作者:Christopher W. Kuzawa 来源:《美国国家科学院院刊》 发布时间:2014-9-3 11:01:27
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科学家揭示人类婴幼儿缘何长得慢

 

人类婴幼儿期比其他灵长类动物长得多。

图片来源:Simon Thomas

与其他灵长类动物(例如黑猩猩、长臂猿或恒河猴)相比,人类是一种大器晚成的生物——他们的童年和青春期几乎是前者的两倍。至于其中的原因,一个被广泛接受但很难验证的理论认为,儿童的大脑消耗了太多从身体其他部分转移来的能量,从而延缓了生长发育。如今,一项关于儿童葡萄糖摄取和身体发育的研究证实了这一假说。

之前的研究表明,在婴儿期和儿童期,人类的大脑攫取了身体消耗能量总和的44%至87%。这是为什么人们需要很长时间才能长大的原因吗?其中的一个方法是更为精确地研究贯穿整个童年时期的大脑新陈代谢情况,但是这样的研究迄今并不存在。然而发表在8月25日美国《国家科学院院刊》网络版上的一项研究,将3个早期数据集结合在一起,从而为测试这一假设提供了可能。研究人员报告说,人类儿童的大脑有着巨大的能量需求,5岁时消耗的能量大约是成年人的两倍。这或许可以解释人类为什么有着漫长的婴幼儿期。

首先,研究人员利用一项1987年对年龄介于婴儿和30岁之间的36人进行的正电子扫描研究,评估了大脑3个主要阶段的葡萄糖摄取情况。随后,为了计算葡萄糖摄取在整个大脑中的变化,研究人员将这些数据与一项国立卫生研究院(NIH)进行的研究——400名年龄介于4岁半至成人的受试者的脑容量变化情况——整合在一起。最后,为了将年龄和脑葡萄糖摄取与体型联系起来,研究人员使用了于1978年采集的涉及1000人的从出生到成人的一系列脑容量和体重数据。

由伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学人类学家Christopher Kuzawa率领的研究人员发现,当大脑需要大量能量时,身体的生长发育便会减速。例如,与脑葡萄糖摄取最多阶段——4岁半至5岁——相对应的是体重增加最少的时期。这一发现强烈暗示了童年时期大脑的高能量需求是较慢生长的补偿。

“我们发现,人类身体在婴幼儿时期长不快,是因为大量资源都用来发育人类大脑。”Kuzawa在一份声明中说,“作为人类,我们有太多的知识需要学习,而学习需要一个复杂且渴求能量的大脑。”

4岁时,人类大脑所消耗的能量占人体总消耗量的约40%,此时每克大脑组织的葡萄糖消耗水平是出生时的2.5倍。5岁时人类大脑对葡萄糖的需求达到峰值,成年人大脑对葡萄糖的需求只有此时的一半。总体而言,4到5岁时,人类身体的生长速度降至最慢。

由于人类出生时头部占身体的比例最大,此前曾有研究认为,新生儿时期大脑所消耗能量占人体总消耗量的比例是人类一生中最大的时期。

研究人员还猜测说,人类大脑在婴幼儿期中期阶段能量需求达到最大,而大脑中连接神经元的突触数量也在这个年龄段达到最大值,这说明大脑消耗的能量可能用来生长突触。

瑞士苏黎世大学生物人类学家Karin Isler认为:“这是一篇非常酷的论文。”他说:“这项研究非常令人信服地表明,对于人体来说,大脑和身体的能量需求增长的矛盾通过延迟生长时间得到了满足。”

这一假设最早由纽约温纳-格伦人类学研究基金会人类学家Leslie Aiello和英国利物浦约翰·摩尔斯大学Peter Wheeler于1995年提出。尽管该理论最初认为更大的大脑是由更小的消化系统所支撑的,但后来的研究显示,其他机制也可能在起作用。Isler和苏黎世大学灵长类动物学家Carel Van Schaik后来提出,能量丰富的饮食能够延迟生长和繁殖,而节能运动也可以帮助高能耗的大脑。

研究人员下一步打算看看类似的生长权衡是否也会发生在其他灵长类动物身上。但这很难,“获得其他灵长类动物所有生长阶段的脑葡萄糖正电子扫描数据很诱人但也很困难,并且也很难进行对比研究。”Kuzawa说。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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