问：运动员的体能条件是与生俱来的吗？
答：影响体能的因素都是由基因和环境同时决定的。科学家通常用“遗传度”来表示基因在控制身体方面所起到的多大的作用，大部分运动能力的遗传度都很高。
北京海淀区大慧寺路，一个以计划生育冠名的研究所看起来应该和体育没有关系，但在这里进展的一项研究——中国人类遗传资源平台，却因为和优秀运动员有关而大大有名。
在这个叫做“国家计划生育委员会科学技术研究所”里，有一个由中国科学家建立的“中国人遗传资源库”，其中共有20个资源类型，已经采集24万份生物信息样本。比起“肿瘤”、“人体组织器官”这样的资源库，“优秀运动员”的资源库很小，目前只有血液样本390份。但这个资源库却因为据传已经采集了刘翔、姚明这样著名的运动员的遗传信息而备受关注。
身高、体重等身体形态是人体最基本的特征，是运动能力的基础，有较强的先天因素。而身体的力量、速度、耐力与柔韧性以及生理功能，比之身体形态还要受到更多遗传的影响。优秀运动员具有特殊的素质、独特的生活习惯和特别的训练方式。采集他们的遗传信息，记录他们的体能测试指标、运动项目的测试成绩等，建立相应的基因库和数据库，就有可能寻找到优秀运动员的遗传学证据，为今后挖掘更好的体育人才储备标准。
遗传对于运动能力的影响，人们早就在运动场上发现过。姚明能以巨大的身高优势成为NBA的“小巨人”，其父母功不可没——这对亚洲最高夫妻中的一员更曾是中国国家女篮的队长。李大双、李小双兄弟在体操项目上辉煌的成就，很少有人怀疑他们相似的运动能力，与他们的双胞胎身份有关。
可以确信，遗传学家对依罗•米特兰塔这样的人一定很有兴趣。米特兰塔是芬兰的滑雪运动员，20世纪60年代在所有的滑雪赛事中出尽风头。然而在多次血检中，他被发现红细胞比其他运动员多出二成以上，理所当然地，他被怀疑使用了违禁药物。幸运的是，历经30多年的调查，人们终于发现米特兰塔体家族存在先天的遗传突变，14名与他有血缘关系的同辈表亲中，另有8人的红细胞数量同样超出常人。他们的这种超常能力来源于促红细胞生成素受体（EPOR）基因的变异，这种变异导致了更多的促红细胞生成素（EPO）的产生。EPO是调节人体红细胞繁殖和分化的主要激素，它能增加红细胞的形成，增强红细胞运送氧气的能力。不过对于其他表亲来说，这多出的红细胞并无实际意义，反倒增加了他们中风、血栓和心脏病突发的风险。米特兰塔体内的红细胞倒是多得其所，他在三届奥运会和两届世锦赛上共获得了十枚奖牌，其中包括五枚金牌。
2004年，英国中央兰开夏大学进化心理学家约翰·曼宁教授曾用六位与他素昧平生的运动员的手部扫描影像，预测他们在一次5000米比赛中的排序。预测结果比赛事更加刺激：他成功地预测了四个人的名次，仅错的第三名和第四名则几乎同时冲线。
作为雄性激素研究专家，曼宁认为人手无名指和食指的长度之比，可以揭示胎儿期接受的雄性激素的量，无名指相对越长，胎儿出生前接触的雄性激素越多，成年后的身体机能就越有效率。事实上，有越来越多的实验揭示出“运动成绩—雄性激素—无名指”之间的关联。雄性激素对增强肌肉力量的重要影响，已经在诸多体育比赛的药物滥用中获得了充足的验证，而曼宁发现，决定雄性激素的基因群同时也决定了无名指的长度。
问：已经明确知道哪些基因与运动能力有关吗？
答：就科学家们所知，目前已经有120多个基因位点可能与人的运动能力有关。新的基因也不断地被发现，不过这些基因的大多数生理生化功能并未得到确证，如何控制身体的机理也并不是很清楚。
“这是气相色谱仪，我们用它来做物质的分离和分析。这是液相色谱仪、这是荧光光度计、这是拉曼光谱仪……”，在中国国家体育总局体育科学研究所运动常芸博士的实验室，她的一位学生正带领我参观。我惊奇地发现，现在的体育科学实验室和我大学时的分析化学实验室并无二致。作为一位曾经的运动医学的临床医生，常芸近些年的注意力转移到了运动员的体质与运动能力的相关基因研究上。[!--empirenews.page--]分页标题[/!--empirenews.page--]
人类基因组的成功破解，为基因功能和多态性的研究提供了最佳蓝图。在人类2.5万多个基因中，正常人群中一个基因位点上的基因存在着两个或两个以上不同等位基因的现象，就叫做基因的多态性。基因多态性正是科学家们发现基因功能差异的最大来源。
“耐力基因”是科学家们发现的第一个与运动能力有关的基因。1999年，英国伦敦大学心血管遗传中心蒙哥马利博士对比了比33名登山运动员、75名完成10周大强度军事训练中坚持下来的士兵和近2000名健康男性之后，发现位于17号染色体中ACE基因与人体的耐力有关。
在被测试的登山运动员中，有ACE-I基因的人比没有的人耐力高，而一对等位上的两个基因都是ACE-I的人表现出更高的耐力。看上去ACE-I基因对于耐力的影响，就像潜水者的氧气罐，罐子越多，续航力就越强，是名副其实的“耐力基因”。后续研究发现，拥有耐力基因的运动员，肌肉对于能量的利用效率更高，能够在消耗同样多的能量时，做出更多的有效功。
在运动中，力量通常来自于肌肉，但并非所有的肌纤维都有同样的功效。人类的肌纤维分为两种，一种是快纤维，一种是慢纤维，并由此组成了快肌和慢肌。快肌代谢不需要氧，直接以糖类作为能源，由此产生的乳酸让人感觉肌肉疼痛。快肌可以制造一种蛋白（ACTN3），这种蛋白直接与肌肉的收缩有关，是肌肉爆发力量的源泉。而慢肌更多地依赖有氧代谢，产生持续的能量，在耐力水平上有更多贡献。
2003年，悉尼大学神经肌肉研究所的南杨教授和悉尼大学医学院的麦克阿瑟·丹尼尔教授发现了可能编码ACTN3蛋白的基因。他们测试了737名运动员中，其中在短跑、举重这样需要瞬时爆发力项目的运动员中，这个基因的携带比例高达95%，尤其在这些项目的女运动员中，这个基因携带的比例更是高达100%，而在中长跑等耐力项目中，这个基因出现的频率只有30% ～ 50%。
2007年9月，他们的同事，悉尼大学神经肌肉研究所的遗传学家凯瑟琳·诺思深入研究了这个基因是如何影响小鼠的肌肉活力的。她发现，敲除掉该基因的小鼠会在快肌中产生大量与有氧代谢有关的酶，这意味着，快肌此时具有了慢肌的功效。在跑步测试中，小鼠在精疲力竭之前的跑动距离也比正常鼠多出了三成，这表明ACTN3基因的变异很可提升了小鼠的耐力。
常芸和她的同事曾利用中国长跑运动员来寻找线粒体基因的多态性之间的关系，虽还没有最终的结果，但已经发现了某些线粒体基因在不同运动项目中分布频率的差异。
实际上，这些基因只不过是体能遗传因子中的沧海一粟。“目前我们所知，在基因图谱上已经发现有120多个位点可能与人类体质和运动能力有关。”常芸说，“这已经成为了一个广泛被关注的研究热点。”
问：会制造出“运动超人”吗？
答：理论上来说，会的，但它们带来了更有争议的问题。
基因已经确凿无疑地向我们揭示了“更快、更高、更强”的天堂之所在，但并不是每个人都像米特兰塔那样，幸运地从先辈那里获得先天的基因优势。利用基因筛选运动天才，也不是现役运动员感兴趣的内容，怎么样把自己改造成为“后天版的天才”，才是他们对分子生物学殷切的期待，这就是在传统药物滥用被监测得越来越严格之后的作弊方式——基因兴奋剂。
广义来说，基因兴奋剂包括所有采用基因工程技术产生的违禁药物或者方法。以这个标准来说，早在2000年之前，基因兴奋剂就已经被难抵名利诱惑的运动员们使用。
利用基因重组技术生产EPO很早就被用于治疗贫血症或者缓解肾衰竭，这种方法是将人体产生EPO的基因在体外表达，在体外获得大量的EPO再送回到人体。因为基因模板一致，成品和人体自然生成的EPO几乎没有区别。这样的功效显著而又不必抽血输血的法宝很快便被运动员们发现，以至于像环法自行车这样的世界顶级赛事因为频频被爆出与EPO有关，而被嘲笑为“环兴奋剂大赛”。
正因为如此，2000年悉尼奥运会因为可以分辨外源性的EPO，从而启用全新的血液检测方法而声名卓著。2004年的雅典，蛋白类固醇和生长激素等一些人体自身可以合成的激素也可以被检测出来。《世界反兴奋剂条例2008年禁用清单国际标准》中规定：当这些物质“偏离人群正常范围，以致不能认为是正常内源性生成，则这一样本被视为含有这种禁用物质。”采用基因工程的方法生产人体内源的兴奋剂，看起来是也是天网恢恢。
对于心存侥幸者来说，最好的办法莫过于，通过一种方法改变自己的遗传特性，把外源基因完全整合到自己的细胞中去，让兴奋剂的“生产”和“消耗”处于同一位置，不影响其他器官功能，也不在血液或者尿液中留下痕迹。这就是狭义上的基因兴奋剂。
2004年的《新英格兰医学杂志》曾报道过一个巨人婴儿，四岁时就可轻易举起三公斤重的哑铃。没有人提及小巨人的其他功能是否正常，但至少他成功地把人们的视线吸引到力量基因上来。肌肉纤维不仅体积和数量有限，而且会随着年龄的增长和病痛的侵袭而减少，但经过适当的训练，肌肉不仅可以修复损伤，还会增加，这正是运动员们以大运动量的训练来保持肌肉力量的基础。在此过程中，胰岛素样生长因子（IGF-1）起到了重要作用。[!--empirenews.page--]分页标题[/!--empirenews.page--]
为了研究衰老和治疗肌肉萎缩症，2004年美国宾夕法尼亚大学H·李·斯维尼教授曾在年轻小鼠的骨骼肌细胞中注射了含有肌肉增长素IGF-1基因的腺联合病毒（AAV）。这种微小病毒的病毒很容易感染人类肌肉，却不会引发任何已知的疾病。AAV携带外源基因到达小鼠的骨骼肌细胞，就像电脑中的特洛伊木马一样，在细胞中悄悄复制自己，并把外源基因整合到目标细胞中。结果被转入基因的小鼠的肌肉力量增强了15% ～ 30%，上楼梯时的爆发力量甚至能达到普通小鼠的两倍，被媒体称为“施瓦辛格小鼠”。更为神奇的是，施瓦辛格小鼠在全身肌肉力量增强的同时，血液中的IGF-1水平并没有升高，其他器官似乎也都没有什么异常。
自从公开了研究成果，斯维尼就淹没在世界各地的教练和运动员的热情咨询中，更有人直接出价数十万美元请求亲身一试。虽然体育成绩并不是科学家们的原始目标，但他们的确可以给运动员和教练们提供寻找捷径的办法。
这就是斯维尼的研究大受运动员关注的原因。
基因改变只发生在细胞水平，只有在局部肌肉组织中才含有超量的兴奋剂，要想揪出它的身影，唯有进行活组织检查——有谁愿意在比赛前割下一片肉来，只为了证明他的龌龊？
问：可以通过这些基因来挑选适合做运动员的人吗？
答：事实上，已经有人在这么做，或者打算这么做，不过这么做还面临很多挑战。
一个基因，正常就与爆发力有关，变异则可能提升耐力，就挑选运动员或指导运动员训练来说，还有比这更好的检测项目吗？实际上，凯瑟琳·诺思在研究ACTN3基因的成果公布后不久，就以“一种预测个体的运动性能的方法”申请了国际专利，来帮助人们“筛选个体在ACTN3基因中是否存在一种或多种遗传学变异；以及根据遗传学特性预测个体的运动性能。” 此外，这个专利还声称，可以将ACTN3基因分析与生理、物理和心理学评估结合起来，为运动员设计更优化、更个性化的训练计划。
不过，正如体育种族主义给人类带来心灵伤害的同时，让我们反思种族的内涵及意义，基因兴奋剂和基因天才在给竞技场带来了前所未有的挑战之时，亦提供了一个反思体育价值的契机。以健康为代价换取短期利益，在追求纪录的过程中过分强调体能的作用，片面强调对抗而忽视文化的融合……这些，还是体育精神的初衷吗？
“基因的评估不应当放在运动员选材中，这样很难避免为了金牌和所谓国家的荣誉而‘制造’运动员，这不符合全民运动和竞技体育的理念。”金锋博士是中国科学院的分子遗传学家，曾在特殊人群的体能与基因研究方面做出过颇多研究。他说：“基因与体能的研究初衷，很少是为了挑选运动员这样单一的目的，更多的研究是为某些先天性的遗传疾病寻找治疗之道。
特殊人群不仅仅只是运动员，更为人性化的基因与体能的研究，是为了避免有些天生就不合适参加某些活动的人，在参加活动时受到伤害。”
金锋曾经关注过潜水员和航天员的选材，也曾经注意过高校军训导致学生死亡和新兵通不过训练的案例。
完全凭借检测基因而选择出最具有运动天赋的人，至少到目前还从未实现过。但它的确有很大潜力，但也带有风险——人体是个复杂的系统，难以想像某几项身体机能特别突出的人，不会增加其他麻烦。不过，最大的错误可能还在于完全盲目的拒绝或者拥护这种新研究。
如果能认真反思我们为什么、要在什么领域开展这些研究，如果我们彻底清楚，明智决断，对基因与体能的关注就不会只在赛场上唯利是图，就能为那些真正需要这些研究的人在利弊权衡之间找到解决之道。
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