有趣的肌肉

升龍

1780年，意大利科學家伽伐尼在做青蛙解剖實驗時，拿著不同的金屬器械，無意中同時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，發現伽伐尼的解釋是錯誤的，他發現是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了電流，這個裝置就是伏特電池。

電池的發明居然有肌肉的“功勞”，真是很有趣。其實，與肌肉相關的趣事不只是電池的發明……

肌肉“寒戰”贏諾貝爾獎

1910年的一天，英國科學家希爾在打了一個寒戰之后，陡生疑問：天冷的時候，肌肉為什么要收縮抖動？這個源于自身體驗的疑問很快被希爾解開了謎底，肌肉在收縮抖動時能產生熱量，讓人體可以增熱御寒。

但是，希爾的探索并沒有中止。當他發現肌肉既是“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？于是，希爾開始研究肌肉在收縮時產生熱量的奧秘。

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，其實非常枯燥，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細數據，揭開了肌肉在運動時產生熱量的謎底。

希爾歷時十年的發現，讓他獲得了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從化學的角度一一揭開。

耐力基因造就“飛毛腿”

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明顯“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：同樣是人，肌肉耐力的差距咋這么大呢？

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-15R α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，讓肌肉不知累，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-15R α基因的小白鼠在轉籠里跑步，結果小白鼠在轉籠里連續跑上20分鐘就累得不輕，接下來就基本上跑不動了。

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跑呀跑，即使連續跑上好幾個小時，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小白鼠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，這些長跑運動員身體內的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起來，跑馬拉松是沒有問題的。

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！

“豬細胞”使人體肌肉再生

火蜥蜴是一種為了逃命而不惜“舍肉”的動物。不過，丟了一塊肌肉的火蜥蜴在經過一段時間后，那塊肌肉能重新長出來。

讓人體擁有火蜥蜴那么神奇的肌肉再生功能是許多外科醫生的夢想，因為許多人因遭遇意外而損失肌肉，例如車禍、戰爭、火災、癌癥以及糖尿病末梢血管疾病等。因為人體的肌肉不能再生，所以肌肉一旦出現損失，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，還可以恢復保證肌肉正常工作的肌腱和神經。

在擁有這項技術后，匹茲堡大學的研究者為4名損失了肌肉的士兵進行了手術，結果這些殘疾的士兵身上都長出了新肌肉。掌握這項技術的外科醫生宣布：這項技術將成為外科醫生治療外傷的一種標準療法。

制造超級肌肉

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“人樣”相差太遠。機器人沒有“人樣”，是因為它們缺少肌肉組織的覆蓋。只要造出人造肌肉，機器人就會變成模樣逼真的“人造人”。

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“有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，正在制造中的人造肌肉是這個樣子的：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以調整離子的數量，改變人造肌肉的伸縮性，使人造肌肉更加接近真實肌肉。目前，雖然人造肌肉跟真正的肌肉相比，還有一些差距，但人造肌肉的“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，可謂是超級肌肉。如果把超級肌肉裝到機器人身上，機器人將會變成“超人”。當然，超級肌肉不但可以安裝到機器人身上，還可以安裝到汽車上。傳統汽車通常需要50～100個驅動傳動裝置，可謂是復雜又費工，如果這些裝置改用人造肌肉作為驅動力，不但可以增強耐磨性，還可以提高汽車的功率。

不管在軍事領域，還是在商業制造領域，人造肌肉的應用前景都十分廣闊。到時，機械產品既不需要齒輪，也不需要軸承了。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。

（劉名遠摘自《意林文匯》2017年第3期）endprint