編者注（12/5/17）：《大眾科學》重新發布以下文章，該文章最初於 2016 年 8 月 5 日釋出，以響應國際奧委會週二宣佈俄羅斯因興奮劑問題而被禁止參加 2018 年冬季奧運會的處罰。
在本月於里約舉行的夏季奧運會上，世界上跑得最快的人，尤塞恩·博爾特——一位身高六英尺五英寸的牙買加人，擁有六枚金牌，步幅如羚羊般矯健——將嘗試打破他自己在 100 米短跑中 9.58 秒的世界紀錄。
如果他做到了，一些科學家認為他可能會永遠為記錄畫上句號。
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儘管無數的訓練技術和科技持續推動著運動的邊界，並且儘管自人類開始記錄這些事物以來，力量、速度和其他身體特徵都在穩步提高，但體育記錄被打破的速度正在放緩，這讓研究人員推測，也許我們正在接近我們集體的生理極限——即運動成就正在撞上生物學的牆壁。
常識告訴我們，運動成就當然是有極限的：除非物理定律發生重大修正，否則沒有人能以音速奔跑。從生理學角度來說，流入肌肉細胞並引起收縮的鈣量是有限的；我們的紅細胞可以輸送的氧氣量也是有限的。
從這個角度來看，2008 年，跑步愛好者兼斯坦福大學生物學家馬克·丹尼發表了一項研究，試圖確定動物的奔跑速度是否存在絕對極限。為此，他分析了美國田徑和賽馬以及英國賽狗這三項具有長期記錄歷史的賽跑運動的記錄。
透過繪製 20 世紀初以來的獲勝比賽時間，並控制人口增長，丹尼得出結論，特定物種跑完一定距離所需的時間確實存在可預測的極限。事實上，他的資料顯示，賽馬、賽狗以及一些人類田徑賽事可能已經達到了極限。“我們肯定正在趨於平穩，”丹尼說。“看看賽馬資料就知道了，我認為這與人類的情況類似。自 1970 年代以來，三冠王的獲勝時間實際上並沒有[提高]——儘管投入了數百萬美元用於培育更快的馬匹。”
正如丹尼解釋的那樣，仍然可以培育馬匹以改進特定屬性，然而，這樣做會帶來附帶的生理缺陷。“你可以培育出比以往任何時候都跑得更快的馬，或者擁有更強壯的肌肉，但那樣它的腿就會斷。看起來我們真的已經充分利用了純種馬的基因庫。” 而我們可能是下一個。
從基因上講，賽馬是一個特別同質的群體，因為所有純種馬都來自 17 和 18 世紀帶到英格蘭的三匹種馬（以及略多數量的“基礎母馬”）。但丹尼指出，在許多女子田徑專案中，速度也趨於平穩，許多記錄自 1980 年代以來一直未被打破（正如他所說，當時許多參賽者被懷疑“服用了大量興奮劑”）。丹尼引用馬拉松運動員保拉·拉德克利夫在 2003 年創造的 2:15:25 世界紀錄時間（據稱未經興奮劑輔助，儘管經過調查）幾乎達到了他對女子馬拉松預測的最大速度。男子馬拉松運動員可能還有一些迴旋餘地。丹尼的模型預測，目前的 2:02:57 紀錄可以提高三分鐘左右，這與廣為宣傳的男子兩小時馬拉松的追求相符。
博爾特希望打破研究人員預測的最快 100 米短跑時間 9.48 秒。不幸的是，根據丹尼的說法，現在明顯年長的短跑運動員可能錯過了機會。這位短跑運動員在 2008 年北京奧運會半決賽中遙遙領先，當他在衝過終點線之前放慢速度時。“我認為如果他保持全速前進，他會創造一個有史以來無法打破的世界紀錄，”丹尼推測道。
博爾特可能會因南方衛理公會大學生理學教授彼得·韋蘭德的話而感到欣慰，韋蘭德是運動生物學領域的領先專家之一，他認為我們人類尚未達到運動的上限。韋蘭德解釋說，例如，在考慮耐力時，有兩種提高途徑：要麼增加心臟泵出的血液量，要麼增加血液本身的氧氣濃度，就像血液興奮劑的情況一樣。“我不認為我們已經達到了極限，”他認為，“我認為人們會找到方法來增強氧氣在體內的輸送，並從人類身上榨取更多效能。唯一的問題是這些方法是否會被認為是合法的。”
提高運動表現的答案可能在我們細胞的“動力源”線粒體中，線粒體透過克雷布斯迴圈利用氧氣產生能量。在有氧適能平均水平的人中，線粒體約佔每個細胞體積的 2%；在訓練有素的運動員中，線粒體佔 4%。在活動力極強的蜂鳥中，這個數字攀升至 40% 左右，這讓人看到了希望，也許人類細胞可以容納更多的線粒體，從而提高運動能力。“當然，有一個極限，超過這個極限你就無法將更多的線粒體塞進細胞中，但我認為在人類中還有空間，”韋蘭德說。“體育已經成為一項全球性的、利潤豐厚的和專業化的事業，只要有錢可賺，有名可圖，我們將繼續看到進步——無論是在運動科學還是裝置方面——這將導致紀錄被打破，儘管可能頻率會降低。”
韋蘭德承認，任何未來的生物學修補都可能帶來與興奮劑相同的倫理和哲學問題。“越來越難以確定什麼是合法的，什麼是不合法的，”他預測道。“現在我們說，‘好吧，訓練是好事，飲食也是好事，’但補充劑呢？”
最重要的是，監管機構可能永遠無法跟上可能逐漸——或可能迅速——推動記錄前進的新型生物和化學增強劑，韋蘭德說。“反興奮劑機構首先必須找出正在使用哪些新物質；然後他們必須開發一種檢測這些物質的分析方法。識別和停用物質清單總是會落後於人們正在嘗試的東西，”他說。
血液興奮劑可能不會消失，但無論好壞，打破紀錄的未來最有可能在於人類基因組。像 CRISPR–Cas9 這樣的基因編輯技術現在允許特定的基因被開啟、關閉或引入——賦予的修飾可以賦予任何數量的運動優勢，而且正如韋蘭德警告的那樣，這些修飾幾乎不可能被檢測到。“我確實認為我們會看到人們嘗試像 CRISPR 這樣的技術來引入某些基因以提高運動能力，”2013 年出版的《運動基因：非凡運動表現的科學內幕》一書的作者大衛·愛潑斯坦說。“我認為人們目前還沒有這樣做的主要原因是，有太多形式的傳統興奮劑可用且有效。他們還沒有必要繼續前進。”
愛潑斯坦在他的書中探討了人類表現的極限，他指出，目前對 CRISPR 的擔憂常常被忽視，因為我們的基因密碼非常複雜，而且事實上我們目前並不知道大多數基因的作用。然而，正如他的書中所述，有一些特定的基因變異會導致運動表現增強的例子。
其中一個案例涉及芬蘭滑雪傳奇人物和七屆奧運會獎牌獲得者埃羅·安特羅·曼蒂蘭塔，他在整個 1960 年代都取得了巨大的成功，並被廣泛認為使用了血液興奮劑。多年後，一項關於曼蒂蘭塔及其家人的基因研究表明，他攜帶一種基因，該基因大大增加了紅細胞質量和血紅蛋白水平，血紅蛋白是血液中攜帶氧氣的分子。愛潑斯坦還引用了所謂的“超級嬰兒”，一個 1999 年出生於柏林的肌肉發達得驚人的男孩。這位現在的青少年體內有一種突變，阻止了肌肉生長抑制素的產生，肌肉生長抑制素是一種限制過度肌肉生長的蛋白質。
撇開幸運的個體不談，如果我們正在達到表現的平臺期，在這種平臺期中，記錄——可能在倫理上可疑的基因篡改的幫助下——將繼續被打破，但速度會慢得多，那麼公眾對比賽的興趣將會怎樣？當不再有記錄可破時，人們還會觀看嗎？
丹尼並不擔心。“當我發表我的論文時，我得到的反饋是這將摧毀奧運會，”他回憶道。“這就像說 1962 年的巴西足球隊是有史以來最好的，所以以後沒有人會再看世界盃了。但如果博爾特能以 9.47 秒跑完 100 米並打破我的預測，那麼我向他致敬。我認為總會有一種‘也許有人會做得更好’的誘惑。”
丹尼和愛潑斯坦都認為，對於更多複雜的運動來說尤其如此，在這些運動中，任何數量的變數都可能有助於成功，而且客觀的“最佳”很難定義。一個團隊要贏得籃球冠軍或超級碗，需要很多因素到位。體育聯盟也在不斷改變規則以吸引公眾的興趣，為運動能力創造新的基準。“籃球直到 1979 年才設立三分線，”丹尼說，這一缺失讓人不禁想知道，在另一個時代，聯盟目前的現象級人物斯蒂芬·庫裡——他的單賽季三分球紀錄 402 個，遠遠超過了他自己創下的 286 箇舊紀錄——是否可能沒有享受到他因規則改變而理應獲得的讚譽。
“NBA 和所有聯盟都知道他們在做什麼，”丹尼開玩笑說。“在未來的幾十年裡，人們會在酒吧裡為體育爭論不休。”