2015年2月23日 星期一

變溫動物在低溫環境下的適應方式

佑佑蜷著身子,望著窗外蒼茫的天;口中的喃喃自語雖然沒人留意,卻也在玻璃上染出一團白茫茫棉絮般的霧氣,佑佑提起右手,手指在霧氣上劃啊劃的,這才引起身邊同學的注意─好冷、真想冬眠!
真是個懶傢伙!身旁的阿勇心裡這麼想時,不自覺地打了個冷顫;雞皮疙瘩沒打聲招呼就揪團佔領全身皮膚。還真冷呢,手腳都有點凍了。講桌上剛好有預防流感而準備的耳溫計,於是上前測量自己的體溫─36.4℃,還好嘛,沒受到甚麼影響。
這也不出奇,畢竟我們是內溫動物啊,體溫本來就不該隨著環境溫度而劇烈變動啊。不過變溫動物呢?低溫下的他們該如何?
佑佑因為不能冬眠,從阿勇量體溫開始,就注意著他的一舉一動;見他此刻偏著頭,於是問道:「你在想啥?」
阿勇喔了一聲,接著說:「像我們這樣的內溫動物,體溫不因為氣溫而改變,那外溫動物呢?」
「既然是外溫動物,體溫當然會隨著氣溫而變化啦!」佑佑輕鬆地說。
「所以它們太冷或太熱的時候,該怎麼活下去?」阿勇聽得出來佑佑口氣中有一點驕傲,於是繼續問。
「這個簡單,生物老師在教、你有沒有在聽啊!」哇,佑佑的尾巴都翹起來了,「動物有三種適應溫度的策略,包括行為的適應、生理的適應和構造的適應。」
「願聞其詳。」阿勇作揖禮貌地說:「可否請佑教授說清楚一點。」
「哇,你該不會是玩真的吧?」佑佑也跟著嚴肅了起來:「昇哥上課的時候說過,構造上的適應就是像毛的長短、脂肪層的厚度等;生理上的適應包括流汗啦、顫抖啦;行為上的適應就包括曬太陽或躲在陰涼的地方等。」
「ㄟ,這不就是人云亦云嗎?你沒聽昇哥也說過,學習的同時必須質疑,還要主動學習;換句話說就是要有自己的想法和解決問題的能力。你說的這些我也知道,可是並沒有解決我的疑問啊?」
動畫快樂腳中的企鵝
「不然你的問題是啥,你倒是說清楚嘛!」佑佑說。
「第一個問題,」阿勇說:「你得先搞清楚為什麼我們的體溫得維持在一定的範圍?」
「這個簡單,」佑佑輕鬆地說:「因為生命表現需要代謝活動,代謝過程需要酵素作為催化劑,而酵素的活性受到溫度和酸鹼度的影響很大!也就是說─當體溫太高或太低的時候,酵素會失去活性,到時候生命當然嗚呼囉!這也就是為什麼你在北極只想的到北極熊或海豹,而南極只想的到企鵝了……」
「因為它們都是……」
「恆溫動物!」兩人異口同聲地說了之後,也很有默契地笑了。
「那我也有問題!」怡靜被兩人的對話吸引,也加入討論。「藍鯨也是哺乳類吧,它們也會在寒冷的南極海域出沒……」
「所以也是恆溫動物啊!」
「是沒錯,但這也不是我的問題!」怡靜接著說:「你們可知道藍鯨的食物是啥?」
快樂腳二中的磷蝦
兩人面面相覷,頭上冒出好大的問號。
「當然是南極磷蝦啦,你們沒看過電影『快樂腳2』嗎?」怡靜故意糗兩個呆頭鵝:「現在再想想看,磷蝦應該是恆溫動物嗎?」
「蝦子屬於節肢動物門,應該是變溫動物吧?!」佑佑回答。
「既然如此,南極磷蝦為什麼可以生活在寒冷的南極海域?」怡靜總算說出了她的問題。
「會不會是為了滿足藍鯨的食慾?」阿勇開玩笑的說,自己傻呼呼地笑了起來,見兩人朝他白眼才收斂些。
「記得上課時老師就曾經說過,不論是恆溫或變溫動物,體溫的調節不外乎在構造上、生理上和行為上的適應,或許我們可以從這個線索下手。」怡靜果然厲害。
「我在去年和老爸登玉山時,看到山頂上有的植物體表有絨毛,那時候我就想連植物都和長毛象一樣,為了禦寒居然連毛都長出來了。」阿勇說。
「南極磷蝦應該沒有毛,它們的體表被幾丁質的外骨骼包覆住了。」佑佑說:「至於長的小(只有5~6公分左右),應該也不算是適應,反而更像是被環境條件限制住了。」
「所以我們還是卡在一樣的地方,」怡靜又回到問題的原點,說:「雖然有許多恆溫動物生活在寒冷的極地,但是也有不同的變溫動物在類似的生態系之中,而且不見得是以冬眠的方式度過酷寒。」
她看了看兩位同學,接著說:「any idea?」
「或許可以從另一種角度思考看看。」三個人同時往聲音的方向望去,來者正是昇哥。
「回到剛才提到的酵素概念,佑佑,你說甚麼條件會影響酵素的活性?」昇哥說。
「溫度和pH值。」
「那麼我們身上的酵素最適合的溫度是多少?」
「當然是37度左右啦!」這回阿勇搶先回答:「要不然我們的體溫為啥要保持在37度!」
「難道所有的恆溫動物的體溫都是37度左右?」昇哥又問。眼睛注視著阿勇,鼓勵他繼續發言。
蜂鳥(圖片來源:WEST VOLUSIA,FLORIDA)
「是不是該回答不一樣?」阿勇怯怯地說。
「恆溫動物大概包括鳥類和哺乳類,體溫通常維持在一定的範圍內,多數在三十幾度之間。不過總有些例外,像蜂鳥在活動時可超過40℃,但夜晚卻可能降至低於20℃;另外據說鴨嘴獸的體溫也是在22~32℃之間。」昇哥口若懸河,一發不可收拾:「從酵素適應溫度的角度來看,會不會生活在寒帶的變溫動物體內的酵素在低溫時活性比較高呢?」
「嗯、嗯!」三人一致同意。
「這是我們的推論罷了。太冷的環境中其實還存在另一種威脅……」眼光再度掃描三人片刻,昇哥接著說:「例如我們在急地最容易看到什麼?」
「冰山!」搶答成功的是阿勇。
「所以另一種威脅就是……細胞內的水份結冰?」怡靜以帶著一點點不確定的肯定語調說出心裡的想法。
「很好。」昇哥說:「為了避免細胞結冰,包括不少變溫動物或植物都發展出更厲害的武器;以南極磷蝦來說,他們體內的抗凍蛋白就可以抑制細胞中冰晶的產生。」

「原來如此!」佑佑恍然大悟的模樣,逗得大家都笑了。


圖片來源:
企鵝與南極磷蝦:動畫快樂腳
蜂鳥(hummingbird)WEST VOLUSIA,FLORIDA



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