咀嚼消耗能源量比想像高 或影響古人類演化進程

當談到燃燒卡路里的方法時,很少有人會想到咀嚼。最新刊於《科學進展》的研究發現,我們每天燃燒的大約 3% 能量來自咬香口膠、軟骨和其他「有咬勁」的食材。雖然消耗的卡路里遠不如走路甚至消化,但咀嚼可能足以重塑人類遠古祖先的外貌與演化進程。

無參與是次研究的芝加哥大學解剖學家 Callum Ross 指,研究為關於人類顎骨與遠古祖先,以及現代靈長類動物的為何如此不同的爭論,增加了具體數據。

長久以來,學者一直懷疑我們的顎骨大小和牙齒形狀,都是為了提高咀嚼效率而演化出來。隨著人類祖先的飲食轉向更容易咀嚼的食物,並開發出切碎和烹飪等技術,減少咀嚼的時間和精力,顎骨和牙齒的形狀也發生了變化,相比其他靈長類動物是縮小了。不過,如果不知道人類每天在咀嚼時消耗了多少能量,就很難確定減耗能源是否也推動這些演化的一個因素。

因此由英國曼徹斯特大學生物人類學家 Adam van Casteren 領導的研究,就請來 21 名成年男女戴上似太空人的頭罩,測量了他們平常消耗的氧氣量和呼出的二氧化碳 (CO2)。然後,團隊再給這些志願者一種無味道、無香味、無卡路里的香口膠,讓他們咀嚼 15 分鐘。

Researcher Adam van Casteren in a respirometry chamber used to measure the energy expenditure while chewing.
CREDIT: Adam van Casteren

咀嚼時,志願者呼出的 CO2 量上升,表明其身體正更加努力地工作,但因為香口膠無味道、無香味、無卡路里,不會觸發消化系統運作,故此可以肯定加快的能源消耗來自咀嚼活動。團隊發現,香口膠仍柔軟時,志願者的新陳代謝平均提高了 10%;咀嚼較硬的香口膠則比休息時需要多 15% 的能量。 團隊認為,雖然消耗差異不大,但咀嚼對身體能量需求仍有一定重要性。

總體而言,咀嚼香口膠佔志願者每日能量預算的不到 1% ,但在實驗室裡咀嚼香口膠本質上是一種概念證明:在烹飪和工具使用出現之前,早期人類可能會花更多時間咀嚼。如果古人類咀嚼香口膠的時間與大猩猩和猩猩一樣多,團隊估計古人類至少可以消耗掉每日能量預算的 2.5%;如果吃更硬的食物並且咀嚼時間需要更長,咀嚼造成的總能量消耗會佔預算的更大比例。

發現亦支持更有效的咀嚼效率,可能是一種演化優勢的說法。該說法指出,通過在咀嚼活動中節省能量,人類就分配到更多能源花在其他事情上,比如休息、復原和成長。

計算人類咀嚼的能量成本也可以讓我們一窺其他原始人類的演化策略。例如生活在 200 萬至 400 萬年前非洲的南方古猿 (Australopithecus) ,其牙齒具有比現代人類大四倍的咀嚼面和巨大的下顎肌肉。牠們肯定在咀嚼食物上花費更多能量。

儘管如此, Ross 仍不相信僅靠能量學就能解釋顎骨和牙齒隨時間推移而演化的方式。其他因素例如最大限度地減少牙齒磨損的顎骨形狀可能更為重要。他指出,天擇可能更關心不磨損牙齒,而不是能源效率,因為無牙齒的動物會很快耗盡自己的能量而無法重新攝取。

與南方古猿或現存靈長類動物相比,人類是個異類。過去有研究推算我們每天只花 7 分鐘咀嚼。相比之下,山地大猩猩可以將高達 90% 的清醒時間用於咀嚼,跟山羊和奶牛等反芻動物相若。 

來源:

Science, Chewing burns more calories than you think—and may have shaped our evolution

報告:

van Casteren, A., Codd, J.R., Kupczik, K. & et al. (2022). The cost of chewing: The energetics and evolutionary significance of mastication in humans. Science Advances Vol 8, Issue 33. doi: 10.1126/sciadv.abn8351

文/AC、審/WL

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