英格恩生物技术博客 生物实验干货分享
近来，科学家Pontzer系统地测量了各种动物和各行各业的人每天使用的总能量，得出了非常令人惊讶的结果：平均而言，锻炼并不能帮助人们燃烧更多的能量；非洲活跃的狩猎采集者每天消耗的能量并不比办公室久坐不动的工作人员多；孕妇每天燃烧的卡路里并不比其他成年人多。
在 2000 年初期，我们对人类的总能量消耗 (TEE) 知之甚少——即一个人的37 万亿个细胞在 24 小时内燃烧的卡路里数（食品标签上的“卡路里”）。研究人员测量了我们身体在休息时燃烧能量的速率——基础代谢率 (BMR)，其中包括用于呼吸、循环和其他重要功能的能量。根据体型调整后，大型哺乳动物的BMR 大致相同。因此，尽管 BMR 仅占总能量使用量的50% 到 70%，但研究人员认为，以公斤为单位，人类燃烧能量的速度与其他猿类大致相同。
但是人类有额外的能源消耗：我们的大脑，占我们每天能源消耗的 20%。我们的祖先通过进化出更小的内脏和其他器官来供养这些大脑的需求。其他人认为人类通过进化，形成更有效地行走和跑步来节省能量。
Pontzer测量了狗和山羊在跑步和行走时呼出的二氧化碳量。例如，腿长的狗在奔跑时比柯基犬消耗的能量更少。实际上，现在已经开发出一种更好的方法来测量一天内的 TEE：双标水法，这种方法测量TEE 时无需要求受试者整天对着通风橱呼吸了。
受试者需要喝一种带标记的水，其中氢和氧的被不同同位素替换。然后研究人员在1 周内多次采集他们的尿液。标记的氢通过身体进入尿液、汗液和其他液体，但是当一个人燃烧卡路里时，一些标记的氧气会以二氧化碳的形式呼出。因此，尿液中标记的氧气与标记的氢气的比率可以衡量一个人的细胞在一天中平均使用多少氧气，从而燃烧了多少卡路里。
随后对类人猿的双重标记水研究发现，哺乳动物在调整体重后具有相似的代谢率。
在类人猿中，「人类是异类」
Pontzer和同事在 2016 年在《自然》杂志上报告说，根据调整体重后，我们每天燃烧的能量比黑猩猩和倭黑猩猩多 20%，比大猩猩多 40%，比猩猩多60%。体脂的差异同样令人震惊：男性人类的脂肪含量是其他雄性猿类的两倍，女性是其他雌性猿类的三倍。
Pontzer利用双标水法研究了哈扎人的活动，发现即使对于那些狩猎和寻找食物时每天步行约8公里的哈扎人，经过换算后，他们男性和女性平均每天消耗的能量与美国以及欧洲、俄罗斯和日本的男性和女性相同，2012年的《PLOS ONE》上报道。
并且，他通过另一个团队对受过半程马拉松训练的久坐女性的研究数据来支持这一点：经过数周的训练，与开始训练前相比，每周跑 40 公里时，她们每天消耗的能量几乎没有增加。在另一项针对马拉松运动员的研究中，他们每周 6 天，连续 140 天，每天跑42.6 公里，Pontzer 和他的同事发现，随着时间的推移，跑步者消耗的能量逐渐减少——在比赛结束时每天消耗 4900 卡路里的热量。开始时6200卡路里。Pontzer 说，随着运动员在数周或数月内跑得越来越多，他们的新陈代谢会在其他地方减少，以便为额外的运动成本腾出空间。相反，如果你是一个沙发客，你每天可能仍然消耗几乎同样多的卡路里，从而为你的身体留下更多的能量用于压力反应等内部过程。
Pontzer使用数据库对人类生命周期内的能源进行了首次综合研究。一个流行的假设再次受到威胁：青少年和孕妇的新陈代谢更高。Pontzer发现，蹒跚学步的孩子才是动力。新生儿的新陈代谢率与怀孕的母亲相同，在体重换算后与其他女性没有什么不同。但是在 9 到 15 个月大的时候，根据体型和脂肪进行调整后，婴儿一天消耗的能量比成年人多 50%。这可能会促进他们不断增长大脑，或许还会促进免疫系统的发展。发表在《科学》杂志上的研究结果有助于解释为什么营养不良的婴儿可能会出现发育迟缓。
根据体重换算后，儿童的新陈代谢保持高水平，直到 5 岁左右，然后开始缓慢下降，直到 20 岁，并在成年后稳定下来。人类在 60 岁时开始使用更少的能量，到 90 岁时，老年人的使用量比中年人少 26%。
Pontzer 现在正在探索他对运动员的研究中出现的一个谜团：我们的身体每天可以燃烧多少卡路里似乎有一个硬性限制，这取决于我们消化食物并将其转化为能量的速度。他计算出一个 85 公斤重的人每天摄入的热量上限约为 4650 卡路里。
为了了解身体如何在不破坏能量极限的情况下进行剧烈运动或抵抗疾病，Pontzer和他的学生正在探索身体如何抑制其他活动。他希望可以揭示精神压力的隐藏成本。测量压力和免疫反应如何增加能量使用有助于揭示这些无形的活动如何在我们的日常能量预算中的占比和权衡。