miksi ihmisen

....joista muutamat osoittavat, että olet nukkunut koulussa biologiantunnilla.

Kasvit eivät tuota lämpöä elääkseen, ne tarvitsevat sopivan ympäristön lämpötilan elääkseen. Samoin hyvin monet eläimet - vaihtolämpöiset.

Tuolta löydät tietoa itse lämpönsä tuottavista eliöistä:

http://fi.wikipedia.org/wiki/Tasalämpöinen

Sieltä saat linkin myös vaihtolämpöisistä kertovaan Wiki-artikkeliin. Kannattaa myös googlata sanoilla "tasalämpöinen" ja "vaihtolämpöinen".

Tasalämpöisillä eläimillä kehon lämpötila on 37 tienoilla, mutta vaihtelee. Esimerkiksi kissalla se on 38. En osaa sitä sanoa varmasti, miksi se on just tarkalleen tuo, ilmeisesti entsyymit ja (muut) proteiinit toimivat parhaiten n 37 asteen lämpötilassa.

Jotkut kasvit pystyvät säätelemään lämpötilaansa, mutta se on harvinaista, ja ilmeisesti jäätymisen estoon kehittynyt ominaisuus. Suurin osa kasveista on vaihtolämpöisiä kuten se käärme, joka tosin voi vaikuttaa lämpötilaansa siirtymällä lämpöisempään tai viileämpään paikkaan. Jotkut kalat pystyvät rajalliseen lämmönsäätelyyn, esimerkiksi tonnikala säätelee aivojensa lämpötilaa. Sinänsä täydellinen lämmönsäätely vedessä ei ole ongelma, mistä todistavat valaat ja hylkeet.

Periaatteessa maankaltainen elämä tarvitsee yli 0 asteen lämpötilan, jotta kudoksien vesi ei jäätyisi, ellei eliöllä sitten satu olemaan jotain erikoiskemiaa kuten jäänestoaineita apunaan. Maankaltainen elämä toimii käytännössä tietyissä lämpörajoissa, koska elämän kemian täytyy pystyä toimimaan, mikä ei onnistu liian kylmissä eikä liian kuumissa oloissa. Se mikä on liian kuumaa taitaa tosin olla tilannekohtaista. Ekstremofiilit ovat sopeutuneet äärimmäisiin lämpötiloihin ja kituuttavat sopeumasta riippuen jopa yli 100 asteen lämmössä tai 10 miinusasteen pakkasella.

Kyse on elimistön lämpötilan säätelykyvystä ja termostaatin asetusarvosta:
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoregulation
(Tuossa artikkelissa on muuten tasalämpöisestä kasvista juttua!)

Mutta tämähän siirtää vain kysymyksen "miksi termostaatti on säädetty n. 310K:een?" Tälle pitäisi löytää joku järkevältä kuulostava syy.

Se, että elimistön lämpötila on veden jäätymispisteen ja kiehumispisteen välissä on järkeenkäypää. Jäässä ei kemiallisia reaktoita tai massavirtauksia tapahdu, mistä seurannee, ettei kovin vilkasta elämääkään esiinny, jos solut on jäässä. Höyryfaasissa on siinäkin omat ongelmansa, niinpä ei taida mikään tunnettu eliö selvitä, jos sen solujen sisältö kiehuu.

Veikkaan jonkinlaista optimointia, missä suurempi ruumiin lämpötila ei enää antaisi etuja niin paljon kuin siitä tulee haittaa, ja alhaisempi lämpötila taas johtaisi mm. hitaampaan liikkumiseen. Mitä nopeuteen tulee, vaihtolämpöisetkin eliöt hidastuvat kylmässä, mutta eivät saavuta "ylimaallisia" nopeuksia esim. 60 lämpötilassa (tosin eivät sisälämpötilaltaan edes pääse noin korkealle).

Korkean ruumiinlämpötilan haittapuolia on ainakin suurempi energiankulutus. Nykyiset vakiolämpöiset eliöt eivät tosin yleensä kestäkään edes 10 C:n ruumiin lämpötilan nousua. Proteiinien (entsyymien) denaturoitumista epäillään syyksi tälle, mutta tämä ei ainkaan ole proteiinien välttämätön ominaisuus, vaan kohtuullisesti lämmönkestäviä entsyymejä voidaan kehittää mm. teollisuudelle.
Kullakin entsyymillä näyttäisi olevan kapeahkolla lämpötilavälillä aktiivusuushuippu, mistä voi ajatella juuri johtuvan edellä mainittu heikko lämpötilan vaihtelun kestävyys, erikoisesti korkeampien lämpötilojen osalta.
http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/proteins/enzyme.html
http://www.chemsoc.org/networks/learnnet/cfb/enzymes.htm
http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/enz_act.htm

Toinen asia on sitten, että teho on työ/aika, ja työ saadaan kemiallisesta energiasta samalla tuottaen hukkalämpöä. Alhaisella ruumiinlämpöllä teho on alhainen (hidas?), jatkuvasti korkealla lämpöllä tulee energiahukkaa. Optimointia vaaditaan tässäkin.

Tästäpä ehkä saakin kohtalaisen selityksen, miksi ruumiinlämpötila on selvästi korkeammalla kuin jäätymispiste, mutta myös selvästi alempana kuin kiehumispisteen asettama raja. Ihmisen 37 astetta varmaankin on optimoitu vielä muidenkin kuin yllämainittujen tekijöiden osalta. Se, että optimointi on lajikohtaista, käynee ilmi tästä:
http://www.blackwell-synergy.com/doi/abs/10.1111/j.1365-2435.2007.01341.x?journalCode=fec