В 2015 году была проведена Гонка сквозь США – Race Across the USA (RAUSA). Ее участники преодолели 4957 километров за 20 недель в серии марафонских забегов, проходивших от Лос-Анджелеса до Вашингтона. Теперь на материале RAUSA, а также велогонки «Тур де Франс», соревнований по триатлону, 160-километрового марафона и других соревнований исследователи попытались выяснить пределы человеческой выносливости.
Предыдущие исследования показали, что при усиленной физической нагрузке, не превосходящей по времени несколько часов, большинство людей и других млекопитающих в пять раз увеличивают свой основной обмен (basal metabolic rate, BMR), то есть количество энергии, которое они расходуют в состоянии покоя. Специалиста по эволюционной антропологии Германа Понтцера (Herman Pontzer) из Университета Дьюка и его коллег интересовало, как обстоит дело во время длительных нагрузок. Чтобы выяснить, сколько калорий расходуют спорсмены-марафонцы, исследователи снабдили их питьевой водой, в которой обычные водород и кислород были заменены на безвредные редкие изотопы этих же элементов - дейтерий и кислород-18. Измеряя количество этих изотопов в моче, поте и выдыхаемом воздухе, ученые могут рассчитать, сколько углекислого газа производит спортсмен, а это напрямую зависит от числа потраченных калорий.
Группа Германа Понтцера измерила начальные значения BMR у шести бегунов: пяти мужчин и одной женщины. Затем они собрали данные о расходуемой ими каждый день в течение гонки RAUSA энергии. Полученные результаты проанализировали вместе с ранее собранными метаболическими данными из других многодневных соревнований на выносливость. Оказалось, что во всех этих состязаниях расход энергии резко снижался примерно через 20 дней, в конечном итоге достигая примерно 2,5-кратного значения BMR спортсмена. В этот момент организм сжигает калории быстрее, чем он может получать энергию из пищи, то есть наступает биологически обусловленный предел человеческой выносливости. Для дальнейшего продолжения нагрузок, тело должно получать энергию из своих жировых запасов. Ученые отмечают, что участники соревнований на выносливость давно осознали этот факт и перед длительной гонкой стремятся накопить запас жира.
Ученые также заметили, что беременность, расход энергии при которой был измерен в предшествующих исследованиях, требует примерно того же уровня энергии, что и длительные спортивные состязания на выносливость и регулируется теми же метаболическими ограничениями. «Думая о беременности в тех же терминах, которые мы думаем о велосипедистах Тур де Франс и участниках триатлонов, вы понимаете, насколько невероятных ресурсов требует от нашего тела беременность», – говорит Понтцер.
Ряд исследователей выдвигал гипотезу, что в ходе эволюции у людей выработалась способность бегать на большие расстояния, чтобы охотиться на крупных животных, и что те же метаболические приспособления могли позволить женщинам рожать более крупных детей с большим мозгом. Понтцер утверждает, что всё могло быть наоборот: возможно, люди в ходе эволюции стали способны рожать детей с большим мозгом, что впоследствии увеличило выносливость и при долгом беге.
Исследование напечатано в журнале Science Advances.