关于人体代谢的话题已经融入了生活的方方面面，其中不乏一些缺少科学依据的陈旧观点。直到最近，一项研究终于展现了人体新陈代谢的真实细节。这些发现说明，我们的新陈代谢，与获得、消耗和分享能量的方式密切相关。正是这些食物获取策略的演变，支撑人类成为了一个非凡成功的物种。
在这篇节选自《环球科学》2月新刊的文章中，赫尔曼·庞瑟将带着我们看看人体的新陈代谢方式是如何被塑造，从而支撑人类成为非凡成功的物种。
《环球科学》2月新刊销售中
撰文｜赫尔曼·庞瑟（Herman Pontzer）
翻译｜贺旎妮
既常见又离奇，这说的就是我女儿克拉拉的7岁生日。这是一场典型的美式派对：众人共享披萨和野餐，小朋友笑容满面地吹灭冰镇蛋糕上的蜡烛。每天，世界各地大约有38万名男孩和女孩迎来了他们的7岁生日。作为庆祝，我们这些最为繁盛的灵长类动物，在日复一日地合唱着生日快乐歌。
但作为一名演化人类学家，我不得不注意到人类这个物种对自然秩序的公然无视。我们现代生活的几乎每一个方面，都张扬地背离了地球上主宰万物的生存法则——这个生日派对也不例外。
派对上的食物吃都是野生动物求之不得的高热量食物，可我们却把它赠予那些甚至没有任何基因关系的人。更离奇的是，所有这一切，都是为了纪念一些莫名的天文规律：在这天，我们的星球相对恒星的位置，恰好与我女儿出生那天相同。
我们获得、消耗和分享能量的方式。
能量收支
如果去网上搜索运动和节食领域关于新陈代谢的话题，会让你认为其中的科学问题已经尘埃落定。可事实上，关于我们每天消耗的卡路里，以及我们是如何演化出这样的代谢的，一直缺乏确凿的数据。
人类的身体十分复杂，却又能稳定运行，这简直是个奇迹。你的身体由37万亿个细胞组成，每一天每一秒，它们之中的每一个都在努力工作，所有这些工作都需要能量。新陈代谢就是指我们每天消耗的能量。这些能量来自我们吃的食物，因此我们的新陈代谢也决定了我们的能量需求。
随着年龄增长，我们的身体机能也会发生变化。但问题在于，准确记录人类一生中的代谢速率非常困难。
显而易见的是，成年人比婴儿需要更多的卡路里，因为成年人往往体型更大，有更多的细胞做更多的工作，因此也会消耗更多的能量。我们还知道，老年人往往吃得更少，尽管这通常伴随着体重减轻，特别是肌肉质量减轻。但是，如果想知道随着人体从成年到衰老，新陈代谢会提升还是降低，就需要排除年龄和体型的影响，这并不容易。想要达到这个目的，就需要覆盖所有年龄段的人的庞大样本，并使用同样的方法进行测量。理想情况下，研究者需要测量个体每天的总能量消耗，即每天燃烧的卡路里总量。
一个多世纪以来，研究者一直在测量人体静息状态下的代谢率。然而静息代谢仅占我们一天24小时内消耗能量的60%左右，无法反映我们锻炼和其他体力活动的能量消耗。一些在线卡路里计算器声称能够计算体力活动的消耗，但实际上，它们只是基于你自己填写的体重和活动强度，提供简单的估算结果。
在缺乏确凿证据的情况下，我们有时会听到一些“科学”传言，它们往往是为了推销代谢增强剂或是其他万金油产品。我们还经常听说，人体的新陈代谢在青春期加快，在中年（尤其是更年期）时期减慢，男性的新陈代谢速率比女性快。但以上这些说法都缺乏真正的科学研究支持。
代谢数据库
我和同事已经开始着手填补科学认知上的空白。2014年，苏格兰阿伯丁大学（University of Aberdeen）和中国科学院（Chinese Academy of Sciences）遗传与发育生物学研究所代谢领域的研究者约翰·斯皮克曼（John Speakman）组织了一项国际合作，旨在开发一个大型代谢数据库。这个合作项目的最大特点在于，仅使用双标水法测量人体每日的总能量消耗。这个方法利用了同位素示踪技术，测量人体在一到两星期内产生的二氧化碳（用以计算人体燃烧的卡路里）。
双标水法是测量日常热量消耗公认的黄金标准，但这一方法非常昂贵，并且需要专门的实验室进行同位素分析。因此，尽管早在几十年前这项技术就已经问世，但相关研究依然很少。在斯皮克曼的领导下，我的实验室与全球各地的十几个实验室一起，测量了6400多人的代谢数据，包括出生仅8天大的婴儿和90多岁的老年人。
这篇文章的作者与同事的研究第一次全面调查了年龄和体型对日常能量消耗的影响，颠覆了关于新陈代谢的许多传统观点。
2021年，经过多年的合作努力，我们发表了第一份综合研究，描述了年龄和体型对每日能量消耗的影响。正如预期的那样，我们发现代谢率会随着体型的增加而增加：体型越大的人燃烧的卡路里越多，其中去脂体重（肌肉和其他器官的重量）是预测每日能量消耗最有效的指标。更重要的是，通过数千次测量，我们清楚地确定了体重和代谢率之间的关系，这使我们可以去除体型因素的影响，只关注每个年龄段的代谢变化。
结果是开创性的，我们得到了第一个明确的人类生命周期代谢变化图。我们发现，婴儿刚出生时，去脂体重与代谢率的关系和成年人一致。但是，在出生后的第一年，新生儿的代谢就开始急剧上升。因此到一岁生日时，儿童消耗的能量会比对应体型的成年人多50%。
儿童的细胞忙于机体的生长和发育。因此儿童的代谢率会持续上升，直到青春期开始缓慢降低，并在20岁左右恢复到成年人水平。男孩的下降速度比女孩慢，这与男孩的发育速度较慢一致，但男性和女性在青春期并不会有很大差距。
研究带来的最大惊喜或许是人体在中年时期新陈代谢的稳定性。从20岁到60岁，人体每天的能量消耗非常稳定，中年时期没有减少，在更年期也没有变化。我们许多人成年后体重的增加并不能归咎于新陈代谢下降。
作为一个40多岁的男人，我曾相信过那些传言——随着年龄增长，新陈代谢会减慢。毕竟我在40岁时的身体感受肯定与10年或20年前不同。但这样的说法就像都市传说一样，当你真的试图寻找证据时，就会发现都是错觉。另一个广为流传的说法——男性和女性之间的代谢差异——也是如此。平均而言，女性每天的能量消耗较低，但这仅仅是因为女性往往体型较小，而且体脂较高。如果比较体重和体脂率都相同的男性和女性，他们的代谢并没有差异。
我们确实发现，随着年龄的增长，新陈代谢会下降，但这要到我们60岁时才会发生。60岁后，新陈代谢每10年会下降7%左右。到了90多岁时，男性和女性的日常能量消耗平均比50多岁的成年人低20%~25%，这是我们排除身体体型和脂肪含量的影响后得到的数据。随着年龄增长，体重的下降，尤其是肌肉质量的减少，会加剧新陈代谢的降低。
显而易见的是，一口生日蛋糕对一个7岁的女孩、她的中年父亲和年迈的祖母来说，有着不同的作用。克拉拉的这一口很可能被忙碌工作的细胞笑纳，从而促进身体发育。我的可能会用于维护保养，修复一天中累积的微小损伤。对于祖母来说，她的衰老细胞可能根本无法有效利用蛋糕的热量，而是将其储存为糖原或脂肪。事实上，对我们任何人来说，如果摄入的热量比消耗的多，蛋糕最终都会变成脂肪。
变化图还突出了人类面对的一个巨大谜团。其他猿类在（对应人类年龄的）三四岁左右就已经断奶，并学会自己觅食。可我们的孩子要在数年时间里完全依赖他人提供食物，直到十几岁才能自给自足。我们的物种不仅演化出了比其他猿类更快的代谢速率和更高的能量需求，甚至还必须为每一个成本高昂的后代提供超过十年的食物。我们从哪里获得这些热量？最近，我和同事也计算出了人类能量方程的这一部分。
昂贵的孩子
在过去的十年里，我一直在与同事合作，以了解坦桑尼亚北部哈扎（Hadza）部落的能量流动。这个部落只有大约1000人，其中约一半人保持着传统的狩猎采集生活方式，在他们称之为家园的热带草原上觅食。
我们用双标水法测量了哈扎人的能量收支，清楚地了解了哈扎男性和女性每天消耗的能卡路里。我们还带来了便携式呼吸测量设备，这像一个公文包里的代谢实验室，可以用来测量散步、攀爬、挖块茎和砍树等觅食活动的能量消耗。经过十多年的努力，我们已经对哈扎人的能量流动有了一个完整的概念。
在美国犹他大学汤姆·克拉夫特（Tom Kraft）的带领下，我们的团队将哈扎人的能量收支与其他人类群落，以及猿类的对应数据进行了比较。这是一个庞大的项目，需要仔细研究狩猎采集者的古老民族志记录，还需要结合生态学研究和猿类的双标水法测量结果，从而重建它们的觅食耗能模式。但当研究完成时，我们得到了关于人类这个物种在能量方面成功之处的新理解。
聪明的合作者
事实证明，人类独特的合作觅食策略，再加上我们的工具和聪明的大脑，使得狩猎采集变得极其高效。即使在坦桑尼亚北部干燥的热带草原上，哈扎人平均每小时也能获得500~1000千卡的食物。5个小时的狩猎和采集可以相对稳定地带来3000~5000千卡的食物，足以满足狩猎采集者的日常需求，并为儿童提供食物。
正是不断的正反馈将人类推向了新的高度。狩猎和采集是如此高效，甚至产生了过剩的能量。这些额外的能量被输送到后代身上，这意味着他们可以拥有更长的时间来学习技能，从而成为高效的狩猎采集者。成年后，他们会像父母一样，获得大量的食物，并将过剩的能量提供给下一代。随着时间的推移，觅食策略越来越复杂，人类的儿童阶段也越来越长。
野生猿类在采集食物方面就没有人类这么有效率。一项统计表明，黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩每小时获得的能量约为200~300千卡。它们每天需要7个小时的觅食才能满足自己的能量需求——难怪它们不会分享食物。
我们高效的觅食并不轻松。狩猎采集者获取食物所消耗的能量是野生猿类的两倍以上。令人惊讶的是，人类的技术和智慧并没有使我们更加节能。合作和文化使人类觅食者提高了时间效率，每小时能获得大量热量，但我们独特的觅食策略仍然需要消耗很多能量。
狩猎和采集是非常辛苦的任务，耕种也简单不到哪去，但我们的分析发现，耕种获得的能量可能更多。玻利维亚亚马孙雨林中生活的提斯曼（Tsimane）人提供了一个对比参照。提斯曼人摄入的大部分能量来自农业生产，不过他们也会打猎、钓鱼和采集野生植物。在以农作物为主要能量来源的情况下，他们每小时生产的能量几乎是哈扎人的两倍。提斯曼人的能量利用效率也更高，在消耗相同卡路里的情况下，农耕可以比狩猎采集获取更多食物。
这些额外的能量也表现在提斯曼村庄里奔跑的孩子们身上。更多的食物和更快的生产意味着母亲的工作量减轻，因为社区中的其他人可以更容易地分担照顾孩子的时间和精力成本。与许多自给自足的农耕群落一样，提斯曼家庭往往人数众多，女性一生平均会有9个孩子。与哈扎社区每个母亲平均生育6个孩子相比，这种额外的能量的影响是不可忽略的。
享用我们的蛋糕
从这个角度来看，孩子的生日派对不仅仅是个人的里程碑，还是对我们不可思议的演化故事的庆祝。当然，应该庆祝的还有食物。我们从农民祖先那里得到了制作蛋糕的面粉和糖，从旧石器时代的祖先那里得到了烘烤蛋糕的火，牛奶和鸡蛋来自我们祖先驯化的物种。
还有日历，我们用日历来标记日期和度量我们的岁月，这是农学家的发明，他们需要精确地知道何时收获和播种。狩猎采集者会追踪季节和月球周期，但很少使用准确的年历——哈扎人不过生日。
但任何庆祝活动的要义都是亲朋好友齐聚一堂，几代人聚在一起吃饭、欢笑和唱歌。我们演化出的狩猎、采集和农耕的合作将我们维系在一起，给了我们童年，延长了我们人生的光辉时代。合作觅食也有助于推动文化的发展和创新，从而使生日和其他仪式变得更加精彩和多样化。而这一切的核心就是分享。
如今，地球上有80亿人，人们可能会开始担心我们发展得有些过分了。我们已经学会利用化石燃料，并让廉价的食物淹没世界，这大幅增加了我们的能量预算。对现代人来说，获取能量如此容易，很少有人会花一整天的时间去觅食，而这在地球的生命历史上还是第一次。这种巨大的转变给我们的集体创造力带来了福音，使许多人能够以艺术家、医生、教师和科学家的身份度过一生——这是食品生产之外的一系列职业。我们已经开辟出了独属于人类自己的奇怪法则，远离了自然世界的原始规律，因此也只能向人类自己寻求指引。只需要一点运气和足够多的合作，人类或许就可以再过几百万个生日——让我们这样许个愿吧。
本文节选自《环球科学》2023年2月刊中的《代谢真相：人类如何走上巅峰》一文
来源：环球科学（ID：huanqiukexue）
