F或者我在俄勒冈州尤金，俄勒冈州尤金，也被称为“赛道镇美国”，以其在田径的漫长传统。每个夏天的高调符合美国全国锦标赛或奥运会试验将为俄勒冈大学的海沃德领域带来世界级竞争对手。在当地咖啡馆或冰淇淋店撞到伟大的运动员，甚至发现自己举重或在他们旁边的轨道上跑步或跑步。一天早上，我感到震惊地被传递，好像仍然是一个运行400米重复的女人。她的训练步伐就像我可以在更短的距离上运行一个平坦的冲刺。
简单的事实是她是一个极端的异常值，而且我不是。运动性能遵循正常分布，与大自然中的许多其他数量相似。这意味着能够以卓越的性能指数逐渐下降，因为性能水平增加。虽然11秒100米可以赢得一名高中生联盟或地区锦标赛，但一个良好的国家冠军在11次，而100个国家冠军中只有几个州的希望在10秒内运行。
继续沿着这条曲线，你在怪胎的竞争对手中达到怪胎，他们破碎记录并推动超出想象力。当卡尔刘易斯在20世纪80年代后期占据了冲刺时，10秒的10秒才稀有，10秒的扁平范围内的任何东西都能在奥运会上保证高度的完成。刘易斯是一个优雅的6英尺2英寸，被认为是短跑运动员。高度大于他的高度应该是短跑运动员的缺点，迫使节奏较慢和减少的速度 - 至少是传统智慧。
所以没有人预料到博尔特的到来。他身高6英尺5英寸，肌肉发达，比上一代最好的选手快了近半秒完成比赛，他似乎完全来自另一个物种。他的步幅可以达到惊人的9.3英尺，1在2013年的一项研究中欧洲物理杂志直到现在，他都能达到其他跑步者所不能达到的加速和速度。2
博尔特的速度不仅仅比世界上任何人都快。他们甚至比使用兴奋剂的上一代世界级跑步者的速度都快得多。在1988年奥运会上，牙买加出生的加拿大短跑运动员本·约翰逊(Ben Johnson)以9秒79的成绩打破了世界纪录。他击败了刘易斯，并自豪地说，如果他没有在终点线前举起手来获胜，他会跑得更快。后来才发现他一直在使用类固醇。
通过使用兴奋剂所能实现的潜在改善相对来说是有限的。
然而，即使是优秀的跑步者和合成代谢类固醇的结合，也不足以胜过一个基因异常者。博尔特在2009年世界田径锦标赛上以9秒58的成绩打破了世界纪录，并将自己之前的纪录整整提高了0.1秒。
我们在NBA找到了一个类似的故事，与Shaquille O'neal。奥尼尔是联盟中的前7英尺，保留了一个小小的男人的力量和敏捷性。豆茎也不是一个笨重的赫克，如果高达6英尺，他就会成为运动200磅重量。当沙克靠近箍附近的球时，没有人（或有时甚至两个男人）可以阻止他扣篮。进入联赛后不久，必须加强篮子框架，以防止被扣篮摧毁。湖人队连续赢得三冠军后，NBA被迫改变其规则，允许区分区防御 - 为了减少沙克对比赛的统治。这是一种遗传异常，其表现在长期以来一直受到其软防兴政策的批评的其他任何人的表现;例如，它只对去年对其计划的人体生长激素添加了血液测试。无论兴奋剂可能正在发生，都不足以让任何人到沙克的水平。
相比之下，通过使用兴奋剂所能实现的潜在改善相对有限。以举重为例，天普大学(Temple University)运动科学教授迈克·伊斯雷尔(Mike israel)估计，兴奋剂会使举重成绩提高约5%至10%。将其与世界举重纪录: 1898年361磅，1916年363磅，1953年500磅，1967年600磅，1984年667磅，2015年730磅。服用兴奋剂足以赢得任何一场比赛，但它无法与成绩不断提高的长期趋势相抗衡。这种趋势在一定程度上是由基因异常值推动的。随着举重运动员人口基数的增加，分布的尾部出现了越来越远的异常值，推高了世界纪录。
同样，1999年环法自行车赛(Tour de France)上，兰斯·阿姆斯特朗(Lance Armstrong)在服药的推动下获得胜利，这让他比亚军亚历克斯·祖勒(Alex Zulle)多出了7分37秒，大约0.1%的优势。3.这与巡回赛在过去半个世纪中所看到的惊人的速度增长相比就相形见绌了:埃迪·默克克斯(Eddy Merckx)赢得了1971年的巡回赛，当时的距离与1999年的巡回赛差不多，但比Zulle的成绩差了5%。当然，一些改进是由于训练方法和更好的设备。但这在很大程度上是由于这项运动有能力发现具有比以往任何时候都更卓越的天赋的竞争者，在可能的范围内越走越远。
W我们只是触及了遗传异常值的皮毛。我们在运动能力中看到的正态分布是许多相互独立的小相加效应的标志。最终，这些附加效应来自基因变异或等位基因，对身高、肌肉力量和协调性等性状产生微小的正面和负面影响。例如，现在已经了解到，高度是由于异常数量的阳性变异和一些非常罕见的突变的组合，它们对自己有很大的影响。
基因组学研究人员乔治·丘奇(George Church)保存着这些单基因突变的清单。它们包括一个变体LRP5这导致骨骼超强骨骼，一个变种MSTN.产生额外的肌肉，和一种变种SCN9A这与止痛不敏感有关。4
丘奇还参与了近几十年来最伟大的科学突破之一:一种名为CRISPR的高效基因编辑工具的开发，该工具已获批用于医学应用的临床试验。如果crispr相关技术像预期的那样发展，设计师人类最多还需要几十年的时间。编辑最容易在受孕后不久完成，那时胚胎只由少量细胞组成，但在成人中也有可能。CRISPR的临床试验将于今年开始，将使用一种病毒载体注射来编辑成人现有的细胞。在不久的将来，CRISPR，或者它的一些改进版本，很可能会被证明既安全又有效。
因为复杂的特征是由如此多的变体控制的，我们知道有一个巨大的未开发的潜力池，没有一个人——包括奥尼尔、博尔特或其他任何人——接近耗尽。活着的人几乎没有任何可能的相关基因变异的阳性版本。竞技体育的整个事业实际上就是一种基因异常值的搜索算法，但它只运行了不到一个世纪，效率也不是特别高。它的方法一直是被动地等待随机重组产生这些变异，并希望体育项目找到最好的个体。
现在我们正在进入一个时代，在这个时代，DNA的构造将不再是偶然，而是人类的智慧通过自己创造的工具。随着我们对复杂性状理解的提高，基因工程师将能够修改力量、体型、爆发力、耐力、速度、甚至广泛运动训练所需的决心和动力。控制身高和认知能力这两个最复杂的性状的变异的数量估计在10,000个左右。5如果作为简化，我们假设在10,000例中的每一个中，良好的变体在大约一半的人口中存在，那么随机交配产生“最大”异常的可能性大约是两个升高到负10,000的功率，或者在Googol（10到电源100）中大约一部分乘以30次。当然，可能无法同时拥有所有10,000个有利的变种，由于衰弱的效果，如太大，或者太肌肉过于肌肉，或者具有太强大的心脏。尽管如此，几乎可以确定可行的个体将存在比任何人都更高的能力水平。
换句话说，在曾经生活过的1000亿人类中，我们几乎不可能达到最佳表现。(一个完全随机的搜索过程可能需要像googol不同的个体这样的东西!)
但我们应该能够通过工程技术大大加快这项研究。毕竟，像鸡和牛这样的动物的农业育种，是一种直接选择，很容易就能生产出十亿分之一的野生动物。玉米籽粒含油量的选择性育种在大约100代中就使玉米种群移动了30个标准差。6这一壮举堪比为一项特定的运动项目找到最大的人类类型。但是像CRISPR这样的直接编辑技术可以让我们更快地达到目标，产生出比博尔特更棒的博尔特，比奥尼尔更棒的奥尼尔。
弗里曼·戴森推测，人类将利用基因技术改造自己，以进行太空探索。
基因编辑技术的普遍采用将为这种搜索提供有利条件。父母的个人选择可能会增加一般人群中增强运动能力的变异的总体频率。这样就会逐渐提高种群的平均水平，并增强极端尾部的能力。平均每增加一个标准差(例如，男性身高3英寸，或智商15分)，就会使处于千分之一水平(美国人口中男性身高6英尺7英寸)的人患病的可能性增加10倍以上。
Freeman Dyson推测，有一天，人类将使用遗传技术来修改自己的空间探索 - 使自己更耐辐射，真空和零重力，也许能够直接从阳光下提取能源。从完全不同的物种等地插入基因，如光合植物基因，为GMO期间带来了全新的含义：物种似乎是一个明确的可能性。
人类运动能力可能遵循类似的轨迹。运动员的性质和他们竞争的体育将由于新的基因组技术而变化。普通人会失去兴趣吗？历史表明他们不会：我们喜欢惊叹于特殊，难以想象的能力。勒布朗和神户和沙丘和博尔特都刺激了他们体育的兴趣。2100的最受欢迎的观众运动可能是8英尺高的泰坦能够进行抽搐的纺丝头踢和错综复杂的九吉他的动作。或者，只是一个真的，真的很快100米冲刺。不需要兴奋剂。
Stephen Hsu是密歇根州立大学的研究和理论物理教授副总裁。他也是BGI（前身，北京基因组学院）的科学顾问和认知基因组学实验室的创始人。
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参考
1.Anette Hosoi关于工程和奥运会的问题news.mit.edu(2012)。
2.Hernández Gómez, j.j.， Marquina, V.， & Gómez, R.W.评价尤塞恩·博尔特在100米短跑中的表现。欧洲物理杂志34., 1227 - 1233(2013)。
3. Robertson，D. Armstrong的胜利之旅www.sfgate.com（2009）。
4.与乔治·丘奇关于基因组学和生殖系人类基因改造的谈话www.ipscell.com（2015）。
5.许淑慧。智力和其他数量性状的遗传结构。arXiv: 1408.3421(2014)。
6.上位性:为什么它在多基因定向选择中不重要。英国皇家学会哲学学报B365., 1241 - 1244(2010)。
照片拼贴:Ledecky照片由Tom Pennington/Getty Images;奥尼尔的照片由丽莎·布鲁门菲尔德/盖蒂图片社;图片:Andy Lyons/Getty Images
本文最初发表于2016年8月的《体育》杂志。
