奥运背后的科学家们

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奥运背后的科学家们

作者：方陵生 编译来源：文汇报2012-7-26 14:36:19




奥林匹克运动会是荟萃了人类体能极限、运动技巧的全球盛会，但奥运背后也离不开科学的支持。在伦敦奥运金牌争夺战即将拉开序幕之际，英国《自然》杂志介绍了一批在幕后默默为奥运作贡献的科学家们的工作。

跟踪预测流行性疾病的科学家

伦敦奥运会期间，医疗研究人员卡姆兰·卡恩并不会出现在伦敦附近，他在数千公里之外的加拿大多伦多大学工作，但他将密切关注伦敦奥运会。

奥运会组织者预计，奥运期间将有数百万人从世界各地来到伦敦，伴随着他们一起到来的，可能还有各种病毒和细菌。卡恩是一个国际研究小组的成员之一，该研究小组的宗旨是在人群大量抵达伦敦之时，对潜在的新的流感病毒等疾病的传播进行预测，并采取应对措施。

很可能，他们什么也不会发现。但是为防“万一”，卡恩必须时刻保持清醒的头脑。已往的历史表明，疾病大规模暴发往往与人群大量集中有关，包括2010年在加拿大温哥华举行的冬季奥运会上的麻疹大流行，2008年在澳大利亚悉尼天主教青年节时的流感大暴发等。“像奥运会这样的盛大群众集会，我们必须要考虑到对公众的健康威胁，特别是有可能在全球范围内传播开来的传染性疾病，”英国健康保护署负责奥运会公众健康问题的布赖恩·麦克洛斯基说道。

为了评估这类威胁，卡恩将重新启动曾于2008年运行的Bio.Di aspora项目，这是一个基于网络的计算机程序，它将汇集数10亿人的飞行路线信息，使研究人员能够看到人们是如何在世界各地移动的。评估这些人携带病原体的风险，并与在奥运会期间实时获取的疾病监测信息联系起来。例如，如果一种新的流感病毒在亚洲出现，卡恩就可以绘制出疾病的传播路径图，并以此来预测其在伦敦暴发的可能性。这种类型的预警将为当地卫生官员带来至关重要的时间，向公众发出警告并采取预防性行动。

麦克洛斯基说道，事实上奥运会将是对Bio.Di aspora项目和全球卫生系统效率的一个重大考验。卡恩希望，从全球人员大流动中获得的数据，可反馈给“大规模集会药物”的研制者共享，宗教集会、音乐节和体育赛事等大规模集会都会吸引更多的人，以及来自更偏远地方的人，对公众构成比以往任何时候都要严重的健康风险。他比喻说，“全球运输就像联络世界各地的动脉，人们通过这些动脉移动，就像一种生理现象。正常的生理活动若被打乱或改变，就会出现某种不可预知的事件，这类事件将对全球健康和安全产生潜在影响，我们需要更好地了解它们。”

研究流体动力学的科学家

在2008年北京奥运会上，游泳运动员破了25项世界纪录，比其他任何运动项目都多，许多人将此成绩归功于可大为减少阻力的高科技泳衣。但是，继北京奥运会之后，国际上规范游泳竞技规则的机构重新规定，限制运动员从泳衣上获得优势，于是一些运动员转而寻求其他方式来获取优势，例如，英国游泳运动员将目光转向了流体动力学研究员斯蒂芬·特诺克。

特诺克的研究专业是流体力学，特别是在船舶设计方面，对于他来说，他的研究专业与研究人体周围空气或水的流动之间，并无很大的区别。在过去3年中，他曾指导了英国南安普敦大学运动工程实验室（PSEL）的工作。该实验室此前曾与英国自行车队合作，以设计出更符合空气动力学的骑乘位置，这对“英国队”自行车运动员从北京奥运会上带回14枚奖牌至少起到了一部分作用。游泳运动员也需要类似的帮助，他说，“英国游泳项目缺乏的是在游泳过程中对流体动力学的理解。”为提高运动成绩，体育工程师使用绞车系统拉动游泳选手在水中行进，运动员可选用绞盘线的张力来感受评估水的阻力和推进力。

运用科学方法来提高游泳成绩是一个巨大的挑战。“比如，难道你能将自行车车手置于风洞中，然后让他去感受‘降低阻力的最佳骑坐位置吗？’”特诺克说道，“要获得仪器仪表检测的最佳位置是一个极为复杂的过程，但从流体动力学上来说，却相对要简单一些，因为通常来说，骑坐自行车和身体的位置是相对固定的。”

但对于游泳运动来说，要受到一系列因素的影响，其中包括沿身体长度的水体流动，手臂和腿部的运动，从四肢传送到水中的力，以及水的压力和运动对身体形态的影响力等。“运动员要面对如此多的变数，而这一切极为迅速地发生在一个非常嘈杂的环境中，在每一次游泳测试中，完全重复相同的条件是非常困难的，”特诺克说道，“当你面对所有这些不确定性时，无疑是极具挑战性的。”

PSEL的研究团队设计了一些技术性的解决方案。主要是利用一种轻便绞盘帮助运动员训练，通过绞盘拉动游泳选手前进的速度稍快于他们通常的游泳水平，他们将这种技术称之为“超速游泳”。在对英国一些优秀游泳选手进行测试训练中，特诺克的研究小组测量绞盘线的张力，以对水的阻力变化进行评估，研究人员并通过录像进行研究，例如，调整姿势甚至泳帽的位置，都有可能改变水的流量和速度。“当游泳运动员从水中出来时，我们对他们的表现已经非常了解了。”特诺克说道，他们了解到的信息都将全部反馈给教练员和运动员。

特诺克的研究团队还要解决运动员训练中的一些更为广泛的问题。例如，使用绞盘系统对运动员自愿者和蜡制人体模型进行测试，他探索了体毛对水流阻力的影响，其答案是：修光体毛者游泳速度更快。研究小组还利用计算机建立模型，分析骨骼肌肉系统工作对提高游泳动作效率的影响。

特诺克和英国游泳运动员的协同研究和训练在奥运会开始之前结束，他希望，对人体流体力学的研究成果将反馈到海洋生态系统的研究中，如设计在水下压力下更符合水力动力学形态的方向舵。与此同时，他还在提高自己的游泳技能，他说，“在我的孩子学习游泳时，我就可以将我学到的东西向他们炫耀一番了。”

为兴奋剂检测日夜工作的科学家

在今年夏天的100米短跑赛上，外号“闪电”的乌塞恩·博尔特将与一位更年轻的短跑选手约翰·布莱克展开激烈对决，他将努力保持“世界上跑得最快的人”的头衔。然而，在奥运会上另一场激烈的战斗也将在奥运村以北35公里哈洛的一个郊外实验室里展开，在这里，反兴奋剂专家将使用“分子武器库”中最先进的工具，去“跟踪追击”某些运动员为提高运动成绩而服用的各种各样的兴奋剂。

实验室将对几十种兴奋剂，包括类固醇和其他违禁物进行筛选。伦敦国王学院药物控制中心的资深科学家克里斯蒂安·巴特利特目前正负责哈洛实验室的工作。该实验室将指导生物药物的检测工作，如对促红细胞生成素（EPO）和人体生长激素的检测。反兴奋剂科学具有一定的保密性，巴特利特说道，他不能透露将出现在伦敦奥运会上的具体的药物检测技术，他只能透露一点，“我们已经拥有最先进的设备，经过过去一年多时间对新技术的开发和验证，将大大增加这一领域内反兴奋剂检测技术的灵敏性。”

巴特利特和他的150位同事所面对的第一个挑战，就是要处理7000名奥运会和残奥会运动员在比赛期间提供测试的尿液和血液，包括赛前数天提取的测试样本和比赛结束之后立即提取的测试样本。测试样本一式两份每隔1小时送交实验室，一份用作测试，一份冷冻备份，实验室将一天24小时不间断地工作。巴特利特目前已经离开在伦敦南部的家，住在了实验室的附近，他知道即使在周末他也不会有时间观看奥运赛事。

他负责测试的绝大多数样本都将被证明是“清白”没有问题的，但如果实验室发现任何违禁物质，科学家们将立即通知国际奥委会和其他体育管理部门，启动调查程序，并采取可能的制裁行动。

但与此同时，世界各地一些非法实验室也以化学方法研制出了一些逃避检测的药物，如促红细胞生成素（EPO）。巴特利特说，对此他的团队已经作好准备，严阵以待，例如，通过检测任何形式的基因工程蛋白来检测EPO的存在，因为基因工程蛋白的酸性往往低于天然蛋白。

参加伦敦奥运会的运动员将经历奥运史上最严格的检测，但这能保证他们“绝对清白”吗？巴特利特对此持谨慎的乐观态度。许多国家在运动员出发前往伦敦之前就已经对他们进行了检测，还有一些运动项目开始使用标明了运动员血液数据资料的“生物护照”。“总之一句话，来伦敦的运动员千万不要心存侥幸，”巴特利特说道。（生物谷）