nature17654代谢加速和人类大脑大小和生命史的演变.doc

【代谢加速与人类大脑发展及生命历程演化】 人类与其它类人猿的显著区别在于我们的大脑更大，且具有独特的生活史特征，包括高生育率、慢速的儿童成长期以及较长的寿命。这些特征暗示了人类进化过程中能量消耗与分配的重大转变。然而，要深入理解这一进化策略，就需要对比人类和类人猿的新陈代谢率。 本研究通过双标记水法测量了人类、黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和猩猩的总能量消耗（TEE），以检验人类是否经历了代谢速率的加速，从而为大脑发育和更快的繁殖提供能量，同时不牺牲寿命。结果表明，人类的TEE相对于黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩和猩猩分别高出约400、635和820千卡每天，这主要归因于基础代谢率（BMR）的增加，即器官代谢活性的提高。此外，人类拥有更高的体脂百分比，这可能是能量存储和分配变化的一个体现。 生命历史理论指出，生物体必须在生长、繁殖和维持生存之间分配有限的代谢能量。快速繁殖的物种通常寿命较短，因为能量更多地用于生殖而非维持生命。在灵长类中，大脑的生长也需要大量的能量。人类在繁殖频率、新生儿大小、寿命和大脑大小方面展现出独特的模式，这被称为“能量悖论”。人类的大脑是所有物种中最昂贵的，但我们的生育率并不低，寿命也最长。 过去有假设认为，肠道减小或运动效率提高为大脑扩张提供了能量，但研究表明，肠道减小不足以解释人类大脑的增大，而人类的行走效率虽高，但日常行走的能量成本并不低于野生黑猩猩。食物分享可能有助于人类的生育间隔缩短和繁殖速度加快，但繁殖对人类母亲来说仍是一个巨大的能量负担。 本研究的新发现是，人类的TEE增加主要是由于基础代谢率的提高，这意味着有更多的能量用于器官代谢。人类和类人猿之间的代谢率差异以前未被充分研究，而这项工作填补了这一空白。通过比较，研究人员证实了人类代谢的加速，这可能是为了适应更大的大脑、更高的生育输出和更长的寿命，而无需牺牲能量平衡。 这项研究揭示了人类进化的关键机制之一，即代谢加速在人类大脑的演化和生命史特征形成中的重要作用。这种代谢速率的增加可能源于能量分配的改变，使得人类能够支持更大、更昂贵的大脑，同时保持较高的生育率和延长的寿命，而这些特征共同塑造了我们独特的生物学特性。