哺乳動(dòng)物咀嚼能量成本的任何變化都會(huì)影響食物的凈能量增益。盡管咀嚼努力的能量效率是理解人類咀嚼系統(tǒng)進(jìn)化的基礎(chǔ)，但目前對(duì)咀嚼不同物品的相關(guān)代謝成本一無所知。研究人員使用咬肌的呼吸測(cè)量和肌電圖，證明人類受試者的咀嚼代表了可測(cè)量的能量匯。Science Advances一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)：咀嚼口香糖可將基礎(chǔ)代謝率提高10%至15%。咀嚼時(shí)能量消耗隨著牙齒咀嚼而增加，并通過更多的肌肉來消耗代謝。     

圖1 研究成果（圖源：Science Advances）     

研究人員將一組志愿者（6名男性和15名女性）置于旨在測(cè)量新陳代謝的通風(fēng)罩系統(tǒng)中。這些機(jī)器看起來“有點(diǎn)像宇航員頭盔”——其實(shí)它們的功能是測(cè)量氧氣吸收和二氧化碳輸出。研究人員使用測(cè)量結(jié)果來計(jì)算每個(gè)參與者的能量消耗（圖2）。    

圖2 通風(fēng)罩系統(tǒng)用于測(cè)量在咀嚼等活動(dòng)中消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳 （圖源：Science Advances）   首先，志愿者被要求在室內(nèi)靜坐 45 分鐘，這為研究人員提供了他們?cè)谛菹r(shí)消耗了多少能量的基線測(cè)量值。然后，他們要求志愿者在室內(nèi)咀嚼一種無味無味的口香糖15分鐘。研究人員對(duì)每位志愿者測(cè)試了兩種牙齦僵硬程度。研究人員沒有使用受試者可以吞咽的食物，因?yàn)檫@樣做會(huì)加速消化道中的代謝過程，從而增加能量消耗，他們旨在隔離咀嚼的成本。     

研究發(fā)現(xiàn)，軟口香糖使志愿者消耗的能量比初始基線增加了10%，而硬口香糖則增加了15%的能量消耗。研究人員指出，較堅(jiān)韌的口香糖明顯比大多數(shù)植物性食物柔軟。這可能意味著測(cè)量的咀嚼代謝成本被低估了。研究人員還發(fā)現(xiàn)受試者咀嚼軟口香糖的頻率更高，但咀嚼硬口香糖時(shí)產(chǎn)生的能量消耗更大，表明咀嚼所消耗的力量是咀嚼能量成本的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。    人類祖先有效獲取食物、通過加工和消費(fèi)食物的能力支撐了他們的生存，而他們咀嚼系統(tǒng)的變化在人類物種的進(jìn)化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。飼喂系統(tǒng)的效率對(duì)于維持較高和相對(duì)恒定溫度的所有吸熱動(dòng)物（例如哺乳動(dòng)物）非常重要。優(yōu)化喂養(yǎng)的需要，以便從食物來源中提取最大能量而不將其浪費(fèi)在加工成本上，是哺乳動(dòng)物咀嚼進(jìn)化背后的主要驅(qū)動(dòng)力之一，并導(dǎo)致了哺乳動(dòng)物牙齒的大量形態(tài)學(xué)創(chuàng)新、下巴、咽部和咀嚼肌。   咀嚼是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)過程，涉及下頜骨以循環(huán)方式進(jìn)行垂直和橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)下頜反復(fù)閉合，迫使牙齒的工作表面接觸食物顆粒，從而將它們縮小到原始大小的一小部分。咀嚼在大約2.6億年前進(jìn)化而來，與一系列脊椎動(dòng)物分類群有關(guān)。然而，將哺乳動(dòng)物咀嚼區(qū)分為顯著的進(jìn)化新奇的精確咬合和橫向運(yùn)動(dòng)推動(dòng)了飲食的多樣化。   食物獲取和加工的重要性產(chǎn)生了大量旨在了解哺乳動(dòng)物咀嚼系統(tǒng)的能量和生物力學(xué)細(xì)微差別的文獻(xiàn)。這一點(diǎn)在人類進(jìn)化研究中最為突出，其中大多數(shù)靈長類動(dòng)物和人類化石證據(jù)都是由顱齒元素組成的。在類人猿中，壓裂食物的主要工作是由抬高下頜骨的大咀嚼肌完成的：顳肌、咬肌和翼內(nèi)肌。翼外側(cè)肌、二腹肌、頦舌骨肌和下頜舌骨肌有助于張開頜骨。然而，咀嚼的動(dòng)作也涉及舌頭，它不斷地將食物推到臼齒上以進(jìn)一步粉碎，而頰肌收縮，導(dǎo)致臉頰緊張，將食物推入咬合牙齒的路徑。因此，類人猿的咀嚼涉及一系列在加工食物時(shí)會(huì)不同程度參與的肌肉。   盡管與已去世的祖先相比，現(xiàn)代人類的咀嚼系統(tǒng)高度發(fā)達(dá)，現(xiàn)代人類具有更小、更纖細(xì)的牙面部特征。該研究的意義還確定了咬肌的肌肉激活以及咀嚼的能量消耗的大小之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了咀嚼的能量成本與人類進(jìn)化過程中人類咀嚼系統(tǒng)的進(jìn)化變化有關(guān)。    

題圖來源：[2]，僅用于學(xué)術(shù)交流。

撰文|喬維鈞  

排版|文競擇

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參考資料：

[1]van Casteren A, Codd JR, Kupczik K. The cost of chewing: The energetics and evolutionary significance of mastication in humans. Sci Adv. 2022 Aug 19;8(33):eabn8351. doi: 10.1126/sciadv.abn8351. Epub 2022 Aug 17. PMID: 35977013; PMCID: PMC9385136.   [2]https://www.the-scientist.com/news-opinion/the-energetic-cost-of-chewing-may-have-shaped-hominin-evolution-70382     本文系生物探索原創(chuàng)，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享。其他任何媒體、網(wǎng)站如需轉(zhuǎn)載，須在正文前注明來源生物探索。      

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