有趣的肌肉

升龙

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，这种现象是因动物躯体内部有“生物电”而造成的。后来，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，他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同时浸在盐水里，让连接两块金属板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，与肌肉相关的趣事不只是电池的发明……

肌肉“寒战”赢诺贝尔奖

1910年的一天，英国科学家希尔在打了一个寒战之后，陡生疑问：天冷的时候，肌肉为什么要收缩抖动？这个源于自身体验的疑问很快被希尔解开了谜底，肌肉在收缩抖动时能产生热量，让人体可以增热御寒。

但是，希尔的探索并没有中止。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：热量既可以源于燃烧，又可以源于摩擦，为什么还会源于肌肉收缩？于是，希尔开始研究肌肉在收缩时产生热量的奥秘。

从1910年开始，希尔就用一种名为“热电偶检流计”的装置，探究肌肉在运动时产生热量的奥秘。这个看似简单的实验，其实非常枯燥，它要求在1/10秒的短暂时间里，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，希尔终于获得了有关肌肉产生热量的各项精细数据，揭开了肌肉在运动时产生热量的谜底。

希尔历时十年的发现，让他获得了1922年的诺贝尔生理学或医学奖，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，发现生命体是一个復杂的“化学反应堆”，控制着各种各样的化学反应，于是诸多有关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”

大多数人不喜欢长跑，因为长跑会让人觉得很累，这说明多数人的肌肉耐力明显“不达标”。但马拉松运动员却能在两个多小时里，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-15R α的基因有关。这种基因能帮助身体产生一种特殊的蛋白质，而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，那么如果摘除这种基因，让身体不再产生抑制肌肉耐力的蛋白质，让肌肉不知累，肌肉耐力就会大增。

科学家先拿小白鼠做实验。先让身体里存在IL-15R α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分钟就累得不轻，接下来就基本上跑不动了。

紧接着，科学家采用激光灼烧的方法，破坏小白鼠体内的IL-15Rα基因，再让小白鼠在转笼里跑步。结果缺失IL-15Rα基因的小白鼠不知疲倦地在转笼里跑呀跑，即使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，这些长跑运动员身体内的IL-15Rα基因发生了突变，对人体肌肉耐力的抑制作用大大降低了。

当然，一个普通人在被摘除一些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了！

“猪细胞”使人体肌肉再生

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

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，因为许多人因遭遇意外而损失肌肉，例如车祸、战争、火灾、癌症以及糖尿病末梢血管疾病等。因为人体的肌肉不能再生，所以肌肉一旦出现损失，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会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，人体缺失的肌肉就会在“猪细胞”的作用下生长出来。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。

在拥有这项技术后，匹兹堡大学的研究者为4名损失了肌肉的士兵进行了手术，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：这项技术将成为外科医生治疗外伤的一种标准疗法。

制造超级肌肉

当下，人类依靠科技力量在“人造人”的道路上不断探索，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，科学家踏上了制造人造肌肉的征程。

经过几十年的努力，人造肌肉越来越成熟，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像肌肉一样的复合体，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。通过控制电流的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。目前，虽然人造肌肉跟真正的肌肉相比，还有一些差距，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受20克的重量，集束而成的人造肌肉比人体肌肉强壮数十倍，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。传统汽车通常需要50～100个驱动传动装置，可谓是复杂又费工，如果这些装置改用人造肌肉作为驱动力，不但可以增强耐磨性，还可以提高汽车的功率。

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，机械产品既不需要齿轮，也不需要轴承了。人造肌肉将革新制造业模式，给我们的生活带来翻天覆地的变化。

（刘名远摘自《意林文汇》2017年第3期）endprint