雨后小故事

有趣的肌肉

时间:2016-03-29 22:15:36 来源: 网络 点击:
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  1780年,意大利科学家伽伐尼在解剖青蛙时发现,死青蛙的腿部肌肉在接触电火花时会颤动。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,认为伽伐尼的解释是错误的,他发现,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……

  肌肉帮赢诺贝尔奖

  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答了,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10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,发现生命体是一个复杂的“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,肌肉耐力为什么会不一样呢?

  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的蛋白质,而这种蛋白质可以降低肌肉的耐力。

  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-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喽!

  “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。届时,机械产品既不需要齿轮,也不需要轴承。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。

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