互动科普

我和太太在北京的公寓就在奥林匹克公园旁边。这个公园坐落在北京城的北边，坐拥鸟巢体育场和水立方水上游乐园，是北京城面积最大的绿地。在许多方面，奥林匹克公园和其他大都市中心的大型公园没什么两样，比如伦敦的海德公园，纽约的中央公园。公园里有一个大湖，以及很多可以步行但绝不会迷路的小道。然而另一方面，奥林匹克公园则有着鲜明的特色。我和太太经常去那里散步，与世界上我去过的其他公园（中国的除外）不同的是，星期天早上会有一个很大的社区合唱团在公园入口处唱歌。坐下来听一会儿不下几百人的大合唱，真的很不错。而让这个公园和其他公园相似的是，里面有很多跑步或慢跑的人。显然，这座在2008年奥运会之前就开启的公园细心地考虑到了跑步者们的需求。公园里有专门的路线穿梭在树林中，围绕在湖边，标着2公里、5公里和10公里。我粗略估计，周日早上沿着这些路线慢跑的应该有几千人。进行锻炼的人群远不止这些。在奥林匹克公园附近，以及北京城的其他地方，还有成百上千个健身中心，里面也满是在各种运动器械上跑步、骑行或划船的人们。

图1. 在跑步机上跑步的人

这种只是为了运动而运动的行为，似乎是人类特有的活动。公园里还有许多动物，但是，你从不会看到一群群喜鹊绕着树转圈飞。松鼠们也不会集合起来在树顶上进行它们2公里的晨跑。即使是人类的近亲黑猩猩或大猩猩，也没人见过它们成群结队沿着丛林里的小径跑步或走路，纯粹只是为了这样做。这是为什么呢？有一个经典的解释，即其他动物赖以生存的能量供应都是受限制的。因此，动物们穷其一生都在寻找食物，以满足它们生存的能量需求。如果你在野外观察动物的话，经常会看到它们不是正在取食，就是正在保护它们赖以取食的领地。之所以如此，是因为它们的身体对能量的需求是持续不断的，而它们可获得能量的唯一途径就是食物。如果动物有能力获得额外的食物，它们通常会把这些富余的能量用于繁殖活动。这一观点在生态学研究领域被学者们广为接受，我们可以用它来解释为什么其他动物没有进化出慢跑或类似的锻炼行为。

设想一下，有一只动物携带一个基因突变，使得它每天进行1小时类似慢跑这种日常但无用的运动，我们姑且称之为慢跑突变。这种运动比安静坐着或无所事事要消耗更多的能量。与一只没有携带慢跑突变的动物相比，它们需要采集更多的食物，因此每天取食的时间会增加。但是因为要进行1小时的慢跑，它们每天可以用于采集食物的时间缩短了1小时。如果像人们通常认为的，动物的能量供给并不充足，那么携带慢跑突变基因的个体将很难维持能量摄入和支出之间的平衡。而如果一只动物长期和反复地不能维持能量收支平衡，那么死亡将是难以避免的结局。换句话说，慢跑突变会增加动物死亡的风险。对于一个基因突变的传播来说，如果死亡风险的增加能够通过更多的后代繁殖来弥补，那么基因突变是可以传播开来的。然而，慢跑突变并不是这种情形。如果携带和未携带慢跑突变基因的动物都有足够的食物能保障其生存，那么未携带慢跑突变基因的个体显然在繁殖上更具优势，它们有更多的能量投入到繁殖中，可以产下更多的后代，因为它们没有浪费任何能量在慢跑上。这样一来，慢跑突变基因不可能在种群中进行传播，因为它同时降低了动物的生存能力和繁殖能力。

人类似乎已经成功克服了这一难题，因为对现代社会里的大多数人来说，能量已不再有什么限制。一旦你不再受限于能量供应，那么就可以做很多其他动物不可能做的事情。这也就是为什么人类能有时间和能量从事诸如艺术、科学、宗教等活动，而其他动物需要把所有的时间用于取食和繁殖后代。慢跑，以及其他形式的没有什么用处的运动，只是另一件我们因为能量供给不受限制才能做的事情。事实上，我们也已经知道，对运动的喜好在一定程度上是有遗传因素的。那么，会不会是因为没有能量限制才有了人类种群中慢跑突变的传播呢？其实，有很多事情都可以用能量限制的观点来解释。首先，从事这种无用的运动与一个人的富有程度以及可以在食物上花多少钱密切相关。也就是说，一个人能在多大程度上不受能量供给的限制。如果你从北京去到郊区的村庄，我猜周日早上遇到的慢跑的人将会寥寥可数。而且，你可能也很难找到配备大量健身器械的健身房。其次，这种运动锻炼是一个相对现代的现象。随着人们收入水平的提高，以及人们彻底挣脱了能量限制的桎梏，消耗能量用于运动锻炼成为可能。如果你阅读一些老的文本，比如《圣经》，你绝不可能读到这样的字句：“有一天摩西出去跑步……”或者“当耶稣出去进行他每周一次的慢跑时，他注意到……”等等。我还没有读过孔子的论著，但是我敢打赌里面也不会有此类描述。我从网上没有搜索到任何孔子关于进行无用运动锻炼的名言（无论褒贬的都没有）。两三千年前的人们并不进行运动锻炼，大概是因为他们没有富余的时间（或能量）和资源用于无用的运动。有资料显示，运动锻炼只是到了距今400年前左右才出现。“慢跑”(jogging）作为英语中的一个单词，出现在17世纪50年代中期。如此看来，所有这些似乎都提示着进化上的意义。我可以看着公园里沿着10公里跑道锻炼的慢跑者们，洋洋自得地解释：他们其实都是携带着慢跑基因的有缺陷的突变体，本来是会被自然选择淘汰的，但现在能够在能量供应充足的现代人类社会中生存下来了。

那么这样一个进化的故事真的讲得通吗？5年前，我和一位同事艾拉·克罗尔（Ela Krol）在《动物生态学》杂志上发表了一篇文章，我们的目的是想挑战由来已久的大多数动物能量供给受限制的观点。这个观点有几个立脚点，但以下是我们指出的几个问题。首先，如果通过实验手段移除动物的能量供应限制，动物并没有表现出相应的生理行为反应，显示它们曾经能量摄入不足。在很多实验中，野生动物的食物供应都是充足的，在这种情况下，野生动物并没有突然摄入更多的食物，并将多余的能量用于繁殖更多的后代。最通常的反应是，动物取食同样量的食物，但缩短了觅食的时间。这显示受限制的是它们消耗能量的能力，而不是获取能量的能力。另外一件值得思考的事情是，如果比较一只哺乳期的小鼠和非哺乳的小鼠，前者的能量需求大概会比后者高5倍，因此，前者的食物摄入也应该多5倍。在繁殖季节，一个种群中会有处于不同繁殖阶段的个体。处于哺乳期的动物通常能够获得充足的食物从而满足它们巨大的能量需求。那么对于在同一环境中的非哺乳期动物而言，可获得的食物则是远远超过其需求的。因此，很难想象这样一个种群中所有的动物个体都会受到能量供应的限制，它们的能量需求相差如此悬殊。

图2. 在转轮中奔跑的仓鼠。图/Mylius

尽管我们在文章中没有深入阐述，但这一点可以引申出一些很重要的问题：如果大多数动物在大多数的时间里并没有受到能量供应的限制，那么，它们没有像人类一样进行无用的锻练，就不可能是因为能量限制。2016年1月，英国生物学家刘易斯·哈斯里（Lewis Halsley）也在《动物生态学》杂志上发表了一篇论文，提出一个革命性的观点，他认为在野外很多动物很可能也像人类一样进行运动锻炼！这怎么可能呢？为什么我们没有看到过？上文中论述的慢跑突变的进化生物学解释又当如何理解？携带慢跑突变的个体如何不被未携带慢跑突变的个体所淘汰？哈斯里让我们考虑一个不同的场景。慢跑带来的后果是什么？一个显而易见的事实是，运动锻炼的人们比不运动的人更加健壮。这会影响到人们在运动中的表现。如果你从奥林匹克公园里晨跑的人中随便挑一个出来，和几乎从来不运动的我进行一场200米的短跑比赛，他们肯定会赢。在这样的场景中，只有很小一部分涉及到进化上的后果。如果我们被一只老虎追赶会怎样？这让我想到一个关于两个在澳大利亚观光的游客的古老故事，他们两个谈到万一被鳄鱼追赶怎么办，其中一个说：“我觉得你不可能跑过鳄鱼。”另一个回答：“并不需要，我只要跑过你！”

问题的关键在于，无用的运动并不总是（甚至通常并不是）在进化上不利的。运动的动物会需要消耗更多的能量，但如果能量的供应并不受限制，那这并不会导致它们能量收支失衡继而死亡。不利之处可以说是微乎其微。另一方面，当它们遇到捕食者时，运动可能表现出巨大的优势，因为是否携带慢跑突变不仅意味着生存和繁殖之间的区别，更决定了是否会成为老虎的盘中餐。在这种情况下，人们很容易联想到慢跑突变会在种群中迅速传播。对动物而言，当遇到捕食风险时，身体的健壮也就意味着进化上的适合度。

再回到星期天早晨的奥林匹克公园，为什么我们看不见动物跑步呢？一种可能是，通常动物们日常的取食行为对它们来说已经是足够的运动锻炼。也许，它们只有在日常行为带来的运动量不够的情况下，才进行额外的运动。这也可能是过去几百年里慢跑才出现在人类社会中，并且只是出现在社会的富有阶层中的一个潜在原因。在那之前，农村里大多数人从事繁重的体力劳动，他们可能并不需要额外的运动。然而，问题来了，多少运动量才算足够？比日常的活动多一点点可能会具有进化上的优势。关键问题是当我们看见这样一种行为的时候能否分辨出来。举个例子，如果我坐在公园里，看一只喜鹊从一棵树飞到另一棵树，我如何知道它的飞行是用来锻炼还是有其他目的？动物们不跑圈，并不意味着它们不锻炼。在野外观察动物时，也许我们需要利用哈斯里文章里提供的视角，重新校正我们所看到的表象。野外的动物没有在运动器械上跑，也许只是因为野外没有供它们跑的设施。如果我们给它们准备好运动设施会怎样？它们会不会用？实际上，去年科学家们正是做了这样一个有意思的研究。他们把啮齿动物的运动转轮放在野外，观察会发生什么。令人惊讶的是，野外的啮齿动物居然真的会使用它们！这算不算动物也会进行日常运动来健身的证据呢？

现在当我再去奥林匹克公园，看到的景象就有了新的内容。表面上看起来漫无目的飞翔的鸟儿，也许是正在努力锻炼，为遭遇老鹰时做准备。那么慢跑的人呢？星期天在公园跑步的人们，是不是只是因为还拥有过去应对被捕食风险而被自然选择下来的遗传机制？他们是不是在为永远不可能来追捕自己的老虎做准备？因为我们已经不再面对被捕食的风险，没有慢跑突变也能生存下来，所以不爱运动的人们是否已经丧失了驱动我们运动锻炼的遗传机制？我们这些不运动的人，是不是本应该被自然选择淘汰，却因为现代社会没有被捕食的风险而能幸存下来？

（本文发表于《科学世界》2016年第4期）