Австралийские исследователи провели серию расчетов по 81 виду животных и пришли к выводу, что энергозатраты матери при вынашивании потомства значительно выше, чем предсказывают существующие теории.
Следовательно и общая энергия, необходимая для репродукции, сильно превышает имеющиеся оценки. Особенно это касается живородящих млекопитающих и, в частности, человека. Отчет о работе опубликован в журнале Science.
Общие энергозатраты на репродукцию включают прямые, идущие непосредственно на рост нового организма, и непрямые, которые необходимы организму матери для вынашивания. Первые хорошо изучены и описаны, а по вторым четких данных нет, но существует несколько теорий, согласно которым они невелики — от 0 до 25 процентов от всей энергии, необходимой непосредственно для размножения с момента зачатия до родов. При этом знание энергетической стоимости беременности крайне важно для понимания эволюционных процессов, в частности отбора по уровню метаболизма и размерам тела.
Чтобы получить более объективные данные по этому вопросу, Сэмюэл Гинтер (Samuel Ginther) с коллегами по Университету Монаша разработал схему количественного моделирования с использованием классических методов оценки энергозатрат, основанных на биохимических (энергии реакций) и физических (теплопродукции) принципах. Прямые энергозатраты они рассчитывали как произведение массы потомства от одного репродуктивного акта и средней удельной энергии его тканей. А непрямые — как произведение повышения уровня материнского метаболизма во время беременности и ее продолжительности, деленное на два (исходя из предположения, что уровень метаболизма с течением беременности в целом возрастает линейно от нуля после зачатия до максимума перед родами). В эти расчеты они подставили имеющиеся данные по 81 виду животных (Metazoa) — от планктонных первичнополостных червей коловраток (Rotifera) до человека (Homo). Из-за отсутствия доступных данных в анализе не было птиц.
Абсолютные значения репродуктивных энергозатрат среди исследованных видов различалось на 11 порядков — от 0,000003 килоджоуля у коловратки Brachionus plicatilis до 470037 килоджоулей у белохвостого оленя (Odocoileus virginianus). Выяснилось, что у большинства (48 из 81) видов непрямые энергозатраты превышали прямые, причем их уровень мог доходить до 98 процентов от общей энергии, затраченной на размножение. У эктотерм (холоднокровных животных) их доля была ниже, чем у млекопитающих. При этом у живородящих эктотерм непрямые энергозатраты были несколько выше прямых (среднее отношение 1,21 к 1, или 55 процентов), а у икромечущих и яйцекладущих — ниже (в среднем 0,44 к 1, или 31 процент). У млекопитающих это отношение составило в среднем 8,62 к 1 — то есть почти 90 процентов приходилось на непрямые энергозатраты (это без учета затрат на лактацию). У человека этот показатель оказался одним из самых высоких (96 процентов), а самый низкий показатель среди исследованных млекопитающих — малой бурой ночницы (Myotis lucifugus) — все равно был не ниже 75 процентов.
Непрямые энергозатраты в каждой группе животных были прямо пропорциональны энергетическому составу (удельной энергии тканей) потомства, однако энергетическая динамика репродукции у них сильно различались. Кумулятивные массы потомства от одного цикла размножения у эктотерм и млекопитающих были схожими, но его удельная энергия и прямые энергозатраты у последних оказались ниже. В непрямых энергозатратах разница была гораздо более выраженной: хотя в среднем вынашивание потомства у млекопитающих занимало меньше времени, уровень метаболизма во время беременности у них возрастал в шесть раз больше, чем у эктотерм.
Таким образом, доля непрямых энергозатрат на репродукцию может быть на порядок выше, чем принято считать. Это значит, что онтогенез животных должен был и продолжает эволюционировать таким образом, чтобы предвидеть высокие энергозатраты на размножение и обеспечивать их. Также это могло повлиять на интенсивность заботы о потомстве у млекопитающих (большие энергетические вложения в вынашивание потомства повышают заинтересованность в его выживании) и другие эволюционные аспекты, заключают авторы работы.
Ранее международная группа исследователей проанализировала интенсивность обмена веществ более чем у шести тысяч человек и выяснила, что энергозатраты сильно различаются в зависимости от возраста, и человеческую жизнь можно разделить на четыре метаболических периода, которые сильно отличаются от бытовых представлений.
Автор: Олег Лищук