生命之树里有一个几乎所有生物都遵循的法则：它们不断生长，直到达到生育年龄，一旦达到，它们就停止生长，全身心投入到繁衍后代。 这种生物规范基于能量流的变化。 一些人提出，从摄入的营养物质中获得的能量将用于自我发展，并被重新分配给新一代。 现在，一组科学家计算出了确保物种未来的代谢成本，而人类是那些为生儿育女投入最多焦耳（测量能量的基本单位）的人群之一。
一组生物学家收集了关于繁殖对 81 种动物的新陈代谢造成的成本的数据（他们自己或其他人的研究结果）。 有多种繁殖策略。 在大型胎盘哺乳动物中，经过数月的发育和长期的产后护理后，每次繁殖事件的正常情况是产生一个或几个后代。 与此同时，在大多数变温动物物种中，即所谓的冷血动物，它们完全依赖于大量产卵。 但它们都有与繁殖努力相关的双重能量成本。 一方面，是直接的，即后代携带的能量。 另一方面是间接的，就是父母自己的投入。
他们的发现并发表在杂志上 科学，是复制的总成本比以前认为的要高得多，有时高达10倍之多。 对于大型动物群体，哺乳动物的能量消耗是卵生变温动物（产卵的动物）（例如大多数鱼类、爬行动物或两栖动物）的三倍，是胎生变温动物（例如某些蛇和蜥蜴）的两倍多，其胚胎在子宫内完全发育。 差距一定更大。 尽管这是量化动物界代表性样本中繁殖的真实物理成本的首次尝试之一，但这项工作仅计算到后代出生或产卵那一刻。 这就排除了能量密集型过程和行为，例如生产母乳的代谢成本或大多数哺乳动物所特有的对后代的长期照顾。 “我们没有包括产后护理的能源成本，因为有很多方法可以量化它们，例如活动模式、保护幼崽、拥抱取暖等，”莫纳什大学（澳大利亚维多利亚州）的科学家 Sam Ginther 解释道。这项调查的第一作者。
样本中投入最多能量用于繁殖的动物（特别是雌性）是白尾鹿或弗吉尼亚鹿（维吉尼亚小蠊），平均投入 470,037 kJ（1 kJ 等于 1,000 焦耳）。 另一端有一个轮虫（折叠臂），一种用来喂养鱼幼虫的动物。 它们在产蛋前的繁殖力仅为 0.000003 kJ，少了十一倍。
“人类生殖的总能源成本为 208,303 kJ”
Sam Ginther，澳大利亚莫纳什大学科学家
“人类繁殖的总能源成本为 208,303 kJ，”Ginther 说。 该图将人类列为样本中在繁殖上花费最多的四个物种之一。 “直接成本为 8,669 kJ，间接成本为 199,634 kJ。 相比之下，一片重约 28 克的面包含有 287 kJ。 这意味着人类的间接成本约占再生产总成本的96%。 其中，人类在怀孕期间的代谢负荷第二大。
直接成本和间接成本之间的区别对于这项研究的作者来说至关重要。到目前为止，后代所消耗的能量已经过研究并且众所周知。它是每次繁殖事件的一窝或后代的质量（以克为单位）乘以后代所有组织的能量密度（以焦耳/克为单位）的结果。这个公式可以估算出不同物种的繁殖成本并进行比较。但这遗漏了一个更复杂的计算。直观地看，很明显怀孕、胎盘的代谢需求、雌蚊子发育卵子所需的蛋白质需求以及将它们变成最佳吸血鬼的必要性，或者鲑鱼在繁殖后仅几分钟就回到河流源头因疲惫和饥饿而死亡的史诗，都需要巨大的能量消耗。问题在于计算它。 计算这种间接成本的公式稍微复杂一些：这种代谢负荷（也以焦耳表示）是通过将母亲因生殖而增加的代谢量（每小时焦耳）乘以怀孕时间（以小时为单位）得出的。这是这项工作的伟大贡献。
通过这些公式，他们证实 81 个物种中有 48 个物种的间接成本高于直接成本。 平均而言，后代每摄入1焦耳，母亲就需要另外10焦耳。这种情况在哺乳动物中更为明显，极端情况就像上面提到的人类一样。 正如该研究的资深作者所强调的那样，这对生物的研究具有重大意义， 达斯汀·马歇尔来自同一所澳大利亚大学的生物学家：“我们的工作表明，动物的生长方式，当它们的生长和实际上它们的整个存在都减慢时，是为了满足繁殖的巨大能量需求。 “我们很早就知道，成功的繁殖是多细胞动物进化适应性的基本衡量标准，但这项工作表明这种繁殖需要多少能量消耗。”
哺乳动物的例子非常引人注目。 有时，它们处于进化的风口浪尖，在利用能量方面似乎效率不高。 作者自己举了母乳的例子，在许多哺乳动物物种中，母亲在创造母乳时花费的能量比母乳所含的能量还要多。 但马歇尔否认这是低效率的，相反，他坚持相反的观点：“是的，哺乳动物花费更多的能量来产生给定质量的后代，这似乎效率较低。 但这些刚孵化的幼体，由于发育先进（与鱼卵相比）和快速生长，在成年后的死亡率比发育欠佳的幼体要低得多。 最终，哺乳动物的初始投资较高，但存活率较高”，这是进化的回报。
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#人类是为繁衍后代投入最多精力的物种之一科学
2024-05-16 18:00:16
