php心跳哺乳动物平生中真的只有10亿次心跳吗人类为什么有25亿次

/王雪莹 编辑/丁林

新媒体编辑/房永珍

近日，斯坦福大学的海洋生物科学家监测到了一头蓝鲸的心跳，他们创造蓝鲸不仅体型巨大，就连心脏的功能也很强——上浮于海面时心跳加快，最高可达37次/分钟；下潜至深海时则心率减慢，最低每分钟可以只跳2次，这种超出人类认知的"两极式"心跳，竟然每天都在蓝鲸体内上演！

我们在自然界彷佛能看到一种规律：体型越大的生物寿命越长。
一条小狗最多能活15年，一头大象的寿命却能到75岁，活到90对付蓝鲸来说不是问题。
野生环境的哺乳动物，生平中的心跳总数大致在"10亿"这个数量级。
蓝鲸这种剑走偏锋的心跳办法，莫非是它们遐龄的窍门吗？

2013年，丹麦科学家在一项对2800人长达16年的跟踪调查研究中创造，静息心率在71~80次/分的人，比静息心率低于 50次/分的人，全因去世亡率增加了51%；静息心率在81~90次/分的，全因去世亡风险是2倍；超过90次/分的全因去世亡风险是3倍。
静息心率更快，彷佛不但是影响心脏康健，而是让整体康健和寿命受到了影响（运动期间心率虽然更快，但常常运动者的静息心率实在方向于变得更低）。

这种心率与寿命间的"联系"彷佛不仅存在于人类中。
人们早就创造，哺乳类动物的心跳、体型和寿命之间存在着某种奇妙的联系：心率高的动物如小臭鼩（Estruscan Shrew），心跳最高能达到1511次/分，却只能活2年；而心率低的动物如大象，其心跳坚持在25-35次/分，能活到75年 [1]。

▲心率破千的小臭鼩（来源：维基百科）

有趣的是，如果将心跳速率与均匀寿命相乘，我们就会创造，只管地球上的哺乳动物体型有大有小，但大多数物种生平的心跳总数却都位于“10亿”这个数量级上（并不是确定的数额）[2]。

▲大多哺乳动物生平中都有约"10亿"次心跳（来源于网络）

难道动物的寿命有这样一种神秘的"倒计时"机制，心跳满10亿次了就要寿终正寝？

(图片来源于网络)

早在1932年，瑞士生物学家Max Kleiber就总结出了 "克雷伯定律"（Kleiber's Law），即哺乳动物的根本代谢率，与其体重的3/4次方成正比——猫的体型是老鼠的100倍，它的能量花费只有老鼠的100^3/4，也即31.6倍。
因此，体型越大的生物，每个细胞的代谢速率相对越慢，对能量的花费就越低。

▲动物花费的能量（E）与体重（M）的3/4次方成正比（来源于网络）

这种规律背后的可能阐明是：比较于个头大的哺乳动物，个头小的动物表面积与体积的比值更大。
为了保持自身温度的稳定，它们必须拥有更高的根本代谢率。
如果表示在进食上则是，小鼠每天要摄入相称于体重50%的食品，而人类只须要2%。

时隔多年，以美国圣菲研究所（Santa Fe Institute）主管Geoffrey West教授为首的三位科学家又在克雷伯定律的根本之上，创造动物的心率、寿命等生理指标，也和体型存在类似的数学关系——动物均匀寿命与体重的1/4次方成正比，心率与体重的1/4次方成反比。
West等科学家总结出的规律，乃至能够表示在动物发展的过程中——新生婴儿的心率高达185次/分，而随着身体终年夜，心率则会逐渐降落。

▲动物的心率，与其体重呈负干系。
越小的动物心率越快（Cr: Cardio research）

正是由于寿命、心率与动物体重一个成正比，一个成反比，且大致能够相互抵消，以是我们会看到"心率和寿命干系联"的表象——这并不代表心率与寿命有直接的因果关系。

West认为，这种征象是大自然通过调处不同动物细胞的"事情效率"来维系"生命平衡"：只管大象的体积是老鼠的许多倍，但是其更繁芜、更高效的细胞构造授予了大象更高等的身体性能，让其能以更低的花费，得到与老鼠细胞同等的功效。
因此，大象的心跳低于老鼠，寿命则更长[3]。

上述些理论彷佛都印证着同一种不雅观点，即体历年夜的哺乳类动物"高效节能"、心跳慢、活得久；体积小的动物则"耗能高"、心跳快、寿命短。
虽然生活在同一片蓝天下，大型动物在细胞、亚细胞层面的"时钟"走得更慢了。

但是，关于心率和寿命的关系，动物界中还有一些例外[4]。

以龟龄有名的裸鼹鼠与老鼠的个头差不多，但心跳却慢了多倍，寿命也远比普通老鼠长得多，最龟龄的裸鼹鼠乃至能活到32岁，是普通试验鼠寿命的10倍还多[5]。
摆荡翅膀快到你看不见的蜂鸟，心率和也能和小臭鼩一样打破1000次/分，但蜂鸟却比小臭鼩寿命长得多。

▲裸鼹鼠（来源于网络）

这些跳出"规律"的生物，有什么龟龄窍门？

科学家创造，蜂鸟虽然在翱翔时心率超过1000次/分，但在停下时，则只有60次/分。
而在夜里安歇期间，它们的心脏险些停滞。

▲蓝喉蜂鸟（来源：allaboutbirds.org）

美洲土拨鼠在夏季的心率，大约是每分钟89次。
它们的实际寿命，比根据夏季心率预测的值增加了30%——在冬眠期间，土拨鼠的体温显著低落，身体代谢率降到仅有平常的1%，心率也低落到10次/分。

与土拨鼠类似，其他冬眠的动物寿命每每也更长。
蝙蝠中有冬眠和不冬眠的物种，比较之下，冬眠的物种寿命更长。
裸鼹鼠的核心温度，也比同样大小的啮齿动物低3~5摄氏度。

也便是说，能够通过冬眠等办法使代谢率低落的物种，看起来就像是"节约心跳"而活得更长了。
科学家在那些超过10亿次心跳的物种中探求"冬眠术"之类的龟龄之道，或许能够为延长人类寿命做出贡献。

按照"10亿次心跳"的规律推算，人类均匀在30岁出头时就该当去世掉。
但实际上，人类寿命与心跳之间已经不符合上述"规律"了。

根据天下卫生组织（WHO）2018年5月发布的最新数据，当前环球总体人口均匀预期寿命已经达到72岁[6]，如果按照人类的静息心率（60-100次/分钟）来推算的话，人类生平的心跳总和可达25亿次，是10亿次 "天年"的两倍还多。

▲当代人类（Modern Humans）彷佛"跳出"了自然界的寿命规律，均匀有多达25亿次心跳（图片来源：robdunnlab.com）

实在，人类的均匀寿命仅仅在一百多年前，才刚超过"10亿次心跳"的30岁。
人类有了额外的15亿次心跳，同工业革命后医疗技能的进步和卫生环境的改进是分不开的——抗生素的创造和疫苗接种的运用，息灭了曾使人口大批去世亡的各种盛行性传染病，使得人类均匀预期寿命在本世纪内迅速增长。

▲人类预期寿命在上个世纪显著增长（来源于网络）

自然心率/寿命的极限在哪里？

前文所提到的蓝鲸，便是自然界不折不扣"玩心跳"的重磅选手。

▲研究者给蓝鲸安装心率监测装置（来源：斯坦福大学）

作为天下上体积最大的动物，成年后的蓝鲸身长约为22-30米，体重最高可达170吨。
如果利用以往模型来预测，成年蓝鲸这么大个头，对应的心跳该当在11次/分钟。
然而经由连续9小时的野外监测，科学家不得不承认：他们此前显然"低估"了蓝鲸心脏的实力。

▲鲸鱼心跳变革观点图（Cr:Alex Boersma）

究其缘故原由可知，随着动物体型的增大，携带氧气的血细胞被运送到身体末端，并再次回到心脏就须要更长的韶光。
这种韶光上的限定，导致大型动物心率更低。

然而，总是如此，蓝鲸的心率或许已经是动物界最慢心率的极限了：上述研究卖力人、斯坦福大学海洋生物学家授J. A. Goldbogen表示，鲸鱼心脏独特的血液动力学设计，才许可这种"不可思议的心跳"能够存在。

▲蓝鲸心脏的等比例模型（Cr: dinoanimals.com）

为了担保正常的上浮和下潜活动，蓝鲸极具弹性的主动脉弓舒展机制在进化中得到了"升级改造"——通过主动脉弓"气球"般缓慢紧缩，蓝鲸在心率极低的情形下也能担保血液的持续流动。

那么，蓝鲸的心脏还能更慢吗？科学家们认为，这或许很难了。
蓝鲸的心脏现在已经处在"生理学极限"。

Goldbogen团队在创造蓝鲸的心率极限后不久，又在《科学》揭橥研究——他们创造由于蓝鲸紧张食品（磷虾）密度的限定，它们的体型或许也到达了地球上的极限。

▲蓝鲸等须鲸类的体型越大，进食能力也就越强，进而支撑更大的体型。
但是受限定于磷虾的自然密度，蓝鲸的体型也会达到极限（来源于网络）

受限于此，蓝鲸的身体无法再"胖"下去了。
它们80-90年的寿命，大概也是野生哺乳动物寿命的极限了（弓头鲸的寿命比蓝鲸更长，但这可能与它们生活在寒冷的北极海水中有关）。

参考资料

[1] https://dinoanimals.com/animals/heart-rates-of-animals-top-10/

[2] https://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=12877984?storyId=12877984

[3]http://hep.ucsb.edu/courses/ph6b_99/0111299sci-scaling.html

[4] http://www.sohu.com/a/64262997_119097

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3894653/

[6] https://www.who.int/gho/mortality_burden_disease/life_tables/situation_trends/en/

[7] http://www.cardio-research.com/quick-facts/animals

出品：科普中心厨房

监制：北京科技报 | 科学加客户端

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