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讨论有关人类新陈代谢的新科学时，我们首先应对它有充分的了解，起码要比普通生物学家对无线电波的了解更充分。
新陈代谢是一个宽泛的词语，它涵盖细胞的一切活动，其中绝大部分是让分子进出细胞膜，并将一种分子转化为另一种分子。你的身体是一个装着成千上万个分子的可移动的大桶，里面有酶、激素、神经递质、DNA（脱氧核糖核酸）等。这些分子很少能直接从食物中摄取，相反，细胞不停地将血液中的营养物质（或其他对人体有用的分子）拉进细胞膜里作为燃料，或者作为元件组装成别的物质。随后，细胞会把组装好的物质推出细胞膜，供身体其他部位使用。卵巢细胞把固醇分子拉入细胞内部，将它们组装成雌激素，然后把雌激素推出细胞膜，使之进入血液。神经细胞不断地吸收和释放离子（带有正负电荷的分子），以保持细胞内的电压为负。胰脏细胞在DNA的指挥下，将氨基酸组装成胰岛素和各种消化酶。你体内时时刻刻发生的新陈代谢活动令人瞠目结舌。
所有这些活动都需要能量的参与。事实上，做功就是耗能，衡量做功和能量消耗的单位是相同的。当你投掷棒球的时候，它在离开你的手的一瞬间所具有的“动能”和你的手给它加速时所做的功相等。热能是能量的一种常见形式。如果你用微波炉加热一杯牛奶，牛奶升高的温度就能反映出牛奶捕捉了多少电磁能。汽油燃烧释放的能量相当于汽车在路上移动所需的能量与引擎释放的能量之和。能量消耗的大小总是等于物体做的功与热量的增量之和。
这对身体、车辆、智能手机来说都一样，它们遵循相同的物理规律。
能量还可以储存在汽油（或者任何能够释放能量的物质）里，用于做功和产生热量。捕鼠夹拉长的橡皮筋或弹簧中储存着“应变能”，随时准备弹射；堆在架子上的保龄球里储存着“势能”，可以在地上砸出一个坑；把分子绑在一起的化学键里储存着“化学能”，一旦分子破裂，就会释放出能量。如果一磅硝化甘油（C
3
H
5
N
3
O
9
）爆炸并分解成氮气（N
2
）、水（H
2
O）、一氧化碳（CO）和氧气（O
2
），就会释放出巨大的能量（730千卡）
，这足以把一个体重为165磅的人炸飞到2.5英里高（做功），也可以把这个人蒸发掉（产生热量）。当然，两者还可以组合起来，即在做功的同时产生热量。这关乎能量的最后一个知识点：能量可以转化成多种形式，比如动能、热能、功、化学能等，但它不会凭空消失。
“卡路里”和“焦耳”是衡量能量的标准单位，不论是食物中的化学能、火里的热能，还是机器做功消耗的能量。在美国，卡路里是用来表示食物所含能量的常用单位。1卡路里的定义是使1毫升水的温度升高1摄氏度所需的能量。
1卡路里的能量很少，不足以描述我们日常的食物所含的能量。因此，当我们描述食物所含的能量时，我们应该用“千卡”作为单位，也就是1 000卡路里。比如，麦片的包装盒上写着一杯不加牛奶的干麦片所含的能量是100卡路里，但其实应该是100千卡或10万卡路里。
那么，我们为什么不直接用“千卡”作为单位，而偏要用“卡路里”？这背后的故事令人费解。当19世纪的科学家决定用“卡路里”作为衡量食物所含能量的首选单位时，美国知名营养学家威尔伯·阿特沃特坚持遵循一个古老而晦涩的传统——把卡路里的英文首字母c大写，变为“Calories”，以此表示千卡。
这种做法导致很多美国人都分不清食品标签上的单位究竟是卡路里还是千卡。当然，这只是美国令人哭笑不得的单位系统的冰山一角，常见的还有“茶匙”“英寸”“华氏度”等。（顺便说一句，如果你在国外旅行，想把食品标签上的焦耳转化成卡路里，除以4即可。
）
既然做功和能量消耗是一回事，我们就可以把细胞的做功和能量消耗看成是相同事物的两面。换句话说，“新陈代谢”和“能量消耗”这两个词语可以被看作同义词。这也是为什么像我这样的演化生物学家和公共健康领域的医生都会把注意力放在能量消耗上，它是测量细胞新陈代谢和身体活动的必要方法。细胞做功的速度决定了它的代谢率，即每分钟消耗的能量。如果已知你身体里所有细胞做的功之和，你就可以计算出身体的代谢率，即身体每分钟消耗的能量。人体的新陈代谢是37万亿个微小的细胞音乐家共同演奏的一场错综复杂的交响乐。
代谢系统十分精妙，我们却对它习以为常。它默默无闻地维持着我们的生命，着实是演化史上的奇迹。它的演化历经了将近10亿年，以及万亿个世代、千万亿次试错和失败，才形成了这个星球上最简单的单细胞代谢系统的基础结构。又过了20亿年，这个最简单的单细胞结构才演化出多细胞生命体，并分化出特定的功能组织。在如此漫长的过程中，生命不得不面对一个个化学难题。生命需要摸索如何把油和水混合在一起，以及如何利用氧气（既能助燃又能杀害生命）。生命还需要探索如何燃烧脂肪和糖（它们每克所含的能量比硝化甘油还多），以免把生物炸飞或煮熟。
这些都不算最奇怪的事情。对身体来说，最诡异的一点是它的一切活动都是由外来的“线粒体”驱动的。生活在我们体内的线粒体有独立的DNA和20亿年的演化史，曾成功阻止了地球生物的灭绝。除此之外，内脏里还有令人叹为观止的消化系统，其中的微生物能完成大部分分解食物的工作。这些微生物由万亿个细菌组成，在你的消化道（从你的嘴巴到肛门的一段长而蜿蜒的通道）里安家。
我们都是现实世界里的奇美拉
，一部分是人类，另一部分则混杂着其他生命形式，它们无时无刻不在上演着奇迹，用食物供养人类，却默默无闻。你可能听过这个故事，但可能是通过课本了解到的冰冷知识。现在，让我们进一步了解它。只有这样，你才能明白饮食是如何影响人类健康的，以及人体是如何消耗能量的，或者说生命是如何运行的。