本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
您很可能有时会思考卡路里。它们是宇宙中最常被计算的事物之一。最初构想卡路里时，它是在人类工作的背景下提出的。更多的卡路里意味着更多的工作能力，更多的化学能量来完成工作，就像人类炉子里的煤炭。据估计，脂肪每克含有九卡路里，而碳水化合物和蛋白质只有四卡路里；纤维有时单独计算，并被授予微不足道的两卡路里。您买过的每盒食品都根据这些估计值进行标签；那么糟糕的是，它们常常是错误的。
食物并非等同——对不同种类食物中卡路里数量的估计，衡量的是我们仅根据脂肪、碳水化合物、蛋白质以及有时是纤维的比例，可以从这些食物中获得的平均卡路里数量（本质上，摄入的卡路里减去排出的卡路里）。存在各种标准系统，所有这些系统都源于威尔伯·阿特沃特一百多年前开发的原始系统。它们都是平均值系统。没有食物是平均的。
即使在给定种类的食物中也存在差异。以煮熟的蔬菜为例。一些植物的细胞壁比其他植物的更难分解；当然，自然界的一切都各不相同。如果我们吃的植物材料的细胞壁被破坏得更多，我们就可以从里面的好东西中获得更多的卡路里。在某些植物中，烹饪会破坏大多数细胞壁；而在另一些植物中，例如木薯，细胞壁保持坚固，并将它们珍贵的卡路里囤积起来，以至于许多卡路里完整地通过我们的身体。
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但这不仅仅是煮熟的蔬菜。坚果公然我行我素，考虑到坚果实际上是种子，其母体投入精力使其逃脱消化，这可能是意料之中的。花生、开心果和杏仁似乎比它们蛋白质、脂肪、碳水化合物和纤维的含量所暗示的更难完全消化。究竟难消化多少？就在本月，美国农业部珍妮特·诺沃特尼及其同事的一项新研究发现，当“普通”人吃杏仁时，她每份只能获得 128 卡路里，而不是“标签上”的 170 卡路里。
[图片 1. 我们身体无法消化的部分卡路里流向了蜣螂和苍蝇，它们的帝国在我们效率低下的地方崛起。图为 Garreta nitens 物种，由 Piotr Naskrecki 拍摄]
目前尚不完全清楚为什么杏仁或开心果等坚果产生的卡路里比它们“应该”产生的要少。坚韧的细胞壁？也许是。但如果不是坚果本身，那么对于其他食物来说，还有其他选择。
首先，我们的身体似乎需要消耗不同数量的能量来处理不同种类的食物（消耗的能量产生热量，因此被科学家称为“饮食诱导生热作用”）；有些食物需要我们付出比其他食物更多的工作。蛋白质消化所需的热能可能是脂肪的十到二十倍，但包装上根本没有考虑到作为热能损失的卡路里。
其次，食物在我们的肠道中消化方式和地点有所不同。有些食物，如蜂蜜，非常容易被利用，以至于我们的消化系统实际上甚至没有得到很好的利用。它们在小肠中被吸收；游戏几乎结束。另一方面，更复杂的食物，如木薯或杏仁，必须到达结肠，在那里它们会遇到我们小友——微生物的最大浓度。在我们的数万亿微生物的帮助下，消化继续进行，但营养物质在我们和它们之间共享。微生物帮助分解我们自身身体无法分解的许多化合物，并在这样做时继续产生微生物、气体（如甲烷）和脂肪酸的混合物。与微生物共享的这个过程相关的核算在卡路里计数中没有考虑。
最后，有些食物需要我们的免疫系统参与消化，以处理潜在的病原体。没有人非常认真地评估这可能涉及多少卡路里，但可能相当多。一块有点生的肉可能含有许多有趣的物种，供我们的免疫系统处理。即使我们的免疫系统没有攻击我们食物中的任何物种，它也会使用能量来迈出区分好坏的第一步。
不同食物的命运之间存在如此多的差异，以至于食物中卡路里数量的估计值和真实数量几乎不可能很好地对应起来。而且我们甚至还没有谈到卡路里并非总是卡路里的最大方式，即加工。
在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，哈佛大学的雷切尔·卡莫迪及其合作者研究了两种最古老的食物加工形式——烹饪和研磨（技术上在他们的研究中是捣碎）——对这些相同食物中可用卡路里的影响。
卡莫迪从她之前的工作中了解到，像红薯中的淀粉这样的淀粉，烹饪得越多，可用于消化的卡路里就越多（至少在一定程度上）。因此，您烹饪的两个红薯永远不会具有完全相同的卡路里数量，因为它们的生长方式不同，而且您的烹饪方式也会略有不同。但是，卡莫迪想知道，肉类呢？肉类相对容易消化；它的卡路里可能与寿司中的卡路里一样容易获得，也可能与麦当劳汉堡包中的卡路里一样容易获得。当然，肉就是肉，这是我们对卡路里估计值唯一正确的事情。错了。
消化很难研究。很难让参与者，即使是大学生，连续几天只吃生牛肉。卡莫迪和她的同事通过研究小鼠绕过了这个问题；他们监测了喂食不同饮食的小鼠的体重。小鼠对它们的消化也很保密，因此卡莫迪必须测量小鼠的移动方式以及它们体重的增加量，以此来指示没有通过粪便等低效率方式损失的能量量。在所有条件相同的情况下，小鼠在给定饮食下变得越大，它们获得的卡路里就越多。卡莫迪给成年雄性小鼠喂食有机红薯（本质上是为了重新测试已知的东西）或有机瘦牛肉。这些食物以生的和完整的、生的和捣碎的、煮熟的和完整的或煮熟的和捣碎的方式提供。标准的卡路里系统，即用于在您在商店购买的食物上标示数字的系统，假设（因此也预测）这些对卡路里含量没有影响；但它们会吗？允许小鼠尽可能多地吃，并且密切监测它们的摄入量（卡莫迪必须从笼子里捡起每一块未吃完的食物）。
[图片 2. 人体肠道示意图。图片由 Dflock 在维基共享资源提供。]
不同饮食的小鼠的运动量大致相同。它们都有一个轮子可以跑，并且在跑步的意愿方面，它们在不同的处理方式之间没有差异。然而，它们在研究结束时的体重却有所不同。正如预测的那样，小鼠在生红薯上减轻了四克以上的体重，但在喂食煮熟的红薯（无论是否捣碎）时体重却增加了。但是肉类呢？煮熟的肉更容易消化。小鼠在生肉上减轻了 2 克体重，但在熟肉上仅减轻了 1 克体重。事后看来，这似乎并不令人惊讶。热量使蛋白质变性，使其更容易消化。热量还可以杀死细菌，并可能通过减少免疫系统必须做的工作来降低食用肉类的免疫成本，从而使身体能够以给定的卡路里数量制造更多的身体。
总的来说，似乎食物加工得越多，它们实际上就越能给我们包装盒、袋子或其他标签上看到的卡路里数量。这不仅适用于烹饪和捣碎，也适用于工业加工。最近的一项研究发现，作为实验的一部分，食用 600 或 800 卡路里份量的全麦面包（上面有坚果和种子）和切达奶酪的个体人类，在消化该食物时实际消耗的能量是食用相同数量的白面包和“加工奶酪产品”的个体人类的两倍，是的，是两倍。” 因此，全食物食用者获得的净卡路里数量比加工食品食用者获得的数量少百分之十（因为他们在消化过程中消耗了一些卡路里）。在蟒蛇身上进行的类似工作表明，煮熟和/或磨碎的肉也需要更少的能量来消化（至少对于蟒蛇而言）。如果您想要更多的卡路里，无论您是不是蛇，都要烹饪、捣碎并以其他方式预消化您的食物。
身体并非等同——令人惊讶的是，卡路里并非总是卡路里还有更多方式。即使两个人以某种方式吃了相同烹饪方式的相同红薯，他们也不会获得相同数量的卡路里。卡莫迪及其同事研究了一种单一的重度近交系实验小鼠，因此他们的小鼠彼此之间尽可能相似。然而，由于可能由于它们的行为或身体的细微差异，小鼠在给定饮食下的生长或缩小程度仍然不同。人类在几乎所有特征上都各不相同，无论是身高、肤色还是肠道。早在测量这种多样性成为热潮时，欧洲科学家就发现俄罗斯人的肠道比意大利人的肠道长约五英尺。这意味着那些吃与意大利人相同食物量的俄罗斯人可能会从中获得更多。俄罗斯人曾经（或现在）拥有更长肠道的真正原因仍然是一个悬而未决的问题。当然，其他民族的肠道也有所不同；肠道需要更多的研究，尽管我不打算自愿去做这项肮脏的工作。我们在产生特定酶的数量上也各不相同；食用大量淀粉类食物的人的后代往往会产生更多的淀粉酶，即分解淀粉的酶。然后是我们的身体用来消化牛奶中乳糖的酶，乳糖酶。许多（有些人说是大多数）成年人乳糖不耐受；他们不产生乳糖酶，因此不分解牛奶中的乳糖。因此，即使他们喝牛奶，他们从中获得的卡路里也远远少于产生乳糖酶的个体。由于我们是谁以及我们的祖先是谁，我们每个人从相同的食物中获得的卡路里数量都不同。
微生物并非等同——最后，一个神奇的真实新文献考虑了人体内外的微生物。多年来我们都知道，我们身上覆盖着微生物，它们很重要（非常重要），但直到最近，对这些微生物的研究才变得很酷，部分归功于新工具。林恩·马古利斯在 1960 年代后期就提出，生物几乎都参与了共生，这些共生定义了它们是谁。更广泛的生物学文献现在已经接受了她这种疯狂的洞见并对其进行了重新命名，但这并不意味着研究人类共生体很容易。马古利斯研究了原生生物和白蚁的共生体（我们现在称之为它们的微生物组）。她可以在原生生物还活着的时候观察它们的共生体，她可以切开白蚁（她这样做了数百次；这是她最大的乐趣之一。）。对于人类，对共生体的研究通常涉及粪便样本，这有点像通过观察熔岩来研究地球中心，如果，我想，熔岩是粪便的话。宏伟之处有所缺失。最近关于人类共生体的文献令人惊叹，但仍然在理解的边缘摸索。科学家们研究了来自新泽西州十二位白人老兄的粪便中的微生物，并宣布了关于全人类的声明。如果有人声称已经理解了我们肠道中微生物的简单真相，那么对其持怀疑态度是合理的。
尽管如此，个体人类之间共生体的差异似乎确实会影响他们消化食物的方式——个体的新陈代谢似乎因他们拥有的微生物而异。此外，某些微生物仅在特定人群中发现，它们似乎在其中发挥着独特的作用。在日本的一些人群中，生活着一种从海洋细菌中窃取了基因的肠道微生物；这些基因帮助细菌分解海藻（如寿司卷中遇到的海藻）。您如何消化食物取决于您拥有哪些微生物，而您拥有哪些微生物因人而异。不同的食物既可以影响我们的微生物，也可以受到我们微生物的影响。美国西南部的狩猎采集者饮食曾经富含我们的身体无法消化但很容易被微生物消化的化合物。相反，许多现代饮食为微生物提供的优质食物很少，这很可能对我们不利。微生物似乎很可能在奶酪产品和白面包的饮食中受苦，因为它们在到达结肠之前就被用完了。马古利斯四十年前根据白蚁预测了所有这一切（我们似乎更容易接受小鼠作为我们身体的模型，而不是白蚁）。但重点是，您的微生物与我的微生物不同，这很可能对消化很重要；我们只是还不能真正清楚地说出如何重要。
卡路里并非总是卡路里——总而言之，好消息是我们已经弄清楚如何制造和食用卡路里最大化可用的食物。我们加工它们。我们烹饪它们。我们发酵它们。我们再次烹饪它们，直到它们实际上给我们提供与包装盒上所说的卡路里一样多的卡路里。有人（此时相当多的理性研究人员；参见 http://www.pnas.org/content/108/35/14555.short）似是而非地论证说，使我们早期人类饮食独一无二的是烹饪，而烹饪反过来又导致了我们身体的一些形态变化（更大的大脑，相对较小的肠道）以及许多社会变化。我们的祖先可能将对熟食的偏好与按需制作熟食的独特能力结合起来。有趣的是，卡莫迪研究中的小鼠不仅从熟肉中获得了更多能量，而且它们也更喜欢熟肉。但尽管它们喜欢烤牛排，但它们永远不会发明烹饪。我们做到了。如果这个想法是正确的，那么我们作为独特的近代史所继承的不是对某种特定数量的肉类或脂肪的需求，而是对尽可能多地快速获取卡路里的偏好，这样我们才可能有休闲时间来发明、组织和互相发短信。
因此，人类的聪明才智证明了我们现在已经弄清楚如何尽可能多地在我们的食物中提供卡路里。我们甚至真的不需要我们的肠道做太多工作，我们的细菌也不需要，甚至我们的牙齿也不需要。我们的现代饮食衡量了我们进化的成功，或者至少从我们古老的祖先的角度来看是这样的，他们需要并想要过多的卡路里。从我们现代的角度来看，它们并不是成功。我们现在有太多的卡路里，而且其中太多的卡路里质量低下。三分之一的美国人现在肥胖。在过去的三十年里，我们吃的卡路里数量增加了，但来自高度加工食品的卡路里数量也增加了。鉴于此，我们最好少吃加工食品，多吃生食。这不是一个新颖的见解（毕竟，这些食物往往含有更多的营养物质，如 B 族维生素、植物营养素和矿物质，因此它们对我们有益的原因与计算卡路里无关）。但可能新颖的是意识到，在吃这些食物时，您可以在保持您消耗的卡路里的精确计数完全相同的情况下减轻体重。然而，这种认识与另一种认识齐头并进，即您减轻多少体重取决于您选择食用的动植物的生物学特性以及您和您的微生物是谁，而我们才刚刚开始了解这些方面。
注：要了解更多关于我们与其他物种（无论是食物、捕食者、寄生虫还是微小的合作伙伴）互动的生态和进化故事，请查看我们身体的野性生活。