肌肉的秘密

1780年，意大利科學家伽伐尼在解剖青蛙時發現，死青蛙的腿部肌肉在接觸電火花時會顫動。伽伐尼認為，這種現象是因動物軀體內部有生物電而造成的。后來，意大利科學家伏特多次重復了這個實驗，認為伽伐尼的解釋是錯誤的，他發現，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同時浸在鹽水里，讓連接兩塊金屬板的導線中產生電流，這個裝置就是“伏特電池”。

沒想到電池的發明居然有肌肉的“功勞”。其實，與肌肉相關的趣事不只是電池的發明。

1910年的一天，英國科學家希爾在打了一個寒戰后突生疑問：天冷時，肌肉為什么會收縮抖動？這一疑問很快被他解答了——肌肉在收縮抖動時能產生熱量，讓人體增熱御寒。

當希爾發現肌肉既是“運動器官”又是“產熱器官”的秘密后，新的疑問產生了：熱量既可以源于燃燒，又可以源于摩擦，為什么還會源于肌肉收縮？

從1910年開始，希爾就用一種名為熱電偶檢流計的裝置探究肌肉在運動時產生熱量的奧秘。這個看似簡單的實驗非常枯燥，它要求在1/10秒的短暫時間里，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，希爾終于獲得了有關肌肉產生熱量的各項精確數據，揭開了肌肉在運動時產生熱量的謎底。

歷時10年的發現，讓希爾獲得了1922年的諾貝爾生理學或醫學獎，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，于是諸多有關生理活動的秘密被人們一一揭開。

大多數人不喜歡長跑，因為長跑會讓人覺得很累，這說明多數人的肌肉耐力“不達標”。但馬拉松運動員卻能在兩個多小時里跑完數十公里的路程。那么問題來了，人的肌肉耐力為什么不一樣？

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的蛋白質，而這種蛋白質可以降低肌肉的耐力。

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，那么如果摘除這種基因，讓身體不再產生抑制肌肉耐力的蛋白質，肌肉耐力就會大增。

科學家先拿小白鼠做實驗。先讓身體里存在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20分鐘就累得不行，之后就跑不動了。緊接著，科學家采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。結果缺失IL-15Rα基因的小白鼠不知疲倦地在轉籠里奔跑，即使連續跑幾個小時，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對小白鼠的影響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，這些長跑運動員體內的IL-15Rα基因發生了突變，對人體肌肉耐力的抑制作用大大降低了。

當然，一個普通人在被摘除一些IL-15Rα基因后，即使不經過艱苦訓練，肌肉耐力也能變得強大，跑馬拉松完全沒有問題。看來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了！

火蜥蜴是一種為了逃命而不惜“舍肉”的動物。不過一段時間后，那塊丟失的肌肉能重新長出來。

讓人體擁有火蜥蜴那樣神奇的肌肉再生功能是許多外科醫生的夢想。由于人體的肌肉不能再生，所以一旦被損壞，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會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，人體缺失的肌肉就會在“豬細胞”的作用下生長出來。

這種方法不但可以恢復人體的肌肉組織，還能恢復保證肌肉正常工作的肌腱和神經。

當下，人類依靠科技力量在人造人的道路上不斷探索，各種各樣的機器人不斷面世。遺憾的是，這些機器人與人類的模樣相差太遠，因為它們缺少肌肉組織的覆蓋。

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“某些非金屬材料能在電流的作用下產生變形”的重要發現，科學家踏上了制造人造肌肉的征程。

經過幾十年的努力，人造肌肉越來越成熟——把管狀導電塑料集束成像肌肉一樣的復合體，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。通過控制電流的強弱可調整離子的數量，改變人造肌肉的伸縮性，使其更接近真實肌肉。

目前，人造肌肉跟真正的肌肉相比雖然還有一些差距，但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受20克的重量，集束而成的人造肌肉比人體肌肉強壯數十倍，可謂超級肌肉。如果把超級肌肉裝到機器人身上，機器人將會變成“超人”。

不論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。屆時，機械產品既不需要齒輪，也不需要軸承。人造肌肉將革新制造業模式，給我們的生活帶來翻天覆地的變化。（摘自《讀者·校園版》）