生物對極端溫度的適應性

周虹

摘要：類和哺乳動物是恒溫動物，其體溫受環境溫度變化的影響較小，但其他生物都是變溫的化。但這并不意味著生物只能在某一溫度范圍內生活，在長期的歷史進化過程中，生物們進化出了能夠適應極端溫度的生理特征，比如植物對低溫和高溫的適應，可以從形態和生理上解釋；動物對低溫的適應遵守Bergman規律，Allen規律和生理機能改變，動物對高溫的適應體現在放松恒溫性和逆流熱交換。

關鍵詞：生物；極端溫度；適應性

【生物對低溫環境的適應】

長期生活在低溫環境中的生物通過自然選擇，在生理、形態和行為方面表現出很多明顯的適應。

一、植物對低溫環境的適應

研究發現，生活在嚴寒地區的植物在形態方面明顯表現出對低溫環境的適應。例如生長在北極和高山上的植物，其芽和葉片常受到油脂類物質的保護，芽具鱗片，體表面生有蠟粉或被有密毛。另外，生長在嚴寒地區的植物，其植株矮小并常成匍匐狀、墊狀或蓮座狀等。

在生理方面，生活在低溫環境中的植物通過減少細胞中的水分和增加細胞中的糖類、脂肪和色素等物質來降低植物的冰點，增加抗寒能力.例如，鹿蹄草就是通過在葉細胞中大量貯存五碳糖、粘液等物質來降低冰點的，這可使其結冰溫度下降到-31℃。此外，生活在極地和高山的植物其可見光的吸收光譜較寬，并能吸收更多的紅外線，虎耳草和十大功勞等植物的葉片在冬季時由于葉綠素破壞和其他色素增加而變為紅色，有利于吸收更多的熱量。

另外，植物冬季產生休眠、植物種子的休眠現象和后熟作用也是對寒冷的適應。

二、動物對低溫環境的適應

通過對大量生活在低溫環境中的動物進行形態研究，科學家們總結出了以下幾條規律：（1）Bergman規律：生活在高緯度的恒溫動物往往比生活在低緯度的同類個體大。人類就是驗證該規律最好的例子，中國幅員遼闊，南北差距較大，而北方人通常情況下比南方人高大，高大的身材使得北方人的單位散熱面積減小，從而有利于適應低溫的環境。（2）Allen規律：恒溫動物身體的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低溫環境中有變小變短的趨勢。例如我們所熟知的北極狐，其耳朵明顯小于赤狐和大耳狐。（3）增加毛和羽毛的數量和質量或增加皮下脂肪的厚度，提高隔熱性能。比如：北極熊體型龐大，皮下脂肪很厚。

在生理方面，動物也存在著對低溫環境的適應。（1）逆流熱交換：內溫動物肢體中動靜脈血管的幾何排列，增加了逆流熱交換，減少了熱量的散失。水禽就利用逆流熱交換使得其足部溫度只有0到5攝氏度，脛部大約32攝氏度，軀干大約38攝氏度到41攝氏度。通過降低身體終端部位的溫度，使得溫暖的血流在到達身體終端之前就進行了充分的熱交換，從而減少了熱量在環境中的散失。（2）異溫和適應性低體溫：空間的異溫性允許有機體局部體溫降低，以減少熱散失。比如搖蚊在零下25攝氏度的環境中仍然能通過反復的結冰融化而存活。溫帶及寒帶的小型鳥獸，在寒冷季節依靠生理調節機制，增加體內產熱來御寒和保持體溫。（3）增加甘油、糖蛋白以及其它抗冰凍物質，降低體液冰點：比如小繭蜂使血液冰點降到-17.5 ℃， 其幼蟲在- 4 7 ℃ 不結冰。【1】

動物相較于植物還有另一種更好的適應低溫環境的方式，那就是改變自己的行為方式。主要表現在休眠和遷移兩個方面，前者是對嚴寒的適應后者則是躲避寒冷。休眠能使動物最大限度的減少能量消耗，動物的休眠伴隨很多生理變化，例如哺乳動物在冬眠開始之前體內先要儲備特殊的低熔點脂肪，冬眠時心跳速率大大減緩，血流速度變慢，為防止血液凝固，血液的化學性質也會發生很大的改變。

【生物對高溫環境的適應】

一、植物對高溫環境的適應

生活在高溫地區的植物，其表面被有密絨毛和鱗片，體色呈白色或銀白色，葉片發光，用來反射大部分陽光。其葉片垂直主軸排列，使葉緣向光，葉片對折，可以大大減少接受陽光的表面積。另外，它們還具有厚的木栓層，起到絕熱和保護的作用。

在生理方面，高溫地區的植物通過降低細胞含水量、增加糖或鹽濃度來適應環境溫度。糖和鹽含量的增加有利于減慢新陳代謝，增加原生質的抗凝結能力、另外，一些植物具有反射紅外線的能力，夏季反射的紅外線比冬季多。當然也有一部分植物能夠靠旺盛的蒸騰作用帶走過多的熱量，避免植物體燒焦。

二、動物對高溫環境的適應

高溫地區的動物其皮毛起隔熱作用，夏季毛色變淺，具光澤。

在生理方面，大致有以下幾種適應方式（1）放松恒溫性，使體溫有較大幅度的波動，在高溫炎熱的時候，將熱量貯存于體內，使體溫升高，等夜間環境溫度低時將體內的熱釋放出去。比如生活在沙漠地區的蜥蜴（2）逆流熱交換，比如一些洞角科動物（3）出汗、喘氣、分泌唾液等也是很常見的方式。

另外，動物能通過改變自己的一些行為來適應高溫炎熱的環境。最常見的就是夏眠或夏季滯育、夜出、穴居等，當然這些行為中也不乏很多有意思的現象，比如沙漠中的一種貓科動物，其在沙漠中行走時只用三個腳著地，輪流交換爪子，從而減少每一個爪子與地面的接觸時間，使得爪子不至于被熾熱的沙子燙傷。[2]再比如蜜蜂，冬天筑巢，不斷活動使得巢穴內溫度可達30攝氏度。夏天煽動翅膀使空氣向一個方向流動，與外界進行熱交換。

參考文獻：

[1]嵇保中、劉曙雯、張凱，昆蟲學基礎與常見種類識別，2011

[2]安東妮，炙熱中快樂著的沙漠動物，2013-8endprint