编译 梁宏军

越冷，个头越大

编译 梁宏军

你可能已经注意到，北方人普遍比南方人个子高大。没错，气候与体格之间的确有着密切的关系。

人和其他许多动物都拥有内部温度调节系统，而且效率高得不同寻常。不论是在寒冷冬季还是炎热夏季，这种内部温度调节系统都能自动维持人和其他动物的核心体温（头部、腹部和胸部的内部器官温度）。此外，人类还发展出了文化模式和技术手段来帮助人体适应极端温度和湿度。

对于人类来说，在非常寒冷的气候条件下，总是存在患上低体温症的风险。所谓低体温症，是指体温降至正常水平以下的可能危及生命的程度。人体的正常温度大约是37℃，不过，对健康人来说，新陈代谢、激素水平、身体活动量等各方面的个体差异，可能导致体温升或降最多达0.6℃。

当核心体温降到34.4℃时，低体温症就发生了。当体温降到29.4℃以下时，由于位于下丘脑的自然温度调节系统常常会失灵，人体降温更迅速，从而可能危及性命。当然，也有极少数人即便体温降至13.9～15.6℃，呼吸都停止了，却也最终“死而复生”。

在极度炎热的气候条件下，或者在感染失控的情况下，核心体温可能升至同样致命的程度，这被称为过高热症。当人体温度升至40.6～41.7℃后，威胁生命的过高热症常常会发生。如此高烧只需持续几天时间，人就可能因内部器官衰竭而死亡。

在人体会对冷热气候条件做出怎样的生理反应方面，身体的大小和形状是两个重要的决定因素。两位19世纪的自然学家——卡尔·伯格曼和乔尔·亚伦针对这些因素提出了各自的法则。

伯格曼法则

1847年，德国生物学家卡尔·伯格曼注意到，对于同种温血动物而言，生活在靠近赤道的温暖气候条件下的个体的质量或个头普遍较小，而生活在远离赤道的寒冷地区的个体的质量或个头普遍较大，这是因为大个头动物的质量一般也较大，所以产生的热量也较多——更多的热量来自更多的细胞。也就是说，动物的细胞越多则自体产生的内热也越多。

除此之外，大个头动物的表面积与体重（体积）之比通常较小，因此把身体热量辐射进周围环境的效率相对较低。物体表面积与体积之间的这种关系早在1630年就被意大利天文学家伽利略描述过。以示意图1中的立方体盒子为例，体积（体重）的增加幅度是表面积增加幅度的两倍。这就是相对较小的动物体表面积导致身体热量散失较少的原因。

北极熊是这个现象的典型例子。它们个头大，身体紧凑，表面积相对较小，因此散热速度较慢，这对它们生活在寒冷气候条件下是非常重要的。此外，北极熊还有厚重的皮毛和脂肪，也有助于保存身体的热量。

伯格曼法则对人类来说也是适用的。一项针对100个人群进行的研究表明，在体重与当地的年平均温度之间存在强烈的负相关。换句话说，在气温持续高的地区人们的体重（个头）总是偏小，而在气温持续低的地区人们的体重（个头）总是偏大。但需要指出的是，还是有例外情况。

示意图1

示意图2

伯格曼法则的一个推论是，线形体格的哺乳动物比个头相似但非线性体格的同类个体向环境散热的速度更快。示意图2中的盒子说明了这一点。请注意，将右边的长而窄的盒子与左边的体积相同的盒子相比，后者的表面积更大。假如把后者比作一个身材高挑的动物，前者比作一个重量相同的敦实的动物，那么高挑动物的散热更快也就不难理解了。

东部非洲的马赛部族成员普遍个头高挑，四肢较长，这有助于身体散热。

因纽特人喜食高热高脂肪食物，并穿着厚重的衣服，这有助于他们抵御严寒。

亚伦定律

1877年，美国生物学家乔尔·亚伦比卡尔·伯格曼进一步观察到，臂长、腿长及其他附器长度对动物向周围环境散失体热也有影响。亚伦发现，生活在靠近赤道的温暖气候条件下的动物，其肢体长度较长；而生活在远离赤道的寒冷气候条件下的同种动物，其肢体长度则较短。这是因为肢体较长的动物身体相对不那么紧凑，因此表面积更大，也就更有助于散热，这对于炎热地区的动物来说当然是有利的。同理，肢体较短的动物，其身体相对紧凑，因此表面积偏小，也就更有助于保存身体热量，这对于寒冷地区的动物来说当然是有利的。

同样的现象在人类身上也可以观察到。例如，东部非洲的马赛部族成员通常都个头高挑，四肢较长，这有助于身体散热，对生活在热带的马赛人来说很有利。但是，对于生活在靠近北极地区的人们来说，这就很不利了。在极度寒冷环境中，结实的身体和较短的肢长对于保持身体热量来说更有效，因为这样一来身体表面积与体重之间的比率更小，更不容易散热。

人体以多种方式向周围环境散热。虽然大部分的身体热量散失都是通过简单的辐射过程完成的，但在炎热、干燥的气候条件下，蒸发式降温（即出汗）对于身体散热来说可能更重要。

抵御严寒

生活在严寒地区的人们惯于通过喝酒来温暖自己，这样做可以增加到达手脚的血液流量，让人感觉暖和一点。然而，这仅仅是暂时的暖和，反过来却可能加速重要内脏器官的热量散失，造成更迅速的低体温症致死。针对严寒的更有效的传统做法是，运用隔热的服装、房屋和生火。为了适应冬天的寒冷，全世界的大多数人都只在较温暖的日子才从事户外活动。在一些社会，一家人身子挨着身子地挺过一年中最寒冷的月份，这与极地企鹅何其相似。

当环境变得很冷时，我们的身体必须减少热量散失并增加内部热量生产。正如伯格曼和亚伦所注意到的那样，人体对寒冷的常见生理反应包括进化出质量更大、更紧凑的身体（表面积更小，更有利于保存热量）。发抖也会产生短时间的暖和效应，发抖时增加的肌肉活动导致一些热量的产生。

在帮助全世界的人们抵御严寒上，还有另外三种重要的生理反应类型，它们分别是：增加基础代谢率（对身体在休息时为维持必要生理过程所花总能量的衡量）、用脂肪为重要器官隔热，以及改变血流模式。为了适应持续的寒冷条件，不同地区的人们常常会产生上述三种生理反应中的至少一种。生活在严酷的亚极地（靠近极地）地区的人们，例如生活在西半球遥远北部地区的因纽特（爱斯基摩）人和生活在地球南端的火地岛印第安人，都有消耗大量高热高脂肪食物的传统。这能显著增加基础代谢率，反过来又导致身体产生额外的热量。这些人也都穿着厚重的衣服，常常彼此紧挨着睡在一起，并且在户外一直保持运动。

非洲西南部的昆人和澳大利亚土著通常以另一种方式对寒冷做出生理反应。他们胸腹部的重要器官周围发展出了厚厚的脂肪隔热层。此外，他们的皮肤在夜晚会随着血管收缩而降温，因此热量散失减少，核心体温保持在正常水平。不过，他们的皮肤摸上去很冷。假如昆人和澳大利亚土著生活在持续寒冷的环境中，他们就不可能进化出这样的适应性生理反应，否则集中于躯体的热量将使得手指、脚趾和其他附器因冻伤而失去。事实上，他们的生理适应源于他们所生活环境的温度很少会长时间低于0℃，并且缺乏丰富的高脂肪食物。

蒸发降温小实验

将少量外用酒精抹在你的一只手背上，将水抹在另一只手背上。在空中挥舞双手，你感觉到了两手在蒸发方面的区别吗？从中你学到了蒸发降温的知识吗？（提示：酒精的挥发性强于水，蒸发得更快，因此抹了酒精的那只手就复制了在湿度很低的环境中的出汗情况。）

排汗与激素

排汗不仅会去掉多余的身体热量，同时还会去掉汗液中包含的一系列物质，包括外激素。外激素是由一些动物（尤其是昆虫）分泌的、能影响同类其他个体生理和行为的化合物，它对激素系统的影响力特别强。一项新研究发现，男性汗液中的外激素能导致女性脑下垂体（位于大脑底部）释放的促黄体激素量增加，这又会缩短下一次排卵之前的时间。现在，科学家正在考虑将男性外激素作为一种潜在的女用受精药。住在一起的姐妹及其他女性释放的外激素，则能导致她们的经期同步。男性是否会对女性的外激素做出类似的下意识反应呢？科学家正在进行研究。

对抗炎热

人体对炎热环境的适应与对寒冷环境的适应一样复杂，但对寒冷的适应通常更困难，因为在生理本质上人类并不是亚北极动物，人类并不拥有像北极熊那样的密实毛皮和厚厚的脂肪隔热层。

人体热效应随着空气相对湿度的变化而不同。高温加上高湿度使得身体散失多余的热量更困难，这是因为当空气中的潮湿成分上升时汗液蒸发越发困难。汗液停留在皮肤上，人就会感觉黏糊糊的。于是，我们得不到迅速蒸发的降温效应。

在干燥、炎热的环境中，汗液蒸发因湿度低而稳定，因此在相同的高温下，我们感到在沙漠中比在热带雨林中要好受些。沙漠温度越高，我们通过蒸发得到的降温效应越明显。相对湿度与气温之间的这种关系在左下表中得到量化。当表观温度（指由气温、相对湿度和风速联合效应导致的感知到的户外温度）位于浅黄色段时，人往往会发生中暑和痉挛；当表观温度位于亮黄色段时，就可能发生威胁生命的严重中暑。

虽然蒸发降温在干燥气候条件下很有效，但它有一个主要缺点，就是出汗会使身体迅速失去水和盐，而流失的水和盐如果得不到补充，人在不到一天时间内就可能致命。在干燥的炎夏沙漠中，每小时通过出汗使人体失水通常达1100毫升或更多。商业性的“体育功能饮料”有助于人们在这样的环境下补充水分和矿物盐，但为了吸引顾客，这类饮料中常常添加有不必要的食用色素和糖分。在此提醒：你可以制作自己的不含非必要添加物的功能饮料，既容易又便宜。

大多数人都有能力在几天到几周时间里从生理上完全适应炎热的气候条件。随着出汗数量的增加，汗液中的盐浓度持续下降，尿量也减少。此外，周围血管的舒张导致通过辐射的热量散失增加。血管舒张也会引起皮肤变红，因为有更多血液靠近皮肤表面。

当强体力活动导致身体过热时，蒸发降温也能起到重要的保护作用。最近在日本进行的一项研究发现，在从事重体力工作或锻炼后，男性出汗的有效性高于女性。作为对相同体力消耗的反应，男性出汗的时间比女性早，出汗量比女性多，而这可能意味着在耐热能力方面男女不平等。不过，要想证实这个推测，还需要对全球范围内的不同人群作进一步研究。