生育婴儿所需的能量可能比我们想象的多 10 倍

我们都知道养育孩子花费不菲，但这个事实比你想象的更普遍。根据 5 月 16 日发表在《科学》杂志上的一项新研究，在各种动物中，生育后代所消耗的能量可能比之前估计的要高出 10 倍。具体来说，作者指出，过去的生物学理论严重低估了母亲怀孕的间接代谢成本。

这项开创性的分析排除了产卵或幼崽出生后的父母照料成本（如哺乳或食物供应），只关注产生这些卵或幼崽所需的能量投入。尽管如此，它还是发现，将新生命带到这个世界需要付出巨大的生物学代价。这些发现对于我们对生物学和生态学的基本理解，以及野生动物保护和预测气候变化下生物多样性的未来都具有重要意义。

“这有点像重写教科书，”肯塔基大学生物学助理教授罗比·伯格 (Robbie Burger) 告诉《PopSci》 ，他没有参与这项新研究。“生物合成的成本经常被忽视，并被认为微不足道。但这表明，从受精到出生，后代的生长和发育需要巨大的成本，而这些成本不会转化为生物质——它们全都被烧掉了。”

“我们中的许多人一直在试图找出繁殖的直接能量成本，并且在某种程度上认同我们可以忽略这些间接成本的假设，”华盛顿大学的进化生态学家劳伦·巴克利 (Lauren Buckley) 表示，他不是研究小组的成员。“这些作者说间接成本超过了直接成本。这对我们如何思考生物在其环境中的能量学有着重大影响。”

在繁殖过程中，后代（从卵中孵化出来的幼崽或活产的新生幼崽）会体现能量。这种直接能量来自母亲，最终会成为新个体的生物组织。这种能量消耗是通过评估后代的构成并估计其中所含的能量来衡量的。

但繁殖也有间接成本：合成和怀抱这些后代所消耗的能量，这在以前基本上没有被量化。新研究表明，对于许多物种，特别是哺乳动物来说，后者远远超过前者。墨尔本大学生态学家和生物学家迈克尔·卡尼 (Michael Kearney) 说，研究结果表明，制造动物是一个低效的过程，类似于运转汽车引擎，他没有参与这项新研究。投入繁殖的大部分能量都以热量和其他代谢副产物的形式被浪费掉了，这些都是形成新生命的化学和生物反应的结果。合成组织所需的能量比合成组织本身所含的能量还要多。

该研究评估了各个类别的动物，将它们分为三类：产卵的外温动物（通常称为“冷血”动物）、胎生的外温动物（如许多爬行动物和节肢动物）和哺乳动物，后者孕育幼崽并在体内管理体温（即“温血”）。不同物种的成本差异很大，但研究人员发现，平均而言，对于产卵的外温动物而言，间接能量成本占生殖总能量成本的 40% 左右。对于胎生的外温动物而言，这一比例上升到一半左右。而对于哺乳动物而言，生殖过程中消耗的间接代谢能量约占从受精到出生过程中所用总能量的 90%。

为了得出这些数据，科学家们查阅了数千篇研究文章，并正式评估了 171 篇之前发表的有关动物新陈代谢和繁殖的论文，涵盖了总共 81 个物种的数据。（由于缺乏足够的过往研究，因此将鸟类排除在定量分析之外。）纳入荟萃分析的研究包含以下数据：个体动物在基线时消耗的能量、携带卵子或幼崽时消耗的能量以及/或后代的能量含量。根据过往的研究，作者汇总了不同的数据，并创建了一个简单的数学模型来了解繁殖的直接和间接成本。他们估计，繁殖的间接成本是一个线性函数，与携带幼崽或卵子的时间以及与该生命阶段相关的代谢增加有关。

研究人员还模拟了三个分析组中的几个物种的间接生殖成本。他们发现，在哺乳动物中，棕蝠的间接成本最低，约占生殖能量总量的 75%，而人类的间接成本最高。从受精到出生，人类怀孕期间消耗的代谢能量是新生儿直接储存能量的 24 倍。换句话说，生育的间接成本占生殖总能量负担的 96%。

目前尚不清楚这些多余的能量究竟去了哪里，但研究作者推测，胎盘的形成或后代的新陈代谢本身会消耗母亲的热量。还需要进一步研究才能确定。

显而易见的是，如果研究结果属实，那么动物生物学的很多方面都可能需要重新评估。“我们的工作……直接挑战了大多数动物生长及其生命史的生物学模型，”这项研究的主要作者、澳大利亚莫纳什大学的博士生 Samuel Ginther 告诉PopSci。

加州大学伯克利分校的综合生物学家 Caroline Williams（未参与这项研究）表示，新的繁殖模式可能会显著改变生态系统承载能力的估计以及我们对物种生存所需资源的理解。她指出，它还可能改变我们对生物在生长和生存之间权衡的理解——身体大小和寿命等因素可能比我们想象的更受繁殖的影响。Burger 补充说，衰老也可能与生殖代谢密切相关——也许生育的代价会加速动物的衰老。

从更大范围来看，这些发现加剧了人们对气候变化如何影响地球生命的担忧。金瑟和他的同事指出，外温动物的新陈代谢与环境温度有着错综复杂的联系，随着温度升高而增加。他们推测，全球变暖可能会增加繁殖过程中本来就很高的新陈代谢成本，导致后代体型更小、活力更低，尤其是在冷血动物中。

“许多生物都处于能量边缘，尤其是在气候变化和极端事件的背景下，”巴克利说。“如果存在我们之前没有考虑到的成本，那么这些成本就是我们之前没有意识到的对生物和生态系统健康的额外挑战。”

Williams 表示，这项研究“是朝着更好地了解妊娠和生殖迈出的非常好的第一步”。但还有很多工作要做。她指出，我们需要更多关于不同动物物种的实际（而非模型）能量成本的数据。由于数据有限，研究样本量很小。Buckley 补充说，作者必须做出一些重大假设才能建立他们的数学模型——例如，间接代谢成本将在整个妊娠期间线性增加。“这些假设总体上似乎合理，但看到人们试图更好地量化未来的生殖成本将会很有趣，”她解释道。许多问题仍未得到解答，例如哺乳动物哺乳与妊娠的比较成本，雄性生殖能量成本是否也可能被低估，以及鸟类如何适应所有这些。

科尔尼说，这“凸显了我们所知甚少”。但现在我们至少对母亲身份中一个被低估的方面有了重要的初步了解。