しばしば恒温動物と呼ばれる吸熱動物は、太陽などの外部源に頼るのではなく、熱を発生させて安定した体温を維持するために、自身の内部代謝活動に依存しています。
さわやかな秋の朝、上着を着ずに外に出ると、まず肌寒さに気付くことでしょう。体温を安定した許容レベルに保つために、より懸命に働かなければならないため、体もそれに気づきます。震え、皮膚に吹き出物ができて鳥肌が立ち、本能的に腕と背中の筋肉の一部が緊張するときに、これの最初の身体的兆候が見られるかもしれません。ただし、私たちの体は内部温度を下げることはできません。少なくともすぐにはできません。なぜ私たちは何も考えずに体内温度を調節できるのでしょうか?
簡単に言えば…私たちは吸熱しているからです!
吸熱とは?
吸熱とは、内部機能、つまり臓器の代謝反応によって放出される熱によって、安定した内部温度を維持する任意の生物 (主に鳥類と哺乳類) です。これは、体温を調節するために外部の熱源に依存する外温動物、いわゆる冷血動物とは反対の状況です。太陽に照らされた岩の上に横たわるトカゲは、文字通り太陽の下で体を温めており、狩りをしてより活動的になるエネルギーを提供しています.外温は、トカゲ、爬虫類、魚類、昆虫を含む無脊椎動物に見られます。
(写真提供:ジョーダン・ホーズ/ウィキメディア・コモンズ)
平均的な人では、胴体の器官で生成される代謝エネルギーは体が生成する熱の 60% 以上を占め、脳はさらに 15 ～ 16% を消費します。このすべての熱は、生物にとって理想的な内部温度を維持するために必要であり、特に低温環境では、臓器が効率的に機能し、生存を確保するために必要です.この理想的な温度範囲は、それぞれの環境における他の適応や変化に基づいて、種によって異なる場合があります.
人間の場合、体内の目標温度は華氏 98.6 度です。これにより、体が安全に動作できる理想的なポイントの上下両方の安全な温度範囲が可能になります。たとえば、冬の風が吹く屋外や、真夏のマラソンなど、体温が通常より少し高くても低くても、さまざまな状況で機能する必要があります。この範囲を超えると、高温での動きの鈍さ、発汗、震え、および以下のセクションで説明する他の多くの適応など、体に対する自然な保護手段があります.
吸熱適応
吸熱は代謝活動に依存して熱を生成するため、エネルギーを生成するためには、糖や脂肪などの栄養素をより多く摂取する必要があります。人々がカロリーの燃焼について話すとき、それは体が絶えず行っていることであり、私たちが食べた原材料を消費および利用して、熱を発生させ、内部温度を維持しています.私たちがリソースを使い果たしたとき、または体が通常の温度範囲を超えてストレスを受けているとき、私たちを調節し続けるのに役立ついくつかの適応があります.
いったん熱が発生すると、それを保持することが重要です。これは、資源や食物の獲得に多大なエネルギーと時間が費やされるためです。ほ乳類や鳥類の大多数は、熱損失を防ぐ毛皮や羽毛など、これを助ける身体的特徴を持っています。これらの構造要素は、皮膚の広い表面積から熱が逃げるのを防ぐのに役立ちます.体積に対する表面積の比率が小さいため、これは小さな動物ではより困難です。彼らは体内温度を維持するためにさらに懸命に働かなければならないため、食物の獲得は重要かつ絶え間ない懸念事項となっています。
他のいくつかの一般的な適応は、脂肪の大きな層 (海洋生物の場合)、または心臓からの温かい血液が動物の四肢から戻ってくる冷たい血液を通り越して送り出される、循環系における細かく適応された熱交換プロセスです。しかし、（類人猿の類人猿と比較して）全身の毛髪を大幅に失った人間の場合、衣類、火、セントラルヒーティングシステムなどの発達により、寒い気候でも暖かさを保つことができます。さらに、震えることは、人間 (および他の温血動物) が寒い気候で採用する優れた戦術です。これらの急速な骨格筋の収縮は、エネルギーを急速に燃焼させることによって熱を発生させ、露出した部分を暖かく保つ役割を果たします.
吸熱については、過熱することは熱を失うことと同じくらい危険であるため、必要に応じて温度を下げるのに役立つ他の多くのメカニズムが用意されています.暑い日に運動したり、ハイキングに行ったりしたことがあるなら、汗をかくのが難しいことをご存知でしょう。発汗は、この熱力学的プロセスを通じて体から熱が引き出されるため、蒸発プロセスを通じて体を冷やす方法です。動物が喘ぐときも、同じ基本的な前提が働いています。夏の「犬の日」に犬の舌が口から垂れ下がると、その粘膜で熱交換が行われ、蒸発によって犬が冷やされます。
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他の動物は、季節の変化に応じて厚い毛皮や冬の毛皮を脱ぎ捨てる、または体温を調節するのにあまり労力を必要としない地域に一定期間移動する (季節移動) など、より劇的な変化を遂げて涼しくなります。人間は、このような「移動」行動をいくつか持っており、冬の間は異国情緒あふれる場所に旅行したり、夏のピーク時にはエアコンの効いたショッピング モールや家屋でほとんどの時間を過ごしたりします。人間は確かに環境条件を操作するための最も高度で最も自然でない形態を持っていますが、根本的な原因は同じです — 私たちは依然として吸熱種です!
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吸熱の進化
驚くかもしれませんが、吸熱は比較的新しい現象です。それはおよそ 2 億 5000 万から 2 億 6000 万年前、二畳紀の終わり近くに現れました。しかし、ご存じの方もいらっしゃると思いますが、この地球上に生命が誕生して約 35 億年になります。つまり、何十億年もの間、生物は代謝率、活動レベル、生存を決定する外的条件に反応して外温として機能していたということです。
吸熱が進化した理由については多くの理論が提案されていますが、これを正しく理解するには、まず、吸熱が複数回進化し、少なくとも 2 つの異なる進化系統から鳥類と哺乳類が生まれたことを知ることが重要です。ほとんどの専門家は、体温調節の利点のみによって吸熱が進化したことに懐疑的です。代わりに、有酸素代謝の変化に反応したと考える人もいます.より高い有酸素能力を持つ生物が自然に選択されたため (より多くの酸素を取り込んで処理できることを意味します)、持久力と運動を維持する能力も向上しました。ほとんどの外温動物が短期間で活動を活性化するために使用する嫌気的ライフスタイルではなく、有酸素代謝は、運動と活動の増加、およびより多くのリソースを確保する能力を意味しました.
より高い有酸素能力のために選択されたいくつかの生き物のこの考えから導き出された、より高い活動率と運動率は、より高い理想的な体温範囲の進化につながったでしょう.何百万年にもわたって、内温動物はより頻繁に狩猟と採餌を行い、運動を通じて栄養ニーズを満たし、結果としてより高い体温を維持することで、ニーズをより適切にサポートすることができました.これは、この信じられないほど複雑な選択プロセスの初歩的な説明ですが、ほとんどの専門家は同意しています。持続的な活動の重要性は、グループが (進化の歴史を通じて何度も) 有酸素能力を徐々に高め、最終的には外温よりも吸熱を代謝的に好むようになるのに役立ちました.
記録のために、吸熱は嫌気呼吸にも関与する可能性がありますが、それは二次的なオプション、いわばエネルギー燃料の予備タンクとして使用されます.高強度のトレーニングを行っていて、筋肉に供給される酸素の量が不十分な場合、体は無酸素呼吸に切り替わることがあります。このプロセスでは、私たちの「速筋」が関与しており、遅筋よりもはるかに速くエネルギーを生成しますが、効率は低くなります.また、無酸素呼吸は乳酸を生成し、筋肉の疲労を加速させます。しかし、嫌気呼吸が依然として吸熱の選択肢であるという事実は、私たちの進化のルーツの証です!
最後の言葉
人間は、これまでに見た他のすべての哺乳類や鳥類と同様に、生き残るために吸熱に依存しています。代謝プロセスによる絶え間ないエネルギーの燃焼は、適切な体温を維持するのに役立ちますが、選択した環境での長時間の活動と柔軟性にアクセス可能なエネルギーも提供します.十分な暖かさを確保するために一日中日光浴をするのは素敵に聞こえるかもしれませんが、吸熱によって私たちは今日の種になることができました!
