駱駝為什麼能好幾天不喝水還繼續走?
― 駝峰裡裝的不是「水」,而是「脂肪」
很多人都聽過「駱駝的駝峰裡儲存著水」這種說法吧。其實這是常見的誤解。駝峰裡裝的不是水,而是主要由脂肪組成。既然如此,駱駝為什麼能好幾天不喝水,還能在沙漠中繼續前進呢?
不少人以為「駱駝的駝峰就像水壺,裡面存著水」。但實際檢查駝峰後,發現裡面裝的不是水,而是脂肪組織。
駝峰既然不是水箱,駱駝到底是怎麼撐過不喝水的日子的呢?其實背後是好幾種機制搭配運作、全身一起努力的成果。
把儲存在駝峰的脂肪在體內分解時,會產生水作為副產物。
牠們的身體能承受很大的體溫變化,據推測這讓牠們減少了因流汗而消耗的水分。
接下來,就依序看看這「脂肪產生的水」與「減少流汗的巧思」。
駝峰裡裝的不是「水」,而是「脂肪」
駱駝的駝峰,據說是由隆起的脂肪組織構成,並不是在儲存水。這些脂肪被認為是在食物不足時作為能量來源而儲存起來的。「駝峰=水箱」雖然是廣為人知的印象,卻是與實際機制不同的常見誤解。
分解脂肪就會產生水:代謝水的機制
體內的脂肪被分解時(也就是透過呼吸,讓脂肪與氧結合並轉換成能量時),會產生水作為副產物。這種水稱為「代謝水」。駱駝的駝峰儲存了大量脂肪,因此分解這些脂肪,就能得到相當可觀的代謝水。這就是牠們撐過不喝水日子的線索之一。
它是需要時就能製造出水的「燃料箱」。
很少流汗的體溫調節機制
許多動物為了避免體溫過高,會靠流汗來降溫。但駱駝能容許一天之中體溫大幅上下起伏。牠們早上體溫保持較低,白天即使體溫稍微升高,也不會勉強流汗降溫。流汗會讓身體流失水分,所以這種對體溫變動的耐受力,對節省水分幫助很大。
據說駱駝的腎臟能把尿液中的水分盡可能重新吸收,排出非常濃的尿。另外,鼻腔內的複雜構造,也被認為能把呼出氣體中的一部分水分收回體內。在無法喝水的日子裡,身體各處都在徹底節省水分。
可以自己驗證的事
- 在一隻手臂的內側,沾上少量的水
- 另一隻手臂什麼都不沾,保持原樣
- 用扇子或電風扇,對兩隻手臂吹同樣的風
- 確認沾了水的那隻手臂感覺比較涼
你能體會到汗(水分蒸發)為身體降溫的機制。不太使用這種降溫方式的駱駝,就因此省下了水分。
總結
駱駝能好幾天不喝水,並不是因為駝峰裡存了水。而是因為分解駝峰脂肪得到的代謝水、容許體溫變動以減少流汗的機制,再加上腎臟和鼻子徹底節省水分,這幾件事搭配在一起。
駱駝的駝峰不是存水的撲滿,而是關鍵時刻甚至能製造出水的優秀能量倉庫。
那麼,沒有駱駝這種節水本領的我們人類,一天會流失多少水呢?災難準備用水為什麼是「每人每天 3 公升」,我們在這篇文章中,從身體的水分收支來說明。
在缺水的地方生存,植物也面臨同樣的課題。乾燥土地上的植物如何保住水分,請看仙人掌為什麼不澆水也不會枯死?
想知道更多 ― 名詞、數值與課本的連結從國中理化到研究中的話題,都會標明屬於哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「基礎生物」會學到的範圍
- 高中+高中「生物」,或課本中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程(生理學)的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教,是研究者目前正在探索的話題
國中名詞:與駱駝水分保持有關的詞彙
- 代謝水:脂肪等物質在體內分解時產生的水。
- 體溫調節:讓體溫維持在一定範圍內的作用。
- 再吸收:把變成尿液之前的水分收回體內的作用。
高中用公式驗證:分解脂肪能產生多少水
我們用一個概略的比率,來計算分解脂肪產生的水量。
| 用符號寫 | W = m × 1.1 (W 是產生的水量,m 是分解的脂肪量。單位都是公克) |
| 用文字寫 | 產生的水量 = 分解的脂肪量 × 1.1 |
| 公式的來源 | 來自脂肪與氧結合、變成二氧化碳和水的反應式。脂肪分子所含的氫原子數是固定的,所以 1 公克脂肪產生的水量也是固定的。像這樣在體內產生的水就叫做代謝水。 |
產生的水量(g) = 分解的脂肪量(g) × 1.1(概略比率)
| 1.1 這個比率 | 被視為脂肪分解時產生水量的概略數值 |
| 產生的水量(g) | 50000 × 1.1 = 55000 |
| 換算成公升 | 55000 ÷ 1000 = 55 |
| 結果 | 算出來會產生約 55L 的水 |
這終究只是脂肪全部分解時的概略數字。實際上脂肪也會用來當作活動身體的能量,所以光靠代謝水並不能供應所需的全部水分。即使如此,從駝峰的脂肪量來看,仍可知道體內能製造出相當可觀的水量。
※ 「1.1」這個比率和脂肪量,都是為了理解機制而採用的概略數值。實際數值會因個體和情況而不同。
高中+容許體溫變動,是一種能量策略
靠流汗調節體溫(發汗)雖然一定能降溫,卻有消耗大量水分的缺點。駱駝容許體溫大幅變動,被認為是「體溫稍微上升也不用水,直接撐過去」這種以確保水分為優先的策略。
大學腎臟極致的水分再吸收
在生理學領域,研究者正在探討駱駝腎臟憑藉特殊的構造和功能,能把尿液濃縮到非常高濃度的機制。另外,牠們也有形狀特殊的紅血球,即使脫水加劇,血液的性質也不容易改變。
據說產生這種尿液濃縮的,是腎臟亨利氏環(Henle's loop)中運作的「逆流倍增系統」。分解脂肪產生的水稱為「代謝水」,除了駱駝,其他沙漠動物的水分收支也有一部分靠它。
📖 機制的詳細內容與更進一步的知識:維基百科(英文版)「逆流倍增系統」 / 維基百科(英文版)「代謝水」
研究還不清楚的事
- 容許體溫變動的範圍,是透過什麼機制被細緻調整的,目前仍是生理學領域持續研究的主題。
- 在氣候變遷與沙漠化加劇的情況下,駱駝這類乾燥地帶生物的生態會如何改變,也是生態學的重要研究課題。
- 也有研究在探討,能否把駱駝的水分保持機制,應用在人類脫水症的治療,或乾燥地區的農業、畜牧技術上。
在沙漠中行走的駱駝身上,蘊藏著生理學與生態學交會、至今仍在持續研究的豐富主題。
與課本的連結(依程度)
| 程度 | 科目・單元 | 本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・呼吸與代謝 | 代謝水、體溫調節、再吸收的基本名詞 |
| 高中 | 基礎生物・呼吸與能量 | 分解脂肪產生水量的計算 |
| 高中+ | 生物・恆定性(進階) | 容許體溫變動的能量策略 |
| 大學 | 生理學 | 腎臟的水分再吸收與特殊的紅血球 |
| 研究 | 生理學・生態學(研究中) | 體溫調節的詳細機制、氣候變遷的影響、應用研究 |
- 生物學相關教科書與資料中,關於代謝水與脂肪分解的說明。
- 生理學相關資料中,關於駱駝體溫調節與抑制流汗的說明。
- 生理學領域中,關於駱駝腎臟水分再吸收機制的研究回顧。
- 動物學相關資料中,關於駱駝紅血球形狀的說明。
- 生態學領域中,關於乾燥地帶動物水分保持策略的研究回顧。
※ 代謝水的比率與脂肪量等數值,是為了理解機制而採用的概略數值。實際數值會因個體與環境條件而不同。
※本文是寫給一般大眾的科學解說。實際觀察動物時,請遵守設施的規定,避免讓動物承受壓力。