Адаптация к холоду и жаре у человека - Cold and heat adaptations in humans

Адаптация к холоду и жаре у человека являются частью широкой адаптируемости Homo sapiens. Адаптации у людей могут быть физиологический, генетический, или же культурный, которые позволяют людям жить в самых разных климат. Было проведено множество исследований по адаптации к развитию, акклиматизация и культурные обычаи, но меньше исследований генетической адаптации к холоду и жаре.

Человеческое тело всегда работает, чтобы оставаться в гомеостаз. Одна из форм гомеостаза - это терморегуляция. Температура тела у каждого человека разная, но средняя внутренняя температура составляет 37,0 ° C (98,6 ° F).^[1] Стресс от экстремальной внешней температуры может привести к отключению человеческого тела. Гипотермия может наступить, когда внутренняя температура упадет до 35 ° C (95 ° F).^[2] Гипертермия может наступить, когда внутренняя температура тела поднимется выше 37,5–38,3 ° C (99,5–100,9 ° F).^[3][4] Эти температуры обычно приводят к смерти. Люди приспособились к жизни в климате, где переохлаждение и гипертермия являются обычным явлением, прежде всего благодаря культуре и технологиям, таким как использование одежды и жилья.^[5]

Происхождение холодовых и тепловых приспособлений

Современные люди появились из Африки примерно 40 000 лет назад в период нестабильного климата, что привело к появлению множества новых черт среди населения.^[6][5] Когда современные люди распространились по Европе, они победили Неандертальцы. 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 выбора вариабельности, предложенной Ричардом Поттсом, в которой говорится, что адаптивность человека проистекает из долгосрочных изменений окружающей среды.^[9]

Экогеографические правила

Правило Бергмана утверждает, что эндотермический Подвиды животных, живущие в более холодном климате, имеют более крупные тела, чем у подвидов, живущих в более теплом климате.^[10] Люди с большим телом лучше подходят для более холодного климата, потому что большие тела производят больше тепла из-за большего количества клеток и имеют меньшее соотношение площади поверхности к объему по сравнению с меньшими людьми, что снижает потери тепла. Исследование Фредерика Фостера и Марка Колларда показало, что правило Бергмана применимо к людям, когда широта и температура между группами сильно различаются.^[11]

Правило Аллена Это биологическое правило, которое гласит, что конечности эндотермов 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 - отводить тепло.^[12] Маршалл Т. Ньюман утверждает, что это можно наблюдать в Эскимосский, у которых конечности короче, чем у других людей, и они имеют латеральное сложение.^[13]

Физиологические адаптации

Основная статья: Терморегуляция у человека

Происхождение адаптации к жаре и холоду можно объяснить: климатическая адаптация.^[14][15] Температура окружающего воздуха влияет на то, сколько энергии должно вкладывать человеческое тело. Температура, требующая наименьших затрат энергии, составляет 21 ° C (69,8 ° F).^[5] Тело контролирует свою температуру через гипоталамус. Терморецепторы в коже посылают сигналы в гипоталамус, которые указывают, когда расширение сосудов и вазоконстрикция должно произойти.

Холодный

У человеческого тела есть два метода термогенез, который выделяет тепло для повышения внутренней температуры тела. Первый дрожь, которое возникает у человека без одежды при температуре окружающего воздуха ниже 25 ° C (77 ° F).^[16] Ограничено количеством гликоген в наличии в кузове.^[5] Вторая - отсутствие дрожи, которая возникает в коричневая жировая ткань.^[17]

Популяционные исследования показали, что у племени сан в Южной Африке и у сандаве в Восточной Африке уменьшился термогенез дрожи при холода и слабое расширение сосудов рук и ног, вызванное холодом, по сравнению с кавказцами.^[18]

Высокая температура

Единственный механизм, которым человеческое тело может охладить, - это пот испарение.^[5] Потоотделение возникает, когда температура окружающего воздуха выше 35 ° C (95 ° F) и тело не может вернуться к нормальной внутренней температуре.^[16] Испарение пота помогает охладить кровь под кожей. Он ограничен количеством воды, доступной в организме, что может вызвать обезвоживание.^[5]

Люди рано приспособились к теплу. В Африке климат был выбран по чертам, которые помогали нам сохранять спокойствие. Кроме того, у нас были физиологические механизмы, которые снижали скорость метаболизма и изменяли чувствительность потовых желез, чтобы обеспечить достаточное количество времени для восстановления без обезвоживания человека.^[19][20]

Есть два типа тепла, к которым приспособлено тело: влажное тепло и сухое тепло, но тело адаптировалось к обоим одинаковым образом. Влажное тепло характеризуется более высокими температурами с большим количеством водяного пара в воздухе. Влажное тепло опасно, так как влага в воздухе препятствует испарению пота. Сухая жара характеризуется более высокими температурами с небольшим количеством водяного пара в воздухе или без него, например, в условиях пустыни. Сухой жар также очень опасен, так как пот будет испаряться очень быстро, вызывая обезвоживание. И влажное тепло, и сухое тепло благоприятствуют людям с меньшим количеством жира и немного более низкой температурой тела.^[21]

Акклиматизация

Когда люди подвергаются воздействию определенного климата в течение продолжительных периодов времени, происходят физиологические изменения, которые помогают человеку адаптироваться к жаркому или холодному климату. Это помогает телу сохранять энергию.^[17]

Холодный

В Инуиты у них больше крови, поступающей в конечности, и при более высокой температуре, чем у людей, живущих в более теплом климате. Исследование 1960 г. Индейцы алакалуф показывает, что у них уровень метаболизма в состоянии покоя на 150-200 процентов выше, чем у использовавшихся контрольных белых. Саамы не имеют увеличения скорости метаболизма во время сна, в отличие от не акклиматизированных людей.^[13] Австралийские аборигены проходят аналогичный процесс, при котором тело охлаждается, но скорость метаболизма не увеличивается.^[16]

Высокая температура

Люди в Центральной Африке жили в аналогичном тропическом климате не менее 40 000 лет, а это означает, что у них есть схожие системы терморегуляции.^[5]

Исследование, проведенное на Банту из Южной Африки показали, что у банту уровень потоотделения ниже, чем у акклиматизированных и неакклимированных белых. Аналогичное исследование, проведенное на австралийских аборигенах, дало аналогичные результаты: у аборигенов уровень потоотделения был намного ниже, чем у белых.^[16]

Культура

Социальная адаптация позволила раннему современному человеку жить в среде с температурами, резко отличающимися от температуры в Африке. (Поттс, 1998). Культура позволила людям расширить свой ареал до районов, которые в противном случае были бы непригодны для жизни.^[16]

Холодный

Люди могли занимать районы с сильным холодом через одежду, здания и манипуляции с огнем. Печи позволили дополнительно оккупировать холодную среду.^[16][17]

Исторически многие коренные австралийцы носили только гениталии. Исследования показали, что тепла от костров, которые они разводят, достаточно, чтобы удержать тело от потери тепла из-за дрожи.^[16] Эскимосы используют дома с хорошей изоляцией, которые предназначены для передачи тепла от источника энергии в жилую зону, что означает, что средняя температура в помещении для прибрежных эскимосов составляет от 10 до 20 ° C (50-68 ° F).^[16]

Высокая температура

Люди населяют жаркий климат, как сухой, так и сухой. влажный, и делали это тысячи лет. Выборочное использование одежды и технологических изобретений, таких как кондиционер позволяет людям процветать в жарком климате.

Одним из примеров является Чаамба арабы, которые живут в пустыня Сахара. Они носят одежду, которая удерживает воздух между кожей и одеждой, предотвращая попадание на кожу высокой температуры окружающего воздуха.^[16]

Генетические адаптации

В отношении генетики адаптации к тепловому и холодному стрессу было проведено очень мало исследований. Данные свидетельствуют о том, что определенные части человеческий геном были только выбранный в последнее время. Исследования взаимодействия генов и культур позволили увязать сельское хозяйство и лактоза толерантность. Однако большинство доказательств связи между культурой и отбором не было доказано.^[22] В любом случае, этот последний вопрос является центральной темой поведенческая эпигенетика.

Рекомендации

1. 1949 - Лонго, Дэн Л. (Dan Louis); 1900-1978 гг., Харрисон, Тинсли Рэндольф. Харрисона онлайн. Макгроу-Хилл. OCLC  767567894.
2. Brown, Douglas J.A .; Брюггер, Германн; Бойд, Джефф; Паал, Питер (2012-11-15). «Случайное переохлаждение». Медицинский журнал Новой Англии. 367 (20): 1930–1938. Дои:10.1056 / NEJMra1114208. ISSN  0028-4793. PMID  23150960. S2CID  205116341.
3. Аксельрод, Екатерина К .; Диринджер, Майкл Н. (2008). «Контроль температуры при острых неврологических расстройствах». Неврологические клиники. 26 (2): 585–603. Дои:10.1016 / j.ncl.2008.02.005. PMID  18514828.
4. Лаупланд, Кевин Б. (2009). «Лихорадка у тяжелобольного». Реанимационная медицина. 37 (Приложение): S273 – S278. Дои:10.1097 / куб. См. 0b013e3181aa6117. PMID  19535958.
5. Даанен, Хайн А. М .; Лихтенбельт, Воутер Д. Ван Маркен (2 января 2016 г.). «Адаптация к холоду всего тела человека». Температура (1): 104–118. Дои:10.1080/23328940.2015.1135688. ISSN  2332-8940. ЧВК  4861193. PMID  27227100.
6. Краик, Кевин (2017-10-05). «Древние люди покинули Африку, чтобы избежать засушливого климата, - говорится в исследовании». Состояние планеты. Колумбийский университет. Получено 4 декабря 2018.
7. Дейли, Джейсон. «Изменение климата, вероятно, лишило неандертальцев обледенения». Смитсоновский журнал. Смитсоновский институт. Получено 4 декабря 2018.
8. Рэй, Тодд С .; Коппе, Томас; Стрингер, Крис (февраль 2011 г.). «Лицо неандертальца не адаптировано к холоду». Журнал эволюции человека. 60 (2): 234–239. Дои:10.1016 / j.jhevol.2010.10.003. PMID  21183202.
9. Поттс, Ричард (1998-01-01). «Экологические гипотезы эволюции гомининов». Американский журнал физической антропологии. 107 (S27): 93–136. Дои:10.1002 / (sici) 1096-8644 (1998) 107: 27+ <93 :: aid-ajpa5> 3.0.co; 2-x. ISSN  1096-8644. PMID  9881524.
10. Ньюман, Маршалл Т. (1953-08-01). «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.
11. Фостер, Фредерик; Коллард, Марк (28 августа 2013 г.). «Переоценка правила Бергмана у современных людей». PLOS ONE. 8 (8): e72269. Bibcode:2013PLoSO ... 872269F. Дои:10.1371 / journal.pone.0072269. ISSN  1932-6203. ЧВК  3756069. PMID  24015229.
12. Холлидей, Трентон В .; Хилтон, Чарльз Э. (01.06.2010). «Пропорции тела приполярных народов, подтвержденные данными скелетов: Ипьютак и Тигара (Пойнт-Хоуп) в сравнении с инуитами острова Кадьяк». Американский журнал физической антропологии. 142 (2): 287–302. Дои:10.1002 / ajpa.21226. ISSN  1096-8644. PMID  19927367.
13. Ньюман, Маршалл Т. (1961-06-01). «Биологическая адаптация человека к окружающей среде: жара, холод, высота и питание». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 91 (3): 617–633. Bibcode:1961НЯСА..91..617Н. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1961.tb31093.x. ISSN  1749-6632. PMID  13728673.
14. Редакторы энциклопедии Британника. «Климатическая адаптация». Британская энциклопедия. Энциклопедия Britannica, inc. Получено 4 декабря 2018.
15. «Влияние климата на эволюцию человека». 2018. Программа Смитсоновского института Human Origins. http://humanorigins.si.edu/research/climate-and-human-evolution/climate-effects-human-^{[постоянная мертвая ссылка ]} эволюция.
16. 1939-, Фрисанчо, А. Роберто (1993-01-01). Адаптация и приспособление человека. Пресса Мичиганского университета. OCLC  26763611.
17. Качуба-Усцилко, Ханна; Гринлиф, Джон (1 апреля 1989 г.). «Акклиматизация человека к холоду» (PDF). ntrs.nasa.gov/. Соединенные Штаты. Получено 2016-12-15.
18. Daanen, H.A .; Лихтенбельт, В. Д. (2016). «Адаптация к холоду всего тела человека». Температура. 3 (1): 104–118. Дои:10.1080/23328940.2015.1135688. ЧВК  4861193. PMID  27227100.
19. «Влияние климата на эволюцию человека». 2018. Программа Смитсоновского института Human Origins. http://humanorigins.si.edu/research/climate-and-human-evolution/climate-effects-human-^{[постоянная мертвая ссылка ]} эволюция.
20. Тейлор, Н.А. (2014). «Адаптация человека к теплу». Комплексная физиология. 4 (1): 325–365. Дои:10.1002 / cphy.c130022. ISBN  9780470650714. PMID  24692142.
21. «Климатическая адаптация | Физическая антропология». 2018. Британская энциклопедия.https://www.britannica.com/science/climatic-adaptation.
22. Laland, Kevin N .; Одлинг-Сми, Джон; Майлз, Шон (2010). «Как культура сформировала геном человека: объединение генетики и гуманитарных наук». Природа Обзоры Генетика. 11 (2): 137–148. Дои:10.1038 / nrg2734. PMID  20084086.