三、体温调节
地球上的气温变化极大，从烈日炎炎的赤道地区到冰雪皑皑的两极地区，温度从零上60℃到零下70℃，都有动物生存。那么动物是怎样适应这些环境的呢？
动物体内的细胞所进行的各种生理活动，主要是化学变化。各种物质在不断地合成和分解，都和温度有关。一般地说温度的升高会加快合成和分解的速率，反之温度的降低会减慢合成和分解的速率。所以生命活动总要求适宜的温度，并有它的极限温度。
此外，动物体内细胞里的各种物质变化，都需要各式各样的酶的催化，酶的活性就和温度有直接的关系。举例说人患感冒发烧时，会出现食欲不振，这就是消化酶的活动受了影响的结果。
另外还有水的因素。水是细胞的重要组成成分，也是体内各类物质的最合适的溶剂。温度高了，水分子运动加速，不断以水汽的形式散失；温度低了，水分子运动减慢，水就表现出“滞”性；最低到了冰点，水就变成固体——冰，而冰的体积增大，足以把细胞内的结构胀坏。
因此，动物对温度的适应和调节是个重要问题，而恒温动物的体温调节是维持内环境稳定的一个方面。
1．变温、异温和恒温
按照调节体温的能力，我们把动物分成变温动物、异温动物和恒温动物。
（1）变温的动物
包括动物界的绝大多数，无脊椎动物和脊椎动物中的鱼类、两栖类和爬行类。它们的体温随着环境温度的升高而升高，随着环境温度的降低而降低。当然是指在它们可以生存的温度范围之内。
变温动物也有体温调节，但基本上是行为性调节，用改变行为来适应外界温度的改变。
无脊椎动物，如蜗牛，在高温、缺水时，它会缩进壳内，分泌一薄层粘液封住口缘。这个行为叫做夏蛰。夏蛰的蜗牛或钻入地下以得到较低的温度，或爬到植物的上部以得到较好的通风而凉爽。当夏雨连绵，气温凉爽时，蜗牛又会停止夏蛰，出来活动。所以在夏日雨后，我们常能见到它们。冬天到来则缩入壳内，口缘部不仅有粘液，还掺和分泌的石灰质来封闭，以度过寒冬。
在水中生活的无脊椎动物，环境条件要好得多，因为水体，尤其是水的深层，温度变化的范围小得多。而陆生无脊椎动物，例如各种各样的昆虫，严寒的冬季要么以卵、蛹形式渡过；要么以幼虫藏匿土壤深处的方式渡过，或有特殊保护装置：如螳螂的卵块包裹着厚厚的胶质（称为桑螵蛸）；如避债蛾的像皮革似的坚韧厚实的卵袋（形容它为“躲债”，藏起来了），仍能在冬日枝头，朔风中摇曳。也有成虫躲藏在温暖处，不食不动，渡过严冬的，如瓢虫。农历有个节气，叫“惊蛰”，在公历的3月6日左右。就是说的春日将至，气温回升惊醒了那些蛰伏的变温动物。
无脊椎动物中有能维持环境温度的特殊例子，那就是蜂群。蜜蜂在夏天可以维持蜂箱中央部位的温度为35℃，外围温度约为30℃；在冬天仍可维持在10℃；这靠的是蜂群中的工蜂。蜂群最多的就是工蜂，它们奋力振动翅膀时，身体的产热量比静息时增加100倍，而且可使巢内空气流动。既可控制产热，又能调节通风量。
脊椎动物中的变温动物，鱼类可自由游动于不同的水层，也可随不同温度的洋流而回游。两栖类，大多是冬眠，如蛙。爬行类除冬眠外，还可有其他的行为来适应温度的变化。如蜥蜴，气温过高就换个阴凉的地方，气温低了就晒太阳取暖，太热、太冷都会钻入洞穴而蛰伏。也有很特殊的，如印度的巨蟒。雌蟒有孵卵的习性，盘在卵上，当环境温度低于33℃时，肌肉战栗，提高产热量，使被孵的卵不低于33℃。
（2）恒温动物
在动物界只有鸟类和哺乳类是恒温动物，当然还有人类。体温总保持在一定的温度，环境温度升高时，身体产热量减少或散热加快；环境温度降低时，身体产热量增加或散热减少，以此来维持体温的恒定。它们的产热、散热和调控办法，将在后面专门分析。
（3）异温动物
所谓异温动物，只包括很少几种鸟和一些低等哺乳动物，它们的体温调控介于变温动物和恒温动物之间。例如在非冬眠季节能维持相对恒定的体温，和恒温动物是一样的；而在冬眠时，体温仍维持在高于环境温度之上约2℃，随环境温度而变化。所以和变温动物不一样，即平日是恒温的，冬眠时仍能高于环境温度。食虫类的刺猬就是这样的，冬眠时呼吸间隔最长可达一小时以上，心搏迟缓，血流缓慢，血压有时为零，但仍没有失去体温调节的能力，只是在低得多的水平上调节。一经激醒，在较短时间内又会回复到正常的体温水平：35℃或更高一点。
总之，变温、异温、恒温反映了动物界的生理进化。君不见，恒温动物的鸟类和哺乳类，已广布于地球的各个温度区。当你看到南极的企鹅在冰上蹒跚，北冰洋的海豹在刺骨的寒水中嘻戏，不禁会赞叹：恒温多么好！
2．产热和保温
从根本上来说，热量的产生是细胞内线粒体氧化有机物（主要是葡萄糖）的结果。因此，所有的组织细胞都在产热。即使是植物，它的发芽、开花、结实等也有热量产生，最显著的是萌发的种子，如堆放在一起，产生的热量，手伸进去也能感到温热。
但恒温动物产热的最主要途径是骨骼肌的收缩。在我们感到寒冷的时候，或打球、或做操、或跑步，全身马上就可温暖起来，这种经验，大家都有。
南美洲的土著人，会用一种植物毒素（称为箭毒）涂在箭头，射杀猛兽。猛兽中箭后，毒素进入血液，并不导致死亡，只是骨骼肌被麻痹，既不能逃，也不能咬。这是因为这种毒素使神经末梢和肌肉接触的部位发生麻痹，神经冲动不能传到肌肉，肌肉就不收缩了。这样猛兽的体温也将急剧的下降。
我们的骨骼肌，即使在不运动时，也总维持一种紧张状态，总有些肌群在收缩，另一些肌群舒张，不是静息时。如果骨骼肌都在舒张，那么人体就成了一滩提不起来的肉了，所以骨骼肌总在产热。
在低体温时，动物机体会出现战栗——发抖。温度越低，战栗越强，我们都可能体会过——冻得发抖。这就是寒冷作用于皮肤的冷感受器，引起的反射活动。肌肉的战栗产生大量的热量，以对付寒冷。因此冻得发抖并不要紧，危险的是冻得麻木，都没有反应了。
除了骨骼肌收缩产热外，肝脏、肾脏这样活动旺盛的器官，也产生很多的热量。即使是胃、肠消化食物，它们的蠕动，也会产热。在饭后，人的体温是略有升高的。
哺乳动物中有几类如啮齿类（如田鼠、松鼠）、翼手类（如蝙蝠）、灵长类中有专用于产热的褐色脂肪。它分布在胸腔和交感神经节以及颈、胸部脊柱的旁边。它不同于一般的白色脂肪细胞，在它的细胞内一方面有大量的脂滴，另一方面有许多线粒体，脂滴直接就在那里氧化放热。在寒冷时，它受交感神经的支配，氧化放热的速率比正常快一倍以上，以保证重要器官的活动（见图7－5）。
一方面产热，一方面也需要保持热量——保温。恒温动物的鸟类和哺乳动物，它们皮肤有角质覆盖物，不再是爬行动物的鳞片或甲，主要是羽和毛。羽和毛都是松软的，充填着不良导热体的空气，起着良好的保温作用。其实人类不就是利用这个特点，制作羽绒服、裘皮大衣来御寒吗？羽和毛的根部还长有竖毛肌，寒冷时，竖毛肌会在神经支配下收缩，拉动羽或毛，使其竖立起来，这就增加了羽或毛的覆盖厚度，更好地保温。人的毛发绝大部分已经退化，但竖毛肌还存在，寒冷的刺激，会使竖毛肌收缩，牵动毛根，毛竖起，毛根处微微鼓起来。俗话讲，冻得出“鸡皮疙瘩”了就是说的这种情况，“怒发冲冠”虽然加入了夸张的手法，但也确有生理根据。虽不能立起头发，把帽子顶出去，但愤怒得头皮发麻——起“鸡皮疙瘩”是可能的，因为竖毛肌还受情绪紧张的影响。
除了羽或毛之外，良好的保温层要数皮下脂肪了。在寒冷地带生活的动物，皮下脂肪层都比较厚，如白熊、海豹等。谁都知道瘦子怕冷，胖子怕热，就是因为皮下脂肪层薄厚不同的缘故。
环境温度的变化，还会引起皮肤毛细血管的收缩或舒张，收缩使血流量减少。可以减少体热的散失。舒张使血流量增加，可以增加热量的散失。在寒冷的冬日，你跑到室外，脸孔先是冻得红扑扑的，这是为增加皮肤温度，毛细血管舒张，血流充沛而红润，但时间一长，冻狠了，毛细血管收缩，血流大减，以减少热量的丢失，脸都冻白啦！这可是真冷了，再冻下去，就不妙了。
3．散热、体温调控
有产热，就得有散热，这是一个事物的两个方面。
动物体的散热，遵循一般的物理方式，那就是传导、辐射、对流和蒸发。
传导是两个物体接触，热从高温物体传到低温物体。例如人坐在冰凉的石板上，体热就传向石板而散热。炎热时，狗、猫也喜欢伏在凉爽的地面上，有些小鸟会纵身跃入水中，旋即飞起，洗个凉水澡。
辐射，是指温度较高的物体表面发射红外线，由温度较低的物体吸收。如果气温25℃，哺乳动物的皮肤温度约为32℃，这个温差，就可以导致动物体以辐射的方式向周围散热，如果周围温度接近体温，辐射散热就失去作用；如果周围温度高出体温，就反过来辐射了，就是“赤日炎炎如火烧”的味道了。
对流，指的是紧贴身体的空气由于辐射的结果而升高，体积膨胀，比重变小而上升，冷空气就补充进来，这样不断对流，带走热量。但周围温度与体温相当时，不发生对流。
蒸发，是非常有效的散热方式，每蒸发一克水，能从体内吸去580卡热。当气温或周围物体的温度接近或高于动物、人的体温时，前几种散热方式都将失去作用，只能靠蒸发散热。人体在不显汗的情况下，每小时大约蒸发37克的水，1/3是由呼气带出的，2/3是由皮肤蒸发的。
在恒温动物中，鸟类没有汗腺，一部分哺乳动物和人类是有汗腺的，它是分布在皮下的由曲折的小管缠绕成的球状小腺体，有导管开口在表皮。腺体周围有丰富的毛细血管，汗液来自血液经肝腺的过滤。估计人体的皮肤有汗腺200多万个，如把这小小管拉直、连接起来，足有15公里长。尤以手掌，足蹠为多，身体前面也多于后面，只有外耳道深处、口唇等几处没有。高温环境或剧烈运动体内产热引起的大汗淋漓，每人都有体会，只要汗液能迅速蒸发，就感到舒畅——体温恢复正常，如空气湿润、闷热而无风，汗液难以蒸发，就会暑热难熬。
哺乳动物中，如马，汗腺也很发达，急驰后浑身流汗以发散热量。猫、狗就没有汗腺，酷热难忍时，只好寻觅阴凉处，并张口伸舌，大声喘气，以散失水分，带走热量。
如此看来，动物体产热和散热都是恰到好处且很有规律。那么，调节体温的“司令部”在哪儿呢？
1912年Barbour将微型的银质热电极用手术方法埋藏在狗的下丘脑，可以通电或以不同温度的水，改变热电极的温度，从而改变下丘脑的温度。实验发现，热电极变冷，体温就上升；热电极加热，则体温下降。由此知道，身体各部分的温度感受器，尤其是广布于皮肤内的热感受器和冷感受器，能把刺激转变为神经冲动，传递到下丘脑。另外不同温度的血液流经下丘脑，也直接起作用。下丘脑中有分工细致的神经元来调节体温，维持恒定。例如热了，皮肤毛细血管就舒张散热，汗腺就加强分泌；冷了，皮肤毛细血管就收缩，肌肉战栗，竖毛以及加速褐色脂肪的氧化。
体温调节是在个体发育中逐渐完善的。鸟类、哺乳类虽是恒温动物，但刚孵出或刚出生时往往还是变温的。刚孵出的小麻雀，就是变温的。刚生出的实验用小鼠，到第10天才能调节体温，差不多要到20天后才能完善的调节。所以大多数鸟类、哺乳类的繁殖季节都在春夏时期，此时温度适宜，有利于成活。新生儿和婴幼儿体温调节也不完善，要注意保暖或降温，还要注意细菌感染。
最后要补充一点，哺乳动物和人的出汗，不仅能有效地散热，还是维持内环境稳定的一种排泄方式。以人的汗液成分来看：99％是水，还有0.1％～0.2％的食盐以及少量的尿素等含氮废物。人体大约在周围环境到达29℃时就出汗，周围环境温度越高，劳动强度越大，则出汗越多。如32℃～35℃时，在阳光下从事重体力劳动，每小时出汗可达1千克～2千克，高温作业8小时，出汗可达10～12千克，体内水分丢失，同时也丢失盐分，要及时补充，饮料中要加少量食盐（0.1％～0.5％），以防热痉挛和中暑。
