智力和性格是由遗传决定的吗？

造成人类个体差异的原因究竟是遗传还是环境？

像身高、体重等这类个体差异的产生原因目前认为主要是遗传。那么,遗传对智力和性格又有多大的影响呢?其实,有一种科学的方法可以量化分析遗传对智力和性格的影响。使用这种方法,甚至可以分析遗传对收入多少的影响。这究竟是什么方法?借助这种方法,我们又能对遗传和环境的影响理解到何种程度?

同卵双胞胎的遗传信息完全一致,所以外观一模一样,性别和血型也相同。照片中的女童就是一对同卵双胞胎

关于每个人的智力和性格是如何形成的,我想无论是谁都曾经认真思考过这个问题吧。很多人可能会觉得智力仅由遗传决定,性格则由环境决定,这也是最为大众所熟知的一种说法。实际上,通过比较双胞胎的异同,我们就可以分析得到遗传和环境对个体特征(性状)的影响到底有多大。

研究对象是拥有相同基因的双胞胎

大家在生活中是否遇见过双胞胎?有些双胞胎外表一模一样,也有些长得不太像,这是为什么呢?另外,双胞胎可以分为“同卵双胞胎”和“异卵双胞胎”,这两者究竟有何区别?同卵双胞胎是指由一个受精卵分裂成的两个胚胎,分别发育而成的双胞胎。因为来自同一个受精卵,他们具有的遗传信息完全相同,在遗传学上甚至可以看作是同一个人。因此,同卵双胞胎不仅外观一模一样,性别和血型也相同。

异卵双胞胎是指由两个独立的受精卵分别发育后诞生的双胞胎。他们来自于同一父母的不同受精卵,所以在遗传学上来看,与普通的兄弟姐妹没有区别。异卵双胞胎和普通兄弟姐妹一样,相互之间平均有50%的遗传信息相同。也就是说,在遗传学上,同卵双胞胎的相似程度是异卵双胞胎的“2倍”而且,无论上述哪种双胞胎,从母亲的子宫内到出生后的家庭中,他们基本上都是在相同的环境中成长。像这样,双胞胎共有的环境被称为“共享环境”(共同环境),这种环境具有使双胞胎在各方面趋于相似的作用。由此可以说,双胞胎之所以相似,是受到了遗传和共享环境双方面的影响。

同卵双胞胎在遗传和共享环境方面,理论上完全相同,但在外观和性格等方面依然能够看到诸多差异。这可以认为是双胞胎分别受到不同环境的影响所致。像这种双胞胎没有共享的环境被称为“非共享环境”(特殊环境),具有给双胞胎带来差异的作用。

通过对比双胞胎,关注这些影响因素,调查遗传和环境影响大小的方法被称为“双生子研究法”。以双生子研究法为主要研究方法,研究遗传和环境对生物体的影响的学科被称为“行为遗传学”。

衡量遗传和环境对学习成绩产生的影响

遗传和环境分别对孩子的成绩产生多大的影响呢?让我们借助双生子研究法,计算一下这两者的影响程度。

同卵双胞胎和异卵双胞胎有何不同？

下图展示了根据双生子研究法研究遗传和环境这两种因素对理科成绩影响大小的过程。首先,大量收集双胞胎的理科成绩作为样本此时,假设双胞胎中的一个为A,另一个为B。然后,在以A的成绩为横轴、以B的成绩为纵轴的坐标图上描点(图中红点)双胞胎之间越相似,点的离散程度就越小,整体来看就越接近一条斜向右上方的直线。这一相似度可以用“相关系数”的值来表示。相关系数取值在-1~1,0表示不相关,小于0表示负相关,大于0表示正相关。双胞胎越相似,这个值就越接近于1。

上图为研究遗传和环境对9岁儿童理科成绩贡献率的过程。首先,尽可能多地收集同卵双胞胎和异卵双胞胎学业成绩的数据。以双胞胎中的一个儿童的成绩为横轴,另一个为纵轴,在图中描点,求得相关系数。用1减去同卵双胞胎的相关系数,得出的是非共享环境的贡献率。另外共享环境的贡献率同卵双胞胎和异卵双胞胎相等:遗传的贡献率同卵双胞胎是异卵双胞胎的2倍。根据这一条件,可以得出遗传和共享环境的贡献率。

在本例中,同卵双胞胎的相关系数为0.76,异卵双胞胎为0.44。由此可见,仅从9岁孩子的理科成绩来说,同卵双胞胎具有比异卵双胞胎更高的相似度。但是,即使是遗传和共享环境完全相同的同卵双胞胎,其相关系数也不会为1。因此,将1减去0.76后所得的数值(0.24),可以视为造成同卵双胞胎之间差异的非共享环境的影响大小(贡献率)。

下面,我们来试着求出遗传和共享环境的贡献率。同卵双胞胎与异卵双胞胎相比,前者遗传信息的一致率是后者的2倍。另外,共享环境的贡献率相同。根据这两个条件,可以求出遗传的贡献率(遗传率)为0.64,共享环境的贡献率为0.12。也就是说,9岁孩子的理科成绩更多受到遗传因素的影响。说到这里,我们再来解释一下遗传的含义吧。使用双生子研究法所探究的“遗传的影响”,其实指的就是双胞胎之间相似度的指标。同卵双胞胎的遗传信息100%一致,异卵双胞胎的遗传信息平均有50%一致。这两者相比较,如果同卵双胞胎在某件事上越相似,那么这件事就越受遗传影响。另外,值得注意的是,共享环境和非共享环境是指那些促使双胞胎变得相似或不相似的因素的集合,而并非特指某种具体环境。

什么是智力和性格

那么,在我们讨论遗传对智力和性格有多大影响之前,先来解释一下智力和性格究竟是什么吧。

人类的大脑可以分为“运动区”“语言区”“感觉区”等不同作用的区域。在进行智力活动时,前额叶皮质这一区域尤为活跃。那么,我们可以断言智力的本质就存在于前额叶皮质吗?事实并非这么简单。之所以这样说,是因为大脑需要通过不同区城相互关联完成工作。至今为止,对于大脑究竟如何工作,我们尚有大量未解谜团。从这层意义上讲,还不能说我们已经知晓了智力的本质。

作为评价智力的指标,“智商”(IQ)是目前在世界上广泛使用的智力标准之一。智商可以通过智力测试进行测量,这种测试被广泛应用于以教育领城为主的各个领中。IQ测试经过长期研究,反复改良,其得到的结果是一种被广泛认可的反映智力水平的指标。

在心理学领城,除了IQ以外,学者们还提出了各种各样评价智力的方法。在本文中,我们可以看到遗传和环境对IQ有怎样的影响。另外,在左页图中提到的学习成绩

也可以说是衡量智力的一个指标。

至于性格,很多理论认为它是由几个因素组合而成的。其中有一种理论提出性格由五个因素构成,被称为“人格五因素模型”(上图)。关于表现性格的因素,学界还提出了各种各样的理论,但人格五因素模型仍被认为能够最好地反应性格特征。因此,本文将为大家解读基因和环境对于人格五因素模型中各因素的影响。

除了智力和性格,我们还可以分析遗传和环境对身体、精神疾病等其他特征的影响。

各种特征都受到遗传的影响

那么,让我们来看看遗传和环境对人的体重、身高、IQ、人格五因素、精神疾病都有哪些影响吧(下图)。

图中上方为同卵双胞胎和异卵双胞胎相关系数的柱状图,下方为根据相关系数求出的遗传和环境贡献率的柱状图。

无论哪个观察指标都显示出,同卵双胞胎的相关系数高于异卵双胞胎。由此可见,同卵双胞胎比异卵双胞胎具有更高的相似性。

研究发现,体重和身高90%以上受遗传影响,环境的影响微乎其微。

研究将IQ分为了儿童期、青少年期和成年期3个阶段分别表示。在儿童期,共享环境的影响相对较大。但随着成长,共享环境的影响会逐渐减小,而遗传的影响则增大。成年期的IQ约有65%可以通过遗传来解释。有趣的是,随着年龄的增长,遗传对智力的影响会越来越大。

关于反映性格的人格五因素,在所有的观察指标中,共享环境均未产生影响。不过,性格中约30%~50%可用遗传来解释,其余均为非共享环境的影响。上文提到过,除了人格五因素模型以外,还有其他几种反应性格的评价指标,这些指标绝大多数同样可以仅通过遗传和非共享环境解释。也就是说,共享环境对性格的形成几乎没有影响。

ADHD(注意缺陷多动障碍,俗称“多动症”)80%受到遗传的影响,而抑郁症则受非共享环境的影响较大,高达60%。目前的研究认为,精神疾病仅受到遗传和非共享环境的影响。

遗传和环境的三原则

根据以上研究结果,我们可以推导出三个原则。

第一个原则是“人类的所有特征都受遗传的影响”(遗传影响的普遍性)。遗传影响着智力、性格、精神疾病等一切性状。

第二个原则是“共享环境对人类特征几乎没有影响”(共享环境影响的稀少性)。

从图中的结果来看,共享环境只对IQ有影响,而且随着年龄的增长,其贡献度也逐渐降低。

第三个原则是“人类存在很多不能仅靠遗传和共享环境来解释的特征”(非共享环境影响的优势性)

上述三个原则被称为“行为遗传学三原则”。

让我们展开来讲第二个原则。虽说共享环境对人的性状几乎没有影响,但这并不意味着“家庭环境不重要”。因为家庭环境本身就是儿进行社会学习的地方也是他们

能够无条件生存的场所。因此,第二个原则可以理解为“对于儿童来说,虽然共享环境(家环境)很重要、但不具有促使双胞胎趋于相似的作用”。

遗传也会影响收入

如果说收入的多少也受到遗传的影响大家会相信吗(下图)?

图中的横轴表示年龄纵轴表示遗传和环境对收入的贡献率这3条曲线分别是粉色对应遗传,紫色对应共享环境、蓝色对应非共享环境。

由此可见、刚步人社会不久的二十多岁的人群中,共享环境的影响较大;相较之下遗传和非共享环境的影响较小。这说明,刚步社会时的收入,相当程度是由家庭环境决定的。

但是,随着时间的推移,共享环境的影响会减小,遗传和非共享环境的影响会增大。对于处于事业巅峰期的45岁左右的人来说,收入约60%受遗传的影响,40%受非共享环境的影响,共享环境的影响则几乎完全消失。

由此可见,随着时间的推移,遗传和当时环境(非共享环境)的影响有增大的倾向。这在对瑞典人储蓄率的调查研究中1,也显示出了类似的结果,即随着年龄的增长,储蓄率受遗传和非共享环境的影响增强。

也许有些人觉得,人类与金钱相关的那些特征与遗传无关。但是,随着年龄的增长,遗传带来的影响就会慢慢显露出来。

遗传改变环境，环境亦改变遗传

实际上,遗传和环境有时会互相影响。这在行为遗传学中被称为“遗传和环境的相互作用”,如今在学界是备受关注的研究课题之一。

我们以运动能力强的父母生出的孩子为例。运动能力强的父母常会与孩子一起做体育运动或是在家看体育节目等,自然而然会营造出提高孩子运动能力的环境(被动相关)。

或者,如果孩子表现出很强的运动能力,大人们也有可能为孩子创造出更易提高这种能力的环境(诱导相关)。又或者,也有一些表现出运动能力强的孩子会主动寻求更为严格的训练环境(主动相关)。就像这样,遗传和环境并不是各自独立,而是存在相互影响的关系。

2012年的一项研究2调查了多动性(不能保持安静状态的程度)儿童的问题行为和父母养育态度之间的关系。就结论而言,多动性受遗传影响很大。并且,如果存在或大或小的多动性问题,就会使周围的环境产生变化,这种环境会使父母的养育态度变差,进而引发儿童的问题行为。也就是说,该研究结果反映了一个遗传与环境相互作用的例子。具体而言,便是多动性这种遗传因素改变了环境,而这种环境又会引发人的某种行为。

为什么同卵双胞胎也会存在差异？

同卵双胞胎具有的遗传信息完全相同,在遗传学上可以看作是同一个人。但是,近年来生物学的研究已经逐渐阐明,基于遗传基因的作用机制,同卵双胞胎也可能存在差异。

DNA(脱氧核糖核酸)具有双螺旋结构(如图),它也被称为“生命的蓝图”。

这种双螺旋结构由被称为“碱基”的物质通过互补配对连接而成。这些碱基的排列方式(碱基序列)就是所谓的遗传信息,能让人产生各种不同的特征。同卵双胞胎DNA的碱基排列顺序完全一致,因此,在遗传上可以视为同一个人。

但是,一部分碱基有时会与被称为“甲基的物质结合。这种结合称为“DNA甲基化”甲基化的这一部分遗传信息会被“封印”。也就是说,即使是同卵双胞胎,他们碱基甲基化的位置天生就有所不同,而且随着成长还会发生变化。

另外,环境正是引起碱基甲基化的原因之一。饮食和运动等生活习惯,会使DNA发生甲基化等改变。由此可见,环境改变了基因的工作方式,双胞胎也由此相应地产生了不同的特征。

行为遗传学给我们带来了什么？

我们常将遗传的影响理解为“终生不变之物”或“父母给予子女的宿命”这种令人难以评价的事物。与此相对,很多人对于环境的影响,又抱有“这是能够改变命运的途径”或“它能够使自身摆脱命运束缚,解放自我走向自由”的印象。日本庆应义塾大学利用双生子研究专攻行为遗传学的安藤寿康教授这样说道:“正是这样的想法促使我们相信有关于内心和行为的个性是由周围环境所决定的。但是,我们的研究发现,这种想法并不正确。”

行为遗传学为我们揭示了三件重要的事实。

第一,人类所有的特征都受到遗传的影响。遗传对智力、性格、才能、收入、疾病等各种方面都有影响。即使是在同样的环境下长大,受到遗传的影响,不同个体也一定会产生差异。

第二,人类的特征不仅受遗传的影响,也有环境的影响。即使基因完全相同,在家庭、学校、单位等环境的作用下,不同个体也会逐渐表现出独有的特性。

第三,遗传和环境也会互相影响。所以说遗传和环境对于人类个性的产生都十分重要,而非可以简单地说其中某一个占据主导地位。

当人们在考虑教育方式等问题时,应该同时将遗传和环境的影响纳入考量范围。希望大家能够正确理解行为遗传学,将其运用于创造更加美好的社会。——安藤教授