科学家摸到人类耐力“天花板”

在人类非凡的耐力过程中，代谢活动的峰值受到生物特征的限制。资料来源:ISTOCK.COM

根据我们的报纸，马拉松运动员似乎有无穷的力量，但事实证明，他们最大的障碍恰恰是他们自己的身体。一项新的研究首次量化了耐力运动不可逾越的“上限”，如长跑和骑自行车，同时发现怀孕的新陈代谢率与超级马拉松相似。

“这是非常酷的数据。”没有参与这项研究的哈佛大学进化生物学家丹尼尔·利伯曼说:“这是一个非常令人信服的例子，说明人类的耐力是有极限的。”

生理学家和运动员一直对人体的极限感兴趣。大量证据表明，大多数人，包括哺乳动物，在运动几个小时以上后，消耗的能量是其基础代谢率的5倍。生物代谢率是指人体在自然温度环境中保持生命处于平静状态所需的最低能量代谢率。北卡罗莱纳州达勒姆市杜克大学的进化人类学家Herman Pontzer说，人类如何利用能量进行更长时间的耐力活动是另一个问题。

2015年，当耐力运动员、印第安纳州西拉斐特普渡大学的前人类学家布莱斯·卡尔森在全美组织了一场比赛时，庞泽认为他找到了一个回答这个问题的机会。运动员被要求在20周内跑完从加州洛杉矶到华盛顿特区的一系列马拉松，总计4957公里。

为了找出研究中的运动员燃烧了多少卡路里，庞泽、卡尔森和他们的同事用无害且不常见的氘和氧-18同位素替代了运动员饮用水中的正常氢和氧。通过化学追踪尿液、汗液和呼出气体中这些同位素的释放，科学家可以计算出一名运动员产生多少二氧化碳——这一指标与他们燃烧多少卡路里直接相关。

庞泽的团队测量了6名跑步者的初始骨密度——5名男性和1名女性。然后他们收集比赛期间的能量消耗数据，以便知道运动员每天消耗多少卡路里。研究人员绘制了这些数据随时间的变化曲线，并与之前从其他耐力项目中收集的代谢数据一起进行了分析。这些耐力项目包括长距离自行车项目，如铁人三项、160公里马拉松、环法自行车赛和北极探险。

研究人员发现，无论哪种比赛，20天后能量消耗都会迅速稳定下来，最终保持在运动员骨密度值的2.5倍左右。他们指出，到那个时候，人体燃烧卡路里的速度超过了吸收食物并将其转化为能量的速度，这代表了由生物学决定的人类表现的上限。当运动员达到这个“上限”时，身体必须消耗脂肪储备来获得能量。研究表明，即使是最优秀的耐力运动员最终也无法突破这个极限。研究人员认为，这表明身体在高能量消耗一段时间后会自我调整。

研究人员称，耐力运动极限的一个原因是身体消化食物和吸收热量的能力有限。研究发现，所有耐力运动都符合这一规则，不管它们是在冬天拖雪橇还是在夏天参加自行车比赛，这与之前研究认为耐力与身体表面温度调节有关的观点不同。

“这是一个美丽的发现。作为一名科学家，这是值得的。”庞泽说，“我们终于找到了人类忍耐的极限，人类能够做到的极限。”

科学家在6月5日的《科学进步》杂志上报道了研究结果。

米苏拉塔蒙大拿大学的运动生理学家布伦特·鲁比没有参与这项研究，他说新的发现解释了耐力运动员如何在不减肥的情况下长时间消耗能量。

在第二个发现中，作者报道了人类怀孕，其能量消耗已经在早期的研究中被测量，需要一个类似于长期运动耐力项目的能量水平。这个过程也面临同样的代谢限制。庞泽说:“当我们像看待环法自行车赛和铁人三项赛那样看待怀孕时，你会意识到怀孕对身体的要求是多么的不可思议。”

包括利伯曼在内的一些研究人员认为，人类进化出的身体可以跑很远的距离来捕食高热量的大型动物，这些新陈代谢的适应也可能让母亲生下大脑更大的大婴儿。庞泽认为，考虑到怀孕和耐力活动是在相同的新陈代谢规则下进行的，情况也可能相反——也许人类进化出的婴儿大脑体积更大，这给了人类更多的耐力。

利伯曼不同意这一点。"这是一个相当大的飞跃，需要更多的证据来支持."他说，“让我们一步一步来，就像跑马拉松一样。”

(赵茜·Xi)

相关论文信息:DOI: 10.1126/sciadv.aaw0341

《中国科学日报》(2019-06-11第二版国际版)