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研究基因50年后,他说基因决定了智力,别操心育儿了

Photo by Valeria Zoncoll on Unsplash,本文来自公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),来源 Nature 等,编译:七君


理论上智力的50%可由遗传解释。但是行为遗传学的领军人物之一 Robert Plomin 却说基因决定了智力以及成绩,甚至预测了一个基因测IQ的时代的到来。这种基因决定论遭到了不少学者的反对,而 Plomin 也无法自圆其说。


每个人的 DNA 里有30亿对碱基,而人与人之间99.5%的 DNA 碱基是一样的,只有0.15亿对碱基有差别。可是,这小小的0.5%,为什么会让人和人如此不同?


先天和后天的问题,一直是学术界争论的焦点。1989年,发现了 DNA 双螺旋结构的科学家之一詹姆斯·沃森曾说:“我们曾以为人类的命运写在星辰里。现在我们知道,我们的命运在基因里。”


你这一辈子会庸庸碌碌,还是卓有成就,是基因决定的吗?还是后天环境决定的?虽然很多人都认为先天后天都有影响,但是关于谁的作用更大,大家莫衷一是。


不过,在研究了基因和行为之间的关系近50年后,行为遗传学的领军人物之一、英国科学院院士、伦敦国王学院的遗传行为学家 Robert Plomin 站到了基因这边。


Robert Plomin


在2018年11月由麻省理工学院出版社出版的《Blueprint: How DNA Makes Us Who We Are》一书中,Plomin 将他50年的研究心得进行了梳理和总结。


此书开门见山地点明了 Plomin 的核心思想:DNA “可以从你出生那天开始预测你的未来,它完全可信、毫无偏向。”Plomin认为,人与人之间的行为和个性差异的50%可由遗传解释。


Plomin 在书中写道:“DNA 并不是最重要的因素,但是它比其他所有因素加起来更重要。…好的家长会生出好的孩子,因为他们的基因好”,“基因是人生最大的系统性推动力。”


Plomin 这么说,凭借的是多年自己的以及他人的遗传学研究发现。可是基因是否决定了一切,许多科学家并不同意 Plomin 的看法。


智力的50%来自遗传


Plomin 因为其双生子纵向研究——对双胞胎的长期观察而享誉学术界。双生子研究一般研究的是某个特质,比如身高在同卵双胞胎之间和异卵双胞胎之间的差异。


前NASA宇航员,双生子 Mark 和 Scott Kelly 兄弟


比如,同卵双胞胎的身高的相关系数接近1(若身高完全一样,则相关系数为1;完全无关,则为0),异卵双胞胎之间的相关系数为0.5,因此研究者可以推断,身高是高度可遗传的特质。


但是智力的遗传率(遗传率指的是,一个性状,如智力在群体中有多大比例的变异是遗传因素决定的)却并不如身高那样板上钉钉。


同卵双胞胎智力的相关系数大概是0.75,异卵双胞胎的是0.5不到,这意味着智力虽然也可遗传,但是遗传率并不如身高一样强。


仅仅停留在遗传率上并不能让研究者满足。Plomin 的前辈一直试图寻找影响智力的单个基因。


比如在1906-1918年,教育学家和优生学家 Henry Goddard 就主导了一系列关于低智力、学习障碍和“单个孟德尔隐性遗传基因”的研究。Goddard 始终相信,单个基因能够决定智力。


可是在一百年不到的时间里,学术界已经没有人会相信单个基因能主导学习障碍或是智力了。复杂的生物性状受到多个基因的影响,多基因遗传评分(Polygenic Score)就是在这样的共识下出现的。


多基因遗传评分是包括 Plomin 在内的许多生物学研究者采用的生物信息学工具。1996年开始的全基因组关联分析(GWAS,在人类或动植物全基因组中寻找变异序列的方法)由于新生统计学工具——多基因遗传评分的出现而获得了更大的预测效力。


多基因遗传评分研究会找出和某个要研究的特质(如智力)相关的 DNA 上的单核苷酸多态性(SNP)。SNP 一般指的是单碱基(ATGC)的人际差别。接着,多基因遗传评分根据相关 SNP 的影响加权后相加,得到一个评分。


有了多基因遗传评分,复杂的生物特质,比如行为就能得到进一步的遗传学解释。Plomin 曾说,这是遗传行为学家一直想要的做的事。研究生物行为和遗传之间关系的行为遗传学也是利用多基因遗传评分发展壮大起来的。


目前,在行为遗传学领域,利用多基因遗传评分技术,科学家们找到了和 IQ (智商测试测的主要是g因素,也就是数学、空间推理、语言能力。双生子研究发现,基因可以解释人与人之间智力差别的一半。)有关的近千个基因


比如,2018年,荷兰科学家主导的一项对26万人的研究筛选出了1016个与智力有关的基因。该研究发表在《自然》(Nature)上。


不过,这一千个基因里没有谁具有突出的贡献,它们各自的影响都十分微弱。但是把它们加起来,形成多基因风险评分,就有意义了。


又如,2018年,芝加哥大学的经济学家 Daniel Benjamin 和遗传学的同事研究了110万人的受教育时长和基因,结果发现受教育多年的人和受教育时间比较短的人之间的差异,可由 1271个 SNP 解释,而且这些 SNP 和神经发育有关。他们的研究发表在《自然遗传学》(Nature Genetics)上。


因为这些研究发现,在《Blueprint》中,Plomin 指出:“如果你知道一个人的 DNA,你就可以预测其学习成绩。”


在2018年发表于《自然综述:遗传学》(Nature Reviews Genetic)的一篇论文中,Plomin 和伦敦政经学院的研究者 Sophie von Stumm 又一次重复了这个让许多人感觉不适的观点:


未来家长将会用基因测试来预测儿童的心智能力,并进行相应的规划,因为智力的遗传率为50%,而其中的20%的基因组序列差异已经被破解。


基因决定了学习成绩?


可是,Plomin 和其他研究既然发现,遗传对人的个性和行为的贡献率为50%,剩下的50%难道不是环境的作用吗?环境为何对人没有影响呢?


比如,一项经典的研究发现,来自富裕家庭的儿童在3岁时听到的词语数量比贫困家庭的儿童多3千万个。这3千万单词数量的差距能够预测一个孩子在9岁时的成绩好坏。点我查看详细。


对此,Plomin 该如何解释?


2019年在接受《新科学家》采访时,Plomin 表示:行为遗传学领域的研究者也曾寻找环境影响因素的系统性来源,但是并没有找到具有稳定效应的环境因素。环境因素对你人生轨迹的作用,是捉摸不定的。


比如,他们曾经研究过伙伴或者其他同龄人的影响,但是发现伙伴和同龄人对一个人的身心并没有清晰的、一贯的作用。


没找到就等于没有作用吗?这个答案并不能令人满意。但他接着解释道,剩下的50%的环境因素并不完全独立于遗传,它们也和你父母赋予你的基因有关。


比如,你家的藏书量、父母爱不爱说话和你爸妈的喜好有关,而你爸妈的喜好的50%,又是他们的基因决定的,所以家庭教养环境反映的不过是父母的基因。


换言之,在 Plomin 眼中,你的成长环境也受到遗传的必然性的趋使。他还举了遗传率随着年龄增长的例子。


智力的遗传率随年龄增长的现象又叫威尔逊效应(the Wilson Effect),一开始由基因研究者 Ronald Wilson 在1978年提出。威尔逊效应是一个在学术界得到了广泛认可的现象。


许多人认为随着年龄的增长、经验的累积、环境的变化,人的智识应当和父母很不一样,因此一个人的智力应该在小时候和父母更像,长大了反而不像。然而威尔逊效应则发现现实恰恰相反,不管是同卵双胞胎之间,异卵双胞胎之间,兄弟姐妹之间,还是父母与子女之间的智力相关系数都会随着年龄而增加。


威尔逊效应:同卵双胞胎之间(MZ),异卵双胞胎之间(DZ),兄弟姐妹之间(sib-twin),还是父母与子女之间(midparent-offspring)的智力相关系数都会随着年龄而增加。图片来源:DOI: 10.2307/1129693


换言之,智力的遗传率会随着年龄增加:婴儿时期遗传率为20%,青少年时期40%,成年时60%,而到了老年则有80%。


在 Plomin 看来,这表明,人在成长和变老的过程中,不是随机选择自己的生存环境,而是根据自己的遗传背景选择适合自己的基因的环境,这反而让自己的智力和父母的智力变得相似。


因此 Plomin 在书中表示,所谓的一万小时的练习、成长型思维模式对于大多数孩子来说根本没用;除非成长环境极为恶劣,否则父母的养育和学校的教育对于人的个性和智力没有显著的影响;因此,上有名的私立学校并不会让孩子的成绩变好。仅就学习成绩而言,基因的话语权比钱大。


又如我们常说的“阶级固化”,即社会流动性的缺乏——父母的社会经济地位决定了儿女的社会经济地位,在 Plomin 看来就是基因在作怪。


2018年在接受《卫报》采访时他说,遗传学把对阶级固化“的理解完全翻转了”,阶级固化不是社会环境导致的,而是基因;家长的受教育水平和经济地位是他们的基因决定的,而有钱人的子女则因为遗传了父母的优良基因而获得了相对同龄人更高的收入水平。这,就是 Plomin 口中的“后天的先天性”(nature of nurture)


但是,对于养育环境和教育方法对人个性和智力的影响,Plomin 的说法前后矛盾,令人费解。他在《Blueprint》中说:它们“有关系,但是它们没作用”(matter, but they don’t make a difference)


更加离奇的是,Plomin在书的82页写道:“(家长)没有用”(don’t make a difference),接着在154页却又写着:“家长能起到作用”(parents can make a difference)


反方:基因测试可能会把爱因斯坦测成白痴


当然,Plomin 的基因决定论的观点并不是所有人都买帐。许多科学家对基因检测未来 IQ 的做法嗤之以鼻,其中就包括参与了筛选 IQ 相关基因的研究者。


前文提到的2017年的荷兰研究的主要科学家、阿姆斯特丹自由大学的遗传统计学家Danielle Posthuma 说:“我们永远都不可能仅靠一个人的 DNA 推测其 IQ。我也不认为这么做是正确的事。要我就直接给这些人测 IQ。”


专攻遗传学的社会影响的加州大学洛杉矶分校的公共政策学家 Aaron Panofsky 也严厉批判了这种做法。他认为,拿着这种技术去测孩子智商,可能最后会把爱因斯坦测成白痴,“整体而言这种技术比掷骰子要准确那么一点,但是你想让你家孩子测一下 DNA,然后被分到天才班或是后进班里吗?”


《自然》(Nature)在2018年也就此专门撰文,斥责 Plomin 的基因决定论是“另一个已经名誉扫地的、简化论调的言论,这种认为基因完全控制人类本质的思想看起来非常危险。”


《自然》认为,基因学研究往往会催生遗传主义。比如,达尔文主义导致了优生学,孟德尔主义导致了更赤裸的优生学。这在历史上不乏其例。


比如,1969年,著名教育学家 Arthur Hensen 在《哈佛教育评论》(Harvard Educational Review)上撰文指出,非裔美国人和白种美国人之间的 IQ 差距是基因决定的,因此额外的教育投资对黑人来说没用。


可是,哈佛大学遗传学家 Richard Lewontin 在1970年就对 Jensen 进行了批判,他说,在营养富足的时候,身高的确是高度可遗传的;但是在饥荒时期,遗传的影响就没那么显著了。因此,排除大环境的影响,一味认定遗传决定了 IQ 的看法是不科学的。


《自然》抨击的一个方面是,多基因遗传评分代表的是相关性,而非直接的因果关系。


《自然》指出,多基因遗传评分本质上描述的是一种相关性——相关系数;需要知道的是,SNP 本身只是一种 DNA 上的标记,相关基因可能在它的附近,因此 SNP 并不代表因果关系,目前我们并不清楚 SNP 是如何影响人的大脑和行为的。


Plomin 不是不知道这一点,他在书中也反复强调了相关性不能当作因果,但是他却又认为这些相关性代表的是因果关系。


对此,《自然》批评道:“当你只有 SNP 能用的时候,什么看起来都像基因。”


此外,目前而言,多基因遗传评分的预测性有限。


2018年,《麻省理工科技评论》的一篇文章指出,利用目前的技术 DNA 的差异只能解释被研究对象的智力差异的不到10%。当然,从理论上来讲,随着样本量的增加,这些数字会逼近50%。


以 Plomin 自己的研究为例。他常常测定数百名双生子出生时的多基因遗传风险评分,然后在这些人20岁的时候再把他们的高考或会考成绩和多基因遗传风险评分进行比对。


Plomin 曾说:“(多基因风险评分)解释的 GCSE(英国高中会考)分数比其他任何因素都要多,不管是家长的教育水平,还是社会经济地位。”


但是 Plomin 的多基因风险评分的解释力度究竟有多大呢?


Plomin 在《Bluprint》中指出,目前多基因风险评分能解释 GCSE 成绩差异的15%;而对于高度遗传的身高,目前的基因组预测手段只能解释遗传率的17%。


如果把多基因遗传风险评分和高中成绩画成散点图,单从数据本身来看,我们并不能看出代表拟合度良好的直线。


多基因遗传风险评分百分位(横坐标)和英国会考(GCSE)成绩百分位(纵坐标)的关系。图片来源:doi:10.1038/nrg.2017.104


实际的散点图看起来是一朵拉长的云,在里面你可以看到有些人的 DNA 评分很低,但是后来的成绩却很棒。当然,也有完全相反的例子。


就拿 Plomin 自己来说,他的精神分裂症多基因风险评分为第85个百分位(百分位越高,意味着风险越大),而且他在自己在《Bluprint》中指出,精神分裂症的遗传率比智力更高,达到了80%,即80%的精神分裂症风险的人际差别可由遗传解释。可是今年已经71岁的他并没有变成精神分裂症患者。


如果不是 DNA,那到底是什么让他没有发疯呢?


本文来自公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),来源 Nature 等,编译:七君