Πόση ενέργεια χρειάζεται για να γίνει ένα μωρό; - Ανατροπή σε όσα πίστευαν μέχρι τώρα οι επιστήμονες

Η εγκυμοσύνη στους ελέφαντες διαρκεί έως και δύο χρόνια. Τα θηλυκά ορισμένων ειδών ψαριών λιμοκτονούν για εβδομάδες, ενώ κρατούν δεκάδες αυγά και νεογνά μέσα στο στόμα τους. Και οι έγκυες υπομένουν μήνες κόπωσης και ναυτίας. Αυτά είναι μόνο μερικά παραδείγματα που δείχνουν ότι η αναπαραγωγή απαιτεί ενέργεια από τις μητέρες σε όλο το ζωικό βασίλειο.

Οι ερευνητές ωστόσο μπορεί να έχουν υποτιμήσει κατά πολύ την ενέργεια που απαιτείται για την αναπαραγωγή, σύμφωνα με τον Dustin Marshall, οικολόγο και εξελικτικό βιολόγο στο Πανεπιστήμιο Monash της Μελβούρνης.

Η επιπλέον ενέργεια που χρειάζεται ένας άνθρωπος για να δημιουργήσει ένα μωρό θα μπορούσε να είναι έως και 24 φορές μεγαλύτερη από ό,τι είχαν υπολογίσει ορισμένα μαθηματικά μοντέλα, αναφέρει ο Marshall και οι συνεργάτες του σε σχετική μελέτη. Για τα ζώα που βασίζονται σε εξωτερικές πηγές θερμότητας για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματός τους (εκτόθερμα), η διαφορά είναι μικρότερη. Για το φίδι pampas, για παράδειγμα, η αξία είναι περίπου τέσσερις φορές μεγαλύτερη. Και για ένα είδος ψαριού του θαλασσινού νερού που ονομάζεται καπελάνος, είναι δύο φορές περισσότερο.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μαθηματικά μοντέλα για να εξετάσουν πώς αλλάζουν οι ενεργειακές ανάγκες κατά τη διάρκεια της ζωής των ζώων -για παράδειγμα κατά την ανάπτυξη, τη διατροφή και την αναπαραγωγή. Και αυτά, με τη σειρά τους, δίνουν εξηγήσεις σχετικά με το γιατί τα είδη εξελίσσονται με τον τρόπο που εξελίσσονται, όπως ο αριθμός των απογόνων που έχουν ή τα οφέλη των γεννήσεων έναντι της ωοτοκίας.

Η εργασία της ομάδας του Marshall υποδηλώνει ότι οι εκτιμήσεις αυτών των μοντέλων για τις ενεργειακές απαιτήσεις της αναπαραγωγής συχνά έχουν παραβλέψει ή υποτιμήσει την ενέργεια που ξοδεύουν οι μητέρες για να δημιουργήσουν και να μεταφέρουν τα μικρά τους -μερικές φορές αναφέρεται ως «έμμεσο» κόστος αναπαραγωγής, σε αντίθεση με το άμεσο κόστος, την ενέργεια που επενδύεται και αποθηκεύεται στους απογόνους. Είναι παρόμοιο με το να υποθέσουμε ότι η ενέργεια που απαιτείται για την παρασκευή ενός ντόνατ είναι ίση με τις θερμίδες του ίδιου του ντόνατ και να αγνοούμε τα καύσιμα που απαιτούνται για το μαγείρεμά του.

Τα αποτελέσματα, λέει ο Marshall, θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις θεωρίες σχετικά με πτυχές του τρόπου ζωής των ζώων και να βελτιώσουν τις προβλέψεις σχετικά με το πώς θα ανταποκριθούν τα ζώα στην κλιματική αλλαγή.

«Τα μεγέθη αυτών των έμμεσων δαπανών είναι πραγματικά εκπληκτικά», λέει η οικολόγος και εξελικτική βιολόγος Lauren Buckley στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

Πώς να μετρήσετε τη χρήση ενέργειας

Το 2020, η ομάδα του Marshall αποφάσισε να εξετάσει τη βιβλιογραφία για δεκάδες μελέτες από τη δεκαετία του 1930 έως τη δεκαετία του 2000, που είχαν μετρήσει είτε το ποσοστό χρήσης ενέργειας σε έγκυες και μη έγκυες γυναίκες, είτε την ενέργεια που αποθηκεύτηκε απευθείας στους απογόνους. Συνολικά, η ομάδα συγκέντρωσε αρκετά δεδομένα για να υπολογίσει το έμμεσο και άμεσο κόστος της αναπαραγωγής για 81 είδη, που κυμαίνονται από μικροσκοπικά ζώα μέχρι ψάρια, φίδια και ανθρώπους.

Για τα ανθρώπινα δεδομένα, για παράδειγμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μελέτη του 2004 που μέτρησε τον μεταβολικό ρυθμό των ανθρώπων πριν και κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Υπολόγισαν την επιπλέον ενέργεια που απαιτείται κατά τη διάρκεια των εννέα μηνών της εγκυμοσύνης -το έμμεσο κόστος- και το συνδύασαν με το εκτιμώμενο άμεσο κόστος, όπως το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο ενός νεογέννητου μωρού.

Τα δεδομένα μεταβολικού ρυθμού δεν είναι εύκολο να συγκεντρωθούν. Για να μετρήσουν την ενέργεια που χρησιμοποιούν οι έγκυες γυναίκες, οι ερευνητές παρακολουθούν πόσο οξυγόνο χρησιμοποιούν και πόσο διοξείδιο του άνθρακα εκπνέουν.

Σε μια μελέτη του 2007, για παράδειγμα, ο Ryan Samuel στο κρατικό πανεπιστήμιο της Νότιας Ντακότα και οι συνεργάτες του έβαλαν πέντε έγκυες χοίρους σε ατομικούς αεροστεγείς γυάλινους θαλάμους με σωλήνες που μεταφέρουν δείγματα αέρα μέσα και έξω. «Ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο έργο, είχα τις νυχτερινές βάρδιες για να μείνω και να παρακολουθώ τα ζώα», λέει ο Samuel, ο οποίος έπρεπε να ελέγξει ότι τα γουρούνια ήταν άνετα και ο εξοπλισμός λειτουργούσε.

Εκτός από τις νυχτερινές βάρδιες, άλλα ζητήματα καθιστούν δύσκολη την παρακολούθηση της χρήσης ενέργειας κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης για περιόδους πολύ μεγαλύτερες από μία ημέρα. «Αν ήταν περισσότερο από αυτό, θα έπρεπε να βρεις έναν τρόπο για να αφαιρέσεις τα κακά και τα απόβλητα από τα γουρούνια χωρίς να σπάσεις τη σφράγιση του θαλάμου», λέει. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τέτοιες μετρήσεις είναι σπάνιες στη βιβλιογραφία, λέει ο Marshall.

Αντίθετα, οι μοντελιστές βρήκαν ευκολότερο τρόπο να υπολογίσουν την ενέργεια που αποθηκεύεται στους απογόνους -απλώς υπολογίζοντας την ποσότητα οστών, λίπους και πρωτεΐνης στα σώματα των απογόνων και συνδυάζοντάς την με το γνωστό ενεργειακό περιεχόμενο αυτών των συστατικών. Οι μοντελιστές υπέθεσαν ότι αυτό ισοδυναμούσε με το ενεργειακό κόστος της αναπαραγωγής. Ορισμένα μοντέλα έχουν συμπεριλάβει εκτιμήσεις για το έμμεσο κόστος, αλλά το κόστος αυτό υποτίθεται ότι κυμαίνεται από μόλις 5% έως 25% της συνολικής ενέργειας που δαπανάται για την αναπαραγωγή, ανάλογα με το μοντέλο.

Ενεργειακή ανισορροπία

Η ομάδα του Marshall, ωστόσο, διαπίστωσε ότι το έμμεσο κόστος της αναπαραγωγής είναι συχνά πολύ υψηλότερο από το άμεσο κόστος -σε αντίθεση με τις υποθέσεις των προηγούμενων μοντέλων.

Στα θηλαστικά, τα οποία συχνά αναπτύσσουν πλακούντες για να παρέχουν οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά και να απομακρύνουν τα απόβλητα και τα οποία διατηρούν σταθερή εσωτερική θερμοκρασία σώματος, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το έμμεσο κόστος αποτελούσε περίπου το 90% του συνολικού ενεργειακού κόστους της αναπαραγωγής. Μόλις το 10% της συνολικής ενέργειας περιέχεται στους απογόνους. Στον άνθρωπο, το 96% των 208.000 kilojoules (ή σχεδόν 50.000 kilocalories) που απαιτούνται για την αναπαραγωγή απορροφάται από έμμεσο κόστος.

Αντίθετα, τα εκτόθερμα επενδύουν λιγότερο από τον συνολικό προϋπολογισμό αναπαραγωγικής ενέργειας τους σε έμμεσο κόστος, διαπίστωσαν οι ερευνητές. Στις εκτόθερμες που γεννούν, το έμμεσο κόστος αποτελούσε περίπου το 55% κατά μέσο όρο της αναπαραγωγικής τους ενέργειας.

«Για τα θηλαστικά, το έμμεσο κόστος για τη δημιουργία μωρών ήταν τεράστιο -ήταν εντυπωσιακό να δούμε πόσο διαφορετικά είναι από άλλους οργανισμούς», λέει ο εξελικτικός βιολόγος David Reznick στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια.  Συμπεριλαμβανομένου του απογαλακτισμού για τα μωρά μετά τη γέννηση -όπως η επιπλέον ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή γάλακτος- θα πρόσθεταν ακόμη περισσότερο κόστος.

Μεταξύ των εκτόθερμων, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα είδη που γεννούν αυγά, όπως το κριλ της Ανταρκτικής ξοδεύουν λιγότερο από τον προϋπολογισμό αναπαραγωγικής τους ενέργειας σε έμμεσο κόστος (παραγωγή και μεταφορά των αυγών) από εκείνα που γεννούν ζωντανά μικρά. «Υπάρχει μια σημαντική αύξηση στο έμμεσο κόστος -αυτό είναι το κόστος του να κρατάτε το μωρό μέσα σας περισσότερο και να μετακινείτε και να το μεταφέρετε», λέει ο Reznick.

Ερευνητές που μίλησαν στο Nature δήλωσαν ότι ήταν γενικά έκπληκτοι που κανείς δεν είχε ποσοτικοποιήσει το έμμεσο κόστος πριν. «Οι περισσότεροι είπαν ότι εκ των υστέρων, φαίνεται προφανές ότι αυτά τα κόστη θα έπρεπε να υπήρχαν -αν και κανείς δεν συνειδητοποίησε ότι θα ήταν τόσο υψηλά», προσθέτει ο Marshall. Άλλοι πάλι, λέει, εκπλήσσονται που οι μαθηματικές θεραπείες της ζωής είχαν υποθέσει ότι τέτοιο κόστος ήταν μηδενικό ή χαμηλό.

Η έλλειψη γυναικών στο πεδίο μπορεί να έχει οδηγήσει τους ερευνητές να δίνουν λιγότερη προσοχή στο έμμεσο κόστος της αναπαραγωγής, προτείνει ο Marshall.

Η Buckley λέει ότι επίσης δεν βρίσκει έκπληξη το γεγονός ότι ένα πεδίο με κυρίως άνδρες ερευνητές μπορεί να παραμελήσει να μοντελοποιήσει αυτά τα κόστη.

Ενημέρωση θεωρίας

Οι μεγαλύτερες εκτιμήσεις ενέργειας θα πρέπει να συνδεθούν σε μοντέλα για το πώς ζουν τα ζώα, λέει ο Asta Audzijonyte στο Πανεπιστήμιο της Τασμανίας, ο οποίος μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο τα ψάρια διαβούν εν μέσω κλιματικής αλλαγής. Θα χρειαστεί χρόνος για να γίνουν αυτές οι αναθεωρήσεις, λέει ο Marshall, επειδή η επανεγγραφή των μοντέλων δεν είναι απλή. Αλλά, με τη σειρά του, αυτό θα μπορούσε να μετατοπίσει το βάρος των αποδεικτικών στοιχείων πίσω από ορισμένες θεωρίες σχετικά με το γιατί τα ζώα ζουν με τον τρόπο που ζουν, όπως το αν τα ψάρια φτάνουν στο μέγιστο μέγεθος σώματος για να εξοικονομήσουν ενέργεια για αναπαραγωγή, λέει.

Νέες εκτιμήσεις για τη χρήση αναπαραγωγικής ενέργειας θα μπορούσαν επίσης να βελτιώσουν τις προβλέψεις για το πώς θα εξελιχθούν τα είδη εν μέσω της κλιματικής αλλαγής, λέει ο Audzijonyte. Αυτό συμβαίνει επειδή τα προγνωστικά μοντέλα λαμβάνουν υπόψη παράγοντες όπως οι ενεργειακές απαιτήσεις της αναπαραγωγής, το πώς η θερμότητα αλλάζει την ταχύτητα των αντιδράσεων μέσα στο σώμα των ζώων και το πώς μεγαλώνουν τα μεγάλα ζώα.

Η μελέτη του Marshall και της ομάδας του είναι μόνο το πρώτο βήμα προς την ποσοτικοποίηση του κόστους αναπαραγωγής σε ολόκληρο το ζωικό βασίλειο, λέει. Λόγω των πενιχρών δεδομένων, οι ερευνητές έπρεπε συχνά να προεκτείνουν το κόστος της εγκυμοσύνης από μετρήσεις που έγιναν σε λίγα μόνο σημεία κατά τη διάρκεια της κύησης, γεγονός που περιορίζει την ακρίβεια των εκτιμήσεών τους, λέει ο Marshall. Στο μέλλον, θα χρειαστούν μελέτες που θα μετρούν το έμμεσο κόστος της αναπαραγωγής σε όλη την περίοδο κύησης, λέει.