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人类正常体温升高1℃会怎样?

2020-01-13 15:36   来源:   编辑: 陈玲   责任编辑: 马兰

出品:科普中国

制作:关西科健产业研究院

监制:中国科学院计算机网络信息中心

严寒是冬天的标配。当环境温度相比于人体温度比较低时,人体放出的热量比产生的热量要多,就会感到寒冷。幸好人体正常温度没有更高,否则冬天岂不是会感觉更冷。

人体的正常温度为什么刚好是37℃?如果正常体温都升高1℃到38℃会怎样?或者人体正常体温都下降10℃又会怎样?

这是一个开脑洞的问题,因为人的体温是多少是长期的环境变化与人类共进化的结果,但这仍然不妨碍我们尽量从科学的角度探讨一下。

人的体温是怎么决定和维持的?

人体无时无刻不在代谢产热,运动产热,并向环境中散热,二者协调维持体温的恒定。但包括人在内的恒温动物都有通过大脑体温中枢调节温度的能力,这个体温中枢位于人脑部的下丘脑区域。

因此,一个人的平均体温是多少,并不由细胞代谢、肌肉运动等决定,而是事先被自然“设计”好的。

人的体温是37℃?

准确地说,37℃是健康成年人在中午12时左右常温静息状态下口腔内的平均温度,这个结果由19世纪的德国物理学家Carl Wunderlich首先提出。

1992年,英国国家医疗服务体系(NHS)针对148人的体温情况重新进行了统计发现,正常人的平均体温约为36.8℃,并在36.1℃(97℉) 至37.2℃ (99℉)之间自由波动。

此外,许多研究也都发现,人的个体差异、年龄差异、躯干的不同部位、一天的不同时间及一些炎症等疾病反应等都会对个体温度产生微调。

人类的体温与环境的关系?

下面,回到文章开头提到的问题。

首先假设:人类的正常体温都上升1℃。

对地球而言,因为太阳提供的能量未变,而生物圈里流动的所有能量都来自生产者固定的太阳能(简单来说,生物圈所有能量=植物、微生物等固定的太阳能)。这部分流经生态系统的能量最终以热的形式消散,回归到环境中。

即使人类体温升高,个体摄入的食物可能会增加(但植物固定的总太阳能仍不变),但他消散到环境中的热也增加了。因此对地球来说总能量应没有改变。

对自然界而言,“人”这个物种是属于食物链顶层的。体温升高意味着细胞内酶促反应变得更加剧烈(熵增加后蛋白等大分子运动更加活跃),这样看来基础代谢确实会有所提高。这意味着人类需要索取更多的食物,当然同时也产生更多热量(在人口基数不变的基础上)。

而更多的人类代谢活动导致的结果是——是的,就是你猜的那样——全球变暖!

到底多暖呢?

引用一篇文章作为背景,瑞典隆德大学的研究人员Seth Wynes在2017年7月12日《环境研究通讯》期刊上发文表示,少生一个孩子平均每年可以减少58。6吨的二氧化碳排放。

如此计算,如果人体基础代谢增加13%,每个人的二氧化碳排放就会增加7.6吨/年,而全球人口(以75亿计算)的二氧化碳排放则净增加570亿吨/年!如此多的二氧化碳带来的温室效应不可小觑,具体请参照温室效应对自然环境产生的影响。

对于人类社会而言,因为有了基础代谢增加和碳排放量增加这两个大前提,人类将被迫种植更多的粮食作物,或如Seth Wynes所说增加素食的摄入以减少能量传递链中能量的流失,或以“计划生育”减少人口为代价保持基本的能量供给。

当然,人类的智慧是无穷的,做到自给自足估计不在话下。

其次假设:人类的正常体温都下降10℃。

对于“如果人类平均体温都下降10℃”的假设,在探究人类对于环境的适应时,可以理解为环境温度都上升了10℃。下面左图是人体在正常情况下对环境温度的耐受程度,我们可以想象环境温度升高了10℃的情况。这样的环境温度是不是已经不适合人类生存了呢?

来,让我们采访一下邻桌的印度同学——如右图新闻标题,在现实世界中印度的最高气温已经达到50℃,以致500人因高温死亡;如果在此基础上再升高10℃的话,难以想象人类如何维持正常生活。

综上所述,如果人类平均体温都下降10℃,随着全球“相对变暖”加剧,部分“热死人”的高温地区(如40℃高温的上海等)的确将彻底不再适合人类居住。

相比之下,喵星人的体温倒是比正常人体还高出不少,约为38-39.5℃。因此据保守估计喵星人届时很可能会加大入侵力度,进一步占领地球。

当然,以上问题纯属开脑洞,因为人体的温度是与环境互相作用的结果,不可能突然升高或降低。

人类体温变化对自身的影响

在人类体温的调控中,题主还忽略了一个很重要的问题,就是人的体温变化会对我们自身产生什么影响?

其实基础代谢的变化只是其中一个方面,而一些正经的相关科学研究证实,真相远比我们想象的更加精彩——

1。体温升高,能够感染人类的真菌减少?

这是围绕“关于为何我们需要维持36。8℃的体温”话题为数不多的科研见解之一。有科学家认为,相对较高的体温可以使大多数真菌对我们的身体望而却步。

论文的共同作者之一,Arturo Casadevall 教授的研究证实,在27℃到 40℃之间,温度每升高1℃,就有6%的真菌失去了感染宿主的能力。这也是为什么有上万种真菌可以感染爬行动物和两栖动物等变温动物,而能够威胁人类和其他哺乳动物的却只有区区数百种。

然而,提高体温带来的显而易见的弊端就是,人类需要从更多的食物中获取热量来维持体温。在这项发表于《mBio》期刊的研究中,Arturo Casadevall 与Aviv Bergman研究了处在30℃到40℃之间的生物的体温与抵抗真菌/食物需求量增加综合利弊之间的关系(如下图)。

(36.8℃的体温会使得生物获取最大益处。如图,横轴表示生物的体温(T),纵轴表示处于该温度的生物从抵抗真菌感染中获得的益处和承担食物需求量增加的弊端的综合评价(W(T))。图片来自参考文献3,有改动)

作者同时提出,升高的体温还会带来其他的益处,比如保持身体的活动性,使得哺乳动物能够从大型捕猎者的爪下逃生。在恐龙灭绝之后,能够抵御真菌感染的高体温使得哺乳动物成为地球上的主导生物。

然而,目前围绕该理论还存有许多争议。首先,真菌感染人类的影响其实是个未知数。诚然某些真菌确实具有致病性,但大部分真菌都是对人体无害的,所以哺乳动物是否真的仅是为了抵抗真菌而不惜提高体温还有待进一步考证。

另外,如果需要更多的食物来维持体温,恒温动物就不得不增加觅食活动,从而延长了暴露在被捕食危险下的时间。因此,对于动物提高体温带来的益处和弊端,生存环境的考量是不可或缺的部分。

体温降低,寿命延长?

近来更惊人的研究报道显示,低体温可以延年益寿。

2006年美国学者Bruno Conti在学术界顶级期刊“Science”上发表了此文。他们在小鼠体温调节中枢下丘脑视前区附近的神经细胞特异地表达一种叫做uncoupling protein 2的蛋白,这种蛋白可以通过释放热能的反应引起局部温度升高。体温调节中枢会敏感的捕捉到这一变化,而错误的认为体温升高,从而启动体温调节反应进行散热。

Bruno Conti等人通过这一原理建立了比正常小鼠体温低0.3-0.6℃的小鼠模型,最终发现体温低的小鼠平均寿命比正常长。其中体温低的雄性小鼠比正常的雄性小鼠平均寿命长89天,雌性则长112天。要知道对于平均寿命只有2-3年的小鼠,这100天相当于延长了寿命的十分之一,而引起这项变化的仅仅是体温降低了不到1℃。

这项如相对论一样的实验结论早在1995年就发表在《实验心理学季刊》中。文中英国基尔大学的John Wearden等人在1927-1993年间,针对随人在体温发生变化的条件下对时间的感知能力进行了研究。

他们让处于不同体温状态的受试者用按秒表的方式记录“他们认为的”100秒时间,结果发现主观时间的变化与体温变化负相关,即当体温高于37℃时,受试者常感觉到的时间流逝变快(主观时间变短);体温低于37℃时,则反之(主观时间变长)。研究人员推测,很可能是高温造成了某些激素的释放,导致神经转导更加兴奋。

参考文献

1.http://www.webmd.boots.com/a-to-z-guides/normal-body-temperature

2. http://news.ifeng.com/a/20160521/48815284_0.shtml

3. Aviv Bergman, Arturo Casadevall, 2010, Mammalian Endothermy Optimally Restricts Fungi and Metabolic Costs, mBio vol. 1 no. 5 e00212-10 doi: 10.1128/mBio.00212-109

4. Robert?V. A.,?Casadevall?A..?2009.?Vertebrate endothermy restricts most fungi as potential pathogens.?J. Infect. Dis.?200:1623–1626.1

5.Wearden J H, Penton-Voak I S. Feeling the heat: body temperature and the rate of subjective time, revisited[J]. Quarterly Journal of Experimental Psychology B Comparative & Physiological Psychology, 1995, 48(2):129-41.

原标题:人类正常体温升高1℃会怎样?

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