我们都知道养孩子很昂贵，但这个事实比你想象的更普遍。根据5月16日发表在《科学》杂志上的一项新研究，在所有动物物种中，生育后代可能比之前假设的耗能高出10倍。作者们认为，特别是母亲在怀孕期间的间接代谢成本，在过去的生物学理论中一直被严重低估了。
这项同类首创的分析排除了产卵或后代出生后的亲代抚育成本（如哺乳或喂食），只关注了创造这些卵子或后代所需的能量投入。尽管如此，它发现将新生命带到这个世界是有巨大的生物学代价的。这些发现对我们对生物学和生态学的基本理解，以及对野生动物保护和在气候变化下预测生物多样性未来都具有启示意义。
“这有点像重写教科书，”未参与新研究的肯塔基大学生物学助理教授Robbie Burger告诉《PopSci》。“生物合成的成本常常被忽略，并被认为微不足道。但这项研究表明，从受精到出生，在成长和发育后代方面存在着巨大的成本，这些成本不会转化为生物质——它们都只是被燃烧掉了。”
“我们中的许多人一直在试图弄清楚繁殖的直接能量成本，并基本上接受了可以忽略这些间接成本的假设，”华盛顿大学的进化生态学家Lauren Buckley说，她也不是研究团队的成员。“这些作者说，间接成本 outweighs 直接成本。这对我们如何看待生物体在环境中的能量学产生了重大影响。”
在繁殖过程中，后代本身也包含能量——从卵中孵化出来的幼崽或活产的新生幼崽。这种直接能量来自母亲，最终成为新个体的生物组织。这种能量成本是通过评估后代的构成并估计其中包含的能量量来衡量的。
但繁殖也有间接成本：用于合成和携带这些后代的能量，而这在很大程度上是之前未量化的。根据这项新研究，对于许多物种，特别是哺乳动物来说，后者远远超过前者。梅尔本大学生态学家和生物学家Michael Kearney表示，研究结果表明，制造动物是一个低效的过程，类似于汽车引擎的运行。投入繁殖的能量大部分会以热量和其他代谢副产物的形式浪费掉，这些副产物是使新生命得以形成过程中的化学和生物反应产生的。合成组织所需的能量比最终形成的组织本身含有的能量还要多。
该研究评估了跨不同类群的动物，将它们分为三组：卵生外温动物（俗称“冷血”动物）、活产外温动物（如许多爬行动物和节肢动物）以及哺乳动物，它们会携带幼崽并内部调节体温（即“温血”动物）。成本因物种而异，但研究人员平均发现，对于卵生外温动物，约40%的繁殖总能量成本是间接的。对于活产外温动物，这一比例上升到约一半。而对于哺乳动物，在繁殖过程中消耗的间接代谢能量占从受精到出生整个过程中总能量的约90%。
为了得出这些数字，科学家们查阅了数千篇研究文章，并正式评估了171篇先前已发表的、相关的动物代谢和繁殖论文，涵盖了81个物种的数据。（由于缺乏足够的研究，鸟类被排除在定量分析之外。）荟萃分析中的研究包括了关于个体动物基础代谢率、携带卵子或幼崽时使用的能量以及/或后代能量含量的数据。基于这些过去的研究，作者们汇总了不同的数据，并创建了一个简单的数学模型来理解繁殖的直接和间接成本。他们估计，繁殖的间接成本是时间的线性函数，与携带幼崽或卵子所需的时间以及该生命阶段相关的代谢增加有关。
研究人员还为分析中的三组动物中的几个物种模拟了间接繁殖成本。在哺乳动物中，他们发现蝙蝠的间接成本最低，约占繁殖总能量的75%，而人类的间接成本最高。从受精到出生，人类怀孕消耗的代谢能量是新生儿体内储存的直接能量的24倍。换句话说，生育一个孩子的间接成本占繁殖总能量负担的96%。
尚不清楚这些过剩的能量具体去了哪里，但研究作者推测，胎盘的形成或后代本身的代谢消耗了母亲的卡路里。需要进一步的研究来确定。
显而易见的是，如果研究结果属实，那么动物生物学的许多方面可能需要重新评估。主要研究作者、澳大利亚莫纳什大学博士生Samuel Ginther告诉《PopSci》：“我们的工作……直接挑战了大多数关于动物生长及其生命史的生物学模型。”
未参与该研究的加州大学伯克利分校整合生物学家Caroline Williams表示，新的繁殖模型可能会显著改变对生态系统承载能力的估计，以及我们对支持物种生存所需资源的理解。她还指出，这可能会改变我们对生物体在生长和生存之间权衡的理解——例如，体型和寿命可能比我们想象的更容易受到繁殖的影响。Burger补充说，衰老也可能与繁殖代谢密切相关——也许生育后代会加速动物的衰老。
从更宏观的层面来看，这些发现加剧了对气候变化如何影响地球生命的担忧。Ginther及其同事指出，外温动物的代谢与环境温度密切相关，随着气温升高而增加。他们推测，全球变暖可能会增加繁殖本已很高的代谢成本，并导致后代体型更小、活力更差，尤其是在冷血动物中。
Buckley说：“许多生物体都在‘能量边缘’生存，尤其是在气候变化和极端事件的背景下。”“如果我们之前未计算在内的成本，那么这些将是对我们未知的生物体和生态系统福祉的额外挑战。”
Williams说，这项研究是迈向更好地理解妊娠和繁殖的“一个非常好的初步步骤”。但仍有大量工作要做。她指出，我们需要关于不同动物物种实际（而非模型化）能量成本的更多数据。因此，研究样本量很小。Buckley补充说，作者们为了建立他们的数学模型不得不做出一些大的假设——例如，假设间接代谢成本在整个妊娠期内呈线性增加。“总的来说，这些假设似乎是合理的，但看到人们将来尝试更精确地量化繁殖成本将是很有趣的，”她解释说。而且还有很多问题悬而未决，比如哺乳与妊娠对哺乳动物的相对成本，雄性繁殖的能量成本是否也被低估了，以及鸟类在所有这些中扮演的角色。
Kearney说，这“突显了我们所知甚少”。但现在，我们至少对母性一个未被充分认识的方面有了一个关键的初步认识。
