تولد هر نوزاد در طبیعت چقدر انرژی نیاز دارد؟

به گزارش گروه دانش و فناوری، مدت بارداری فیل‌ها تا دو سال طول می‌کشد. جنس ماده برخی از گونه‌های ماهی‌ها در حالی که ده‌ها تخم و نوزاد را داخل دهان خود نگه می‌دارند، هفته‌ها گرسنگی می کشند و انسان باردار نیز معمولاً ماه‌ها خستگی و حالت تهوع را تحمل می‌کند. اینها تنها چند نمونه است که در آنها تولید مثل از مادران در سراسر قلمرو حیوانات انرژی می‌گیرد.

به نقل از نیچر، به گفته داستین مارشال(Dustin Marshall) بوم‌شناس و زیست‌شناس تکوینی در دانشگاه موناش در ملبورن استرالیا، محققان ممکن است انرژی لازم برای تولید مثل را بسیار دست‌کم گرفته باشند.

مارشال و همکارانش در مطالعه‌ای که در اول مه ۲۰۲۴ منتشر شد، نشان دادند که انرژی اضافی که برای تولد یک نوزاد نیاز است، می‌تواند ۲۴ برابر بیشتر از برآورد برخی از مدل‌های ریاضی تاثیرگذار باشد. برای حیواناتی که برای تنظیم دمای بدن خود به منابع گرمایی خارجی متکی هستند، این تفاوت کمتر است. به عنوان مثال برای مار پامپاس(Tomodon dorsatus) حدود ۴ برابر بیشتر است و برای گونه‌ای از ماهی‌های آب شور به نام کاپلین(Mallotus villosus) ۲ برابر است.

این یافته‌ها صرفاً حاصل یک کنجکاوی نیستند. محققان از مدل‌های ریاضی برای بررسی چگونگی تغییر نیازهای انرژی در طول عمر حیوانات، به عنوان مثال در طول رشد، تغذیه و تولید مثل استفاده می‌کنند و این ها به نوبه خود به توضیح در مورد اینکه چرا گونه‌ها به روشی که در حال حاضر فرگشت می‌یابند، مانند تعداد فرزندانی که دارند یا مزایای زنده‌زایی نسبت به تخم‌گذاری کمک می‌کنند.

پژوهش این گروه تحقیقاتی به سرپرستی مارشال نشان می‌دهد که تخمین‌های این مدل‌ها از انرژی مورد نیاز تولید مثل، اغلب انرژی صرف شده توسط مادران برای رشد و حمل بچه‌هایشان را نادیده یا دست‌کم می‌گیرند که گاهی اوقات به عنوان هزینه‌های غیرمستقیم تولید مثل نامیده می‌شود. این شبیه به فرض این است که انرژی مورد نیاز برای تهیه یک کلوچه برابر با کالری موجود در خود آن کلوچه است و سوخت مورد نیاز برای پخت آن را نادیده بگیریم.

مارشال می‌گوید، این نتایج می‌تواند بر نظریه‌های مربوط به جنبه‌های سبک زندگی حیوانات تأثیر بگذارد و پیش‌بینی‌ها در مورد چگونگی واکنش حیوانات به تغییرات آب و هوایی را بهبود بخشد.

لارن باکلی(Lauren Buckley) بوم‌شناس و زیست‌شناس تکوینی در دانشگاه واشنگتن در سیاتل می‌گوید: میزان این هزینه‌های غیرمستقیم انرژی واقعاً خیره کننده است.

نحوه اندازه‌گیری مصرف انرژی

در سال ۲۰۲۰ گروه مارشال تصمیم گرفت ده‌ها مطالعه را از دهه ۱۹۳۰ تا ۲۰۰۰ که میزان مصرف انرژی در زنان باردار و غیرباردار یا انرژی ذخیره شده مستقیم در فرزندان را اندازه‌گیری کرده بود، بررسی کند و به طور کلی داده‌های کافی را برای محاسبه هزینه‌های غیر مستقیم و مستقیم تولید مثل از ۸۱ گونه، از حیوانات میکروسکوپی به نام روتیفر(rotifer) گرفته تا ماهی‌ها، مارها و انسان‌ها گردآوری کرد.

به عنوان مثال محققان برای داده‌های انسانی، مقاله‌ای در سال ۲۰۰۴ را مطالعه کردند که میزان متابولیسم انسان‌ها را قبل و در طول بارداری اندازه‌گیری می‌کرد. آنها از این مطالعه برای تخمین انرژی اضافی مورد نیاز در طول ۹ ماه بارداری(هزینه‌های غیرمستقیم) استفاده کردند و آن را با هزینه‌های مستقیم تخمینی مانند کل محتوای انرژی یک نوزاد تازه متولد شده ترکیب کردند.

جمع آوری داده‌های نرخ متابولیک آسان نیست. محققان برای اندازه‌گیری انرژی مصرف شده توسط زنان باردار، میزان اکسیژن مصرفی آنها و میزان کربن دی اکسیدی را که بازدم می‌کنند، بررسی می‌کنند.

برای مثال در یک مطالعه در سال ۲۰۰۷، رایان ساموئل(Ryan Samuel) از دانشگاه ایالتی داکوتای جنوبی در بروکینگز و همکارانش، پنج خوک باردار را به مدت یک روز در اتاق‌های شیشه‌ای مجزا با لوله‌هایی که نمونه‌هایی از هوا را به داخل و خارج اتاق‌ها می‌برد، قرار دادند.

ساموئل که باید بررسی می‌کرد که خوک‌ها راحت باشند و تجهیزات به خوبی کار می‌کنند، می‌گوید: به‌عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد در این پروژه، شیفت‌های شبانه برای ماندن و نظارت بر حیوانات داشتم. علاوه بر شیفت‌های شبانه، مسائل دیگری ردیابی مصرف انرژی در دوران بارداری برای دوره‌های بسیار طولانی‌تر از یک روز را دشوار می‌کند. اگر زمان بررسی طولانی‌تر بود، باید راهی برای جمع‌آوری مدفوع و فضولات خوک‌ها بدون شکستن مهر و موم اتاق پیدا می‌کردیم.

مارشال می‌گوید جای تعجب نیست که چنین اندازه‌گیری‌هایی در جامعه علمی، نادر است. محققان در عوض، محاسبه انرژی ذخیره‌شده در فرزندان را آسان‌تر یافته‌اند و به سادگی با تخمین مقدار استخوان، چربی و پروتئین در بدن نوزادان و ترکیب آن با محتوای انرژی شناخته‌شده آن اجزا به آن دست می‌یابند.

مدل‌سازان فرض می‌کنند که این انرژی با هزینه انرژی تولید مثل برابری می‌کند.

اما برخی از مدل‌ها تخمین‌هایی از هزینه‌های غیرمستقیم را نیز شامل می‌شوند، اما این هزینه‌ها بسته به مدل، از تنها ۵ تا ۲۵ درصد از کل انرژی صرف شده برای تولید مثل در نظر گرفته می‌شود.

عدم تعادل انرژی

با این حال، گروه مارشال دریافت که برخلاف فرضیات مدل‌های قبلی، هزینه‌های غیر مستقیم تولید مثل اغلب بسیار بیشتر از هزینه‌های مستقیم است.

محققان دریافتند در پستاندارانی که اغلب جفت را برای تامین اکسیژن و مواد مغذی و حذف مواد زائد رشد می‌دهند و دمای داخلی بدن را ثابت نگه می‌دارند، هزینه‌های غیر مستقیم تقریباً ۹۰ درصد از کل هزینه‌های انرژی تولید مثل را تشکیل می‌دهد و فقط ۱۰ درصد از کل انرژی در فرزندان آنها موجود است.

در انسان ۹۶ درصد از ۲۰۸ هزار کیلوژول(نزدیک به ۵۰ هزار کیلو کالری) مورد نیاز برای تولید مثل توسط هزینه‌های غیر مستقیم مصرف می‌شود.

در مقابل، موجودات خون‌سرد(ectotherms) کمتر از کل هزینه انرژی تولید مثلی خود را در هزینه‌های غیر مستقیم سرمایه‌گذاری می‌کنند. در خون‌سردهایی که نوزاد زنده به دنیا می‌آورند(زنده‌زا هستند، نه تخم‌گذار)، هزینه‌های غیر مستقیم تقریباً ۵۵ درصد از انرژی تولید مثلی آنها را تشکیل می‌دهد.

دیوید رزنیک(David Reznick) زیست‌شناس تکوینی در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید می‌گوید: برای پستانداران، هزینه‌های غیر مستقیم تولید مثل بسیار زیاد است. دیدن تفاوت آنها با سایر موجودات، از جمله از شیر گرفتن نوزادان پس از تولد، مانند انرژی اضافی مورد نیاز برای تولید شیر که هزینه‌های انرژی را افزایش می‌دهد، شگفت‌انگیز بود.

محققان دریافتند که در میان موجودات خونسرد، گونه‌هایی که تخم‌گذاری می‌کنند نسبت به گونه‌هایی که زنده‌زا هستند، میزان کمتری از انرژی تولید مثلی خود را صرف هزینه‌های غیر مستقیم(تولید و حمل تخم‌ها) می‌کنند.

رزنیک می‌گوید: زمانی که شما به سراغ زنده‌زاها می‌روید، هزینه‌های غیر مستقیم افزایش قابل ‌توجهی پیدا می‌کند. این هزینه‌ طولانی‌تر نگه داشتن جنین و حرکت با آن و حمل آن است.

محققانی که با نیچر صحبت کردند، گفتند که آنها به طور کلی از اینکه هیچ‌کس قبلاً هزینه‌های غیر مستقیم تولید مثل را اندازه‌گیری نکرده بود، متعجب هستند.

مارشال می‌گوید: اغلب محققان می‌گویند بدیهی به نظر می‌رسد که این هزینه‌ها باید وجود می‌داشتند، هرچند هیچ‌کس متوجه آنها نشده و نمی‌دانسته که این هزینه‌ها تا این حد بالا هستند.

وی می‌افزاید: هنوز دیگران از اینکه مدل‌های ریاضی چنین هزینه‌هایی را صفر یا کم فرض کرده بودند، شگفت‌زده هستند.

مارشال پیشنهاد می‌کند که کمبود حضور زنان پژوهشگر در این زمینه ممکن است باعث شده باشد که محققان توجه کمتری به هزینه‌های غیر مستقیم تولید مثل داشته باشند.

باکلی نیز می‌گوید جای تعجب نیست در حوزه‌ای که اکثراً محققان مرد در آن مشغول به کار هستند، این هزینه‌ها مورد غفلت قرار گرفته باشد.

به‌روزرسانی نظریه‌ها

آستا اودزیجونیت(Asta Audzijonyte) از دانشگاه تاسمانی در هوبارت استرالیا که نحوه عملکرد ماهی‌ها در میان تغییرات آب و هوایی را مدل‌سازی می‌کند، می‌گوید: تخمین‌های بزرگ‌تر انرژی باید به مدل‌هایی از نحوه زندگی حیوانات متصل شود.

مارشال می‌گوید، انجام این اصلاحات به زمان نیاز دارد، زیرا بازنویسی مدل‌ها ساده نیست،‌ اما به گفته وی، این به نوبه خود می‌تواند وزن شواهدی را که در پشت برخی از نظریه‌ها وجود دارند، تغییر دهد. مانند اینکه چرا حیوانات به شیوه‌ای خاص زندگی می‌کنند. مثلا ماهی‌ها به حداکثر اندازه بدن خود می‌رسند تا انرژی را برای تولید مثل حفظ کنند.

اودزیجونیت می‌گوید، برآوردهای جدید برای استفاده از انرژی تولید مثلی همچنین می‌تواند پیش‌بینی چگونگی فرگشت گونه‌ها در میان تغییرات آب و هوایی را بهبود بخشد. این به این دلیل است که مدل‌های پیش‌بینی، عواملی مانند انرژی مورد نیاز تولید مثل، چگونگی تغییر دما در سرعت واکنش‌ها در بدن حیوانات و چگونگی رشد حیوانات بزرگ را در نظر می‌گیرند.

او می‌گوید که مطالعه مارشال و گروهش تنها اولین قدم برای تعیین کمیت هزینه‌های تولید مثل در سراسر قلمرو حیوانات است.

مارشال می‌گوید، به دلیل داده‌های اندک، محققان اغلب مجبور بودند هزینه‌های بارداری را از اندازه‌گیری‌هایی که فقط در چند نقطه در طول بارداری انجام می‌شوند، برون‌یابی کنند که دقت تخمین‌های آنها را محدود می‌کرد.

او می‌گوید در آینده، مطالعاتی که هزینه‌های غیر مستقیم تولید مثل را در کل دوره بارداری اندازه‌گیری می‌کنند، مورد نیاز خواهند بود.

باکلی نیز در انتها می‌گوید: امیدواریم بسیاری از ما محققان برای کمّی کردن بهتر این هزینه‌های غیر مستقیم تلاش کنیم.

انتهای پیام