「 在1941年3月1日,美國隊長的處女熒屏作品《美國隊長》中,我們看到史蒂夫·羅傑斯 「一個虛弱的年輕人」,他被雷士丹教授「接種了奇怪的沸騰液體」。這種「超級戰士血清」和隨後的「維塔-射線治療」使這個虛弱的軍隊棄兵以美國隊長的名義成為了人類體能表現的巔峰。」
以下是即將出版的書《追逐美國隊長:科學,工程和生物技術的進步如何產生超人》的改編摘錄。
更快,更高,更強,這個奧林匹克座右銘是皮埃爾·德·顧拜旦在1894年國際奧林匹克委員會成立時提出的,它旨在捕捉體育競賽的本質,但也是許多人以「興奮劑」的形式通過使用外部增強來嘗試超越人類生物極限的信號。在體育運動中使用興奮劑的一個非常著名的例子是使用雄激素類固醇。然而,在力量訓練圈之外的人不一定知道,類似於類固醇的物質在運動員停止使用後仍會產生影響。
即使沒有類固醇,一個經過廣泛訓練然後停止的人,比沒有接受過訓練的人能更快地重新獲得肌肉質量和力量。這被認為是由於神經系統的快速變化影響了肌肉的協調和激活,這可能反過來與科學家稱之為表觀遺傳學有關。「
人類基因組在十五年前首次測序成功時是一件讓人非常興奮的事情,但最新的熱門話題 - 表觀基因組,讓興奮劑,類固醇重新回到了熱門話題的位置。什麼是表觀基因組呢?表觀基因組確定哪些基因實際上被哪種細胞激活和表達,以及何時。如果基因組含有遺傳潛力的本質,那麼表觀遺傳學就是你所有更快,更高,更強的能力被提取和使用的方式的潛力,基因組就像一個充滿單詞的字典,其中大部分都不是一次性使用的 - 其中一些從未使用過。表觀遺傳學是將這些詞語拉出來並將其有效地應用於句子中以便進行對話的過程,表觀遺傳學本質上彌合了自然與培育之間的差距。
更具體地,它描述了如何調節基因表達以及在生物體中表達什麼基因,這不會改變基因中的實際核苷酸序列 - 構建模塊,也不會影響你生產下一代細胞。
雖然你體內的每個細胞都攜帶你的基因組,但你的表觀基因組具有多種口味,具體取決於細胞所在的組織類型。表觀遺傳學的關鍵在於它影響基因表達,發育過程中的變化,以及疾病狀態的變化。
所有疾病中的癌症與表觀遺傳變化最為明顯。例如,當存在環境提示時,如激活產生肺癌的基因可能僅被表達和激活,如香煙煙霧會引起肺癌基因的表達。但生物學通常不那麼簡單:將疾病直接與DNA變化聯繫起來很困難。這很大程度上是因為產生疾病的變化經常發生在編碼蛋白質的DNA部分之外。
生物學家 Ingrid Egner 和她在挪威的同事對訓練對肌肉生長的影響很感興趣。他們的研究結果表示,與大多數其他細胞類型不同,肌肉纖維具有多個細胞核。在力量訓練期間,肌肉質量增加,並且每個細胞中的核數量也增加。該團隊想知道這種「細胞記憶機制」是否會受到類固醇的影響,他們給小鼠一個睾丸激素衍生物14天,其產生的細胞核增加約66%,肌纖維的尺寸增加77%。撤回睾丸激素三周後,肌纖維的大小恢復到從未訓練過或未給葯的動物身大小。
這部分實驗是為了引起肌纖維細胞核內「記憶」的變化。當纖維的大小波動時,在睾酮被撤回後,核的數量在三個月內保持升高。這是否意味著肌肉纖維對訓練的反應不同?也就是說,由於核數量較多,它們會像「正常肌肉」還是是用類固醇後的增強肌肉一樣反應?在實驗的下一部分中,兩組動物(先前暴露於睾酮衍生物的動物和未參與的「對照」動物)經過6天的力量訓練。在這短時間內,對照小鼠未能顯示任何明顯的肌纖維大小增加,而相反,之前暴露於睾酮的小鼠顯示出31%的肌肉增加。
以前未經訓練的肌肉纖維在生長較大之前從活化的衛星(幹細胞)細胞募集細胞核。細胞核是驅動肌肉細胞產生更多蛋白質以獲得更大和更強的指揮中心,並且似乎隨著時間的推移保留和保護了更多數量的細胞核。當進行像力量訓練這樣的運動壓力時,具有更高核數的肌肉纖維然後生長得更快。這種先前力量的「記憶」顯然保持穩定長達15年,可能是永久性的。在體育運動中使用興奮劑的相關性是即使短時間使用合成代謝類固醇也可能導致持久性能增強,這種情況會在停止使用多年後持續下去。
幾乎好像「使用它或丟失它」的格言已被改為「取決於你使用的東西,你可能不會真的失去它。」我們不確定這可能與其他性能增強藥物有何關係。但是如果一個運動員採取一些措施來迅速提高他的能力然後停止,他可能永遠擁有增強的快速再訓練能力。在沒有競爭規則的現實生活中,這是生理學可塑性和體育運動中的一個很好的例子,它證明了了如何通過規避競爭規則的方式來達到自我實現,提高競爭力,使你變成強者。
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