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36.8℃,稳到不行的体温何时出现?《自然》:答案在2亿年前的耳朵里

学术经纬 学术经纬 2022-09-02

▎药明康德内容团队编辑 


现在几乎走到哪里都离不开测量体温,一旦高于37.2℃就可能会被拒之门外。这种决定,来自我们对人类体温的一种常识:正常情况下它应该在36℃至37℃之间。

但是,恒温是什么时候出现的?

我们都知道哺乳动物的体温很稳定,正因为个体能通过内部产热的方式维持体温,哺乳动物也被称作恒温动物(也俗称温血动物),而鸟类也属于这一范畴。

我们不会看到人类像鳄鱼或者蜥蜴一样,定时到外面晒太阳来恢复体温,像鳄鱼这种通过外界环境获取热能的动物也被称作变温动物(俗称冷血动物)。

▲恒温哺乳动物祖先呼出热气(图片来源:参考资料[1],credit: Luzia Soares)


恒定的体温赋予了动物更活跃的运动能力、移动速度和有氧代谢能力,也让哺乳动物和鸟类占据了无法比拟的生态位。

不过,哺乳动物是在何时获得这种优势的,却是个具有争议的谜团。

原因在于,我们对远古时期哺乳动物的了解几乎都来自化石,化石可以让我们推测动物的体型、结构,甚至还原出化石主人原本的模样。遗憾的是,我们不可能给化石测温来推断它们活着时的体温。

今日《自然》的一项研究,却完成了这项看似不可能的任务——根据化石细节推测出化石主人的温度。而秘密就藏在耳朵中一些包含液体的细微管道中


对所有脊椎动物来说,这些细微管道对控制平衡有重要作用,“这些也被称作半规管的结构通常用于推测动物的行动能力,”研究的主要作者之一Romain David博士表示,“但是如果细致地从生物力学层面分析,你可以从中推测动物的体温。”

之所以这种结构具备参考性,是因为当动物还存活的时候,半规管中的液体性质与其尺寸有密切联系。

半规管中充满着内淋巴液,你可以将其想象成如同蜂蜜一般的液体,温度越高的时候它的流动性越强,温度低的时候它会逐渐粘稠。

对冷血动物来说,较低的体温意味着半规管中的液体更难移动。那么不难想象,它们必须拥有更大的半规管来保证液体可以正常地流动。反之,恒温动物的液体粘稠度下降,半规管道会更窄

▲不同物种之间半规管(红色)的大小(图片来源:参考资料[2])


在变温动物朝着恒温动物转变的过程中,存在一段特定的演化周期,这时半规管的形态必须随之改变。研究团队比较了一共341种动物的内耳结构,其中243种是现生物种,64种是已经灭绝的动物。

根据他们的分析,适合恒温动物体温的内耳结构大约在2.33亿年前出现,在此之前的哺乳动物祖先并没有与恒温所匹配的内耳结构。这说明,恒定的体温也大约在这个节点出现,这一推测时间比过往认为的恒温出现时间晚了2000万年。

▲研究推测不同物种属于恒温动物的可能性(图片来源:参考资料[2])


根据各种化石记录中的半规管大小变化规律,研究者指出,与现有的推测不同,新研究发现哺乳动物祖先朝恒温演化的速度是非常快的,大约在不到100万年间就完成了转变。要知道,许多特征的演化可能需要经历数千万年的缓慢历程。

值得关注的是,这个变化的时间点与哺乳动物祖先演化出胡须、毛发和特殊骨骼的时间几乎相差无几。“这其实也非常合乎逻辑,毛发的出现将热量限制在了体内,那么对应的半规管结构也需要出现,帮助哺乳动物的祖先适应恒温状态,最后适应性更强的它们逐渐走向兴盛。” David博士表示。

正是在2.33亿年前的这一瞬间,哺乳动物的祖先获得了恒温带来的强大力量,保证了它们在自然竞争中披荆斩棘,也最终诞生了人类。

36.8℃,以及每日微小半规管中淋巴液的冲击,也成为我们从漫长演化岁月中获得的不可磨灭的生存技能点。

参考资料:

[1] The size of mammal ancestors’ ear canals reveal when warm-bloodedness evolved. R etrieved July 20, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/959036?

[2]Inner ear biomechanics reveals a Late Triassic origin for mammalian endothermy. Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04963-z


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