Исследование № 40

“Гены образования” отсеиваются отбором

Итак, мы знаем, что в современных человеческих популяциях уровень полученного образования сильно зависит от генов: выявлено 74 полиморфных гена, влияющих на этот признак. Причем, как выясняется, уровень образования отрицательно коррелирует с дарвиновской приспособленностью: образованные люди хуже размножаются. Это указывает на возможный отбор против “генов образования”. Новое исследование, основанное на данных по 110 000 исландцев, показало, что “гены образования” действительно подвергаются отрицательному отбору. Эти аллели, многие из которых коррелируют также с высоким интеллектом, крепким здоровьем и долгой жизнью, снижают приспособленность (число оставляемых потомков) независимо от того, реализовал ли человек обусловленную ими склонность к получению хорошего образования. Исследование подтвердило опасения, что эволюция современного человечества направлена в сторону ухудшения генетического базиса признаков, связанных с интеллектом. Социально-культурное развитие пока с лихвой компенсирует генетическую деградацию, но со временем ее последствия могут стать существенными.

Генетическая деградация человечества и ее возможные механизмы. Идею о том, что в современном цивилизованном обществе (в отличие от общества “варварского”) эволюция направлена совсем не в ту сторону, в какую нам хотелось бы, впервые подробно изложил и обосновал величайший генетик-эволюционист XX века Рональд Фишер в заключительных главах книги “Генетическая теория естественного отбора” (1930 г.).

Исследования в этой области продвигались медленно, в том числе по причинам, не имеющим отношения к науке. Тем не менее к настоящему времени накопилось немало данных, косвенно подтверждающих, что генетический базис признаков, связанных с физическим и умственным здоровьем, размывается и деградирует, особенно у жителей развитых стран. Генетики обсуждают два основных механизма такой деградации (Woodley of Menie, 2015).

Первый механизм – ослабление очищающего отбора против мутаций, нарушающих работу тех или иных органов и систем организма, в том числе иммунной системы и мозга. Раньше такие мутации снижали приспособленность (их носители оставляли в среднем меньше здорового потомства) и потому вычищались отбором. Однако развитие медицины, социального обеспечения и других благ цивилизации сделало эти мутации менее вредными в эволюционном смысле, а то и вовсе безвредными (нейтральными). Поэтому они стали свободно накапливаться в генофонде. Развитие и работа коры головного мозга зависят от слаженной работы огромного количества генов, что делает наши когнитивные способности особенно уязвимыми перед мутационной деградацией (Crabtree, 2013).

Второй механизм – отрицательный отбор по признакам, помогающим добиваться успеха в жизни. Раньше такие признаки повышали дарвиновскую приспособленность, а в современном обществе они ее скорее снижают – например, в силу того, что талантливые, образованные и экономически успешные люди стали откладывать рождение детей на потом. Так, есть данные, согласно которым в США и других богатых странах люди с высокими показателями интеллекта оставляют меньше потомства (Lynn, 1999). Есть также основания полагать, что в развитых странах после промышленной революции направленность отбора по признакам, связанным с социальным и экономическим успехом, стала меняться на противоположную. Скажем, если раньше умелый сапожник и сметливый торговец оставляли больше потомства, чем их криворукие и бестолковые конкуренты, то начиная примерно с середины XIX века все стало наоборот (Skirbekk, 2008). Возможные причины – развитие медицины и социального обеспечения (дети бедных и неудачливых родителей перестали массово погибать в младенчестве), а также средств планирования семьи (индивиды, ориентированные на жизненный успех, получили возможность откладывать рождение детей).

Впрочем, до сих пор в распоряжении ученых были в основном лишь косвенные свидетельства генетической деградации человечества. Не хватало прямых доказательств того, что гены, способствующие развитию ценимых нами психологических и когнитивных признаков, действительно подвержены отрицательному отбору и что этот отбор эффективен (то есть ведет к снижению частоты встречаемости соответствующих аллелей). И вот, благодаря развитию методов сравнительной геномики и созданию больших баз данных по медицинской генетике, такие доказательства наконец появились, с чем нас всех можно поздравить.

Комплексный показатель генетической предрасположенности к получению образования. Исландские генетики изучили связь между генами, влияющими на уровень образования, и дарвиновской приспособленностью на примере выборки, включающей значительную часть (примерно половину) всех исландцев, родившихся с 1910 по 1975 год (Kong et al., 2017).

Уровень полученного образования, измеряемый числом лет, потраченных на учебу, – удобный для изучения фенотипический признак, тесно связанный с когнитивными способностями и такими особенностями психики, которые мы обычно считаем достоинствами (целеустремленность, тяга к знаниям, способность планировать свою жизнь, открытость новому опыту). Установлено, что уровень образования в современных человеческих популяциях имеет высокую наследуемость. Различия между людьми по этому признаку в среднем на 30-40 % объясняются генами. Остальные 60-70 % – результат различающихся условий среды и онтогенетического шума (см. Исследование № 39).

В 2016 году на выборке из 20 000 американцев впервые удалось показать, что генетический базис образования подвергается отрицательному отбору (Beauchamp, 2016). Работа исландских генетиков, опубликованная в начале 2017 года, не только подтвердила этот вывод на более представительной выборке, но и продемонстрировала реальное снижение частоты встречаемости аллелей, способствующих получению образования, в течение XX века.

Обсуждаемая работа во многом основывается на исследовании, описанном выше (см. Исследование № 39), в котором анализировалась выборка, включающая 293 724 лица европейского происхождения. Анализ этой выборки позволил выявить 74 локуса (участка генома), достоверно влияющих на уровень образования. Исландские генетики использовали полученные ранее данные, чтобы вывести формулу для вычисления “комплексного показателя генетической предрасположенности к получению образования” – POLY_EDU (educational attainment polygenic score). Этот показатель с точностью, зависящей от размера изучаемой выборки, отражает совместный вклад множества генов (в идеале – всех в геноме) в предрасположенность данного человека к получению образования. Показатель POLY_EDU складывается из индивидуальных весов, которые были рассчитаны для каждого из 620 000 генетических маркеров (полиморфных локусов) в зависимости от того, как аллельные варианты этих локусов соотносятся с уровнем образования. Если наличие аллеля ассоциировано с немного повышенным уровнем образования, то такому аллелю придается небольшой положительный вес, и т. д. Ученые перепробовали несколько способов вычисления POLY_EDU и убедились, что методические тонкости мало влияют на итоговые результаты.

Чтобы избежать лишних трудностей с интерпретацией результатов, при выведении формулы для POLY_EDU из исходной выборки в 293 724 индивида были исключены все исландцы, которые туда входили (49 970), а вместо них добавлены 111 349 человек из британской базы данных UK Biobank. Увеличение выборки привело к тому, что индивидуальных локусов, достоверно коррелирующих с уровнем образования, стало уже не 74, а 120.

POLY_EDU, вычисляемый по полученной формуле, позволяет объяснить 3,74 % изменчивости по уровню образования. Иными словами, этот показатель характеризует примерно одну десятую часть всего генетического базиса данного признака (поскольку весь генетический базис объясняет 30-40 % изменчивости). Если же формулу для POLY_EDU вывести на основе меньшей выборки – без учета данных из UK Biobank, – то получившийся показатель будет объяснять лишь 2,52 % изменчивости. По-видимому, для того чтобы рассчитать вес каждого аллеля еще точнее – так, чтобы итоговый показатель объяснял бóльшую долю генетически обусловленной вариабельности по уровню образования, – нужны данные не по сотням тысяч, а по миллионам людей. Показатель POLY_EDU нормировали таким образом, чтобы его среднее значение равнялось нулю, а стандартное отклонение – единице, и затем измеряли его в условных единицах.

“Гены образования” снижают приспособленность. По полученной формуле ученые вычислили POLY_EDU для 109 120 исландцев, родившихся c 1910 по 1975 год. Индивидуальные значения POLY_EDU были сопоставлены с тремя репродуктивными показателями:

1) Общее количество потомков, оставленных человеком за всю жизнь, не считая умерших в младенчестве. Этот показатель близок по смыслу к дарвиновской приспособленности. Здесь нужно пояснить, что в современных развитых обществах смертность и в детском, и в репродуктивном возрасте настолько низка, а системы социального обеспечения настолько хорошо развиты, что приспособленность зависит лишь от количества детей, но не от их “качества”. Практически все дети доживают до зрелости и получают возможность поучаствовать в размножении – независимо от того, крепкое ли у них здоровье и хорошо ли о них заботились родители.

2) Возраст родителя в момент рождения первого ребенка.

3) Средний возраст родителя при рождении потомства.

Результаты анализа приведены в таблице:

Таблица показывает корреляцию между POLY_EDU и тремя репродуктивными показателями. Числа в столбце “Эффект” означают, что увеличение POLY_EDU на единицу сопровождается изменением данного признака на указанную величину. Возраст измеряется в годах, n – число людей в выборке, p – мера достоверности обнаруженной взаимосвязи (проще говоря, это вероятность того, что эффект такой силы обнаружился бы в выборке чисто случайно, если бы никакой связи на самом деле не было). Из таблицы следует, что у женщин увеличение POLY_EDU на единицу соответствует уменьшению количества детей на 0,084 и увеличению возраста рождения первого ребенка на 0,59 года, а среднего возраста деторождения – на 0,46. Соответствующие значения для мужчин: 0,054, 0,44 и 0,37.

Возможно, результаты покажутся более наглядными, если мы посмотрим на различия между людьми с самой слабой и самой сильной врожденной склонностью к получению образования. Исследование показало, что 2 % женщин с самым низким POLY_EDU начинают рожать почти на 3 года раньше и в итоге оставляют на 0,5 ребенка больше, чем 2 % женщин с самым высоким POLY_EDU.

Итак, гены, способствующие образованию, достоверно снижают репродуктивный успех у обоих полов. Кроме того, они содействуют сдвигу начала репродукции на более поздний возраст. Эти эффекты у женщин выражены сильнее, чем у мужчин. Показатель “возраст рождения первого ребенка” увеличивается с ростом POLY_EDU быстрее, чем “средний возраст деторождения”. Это позволяет предположить (а дополнительные расчеты подтвердили это предположение), что “гены образования” снижают плодовитость в основном за счет того, что рождение первого ребенка сдвигается на более поздний возраст.

Более детальный анализ показал, что “гены образования” резко снижают раннюю плодовитость, тогда как на деторождение в позднем возрасте они влияют положительно. Ранний отрицательный эффект сильно перевешивает поздний положительный, так что итоговое число детей оказывается существенно ниже у людей с высоким POLY_EDU. Перелом происходит в возрасте около 30 лет. Вплоть до этого возраста лучше размножаются люди с низким POLY_EDU. После 30 лет обладатели высокого POLY_EDU немного сокращают разрыв по числу детей, но догнать “соперников” уже не могут.

Данное исследование посвящено совокупному влиянию множества генов, а не роли отдельных аллелей. Индивидуальные вклады большинства генов в вариабельность по уровню образования очень малы, поэтому для их изучения размер выборки должен быть больше. Но некоторые аллели ученые все же отметили. Например, один вариант полиморфного локуса rs192818565 негативно влияет на уровень образования. При этом он подвергается положительному отбору, то есть повышает дарвиновскую приспособленность. Известно также, что присутствие этого аллеля коррелирует с невротизмом и уменьшенным объемом черепной коробки. Как выяснилось, этот явно “плохой” аллель (кому же хочется быть невротиком с маленьким мозгом?) достоверно коррелирует с бóльшим числом детей и ранним началом деторождения. Как справедливо отмечают авторы, “это поразительный пример генетического варианта, который ассоциирован с фенотипом, обычно рассматриваемым как неблагоприятный, и одновременно – с повышенной приспособленностью в эволюционном смысле”.

Отбор против “генов образования” не сводится к отбору против образованных людей. Следующий вопрос, который ученые попытались решить, касается механизма влияния POLY_EDU на приспособленность. Поскольку известно, что POLY_EDU отражается на образовании, а образование негативно сказывается на деторождении, то логично предположить, что отрицательное влияние POLY_EDU на репродукцию целиком и полностью объясняется его положительным влиянием на образование. Чтобы проверить, так ли это, исследователи проанализировали совместное влияние двух факторов – POLY_EDU и уровня образования – на репродуктивные показатели. Выяснилось, что уровень образования влияет на репродуктивный успех женщин примерно так же, как и POLY_EDU, снижая общее число детей (на 0,045 за год обучения) и сдвигая начало репродукции на более поздний возраст (на 4,2 месяца за год обучения). Однако эффекты этих двух факторов нельзя свести друг к другу: они действуют во многом независимо. Если рассчитать влияние POLY_EDU на приспособленность с поправкой на уровень образования, то это влияние лишь слегка уменьшается, оставаясь высоко достоверным. Например, если взять только женщин, получивших десятилетнее образование (это обязательный минимум в Исландии), то мы увидим, что внутри этой выборки женщины с высоким POLY_EDU родили меньше детей, чем женщины с низким, – несмотря на то, что уровень образования у всех одинаковый. Таким образом, гены, повышающие склонность к получению образования, снижают приспособленность независимо от того, реализовал человек эту склонность или нет. То же самое получается, если рассчитать влияние уровня образования на приспособленность с поправкой на POLY_EDU: образование снижает приспособленность женщин независимо от того, насколько выражена у них генетическая предрасположенность к его получению.

У мужчин негативное влияние POLY_EDU на приспособленность тоже не сводится к влиянию POLY_EDU на образование. Более того, оказалось, что образование само по себе не снижает, а даже немного увеличивает репродуктивный успех мужчин! Каждый лишний год образования прибавляет исландскому мужчине в среднем по 0,011 ребенка. Таким образом, генетическая склонность к получению образования снижает приспособленность мужчин вопреки тому, что образование само по себе повышает репродуктивный успех.

Из этого напрямую следует, что “гены образования”, помимо своего влияния на уровень образования, имеют и другие фенотипические эффекты, негативно сказывающиеся на приспособленности. Что же это за эффекты?

Оказалось, что POLY_EDU положительно коррелирует с продолжительностью жизни, а также с целым рядом параметров, связанных с физическим и умственным здоровьем. В частности, люди с высоким POLY_EDU имеют пониженный уровень триглицеридов в крови, реже страдают ожирением и меньше курят. Кроме того, POLY_EDU положительно коррелирует с показателями интеллекта, такими как способность решать задачки из тестов на IQ.

Отрицательное влияние физического здоровья на репродукцию представить себе трудно. Дело тут скорее в интеллекте. Например, логично предположить, что умные люди планируют свою жизнь и стараются не заводить детей слишком рано. Это самый простой и очевидный механизм, посредством которого интеллект может снижать приспособленность, а значит, содействовать естественному отбору на поглупение. Поскольку интеллект положительно коррелирует с физическим здоровьем, такой отбор может попутно делать нас более слабыми и болезненными.

Генетический базис образования действительно ухудшается. Итак, POLY_EDU отрицательно коррелирует с дарвиновской приспособленностью. Это значит, что естественный отбор работает против “генов образования”. Следовательно, частота встречаемости этих генов в генофонде популяции должна со временем снижаться. Ученые проверили это, сравнив средние значения POLY_EDU у исландцев, рожденных в разные годы. Оказалось, что частота встречаемости “генов образования” действительно снижалась в течение всего исследованного отрезка времени (с 1910 по 1975 год). Таким образом, отрицательный отбор по “генам образования” вполне эффективен: эти гены постепенно выбраковываются из генофонда. Наблюдаемая скорость снижения POLY_EDU примерно совпадает с ожидаемой на основе данных по плодовитости, приведенных в таблице.

На пути к “идиократии”. Поскольку POLY_EDU положительно коррелирует с когнитивными способностями, отрицательный отбор по “генам образования” должен вести к поглупению популяции. Чтобы оценить масштаб бедствия, ученые сделали правдоподобное допущение: они предположили, что те влияющие на образование гены, чьи эффекты не учитываются показателем POLY_EDU, влияют на приспособленность и IQ так же, как гены, чьи эффекты в POLY_EDU отражены. В таком случае получается, что ухудшение генетического базиса интеллекта под действием отрицательного отбора по “генам образования” должно вести к снижению среднего IQ популяции на 0,3 балла за десятилетие. Если такой отбор будет продолжаться много веков подряд, последствия окажутся весьма ощутимыми. Скажем, за 1000 лет среднее значение IQ снизится на 30 баллов, а это, скорее всего, будет означать крах цивилизации.

Правда, реальный уровень IQ людей в XX веке не снижался, а рос за счет социально-культурных факторов (эта тенденция известна под названием “эффект Флинна”). Средняя скорость роста с 1932 по 1978 год составила 3 балла за десятилетие, что с лихвой перекрывает предполагаемую генетическую деградацию. Но эффект Флинна не имеет отношения к “генам интеллекта” и к биологической эволюции: наблюдаемый рост идет слишком быстро, чтобы пытаться связать его с эволюционной генетикой. Он отражает социальные и культурные процессы, содействующие более полному раскрытию врожденных способностей к интеллектуальному росту. Сами же эти способности, к сожалению, деградируют. И у нас нет оснований надеяться, что все это касается только исландцев: на американцах были получены такие же результаты, а, судя по многим косвенным признакам, похожие процессы идут и в других странах.

Мы не знаем, как долго будет работать эффект Флинна, но вряд ли стоит на него рассчитывать в долгосрочной перспективе. Есть данные, указывающие на ослабление и даже полное исчезновение эффекта Флинна в некоторых популяциях начиная с 1990-х годов. Впрочем, мы не знаем и того, как долго будет продолжаться отрицательный отбор по образованию и интеллекту. Ведь в ходе антропогенеза те же самые гены, очевидно, подвергались положительному отбору, так что неизвестно, как будет меняться направленность отбора в будущем.

Так или иначе, исследование показало, что опасения Рональда Фишера не были беспочвенными. Может, как он и предполагал, любая цивилизация на определенном этапе своего развития действительно создает условия для отрицательного отбора по генам, сделавшим нас разумными существами, что в конечном счете приводит к коллапсу этой самой цивилизации и (в лучшем случае) впадению в варварство? Если уж на то пошло, не этим ли объясняются парадокс Ферми и молчание космоса?

Мы не знаем. Но если тенденции, выявленные у исландцев, действуют и в других странах (а это почти наверняка так) и если все это будет продолжаться еще несколько веков, то генетическая деградация станет для человечества серьезной проблемой. Чтобы ей противостоять, необходимо побыстрее развивать науку вообще и эволюционную биологию в частности – пока еще есть кому. Разумеется (и к счастью), сегодня речь уже не может идти о варварских методах искусственного отбора, обсуждавшихся основоположниками евгеники. Но есть смысл думать о разработке высокотехнологичных и гуманных методов коррекции неблагоприятных эволюционных тенденций. В том числе – методов, связанных с отбором гамет или ранних эмбрионов, генной терапией и генной инженерией.