有趣的肌肉

史峰

1780年，意大利科学家伽伐尼在做青蛙解剖实验时，拿着不同的金属器械，无意中同时碰在了青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下。伽伐尼认为，这种现象是因为动物躯体内部有“生物电”造成的。接下来，意大利科学家伏特多次重复了这个实验，发现伽伐尼的解释是错误的，伏特的新发现是青蛙肌肉中的液体让金属产生了电流。受此启发，伏特于1799年把一块锌板和一块银板浸在盐水里，让连接两块金属的导线中产生了电流，这个装置就是伏特电池。电池的发明居然有肌肉的“功劳”，真是很有趣。其实，与肌肉相关的趣味不止是电池的发明……

肌肉“寒颤”赢诺奖

1910年的一天，英国科学家希尔经历了一次“寒颤”之后，脑海里陡生疑问：天冷的时候，肌肉为什么要收缩抖动？这个来源于体验的疑问很快被希尔解开了谜底，肌肉收缩抖动能产生热量，让人体可以增热御寒。

但是，希尔的疑问并没有中止，当他发现肌肉既是“运动器官”，又是“产热器官”的秘密后，新的疑问产生了：热量可以来源于燃烧，也可以来源于摩擦，为什么还会来源于肌肉收缩？于是，希尔开始研究肌肉收缩产生热量的“秘密”。

自从1910年开始，希尔就用一种名为“热电偶检流计”的装置检测肌肉产热的秘密。这个看似简单的实验，其实非常枯燥，需要在十分之一秒的短暂时间反复检验肌肉运动时热量的产生值和氧气的消耗量。直到1920年，希尔终于获得了肌肉产生热的各项精细数据，揭开了肌肉生热的谜底。

希尔历时十年发现的肌肉生热规律让他获得了1922年的诺贝尔生理学奖，因为他的研究成果奠定了“生理化学”的基础。后人沿袭希尔的研究思路，发现生命体是一个复杂的“化学反应堆”，控制着各种各样的“化学反应”，于是诸多生理活动的秘密被人们从“化学”的角度一一揭开。

耐力基因造就“飞毛腿”

多数人不喜欢长跑，长跑会让人觉得累，多数人的肌肉耐力明显“不达标”。马拉松运动员却能在两个多小时里，很有耐力地跑完数十公里的路程。那么问题来了：同样是人，肌肉耐力的差距咋这么大呢？

为了发现肌肉耐力的秘密，澳大利亚科学家开始寻找“掌控”肌肉耐力的特殊基因。经过一番“筛选”，研究者发现，肌肉耐力与一种名为IL-15Rα的基因有关。这种基因能帮助身体产生一种特殊蛋白质，这种蛋白质可以降低肌肉耐力。

科学家运用逆向思维思考：既然IL-15Rα基因的作用是降低肌肉耐力，那么“摘除”这种基因，让身体不再产生抑制肌肉耐力的蛋白质，让肌肉“不知累”，耐力不就会大增吗。

科学家先拿小白鼠做实验。先让身体内存在IL-15Rα基因的小白鼠在转笼里“跑步”，结果小白鼠在转笼里连续跑上20分钟就显出“累得不轻”的模样，接下来就基本“跑不动”了。

然后，科学家用激光灼烧的方法破坏小白鼠体内的IL-15Rα基因，再让小白鼠在转笼里跑步。结果IL-15Rα基因缺失的小白鼠不知疲倦地在转笼里跑呀跑，连续跑上好几个小时也没有表现出“气喘吁吁”的样子，小白鼠变成了肌肉耐力超强的“飞毛腿”。

IL-15Rα基因对人体肌肉的影响与小白鼠存在着相同的作用机制，澳大利亚科学家通过研究长跑运动员的基因发现，他们身体内的IL-15Rα基因存在“突变”现象，对人体肌肉耐力的抑制作用大大降低了。

当然，一个普通人“摘除”一些IL-15Rα基因后，即使不经过艰苦训练，肌肉耐力也能变得强大起来，跑马拉松是没有问题的。以后运动员参加比赛，除了要做“药检”以外，恐怕还要做“基因检测”喽。

让人体长出“猪肉”

火蜥蜴是一种为了逃命而“舍肉”的动物。不过，丢了一块肌肉的火蜥蜴，过一段时间后那块肌肉还能重新长出来。

让人体拥有火蜥蜴那么神奇的肌肉再生功能是许多外科医生的梦想，因为许多人因意外会损失肌肉，例如车祸、战争、火灾、癌症或者糖尿病末梢血管疾病等，因为人体肌肉不能再生，所以肌肉损失除了截肢外，几乎没有其他的治疗手段。

美国匹兹堡大学的医疗研究小组决定开启人体肌肉再生之门，让损失的肌肉重新生长出来。他们在猪膀胱细胞里提取了名为“肌肉细胞外基质”的物质，里面含有猪膀胱生长因子蛋白。这种物质看起来跟凝胶差不多，因此又被称为“细胞胶水”。将“细胞胶水”注入人体肌肉组织内，猪膀胱生长因子蛋白质就触发并引导患者自身的干细胞进入需要肌肉再生的指定区域，启动人体肌肉的再生和修复过程。经过一段时间，人体缺失的肌肉就在“猪细胞”的作用下再生出来，如人身上长出了“猪肉”一般。这种方法不但可以恢复人体的肌肉组织，还可以恢复保证肌肉正常工作的肌腱和神经。

拥有这项让人体长出“猪肉”的技术，匹兹堡大学的研究者为4名肌肉损失的士兵进行了手术，结果这些残疾的士兵身上都长出了新肌肉。掌握这项技术的外科医生宣布：这项技术将成为外伤外科医生的一种标准疗法。

超级肌肉制造中

当下，人类依靠科技力量在“人造人”的道路上孜孜以求，各种各样的机器人不断面世。遗憾的是这些机器人与“人样”相差太远。机器人没有“人样”，是因为它们缺少肌肉组织的覆盖。只要造出“人造肌肉”，机器人就会变成模样逼真的“人造人”。

20世纪80年代，美国科学家约瑟夫发现：通过电流刺激，可使高分子材料自动伸缩和弯曲。基于“有些非金属材料能在电流的作用下产生变形”的重要发现，科学家踏上了人造肌肉的科技征程。

经过几十年的努力，人造肌肉技术越来越成熟，正在制造中的人造肌肉是这个样子的：把管状导电塑料集束成肌肉一样的复合体，在管内注入特殊液体，导电性高的分子在溶液中释放出离子，在电流的刺激下完成伸缩动作。通过控制电流强弱可以调整离子的数量，改变人造肌肉的伸缩性，使人造肌肉更加接近真实肌肉的细致功能。目前，人造肌肉的细节功能虽然和真肌肉尚存差距，但人造肌肉的“力量”却远超人体肌肉。一根直径为0.25毫米的管状导电塑料可承重20克的重量，集束而成的人造肌肉比人体肌肉的力量强壮数十倍，可谓是超级肌肉。如果把超级肌肉装到机器人身上，机器人将会变成“超人”。当然，超级肌肉不但可以安装到机器人身上，还可以安装到汽车上。汽车制造商对人造肌肉很感兴趣，传统汽车通常需要50～100个驱动传动装置，可谓是复杂费工，如果这些装置改用人造肌肉作驱动力，不但可以增强耐磨性，还可以提高汽车功率。

不管在军事领域，还是在商业制造领域，人造肌肉的应用前景都十分广阔。到时，机械产品不需要齿轮，也不需要轴承了。人造肌肉将革新制造业模式，给我们的生活带来天翻地覆的变化。

编辑/张烨endprint