生物对极端温度的适应性

周虹

摘要：类和哺乳动物是恒温动物，其体温受环境温度变化的影响较小，但其他生物都是变温的化。但这并不意味着生物只能在某一温度范围内生活，在长期的历史进化过程中，生物们进化出了能够适应极端温度的生理特征，比如植物对低温和高温的适应，可以从形态和生理上解释；动物对低温的适应遵守Bergman规律，Allen规律和生理机能改变，动物对高温的适应体现在放松恒温性和逆流热交换。

关键词：生物；极端温度；适应性

【生物对低温环境的适应】

长期生活在低温环境中的生物通过自然选择，在生理、形态和行为方面表现出很多明显的适应。

一、植物对低温环境的适应

研究发现，生活在严寒地区的植物在形态方面明显表现出对低温环境的适应。例如生长在北极和高山上的植物，其芽和叶片常受到油脂类物质的保护，芽具鳞片，体表面生有蜡粉或被有密毛。另外，生长在严寒地区的植物，其植株矮小并常成匍匐状、垫状或莲座状等。

在生理方面，生活在低温环境中的植物通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点，增加抗寒能力.例如，鹿蹄草就是通过在叶细胞中大量贮存五碳糖、粘液等物质来降低冰点的，这可使其结冰温度下降到-31℃。此外，生活在极地和高山的植物其可见光的吸收光谱较宽，并能吸收更多的红外线，虎耳草和十大功劳等植物的叶片在冬季时由于叶绿素破坏和其他色素增加而变为红色，有利于吸收更多的热量。

另外，植物冬季产生休眠、植物种子的休眠现象和后熟作用也是对寒冷的适应。

二、动物对低温环境的适应

通过对大量生活在低温环境中的动物进行形态研究，科学家们总结出了以下几条规律：（1）Bergman规律：生活在高纬度的恒温动物往往比生活在低纬度的同类个体大。人类就是验证该规律最好的例子，中国幅员辽阔，南北差距较大，而北方人通常情况下比南方人高大，高大的身材使得北方人的单位散热面积减小，从而有利于适应低温的环境。（2）Allen规律：恒温动物身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势。例如我们所熟知的北极狐，其耳朵明显小于赤狐和大耳狐。（3）增加毛和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度，提高隔热性能。比如：北极熊体型庞大，皮下脂肪很厚。

在生理方面，动物也存在着对低温环境的适应。（1）逆流热交换：内温动物肢体中动静脉血管的几何排列，增加了逆流热交换，减少了热量的散失。水禽就利用逆流热交换使得其足部温度只有0到5摄氏度，胫部大约32摄氏度，躯干大约38摄氏度到41摄氏度。通过降低身体终端部位的温度，使得温暖的血流在到达身体终端之前就进行了充分的热交换，从而减少了热量在环境中的散失。（2）异温和适应性低体温：空间的异温性允许有机体局部体温降低，以减少热散失。比如摇蚊在零下25摄氏度的环境中仍然能通过反复的结冰融化而存活。温带及寒带的小型鸟兽，在寒冷季节依靠生理调节机制，增加体内产热来御寒和保持体温。（3）增加甘油、糖蛋白以及其它抗冰冻物质，降低体液冰点：比如小茧蜂使血液冰点降到-17.5 ℃， 其幼虫在- 4 7 ℃ 不结冰。【1】

动物相较于植物还有另一种更好的适应低温环境的方式，那就是改变自己的行为方式。主要表现在休眠和迁移两个方面，前者是对严寒的适应后者则是躲避寒冷。休眠能使动物最大限度的减少能量消耗，动物的休眠伴随很多生理变化，例如哺乳动物在冬眠开始之前体内先要储备特殊的低熔点脂肪，冬眠时心跳速率大大减缓，血流速度变慢，为防止血液凝固，血液的化学性质也会发生很大的改變。

【生物对高温环境的适应】

一、植物对高温环境的适应

生活在高温地区的植物，其表面被有密绒毛和鳞片，体色呈白色或银白色，叶片发光，用来反射大部分阳光。其叶片垂直主轴排列，使叶缘向光，叶片对折，可以大大减少接受阳光的表面积。另外，它们还具有厚的木栓层，起到绝热和保护的作用。

在生理方面，高温地区的植物通过降低细胞含水量、增加糖或盐浓度来适应环境温度。糖和盐含量的增加有利于减慢新陈代谢，增加原生质的抗凝结能力、另外，一些植物具有反射红外线的能力，夏季反射的红外线比冬季多。当然也有一部分植物能够靠旺盛的蒸腾作用带走过多的热量，避免植物体烧焦。

二、动物对高温环境的适应

高温地区的动物其皮毛起隔热作用，夏季毛色变浅，具光泽。

在生理方面，大致有以下几种适应方式（1）放松恒温性，使体温有较大幅度的波动，在高温炎热的时候，将热量贮存于体内，使体温升高，等夜间环境温度低时将体内的热释放出去。比如生活在沙漠地区的蜥蜴（2）逆流热交换，比如一些洞角科动物（3）出汗、喘气、分泌唾液等也是很常见的方式。

另外，动物能通过改变自己的一些行为来适应高温炎热的环境。最常见的就是夏眠或夏季滞育、夜出、穴居等，当然这些行为中也不乏很多有意思的现象，比如沙漠中的一种猫科动物，其在沙漠中行走时只用三个脚着地，轮流交换爪子，从而减少每一个爪子与地面的接触时间，使得爪子不至于被炽热的沙子烫伤。[2]再比如蜜蜂，冬天筑巢，不断活动使得巢穴内温度可达30摄氏度。夏天煽动翅膀使空气向一个方向流动，与外界进行热交换。

参考文献：

[1]嵇保中、刘曙雯、张凯，昆虫学基础与常见种类识别，2011

[2]安东妮，炙热中快乐着的沙漠动物，2013-8endprint