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每天喝8杯水?杜克科学家发现人类已演化出“低流量”节水模式

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如果要问,人类与其他动物近亲有什么不同,除了更大且耗能的大脑,以及用两条腿走路以外,还有一点可能是你不知道的,那就是我们的“低流量”节水模式

  近日,发表在《Current Biology(当代动物学)》上的一项新研究中,来自美国杜克大学和林肯公园动物园领导的研究团队首次精确测量了人类与类人猿每天流失和补充的水分。该研究发现,我们每天要比动物近亲们少补水30%到50%。换句话说,在灵长类动物中,人类已然演化成“低流量”节水模式。

  

  每天,我们在出汗、上厕所,甚至呼吸的时候,身体都在不断失去水分。这些水分需要及时补充,以保持血容量和体液平衡。然而,这项研究的结果却出人意料。

  在这项新研究中,研究人员使用含有氘和氧-18的双标记水作为追踪剂,追踪了动物园和热带雨林保护区72只类人猿每日体内的水循环情况,以了解有多少水分是通过食物和饮料获得,有多少水分是通过汗水、尿液和胃肠道流失的。

  

  图片来源:林肯公园动物园

  随后,研究人员将该结果与309名有着不同生活方式的人类进行比较,这些人包括农民、狩猎采集者和久坐的上班族。他们喝的是同样的双标记水。研究人员一方面计算通过食物和饮料摄入的水分,另一方面计算通过汗液、尿液和胃肠道流失的水分。

  研究通讯作者、杜克大学的进化人类学家Herman Pontzer解释说:“为了在健康范围内保持体液平衡,人类或任何其他动物的身体都有点像浴缸,即进来的水必须和出去的水相等。例如,通过出汗失去水分,身体就会发出口渴信号,告诉我们该喝水了;而当喝下超过身体所需的水分时,肾脏就会排出多余的液体。”

  当把所有摄入和流出的水分加起来时,研究人员发现,平均每个人每天处理大约3升(或12杯)水;而生活在动物园里的黑猩猩或大猩猩要两倍于这个水量。

  

  研究人员表示对这一结果感到惊讶,因为在灵长类动物中,人类的出汗能力惊人。在每平方英寸的皮肤中,人汗腺是黑猩猩的10倍。这使得一个人在一小时的剧烈运动中出汗超过1.9升成为可能。再加上猿类过着懒惰的生活。它们中的大多数每天花10到12个小时休息或进食,然后睡10个小时,实际活动量在一天中很少。

  研究人员发现,即使在厄瓜多尔农村的一小部分成年人中,出于文化原因每天也要饮用大量的水(男性每天饮水超过9升,女性每天饮水将近5升),但总体的水/能量摄入比仍然与其他地方的人类相似,约1.5毫升/千卡,类人猿平均为2.79毫升/千卡

  即使在婴儿时期,早在我们第一次食用固体食物前,人类母乳中的水/能量比就比类人猿的少25%。

  随后,研究人员控制了外界温度、体型和每天的活动水平以及热量消耗等因素的差异,结论仍然表明,与类人猿相比,人体的水周转率大大降低,每单位食物代谢能量消耗的水分也更少。也就是说,人类的“低流量”节水模式是真实存在的。与近亲动物相比,我们只需要较少的水分来维持健康的体液平衡。

  研究人员认为,早期古人类以某种方式演化出一种或多种保存体液的方式,从而使他们能从热带雨林迁徙到较为干旱的地区,但研究人员表示,目前还不清楚这是如何实现的。

  在热带雨林中,类人猿的水分主要来自植物,这意味着它们可以几天或几周不需要直接饮水。然而,人类在没有水的情况下只能存活三天左右,这是因为我们无法从食物中获取足够的水分。因此,也不可避免地要求我们比猿更频繁地喝水,这意味着我们不能偏离水源太远。

  然而,这些发现表明,随着时间推移,人类的口渴反应以某种方式重新调整,这意味着我们可能比类人猿消耗每大卡能量需要的水更少。

  Pontzer将其称为“生态束缚”,他认为,自然选择赋予了人类更领先的优势,因此我们的祖先可以在没有水的情况下走得更远,这使早期古人类得以扩张到更干燥的地域,面对更高的温度压力寻找食物。

  Pontzer解释说:“即使只能在没有水的情况下存活一段时间,但对于早期人类开始在干旱的大草原上生存来说也是很大的一个优势。

  此外,研究人员认为,人体可能通过另一种方式改变成“低流量”模式:与类人猿不同,人类演化出突出到外部的鼻子,因此可以减少呼吸时的水分流失。

  这些突出的鼻子首次出现在大约160万年前的化石记录中,随着直立人的出现以后,突出的鼻子从类人猿扁平的鼻子中分化出来。

  研究人员认为,鼻腔内更多的空间使水分有更多机会被冷凝成水蒸气,以使液体重新被吸收利用,而不是被呼出到体外。除了我们的口渴反应,这些突出到外部的鼻子可能也让人类在干旱环境中顽强地生存发挥了关键作用。

  Pontzer说:“这仍然是个谜,但很明显,人类正在节约用水。找出这种生理变化是如何发生的,这将非常有趣。”

  论文链接:

  https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.02.045

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