学习好不好要看和老师基因合不合？鸟儿需要（基）因材施教

来源：学术经纬

鸟类学习鸣唱的能力不单单取决于基因，还要看它们与“音乐老师”的遗传构成是否能良好地匹配。这项发现揭示了基因-环境交互作用是如何影响学习的。

有些人生来天赋异禀，而另一些人则注定庸碌无为，像这样的想法在我们的文化里根深蒂固。然而基因对学习的影响并没有那么简单。在期刊eLife上，Mets和Brainard1描述了强化鸣禽学习的方式：调整“教育方针”以使其与个体的遗传倾向相匹配。他们的研究表明，在学习上，并没有绝对“高质量”或“低质量”的基因集合。相反，对于具体的学习环境，总有适合或不适合的基因集合。

多基因评分是在考虑个体全部基因的情况下，对其表现出特定性状的倾向的一种估计。有人认为这个分数可以用来对婴儿患上像精神分裂症这样的复杂疾病的遗传潜势进行评估2。另外，它也被用于评估学业是否有成：一个群体中的不同个体将会接受教育的年数存在不同，多基因评分目前可以解释大约13%的差异3。

但是，要用基因组分析去指导具体的教育投资，或者预测哪些儿童将会受益最多，距离这些我们还有很长的路要走。由于我们无法通过实验手段同时控制基因与环境，要在人类当中解决这类问题是极其困难的。

不过，遗传和学习间的交互作用并不是人类所独有的。处于成长阶段的鸣禽会通过模仿成鸟的鸣唱来打造自己的“音乐库”。学习对鸟、对人来说都一样是一种社会性和文化性的过程。和人类的口语一样，鸟类世代之间的发声学习也会产生鸣唱的“方言”，即地方性文化。因为没有学会当地方言的个体不太可能找到配偶，正确的学习对于鸟类而言就显得至关重要了4。

研究者已经建立了可以让他们同时控制鸣禽幼体的遗传构成和学习环境的实验系统。这个系统让我们了解了这两个因素之间是如何互相作用的。比如有实验结果显示，在鸟远离父母，并在成长过程中接受鸣声回放“教育”的情况下，它们的鸣唱速度受遗传因素的影响很大5。反之，如果幼鸟是被一位积极教导它的成鸟“辅导员”带大的，那么遗传对鸣唱速度的影响就要小得多6。由此，我们可以勾勒出一幅遗传学与学习经历相互影响的图景。

为了明确这种交互作用的更多细节，Met和Brainard对一群学习鸣唱能力不同的名为“十姊妹”的雀鸟（Lonchura striata domestica，白腰文鸟驯养或杂交后诞生的种类）进行了实验。他们首先研究了这些鸟在接受亲鸟教导的时候学习鸣唱的情况，并将结果与那些在孵化前被“挪窝”的鸟的情况作比较。他们发现，由雄性亲鸟教导的鸟通常比被“收养”的鸟学得更好，这表明在学习上，遗传倾向的匹配是鸟类培养鸣唱能力的关键。

Mets和Brainard还发现，如果那些交叉抚育的雀鸟和“养父母”的鸣唱速度接近，那它们也可以学得很好。该结果说明基因和学习经历之间的交互作用可以解释大部分学习结果上的差异。有些鸟似乎在遗传上倾向于学习唱“慢歌”，而另一些鸟则相反。给前者分配一位唱“快歌”的老师不会给它带来任何益处，反之亦然（见图一）。

图一 | 遗传因素与教学风格如何互相作用。Mets和Brainard1的研究显示，鸣禽的学习能力取决于其相关的遗传倾向是否与它“导师”的相匹配。遗传倾向于快速鸣唱（以红色部分开始的DNA）的鸟在向同样唱“快歌”的鸟学习时效果最好，而唱“慢歌”（图中没有标出）的鸟最好向倾向慢速鸣唱的鸟学习。如果老师和学生的决定鸣唱速度的基因集合不匹配，将会导致后者唱得一团糟。

为了排除研究结果有可能反映的是雄性亲鸟对亲生骨肉和收养的“学徒”区别对待，Mets和Brainard使用基于计算机的教学系统再次进行了实验。

和先前的结果一样，当所有的鸟都被教唱同一支合成的曲子的时候，它们在学习倾向上显示出很强的遗传差异。Mets和Brainard还证明，一些鸟在遗传上倾向于学习与合成曲相似速度的鸣唱，它们要比那些喜欢更快或更慢速度的鸟学得好很多。改变鸣唱的速度，使之与鸣禽个体“生父”的相匹配，就可以让它学得更好。

有人可能会认为最“才华横溢”的鸟能够学习任何速度的鸣唱，而其它鸟则只能在慢慢教的时候才能学好。但Mets和Brainard的研究结果显示情况并非如此。最让人印象深刻的一点是，遗传上倾向于唱“慢歌”的鸟本质上不是“差生”。事实上，只要教学速度与它们“合拍”，这些鸟通常比倾向于快速鸣唱的鸟学得更好。

这项研究还意味着如果我们能够判明将人类的遗传倾向与教学风格相匹配的方法，就有可能强化儿童的学习。对人类的一些观察结果也的确表明，在教育方面，儿童和母亲的多基因评分之间存在交互作用7：比起只有一方分数高的情况，与更高的教育成就有关的是双方得分都高的情况。当然，在一些极端的例子里，无论与谁匹配，有些人（鸟）可能天生就学不好。

当今世界的竞争异常激烈，当个小孩也并不是件容易事。Mets和Brainard的研究让我们看到了这样一种可能性：教学节奏与个体遗传之间哪怕只有轻度的不匹配，也会对学习造成妨碍。

当然，我们目前还没有好的手段去探索人类基因与环境间的交互是如何影响学习的8，9。但至关重要的是，我们要确保关于学习方面的人类遗传学研究要充分考虑到各种细节，还要认识到环境的作用是巨大的——包括认识到儿童有可能处在不适合他们基因的学习环境当中。

参考文献：

1.Mets, D. G. & Brainard, M. S. eLife 8, e47216 (2019).

2.Richardson, T. G., Harrison, S., Hemani, G. & Smith, G. D. eLife 8, e43657 (2019).

3.Lee, J. J. et al. Nature Genet. 50, 1112–1121 (2018).

4.Baker, M. C. Behav. Ecol. Sociobiol. 12, 309–315 (1983).

5.Mets, D. G. & Brainard, M. S. Proc. Natl Acad. Sci. USA 115, 421–426 (2018).

6.Chen, Y., Matheson, L. E. & Sakata, J. T. Proc. Natl Acad. Sci. USA 113, 6641–6646 (2016).

7.Conley, D. W. et al. Sociol. Sci. 2, 82–105 (2015).

8.Conley, D. et al. PLoS ONE 13, e0194541 (2018).

9.Young, A. I., Wauthier, F. L. & Donnelly, P. Nature Genet. 50, 1608–1614 (2018).