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最近几年很多相关研究，果蝇啊，小鼠啊，甚至猴子。在限制热量饮食情况下都获得了成果。但是这个结果是否可信，底层原理是否逻辑自洽，以及这样的方式是否适用于我们人类呢？ 今天我就尝试通过生物学的底层原理来捋清楚各种逻辑。首先要说的，是r-k选择。 r-k选择。1967年，由罗伯特·麦克阿瑟和爱德华·威尔逊提出。在r-K选择理论中，r是rate的缩写，表示种群动态方程中的最大增长率（maximum growth rate）；K来源于德语Kapazitätsgrenze，意为环境容纳量（capacity limit）。简单来说即是：r选择以数量取胜，K选择以质量取胜。 K策略：就是不追求生育后代的数量，而是追求单个个体的存活率，一胎只培育一两个，每一个个体都是“高质量”和“长寿命”。人类就是典型的“K策略物种”，还有如同大象、鲸鱼等大型哺乳动物，因为这些生物没什么天敌，所以生一个就要活一个，以少数高质量的个体维持种群。 R策略：就是培育很多很多个体，以数量来博取生存概率，比如鱼、细菌、还有各种昆虫，它们就是典型的“R策略物种”。它们天敌很多，谁都能欺负它们，个体寿命短，存活率低，但是数量惊人。有些鱼类一次产卵就是几百万甚至上亿颗。因此，即便个体弱小，但是没关系，它们就是以数量博概率，其中只要有1000只活下来了，它们的物种就能延续。 采取r策略来繁殖的生物，特点是一生生一窝，后代数量庞大；但这类生物比较佛系随缘，只管生不管养，后代的存活几率较低。基本上所有昆虫、蜘蛛、鱼类等体型小、寿命短的动物都属于这类。打个比方，r策略像是不把鸡蛋都放在一个篮子里，只要有少数鸡蛋活下来，鸡这个物种便能延续下去，就算是成功了。 采用K策略来繁殖的生物走的是另一条路，比起数量它们更在乎质量，它们要做的是少生蛋，把每个蛋都好好养大。通常来说，我们人类、猩猩、大象和鲸鱼等体型大、寿命长的哺乳动物才是典型的K策略生物。虽然这些动物每胎的数量不多，但后代都能获得父母的精心照顾。K策略生物在数量有限的幼崽身上投入大量时间、精力以及资源，这种付出在生态学中被称为亲本投资（parental investment）。亲本投资是有回报的——幼崽在父母的照护下，能逐渐习得各种实用的生活技能，比如捕食、社交及规避危险等等。亲本投资的目的，正是保证幼崽获得更高的存活几率，因而种群的稳定延续也能够得到保障。 r-选择和K-选择概念将生物划分为两个功能组：r-选择策略的生物寿命较短但繁殖力度较大，而K-选择策略的生物寿命较长，且投资给繁殖的能量资源较少。k对策者的特点1、生境稳定；2、个体大、发育慢、寿命长；3、繁殖较晚并多次繁殖；4、后代数目少，个体大、存活率高；5、较低繁殖能量分配和较长的世代周期。r对策者的特点1、不断占领暂时性生境，迁移是种群动态过程重要组成部分；2、适应于不可预测的多变环境；3、发育快速、成年个体小、早熟、寿命短；4、具有高生育力、后代数目多但个体小、缺乏亲体保护；5、较高的繁殖能量分配和较短的世代周期。 r与k策略者作为富营养与寡营养类群的分类受到广泛关注。其基础在于一些微生物生态学家与进化生物学家认为r与K在基因型、物种与菌株之间相互权衡。究其原因，种群生态学中认为种群的动态可用两个参数表示，r：内在增长率，K：种群承载力。从而发展为r策略者具有快速的种群增长速度但竞争力差，K策略者种群增长慢，但是竞争力强。多数研究发现了r与K之间的权衡，但是，实证难以在多个生物水平检测到权衡甚至检测到正协变（trade-ups）。此外，环境差异也会导致相同的菌株观察到不同的r-K关系。还有研究表明跨物种比较难以揭示富营养与寡营养的分类，物种时常处于两种策略的过渡。 人类从原始社会进入农业甚至工业社会。确实是k选择向r选择的过度。  那么。聊这么多r-k选择有啥用呢？这东西对咱们平常生活有影响吗？ 当然，而且大的很。我们来看看一些关于生命系统的普遍规律。  代谢率规模法则又称作克莱伯定律（Kleiber’s Law），该定律适用于所有分类，包括哺乳动物、鸟类、鱼类、加壳动物、细菌、植物和细胞。更令人惊奇的是类似的规模法则适用于所有生物量和生命史事项，包括增长率（3/4）、心率（-1/4）、进化速度（-1/4）、基因组长度（1/4）线粒体密度（-1/4）、大脑灰质（5/4）、寿命（1/4）、树木高度（1/4），甚至树叶的数量。如果我们进一步把这些数据用对数方法分布在图表上，这些令人炫目的规模法则阵列看起来都跟上图一样，也都具有同样的数学结构。它们都是幂率，都服从一个指数（图中的斜率），这个指数就是1/4的简单倍数，它的典型例子就是代谢率的3/4。比如一个哺乳动物的体重增加一倍，它的心率则下降25%，即1/4（因此心率的指数是（-1/4）。 地球上已知的最小的哺乳动物（以下所指的动物皆为哺乳动物）是鼩鼱，身长仅有5厘米左右，体重1-5克，心跳每秒20次；最大的是蓝鲸，平均身长25米，体重超过100吨（最大180吨），心率最低时仅有每分钟2次。无论动物的体型有多大，它们一生的心跳总数的上限都是15亿次，人类在进入工业社会之前的数据也同样。所有动物的心跳次数和呼吸次数的比例也是一样的，即每呼吸一次，心跳四次。心跳次数随着体积的增大而降低，体重每增加一倍，心跳下降25%。无论动物的体积有多大，它们的毛细血管都是一样的，血压也是一样的。 上图是一系列动物对应体重变化的代谢率。这种系统性的规律可用严格的数学公式来表达：代谢率随体重的约3/4次幂而变化（Metabolic rate scales as a power law whose exponent is very close to the number of 3/4 ）。举例说明：大象的体重是老鼠的10000倍（4个数量级，即10的4次方），它的细胞数量因而也是老鼠的10000倍。根据3/4次幂规模法，尽管大象要为等于老鼠10000倍的细胞提供能量以使其生存下去，但是大象的代谢率仅为老鼠的1000倍（3个数量级，即10的3次方）也就是说大象的代谢率仅为老鼠的1/10。 这个规律是怎么来的呢？现在我们先假设世界上有这样两只理想的方形喵，它们密度一样，也就是说单位体积的体重一样，而且其中一只的个子是另一只的10倍。 按照体积公式我们就能算出，大猫的体积和体重就是小猫的1000倍，因为体积是长度的立方嘛。同理，大猫的身体表面积仅仅是小猫的100倍，因为表面积是长度的平方。 这里开始就出现问题了。新陈代谢会产生热量，如果大猫的单位体重的代谢率和小猫一样，那么它产生的热量就是小猫的1000倍。由于热量大部分只能靠体表散发，而大猫的体表面积仅仅是小猫的100倍，因此大猫1000倍的体热很难通过100倍的体表散发出去。那么这样看的话，大猫肯定会觉得浑身燥热，甚至会发猫烧热死。 事实显然不是这样的，不论大小，大多数恒温动物的体温都在38.2摄氏度附近。比如大象的体温是36.5摄氏度、人类的是37摄氏度，而蓝鲸的也是37摄氏度。 那么到底哪里出问题了呢？为什么体型更大的动物的体温和小体型的动物差不多呢？原来，大自然解决这个问题的方式就是降低大块头动物的基础代谢率，让它们的身体不要产生那么多热量。 那么，要降低多少比较好呢？如果身体的大小是唯一的因素，那么基础代谢率应该是体重的⅔次幂才对，这样多出来的热量能够刚好通过多出来的皮肤散发出去。 但这不符合实际情况。上世纪30年代的时候，生物学家马克斯·克莱伯（Max Kleiber ）发现，大多数动物的基础代谢率是体重的¾次幂，比⅔次幂要大一些。  横坐标是体重；纵坐标是每克体重的新陈代谢率。体重越大，单位体重的基础代谢率越低，这就是克莱伯定律。 后来许多科学家发现，小到单细胞生物，大到蓝鲸都符合克莱伯定律。现在有许多证据表明，不管是哺乳动物，还是其他脊椎动物，或是无脊椎动物、原始生物，甚至连植物的基础代谢率都和体重的¾幂成正比。 体重的¾次幂实际上是¼次幂的立方。现在科学家们发现了，体重的¼次幂的存在感很强啊，到处都可以看见它。 比如，动物每分钟的心跳次数——心率非常有规律。动物的心率和体重的¼次幂成反比。另外一个规律是，动物的寿命和体重的¼次幂成正比。  各种动物的寿命。 把上面这两个规律结合起来就可以推出，心率乘以寿命是一个常数——固定的数值。也就是说，动物一生的心跳数是相对固定的。画成图应该是这样的：  横坐标是一生心跳次数；纵坐标是寿命。从图中可以看出，不管体型如何，动物一生的心跳次数基本是固定的。  幸运的是，由于某些未知的原因，人类和小鸡一辈子的心跳次数远远多于15亿下，而达到了20多亿下。 虽然人类一生心跳平均次数比一般的动物要多得多，但是也不要认为我们逃脱了自然规律的约束。有越来越多的研究发现，整体上看，人一生的心跳次数的确是有规律可循的。比如，静止心率（resting heart rate），也就是心平气和时的心率的确和寿命有关。静止心率越快的人，死得越早。 最简单的案例，人类的甲状腺功能亢进，俗称甲亢，症状之一就是心率真快，反之，甲状腺功能减退症，多种原因引起的甲状腺激素（包括T3、T4）合成、分泌不足或生物效应不足所致的一种全身代谢减低综合征。心血管系统：心跳过缓、心音低弱、全心扩大、常伴有心包积液，此谓“甲减性心脏病”。由此可见静息心率是代谢率的表征之一。当然，这里也验证了适当运动对健康的好处，好的心肺功能，会有更高的每搏输出量，相对来说，自然也就不需要心脏跳动频率维持高位了， 在一篇发表在《细胞-新陈代谢》的论文里，来自Pennington的研究人员发表了一项研究。他们在一个房间里布满了热量计，参与者则在这个密闭的代谢房间里待了整整24个小时。Pennington可以提供具有酒店房间大小的微环境，这一点少有研究机构可以做到，这能以最准确的方法测量一个人燃烧了多少卡路里，以及脂肪、蛋白质和碳水化合物这些物质的来源。在禁食一晚后，参加者在上午八点立即进入热量记录室，直到第二天早上8点才允许离开。研究人员通过一个小型的气密柜送餐。空气在记录室内流通，而流出的气体都会通过一系列分析仪以测量二氧化碳与氧气的比例。对尿液样本的氮含量测量，有助于计算每位参与者静息代谢的总体情况。实验结果是，减少卡路里摄入会使人们的新陈代谢降低10%。这一方面可能是由于体重减轻（人们在两年内平均减重了约9公斤）。但研究人员通过其他生物标志物如胰岛素和甲状腺激素观察到，新陈代谢的降低的主要原因是节食改变了生理学过程。论文的第一作者，内分泌专家Leanne Redman说：“限制卡路里会降低你的基础代谢率，也就是维持所有日常活动所需的能量。当人体使用较少的氧气来产生所需的全部能量时，会产生更少的新陈代谢副产物，譬如可能损害DNA和其他细胞器的自由基。“两年后，低代谢率和限制卡路里摄入的程度就会与细胞、器官的氧化损伤减少相关联。” 相关类似动物研究已经汗牛充栋了。热量限制（Caloric Restriction，CR）是指在充分保证生物体营养成分（如必需氨基酸、维生素和各种微量元素）的情况下限制生物体每天只摄入少量有限的能量，是目前在多种模式动物中验证过的最有效的改善健康状况和延长寿命的方法之一。 热量限制是人为限制动物的食物摄取量，传统的实施方法是：假设平时每天摄入10g食物，进行30%的能量限制，那么每天只提供7g。然而，这种方法对于果蝇和秀丽线虫等模式生物不适用，因而在这些动物中使用了替代原始CR的限制方法热量稀释（Calorie Dilution，CD）——在食物中添加水或不能被动物分解吸收的物质如纤维素（肠道中不含纤维素酶因此能量无法被分解吸收）来稀释单位食物热量，进而造成一定热量限制。 然而，当使用添加纤维素的食物在小鼠上进行热量限制实验时，受试动物的增寿现象消失了。 2022年5月17日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/深圳先进技术研究院 John R. Speakman 研究组在 Cell 子刊 Cell Reports 上发表了题为：Calorie restriction and calorie dilution have different impacts on body fat, metabolism, behavior and hypothalamic gene expression 的研究论文。 该研究探究了这两种不同的“限制”热量方法对模式动物的不同影响。研究分别采用传统热量限制方法CR和纤维素稀释食物的方法CD，对C57BL/6系小鼠进行90天的热量限制，观察并比较了在能量限制期间两种限制方法下小鼠的体重、脂肪重量、各个器官组织应对能量匮乏的响应、代谢生理指标、动物行为的差异以及在能量限制后两组小鼠下丘脑的基因表达谱的差异及与对照组的差异。 实验结果表明，经历饥饿的过程或是热量限制延长寿命和延长健康寿命背后机制的关键因素之一。  在相关激素方面，两种模式的CR小鼠均出现了Leptin（瘦素）和胰岛素的显著下降。在能量代谢方面，它们都出现了代谢率的下降，而热量限制小鼠下降得更为明显。 我们再来看这个研究。 研究者给14个糖尿病前期病人注射胰岛素，胰岛素注射量慢慢开始增加，从第一个月的86左右，到第六个月的100左右。②我们都知道，如果糖尿病人不改变饮食结构，胰岛素用量会越来越多。6个月之内，他们平均长了大概20斤肉肉，从第一个月的93公斤，到第6个月的102公斤。这也很正常，很多朋友都知道，只要你胰岛素高，身体就会开始储存脂肪，肯定长肉肉，这也是为什么，糖尿病患者一开始打胰岛素，就越来越胖的原因。  最后，我们看到一个惊人的数据，实际上他们摄入的食物，越来越少了，从第一个月的2000大卡左右，到第六个月的1700大卡。也就是说，他们比以前吃得少了，却奇迹般的长胖了。看到这里，很多朋友都知道了真相，只要你的胰岛素水平高，就算你吃得少，你也可能长胖。为什么胰岛素水平高，如何降低胰岛素水平，我们以后讨论，我再给大家分享两个研究： 胰岛素水平和代谢率的关系：第三个研究，研究者找了两组体重相同的人，一组是糖尿病人，一组是正常人。 一开始的时候，2型糖尿病人的代谢率比正常组高一些，而当我们开始给糖尿病人组注射胰岛素之后，发现他们的代谢率开始大幅降低。所以，只要胰岛素水平高，代谢率会下降。→ 吃同样热量的食物，减脂效果2.5倍。 同样热量摄入情况下。高胰岛素水平。促进肥胖。也就是说。同等情况下，高胰岛素水平，会降低代谢率。所以，这也是为什么肥胖人群减肥难的原因，高胰岛素水平就是第一道拦路虎。以及，这也是为什么低碳水饮食+轻断食（减少碳水对胰岛素的刺激，降低身体胰岛素水平，提高身体代谢）方式减肥的必要性。 再看一个案例。 2009年7月，一项发表在《科学》杂志上的研究发现，被喂食低热量食物超过20年的恒河猴，明显比那些被允许自由进食的恒河猴活得更长。  右边的欧文虽然只比坎托大一岁，但身体虚弱，动作缓慢，老得更快。 这项研究于20年前在威斯康星大学麦迪逊分校开始，一半的猴子(对照组) 想吃多少就吃多少，另一半则被“节食”，让它们比对照组少摄入大约25%的热量。结果显示：限制热量摄入的猴子，不但明显活得更久，而且被证明死于与高龄有关的疾病的可能性也要小得多，甚至它们的大脑也比对照组的大脑状况更好，比同龄猴保留了更多的灰质。 但三年后，另一项研究给出了完全相反的结论。这项研究也开始于20世纪80年代，是在美国国立卫生研究院下属的国家老龄化研究所的主持下进行的。研究的设计和威斯康星大学的研究几乎完全相同，其中一组猴子的喂养量比另一组少25%~30%。然而，美国国立卫生研究院的研究人员发现，被限制热量摄入的猴子并没有比对照组的猴子活得更长。简单来说，热量限制并没有“起作用”。为什么同样的研究，会得出不同的结果？ 斯坦福大学医学博士、著名健康专家彼得·阿提亚 (Peter Attia)给出的答案是：猴子吃的不一样。彼得·阿提亚拥有约翰斯·霍普金斯医院五年的外科临床经验，曾在美国国立卫生研究院国家癌症研究所致力于肿瘤学与癌症的免疫疗法研究，一直关注肥胖、断食、生酮、阿尔茨海默病、癌症、心理健康、睡眠等主题。 在新书《超越百岁》中，他详细分析了两个研究中的饮食：威斯康星大学的猴子吃的是一种现成的商业猴粮，里面的成分都是高度加工和严格制定的。美国国立卫生研究院给猴子喂食的食物是“天然的”，没有那么精制，是由美国国立卫生研究院内部的灵长类动物营养学家用完整的成分定制的配方。 最明显的对比是，按重量计算，美国国立卫生研究院的猴粮中含有约4%的糖，而威斯康星大学猴子的饮食中蔗糖含量高达28.5%。事实上，研究还显示，超过40%的威斯康星大学的对照组猴子，即那些不受卡路里限制的猴子，出现了胰岛素抵抗和前驱糖尿病的症状。而美国国立卫生研究院对照组中只有七分之一的猴子患上了糖尿病；威斯康星大学的对照组猴子，也比其他组的猴子更容易死于心血管疾病和癌症。 这可能表明，热量限制消除了由于威斯康星大学猴子精致的饮食而导致的过早死亡，而不是实际上减缓了衰老。 所以。热量限制没用吗？当然不是。毕竟这个对比实验，并没有在同为天然食物的情况下再做热量限制的对比实验，只是告诉了我们，大量精致碳水高糖饮食对身体的破坏性。 总结。我们通过梳理r-k选择了解到，r-选择动物，看内在增长率，发育快速、成年个体小、早熟、寿命短，代谢率高。K：种群承载力。个体大、发育慢、寿命长。人类从原始社会进入农业甚至工业社会。确实是k选择向r选择的过度。从原始社会食物链顶端看种群承载力，变了农业，工业社会，看内在增长率了。再者，我们了解到代谢率规模法则又称作克莱伯定律（Kleiber’s Law），该定律适用于所有分类，包括哺乳动物、鸟类、鱼类、加壳动物、细菌、植物和细胞。这意味着，代谢与体型的关系，一个哺乳动物的体重增加一倍，它的心率则下降25%，即1/4（因此心率的指数是（-1/4）。然后，我们又知道了，随着胰岛素分泌量的增多，会降低身体代谢，由此导致了脂肪积累也就是肥胖的过程。甲亢，甲减案例，我们也知道了代谢率和心率的关系。以及，通过大量动物案例，也能验证这个思路，就是说，热量限制饮食，可能降低了身体的代谢率，然后通过这个过程，延长了寿命。 所以说。我们通过生物学的底层原理，克莱伯定律和r-k选择，能够做出推论，真正有助于延长寿命的做法，限制热量饮食+轻断食。当然结合人类演化学来说的话，那就是，低碳+轻断食。 |
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