人類永遠達不到的運動極限，要靠基因編輯實現？

基因工程或將創造出更多的「博爾特」和「奧尼爾」們。

撰文 | Stephen Hsu

翻譯 | 胡硯泊

編輯 | 吳非

我住在美國俄勒岡州的尤金市已有多年，此地素有田徑傳統，因此被譽為「美國田徑之城」。每年夏天，為了備戰全美錦標賽或者奧運會預選賽等高水平賽事，一批批世界級名將會到俄勒岡大學的海沃德田徑場（Hayward Field）進行訓練。對於市民來說，能在當地咖啡館或是冰激凌店裡偶遇明星是件令人激動的事，有時甚至還能看到他們在做引體向上或是從身旁跑過。我現在還能依稀記得某天上午，一位女運動員從我身邊飛馳而過。我驚訝地注意到，她400米往返跑的訓練速度竟與我短距離的衝刺速度不相上下。

運動天才

背後的原因也很簡單：我是個普通人，而她是個「例外」。與自然界中的種種事物一樣，人類的運動能力也滿足正態分佈。也就是說，具備超強運動能力的人會隨著能力的增加呈指數減少。比如說，百米短跑用時11秒多的人可以獲得某一高中、社團或是地區的跑步冠軍，而美國州冠軍能跑進11秒，不過100個州冠軍中也僅有極少數有望跑到10秒左右。

1984年的奧運會上，卡爾·劉易斯正在完成4*100米接力的最後一棒衝刺。

沿著這條正態分佈線一直往末端看去，你就能發現那些「健將中的健將」——他們打破世界記錄，一再刷新我們對於人類極限的認識。當卡爾·劉易斯於上世紀80年代馳騁短跑界時，百米能跑進10秒的人仍然屈指可數。那時只要能跑到接近10秒的成績就基本能鎖定獎牌，就連奧運會也不例外。劉易斯身高1.91米，這在當時被認為是短跑運動員的完美高度，因為那時的運動理論認為，身高過高會導致跑步節奏緩慢，從而影響速度。

因此，身高1.95米的博爾特出道時從未被人看好，但他猶如外星人般橫空出世，一再刷新世界紀錄。他的步長達到驚人的2.83米，2013年，一項發表在《歐洲物理學報》（European Journal of Physics）的研究稱：以如此步長跑出如此速度在物理學上實屬罕見。時至今日，博爾特的加速度和速度依然無人可及。

「博爾特時代」湧現了一批短跑名將，他們不僅刷新了記錄，甚至比那些先前服用禁藥的運動員跑得更快。出生於牙買加的加拿大籍短跑運動員本·約翰遜曾於1988年漢城奧運會以9秒79的成績「戰勝」劉易斯並「打破」了世界記錄。他還稱若不是在撞線前擺出了「剪刀手」的慶祝姿勢，興許會跑出更好的成績。不過，他後來被發現服用了禁藥——類固醇。（編者註：事實上，卡爾·劉易斯隨後也陷入禁藥風波。他承認曾在漢城奧運會前被檢測出服用了3種違禁藥物，但都被美國奧委會網開一面。）

即使一名優異的跑步運動員服用了合成代謝類固醇，也無法與天生的基因優勢相比。2009年田徑世錦賽上，博爾特以9秒58的成績刷新了自己保持的世界紀錄，而且快了0.11秒之多。

我們在NBA明星「大鯊魚」奧尼爾的身上也能找到類似的故事。他是當時全聯盟中第一個身高7英尺（約2.13米）又兼具力量與敏捷性的球星。他的體型勻稱，既不是瘦弱的「竹竿」，也不是笨拙「綠巨人」。如果將他等比例縮小至6英尺高（約1.83米），那麼他的體重將在180斤左右。從數據上來說，這也是比較標準的運動員身材。當他持球接近籃筐時，沒人可以阻止他得分（有時甚至兩個人也擋不住）。在他進入聯盟后不久，比賽所用的籃筐都不得不進行加固以防止被他扣壞。此外，因為他所在的湖人隊一連斬獲三屆總冠軍，NBA被迫調整規則：為了限制奧尼爾的控場力，NBA允許球員進行區域聯防。雖然NBA的反興奮劑制度一直被眾人所詬病，比如直至去年他們才對球員的生長激素進行血液檢查，可無論此前的運動員服用過何種禁藥，也未曾見到有人能達到奧尼爾這樣的運動水準，這就是基因優勢的強大之處。

相比而言，通過服用禁藥來提升成績的效果是有限的。天普大學（Temple University）的運動科學教授Mike Israetel估計道，禁藥對舉重成績的幫助大約在5%至10%左右。反觀卧推的世界紀錄：1898年為361磅，1916年為363磅，1953年達到500磅，1967年600磅，1984年667磅，而至2015年已達到730磅！禁藥確實能在單次比賽中幫助運動員奪冠，但不足以驅使世界紀錄長期不斷地提高。在這其中，擁有基因優勢的運動員們起到了關鍵作用。隨著舉重運動員數量的增加，位於正態分佈曲線尾端的「基因特例」也層出不窮，這使得世界紀錄不斷地被刷新。

整合優勢基因

「基因特例」的面紗才剛剛被揭開。運動能力的正態分佈現象其實是各種相互獨立的影響因素共同作用的結果。從根本上說，正是基因變異或是等位基因的差異致使不同人的身高、肌肉與協調能力出現差異。也就是說，出眾的身高其實是許多不尋常的優勢基因組合以後的產物，而且很可能是其中某些基因出現了罕見且強大的突變。

基因組學研究者喬治·丘奇整理了一份有助運動的單突變清單，其中包括能使骨頭異常堅硬的LRP5變體、有助生長出更多肌肉的MSTN變體，以及與痛覺缺失相關的SCN9A變體。

丘奇還參與完成了近幾十年中最偉大的科學突破之一——高效基因編輯工具CRISPR的研發，該項目在醫療上的應用已被批准進入臨床試驗階段。如果CRISP的技術進展真能如預期般順利，那麼可能只需幾十年我們便能見證「基因人」的誕生。在「基因編輯」這個概念提出不久以後，科學家就在胚胎中將將它付諸實踐了。相比之下，對成年人的改造難度更大，但也不無可能。CRISPR的臨床試驗將於今年啟動，它將向成人體內注射病毒載體來編輯現有的細胞。就目前來看，CRISPR及其升級版將在不久的將來「安全、有效」地實現。

由於複雜性狀受控於多個基因突變，因此我們猜測：迄今為止，還沒有一個人集所有「優勢基因突變」於一身，而且一定還有很多人類尚未解鎖的技能。整個競技體育界已然成為了一台「基因特例」的搜索器，可是它的發展歷史還不到一個世紀，效率方面仍有很大的提升空間。目前我們採取的方法僅僅是被動等待，等待著這些「優勢突變」隨機地組合在一起，然後再寄希望這些「基因特例」能夠從比賽中脫穎而出。

可如今我們已經進入了一個新紀元：雖然我們還不能夠完全配置DNA，但人類已經能通過創造出的工具「武裝」自己的基因。隨著我們對複雜性狀的理解愈加深入，基因工程師們終將能對我們的力量、體型、爆發力、耐力、敏捷性和速度進行修改，甚至連我們進行高強度訓練的毅力和動機都能被設定。身高和認知能力的是人類最為複雜的性狀，控制它們的變體數量約有1萬個左右。方便起見，我們假定這1萬個變體中有半數是有益的，那麼「集優勢變體於一身」的概率約為1/210000（10的101次方量級）。顯然，要想靠概率集齊所有的「優勢變體」幾乎是不可能的，因為當這些突變過於顯著時，類似於邊際遞減效應，就可能因為長得過高、肌肉過於強大等，反而限制了運動能力。不過，若是真有這樣的人存在，那他的能力一定會達到前無古人的水平。

換句話說，在完全隨機的情況下，「完美組合」的出現需要10的100次方的人口數量做基礎，僅憑地球上出現過的1000億人口還不足以接近人類的極限。

美國「核少女」凱蒂·萊德基正在奧運會800米自由泳預選賽上一展身手。

定製運動員？

但在基因工程的幫助下，這一搜索過程應該能大幅度地縮短。畢竟，像雞、奶牛等畜牧動物的繁殖是一種定向篩選，在數十億的野生個體中找到需要的那一隻並不是件難事。我們也能借鑒這種方法來找到某個體育項目中的「最強者」。此外，CRISPR等直接基因編輯技術不僅能加快搜索過程，還能「生產」出「超級博爾特」和「超級奧尼爾」。

廣泛採用基因編輯技術將助力這一搜索過程。如果父母們願意為孩子選擇「優質基因」，那麼「優勢運動基因變異」的出現頻率也會隨之增加，進而又會提升人類的平均運動水平，而那些處於正態分佈末端的「特例」也將比以前更強大。當標準差保持不變時（比如男性身高的標準差定為3英寸，或者智商的標準差定為15時），人類平均水平的提升將使一個人成為「最強千分之一」（例如，在美國，男性身高達到2米）的概率提升超過10倍。

弗里曼·戴森猜測：人類或將通過基因工程改變自己，使自己對輻射、真空和零重力環境的適應性增強，甚至能從太陽中直接獲取能量，為太空探索做好準備。另外，「轉基因生物」這一概念或許也將被賦予新的意義。基因的傳遞或將不再限制在某個特定物種中，而是跨越不同物種，那麼新物種的形成也將在所難免。

人類的運動能力可能也會如此發展下去。運動員的自身條件和他們參與的項目會因引入新基因技術而發生改變。若真如此，巨大的爭議將在所難免。「定製」運動員是否合理？這是否會將競技體育與普通人的距離拉遠，甚至讓普通人喪失對體育的興趣呢？