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奥运金牌,有基因的一半
作者:胡军    文章来源:《科技日报》2008-8-26    点击数:    更新时间:8/31/2008    

尽管菲尔普斯和队友们一样的训练,一样的在“水立方”比赛,但创造历史的只有他一人;尽管博尔特训练条件可能不如许多发达国家的运动员,但就是他以969的成绩把所有人抛在身后;尽管都是女性,都是“蜂腰鹤膝”,但只有伊辛巴耶娃能轻松越过505……

 

人们逐渐发现相同环境下个人对训练的应答程度是不同的,早期的遗传学家就猜想:基因必定在体能上插了一脚。

 

金牌有“种”——许多运动才能与生俱来

 

纵观所有的奥运会,我们可以发现一些“体育家族”:美国小将柳金是前苏联体操名将柳金的女儿;拳王阿里的女儿莱拉接过父亲的拳击手套,成了无往不胜的世界女拳王;姚明的父母都曾是篮球队的主力……

 

“种瓜得瓜,种豆得豆”,是对遗传最直白的描述。人类的许多运动才能都是与生俱来并无可更改的。早期的遗传学家通过相关性就解释了体育天赋可以遗传。以大腿力量为例,两人之间运动成绩的相关性随着亲缘关系接近而迅速升高。无关亲族几乎毫不相关(相关系数0.08),同卵双生(基因完全相同)相关系数则高达0.76

 

现实中也有很多直观证据。李小双兄弟可能是我们最熟悉的孪生兄弟;在雅典奥运会上,美国体操队的哈姆兄弟为团体夺银立下汗马功劳,新西兰的双胞胎斯文戴尔姐妹更是一举拿下女子赛艇双人双桨冠军。实在有必要在他们的金牌上刻上一副双螺旋。

 

更多类似的证据暗示着,有运动基因在家族间流动。姚明能成为NBA现役最高球员,其父母基因也功不可没———这对亚洲最高夫妻中的一员更曾是国家女篮队长。

 

运动机能60%来自遗传

 

上世纪60年代,在三届奥运会和两届世锦赛上共获得了十枚奖牌的芬兰运动员门蒂兰塔,体内比常人多出的20%红细胞让人一度怀疑是兴奋剂所致。不过,家族系谱调查彻底洗脱了门蒂兰塔的嫌疑,14名与其有血缘关系的同辈表亲中,有8人的红细胞数量同样超出常人。对于其他表亲来说,这多出的红细胞只是增加了阻塞血管的风险,但对门蒂兰塔却成了制胜之道。

 

难怪德国著名运动医学家霍夫曼这样说:人的运动机能60%来自遗传,40%靠训练等外界因素制约。所以,如果可以的话,我更愿意在起跑之前查查对手的家谱。

 

运动基因——EPO相关基因让人跑得更久

 

顾名思义,人促红细胞生成素(erythropoietinEPO)能刺激机体产生更多的红细胞。而氧气从肺部到肌肉的过程,正是由红细胞来完成的,越野、长跑等耐力项目都依靠肌肉的有氧呼吸来提供能量。

 

而门蒂兰塔的天赋正来源于EPOR(促红细胞生成素受体)基因的变异,该变异导致了过多促红细胞生成素EPO的合成,进而促进机体合成更多的红细胞。不过对普通人,多出的红细胞并无实际意义,反倒增加了阻塞血管的风险。

 

ACE基因让运动更有效

 

十几年前的《自然》杂志树立了第一个体能基因的桥头堡。其中一篇研究指出:ACE(血管紧张素转换酶)基因与杰出耐力有关。在对比33名英国优秀登山运动员和近二千名健康男性的ACE基因后,他们发现前者的插入型ACE-I基因频率明显更高。后续研究发现,径赛的耐力要求越高,参赛运动员拥有插入型ACE-I的频率也就越高。

 

不过,直到最近,人们才认识到拥有ACE-I基因的运动员能够在消耗同样多的能量时作出更多的有效功。要知道,人体真正用于做功的能量不到总产能的一半,所以在效率上下工夫比单纯增大血液含氧量更有前途。

 

ACTN3基因让人跑得更快

 

很快,人们又在快肌纤维中发现了慢肌中所不存在的ACTN3蛋白,它也是有相应基因编码的。悉尼大学的杨南(音)在2003年发表的一项研究中称,他们测试了301名运动员和436名对照人群,发现在短跑、举重这样需要瞬时爆发力项目的运动员中,这个正常基因的携带比例高达92%。尤其在这些项目的女运动员中,比例更是高达100%。而在中长跑等耐力项目中,这个基因出现的频率只有20%30%

 

ACTN3基因的某种变异体在西非裔黑人的基因库中出现频率很高,作为黑人后裔的牙买加人自然拥有这种变异体。这种变异体能够提高人的瞬间速度,所以牙买加运动员有着和别人不一样的爆发力。

 

CKMM基因提升运动空间

 

人的肌原纤维分为I型和II型两大类,并由此组成了慢肌和快肌。慢肌纤维更多的依赖有氧代谢,快肌纤维则主要由无氧代谢提供短期能量。普通人两种肌肉比例相当,而运动员肌肉分布截然不同,慢肌的比例可以低至19%%或高达95%%,前者将会成为百米“飞人”,后者则可能是马拉松冠军。

 

通过训练,慢肌纤维可以转变为快肌,而快肌转变为慢肌却收效甚微,原因在于CKMM(肌型肌酸激酶)。它只在肌肉中进行表达,有氧时机体以ATP为原料提供能量,当组织缺氧时,CKMM以磷酸肌酸为原料提供能量。慢肌纤维中的CKMM活性比快肌中低两倍,这有利于慢肌纤维遵循正常的有氧途径获得充足的ATP,肌肉耐力和抗疲劳程度都表现良好。

 

运动员进行负重和厌氧训练时,缺氧的慢肌纤维只有起动CKMM,相当于增加了快肌纤维的比例。反之则不然,因而将肌纤维由快转慢尤为困难。CKMM基因变异增多的个体显然有更大的提升空间。

 

事实上,上述基因只不过是体能基因的沧海一粟,目前所知,参与体能再造的基因位点可能超过140个。一批人早已对此兴奋莫名,仿佛金牌就在石门背后,而基因就是那句“芝麻开门”的魔咒。

 

基因“双刃剑”——基因诞生“超级运动员”?

 

上世纪中叶之后,高科技开始了对竞技体育的广泛渗透。在以运动员为核心的系统学科中,运动生理学家、营养学家、甚至物理学家们开始合作。不过,最后登上金字塔顶端的可谓凤毛麟角,而且,天资并不是成功的充分条件。在名利面前,投机取巧必定无法杜绝,天资平平者希望能后天补足,资质出众者更希望能突破极限。随着基因迷雾散去,将常年汗水凝聚成一针药水的努力,好像不是天方夜谭。只要能成为闪光灯下的聚焦点,健康、道德……就抛在脑后。

 

不过,当奥运选手都疾行如“神行太保”戴宗,强壮如施瓦辛格,耐久如沙漠骆驼,且男女难辨,人鬼莫分。这些“超级运动员”还能称为人么?这个时候,我们是不是应该思索一下体育竞赛的初衷呢?

 

新闻缘起

 

816晚,“鸟巢”,牙买加的博尔特在男子100的表现完全可以用“恐怖”来形容,而第二天,牙买加的女选手又包揽了女子100的前三名。牙买加人让在短跑项目上一直目中无人的美国队老老实实当了一次观众。

 

固然牙买加的短跑成绩与他们的传统有关。但科学家通过对超过200名牙买加运动员的研究发现,有70%的人体内拥有一种名为ACTN3蛋白的物质,这种物质可以改进与瞬间速度有关的肌肉纤维,而这些肌肉纤维可以使运动员跑得更快。

 

 

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