动物生物学-动物生理：9-体温调节

1、体温调节体温调节地球表面的温度四季变化，各地区的地球表面的温度四季变化，各地区的温度也不同。可低至温度也不同。可低至-60-60，又可高达，又可高达8080。动物必须有适应低温或高温的。动物必须有适应低温或高温的调节机制，才能生存下来。调节机制，才能生存下来。n我国我国1 1月份的平均气温分布，十分明显表现月份的平均气温分布，十分明显表现出与纬度的关系：从广州到哈尔滨纬度差出与纬度的关系：从广州到哈尔滨纬度差为为222215 15 ，温度差为，温度差为33.5 33.5 ，平均每一纬，平均每一纬度的温差为度的温差为1.5 1.5 。n一般北半球是纬度增加一度，年平均温度一般北半球是纬度增加一度

2、，年平均温度降低降低0.5 0.5 ；n一般海拔高度每增加一般海拔高度每增加100100米，气温降低米，气温降低0.50.51 .1 .n为了准确地表述寒冷程度，在气象专业上制定了为了准确地表述寒冷程度，在气象专业上制定了“寒冷程度等级表寒冷程度等级表”，气温从，气温从-40-40以下至以下至9.99.9，由低到高共分为八级：由低到高共分为八级：一级为一级为“极寒极寒”，-40-40以下；以下；二级为二级为“酷寒酷寒”，-30-30至至-39.9-39.9；三级为三级为“严寒严寒”，-20-20至至-29.9-29.9；四级为四级为“大寒大寒”，-10-10至至-19.9-19.9；五级为五级

3、为“小寒小寒”，-5 -5 至至9.99.9；六级为六级为“轻寒轻寒”， 0 0 至至-4.9-4.9；七级为七级为“微寒微寒”， 0 0 至至4.94.9；八级为八级为“凉凉”， 5 5 至至9.99.9。 一、体温调节动物的分类一、体温调节动物的分类二、二、外温动物外温动物的体温调节的体温调节三、内温动物的体温调节三、内温动物的体温调节四、动物的休眠四、动物的休眠nQ10温度升高温度升高10代谢速率的增加。代谢速率的增加。n 2-3之间之间一、体温调节动物的分类一、体温调节动物的分类（一）根据体温控制能力来划分一）根据体温控制能力来划分：n1.1.变温动物变温动物（poikilotherm

4、spoikilotherms）：各种无脊）：各种无脊椎动物、鱼类、两栖类和爬行类动物的体椎动物、鱼类、两栖类和爬行类动物的体温总是与环境温度接近。温总是与环境温度接近。n2.2.恒温动物恒温动物（homeothermshomeotherms）鸟类和哺乳类，）鸟类和哺乳类，能够在一定的外界环境温度变化范围内而能够在一定的外界环境温度变化范围内而调整机体产热量调整机体产热量，维持体温相对恒定，维持体温相对恒定。环境温度（环境温度（ Ta）体温体温( Tb)PoikilothermHomeotherm（二）根据机体热量的来源：（二）根据机体热量的来源：n1.1.外温外温/ /热动物热动物（ectot

5、hermsectotherms）的的体体温完全由外界环境所决定温完全由外界环境所决定。n绝大多数动物细胞代谢产生热量快速散失。绝大多数动物细胞代谢产生热量快速散失。外界温度变高时，动物的体温也升高，活外界温度变高时，动物的体温也升高，活跃程度增加；外界温度变低时，体温降低，跃程度增加；外界温度变低时，体温降低，活跃程度也降低。活跃程度也降低。n2.2.内温内温/ /热动物热动物（endothermsendotherms）的的体温体温由机体代谢活动产生的热量来维持，由机体代谢活动产生的热量来维持，并处于较高的稳定水平并处于较高的稳定水平。n如，哺乳类、鸟类和如，哺乳类、鸟类和一些爬行类及快速游一

6、些爬行类及快速游泳的鱼类，一些昆虫泳的鱼类，一些昆虫。n内热动物耗能大，但体温恒定，可以保证内热动物耗能大，但体温恒定，可以保证体内生化反应稳定而快速进行，并可摆脱体内生化反应稳定而快速进行，并可摆脱环境的限制在外热动物不宜活动的季节环境的限制在外热动物不宜活动的季节/ /地地区生活。区生活。山猫山猫温度的极限温度的极限n有些动物能够耐受的温度范围较狭窄（狭有些动物能够耐受的温度范围较狭窄（狭温动物），另一些动物则范围较宽（广温温动物），另一些动物则范围较宽（广温动物）。动物）。n耐受性可随时间而改变（未成熟时耐受性耐受性可随时间而改变（未成熟时耐受性较低）。较低）。n动物能够存活的温度与它们

7、进行完整的生动物能够存活的温度与它们进行完整的生命周期的温度之间有区别。致死温度长难命周期的温度之间有区别。致死温度长难于划定，暴露在此温度的时间长短可能更于划定，暴露在此温度的时间长短可能更重要。存在高、低温的耐受极限。重要。存在高、低温的耐受极限。二、外温动物的体温调节二、外温动物的体温调节（一）无脊椎动物（一）无脊椎动物（二）鱼类（二）鱼类（三）两栖类（三）两栖类（四）爬行类（四）爬行类n1.1.蜗牛蜗牛 高温时夏眠（高温时夏眠（estivationestivation），身），身体缩进壳内并分泌一薄层粘液封住口缘，体缩进壳内并分泌一薄层粘液封住口缘，钻入地下或爬到植物上部潜伏下来；在冬

8、钻入地下或爬到植物上部潜伏下来；在冬天则缩入壳内并分泌较厚的石灰质和粘液天则缩入壳内并分泌较厚的石灰质和粘液封住口缘。封住口缘。（一）无脊椎动物主要通过行为（一）无脊椎动物主要通过行为变化进行体温调节变化进行体温调节n2.2.蜜蜂蜜蜂 在夏季，蜜蜂在在夏季，蜜蜂在蜂箱入口处蜂箱入口处煽动双煽动双翅产生气流以降低蜂箱内气温；在冬季，蜂翅产生气流以降低蜂箱内气温；在冬季，蜂群则在群则在蜂箱内部蜂箱内部煽动双翅以提高产热量，同煽动双翅以提高产热量，同时使箱内空气流动，各处的温度达到一致。时使箱内空气流动，各处的温度达到一致。最大限度最小限度昆虫可以通过改变飞行姿势来最大限度或最小昆虫可以通过改变飞行

9、姿势来最大限度或最小限度获取外界太阳辐射热量进行体温调节限度获取外界太阳辐射热量进行体温调节。天蛾天蛾 （二）鱼类（二）鱼类n在南北极，海水的温度常年保持在在南北极，海水的温度常年保持在-1.73-1.73，鱼体内存在鱼体内存在抗冻物质抗冻物质（山梨醇、甘油、糖蛋白山梨醇、甘油、糖蛋白等），等），属于大分子物质，属于大分子物质，可抑制冰晶的形成可抑制冰晶的形成，生活在过冷状态的鱼对结冰有较大的抵抗力。生活在过冷状态的鱼对结冰有较大的抵抗力。n大部分鱼类体温与环境温度相同大部分鱼类体温与环境温度相同。一些游泳速一些游泳速度快，身体大的鱼如金枪鱼和鲨鱼，度快，身体大的鱼如金枪鱼和鲨鱼，肌肉内的肌肉

10、内的温度常高于水温温度常高于水温，可提高鱼的运动速度，利于，可提高鱼的运动速度，利于捕食。捕食。肌肉收缩所产生的热量通常是其它鱼类的肌肉收缩所产生的热量通常是其它鱼类的4 4倍多倍多红肌红肌迷网迷网/奇异网奇异网金枪鱼金枪鱼(Bluefin(Bluefin tuna)tuna)体温比水温高体温比水温高横隔膜横隔膜 柄部柄部 （三）两栖类（三）两栖类n两栖类的机体代谢率较低，在温度下两栖类的机体代谢率较低，在温度下降很低时会进入休眠状态，等到外界降很低时会进入休眠状态，等到外界温度适宜时又出来活动。温度适宜时又出来活动。n水生的蝾螈体温变化和鱼类相似，其水生的蝾螈体温变化和鱼类相似，其体温与周围

11、的水温接近。体温与周围的水温接近。n陆生的蛙和蟾蜍体温变化大。在夏季陆生的蛙和蟾蜍体温变化大。在夏季白天体温可达白天体温可达3030，夜间则接近环境，夜间则接近环境温度。当体温升高时，会经常跳到水温度。当体温升高时，会经常跳到水中或将大部分身体浸在水中，只露出中或将大部分身体浸在水中，只露出头部，以防止脱水。头部，以防止脱水。（四）爬行类（四）爬行类n爬行类通过调整爬行类通过调整行为行为、姿势姿势、体表颜色体表颜色以调节体温。以调节体温。n沙漠蜥蜴能根据气温和太阳的辐射改变姿势沙漠蜥蜴能根据气温和太阳的辐射改变姿势以维持体温的相对稳定。蜥蜴的体温可保持以维持体温的相对稳定。蜥蜴的体温可保持在在

12、36-3936-39之间。有些蜥蜴可耐受之间。有些蜥蜴可耐受4747的高温，的高温，体温达体温达4242。n蟒蛇在蟒蛇在孵卵期间孵卵期间，通过内源性产热在，通过内源性产热在较长时较长时间内保持较高的体温，间内保持较高的体温，可比环境温度高可比环境温度高77左右。维持体温的热量来自左右。维持体温的热量来自肌肉的痉挛性收肌肉的痉挛性收缩缩，此时，此时动物的耗氧量增加动物的耗氧量增加。这种调节方式。这种调节方式与内温动物相似，可以使卵保持较高和稳定与内温动物相似，可以使卵保持较高和稳定的温度，有利于孵化。的温度，有利于孵化。天蛾天蛾 三、内温动物的体温调节三、内温动物的体温调节n体温指身体深部（体温

13、指身体深部（corecore）的温度，以直肠深）的温度，以直肠深部或口腔的温度作代表。哺乳动物的体温一部或口腔的温度作代表。哺乳动物的体温一般为般为36-3836-38（单孔类（单孔类（29-33 29-33 ，有袋目，有袋目34-38 34-38 ），鸟类为），鸟类为39-4239-42。n体温的维持取决于产热和散热两者精确的动体温的维持取决于产热和散热两者精确的动态平衡。态平衡。热量主要由动物对所食入养分进行热量主要由动物对所食入养分进行消化、吸收、代谢过程中产生消化、吸收、代谢过程中产生。（一）内温动物的产热机制（一）内温动物的产热机制1.1.产热器官：产热器官：n安静时安静时 主要由内

14、脏、肌肉、脑和腺体等组主要由内脏、肌肉、脑和腺体等组织产热。织产热。n单位重量单位重量肝脏肝脏产热量最大产热量最大. .n运动时运动时 热量主要由热量主要由骨骼肌骨骼肌产生产生, ,骨骼骨骼肌在机体中总产热量最大。机体的产肌在机体中总产热量最大。机体的产热量可提高热量可提高1010倍以上。倍以上。（一）内温动物的产热机制（一）内温动物的产热机制2.2.产热方式：产热方式：n寒颤性产热寒颤性产热（shivering thermogenesisshivering thermogenesis）: :突突然的寒冷，动物会出现战栗，然的寒冷，动物会出现战栗，骨骼肌骨骼肌不随不随意地颤抖产生意地颤抖产生2

15、-52-5倍的热量，以维持体温。倍的热量，以维持体温。n非寒颤性产热非寒颤性产热（nonshivering nonshivering thermogenesisthermogenesis）：）：低温时动物在甲状腺激素低温时动物在甲状腺激素和肾上腺素的作用下，细胞代谢增多，钠和肾上腺素的作用下，细胞代谢增多，钠钾泵活动频繁，钾泵活动频繁，ATPATP分解释放热量，增加产分解释放热量，增加产热。热。（二）内温动物的（二）内温动物的散热机制散热机制1.1.散热途径：皮肤、肾脏、呼吸和消化散热途径：皮肤、肾脏、呼吸和消化道进行，其中皮肤是最主要的散热器道进行，其中皮肤是最主要的散热器官。官。2.2.散

16、热方式：包括辐射散热方式：包括辐射（radiation）、传、传导导（conduction）、对流、对流（convection）和蒸发和蒸发（evaporation）四种。四种。n辐射辐射：指物体发射红外线从高温到低温指物体发射红外线从高温到低温之间传递热量的过程。温差越大，辐射之间传递热量的过程。温差越大，辐射散热就越多。热源与热承受者之间并无散热就越多。热源与热承受者之间并无直接的接触。直接的接触。散热方式散热方式in warm blooded vertebrates (endotherms)毛细血管收缩毛细血管收缩毛细血管舒张毛细血管舒张散热方式散热方式n传导传导：指两物体接触时热量从高

17、温向：指两物体接触时热量从高温向低温物体传递。与冷的物体接触或浸低温物体传递。与冷的物体接触或浸泡在凉水中，传导比较显著。泡在凉水中，传导比较显著。n水=5.810-3J/s/cm/n空气=2.1 10-6J/s/cm/n毛皮=3.7 10-6J/s/cm/散热方式散热方式n对流对流：是传导的另一种扩展，是传导的另一种扩展，当体表当体表的空气从皮肤获取热量而流动时，冷的空气从皮肤获取热量而流动时，冷空气就取代热空气而流向体表以散发空气就取代热空气而流向体表以散发热量。动物体表的羽毛和被毛可阻止热量。动物体表的羽毛和被毛可阻止空气的流动，减少了对流散热以保温。空气的流动，减少了对流散热以保温。散

18、热方式散热方式n蒸发蒸发：指皮肤和呼吸道不断地直接：指皮肤和呼吸道不断地直接蒸发水分到空气中，皮肤内汗腺通蒸发水分到空气中，皮肤内汗腺通过发汗可散发大量热量。过发汗可散发大量热量。n水蒸发的全部潜伏热约为水蒸发的全部潜伏热约为2400J/g2400J/g。喘气喘气 （三）鸟类的体温调节（三）鸟类的体温调节n寒冷时寒冷时，羽毛，羽毛加厚加厚、竖立增加体表的空气层；、竖立增加体表的空气层；皮肤血管收缩；身体紧缩，蹲伏姿势，把头埋皮肤血管收缩；身体紧缩，蹲伏姿势，把头埋在翅下；通过寒颤性和非寒颤性产热以维持体在翅下；通过寒颤性和非寒颤性产热以维持体温。温。n候鸟飞到南方渡过冬天候鸟飞到南方渡过冬天。

19、n炎热时炎热时，羽毛，羽毛平伏平伏，空气层变薄，皮肤血管扩，空气层变薄，皮肤血管扩张以利于散热。大多数鸟类皮下脂肪层较薄，张以利于散热。大多数鸟类皮下脂肪层较薄，绝热作用小。没有汗腺，尿的失水量少，只靠绝热作用小。没有汗腺，尿的失水量少，只靠加强呼吸功能即喘息来散热。加强呼吸功能即喘息来散热。n水鸟类皮下脂肪层很厚，不湿的羽毛可以保温。水鸟类皮下脂肪层很厚，不湿的羽毛可以保温。水禽裸露的脚向水中散热很多，在足和跖部有并水禽裸露的脚向水中散热很多，在足和跖部有并行但血流方向相反的动脉和静脉，形成行但血流方向相反的动脉和静脉，形成逆流热交逆流热交换系统换系统的保存热量，可阻止过度失热。的保存热量，

20、可阻止过度失热。n沙漠中的鸟类可飞离地面，在空中盘旋以度过白沙漠中的鸟类可飞离地面，在空中盘旋以度过白天。有些鸟能轻度提高体温，减少从环境中获取天。有些鸟能轻度提高体温，减少从环境中获取热量。热量。n森林鹳把液体排泄物排到腚上降温。森林鹳把液体排泄物排到腚上降温。n鸡把水溅到冠和髯上来降温。鸡把水溅到冠和髯上来降温。（四）哺乳动物的体温调节（四）哺乳动物的体温调节n1.1.热环境中哺乳动物的体温调节：热环境中哺乳动物的体温调节： 白天气温高时，小型动物钻入洞里（温度白天气温高时，小型动物钻入洞里（温度低、湿度大，减小蒸发失水），夜间出来低、湿度大，减小蒸发失水），夜间出来活动。活动。n2.2.

21、冷环境中哺乳动物的体温调节：减少冷环境中哺乳动物的体温调节：减少散热和增加产热散热和增加产热。n黄鼠白天可贮存热而使体温升高以降低与环境的黄鼠白天可贮存热而使体温升高以降低与环境的温差，这样减少蒸发失水。当体温达到温差，这样减少蒸发失水。当体温达到4242时，时，又回到洞穴使体温降至正常，然后又出来活动。又回到洞穴使体温降至正常，然后又出来活动。n羚羊角大、有光泽的灰白毛可反射阳光，并可阻羚羊角大、有光泽的灰白毛可反射阳光，并可阻止热的传递。背部的皮下脂肪层很厚，起隔热作止热的传递。背部的皮下脂肪层很厚，起隔热作用，而腹部的毛皮很薄，热量经对流和传导而散用，而腹部的毛皮很薄，热量经对流和传导而

22、散失。气温高于体温，出汗和热喘以蒸发散热。排失。气温高于体温，出汗和热喘以蒸发散热。排浓尿和干粪可以节约水分。浓尿和干粪可以节约水分。n骆驼瘤胃内可贮留大量水，而驼蜂中贮存脂肪。骆驼瘤胃内可贮留大量水，而驼蜂中贮存脂肪。n海 豹 和 海 狮 则 有 极 厚 的 皮 下 脂 肪海 豹 和 海 狮 则 有 极 厚 的 皮 下 脂 肪( (Blubber) )，不易导热；，不易导热；n北极兔的耳朵较短以减少散热面积。北极兔的耳朵较短以减少散热面积。北极狐 热带狐 n北极圈动物腿部的动脉和静脉之间存在北极圈动物腿部的动脉和静脉之间存在逆流热交换系统逆流热交换系统可以最大限度减少热量可以最大限度减少热量

23、损失损失。n北极狐和驯鹿足部温度仅在冰点之上，趾和北极狐和驯鹿足部温度仅在冰点之上，趾和蹄的温度可能低于蹄的温度可能低于00，为了保证低温下足部为了保证低温下足部灵活性，此处脂肪的熔点很低，比体内脂肪灵活性，此处脂肪的熔点很低，比体内脂肪约低约低3030。细胞的功能也有变化，以防冻伤。细胞的功能也有变化，以防冻伤。动物通过寒颤性和非寒颤性产热增加热量，动物通过寒颤性和非寒颤性产热增加热量，维持体温。维持体温。n旅鼠和田鼠等体积小，背毛厚度小旅鼠和田鼠等体积小，背毛厚度小, ,身体的相身体的相对表面积大，散热多。它们选择雪下生活，对表面积大，散热多。它们选择雪下生活，因为雪有很好的绝热性能，上面

24、气温即使降因为雪有很好的绝热性能，上面气温即使降至至-50-50，雪下的温度也不会低于，雪下的温度也不会低于-5-5，同时，同时又有可能找到食物。又有可能找到食物。逆流热交换系统逆流热交换系统（ Countercurrent Heat Exchange ）n海豚、鲸、鸟类、北极圈陆生动物鳍或海豚、鲸、鸟类、北极圈陆生动物鳍或四肢通常存在逆流热交换系统来减少热四肢通常存在逆流热交换系统来减少热量损失。量损失。逆流热交换系统逆流热交换系统（ Countercurrent Heat Exchange ）n来自动脉血液的热量在静脉血管中回流心脏来自动脉血液的热量在静脉血管中回流心脏时热量损失最大限度减

25、少，同时受血管的收时热量损失最大限度减少，同时受血管的收缩和舒张调节。缩和舒张调节。n在鳍或四肢部位来自心脏的动脉血管通常与回流心在鳍或四肢部位来自心脏的动脉血管通常与回流心脏的静脉血管并列，但血流方向相反，热量可以由脏的静脉血管并列，但血流方向相反，热量可以由温度高的动脉向相邻静脉传导形成温度高的动脉向相邻静脉传导形成“U”U”形形逆流热交逆流热交换系统换系统。结果使得来自动脉血液的热量在静脉血管。结果使得来自动脉血液的热量在静脉血管中回流心脏时热量损失减少，同时受血管的收缩和中回流心脏时热量损失减少，同时受血管的收缩和舒张调节。舒张调节。n静脉短路可防止过热（动脉舒张，压缩静脉）。静脉短路可防止过热（动脉舒张，压缩静脉）。颈动脉颈动脉 鼻甲骨鼻甲骨 n季节性的换毛季节性的换毛被毛热绝缘系数直接与被毛厚度相关被毛热绝缘系数直接与被毛厚度相关绝缘系数绝缘系数被毛厚度被毛厚度鼩鼱（Shrew）旅鼠（Lemming）RabbitReindeerGrizzly bear驯鹿驯鹿 北美洲灰熊北美洲灰熊 褐色脂肪褐色脂肪也存在也存在于新也存在也存在于新生动物和生活在寒生动物和生活在寒冷环境的一些动物。冷环境的一些动物。因线粒体中含有大因线粒体中含有大量的的含铁细胞色