[Перевод] Мы и близко не подошли к пределам спортивных достижений
Много лет я жил в городе Юджин, шт. Орегон, известном, как центр лёгкой атлетики США. Каждое лето такие соревнования первого эшелона, как Чемпионат США по лёгкой атлетике или Олимпийские отборочные соревнования собирали на стадионе Орегонского университета спортсменов мирового класса. Было здорово иногда неожиданно сталкиваться с величайшими спортсменами в местных кафе или магазинчиках мороженого, или даже тягать тяжести или бегать по дорожке вместе с ними. Однажды утром я был шокирован тем, как меня, словно стоячего, обогнала женщина, тренировавшаяся в забегах на 400 м. Скорость её тренировочных забегов была такой, с какой я мог бегать только спринт на куда как меньшие дистанции.
Факт состоит в том, что она была исключением из правил, а я не был. Атлетические достижения подчиняются кривой нормального распределения, как и многие другие значения в природе. Это значит, что количество людей, способных на исключительные достижения, экспоненциально уменьшается с увеличением уровня достижений. Стометровку за 11 секунд может пробежать студент районной команды, чемпион штата бежит её чуть быстрее 11 секунд, а приблизиться к 10 секундам могут лишь немногие из сотни разных чемпионов штатов.
Карл Льюис бежит эстафету 4×100 на Олимпиаде в 1984 году
Если двигаться по этой кривой дальше, можно дойти до самых оригинальных оригиналов — людей, бьющих рекорды и раздвигающих границы возможного. Когда Карл Льюис доминировал в спринте в 1980-х годах, редко кто мог бегать стометровку быстрее 100 секунд, и любой результат, близкий к десятке, гарантировал первые места даже на Олимпиаде. Льюис был ростом 188 см, что считается довольно высоким для спринтера. Более высокий рост считался недостатком для спринтеров и связывался с более медленным ритмом и скоростью.
Поэтому никто не предугадал появления такого человека, как Усэйн Болт. Его рост — 195 см, он пробегал стометровку почти на полсекунды быстрее лучших спортсменов предыдущего поколения, и, казалось, принадлежал совсем к другому виду. Его шаг мог достигать 280 см, и, как писали о нём в исследовании от 2013 года в Европейском физическом журнале, он демонстрировал результаты «интересные с точки зрения физики, поскольку он мог достигать таких ускорений и скоростей, которые до сего времени не были подвластны другим».
Болт не просто был быстрее всех в мире. Он был быстрее даже бегунов мирового класса из предыдущего поколения, использовавших химические вещества, улучшающие результаты. Канадский бегун, уроженец Ямайки, Бен Джонсон, установил рекорд в 9,79 секунды на Олимпийских играх 1988 года, обогнав Льюиса, и ещё хвастался, что пробежал бы быстрее, если б не поднял руку в знак победы ещё до финиша. Позже оказалось, что он использовал стероиды.
Но даже комбинация лучшего бегуна и анаболических стероидов не смогла состязаться с генетическим лидером. Болт показал время в 9,58 секунды в чемпионате мира по лёгкой атлетике в 2009 году, установив мировой рекорд и превзойдя свой собственный рекорд аж на десятую долю секунды.
Схожую историю можно найти в истории NBA. Шакил О'Нил был первым человеком ростом более 210 см в лиге, сумевшим показать энергию и ловкость человека гораздо меньшего роста. Он не был ни жердью, ни шкафом, и выглядел бы как атлет весом в 90 кг, если бы его масштаб уменьшили до 182 см. Когда Шакилу недалеко от кольца попадал в руки мяч, ни один человек (а иногда и вдвоём) не мог помешать ему сделать данк. После того, как Lakers выиграли три чемпионата подряд, NBA пришлось сильно менять правила, и разрешить зонную защиту, чтобы уменьшить доминирование Шакила. Он стал примером генетического исключения, результатов которого не мог достичь никто другой в лиге, давно критикуемой за слишком мягкую политику в отношении допинга; к примеру, они добавили проверку крови на присутствие гормона роста только в прошлом году. Какой бы допинг там ни применяли, его было недостаточно для того, чтобы достичь уровня Шакила.
Потенциальные улучшения результатов за счёт допинга довольно скромны. К примеру, Майк Израэтель, профессор спортивной физиологии в Университете Темпла, прикинул, что при поднятии тяжестей допинг увеличивает результаты всего на 5–10%. Сравните это с мировым прогрессом весов в жиме лёжа: 164 кг в 1898 году, 165 кг в 1916, 227 кг в 1953, 272 кг в 1967, 303 кг в 1984 и 331 кг в 2015. Допинг можно использовать для победы в любом соревновании, но он не сравним с долгосрочным трендом улучшения результатов, зависящем, в основном, от генетически исключительных людей. С увеличением количества людей, поднимающих тяжести, на хвосте кривой распределения начали появляться всё новые исключительные личности, всё дальше толкающие мировые рекорды.
Точно так же Лэнс Армстронг при помощи химических веществ в 1999 году на гонке Tour de France обошёл занявшего второе место Алекса Зулле на 7 минут и 37 секунд, что составляет примерно 0,1% от всего времени гонки. Это ничто по сравнению с постепенным естественным увеличением скоростей, происходившим в этой гонке за последние 50 лет. Эдди Меркс выиграл гонку в 1971 году, когда её продолжительность была почти равной гонке 1999 года со временем на 5% хуже, чем у Зулле. Конечно, улучшение идёт и за счёт совершенствования методов тренировок и оборудования. Но по большей части — это способность спорта находить соперников с ещё более исключительными естественными способностями, всё дальше продвигаясь по хвосту возможностей.
И мы только начали разбираться в том, что подвластно генетически исключительным людям. Нормальное распределение спортивных возможностей сигнализирует о наличии большого количества некритичных, складывающихся друг с другом эффектов, независимых друг от друга. Все они завязаны на вариации генов, или аллели, и испытывают небольшие положительные или отрицательные корректировки от таких свойств, как рост, процент мускулатуры и координация. Сейчас уже понятно, что высокий рост проистекает из необычно большого количества складывающихся вариаций генов, и, вероятно, из очень редких мутаций, сильно влияющих на него.
Генетический исследователь Джордж Чёрч ведёт список таких единичных мутаций. Среди них — вариант LRP5, обеспечивающий исключительную прочность костей, вариант MSTN, дающий очень гибкие мускулы, и вариант SCN9A, связанный с силой болевых ощущений.
Чёрч участвовал в одном из величайших научных прорывов нескольких последних десятилетий: разработке чрезвычайно эффективной системы редактирования генов CRISPR, одобренной для клинических испытаний и медицинского применения. Если технологии на основе CRISPR будут развиваться так, как предполагается, то до изготовленных на заказ людей осталось несколько десятилетий. Редактировать эмбрион проще всего вскоре после зачатия, когда он состоит из небольшого количества клеток, но это также возможно и в случае взрослого организма. В клинических испытаниях CRISPR, которые начнутся в этом году [статья вышла в августе 2016 — прим. перев.], будут редактировать существующие клетки взрослых организмов при помощи введения вируса-переносчика. Скорее всего, CRISPR, или его улучшенная версия, в ближайшем будущем будет признан надёжным и эффективным методом.
Поскольку сложные особенности организма зависят от большого количества вариаций, мы знаем о существовании огромного потенциала, к которому ни Шакил, ни Болт, ни кто-либо ещё, и близко не подобрался. Ни у одного их живых людей и близко нет всех возможных положительных генетических вариаций. Вся лёгкая атлетика, по сути, является поисковым алгоритмом для отбора генетических исключений, но она работает чуть меньше века и её нельзя назвать очень эффективной. Её подход — пассивное ожидание того, как случайные рекомбинации будут выдавать эти вариации и надежда на то, что спортивная подготовка поможет выявить лучших атлетов.
И вот теперь мы вступаем в эру, когда ДНК будет подбирать не случай, а человеческий интеллект, при помощи созданных им самим инструментов. С улучшением нашего понимания сложных особенностей организма инженеры-генетики смогут изменять силу, размер, взрывную силу, выносливость, скорость, быстроту реакции и даже стремление к успеху, необходимое для продолжительных атлетических тренировок. Оценки количества мутаций, управляющих ростом и когнитивными способностями, двумя из наиболее сложных свойств, приходят к цифре порядка 10000. Если мы упростим и примем, что в каждом случае, состоящем из 10000 вариантов, нужная мутация присутствует примерно у половины популяции, тогда вероятность того, что после случайного скрещивания получится «максимальный» результат, примерно равна 2–10000, что примерно равно 1/10100, умноженному на саму себя 30 раз. Конечно, невозможно получить сразу все 10000 мутаций из-за опасности получить эффект слишком большого размера или слишком большого количества мускулов или слишком сильного сердца. Тем не менее почти наверняка появятся жизнеспособные индивиды с возможностями, превосходящими любого из живших до них человека.
Кэти Ледеки участвует в плавании вольным стилем на дистанции в 800 м в отборочных соревнованиях на Олимпиаду
Иначе говоря, весьма маловероятно, что один из 100 миллиардов когда-либо живших людей очень близко подобрался к максимальным возможностям. Для совершенно случайного поиска может потребоваться производство примерно гугола различных людей.
Но при помощи генетического редактирования мы должны суметь сильно ускорить этот поиск. Ведь сельскохозяйственное скрещивание таких животных, как курицы и коровы, нечто вроде управляемого отбора, с лёгкостью привело к появления животных, количество которых в дикой природе составило бы один на миллиард. Выборочное скрещивание кукурузы привело к тому, что содержание масла в ядрах изменилось на 32, помноженное на среднеквадратичное отклонение, всего за 100 поколений. Это достижение сравнимо с тем, как если бы для конкретного вида спорта был найден максимально пригодный человек. Но прямое редактирование генов может дать нам результат ещё быстрее, и породить болтов быстрее Болта и шакилов лучше Шакила.
Принятие обществом технологии редактирования генов придаст этому поиску ускорение. Отдельные решения родителей скорее всего увеличат частоту появления в популяции мутаций, улучшающих спортивные способности. Это постепенно будет увеличивать среднее значение по популяции и двигать хвост графика распределения. Увеличение среднего на одно среднеквадратичное отклонение (к примеру, 8 см роста мужчины или 15 пунктов в IQ) сделает появление человека с характеристиками как у одного из тысячи (например, ростом 2 м в случае населения США) в 10 раз более вероятным.
Фримен Дайсон предполагал, что когда-нибудь люди начнут использовать генетические технологии для приспособления себя к цели исследования космоса — они станут более устойчивыми к радиации, вакууму и нулевой гравитации, и даже, вероятно, научаться извлекать энергию из солнечного света напрямую. Добавление генов от совершенно других видов, к примеру, растений, питающихся фотосинтезом, наделяет понятие ГМО совершенно другим смыслом: видообразование кажется вполне возможным.
Спортивные возможности человека могут пойти по тому же пути. Природа спортсменов и виды спорта, в которых они соревнуются, будут меняться с появлением новых генетических технологий. Потеряют ли интерес к ним обычные люди? История говорит, что не потеряют: мы любим удивляться выдающимся, невообразимым возможностям. Леброн, Кобе, Шакил и Болт стимулировали интерес к их спорту. Самым популярным спортом 2100 года могут стать драки в клетках между 240-см гигантами, способными на удары ногой в голову с балетной грацией и на сложные движения в стиле джиу-джитсу. Или просто очень-очень быстрый спринт, без всякого допинга.
Стивен Хсу — вице-президент по исследованиям и профессор теоретической физики в Мичиганском государственном университете. Научный консультант BGI (Пекинского института генома) и основатель его Лаборатории когнитивной геномики.
