【生理科學】我們長得慢,是因為我們的大腦嗎?

■跟其他的靈長類相比,我們真的長得很慢。我們的幼年期是猩猩的兩倍長!為什麼我們要長得這麼慢呢?

sweet-baby-boy-600x414 撰文|葉綠舒

針對這個問題,在1995年,紐約的人類學家Leslie Aiello以及英國的學者Peter Wheeler共同提出了所謂的「高耗能組織假說」(The Expensive-Tissue Hypothesis):簡單來說,這個假說的重點是說,人類之所以長得慢,是因為我們的大腦--因為我們的大腦需要非常多的能量,而我們一天能花在覓食的時間有限,所以,身體為了要適應這個高耗能的組織,必須要放慢生長速度。

我們的大腦有八百六十億個神經元,是猩猩等靈長類的三倍;加上神經元之間互相連接的密度,也是所有動物裡面最複雜的。如此複雜的器官,即使從相對於其他組織在能量的需求上看來,我們的大腦也的確是一個高耗能的組織;從小到大,它消耗了我們每天攝取能量的44%-87%。過去,在蘇黎世大學(University of Zurich)的Carel Van Schaik就曾經提出,人類已經從三方面來調整自己的能量獲取與消耗,去迎合這個高耗能的大腦的需求。

人的大腦是脊椎動物裡面最複雜的。 圖片來源:維基百科
人的大腦是脊椎動物裡面最複雜的。
圖片來源:維基百科

第一,人類的食性由草食轉為雜食,以及由生食轉為熟食,使得人類可以由食物中提取更多能量供身體使用;因為熟食比生食容易消化吸收,而蛋白質與脂肪含量較高的食物(肉食),則因為能量密度較高,使我們可以在單位時間內攝取較多的熱量,不需要消耗更長的時間在攝取食物上(可參考「熟食使你聰明」一文)。

第二,人類長得慢,並將繁殖期延後,所以單位時間內身體其他部分對能量的需求,跟其他靈長類比起來較低;

第三,人類改用二足行走,使得人類在運動/移動這一項消耗的能量,比其他四足行走的動物大為減少。除了少用兩條腿以外,二足行走可以減少身體曝曬在太陽下的面積,因此與其他動物相比,人也比較不容易中暑(雖然筆者還是覺得自己超容易中暑的!)。

但是,這些都是間接的證據。是否有直接的證據,讓我們可以肯定地說:的確是因為有個高耗能的大腦,使得人類長得比其他靈長類都慢呢?

最近由西北大學(Northwestern University)的人類學家Christopher Kuzawa所領導的研究團隊進行的研究證明,我們的確是因為有這個「很貴」的大腦,讓我們長得比其他的靈長類都慢得多了!

研究團隊由先前許多不同的研究報告中,找出這些研究報告的原始檔案:包括了36個人的PET影像、以及400個從四歲半到成年人的大腦容積與年齡資料、再加上由1978年收集而來的1000個人從出生到成年的腦容積與體重資料,將這些資料彙整、分析,得出休息狀態的代謝率(RMR, resting metabolic rate)與每日能量所需(DER,daily energy requirement)以及生長速率(dw/dt,body-weight growth),然後找出大腦生長與身體成長這兩者之間的關係。

結果發現:當大腦消耗能量上昇時,身體的生長速度就變慢。最明顯的一個時期是在四歲半到五歲的這段期間,在這段時間裡,大腦消耗能量(主要是葡萄糖)是在到達成年期之前最高的時期,而我們身體的生長速率也下降到最低。

相對的,當我們開始進入青春期時,大腦消耗能量的速度開始下降,而這時身體的生長速度開始上昇。這個趨勢,不管在男性或女性都是一樣的。

由此可知,我們的「昂貴」的大腦,不只是每天要消耗很多能量(150-190 g 的葡萄糖,約為我們身體其他部分總和的2-3倍);當它在成長的時候,我們其他部分的身體,也必須要暫時放慢腳步,免得身體「入不敷出」,影響到正常的功能。

參考文獻:
Christopher W. Kuzawa, Harry T. Chugani, Lawrence I. Grossman, Leonard Lipovich, Otto Muzik, Patrick R. Hof, Derek E. Wildman, Chet C.
Sherwood, William R. Leonard, and Nicholas Lange. 2014. Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development. PNAS. published ahead of print August 25, 2014, doi:10.1073/pnas.1323099111
Leslie C. Aiello and Peter Wheeler. 1995.The Expensive-Tissue Hypothesis: The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution. Current Anthropology.36(2):199-221

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延伸閱讀:
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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。
責任編輯:Kerina Huang

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