«Гени, що сприяють отриманню хорошої освіти, відсіюються відбором»

Фільм «Ідіократія» зображує світ майбутнього, в якому через негативний відбір за інтелектом залишилися одні дурні. Дослідження ісландських генетиків показало, що ця похмура фантазія має наукові підстави. Зображення з сайту adamsmith.org

У сучасних людських популяціях рівень отриманої освіти має високу спадкованість, тобто сильно залежить від генів. Виявлено десятки алелей, що впливають на цю ознаку. При цьому освіта, як правило, негативно корелює з дарвинівською пристосованістю: освічені люди гірше розмножуються. Це вказує на можливий відбір проти «генів освіти». Нове дослідження, засноване на даних по 110 000 ісландців, які народилися між 1910 і 1975 роками, показало, що «гени освіти» дійсно піддаються негативному відбору. Ці алелі, багато з яких корелюють також з підвищеним інтелектом, міцним здоров’ям і довгим життям, знижують пристосованість незалежно від того, чи реалізувала людина обумовлену ними схильність до отримання хорошої освіти. Дослідження підтвердило побоювання про те, що еволюція сучасного людства спрямована в бік погіршення генетичного базису ознак, пов’язаних з інтелектом. Соціально-культурний розвиток поки з лишком компенсує генетичну деградацію, але з часом її наслідки можуть стати істотними.

1. Генетична деградація людства та її можливі механізми

Ідею про те, що в сучасних людських популяціях еволюція спрямована зовсім не в ту сторону, в яку нам хотілося б, вперше детально виклав і обґрунтував найбільший генетик-еволюціоніст XX століття Рональд Фішер у заключних головах своєї знаменитої книги «Генетична теорія природного відбору» (1930).

Дослідження в цій галузі просувалися повільно, в тому числі з причин, що не мають відношення до науки. Проте до теперішнього часу накопичилося чимало даних, які побічно підтверджують, що генетичний базис ознак, пов’язаних з фізичним і розумовим здоров’ям, поступово розмивається і деградує, особливо у жителів розвинених країн. Генетики обговорюють два основних механізми такої деградації (див.: M. A. Woodley of Menie, 2015. How fragile is our intellect? Estimating losses in general intelligence due to both selection and mutation accumulation).

Перший механізм — ослаблення очищуючого відбору проти мутацій, що порушують роботу тих чи інших органів і систем організму, в тому числі імунної системи і мозку. Раніше такі мутації знижували пристосованість (їхні носії залишали в середньому менше потомства) і тому вичищалися відбором. Однак розвиток медицини, соціального забезпечення та інших благ цивілізації зробив ці мутації менш шкідливими в еволюційному сенсі. Або навіть зовсім нешкідливими (нейтральними). Тому вони стали вільно накопичуватися в генофонді. Розвиток і робота кори головного мозку залежать від злагодженої роботи величезної кількості генів, що робить наші когнітивні здібності особливо вразливими для мутаційної деградації (G. R. Crabtree, 2013. Our fragile intellect).

Другий механізм — негативний відбір за ознаками, що допомагають (або допомагали в минулому) досягати успіху в житті. Раніше такі ознаки підвищували дарвінівську пристосованість, а в сучасному суспільстві, можливо, стали її знижувати — наприклад, в силу того, що талановиті, освічені та економічно успішні люди стали відкладати народження дітей «на потім». Так, є дані, згідно з якими в США та інших країнах люди з високими показниками інтелекту залишають менше потомства (R. Lynn, 1999. New evidence for dysgenic fertility for intelligence in the United States). Є також підстави припускати, що в розвинених країнах після промислової революції спрямованість відбору за ознаками, пов’язаними з соціальним і економічним успіхом, змінилася на протилежну. Скажімо, якщо раніше вмілий чоботар і змітливий торговець залишали більше потомства, ніж їх криворукі і недолугі конкуренти, то починаючи з XIX століття все стало навпаки (V. Skirbekk, 2008. Fertility trends by social status).

Втім, досі в розпорядженні вчених були в основному лише непрямі свідчення генетичної деградації людства. Не вистачало прямих доказів того, що гени, що сприяють розвитку цінних нами психологічних і когнітивних ознак, дійсно схильні до негативного відбору, і що цей відбір ефективний (тобто веде до зниження частоти зустрічності відповідних алелей). І ось завдяки розвитку методів порівняльної геноміки і створення великих баз даних з медичної генетики такі докази, нарешті, з’явилися, з чим нас усіх можна привітати.

2. Комплексний показник генетичної схильності до здобуття освіти

Ісландські генетики вивчили зв’язок між генами, що впливають на рівень освіти, і дарвінівською пристосованістю на прикладі вибірки, що включає значну частину (приблизно половину) всіх ісландців, які народилися з 1910 по 1975 рік.

Рівень отриманої освіти, вимірюваний числом років, витрачених на навчання (educational attainment, EA) — зручна для вивчення фенотипічна ознака, яка, мабуть, тісно пов’язана з когнітивними здібностями і такими рисами психіки, які ми зазвичай вважаємо достоїнствами (цілеспрямованість, тяга до знань, здатність планувати своє життя, відкритість новому досвіду). Надійно встановлено, що EA в сучасних людських популяціях має високу спадкованість. Відмінності між людьми за рівнем освіти як мінімум на 30-40% пояснюються генами (решта 60-70% — результат умов середовища та онтогенетичного шуму, див.: Developmental noise).

Нещодавно на вибірці з 20 000 американців вперше вдалося показати, що генетичний базис EA зазнає негативного відбору (J. P. Beauchamp, 2016. Genetic evidence for natural selection in humans in the contemporary United States). Нова робота ісландських генетиків не тільки підтвердила цей висновок на більш представницькій вибірці, але і показала реальне зниження частоти зустрічуваності алелей, що сприяють високому EA, протягом XX століття.

Обговорювана робота багато в чому ґрунтується на дослідженні 2016 року, в якому аналізувалася вибірка, що включає 293 724 осіб європейського походження. Аналіз цієї вибірки дозволив виявити 74 конкретні ділянки геному (локусу), що достовірно впливають на рівень освіти (детальніше див. у новині Рівень отриманої освіти частково залежить від генів, «Елементи», 16.05.2016). Дані, зібрані в ході цієї роботи, ісландські генетики використовували, щоб вивести формулу для обчислення комплексного показника генетичної схильності до отримання освіти — educational attainment polygenic score (POLY_EDU). Цей показник з точністю, залежною від розміру використаної вибірки, відображає спільний внесок безлічі генів (в ідеалі — всіх генів геному) у схильність цієї людини до отримання освіти. Показник POLY_EDU складається з індивідуальних «терезів», які були розраховані для кожного з 620 000 генетичних маркерів (поліморфних локусів) залежно від того, як алельні варіанти кожного з цих локусів співвідносяться з EA. Якщо наявність алеля асоційовано з трохи підвищеним середнім EA, алелю надається невелика позитивна вага, і т. д. Автори перепробували кілька способів обчислення POLY_EDU і переконалися, що методичні тонкощі (наприклад, способи обходу статистичних проблем, пов’язаних з нерівноважним зчепленням) слабо впливають на підсумкові результати.

Щоб уникнути зайвих труднощів при інтерпретації результатів, при розробці формули для POLY_EDU з вихідної вибірки в 293 724 осіб були виключені всі ісландці, які туди входили (49 970 осіб), а замість них додали 111 349 осіб з бази даних UK Biobank. Збільшення вибірки призвело до того, що індивідуальних локусів, які достовірно корелюють з EA, стало вже не 74, а 120.

Показник POLY_EDU, обчислюваний за отриманою формулою, дозволяє пояснити 3,74% варіабельності по EA. Іншими словами, цей показник характеризує приблизно одну десяту частину всього генетичного базису EA (оскільки весь генетичний базис пояснює 30-40% варіабельності). Якщо ж формулу для POLY_EDU вивести на основі меншої вибірки — без урахування даних з UK Biobank, — то отриманий показник буде пояснювати лише 2,52% варіабельності. Мабуть, для того щоб розрахувати вагу кожного алеля ще точніше — так, щоб підсумковий показник пояснював більшу частину генетично обумовленої варіабельності по EA, — потрібні дані не по сотнях тисяч, а по мільйонах людей. Показник POLY_EDU відкалібрували таким чином, щоб його середнє значення дорівнювало нулю, а стандартне відхилення — одиниці, і потім вимірювали його в цих «стандартних одиницях».

3. «Гени освіти» знижують пристосованість

За отриманою формулою автори вирахували POLY_EDU для 109 120 генотипованих (див.:Genotyping) ісландців, які народилися c 1910 по 1975 рік. Індивідуальні значення POLYE_DU були зіставлені з трьома репродуктивними показниками:

1) загальною кількістю нащадків, залишених людиною за все життя (number of children, NC), не рахуючи померлих у немовляті (цей показник близький за змістом до дарвінівської пристосованості);

2) віком батька в момент народження першої дитини (age at first child, AGFC);

3) середнім віком батька при народженні потомства (average age at child birth, AACB).

Результати аналізу наведені на рис. 1.

Ріс. 1. Таблиця, що показує кореляцію між POLY_EDU і трьома репродуктивними показниками. Значення в стовпчику «Effect» означають, що збільшення POLY_EDU на одиницю супроводжується зміною даної ознаки на вказану величину. Число дітей (NC) вимірюється в штуках, вік (AGFC, AACB) — в роках. Таким чином, таблиця показує, що у жінок збільшення POLY_EDU на одиницю відповідає зменшенню кількості дітей на 0,084, збільшенню віку народження першої дитини на 0,59 років, а середнього віку дітонародження — на 0,46 років. Відповідні значення для чоловіків: 0,054, 0,44 і 0,37. З обговорюваної статті в PNAS

Виявилося, що гени, які сприяють високому рівню освіти, достовірно знижують репродуктивний успіх у обох статей. Крім того, вони сприяють зрушенню початку репродукції на більш пізній вік. Всі ефекти мають високий рівень статистичної значущості, але у жінок вони виражені сильніше, ніж у чоловіків. При цьому AGFC збільшується зі зростанням POLY_EDU сильніше, ніж AACB. Це дозволяє припустити (а додаткові розрахунки підтвердили це припущення), що «гени освіти» знижують плодовитість в основному за рахунок того, що народження першої дитини зсувається на більш пізній вік (я використовую некоректний термін «гени освіти», щоб не писати кожен раз довгі формулювання типу «комплекс алелей, наявність яких позитивно корелює з підвищеним рівнем освіти»).

Результати більш детального аналізу впливу POLY_EDU на плодовитість залежно від віку батьків показані на рис. 2. «Гени освіти» різко знижують ранню плодовитість, тоді як на дітонародження в пізньому віці вони впливають позитивно. Ранній негативний ефект сильно переважує пізній позитивний, так що підсумкове число дітей виявляється істотно нижче у людей з високим POLY_EDU. Графік на рис. 2 влаштований таким чином, що він зростає до тих пір, поки люди з низьким POLY_EDU народжують більше дітей, ніж люди з високим POLY_EDU. Таким чином, перелом відбувається у віці близько 30 років, коли графік досягає максимуму. Аж до цього віку краще розмножуються люди з низькими значеннями POLY_EDU Після 30 років володарі високого POLY_EDU трохи скорочують розрив за кількістю дітей, але наздогнати суперників вже не можуть. Загальна оцінка впливу POLY_EDU на пристосованість (число дітей за все життя) відповідає двом лівим значенням на графіку (_ 0,084 для жінок і _ 0,054 для чоловіків). Це ті ж самі значення, які наведені і в таблиці на рис. 1.

Ріс. 2. Графік, що показує сукупний вплив «генів освіти» (effect of polygenic score) на кількість дітей, народжених у віці, показаному на горизонтальній осі, або пізніше. Червоні значки відповідають матерям, сині — батькам. Найлевіші значення, відповідні віку 14 років, показують вплив «генів освіти» на загальне число дітей, народжених за все життя (14 років — мінімальний вік дітонародження в дослідженій вибірці). Ці значення відповідають цифрам, наведеним у таблиці (_ 0,084 для матерів і _ 0,054 для батьків) і являють собою підсумкову оцінку впливу «генів освіти» на дарвінівську пристосованість. Найбільш праві значення показують вплив «генів освіти» на число дітей, народжених віком 40 років і більше. Малюнок з обговорюваної статті в PNAS

У цій роботі автори зосередилися на сукупному впливі безлічі генів, а не на ролі окремих алелей. Індивідуальні вклади більшості генів у варіабельність за EA дуже малі, тому для їх вивчення розмір вибірки повинен бути більшим. Але деякі алелі автори все ж відзначили. Наприклад, мінорний (більш рідкісний) варіант поліморфного локусу rs192818565 негативно впливає на EA. При цьому він, мабуть, піддається позитивному відбору, тобто підвищує дарвінівську пристосованість (існує ряд ефективних методів пошуку слідів позитивного відбору в геномах). Відомо також, що присутність цього алеля корелює з невротизмом і зменшеним об’ємом черепної коробки. Як з’ясувалося, цей явно «поганий» алель (кому ж хочеться бути невротиком з маленьким мозком?) достовірно корелює з великою кількістю дітей і раннім початком дітонародження. Як справедливо відзначають автори, «це разючий приклад генетичного варіанту, який асоційований з фенотипом, зазвичай розглянутим як несприятливий, і одночасно — з підвищеною пристосованістю в еволюційному сенсі».

4. Відбір проти «генів освіти» не зводиться до відбору проти освічених людей

Наступне питання, яке автори спробували вирішити, стосується механізму впливу POLY_EDU на пристосованість. Оскільки відомо, що POLY_EDU впливає на освіту, а освіта негативно позначається на дітонародженні, то логічно припустити, що негативний вплив POLY_EDU на репродукцію цілком і повністю пояснюється позитивним впливом POLY_EDU на освіту (EA). Щоб перевірити, чи так це, автори провели спільний аналіз впливу двох факторів (POLY_EDU і EA) на репродуктивні показники. Виявилося, що EA впливає на репродуктивний успіх жінок приблизно так само, як і POLY_EDU, знижуючи загальне число дітей (на 0,045 за рік навчання) і зрушуючи початок репродукції на більш пізній вік (на 4,2 місяця за рік навчання). Однак ефекти цих двох факторів не можна звести один до одного: вони діють значною мірою незалежно. Якщо розрахувати вплив POLY_EDU на пристосованість з поправкою на EA, цей вплив лише трохи зменшується, залишаючись високо достовірним. Наприклад, якщо взяти тільки жінок, які отримали 10-річну освіту (це обов’язковий мінімум в Ісландії), то всередині цієї вибірки ми побачимо, що жінки з високою POLY_EDU народили менше дітей, ніж жінки з низьким POLY_EDU, — незважаючи на те, що рівень освіти у всіх однаковий. Таким чином, гени, що підвищують схильність до отримання освіти, знижують пристосованість незалежно від того, реалізувала людина цю схильність чи ні. Те ж саме виходить, якщо розрахувати вплив EA на пристосованість з поправкою на POLY_EDU: освіта знижує пристосованість незалежно від того, наскільки виражена у людини генетична схильність до освіти.

У чоловіків негативний вплив POLY_EDU на пристосованість теж не можна пояснити впливом POLY_EDU на освіту. Більш того, виявилося, що освіта сама по собі не знижує, а навіть трохи збільшує репродуктивний успіх чоловіків! Кожен зайвий рік освіти додає ісландському чоловікові в середньому по 0,011 дитини. Таким чином, генетична схильність до освіти знижує пристосованість чоловіків всупереч тому, що освіта сама по собі підвищує репродуктивний успіх.

З цього безпосередньо випливає, що «гени освіти», крім свого впливу на EA, мають і інші фенотипічні ефекти, що негативно позначаються на пристосованості. Що ж це за ефекти?

Автори виявили, що POLY_EDU позитивно корелює з тривалістю життя, а також з цілою низкою параметрів, пов’язаних з фізичним здоров’ям. Зокрема, люди з високим POLY_EDU мають знижений рівень тригліцеридів у крові, рідше страждають ожирінням і менше курять. Крім того, POLY_EDU позитивно корелює з показниками інтелекту, такими як здатність вирішувати завдання з тестів на IQ. Про позитивну кореляцію між інтелектом, освітою і довголіттям «Елементи» розповідали і раніше (див.:Розумні і старанні діти живуть довше, «Елементи», 23.10.2008; Імунний статус макак залежить від соціального, «Елементи», 01.12.2016).

Негативний вплив фізичного здоров’я на репродукцію уявити собі досить важко. Швидше, справа тут в інтелекті. Наприклад, можна припустити, що розумні люди планують своє життя і намагаються не заводити дітей занадто рано. Це найпростіший і очевидний механізм, за допомогою якого інтелект може знижувати пристосованість і сприяти природному відбору на поглипання. Оскільки інтелект позитивно корелює з фізичним здоров’ям, такий відбір може принагідно робити нас більш слабкими і болючими.

5. Генетичний базис освіти дійсно погіршується

Таким чином, дослідження показало, що POLY_EDU негативно корелює з дарвинівською пристосованістю. Це означає, що природний відбір працює проти «генів освіти». Отже, частота зустрічності цих генів у генофонді популяції повинна з часом знижуватися. Автори перевірили це, порівнявши середні значення POLY_EDU в ісландців, народжених у різні роки. Виявилося, що частота зустрічності «генів освіти» дійсно знижувалася протягом усього дослідженого відрізка часу. Це видно з неухильного зниження середнього значення POLY_EDU (рис. 3). Таким чином, негативний відбір за «генами освіти» цілком ефективний: ці гени поступово вибраковуються з генофонду. Спостережувана швидкість зниження POLY_EDU приблизно збігається з очікуваною на основі даних по плодовитості, наведених на рис. 1.

Ріс. 3. Середнє значення POLY_EDU у ісландців залежно від року народження. Дані згруповано за декадами. Видно стійке зниження POLY_EDU протягом більшої частини XX століття. Малюнок з обговорюваної статті в PNAS

Графік на рис. 3 начебто показує, що зниження POLY_EDU поступово сповільнюється (синя лінія на малюнку). Однак додаткові розрахунки показали, що це уповільнення — артефакт, пов’язаний з тим, що люди з високим POLY_EDU живуть в середньому довше. У міру старіння когорти середнє значення POLY_EDU в ній підвищується через виборчу смертність людей з низьким POLY_EDU. На молоді когорти це не повинно сильно впливати, тому найбільш адекватне уявлення про динаміку процесу, мабуть, дає червона лінія тренда на рис. 3.

6. На шляху до «ідіократії»

Оскільки POLY_EDU позитивно корелює з IQ, негативний відбір за «генами освіти» повинен вести до поглипання популяції. Щоб оцінити масштаб поглипання, автори зробили правдоподібне допущення: вони припустили, що ті гени, які впливають на освіту, чиї ефекти не враховуються показником POLY_EDU, впливають на пристосованість і IQ так само, як гени, чиї ефекти відображені в POLY_EDU. У такому випадку виходить, що погіршення генетичного базису IQ під дією негативного відбору за генами освіти має вести до зниження середнього IQ популяції на 0,3 бала за десятиліття. Якщо такий відбір триватиме кілька століть поспіль, наслідки будуть досить відчутними.

Правда, реальні показники інтелекту людей в даний час ростуть за рахунок соціально-культурних факторів (див. ефект Флінна). Середня швидкість цього зростання з 1932 по 1978 рік склала 3,0 бала за десятиліття, що з лишком перекриває передбачувану генетичну деградацію. Але ефект Флінна не має відношення до «генів інтелекту» і до біологічної еволюції: зростання йде занадто швидко, щоб намагатися зв’язати його з еволюційною генетикою. Він відображає соціальні та культурні процеси, що сприяють більш повному розкриттю вроджених здібностей до інтелектуального зростання. Самі ж ці здібності, на жаль, деградують. Читачам, які будуть втішати себе тим, що все це стосується тільки ісландців, я б порадив почитати статті, посилання на які наведені в кінці новини, і подумати ще раз. Картина, на жаль, складається цілком цілісна і переконлива.

Ми не знаємо, як довго буде працювати ефект Флінна, але навряд чи варто на нього розраховувати в довгостроковій перспективі. Є дані, що вказують на ослаблення і навіть повне зникнення ефекту Флінна в деяких популяціях починаючи з 1990-х років. Втім, ми не знаємо і того, як довго триватиме негативний відбір за освітою та інтелектом. Адже в ході антропогенезу ті ж самі гени, очевидно, піддавалися позитивному відбору, і ніхто не знає, як буде змінюватися спрямованість відбору в майбутньому.

Так чи інакше, дослідження переконливо показало, що побоювання Рональда Фішера не були безпідставними. Якщо тенденції, виявлені в ісландців, діють і в інших країнах (а ймовірність цього дуже висока) і якщо все це триватиме ще кілька століть, то генетична деградація може стати для людства серйозною проблемою. Щоб їй протистояти, необхідно швидше розвивати науку (поки ще є кому). Зрозуміло (і на щастя), сьогодні мова вже не може йти про варварські методи штучного відбору, які обговорювалися основоположниками євгеніки. Але є сенс думати про розробку високотехнологічних, ефективних і гуманних методів корекції несприятливих еволюційних тенденцій. У тому числі — методів, пов’язаних з генною інженерією, генною терапією і відбором гамет або ранніх ембріонів.

Джерело: Augustine Kong, Michael L. Frigge, Gudmar Thorleifsson, Hreinn Stefansson, Alexander I. Young, Florian Zink, Gudrun A. Jonsdottir, Aysu Okbay, Patrick Sulem, Gisli Masson, Daniel F. Gudbjartsson, Agnar Helgason, Gyda Bjornsdottir, Unnur Thorsteinsdottir, and Kari Stefansson. Selection against variants in the genome associated with educational attainment // PNAS. Published online before print January 17, 2017. DOI: 10.1073/pnas.1612113114.

Див. також:

1) Фільм «Ідіократія», який може стати реальностью.

2) Рівень отриманої освіти частково залежить від генів, «Елементи», 16.05.2016.

Кілька статей про погіршення генетичних характеристик, пов’язаних з інтелектом:

1) Jonathan P. Beauchamp. Genetic evidence for natural selection in humans in the contemporary United States // PNAS. 2016. DOI: 10.1073/pnas.1600398113.

2) Michael A. Woodley of Menie. How fragile is our intellect? Estimating losses in general intelligence due to both selection and mutation accumulation // Personality and Individual Differences. 2015. V. 75. P. 80–84. DOI: 10.1016/j.paid.2014.10.047.

3) Gerald R. Crabtree. Our fragile intellect. Part I // Trends in Genetics. 2013.

4) Richard Lynn. New evidence for dysgenic fertility for intelligence in the United States // Social Biology. 1999. DOI: 10.1080/19485565.1999.9988992.

5) Vegard Skirbekk. Fertility trends by social status // Demographic Research. 2008. V. 18. P. 145–180. DOI: 10.4054/DemRes.2008.18.5.

Олександр Марков