根据宾夕法尼亚州立大学运动学教授乔纳斯·鲁本森（Jonas Rubenson）的观点，高效移动的能力在动物进化中扮演着至关重要的角色。那些在移动中消耗较少能量的动物，可以节省出更多的资源用于寻找食物、狩猎和繁衍等核心生存活动。这项发表在《英国皇家学会会刊B辑：生物科学》（Proceedings of the Royal Society B, Biological Sciences）上的研究表明，机体运动时的能量需求其实具有比科学家此前预期更高的可塑性。
为了探究这一机制，研究人员在幼年珍珠鸡的一条腿上绑上了微小的负重。珍珠鸡与鸡亲缘关系较近，且和人类一样采用双足行走。研究团队旨在弄清，在发育过程中承受额外的重量，是否会改变这些鸟类成年后的运动效率。
实验结果展现出了惊人的差异。那些在负重环境下长大的鸟类，在面对相同的负荷时，能够做到不消耗额外能量即可行走。相比之下，在无负重环境中抚养长大的对照组鸟类，在腿部绑上同样重量时，能量消耗显著增加了23%。
“这项研究表明，在发育过程中进行肢体负重——通常通过负重或运动对四肢施加机械应力——能够帮助动物在其整个生命周期的移动中节省能量，”该研究的资深作者鲁本森表示，“这是首次有研究表明，动物在幼年时期的行为和生活环境，会直接影响其成年后进行身体移动时的费力程度。”
为什么儿童期运动对终身健康至关重要
尽管该实验以鸟类为对象，但其研究结果引发了对人类体力活动的重要思考。科学界有一个广受认可的假说：当人们觉得某种活动在体力上要求很高或需要消耗大量能量时，往往会选择逃避这种运动。
如果在人类身上，早期活动对运动效率的影响与这些珍珠鸡相似，那么那些在儿童时期运动较少的人，在成年后进行相同的动作时可能需要消耗更多能量。这种额外的体力付出可能会使他们更不愿意锻炼，从而进一步加剧不活动的行为循环。
鲁本森认为，这一发现可能对公共卫生产生深远影响，尤其是考虑到当今儿童的身体活动水平普遍低于前几代人。
“总体而言，如今美国的儿童比以往任何世代都要不活跃得多，”鲁本森指出，“这项研究表明，通过儿童时期的嬉戏和锻炼增加运动量，可以使人们在成年后更容易保持或变得更加活跃。如果人们在成年后不需要消耗那么多能量来移动，那么运动——以及它所带来的所有健康益处——将变得更加触手可及。这可能会对我们国家从心脏健康到心理健康等各个方面的福祉产生深远影响。”
研究人员如何测试早期运动的影响
该实验追踪了12只从两周大到16周大（接近成年体型）的珍珠鸡。
其中一半的鸟类在一条腿上佩戴铅制绑带，每条绑带的重量相当于其体重的4%。其余6只鸟在没有任何附加重量的环境下发育。除此差异外，所有12只动物都生活在相同的环境并执行相同的运动常规。
当这些鸟长到9周龄时，研究人员开始训练它们在跑步机上行走。
在16周龄时，研究团队利用安装在跑步机上的直通式代谢舱来评估它们的能量消耗。该设备能够精确测量每只鸟消耗的氧气量，以及释放的二氧化碳和水蒸气。据研究人员介绍，这种方法被认为是测定动物在特定活动中能量消耗的“黄金标准”。
每只鸟都在三种条件下接受了测试：静止站立、无负重在跑步机上行走，以及单腿佩戴负重带行走。通过对比这些条件下的耗氧量和二氧化碳产量，科学家们得以明确额外的负载是如何影响能量使用的。
早期训练产生了惊人的节能效应
研究人员发现，当鸟类静止站立时，其能量消耗没有表现出任何差异。然而，一旦它们开始带着负重行走，其身体反应便发生了显著变化。
那些在成长过程中未曾承载负重的鸟类，在带着额外负荷行走时，其能量消耗与无负重行走相比增加了23%。
相比之下，在整个发育过程中一直佩戴负重的鸟类则表现出了截然不同的反应。它们的身体经过适应，其高效性使得带负重行走所需的能量甚至略低于不负重行走。这一出乎意料的结果令整个研究团队感到惊讶。
“这些鸟类变得如此高效，以至于它们在承载重量时所消耗的能量，并不比它们无负重行走时所需的能量多，”鲁本森说。
当研究人员对比这两组数据时，另一个意想不到的发现浮出水面：平均而言，习惯了在整个发育期负重行走的鸟类，在绑带负重行走时消耗的能量，并不比普通鸟类在没有任何附加重量时行走的能量多。
这些观察结果共同表明，生命早期的经历能够显著影响动物成年后的运动效率。
“这表明动物——并且很可能也包括人类——可以根据其生活经历变得更加高效。因此，当人类在整个儿童期和青春期坚持规律运动时，实际上是在为我们一生的运动能力打下基础。”
该研究提供了新的证据，表明发育过程中的体力活动会对运动所需的能量产生持久影响。虽然人类是否也会发生相同的适应性改变仍有待证实，但该研究揭示了一种潜在机制，即儿童期的运动如何帮助支持个体后期的身体活动。
研究团队与资金支持
宾夕法尼亚州立大学运动学教授斯蒂芬·皮亚扎（Stephen Piazza）也参与了此项研究，同行的还有多位在皮亚扎和鲁本森指导下的现任及前任研究生。
该研究的两位共同第一作者为塔拉亚·约翰逊（Talayah Johnson）和卡维亚·卡图加姆-德谢内（Kavya Katugam-Dechene）。约翰逊在宾夕法尼亚州立大学获得硕士学位，目前正在宾夕法尼亚大学攻读博士学位；卡图加姆-德谢内则在宾夕法尼亚州立大学获得博士学位，现任北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学与康复工程学研究助理教授。
其他贡献者包括曾担任该项目研究人员的伊恩·德谢内（Ian Dechene，现为软件工程师），以及由皮亚扎和鲁本森共同指导的宾夕法尼亚州立大学博士生罗伯托·卡斯特罗（Roberto Castro）。
该研究资金由美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家关节炎、肌肉骨骼和皮肤病研究所通过 R21AR071588 和 R01AR080711 资助项目提供。研究人员对本文内容负全责，该内容并不一定代表美国国立卫生研究院的官方立场。