宾夕法尼亚州立大学运动学教授乔纳斯·鲁本森（Jonas Rubenson）表示，高效移动的能力可能在动物进化中发挥重要作用。在移动上消耗较少能量的动物可能有更多资源用于寻找食物、狩猎和繁殖等基本活动。这项发表在《英国皇家学会学报B：生物科学》（Proceedings of the Royal Society B, Biological Sciences）上的研究表明，运动的能量需求比科学家以前认为的更具适应性。
为了进行调查，研究人员在幼年珍珠鸡（一种与鸡亲缘关系很近、像人类一样用两条腿走路的鸟类）的一条腿上绑上小重物。他们想确定在发育过程中携带额外重量是否会改变这些鸟类成熟后移动的效率。
结果显示出显著的差异。从小携带重物长大的鸟能够带着额外负荷行走，而无需消耗额外的能量。相比之下，在没有重物环境下长大的鸟，当腿上绑上相同的负荷时，所需的能量增加了23%。
“这项研究表明，在发育期间进行肢体负荷（通过重物或锻炼等方式对手臂或腿部施加机械应力）如何帮助动物在其一生中移动时节省能量，”该研究的资深作者鲁本森说。“这是最早表明动物幼年时期的行为和环境会影响其成年后移动费力程度的研究之一。”
为什么童年锻炼对终生健康至关重要
尽管实验对象是鸟类，但这些发现引发了关于人类体力活动的重要问题。一个被广泛接受的科学假设提出，当运动让人感觉体力消耗大或需要大量能量时，人们往往会避免运动。
如果早期活动像影响这些鸟类一样影响人类的移动效率，那么在童年时期不太活跃的人成年后可能需要消耗更多能量才能完成相同的动作。这种额外的费力可能会降低他们锻炼的意愿，从而可能加剧不活跃的生活模式。
鲁本森认为，这一发现可能对公共健康产生广泛影响，特别是考虑到当今儿童通常不如前几代人活跃。
“总的来说，当今美国儿童的活动量远低于前几代人，”鲁本森说。“这项研究表明，在童年时期通过游戏和锻炼进行更多的体育活动，可以使人们成年后更容易保持或变得更加活跃。如果人们成年后移动时不需要消耗那么多能量，那么锻炼——及其带来的所有健康益处——对他们来说将更容易实现。这可能对我们国家福祉的许多方面产生影响，从心脏健康到心理健康。”
研究人员如何测试早期锻炼的效果
该实验对12只珍珠鸡从两周大一直追踪到16周大，此时这些鸟已接近成年后的最大体型。
一半的鸟在一条腿上佩戴铅环，每个铅环的重量为鸟自身体重的4%。其余六只鸟在没有增加任何重量的情况下发育。除了这一差异外，所有12只动物的生活环境和锻炼习惯都相同。
当这些鸟长到九周大时，研究人员开始训练它们在跑步机上行走。
在16周时，研究团队使用安装在跑步机上的流通式代谢室评估了它们的能量消耗。该设备测量了每只鸟消耗的氧气，以及它释放的二氧化碳和水蒸气。据研究人员称，这种方法被认为是确定动物在进行特定活动时消耗多少能量的黄金标准。
每只鸟都在三种条件下进行了测试：静立、在跑步机上无负重行走，以及在一条腿上佩戴负重环行走。通过比较这些条件下的耗氧量和二氧化碳生成量，科学家们能够确定额外负荷如何影响能量消耗。
早期训练产生了惊人的节能效果
研究人员发现，当鸟静立时，它们的能量消耗没有差异。然而，一旦它们开始负重行走，其反应就发生了显著变化。
在成长过程中未携带重物的鸟，在负重行走时的能量消耗比不负重行走时增加了23%。
在整个发育过程中佩戴重物的鸟表现出截然不同的反应。它们的身体适应得如此有效，以至于带着额外负荷行走所需的能量甚至比不负荷行走还要少。这个出乎意料的结果让研究团队感到惊讶。
“这些鸟变得非常高效，以至于它们携带重物所消耗的能量并不比不携带重物行走所需的能量多，”鲁本森说。
当研究人员比较这两组鸟时，出现了另一个意想不到的发现。平均而言，在整个发育过程中习惯携带重物的鸟，佩戴重环行走时消耗的能量并不比普通鸟不佩戴重物行走时消耗的能量多。
这些观察结果共同表明，生命早期的经历可以显著影响动物成年后移动的效率。
“这表明动物——这可能也包括人类——可以根据其生活经历变得更加高效。因此，当人类在童年和青春期定期锻炼时，这可以为我们一生的运动能力打下基础。”
这些发现提供了新证据，表明发育期间的体力活动会对移动所需的能量产生持久影响。人类是否也会发生同样的适应性变化尚待确定，但该研究提出了一种潜在机制，即童年锻炼可能有助于支持日后的体力活动。
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）也参与了这项研究，与他一起参与的还有几名在皮亚扎和鲁本森指导下工作的现任和前任研究生。
该研究的两位共同第一作者是塔拉亚·约翰逊（Talayah Johnson）和卡维娅·卡图加姆-德申（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-德申在宾夕法尼亚州立大学获得博士学位，目前担任北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学与康复工程研究助理教授。
其他贡献者包括伊恩·德申（Ian Dechene），他曾担任该项目的科研人员，现在是一名软件工程师；以及罗伯托·卡斯特罗（Roberto Castro），他是宾夕法尼亚州立大学的博士生，由皮亚扎和鲁本森共同指导。
该研究由美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）下属的美国国立关节炎、肌肉骨骼和皮肤病研究所（National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases）通过奖项R21AR071588和R01AR080711提供资金支持。研究人员对研究内容负全责，不一定代表美国国立卫生研究院的官方立场。