肌肉的那些趣事

史峰

1780年，意大利科學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖時(shí)，拿著不同的金屬器械，無(wú)意中同時(shí)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(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(lái)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。其實(shí)，與肌肉相關(guān)的趣事遠(yuǎn)不止電池的發(fā)明……

寒戰(zhàn)蘊(yùn)藏的秘密

天冷的時(shí)候，肌肉會(huì)有收縮抖動(dòng)的現(xiàn)象，俗稱“寒戰(zhàn)”。并非每個(gè)人都會(huì)追問(wèn)為什么會(huì)有這樣的生理現(xiàn)象。1910年的一天，英國(guó)科學(xué)家希爾經(jīng)歷了一次寒戰(zhàn)之后，腦海里陡生疑問(wèn)：寒冷為什么會(huì)使肌肉收縮抖動(dòng)？這個(gè)來(lái)源于體驗(yàn)的疑問(wèn)很快被希爾揭開(kāi)了謎底：肌肉收縮抖動(dòng)能產(chǎn)生熱量，讓人體增熱御寒。

但是，希爾的疑問(wèn)并沒(méi)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(wèn)產(chǎn)生了：熱量可以來(lái)源于燃燒，也可以來(lái)源于摩擦，為什么還會(huì)來(lái)源于肌肉收縮？于是，希爾開(kāi)始研究肌肉收縮產(chǎn)生熱量的奧秘。

自1910年開(kāi)始，希爾就用一種名為“熱電偶檢流計(jì)”的裝置探索肌肉產(chǎn)熱的秘密。這個(gè)看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)非常枯燥，需要在十分之一秒的短暫時(shí)間內(nèi)反復(fù)檢測(cè)肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)熱量的產(chǎn)生值和氧氣的消耗量，如果沒(méi)有堅(jiān)持到底的毅力，希爾不會(huì)將這個(gè)枯燥的實(shí)驗(yàn)堅(jiān)持10年之久。直到1920年，希爾終于獲得了各項(xiàng)精細(xì)數(shù)據(jù)，揭開(kāi)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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。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”，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(kāi)。

掌控耐力的基因

多數(shù)人不喜歡長(zhǎng)跑，長(zhǎng)跑會(huì)讓人累得氣喘吁吁。許多人的肌肉耐力明顯“不達(dá)標(biāo)”，馬拉松運(yùn)動(dòng)員卻能在兩個(gè)多小時(shí)里，跑完約42千米的路程。那么問(wèn)題來(lái)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(guó)科學(xué)家開(kāi)始尋找掌控肌肉耐力的特殊基因。經(jīng)過(guò)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(shí)是人體進(jìn)行自我保護(hù)的一種機(jī)制，免得讓肌肉“過(guò)勞”，產(chǎn)生損傷。

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)大增了嗎？

科學(xué)家先拿小白鼠做實(shí)驗(yàn)。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(lái)分鐘就顯出“累得不輕”的模樣，接下來(lái)就基本跑不動(dòng)了?？磥?lái)是IL-15Rα基因產(chǎn)生的蛋白質(zhì)開(kāi)始抑制小白鼠的肌肉耐力了，免得小白鼠累死。

接下來(lái)，科學(xué)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(gè)多小時(shí)也沒(méi)有累得氣喘吁吁，小白鼠竟然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?？茖W(xué)家分析了一些世界級(jí)運(yùn)動(dòng)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(jiàn)長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)員中更多見(jiàn)。這意味著，一些耐力超強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)員可能在基因上有先天優(yōu)勢(shì)。

人們也由此想到，一個(gè)普通人在摘除IL-15Rα基因后，即使不經(jīng)過(guò)艱苦訓(xùn)練，也能使肌肉耐力變得強(qiáng)大起來(lái)，從而跑馬拉松就沒(méi)有問(wèn)題了。有人也許還會(huì)想到，以后運(yùn)動(dòng)員參加比賽，除了要做“藥檢”之外，恐怕還要做“基因檢測(cè)”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(huì)讓尾巴斷掉，趁追殺者撕咬丟下的尾巴時(shí)，及時(shí)逃跑。過(guò)一段時(shí)間，蜥蜴的尾巴便能重新長(zhǎng)出來(lái)。

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(mèng)想，因?yàn)槊刻於加凶屚饪漆t(yī)生揪心的事情發(fā)生：許多人因車(chē)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(shí)嚴(yán)重?fù)p壞了肌肉，從而變成終身殘疾。這都是因?yàn)槿梭w肌肉不能再生，所以肌肉損壞是很麻煩的事。

美國(guó)匹茲堡大學(xué)的醫(yī)療研究小組決定開(kāi)啟人體肌肉再生之門(mén)，讓損壞的肌肉重新生長(zhǎng)出來(lái)。他們?cè)谪i膀胱細(xì)胞里提取了“細(xì)胞外基質(zhì)”，里面含有生長(zhǎng)因子。這種物質(zhì)看起來(lái)跟凝膠差不多，因此又被稱為“細(xì)胞膠水”。將“細(xì)胞膠水”注射到人體肌肉組織內(nèi)，生長(zhǎng)因子就觸發(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(guò)程。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，人體缺失的肌肉就能再生出來(lái)。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)。

超級(jí)肌肉

科技的力量真是太大了，它能把人類(lèi)的一些神話般的幻想變成現(xiàn)實(shí)。神話里那個(gè)鬧海的哪吒不是被“整死”了嗎？可是后來(lái)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(fù)活了。哪吒復(fù)活的神話，其實(shí)是“人造人”的幻想。

當(dāng)下，人類(lèi)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。可遺憾的是，這些機(jī)器人與“人樣”相去甚遠(yuǎn)。機(jī)器人沒(méi)有“人樣”是因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙偌∪饨M織的覆蓋，而只要造出“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(guó)科學(xué)家約瑟夫發(fā)現(xiàn)，通過(guò)電流刺激，可使高分子材料自動(dòng)伸縮和彎曲。基于“有些非金屬材料能在電流的作用下產(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(guò)幾十年的努力，人造肌肉正越來(lái)越成熟。人造肌肉是這樣制造的：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(guò)控制電流強(qiáng)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(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，將其集束而成的人造肌肉比人體肌肉的力量強(qiáng)壯數(shù)十倍，可謂超級(jí)肌肉。如果把超級(jí)肌肉裝到機(jī)器人身上，機(jī)器人將變成“超人”。當(dāng)然，超級(jí)肌肉不但可以安裝到機(jī)器人身上，還可以安裝到汽車(chē)上。

汽車(chē)制造商對(duì)人造肌肉也很感興趣，傳統(tǒng)汽車(chē)通常需要50～100個(gè)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置，可謂復(fù)雜。如果這些裝置改用人造肌肉做驅(qū)動(dòng)力，不但可增強(qiáng)耐磨性，還可以提高汽車(chē)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(lái)天翻地覆的變化。