肌肉的那些趣事

史峰

1780年，意大利科学家伽伐尼在做青蛙解剖时，拿着不同的金属器械，无意中同时碰到青蛙的大腿，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，与肌肉相关的趣事远不止电池的发明……

寒战蕴藏的秘密

天冷的时候，肌肉会有收缩抖动的现象，俗称“寒战”。并非每个人都会追问为什么会有这样的生理现象。1910年的一天，英国科学家希尔经历了一次寒战之后，脑海里陡生疑问：寒冷为什么会使肌肉收缩抖动？这个来源于体验的疑问很快被希尔揭开了谜底：肌肉收缩抖动能产生热量，让人体增热御寒。

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奥秘。

自1910年开始，希尔就用一种名为“热电偶检流计”的装置探索肌肉产热的秘密。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内反复检测肌肉运动时热量的产生值和氧气的消耗量，如果没有坚持到底的毅力，希尔不会将这个枯燥的实验坚持10年之久。直到1920年，希尔终于获得了各项精细数据，揭开了肌肉产热的谜底。

为此，希尔摘取了1922年的诺贝尔生理学或医学奖。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”，于是诸多生理活动的秘密被人们从化学角度一一揭开。

掌控耐力的基因

多数人不喜欢长跑，长跑会让人累得气喘吁吁。许多人的肌肉耐力明显“不达标”，马拉松运动员却能在两个多小时里，跑完约42千米的路程。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，美国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的耐力。IL-15Rα基因产生降低肌肉耐力的蛋白质，其实是人体进行自我保护的一种机制，免得让肌肉“过劳”，产生损伤。

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”，耐力不就会大增了吗？

科学家先拿小白鼠做实验。先让体内存在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十来分钟就显出“累得不轻”的模样，接下来就基本跑不动了。看来是IL-15Rα基因产生的蛋白质开始抑制小白鼠的肌肉耐力了，免得小白鼠累死。

接下来，科学家把小白鼠体内的IL-15Rα基因给破坏掉，然后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呀，连续跑了一个多小时也没有累得气喘吁吁，小白鼠竟然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。科学家分析了一些世界级运动员的基因数据后发现，某些特定的IL-15Rα基因突变版本在以耐力见长的运动员中更多见。这意味着，一些耐力超强的运动员可能在基因上有先天优势。

人们也由此想到，一个普通人在摘除IL-15Rα基因后，即使不经过艰苦训练，也能使肌肉耐力变得强大起来，从而跑马拉松就没有问题了。有人也许还会想到，以后运动员参加比赛，除了要做“药检”之外，恐怕还要做“基因检测”喽。

让肌肉再生

大自然中，蜥蜴一旦被天敌咬住尾巴，为了逃生，便会让尾巴断掉，趁追杀者撕咬丢下的尾巴时，及时逃跑。过一段时间，蜥蜴的尾巴便能重新长出来。

让人体拥有蜥蜴那么神奇的再生功能是许多外科医生的梦想，因为每天都有让外科医生揪心的事情发生：许多人因车祸、火灾、癌症或者糖尿病并发症等原因，只能做截肢手术，成为残疾人；还有一些士兵在作战时严重损坏了肌肉，从而变成终身残疾。这都是因为人体肌肉不能再生，所以肌肉损坏是很麻烦的事。

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，让损坏的肌肉重新生长出来。他们在猪膀胱细胞里提取了“细胞外基质”，里面含有生长因子。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”注射到人体肌肉组织内，生长因子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，人体缺失的肌肉就能再生出来。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。

超级肌肉

科技的力量真是太大了，它能把人类的一些神话般的幻想变成现实。神话里那个闹海的哪吒不是被“整死”了吗？可是后来他的师傅弄了些莲藕摆成了“人形”，然后吹一口“仙气”，哪吒又复活了。哪吒复活的神话，其实是“人造人”的幻想。

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。可遗憾的是，这些机器人与“人样”相去甚远。机器人没有“人样”是因为它们缺少肌肉组织的覆盖，而只要造出“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，人造肌肉正越来越成熟。人造肌肉是这样制造的：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，从而改变人造肌肉的伸缩性，使人造肌肉更加接近人体肌肉的功能。目前，人造肌肉所具有的功能虽然和人体肌肉尚存差距，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，将其集束而成的人造肌肉比人体肌肉的力量强壮数十倍，可谓超级肌肉。如果把超级肌肉装到机器人身上，机器人将变成“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也很感兴趣，传统汽车通常需要50～100个驱动传动装置，可谓复杂。如果这些装置改用人造肌肉做驱动力，不但可增强耐磨性，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。