人类天生就擅长奔跑——这种古老的基因突变可能对此有所帮助

即使你还没有准备好跑马拉松，你的细胞也已经准备好了。根据最近的一些研究，人体的每个细胞都携带着一种突变，这种突变可能有助于优化我们的肌肉，以便长距离跑步。

人类和黑猩猩之间已知的最古老的基因差异之一可能帮助古代原始人类——以及现在的现代人类——擅长长跑。为了了解这种突变是如何起作用的，科学家检查了经过基因改造而产生这种突变的小鼠的肌肉。在啮齿动物中，突变可提高工作肌肉的氧气水平，提高耐力并减少整体肌肉疲劳。研究人员推测，这种突变在人类身上可能发挥类似的作用。研究结果于本周发表在《皇家科学院学报 B》上。

许多生理适应性有助于人类擅长长跑——长腿的进化、出汗的能力以及毛发的脱落都有助于提高我们的耐力。加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 细胞和分子医学医师研究员、这项研究的主要作者阿吉特·瓦尔基 (Ajit Varki) 表示，有了这一新发现，研究人员相信他们“找到了人类这种不寻常变化的第一个分子基础”。

大约两三百万年前，当原始人类开始离开森林，在广阔的大草原上觅食和狩猎时，我们的祖先体内的 CMP-Neu5Ac 羟化酶（简称 CMAH）基因发生了突变。瓦尔基说，这是我们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 20 年里，瓦尔基和他的研究团队还利用老鼠研究了这种突变对人体的其他影响，包括更严重的肌肉萎缩症和炎症症状，这些症状会增加食用红肉导致的癌症风险。

“已经发现了很多与跑步有关的基因，”哈佛大学古人类学家丹尼尔·利伯曼 (Daniel Lieberman) 说道，他没有参与这项研究，但对人类进化和跑步进行了广泛的研究。“但据我所知，这是第一个能够精确定位衍生特征、新特征的基因，这种特征出现在我们有跑步化石证据的时候。”

但并非所有研究人员都相信该基因在人类进化中的作用。加州大学河滨分校专门研究进化生理学的生物学家泰德·加兰 (Ted Garland) 警告说，这种联系目前仍“纯粹是推测”。他说：“我对人类方面持非常怀疑的态度，但毫无疑问，这对肌肉有影响。”加兰说，仅仅观察这种突变发生的时间顺序还不足以说明这种特定基因在跑步进化中发挥了重要作用。

CMAH 突变通过改变人体细胞表面起作用。“人体的每个细胞都完全被巨大的糖森林覆盖，”瓦尔基说。CMAH 通过编码唾液酸来影响糖表面。由于这种突变，人类细胞的糖森林中只有一种唾液酸。许多其他哺乳动物，包括黑猩猩，有两种唾液酸。这项研究表明，细胞表面酸的这种变化会影响氧气输送到体内肌肉细胞的方式。

在这次实验中，瓦尔基实验室的研究生乔纳森·奥克布洛姆使用了一组老鼠作为对照组，其中对照组老鼠携带两种酸的正常基因，另一组老鼠携带类似人类的突变基因。研究人员比较了老鼠在轮子训练前后在跑步机上的跑步情况。从一开始，携带 CMAH 突变的老鼠就比正常老鼠跑得更远、更快。而通过轮子训练，它们的竞争优势更大——比没有这种突变的老鼠跑得快 12%，跑得更远 20%。

跑步机测试结束后，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不像普通小鼠那样容易疲劳。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比目鱼肌提供氧气。

加兰说，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殊的突变对于人类进化为长跑运动员是“必不可少的”：“如果这种突变从未发生过，那么很可能就会发生其他突变。”

为了证明 CMAH 与人类进化之间的关系，Garland 表示，研究人员需要研究其他动物的耐力，比如狗、鹿或鸵鸟，它们都利用肌肉进行长距离旅行，看看他们能否找到影响肌肉耐力的类似突变。他还希望在专门培育的具有高耐力水平的老鼠身上重复这一结果，看看这种影响是否成立。

利伯曼说，了解人体如何适应体育锻炼不仅可以帮助我们解答有关我们过去的问题，还可以帮助我们找到改善未来健康的新方法。许多疾病，如糖尿病和心脏病，都可以通过锻炼来预防。“我们需要弄清楚如何调动这些途径来帮助对抗疾病，”利伯曼说。

你不必跑马拉松才能充分发挥细胞驱动的跑步能力。为了保持适当的整体心血管健康，美国心脏协会建议每天进行约 30 分钟的中等强度活动。但如果你确实想测试一下自己的身体极限，要知道生物学是站在你这一边的。