人类如何突破2小时完成马拉松的极限？
上周六（5月6日），来自肯尼亚的选手Eliud Kipchoge以 2 小时 0 分 24 秒的成绩，创造了新的男子马拉松世界最佳成绩，将肯尼亚选手 Dennis Kimetto 在 2014 年柏林创造的 2 小时 2 分 57 秒完成 42.2 公里马拉松全程的世界纪录一次性提高了 2 分多钟，成为了历史上最接近马拉松 2 小时大关的人。
Eliud Kipchoge取得的惊人成绩实际上来自整个 Nike “突破2” （“Breaking2”）挑战计划团队——这是一支由科学家、工程师、运动员组成的团队，多年来致力于通过不断改良运动员自身条件和跑具性能，突破人类两小时跑完马拉松的极限。
尽管目前关于Kipchoge创下的成绩能否被国际田联认定为新世界纪录争议不断，但人们对于科学家们如何打造“完美”的运动员仍然充满好奇。《科学》杂志为详细探究此问题于 5 月 3 日发表了下面这篇文章。
图 | 来自肯尼亚的选手Dennis Kimetto参加了 2013年的东京马拉松
4 分钟内跑完一英里（约1.61千米）、滑板巨星 Tony Hawk 空中 900 度旋转、Babe Ruth创造的本垒打纪录……这些成绩让曾经被认为坚不可破的理论人类体能极限变得不堪一击。
对于马拉松而言，2小时的理论极限也会被打破吗？ 名为“小于2”（“Sub2”）的、由科学家与工程师组成的团队近年来正在不断接近这个目标，并且在数月前，如Nike和Adidas的几家大企业，正式宣布了他们以突破2小时极限为目标的挑战计划。
然而，人类究竟能否实现在120分钟之内跑完42公里目前仍无定论。那么，如何才能帮助运动员跨越极限？是什么使得这项挑战如此艰巨？我们距离目标还有多遥远？《科学》杂志对多位马拉松专家进行采访，希望能够对这些问题进行深入了解。
我们究竟还需要快多少？
肯尼亚选手Dennis Kimetto以2小时2分57秒的成绩保持着男子马拉松世界纪录。另外两名选手，Kenenisa Bekele以及Eliud Kipchoge，他们的最好成绩均在 2 小时 3 分 10 秒之内。若在此基础上再减去3分钟，大致相当于将成绩提高2.5%。
尽管这对于业余选手而言并非难事，但专业级马拉松选手与业余选手不可同日而语。“对于世界顶级选手而言，成绩提高2.5%这个量级的确相当大。”来自南非开普敦大学的运动科学家 Ross Tucker 指出。
一些方面的改变更够让运动员们跑的更快：使选手们拥有更多体能、利用能量的效率更高，或者令比赛过程变得更轻松。
我们如何使选手们拥有更多体能？
最大摄氧量（VO2 max）， 即运动员进行高强度的运动时每单位体重每分钟所消耗的氧气体积，是衡量选手们体能的主要指标。顶级马拉松选手在比赛过程中一般维持 80% 的最大摄氧量消耗状态。
一般人可以通过持续的高强度训练来提高他们的最大摄氧量，但最大摄氧量的上限仍然取决于遗传因素，在不使用兴奋剂时几乎无法提高。
血液兴奋剂，尤其是促红细胞生成素（EPO），能够通过增加血红细胞数量增强血液载氧能力，从而提高最大摄氧量。此类药物在马拉松比赛中禁用。这意味着顶级选手们很难提升体能，但接下来不妨可以考虑该如何提高能量利用效率。
图 | 马拉松世界纪录（1908-今），跑步效率的大幅提高——归功于更优的训练方法——使马拉松最好成绩随着时间戏剧性的下降
我们如何使选手提高能量利用效率？
跑步其实是一个能量转化效率很低的运动：我们腿部产生的能量中，只有约 45% 在使我们向前运动，而剩下的能量消耗在了脚撞击地面的过程中。
一种提高能量转化效率的方法是将每一次脚撞击地面时消耗的能量更多的转化为下一步所用，或许可以应用某种带有弹簧装置的跑鞋。“Nike近期为跑鞋中的弹性装置申请了专利，”Tucker说，“我认为他们正在尝试利用这种方法提高成绩。”
Bekele便是穿着Nike最新研发概念性跑鞋亮相于今年一月末的迪拜马拉松中。包括Tucker在内的一些专家认为，这双跑鞋采用了最新的技术，其加厚的中层鞋底形状与材料均是经过一系列复杂设计而具有良好弹性。然而，不幸的是，Bekele在比赛前期就摔倒了，并未跑完全程。
4月28日，Adidas发布了一款新跑鞋——Adizero Sub2。 公司宣称，此款跑鞋并未采用弹性增强设计，而是应用了一种特殊的泡沫材质——这种材质可以将跑步效能提高1%。
尽管这项技术已经发明多年，但新款的Sub2跑鞋仍然比其他跑鞋轻了150克，Adidas认为这足以使跑步效能提高1%。肯尼亚选手Wilson Kipsang 便是穿着这款跑鞋在上周末的东京马拉松比赛中取得了冠军（尽管距离2小时极限仍然有将近4分钟的差距），并且取得了日本境内马拉松最佳成绩。
然而，来自Sub2团队的生物机械学家Peter Weyand 认为，弹性跑鞋并非突破极限的办法。“人们早就试过把弹簧装置放在鞋里，但几乎都没有任何效果”，他说。“这没有这么简单。”
“Sub2团队将目光投向了提高运动员的生理机能，而不是改良跑鞋，”Sub2团队创始人，来自英国伯莱顿大学的研究员Yannis Pitsiladis说。他认为马拉松成绩远未达到极限，这是因为有非常多来自东非的选手从未使用过如运动数据记录仪等新的科技产品，且并未得到最佳的训练和膳食安排。
他指出水分摄入策略是一个在体育运动中经常被忽视的领域，但同其他项目的发言人一样，他并未透露更具体的内容。最后，他说水分摄入的改善不会取得使成绩大幅度提高，但大量来自各个领域小细节的改善将会攻破2小时大关。
我们如何使赛程变得更加轻松？
全程都是下坡路，并且有一个理想的天气——最好还是顺风——时，比赛会变得异常轻松。其实在低于海平面的地区比赛，也会对取得好成绩有所帮助，因为随着海拔的降低，氧气浓度升高，这可以使呼吸变得各加高效。
在比赛中领跑的配速员或许也能够在突破纪录中起到作用，跟跑可以减少空气阻力，使跟跑者更加轻松。“这或许能提高1%到2%的成绩。”Tucker说道。
然而，在对提高成绩有利的环境中产生的成绩往往无法获得国际田联纪录认定。在今年关于打破2小时极限的承诺中，Nike声明他们的成绩可能会不具备纪录资格。Tucker和Sub2团队质疑Nike公司计划根据其需要随意操控比赛条件。对此Nike并未回应。
2小时是否是一个实际目标？
2%左右的成绩增幅在现代体育中并非前所未有，例如Usain Bolt曾经将男子100米跑的世界纪录从9秒74提高到9秒58（1.7%）。然而Tucker指出，在过去的15年中，马拉松成绩已经提高了2%。
“我们已经见证了马拉松成绩2分钟的提高，而现在我们还想再让用时减少2分半甚至3分钟。”他说。“我们简直就是想在马拉松上创造双倍于博尔特的奇迹!”
然而，Pitsiladis对此表示乐观。如果一切顺利并且他的团队能够获得足够的资金支持，他认为，在2020年前，不借助弹性跑鞋或其他外界装备，马拉松成绩可以突破2小时大关。
“无论我们做什么，我们将向着这个目标努力，然后取得被承认的世界纪录。”他说。“我从未对此怀疑。”
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编辑：杨冠男
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