有趣的肌肉

史峰

1780年，意大利科學家伽伐尼在做青蛙解剖實驗時，拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在了青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下。伽伐尼認為，這種現象是因為動物軀體內部有“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，發現伽伐尼的解釋是錯誤的，伏特的新發現是青蛙肌肉中的液體讓金屬產生了電流。受此啟發，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生了電流，這個裝置就是伏特電池。電池的發明居然有肌肉的“功勞”，真是很有趣。其實，與肌肉相關的趣味不止是電池的發明……

肌肉“寒顫”贏諾獎

1910年的一天，英國科學家希爾經歷了一次“寒顫”之后，腦海里陡生疑問：天冷的時候，肌肉為什么要收縮抖動？這個來源于體驗的疑問很快被希爾解開了謎底，肌肉收縮抖動能產生熱量，讓人體可以增熱御寒。

但是，希爾的疑問并沒有中止，當他發現肌肉既是“運動器官”，又是“產熱器官”的秘密后，新的疑問產生了：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生熱量的“秘密”。

自從1910年開始，希爾就用一種名為“熱電偶檢流計”的裝置檢測肌肉產熱的秘密。這個看似簡單的實驗，其實非常枯燥，需要在十分之一秒的短暫時間反復檢驗肌肉運動時熱量的產生值和氧氣的消耗量。直到1920年，希爾終于獲得了肌肉產生熱的各項精細數據，揭開了肌肉生熱的謎底。

希爾歷時十年發現的肌肉生熱規律讓他獲得了1922年的諾貝爾生理學獎，因為他的研究成果奠定了“生理化學”的基礎。后人沿襲希爾的研究思路，發現生命體是一個復雜的“化學反應堆”，控制著各種各樣的“化學反應”，于是諸多生理活動的秘密被人們從“化學”的角度一一揭開。

耐力基因造就“飛毛腿”

多數人不喜歡長跑，長跑會讓人覺得累，多數人的肌肉耐力明顯“不達標”。馬拉松運動員卻能在兩個多小時里，很有耐力地跑完數十公里的路程。那么問題來了：同樣是人，肌肉耐力的差距咋這么大呢？

為了發現肌肉耐力的秘密，澳大利亞科學家開始尋找“掌控”肌肉耐力的特殊基因。經過一番“篩選”，研究者發現，肌肉耐力與一種名為IL-15Rα的基因有關。這種基因能幫助身體產生一種特殊蛋白質，這種蛋白質可以降低肌肉耐力。

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，讓身體不再產生抑制肌肉耐力的蛋白質，讓肌肉“不知累”，耐力不就會大增嗎。

科學家先拿小白鼠做實驗。先讓身體內存在IL-15Rα基因的小白鼠在轉籠里“跑步”，結果小白鼠在轉籠里連續跑上20分鐘就顯出“累得不輕”的模樣，接下來就基本“跑不動”了。

然后，科學家用激光灼燒的方法破壞小白鼠體內的IL-15Rα基因，再讓小白鼠在轉籠里跑步。結果IL-15Rα基因缺失的小白鼠不知疲倦地在轉籠里跑呀跑，連續跑上好幾個小時也沒有表現出“氣喘吁吁”的樣子，小白鼠變成了肌肉耐力超強的“飛毛腿”。

IL-15Rα基因對人體肌肉的影響與小白鼠存在著相同的作用機制，澳大利亞科學家通過研究長跑運動員的基因發現，他們身體內的IL-15Rα基因存在“突變”現象，對人體肌肉耐力的抑制作用大大降低了。

當然，一個普通人“摘除”一些IL-15Rα基因后，即使不經過艱苦訓練，肌肉耐力也能變得強大起來，跑馬拉松是沒有問題的。以后運動員參加比賽，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”的動物。不過，丟了一塊肌肉的火蜥蜴，過一段時間后那塊肌肉還能重新長出來。

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生的夢想，因為許多人因意外會損失肌肉，例如車禍、戰爭、火災、癌癥或者糖尿病末梢血管疾病等，因為人體肌肉不能再生，所以肌肉損失除了截肢外，幾乎沒有其他的治療手段。

美國匹茲堡大學的醫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。他們在豬膀胱細胞里提取了名為“肌肉細胞外基質”的物質，里面含有豬膀胱生長因子蛋白。這種物質看起來跟凝膠差不多，因此又被稱為“細胞膠水”。將“細胞膠水”注入人體肌肉組織內，豬膀胱生長因子蛋白質就觸發并引導患者自身的干細胞進入需要肌肉再生的指定區域，啟動人體肌肉的再生和修復過程。經過一段時間，人體缺失的肌肉就在“豬細胞”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。

擁有這項讓人體長出“豬肉”的技術，匹茲堡大學的研究者為4名肌肉損失的士兵進行了手術，結果這些殘疾的士兵身上都長出了新肌肉。掌握這項技術的外科醫生宣布：這項技術將成為外傷外科醫生的一種標準療法。

超級肌肉制造中

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。遺憾的是這些機器人與“人樣”相差太遠。機器人沒有“人樣”，是因為它們缺少肌肉組織的覆蓋。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現：通過電流刺激，可使高分子材料自動伸縮和彎曲。基于“有些非金屬材料能在電流的作用下產生變形”的重要發現，科學家踏上了人造肌肉的科技征程。

經過幾十年的努力，人造肌肉技術越來越成熟，正在制造中的人造肌肉是這個樣子的：把管狀導電塑料集束成肌肉一樣的復合體，在管內注入特殊液體，導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作。通過控制電流強弱可以調整離子的數量，改變人造肌肉的伸縮性，使人造肌肉更加接近真實肌肉的細致功能。目前，人造肌肉的細節功能雖然和真肌肉尚存差距，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克的重量，集束而成的人造肌肉比人體肌肉的力量強壯數十倍，可謂是超級肌肉。如果把超級肌肉裝到機器人身上，機器人將會變成“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很感興趣，傳統汽車通常需要50～100個驅動傳動裝置，可謂是復雜費工，如果這些裝置改用人造肌肉作驅動力，不但可以增強耐磨性，還可以提高汽車功率。

不管在軍事領域，還是在商業制造領域，人造肌肉的應用前景都十分廣闊。到時，機械產品不需要齒輪，也不需要軸承了。人造肌肉將革新制造業模式，給我們的生活帶來天翻地覆的變化。

編輯/張燁endprint