你的细胞已准备好跑马拉松，即使你没有。根据最近的一些研究，人体中的每个细胞都携带一种可能有助于优化我们肌肉进行长距离奔跑的突变。
人类和黑猩猩之间最古老的基因差异之一，可能帮助了古代人类——现在也帮助了现代人类——在长距离奔跑方面表现出色。为了理解这种突变是如何起作用的，科学家们研究了经过基因工程改造、带有这种突变的小鼠的肌肉。在这些啮齿动物身上，携带这种突变可以提高工作肌肉的氧气水平，增加耐力和减少整体肌肉疲劳。研究人员推测，这种突变在人类身上也可能起着类似的作用。这项研究结果于本周发表在《英国皇家学会会刊B》上。
许多生理适应有助于人类擅长长距离奔跑——长腿的进化、出汗的能力以及我们体毛的减少，都有助于提高我们的耐力。有了这一新发现，研究人员认为他们“发现了这种人类独特变化的第一个分子基础，”加州大学圣地亚哥分校（UCSD）细胞与分子医学系的医师研究员、该研究的首席作者 Ajit Varki 说道。
大约在两到三百万年前，当人类开始离开森林，在广阔的稀树草原上觅食和狩猎时，CMP-Neu5Ac 羟化酶（简称 CMAH）基因在我们的祖先身上发生了突变。Varki 表示，这是我们目前所知的现代人类和黑猩猩之间最早的基因差异之一。在过去的 20 年里，Varki 和他的研究团队利用小鼠将这种突变与对人体其他方面的影响联系起来，包括肌营养不良的更严重症状，以及可能增加因食用红肉患癌症风险的炎症。
“已经发现了许多与奔跑相关的基因，”哈佛大学的古人类学家 Daniel Lieberman 说，他并未参与这项研究，但曾对人类进化和奔跑进行过广泛研究。“但据我所知，这是第一个能够指向一个派生特征、一个新颖特征的基因，它出现的时间与我们拥有奔跑化石证据的时间大致相同。”
但并非所有研究人员都确信该基因在人类进化中的作用。加州大学河滨分校的进化生理学专家、生物学家 Ted Garland 警告说，这种联系在现阶段仍然是“纯粹的猜测”。“我对人类方面非常怀疑，但毫无疑问，它对肌肉有影响，”他说。Garland 表示，仅仅根据这种突变出现的时序来判断，并不能说明这个特定基因在奔跑进化中起到了重要作用。
CMAH 突变通过改变构成人体细胞的表面起作用。“身体的每个细胞都完全、绝对地覆盖着巨大的糖类森林，”Varki 说。CMAH 通过编码唾液酸来影响这种糖类表面。由于这种突变，人类在其细胞的糖类森林中只有一种唾液酸。包括黑猩猩在内的许多其他哺乳动物有两种类型的唾液酸。这项研究表明，细胞表面唾液酸的变化会影响氧气向体内肌肉细胞的输送方式。
在这项实验中，Varki 实验室的研究生 Jonathan Okerblom 使用了一组对照组小鼠，它们携带编码两种酸的正常基因，以及一组携带类人突变的小鼠。研究人员比较了小鼠在进行轮子训练前后在跑步机上的奔跑表现。从一开始，携带 CMAH 突变的小鼠就比普通小鼠跑得更远、更快。经过轮子训练后，它们的竞争优势更加明显——比没有这种突变的小鼠跑得快 12%、远 20%。
跑步机测试后，加州大学圣地亚哥分校的生理学研究科学家 Ellen Breen 检查了小鼠的肌肉，发现携带突变的小鼠肌肉疲劳速度比普通小鼠慢。此外，缺乏 CMAH 基因的啮齿动物在细胞层面上更有效地利用氧气，并且有更多的毛细血管为它们的比目鱼肌（腿部肌肉）输送氧气。
Garland 表示，这种突变如何影响肌肉耐力很有趣，但我们不能假设这种特定的突变对于人类进化成耐力跑者来说是“必不可少的”：“如果这种突变从未发生过，很可能会发生其他突变。”
Garland 说，为了证明 CMAH 与人类进化之间的关系，研究人员需要研究其他动物的耐力，比如狗、鹿或鸵鸟，它们都依靠肌肉进行长距离移动，并看看是否能发现影响肌肉耐力的类似突变。他还对在专门培育的高耐力小鼠中重复实验的结果感兴趣，以了解这种效应是否仍然存在。
Lieberman 表示，了解我们身体如何为体育锻炼做好准备，不仅有助于我们回答关于过去的疑问，还有助于我们找到改善未来健康的途径。许多疾病，如糖尿病和心脏病，可以通过运动来预防。“我们需要找出如何调动这些通路来帮助对抗疾病，”Lieberman 说。
你不必跑马拉松才能充分发挥你的细胞驱动的跑步能力。为了维持整体心血管健康，美国心脏协会建议成人每天进行大约 30 分钟的中等强度活动。但如果你真的受到启发，想测试你的生理极限，要知道生物学是你这边的。
