哺乳动物咀嚼能量成本的任何变化都会影响食物的净能量增益。尽管咀嚼努力的能量效率是理解人类咀嚼系统进化的基础，但目前对咀嚼不同物品的相关代谢成本一无所知。研究人员使用咬肌的呼吸测量和肌电图，证明人类受试者的咀嚼代表了可测量的能量汇。Science Advances一项最新研究发现：咀嚼口香糖可将基础代谢率提高10%至15%。咀嚼时能量消耗随着牙齿咀嚼而增加，并通过更多的肌肉来消耗代谢。
图1 研究成果（图源：Science Advances）
研究人员将一组志愿者（6名男性和15名女性）置于旨在测量新陈代谢的通风罩系统中。这些机器看起来“有点像宇航员头盔”——其实它们的功能是测量氧气吸收和二氧化碳输出。研究人员使用测量结果来计算每个参与者的能量消耗（图2）。
图2 通风罩系统用于测量在咀嚼等活动中消耗的氧气和产生的二氧化碳 （图源：Science Advances）
首先，志愿者被要求在室内静坐 45 分钟，这为研究人员提供了他们在休息时消耗了多少能量的基线测量值。然后，他们要求志愿者在室内咀嚼一种无味无味的口香糖15分钟。研究人员对每位志愿者测试了两种牙龈僵硬程度。研究人员没有使用受试者可以吞咽的食物，因为这样做会加速消化道中的代谢过程，从而增加能量消耗，他们旨在隔离咀嚼的成本。
研究发现，软口香糖使志愿者消耗的能量比初始基线增加了10%，而硬口香糖则增加了15%的能量消耗。研究人员指出，较坚韧的口香糖明显比大多数植物性食物柔软。这可能意味着测量的咀嚼代谢成本被低估了。研究人员还发现受试者咀嚼软口香糖的频率更高，但咀嚼硬口香糖时产生的能量消耗更大，表明咀嚼所消耗的力量是咀嚼能量成本的关键驱动因素。
人类祖先有效获取食物、通过加工和消费食物的能力支撑了他们的生存，而他们咀嚼系统的变化在人类物种的进化中发挥了关键作用。饲喂系统的效率对于维持较高和相对恒定温度的所有吸热动物（例如哺乳动物）非常重要。优化喂养的需要，以便从食物来源中提取最大能量而不将其浪费在加工成本上，是哺乳动物咀嚼进化背后的主要驱动力之一，并导致了哺乳动物牙齿的大量形态学创新、下巴、咽部和咀嚼肌。
咀嚼是一个复杂的运动学过程，涉及下颌骨以循环方式进行垂直和横向运动，同时下颌反复闭合，迫使牙齿的工作表面接触食物颗粒，从而将它们缩小到原始大小的一小部分。咀嚼在大约2.6亿年前进化而来，与一系列脊椎动物分类群有关。然而，将哺乳动物咀嚼区分为显着的进化新奇的精确咬合和横向运动推动了饮食的多样化。
食物获取和加工的重要性产生了大量旨在了解哺乳动物咀嚼系统的能量和生物力学细微差别的文献。这一点在人类进化研究中最为突出，其中大多数灵长类动物和人类化石证据都是由颅齿元素组成的。在类人猿中，压裂食物的主要工作是由抬高下颌骨的大咀嚼肌完成的：颞肌、咬肌和翼内肌。翼外侧肌、二腹肌、颏舌骨肌和下颌舌骨肌有助于张开颌骨。然而，咀嚼的动作也涉及舌头，它不断地将食物推到臼齿上以进一步粉碎，而颊肌收缩，导致脸颊紧张，将食物推入咬合牙齿的路径。因此，类人猿的咀嚼涉及一系列在加工食物时会不同程度参与的肌肉。
尽管与已去世的祖先相比，现代人类的咀嚼系统高度发达，现代人类具有更小、更纤细的牙面部特征。该研究的意义还确定了咬肌的肌肉激活以及咀嚼的能量消耗的大小之间的关系，发现了咀嚼的能量成本与人类进化过程中人类咀嚼系统的进化变化有关。
题图来源：[2]，仅用于学术交流。
撰文|乔维钧
排版|文竞择
参考资料：
[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
