Холодовая и тепловая адаптация человека.
Адаптации к холоду и жаре у человека являются частью широкой адаптивности Homo sapiens . Адаптации у людей могут быть физиологическими , генетическими или культурными , которые позволяют людям жить в самых разных климатических условиях . Было проведено много исследований по адаптации развития, акклиматизации и культурным практикам, но меньше исследований по генетической адаптации к более холодным и более жарким температурам.
Человеческое тело всегда старается оставаться в гомеостазе . Одной из форм гомеостаза является терморегуляция . Температура тела у каждого человека разная, но средняя внутренняя температура составляет 37,0 ° C (98,6 ° F). [1] Достаточный стресс от экстремальной внешней температуры может привести к травме или смерти, если он превышает способность организма к терморегуляции. Гипотермия может наступить, когда внутренняя температура упадет до 35 °C (95 °F). [2] Гипертермия может возникнуть, когда внутренняя температура тела поднимается выше 37,5–38,3 °C (99,5–100,9 °F). [3] [4] Люди приспособились к жизни в климате, где гипотермия и гипертермия были обычным явлением, прежде всего благодаря культуре и технологиям, таким как использование одежды и убежища. [5]
Происхождение холодовых и тепловых адаптаций.
[ редактировать ]Современные люди появились из Африки примерно 70 000 лет назад в период нестабильного климата, что привело к появлению множества новых черт среди населения. [6] [5] Когда современные люди распространились в Европу, они вытеснили неандертальцев . Исследователи предполагают, что это говорит о том, что ранние современные люди были более эволюционно приспособлены к жизни в различных климатических условиях. [7] [8] Это подтверждается гипотезой отбора изменчивости, предложенной Ричардом Поттсом, которая утверждает, что человеческая адаптивность возникла в результате изменения окружающей среды в долгосрочной перспективе. [9]
Экогеографические правила
[ редактировать ]
Правило Бергмана гласит, что эндотермные подвиды животных, живущие в более холодном климате, имеют более крупные тела, чем у подвидов, живущих в более теплом климате. [11] Особи с более крупными телами лучше подходят для более холодного климата, поскольку более крупные тела производят больше тепла из-за большего количества клеток и имеют меньшее соотношение площади поверхности к объему по сравнению с более мелкими особями, что снижает пропорциональные потери тепла. Исследование Фредерика Фостера и Марка Колларда показало, что правило Бергмана можно применять к людям, когда широта и температура между группами сильно различаются. [12]
Правило Аллена — это биологическое правило, которое гласит, что конечности эндотерм короче в холодном климате и длиннее в жарком климате. Длина конечностей влияет на площадь поверхности тела, что способствует терморегуляции. Более короткие конечности помогают сохранять тепло, а более длинные помогают рассеивать тепло. [13] Маршалл Т. Ньюман утверждает, что это можно наблюдать у эскимосов , у которых конечности короче, чем у других людей, и они построены сбоку. [14]
Палеоантрополог Джон Ф. Хоффекер обнаружил, что биогеографические правила Бермана и Аллена подтвердились, при этом видно, что в современных популяциях наблюдается явная тенденция к укорочению дистальных сегментов конечностей в более холодных условиях. [15]
Физиологическая адаптация
[ редактировать ]Происхождение тепловых и холодовых адаптаций можно объяснить климатической адаптацией . [16] [17] Температура окружающего воздуха влияет на то, сколько энергии должно затратить человеческое тело. Температура, которая требует наименьших затрат энергии, составляет 21 °C (70 °F). [5] Организм контролирует свою температуру через гипоталамус . Терморецепторы кожи посылают сигналы в гипоталамус, которые указывают, когда должна произойти вазодилатация или вазоконстрикция .
Холодный
[ редактировать ]В человеческом организме есть два метода термогенеза , которые производят тепло для повышения внутренней температуры тела. Первый — это дрожь , которая возникает у раздетого человека при температуре окружающего воздуха ниже 25 °C (77 °F). [ сомнительно – обсудить ] . [18] Он ограничен количеством гликогена, доступного в организме. [5] Второй – несократительный, возникающий в бурой жировой ткани . [19]
Популяционные исследования показали, что у племени сан в Южной Африке и сандаве в Восточной Африке снижен термогенез дрожи на холоде и слабая вызванная холодом вазодилатация пальцев рук и ног по сравнению с таковым у европеоидов. [5]
Нагревать
[ редактировать ]Единственный механизм, которым человеческое тело может охладиться, — это пота испарение . [5] Потоотделение возникает, когда температура окружающего воздуха превышает 35 °C (95 °F). [ сомнительно – обсудить ] и тело не может вернуться к нормальной внутренней температуре. [18] Испарение пота помогает охладить кровь под кожей. Оно ограничено количеством воды, доступной в организме, что может вызвать обезвоживание. [5]
Люди рано приспособились к теплу. В Африке климат отбирал черты, которые помогали им сохранять хладнокровие. Кроме того, у людей были физиологические механизмы, которые снижали скорость метаболизма и изменяли чувствительность потовых желез, чтобы обеспечить достаточное количество энергии для восстановления без обезвоживания человека. [17] [20]
Организм приспособлен к двум типам тепла: влажному теплу и сухому теплу, но к обоим видам тепла тело приспособилось одинаково. Влажное тепло характеризуется более высокими температурами и большим количеством водяного пара в воздухе. Влажная жара опасна, поскольку влага в воздухе препятствует испарению пота. Независимо от акклиматизации, влажная жара представляет гораздо большую угрозу, чем сухая жара; люди не могут заниматься физической деятельностью на открытом воздухе при температуре выше 32 °C (90 °F), когда влажность окружающей среды превышает 95%. В сочетании с такой высокой влажностью теоретический предел выживания человека в тени, даже при неограниченном количестве воды, составляет 35 °C (95 °F), что теоретически эквивалентно индексу жары 70 °C (158 °F). [21] [22] Сухая жара характеризуется более высокими температурами с небольшим количеством водяного пара или его отсутствием в воздухе, например, в условиях пустыни. Сухое тепло также очень опасно, поскольку пот имеет тенденцию очень быстро испаряться, вызывая обезвоживание. И влажная жара, и сухая жара благоприятствуют людям с меньшим количеством жира и немного более низкой температурой тела. [16]
Акклиматизация
[ редактировать ]Когда люди подвергаются воздействию определенного климата в течение длительных периодов времени, происходят физиологические изменения, помогающие человеку адаптироваться к жаркому или холодному климату. Это помогает организму сохранять энергию. [19]
Холодный
[ редактировать ]в У инуитов конечностях течет больше крови и она имеет более высокую температуру, чем у людей, живущих в более теплом климате. Исследование, проведенное в 1960 году среди индейцев алакалуф, показало, что уровень метаболизма в состоянии покоя у них на 150–200 процентов выше, чем у белых контрольных особей. не У саамов наблюдается увеличения скорости обмена веществ во время сна, в отличие от неакклиматизированных людей. [14] Австралийские аборигены подвергаются аналогичному процессу: тело охлаждается, но скорость метаболизма не увеличивается. [18]
Нагревать
[ редактировать ]Люди и их эволюционные предшественники в Центральной Африке миллионы лет жили в схожем тропическом климате, а это означает, что у них схожие системы терморегуляции. [5]
Исследование, проведенное на банту в Южной Африке, показало, что у банту более низкий уровень потоотделения, чем у акклиматизированных и неакклиматизированных белых людей. Аналогичное исследование, проведенное на австралийских аборигенах, дало аналогичные результаты: у коренных австралийцев уровень потоотделения гораздо ниже, чем у белых людей. [18]
Культура
[ редактировать ]Социальная адаптация позволила ранним современным людям жить в среде с температурой, резко отличающейся от температуры в Африке. (Поттс 1998). Культура позволила людям расширить свой ареал до территорий, которые в противном случае были бы непригодны для проживания. [18]
Холодный
[ редактировать ]Люди смогли занять районы с сильным холодом с помощью одежды, зданий и манипуляций с огнем. Печи также позволили занять холодные помещения. [18] [19]
Исторически многие коренные австралийцы носили только генитальные покрытия. Исследования показали, что тепла от разжигаемых ими костров достаточно, чтобы организм не терял тепло из-за дрожи. [18] Инуиты используют хорошо изолированные дома, которые предназначены для передачи тепла от источника энергии в жилое помещение, а это означает, что средняя температура в помещении для прибрежных инуитов составляет от 10 до 20 ° C (от 50 до 68 ° F). [18]
Нагревать
[ редактировать ]Люди населяют жаркий климат, как сухой, так и влажный , и жили так уже миллионы лет. Избирательное использование одежды и технологических изобретений, таких как кондиционирование воздуха, позволяет людям жить в жарком климате.
Одним из примеров являются чаамба , живущие в пустыне Сахара . Они носят одежду, которая удерживает воздух между кожей и одеждой, предотвращая попадание высокой температуры окружающего воздуха на кожу. [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лонго, Дэн Л.; Харрисон, Тинсли Рэндольф. Харрисон онлайн . МакГроу-Хилл . OCLC 767567894 .
- ^ Браун, Дуглас Дж. А.; Брюггер, Герман; Бойд, Джефф; Паал, Питер (15 ноября 2012 г.). «Случайная гипотермия». Медицинский журнал Новой Англии . 367 (20): 1930–38. дои : 10.1056/NEJMra1114208 . ISSN 0028-4793 . ПМИД 23150960 . S2CID 205116341 .
- ^ Аксельрод Екатерина К.; Дирингер, Майкл Н. (2008). «Регулирование температуры при острых неврологических расстройствах». Неврологические клиники . 26 (2): 585–603. дои : 10.1016/j.ncl.2008.02.005 . ПМИД 18514828 .
- ^ Лаупланд, Кевин Б. (2009). «Лихорадка у тяжелобольного пациента». Медицина критических состояний . 37 (Дополнение): S273–78. дои : 10.1097/ccm.0b013e3181aa6117 . ПМИД 19535958 . S2CID 21002774 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Даанен, Хейн AM; Лихтенбелт, Воутер Д. Ван Маркен (2 января 2016 г.). «Холодовая адаптация всего организма человека» . Температура . 3 (1): 104–18. дои : 10.1080/23328940.2015.1135688 . ISSN 2332-8940 . ПМЦ 4861193 . ПМИД 27227100 .
- ^ Крайик, Кевин (05 октября 2017 г.). «Древние люди покинули Африку, спасаясь от засушливого климата, говорится в исследовании » Состояние планеты . Колумбийский университет . Проверено 4 декабря 2018 г.
- ^ Дэйли, Джейсон. «Изменение климата может привести к исчезновению ледяных неандертальцев» . Смитсоновский журнал . Смитсоновский институт . Проверено 4 декабря 2018 г.
- ^ Рэй, Тодд С.; Коппе, Томас; Стрингер, Крис (февраль 2011 г.). «Лицо неандертальца не приспособлено к холоду». Журнал эволюции человека . 60 (2): 234–239. Бибкод : 2011JHumE..60..234R . дои : 10.1016/j.jhevol.2010.10.003 . ПМИД 21183202 .
- ^ Поттс, Ричард (1 января 1998 г.). «Экологические гипотезы эволюции человекообразных». Американский журнал физической антропологии . 107 (С27): 93–136. doi : 10.1002/(sici)1096-8644(1998)107:27+<93::aid-ajpa5>3.0.co;2-x . ISSN 1096-8644 . ПМИД 9881524 .
- ^ Фоли, Роберт Эндрю; Левин, Роджер (30 декабря 2003 г.). Принципы эволюции человека (2-е изд.). Уайли. п. 150. ИСБН 978-0-632-04704-8 .
- ^ Ньюман, Маршалл Т. (1 августа 1953 г.). «Применение экологических правил к расовой антропологии аборигенов Нового Света *» . Американский антрополог . 55 (3): 311–327. дои : 10.1525/aa.1953.55.3.02a00020 . ISSN 1548-1433 .
- ^ Фостер, Фредерик; Коллард, Марк (28 августа 2013 г.). «Переоценка правила Бергмана у современных людей» . ПЛОС ОДИН . 8 (8): е72269. Бибкод : 2013PLoSO...872269F . дои : 10.1371/journal.pone.0072269 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3756069 . ПМИД 24015229 .
- ^ Холлидей, Трентон В.; Хилтон, Чарльз Э. (01 июня 2010 г.). «Пропорции тела приполярных народов, о чем свидетельствуют данные скелета: Ипиутак и Тигара (Пойнт-Хоуп) против инуитов острова Кадьяк». Американский журнал физической антропологии . 142 (2): 287–302. дои : 10.1002/ajpa.21226 . ISSN 1096-8644 . ПМИД 19927367 .
- ^ Jump up to: а б Ньюман, Маршалл Т. (1 июня 1961 г.). «Биологическая адаптация человека к окружающей среде: тепло, холод, высота над уровнем моря и питание» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 91 (3): 617–633. Бибкод : 1961NYASA..91..617N . дои : 10.1111/j.1749-6632.1961.tb31093.x . ISSN 1749-6632 . ПМИД 13728673 .
- ^ Хоффекер, Джон Ф. (2002). Пустынные ландшафты: поселения ледникового периода в Восточной Европе . Издательство Университета Рутгерса. ISBN 978-0-8135-2992-9 .
- ^ Jump up to: а б «Климатическая адаптация» . Британская энциклопедия . Проверено 3 августа 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Смитсоновский институт. «Влияние климата на эволюцию человека» . Проверено 20 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Фрисанчо, А. Роберто (1 января 1993 г.). Адаптация и аккомодация человека . Издательство Мичиганского университета. OCLC 26763611 .
- ^ Jump up to: а б с Качюба-Усилко, Ханна; Гринлиф, Джон (1 апреля 1989 г.). «Акклиматизация человека к холоду» (PDF) . ntrs.nasa.gov/ . Соединенные Штаты . Проверено 15 декабря 2016 г.
- ^ Тейлор, Н.А. (2014). «Тепловая адаптация человека». Комплексная физиология . 4 (1): 325–365. дои : 10.1002/cphy.c130022 . ISBN 9780470650714 . ПМИД 24692142 .
- ^ Словарь погоды . Оксфордский справочник. 2008. ISBN 978-0-19-954144-7 .
- ^ «Потенциально фатальные сочетания влажности и жары возникают по всему миру» .
