肌肉的那些趣事

史峰

1780年，意大利科學家伽伐尼在做青蛙解剖時，拿著不同的金屬器械，無意中同時碰到青蛙的大腿，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下。伽伐尼認為，這種現(xiàn)象是因為動物軀體內(nèi)部有“生物電”造成的。

接下來意大利科學家伏特多次重復了這個實驗，發(fā)現(xiàn)伽伐尼的解釋是錯誤的，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線中產(chǎn)生了電流，這個裝置就是伏特電池。電池的發(fā)明居然有肌肉的“功勞”，真是很有趣。其實，與肌肉相關(guān)的趣事遠不止電池的發(fā)明……

寒戰(zhàn)蘊藏的秘密

天冷的時候，肌肉會有收縮抖動的現(xiàn)象，俗稱“寒戰(zhàn)”。并非每個人都會追問為什么會有這樣的生理現(xiàn)象。1910年的一天，英國科學家希爾經(jīng)歷了一次寒戰(zhàn)之后，腦海里陡生疑問：寒冷為什么會使肌肉收縮抖動？這個來源于體驗的疑問很快被希爾揭開了謎底：肌肉收縮抖動能產(chǎn)生熱量，讓人體增熱御寒。

但是，希爾的疑問并沒有中止。當他發(fā)現(xiàn)肌肉既是“運動器官”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)生熱量的奧秘。

自1910年開始，希爾就用一種名為“熱電偶檢流計”的裝置探索肌肉產(chǎn)熱的秘密。這個看似簡單的實驗，其實非?？菰?，需要在十分之一秒的短暫時間內(nèi)反復檢測肌肉運動時熱量的產(chǎn)生值和氧氣的消耗量，如果沒有堅持到底的毅力，希爾不會將這個枯燥的實驗堅持10年之久。直到1920年，希爾終于獲得了各項精細數(shù)據(jù)，揭開了肌肉產(chǎn)熱的謎底。

為此，希爾摘取了1922年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。后人沿襲希爾的研究思路，發(fā)現(xiàn)生命體是一個復雜的“化學反應(yīng)堆”，于是諸多生理活動的秘密被人們從化學角度一一揭開。

掌控耐力的基因

多數(shù)人不喜歡長跑，長跑會讓人累得氣喘吁吁。許多人的肌肉耐力明顯“不達標”，馬拉松運動員卻能在兩個多小時里，跑完約42千米的路程。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，美國科學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)可以降低肌肉的耐力。IL-15Rα基因產(chǎn)生降低肌肉耐力的蛋白質(zhì)，其實是人體進行自我保護的一種機制，免得讓肌肉“過勞”，產(chǎn)生損傷。

科學家運用逆向思維思考：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”，耐力不就會大增了嗎？

科學家先拿小白鼠做實驗。先讓體內(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)跑上十來分鐘就顯出“累得不輕”的模樣，接下來就基本跑不動了?？磥硎荌L-15Rα基因產(chǎn)生的蛋白質(zhì)開始抑制小白鼠的肌肉耐力了，免得小白鼠累死。

接下來，科學家把小白鼠體內(nèi)的IL-15Rα基因給破壞掉，然后讓小白鼠在轉(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)籠里跑呀跑呀，連續(xù)跑了一個多小時也沒有累得氣喘吁吁，小白鼠竟然變成了肌肉耐力超強的“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制?？茖W家分析了一些世界級運動員的基因數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，某些特定的IL-15Rα基因突變版本在以耐力見長的運動員中更多見。這意味著，一些耐力超強的運動員可能在基因上有先天優(yōu)勢。

人們也由此想到，一個普通人在摘除IL-15Rα基因后，即使不經(jīng)過艱苦訓練，也能使肌肉耐力變得強大起來，從而跑馬拉松就沒有問題了。有人也許還會想到，以后運動員參加比賽，除了要做“藥檢”之外，恐怕還要做“基因檢測”嘍。

讓肌肉再生

大自然中，蜥蜴一旦被天敵咬住尾巴，為了逃生，便會讓尾巴斷掉，趁追殺者撕咬丟下的尾巴時，及時逃跑。過一段時間，蜥蜴的尾巴便能重新長出來。

讓人體擁有蜥蜴那么神奇的再生功能是許多外科醫(yī)生的夢想，因為每天都有讓外科醫(yī)生揪心的事情發(fā)生：許多人因車禍、火災(zāi)、癌癥或者糖尿病并發(fā)癥等原因，只能做截肢手術(shù)，成為殘疾人；還有一些士兵在作戰(zhàn)時嚴重損壞了肌肉，從而變成終身殘疾。這都是因為人體肌肉不能再生，所以肌肉損壞是很麻煩的事。

美國匹茲堡大學的醫(yī)療研究小組決定開啟人體肌肉再生之門，讓損壞的肌肉重新生長出來。他們在豬膀胱細胞里提取了“細胞外基質(zhì)”，里面含有生長因子。這種物質(zhì)看起來跟凝膠差不多，因此又被稱為“細胞膠水”。將“細胞膠水”注射到人體肌肉組織內(nèi)，生長因子就觸發(fā)并引導患者自身的干細胞進入需要肌肉再生的指定區(qū)域，啟動人體肌肉的再生和修復過程。經(jīng)過一段時間，人體缺失的肌肉就能再生出來。這種方法不但可以恢復人體的肌肉組織，還可以恢復保證肌肉正常工作的肌腱和神經(jīng)。

超級肌肉

科技的力量真是太大了，它能把人類的一些神話般的幻想變成現(xiàn)實。神話里那個鬧海的哪吒不是被“整死”了嗎？可是后來他的師傅弄了些蓮藕擺成了“人形”，然后吹一口“仙氣”，哪吒又復活了。哪吒復活的神話，其實是“人造人”的幻想。

當下，人類依靠科技力量在“人造人”的道路上孜孜以求，各種各樣的機器人不斷面世。可遺憾的是，這些機器人與“人樣”相去甚遠。機器人沒有“人樣”是因為它們?nèi)鄙偌∪饨M織的覆蓋，而只要造出“人造肌肉”，機器人就會變成模樣逼真的“人造人”。

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

經(jīng)過幾十年的努力，人造肌肉正越來越成熟。人造肌肉是這樣制造的：把管狀導電塑料集束成肌肉一樣的復合體，在管內(nèi)注入特殊液體，導電性高分子在溶液中釋放出離子，在電流的刺激下完成伸縮動作。通過控制電流強弱可以調(diào)整離子的數(shù)量，從而改變?nèi)嗽旒∪獾纳炜s性，使人造肌肉更加接近人體肌肉的功能。目前，人造肌肉所具有的功能雖然和人體肌肉尚存差距，但人造肌肉的“力量”卻遠超人體肌肉。一根直徑為0.25毫米的管狀導電塑料可承重20克，將其集束而成的人造肌肉比人體肌肉的力量強壯數(shù)十倍，可謂超級肌肉。如果把超級肌肉裝到機器人身上，機器人將變成“超人”。當然，超級肌肉不但可以安裝到機器人身上，還可以安裝到汽車上。

汽車制造商對人造肌肉也很感興趣，傳統(tǒng)汽車通常需要50～100個驅(qū)動傳動裝置，可謂復雜。如果這些裝置改用人造肌肉做驅(qū)動力，不但可增強耐磨性，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，機械產(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。