Предел спортивных показателей будет постоянно расти

  • 28 Сен, 2016 Источник: nautil.us

Мы далеки от пределов спортивных показателей.

Статья Стивена Хсу — вице-президента по исследованиям и профессора теоретической физики Мичиганского государственного университета. Он также является научным советником BGI (ранее Пекинского института Геномики) и основателем Лаборатории Познавательной Геномики.

Много лет я жил в городе Юджин штата Орегон, который хорошо известен под названием «трек-таун США» из-за своих традиций в легкой атлетике. Каждое лето соревнования высокого уровня, вроде национальных чемпионатов Соединенных штатов или отборов к Олимпийским играм, собирают участников мирового уровня на стадион имени Билла Хэйварда Университета Орегона. Было здорово столкнуться с великими атлетами в местном кафе или магазине мороженого, а может быть даже обнаружить себя занимающимся с весом или бегущим трек рядом с ними. Однажды утром я был шокирован когда меня, как стоячего, обошла женщина, тренировавшая беговые отрезки на 400 метров. Ее темп был столь высок, что я мог бы повторить его только на гораздо меньшей дистанции.

Факт заключался в том, что она была, в отличие от меня, уникумом. Атлетический результат следует обычному распределению, как и многие величины в природе. Это означает, что число людей, способных на исключительные результаты падает экспоненциально по мере увеличения уровня производительности. В то время, как студент с результатом 11 секунд на стометровке может выиграть чемпионат района, чемпион штата выбегает из 11 секунд, и лишь некоторые из чемпионов различных штатов бегут близко к 10.

 

Мы далеки от пределов спортивных показателей

Карл Льюис работает опорной ногой в ходе эстафеты 4 по 100 метров на Олимпийских играх 1984 года

Продолжайте следовать за этой кривой и вы получите фриков среди фриков — спортсменов, которые устанавливают рекорды и раздвигают границы возможного. Когда Карл Льюис доминировал в спринте в конце 80х, результат быстрее 10 секунд на 100 метрах был очень редким, и любой показатель в районе 10 секунд гарантировал высокое место, даже на Олимпиаде. Льюис был грациозным спортсменом высотой 6 футов и 2 дюйма (1 метр 89 см. – здесь и далее переводы величин прим.ред.) и считался высоким для спринтера. Рост выше чем этот воспринимался как недостаток для спринтера, который приводит к меньшему ритму и скорости – по крайней мере так считалось.

Так что никто не предполагал появление Усейна Болта. Мускулистый спортсмен высотой 6 футов 5 дюймов (около 1 м. 98 см.), он финишировал почти на полсекунды быстрее, чем лучшие из предыдущего поколения, и выглядел так, будто пришел в бег из другого вида спорта. Длина его шага может достигать поразительных 9.3 футов (около 2 м. 83 см.), и, по словам исследования 2013 года Европейского журнала физики, позволяет ему демонстрировать скорость и ускорение, которые «не может повторить ни один другой бегун в мире».

Показатели Болта были не просто самыми высокими в мире. Этот спортсмен бежал быстрее, чем даже бегун мирового класса из предыдущего поколения, который использовал допинг. Родившийся в Ямайке канадский спринтер Бен Джонсон установил мировой рекорд с результатом 9.79 секунд на Олимпиаде 1988 года, победив Льюиса, и хвастался, что его результат был бы еще выше не подними он руку прямо перед финишной чертой. Позднее его уличили в применении стероидов.

Даже комбинации элитного бегуна и стероидов, однако, недостаточно, чтобы победить генетического уникума. Болт достиг результата 9.58 на стометровке во время Чемпионата мира по легкой атлетике в 2009 году, установив мировой рекорд и улучшив свой же результат на десятую секунды.

 

Подобная история есть и в НБА с Шакилом О’Нилом. Этот баскетболист был первым в лиге с ростом 7 футов (около 2.13 м.), который сохранял силу и ловкость гораздо меньшего человека. Высокий и трудолюбивый, он мог быть 200-фунтовым тяжелоатлетом, если бы его рост был 6 футов. Когда Шак получал мяч рядом с корзиной, ни один, или даже два человека не могли остановить его от результативного «данка». Вскоре после его появления в лиге пришлось усилить корзины из-за частых разрушений, которые приносили его «данки».

После того, как Lakers выиграли три чемпионата подряд, НБА пришлось радикально поменять свои правила касательно зональной защиты чтобы уменьшить доминирование Шака в игре. Он был генетическим уникумом, чье исполнение было несравнимо ни с кем в лиге, которую давно критикуют за мягкую антидопинговую политику: к примеру, она добавила тест крови на гормон роста в свою программу только в прошлом году. Был ли допинг в лиге или нет, тем не менее, этого было явно недостаточно, чтобы дотянуться до уровня Шака.

 

 

Для сравнения, потенциальные улучшения, достижимые путем допинга, относительно невелики. Профессор Университета Темпла Марк Израитель подсчитал к примеру, что в тяжелой атлетике допинг увеличивает показатели на 5-10 процентов.

Сравните это с прогрессом мировых рекордов в жиме лежа:

  • 361 фунт (около 164 кг.) в 1898 году,
  • 363 (около 164 кг.) в 1916,
  • 500 (около 227 кг.) в 1953,
  • 600 (примерно 272 кг.) в 1967,
  • 667 (примерно 302 кг.) в 1984,
  • 730 (331 кг.) в 2015.

Допинг может помочь выиграть соревнование, но не может обеспечить долгосрочный рост результатов, которые обусловлены генетическими уникумами. В тот момент, когда количество тяжелоатлетов увеличилось, стало появляться все больше уникальных спортсменов, что привело к росту мировых рекордов.

Еще один пример: Лэнс Армстронг победил при помощи допинга в Тур де Франс 1999 года с отрывом 7 минут 37 секунд от второго места Алекса Зюлле, или около 1 процента. Однако это ничто по сравнению с ростом результатов в этом соревновании за последние полвека: Эдди Меркс победил в 1971 году примерно на такой же дистанции, что и в 1999 с результатом на 5 процентов хуже чем Зюлле. Конечно, некоторые из этих рекордов обусловлены лучшими методами обучения и экипировки. Но большая часть — это улучшение поиска спортсменов с исключительной природной способностью, все дальше и дальше по кривой, насколько это возможно.

Мы идем по плоскости того, чего могут достигнуть генетические уникумы. Нормальное распределение, которое мы видим в атлетических возможностях — это совокупность множества аддитивных эффектов, независимых друг от друга. В конечном счете, эти эффекты обусловлены генными вариантами, с маленькими позитивными и негативными последствиями для организма вроде роста мускулатуры и координации.

Сейчас понятно, например, что большой рост обусловлен комбинацией необычно большого количества позитивных вариантов и, возможно, некоторыми очень редкими мутациями, которые имеют большое влияние на организм. У специалиста в области геномики Джорджа Черча есть перечень некоторых из этих единичных мутаций. Он включают в себя вариант LRP5, который ведет к экстра крепким костям, вариант MSTN, который обуславливает дополнительную мышечную массу, и вариант SCN9A, который связан с интенсивностью боли.

 

Генетическая инженерия подарит нам новых великих чемпионов

Черч также имел отношение к одному из величайших научных прорывов последних десятилетий: разработке высокоэффективного инструмента редактирования генов под названием CRISPR, который был одобрен для клинических испытаний и медицинского применения.

Если технологии, связанные с CRISPR будут развиваться с той скоростью, что ожидается, дизайн людей будет достижим в ближайшие десятилетия. Редактирование генов легко делается вскоре после зачатия, когда эмбрион состоит только из небольшого числа клеток, но оно также возможно и у взрослых. Клинические испытания CRISPR начнутся в этом году, в их ходе ученые попытаются отредактировать существующие клетки у взрослых путем инъекции вирусного вектора. Вполне вероятно, что CRISPR, или его улучшенный вариант, станет безопасным и эффективным инструментом в ближайшем будущем.

Так как сложные показатели зависят от множества вариантов, мы знаем, что есть огромный потенциал для достижения результатов, к которым еще не приблизился ни один человек — ни Шак, ни Болт, ни кто-либо еще. Ни один живой человек не имеет положительных версий всех соответствующих генетических вариантов. Вся индустрия легкой атлетики по сути — алгоритм поиска генетических уникумов, но она запущена меньше века назад и не особенно эффективна. Ее подход — пассивно ждать случайных рекомбинаций генов и надеяться, что спортивные программы найдут лучших индивидуумов.

Сейчас же мы вступаем в эру, когда сможем не только конструировать ДНК, но и сам человеческий интеллект инструментами своего же творения. Когда наше понимание признаков улучшится, генные инженеры будут иметь возможность изменять силу, размер, выносливость, быстроту, скорость и другие способности, необходимые для атлетической тренировки. Оценки числа вариантов, которые управляют ростом и когнитивными способностями — двумя самыми комплексными особенностями — находится в диапазоне 10000,5 вариантов, благоприятный вариант присутствует примерно у половины населения, а вероятность случайного зачатия «максимального» уникума составляет 2 в 10000 отрицательной степени или единицы к числу гугол (10 в степени 100), умноженного на само себя 30 раз.

Конечно скорее всего невозможно иметь все 10000 положительных вариантов из-за различных побочных эффектов вроде слишком высокого роста или чересчур большого количества мышц или мощного сердца. Тем не менее, можно быть почти уверенным в том, что жизнеспособные особи будут существовать с более высоким уровнем способностей, чем когда-либо имел любой человек. Другими словами, весьма маловероятно, что мы приблизились к максимальным показателям среди всех 100 миллиардов людей, которые когда-либо жили на планете (полностью случайный процесс поиска может потребовать создания около гугола разных индивидуумов!).

 

Мы далеки от пределов спортивных показателей

Кэти Ледецки на трассе 800 метров свободным стилем в ходе Олимпийского отбора США

Но нам потребуется значительно ускорить этот поиск с помощью инжиниринга. В конце концов, сельскохозяйственное разведение животных, таких как куры и коровы с помощью направленной селекции, позволяет легко получить особей, которые в естественных условиях встречались бы в количестве одной единицы на миллиард. Селекция кукурузы с целью получения початков с масляными ядрами потребовала отбора 30 стандартных девиаций в течении всего 100 популяций. Этот опыт сравним с поиском максимально подходящего человеческого типа для атлетического соревнования. И прямые методы редактирования, такие как CRISPR помогут нам получить результат гораздо быстрее, а значит мы сможем создавать Болтов среди Болтов и Шаков среди Шаков.

Общее внедрение технологии редактирования генов придаст этому поиску попутного ветра. Индивидуальные выборы родителей скорее всего увеличат общую частоту вариантов в популяции, которые увеличивают атлетические способности. Это постепенно увеличит средние показатели популяции и крайние показатели способностей. Увеличение в среднем на одно стандартное отклонение (например, 3 дюйма в мужской высоте, или 15 баллов в IQ) делает индивидуума уникальным на 1000 человек (данные для мужчин высотой 6 футов 7 дюймов среди населения США), и такие отклонения начнут встречаться в 10 раз чаще.

Фримен Дайсон предположил, что однажды люди используют генетические технологии, чтобы измениться для исследования космоса — сделают себя более устойчивыми к радиации, вакууму и нулевой гравитации, а возможно и способными получать энергию напрямую из солнечного света. Вставка генов от совершенно разных видов, вроде генов фотосинтеза растений, даст новое значение термину ГМО: видообразование получит действительно новые возможности.

Атлетические способности человека могут развиваться по схожей траектории. Природа атлетов и спорта в целом изменится под влиянием новой геномной технологии. Мы любим поражаться исключительным, невообразимым способностям. Леброн и Кобе, Шак и Болт стимулируют интерес к своему спорту. Но, самым популярным видом спорта в 2100 году могут быть бои в клетке между 8-футовыми титанами, способными на балетные удары ногами и запутанные движения в стиле джиу-джитсу. И, конечно, очень, очень быстрый 100-метровый спринт. Допинг не потребуется.

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.