有趣的肌肉

史峰

1780年，意大利科學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖實(shí)驗(yàn)時(shí)，拿著不同的金屬器械，無意中同時(shí)碰在了青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下。伽伐尼認(rèn)為，這種現(xiàn)象是因?yàn)閯?dòng)物軀體內(nèi)部有“生物電”造成的。接下來，意大利科學(xué)家伏特多次重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)伽伐尼的解釋是錯(cuò)誤的，伏特的新發(fā)現(xiàn)是青蛙肌肉中的液體讓金屬產(chǎn)生了電流。受此啟發(fā)，伏特于1799年把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，讓連接兩塊金屬的導(dǎo)線中產(chǎn)生了電流，這個(gè)裝置就是伏特電池。電池的發(fā)明居然有肌肉的“功勞”，真是很有趣味。其實(shí)，與肌肉相關(guān)的趣味不止是電池的發(fā)明……

肌肉“寒顫”贏諾獎(jiǎng)

1910年的一天，英國科學(xué)家希爾經(jīng)歷了一次“寒顫”之后，腦海里陡生疑問：天冷的時(shí)候，肌肉為什么要收縮抖動(dòng)？這個(gè)來源于體驗(yàn)的疑問很快被希爾解開了謎底，肌肉收縮抖動(dòng)能產(chǎn)生熱量，讓人體可以增熱御寒。

但是，希爾的疑問并沒有中止，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)肌肉既是“運(yùn)動(dòng)器官”，又是“產(chǎn)熱器官”的秘密后，新的疑問產(chǎn)生了：熱量可以來源于燃燒，也可以來源于摩擦，為什么還會(huì)來源于肌肉收縮？于是，希爾開始研究肌肉收縮產(chǎn)生熱量的“機(jī)密”。

自從1910年開始，希爾就用一種名為“熱電偶檢流計(jì)”的裝置檢測肌肉產(chǎn)熱的秘密。這個(gè)看似簡單的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)非?？菰铮枰谑种幻氲亩虝簳r(shí)間反復(fù)檢驗(yàn)肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)熱量的產(chǎn)生值和氧氣的消耗量。直到1920年，希爾終于獲得了肌肉產(chǎn)生的各項(xiàng)精細(xì)數(shù)據(jù)，揭開了肌肉生熱的謎底。

希爾歷時(shí)十年發(fā)現(xiàn)的肌肉生熱規(guī)律讓他獲得了1922年的諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗难芯砍晒於恕吧砘瘜W(xué)”的基礎(chǔ)。后人沿襲希爾的研究思路，發(fā)現(xiàn)生命體是一個(gè)復(fù)雜的“化學(xué)反應(yīng)堆”，控制著各種各樣的“化學(xué)反應(yīng)”，于是諸多生理活動(dòng)的秘密被人們從“化學(xué)”角度一一揭開。

耐力基因造就“飛毛腿”

多數(shù)人不喜歡長跑，長跑會(huì)讓人覺得累，多數(shù)人的肌肉耐力明顯“不達(dá)標(biāo)”。馬拉松運(yùn)動(dòng)員卻能在兩個(gè)多小時(shí)里，很有耐力地跑完數(shù)十公里的路程。那么問題來了：同樣是人，肌肉耐力的差距咋這么大呢？

為了發(fā)現(xiàn)肌肉耐力的秘密，澳大利亞科學(xué)家開始尋找“掌控”肌肉耐力的特殊基因。經(jīng)過一番“篩選”，研究者發(fā)現(xiàn)，肌肉耐力與一種名為IL-15Rα的基因有關(guān)。這種基因能幫助身體產(chǎn)生一種特殊蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)可以降低肌肉耐力。

科學(xué)家運(yùn)用逆向思維思考：既然IL-15Rα基因的作用是降低肌肉耐力，那么“摘除”這種基因，讓身體不再產(chǎn)生抑制肌肉耐力的蛋白質(zhì)，讓肌肉“不知累”，耐力不就會(huì)大增嘛。

科學(xué)家先拿小白鼠做實(shí)驗(yàn)。先讓身體內(nèi)存在IL-15Rα基因的小白鼠在轉(zhuǎn)籠里“跑步”，結(jié)果小白鼠在轉(zhuǎn)籠里連續(xù)跑上20分鐘就顯出“累得不輕”的模樣，接下來就基本“跑不動(dòng)”了。

然后，科學(xué)家用激光灼燒的方法破壞小白鼠體內(nèi)的IL-15Rα基因，再讓小白鼠在轉(zhuǎn)籠里跑步。結(jié)果IL-15Rα基因缺失的小白鼠不知疲倦地在轉(zhuǎn)籠里跑呀跑，連續(xù)跑上好幾個(gè)小時(shí)也沒有表現(xiàn)出“氣喘吁吁”的樣子，小白鼠變成了肌肉耐力超強(qiáng)的“飛毛腿”。

IL-15Rα基因?qū)θ梭w肌肉的影響與小白鼠存在著相同的作用機(jī)制，澳大利亞科學(xué)家通過研究長跑運(yùn)動(dòng)員的基因發(fā)現(xiàn)，他們身體內(nèi)的IL-15Rα基因存在“突變”現(xiàn)象，對人體肌肉耐力的抑制作用大大降低了。

當(dāng)然，一個(gè)普通人“摘除”一些IL-15Rα基因后，即使不經(jīng)過艱苦訓(xùn)練，肌肉耐力也能變得強(qiáng)大起來，跑馬拉松是沒有問題的。以后運(yùn)動(dòng)員參加比賽，除了要做“藥檢”以外，恐怕還要做“基因檢測”嘍。

讓人體長出“豬肉”

火蜥蜴是一種為了逃命而“舍肉”的動(dòng)物。不過，丟了一塊肌肉的火蜥蜴，過一段時(shí)間后那塊肌肉能重新長出來。

讓人體擁有火蜥蜴那么神奇的肌肉再生功能是許多外科醫(yī)生的夢想，因?yàn)樵S多人因意外會(huì)損失肌肉，例如車禍、戰(zhàn)爭、火災(zāi)、癌癥或者糖尿病末梢血管疾病等，因?yàn)槿梭w肌肉不能再生，所以肌肉損失除了截肢外，幾乎沒有其他的治療手段。

美國匹茲堡大學(xué)的醫(yī)療研究小組決定開啟人體肌肉再生之門，讓損失的肌肉重新生長出來。他們在豬膀胱細(xì)胞里提取了名為“肌肉細(xì)胞外基質(zhì)”的物質(zhì)，里面含有豬膀胱生長因子蛋白。這種物質(zhì)看起來跟凝膠差不多，因此又被稱為“細(xì)胞膠水”。將“細(xì)胞膠水”注入人體肌肉組織內(nèi)，豬膀胱生長因子蛋白質(zhì)就觸發(fā)并引導(dǎo)患者自身的干細(xì)胞進(jìn)入需要肌肉再生的指定區(qū)域，啟動(dòng)人體肌肉的再生和修復(fù)過程。經(jīng)過一段時(shí)間，人體缺失的肌肉就在“豬細(xì)胞”的作用下再生出來，如人身上長出了“豬肉”一般。這種方法不但可以恢復(fù)人體的肌肉組織，還可以恢復(fù)保證肌肉正常工作的肌腱和神經(jīng)。

擁有這項(xiàng)讓人體長出“豬肉”的技術(shù)，匹茲堡大學(xué)的研究者為4名肌肉損失的士兵進(jìn)行了手術(shù)，結(jié)果這些殘疾的士兵身上都長出了新肌肉。掌握這項(xiàng)技術(shù)的外科醫(yī)生宣布：這項(xiàng)技術(shù)將成為外傷外科醫(yī)生的一種標(biāo)準(zhǔn)療法。

超級肌肉制造中

當(dāng)下，人類依靠科技力量在“人造人”的道路上孜孜以求，各種各樣的機(jī)器人不斷面世。唯有遺憾這些機(jī)器人與“人樣”相差太遠(yuǎn)。機(jī)器人沒有“人樣”，是因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙偌∪饨M織的覆蓋。只要造出“人造肌肉”，機(jī)器人就會(huì)變成模樣逼真的“人造人”。

20世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家約瑟夫發(fā)現(xiàn)：通過電流刺激，可使高分子材料自動(dòng)伸縮和彎曲?；凇坝行┓墙饘俨牧夏茉陔娏鞯淖饔卯a(chǎn)生變形”的重要發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家踏上了人造肌肉的科技征程。

經(jīng)過幾十年的努力，人造肌肉越來越成熟，正在制造中的人造肌肉是這個(gè)樣子的：把管狀導(dǎo)電塑料集束成肌肉一樣的復(fù)合體，在管內(nèi)注入特殊液體，導(dǎo)電性高的分子在溶液中釋放出離子，在電流的刺激下完成伸縮動(dòng)作。通過控制電流強(qiáng)弱可以調(diào)整離子的數(shù)量，改變?nèi)嗽旒∪獾纳炜s性，使人造肌肉更加接近真實(shí)肌肉的細(xì)致功能。目前，人造肌肉的細(xì)節(jié)功能雖然和真肌肉尚存差距，但人造肌肉的“力量”卻遠(yuǎn)超人體肌肉。一根直徑為0.25毫米的管狀導(dǎo)電塑料可承重20克的重量，集束而成的人造肌肉比人體肌肉的力量強(qiáng)壯數(shù)十倍，可謂是超級肌肉。如果把超級肌肉裝到機(jī)器人身上，機(jī)器人將會(huì)變成“超人”。當(dāng)然，超級肌肉不但可以安裝到機(jī)器人身上，還可以安裝到汽車上。汽車制造商對人造肌肉很感興趣，傳統(tǒng)汽車通常需要50～100個(gè)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，可謂是復(fù)雜費(fèi)工，如果這些裝置改用人造肌肉作驅(qū)動(dòng)力，不但可以增強(qiáng)耐磨性，還可以提高汽車功率。

不管在軍事領(lǐng)域，還是在商業(yè)制造領(lǐng)域，人造肌肉的應(yīng)用前景都十分廣闊。到時(shí)，機(jī)械產(chǎn)品不需要齒輪，也不需要軸承了。人造肌肉將革新制造業(yè)模式，給我們的生活帶來天翻地覆的變化。