竞争，鸟类和哺乳类动物需要持续地给肌肉提供大量氧气，这就要求它们的有氧代谢能力高。贝内特和鲁本认为，如果有氧代谢能力高的话，基础代谢率会随之升高，这样身体也就可以维持恒温。换句话说，体能决定恒温。
不过，很多人并不同意这一观点，因为目前没有充分的证据将两者联系起来：有氧代谢能力的高低取决于心血管系统和肌肉，而基础代谢率的高低则主要依靠大脑和内脏器官。
很多爬行动物，比如巨蜥，它们的有氧代谢能力很高，但是基础代谢率却很低。即使是恒温动物，它们也有基础代谢率低的时候，比如一些哺乳类动物和鸟类在休息或冬眠的时候。
此外，这一观点还存在其他争议。兽脚亚目的食肉恐龙，包括迅猛龙，具有很高的有氧代谢能力。多数学者认为它们最终进化成了鸟类，但是，它们是恒温动物吗？如果按照有氧代谢假说来推理，高的有氧代谢能力带来高的基础代谢率，所以它们应该是恒温动物。
但是，提出有氧代谢假说的鲁本坚持认为它们不是恒温动物。他认为，尽管兽脚亚目的食肉恐龙速度迅猛、耐力持久，但它们的基础代谢率可能很低，因为它们可能缺乏鼻甲骨。鼻甲骨是一种长在鸟类和哺乳类动物鼻腔内的精细软骨，可以帮助基础代谢率高的动物减少呼吸中流失的水分。
营养与恒温
如果体能和恒温之间没有必然联系的话，那么，为什么要进化为恒温呢？让我们到荷兰生态研究所马赛尔?克拉森和巴特?诺里特的研究室看看。他们研究的是化学计量学，也就是动物如何摄取它们所需的营养。
人们一直对食草动物存有疑问：它们如何摄取足够的氮以制造体内所需的蛋白质、DNA和RNA。从理论上讲，如果只吃树叶，它们只能摄取过多的碳，而不是足够的氮。事实上，尽管一些爬行动物是食草动物，但是它们并不是纯粹的“素食主义者”。加州大学的罗伯特?埃斯皮诺说：“大多数食草的蜥蜴有时会以虫或小型脊椎动物为食，这样它们就不会缺氮。”
2008年，克拉森和诺里特发现，氮的摄取问题可以解释为什么鸟类和哺乳类动物进化成恒温动物。“如果吃1桶树叶只能满足你每天所需氮总量的五分之一，”克拉森说，“那么，你需要吃5桶树叶。但是，你该如何处置体内多余的碳呢？那就是烧掉它。”
借助线粒体，消耗体内多余的碳；与此同时，产生热量，让身体维持恒温。换句话说，身体在得到足够氮的时候有了意外的收获――恒温。“这个观点极具创意。”美国亚利桑那州立大学的生态化学计量学专家吉姆?阿瑟说。
氮平衡影响着当代动物的行为，但常常被忽略。克拉森的观点同时证明了氮平衡在动物进化历程中影响深远。但是，阿瑟认为，氮平衡是否在恒温动物早期的演化中扮演重要角色，这只能从化石中寻找答案。
那么，化石告诉我们什么呢？哺乳动物的祖先二齿兽和犬齿兽具有很高的有氧代谢率，大概在三叠纪，也就是大约2亿年前，进化成恒温动物。有化石表明，犬齿兽已经具有皮毛和鼻甲骨。但是，有些犬齿兽是食草动物，有些则是食肉动物，我们还不清楚究竟是食草动物还是食肉动物率先进化成恒温动物。
目前公认的最早转变为食草动物的是兽脚亚目恐龙中的铸镰龙。遗憾的是，现存的铸镰龙的化石还无法提供有效的证据。“目前，我们还不知道铸镰龙的基础代谢率。”美国犹他州盐湖城自然历史博物馆的斯科特?辛普森是铸镰龙的发现者之一。他说，“铸镰龙的头骨只有几个化石碎片，我们无法测量它的鼻甲骨，我们甚至还无法确定它是否具有鼻甲骨。”
对此，克拉森承认自己的观点还有待进一步证实。假如是食草动物率先进化成恒温动物，它们的进化动力是清除体内多余的碳。那么，食肉动物的进化动力又是什么呢？这是氮平衡假说难以解释的问题。克拉森也表示，“目前，我们还无法确定，获取足够的氮是恒温系统进化的最初动力。当然，我们也不能否定恒温系统的进化可以支持高效的捕食生活。”
恒温还是变温
现在看来，简单地将动物归为恒温动物或变温动物不太准确，因为动物调控体温的途径多种多样。这里有一些例子：
● 裸鼹鼠无法控制体温，但是因为它们生活在地下，而地下的温度变化不大，所以可以维持30摄氏度的恒定体温。
● 一些昆虫，比如蝉，通过排汗降低体温；印度巨蟒和其他一些蛇类，在孵卵时颤抖，以此升高体温。
● 大多数蝙蝠和一些鸟类在休息时的体温与环境温度一致。如果环境变冷，它们的体温会随之升高。
● 蹄兔无法维持恒定的体温，通常借用爬行动物的取暖方式，比如晒太阳来暖和自己。