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Home昔日真理報2013年 真理報文章2013 年 12 月【科學 聖經 人生】奇妙的調溫系統

【科學 聖經 人生】奇妙的調溫系統

 

我小的時候在香港長大,香港不是寒冷的地方,但是,冬天也可以相當冷的。記得有時候冷到要穿很多件衣服,我記得有一次,我不但要穿內衣、外衣,中間還穿了好幾件毛衣和毛背心,一共大概有六、七件。

我想要學鋼琴,但是家裡沒有鋼琴,所以我不但上課要去老師家,而且練琴也需要去老師家。約好她沒有學生上課的時候,我就去練,要不然我只好在「無聲琴」上練了。無聲琴就是我自造的紙琴,在紙上畫了琴鍵,然後當作琴來彈,聲音自然是我的腦子加上去的了。去老師家練當然比無聲琴好,只是冬天的時候,香港還是相當冷,我走到老師家時,手都冷僵了!老師好心,給我一杯溫水,讓我可以溫暖手指。

我到美國唸書是去密芝根州,哇!聽說還下雪呢!父母親很愛我,為我預備衣服。而且,一去是預備四年後大學畢業才能回家的!他們花了多少心思,多少金錢,預備心愛的女兒在那寒冷的地方不會冷壞了!所以我有兩個大箱,每個大概是 2'x2'x5'=20 立方呎的體積。十分感謝那些年在密芝根的男同學們,每年幫我搬進宿舍,搬出宿舍!

但是,當我到了密芝根之後,發現絕大多數的衣服是不適合用的。為什麼?因為美國和香港不同,香港寒冷的時候要穿很多件衣服才能暖和,但在美國,寒冷的時候只穿一兩件和一件厚外套。出門的時候把外套穿上,進門的時候脫下外套,就是這麼簡單!因為,美國有中央暖氣設備!

我去音樂室彈琴也很舒服,因為一走進音樂樓就有暖氣,手很快就暖和了!但是,有些課室的暖氣不均勻,當時的暖氣是用熱水循環,如果坐在那熱水管旁邊,則會太熱,離開熱水管較遠的地方又覺得冷。太熱了,就把開關關掉,太冷了,又把它打開。晚上在宿舍裡也是一樣,有時太熱,有時太冷,不過,比沒有暖氣好得多了。

到了我上研究院時,情況有進步了。每個課室有一個調溫器,自動調溫。房間太冷嗎?暖氣自動開了;太暖嗎?自動關了!現在,不但有暖氣,也有冷氣,冬夏都可以舒服了。我住的地方,還是要「人動」一點,不是全自動的。人必需放調溫器在「暖」或「冷」,設定一個溫度,那麼調溫器就會自動調溫了。如果我沒有「開」(沒有轉到「ON」的地方),沒有放在「冷」(COLD)的地位,就算我設定到75℉,而室溫已高過 75℉,冷氣也不懂得開動。同樣的,我要先設定在「熱」(heat),室溫低過設定的 70℉,暖氣才會啟動。不過,有些調溫器比較「聰明」,只要設定一個度數,比如 70℉,室內溫度低過 70℉,暖氣自動會啟動;只要室溫高過 70℉,冷氣自然啟動。

你想這些調溫器的來源是有設計者或是沒有設計者?

人的身體有更高級的調溫器。我在實驗室做研究的時候,其中一樣是要研究某酶素的作用,我要先把我所要的酶素從細胞裡拿出來。怎麼拿法呢?我要先把細胞打開,但是,細胞一打開,破壞了細胞的組織,該酶素就不能被保護在它原來的環境中,包括原來的酸度裡等,所以,很快就會「死」了(沒有作用了)!為了叫該酶素不要「死」得那麼快,讓我們還有機會研究它的作用,所以只好在低溫的情況下做事。

我們實驗室有個大大的「冷房」,就是大大的冰箱,大概有 20'x10' 那麼大,人可以在裡面做事的。常常因為要「保護」酶素或其他物質,我要在那冷房裡。當然我不能久留,總要以最快速度工作,然後趕快走出冷房,回來平常的室溫,我的身體必須在某溫度才能活,才能運作。

單談酶素,我們其中一樣要研究的就是該酶素的運作與溫度有何關係。這系列實驗必須在某固定的溫度環境中進行,一般是水槽,將水放在有調溫設備的水槽裡,保持水在固定的溫度,然後實驗的進行(如試管等)都在固定了溫度的水槽裡。

雖然那水槽的調溫系統相當「簡單」,但是我們還是要在某些儀器工廠購買,我們寫的文獻要說明我們用那一儀器工廠的那模型的水槽,從來不能隨便。從來沒有一位同事認為這些調溫器沒有設計者!

剛才我們談到溫度對酶素十分重要,我們身體各化學作用的運作都是靠酶素。酶素是化學作用的「催化劑」,意思是,某化學作用雖然可能發生,但是速度也可能很慢,如果沒有催化劑加速的話,那化學作用對生物事實上就沒有用了。比如,我們吃了食物,但是要等好幾天,甚至好幾個月才能消化,供給我們身體的需要,那麼那食物實際上對我們就沒有用了,因為身體等不了!如果有催化劑,加速消化,很快食物就被消化了,而供給我們身體的需要。

所以這些極小極小的催化劑,很多很多不同的酶素,是我們生存的極為重要的小化學品。多大?大概是nm的大小,nm=nanometer。你知道一咪meter多長?差不多三呎,1/1000咪叫做mm;1/1,000,000咪叫做micrometer;再多三個零,1/1,000,000,000咪就是1nanometer(nm)。酶素的大小是nm計算的。

單談酶素的活性和運作,保持適當的溫度是非常重要的。但是我們體內體外的溫度都可以有很大的變異,因此,我們的身體必須有非常高級的調溫器,正常的溫度是37℃或98℉,不能太高也不能太低。我們的腦中有一個「總管」叫「下丘腦」(hypothalamus)。我們身上有很多的「溫度感受器」(thermoreceptor),分佈在皮膚上和鼻孔、口、眼的粘膜上。這些特別細胞分為兩類,一類是感受「冷」,一類是感受「熱」。它們可以感受到0.4℉那麼一點點的溫度差別,這些細胞常常以高速「報告」給「總管部」,報告的速度奇快,可以是一秒鐘「報告」240次,它們「報告」的「大道」又是特定的神經路線,與其他的路線是分開的。

「總管部」不停的分析「報告」給它的訊息,而與原本與生俱來的「標準」做比較,那些感受器的報告包括溫度變化的多少和速度,所以「總管部」可以預測下一步可能發生的變化,因此可以預備要發施什麼號令。

接受號令的又有兩個體溫調整中心,一個是調整太高的體溫,一個是調整太低的體溫。當一個中心運作時,另一個中心就被「關了」。比如說,當「總管部」發現體溫太高了,它就發施號令,要那調整太高體溫的中心開始運作,而關了另一調整中心。現在,那負責調整太高體溫的中心開始運作了。它會「告訴」血管的肌肉放鬆,血管就可以擴大,血液多些去了皮膚附近,讓體外較冷的溫度調整體內較高的溫度。你會「臉紅」,因為血液多些貼近皮膚。如果需要降低更多的溫度,汗腺就被叫來幫忙,我們就會出汗,而汗是水份在皮膚表面,這些小小的水滴蒸發時就帶走很多熱量,因此體溫就得到調整。

反過來,如果體溫太低了,另一個中心,調整體溫太低的中心,就被叫出來做事情了,同時現在用不著的中心就被關掉,不需做事情!調整身溫太低的中心就叫血管的肌肉收緊,這樣血液就留在身體中心,減少體溫的喪失。如果還有需要,腎上腺就得到命令,分泌多點腎上腺素(adrenaline),增快身體的新陳代謝,產生熱量。這運作很快。但同時另一個較慢的運作是叫甲狀腺(thyroid)運作,產生多些甲狀腺賀爾蒙(或稱甲狀腺激素),增快身體整體的新陳代謝作用,產生熱量。

還有,肌肉也可能得到神經系統的訊號,叫肌肉纖維自然快速顫動,產生熱量。我們說冷到發抖,原來發抖是身體溫度調節的一部份。

這只是很簡單的一個描述,我們實在只是在描述看見的一部份,完全談不到其「所以然」。有時我們稱這些奇妙複雜的系統為「自然」,但是,你當然知道,沒有極高智慧的設計,那來這麼奇妙複雜的調溫系統!

體溫不能比標準的 98℉ 相差 10℉,高 10℉ 或低 10℉ 我們都活不了!我們身體的調溫系統不能放假,不能休息,不能失修,不能破壞;每時每刻都在運作。無論你我知不知道,懂不懂,這系統都在忠心地運作。這是多麼奇妙,多麼高智慧的設計!讓我們歸功於這位極高智慧全能的設計者。

太初有道,道與上帝同在,道就是上帝。這道太初與上帝同在,萬物是藉著祂造的。凡被造的沒有一樣不是藉著祂造的。生命在祂裡頭,這生命就是人的光。那光是真光,照亮一切生在世上的人。祂在世界、世界也是藉著祂造的,世界卻不認識祂。祂到自己的地方來,自己的人倒不接待祂。凡接待祂的,就是信祂名的人,祂就賜他們權柄,作上帝的兒女。(約一:1-12)

聖誕節就是記念創造者主耶穌基督到自己的地方來,叫凡接待祂的,就是信祂名的人,得祂賜他們權柄,作上帝的兒女。讓我們做聰明人,不要做愚頑人。「愚頑人心裡說,沒有上帝。」(詩篇十四:1)

參考Guliuzza, R. J. 2009. Made in His Image:Balancing Body Temperature. Acts & Facts. 38(4):8.

 

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