Психогенетика_СГУ_1

возможное число генотипов равно 10 миллиардам. Число уника льных генов у человека примерно 50–100 тысяч, что определяет астрономическое число возможных генотипов.

Генотип имеет свойство обеспечивать в определенных пред елах изменчивость онтогенеза в зависимости от меняющихся усл овий среды, которое называется нормой реакции генотипа. Модификационнная изменчивость колеблется в пределах наследственной норм ы реакции данного генотипа и представляет собой приспособление к о кружающей среде.

3. МЕТОДЫ ПСИХОГЕНЕТИКИ

При изучении психических свойств, как и других признаков человека, разработаны и используются методы, которые позв оляют компенсировать трудности анализа признака из-за малого ч исла детей в большинстве семей, невозможности наблюдения более чем за 1–3 поколениями вследствие длительности смены поколения (25– 30 лет). Кроме того, большое число хромосом уменьшает возможность локализации отдельных генов на хромосомах, и на проявлени е признака влияет множество факторов среды.

При изучении наследования психических свойств человека используются методические подходы различных дисциплин. Генетическими такие работы делает специальная организа ция исследования и, в первую очередь, обследование родственни ков. В общем случае можно выделить следующие этапы проведения генетического исследования: планирование исследования, сбор необходимой информации о членах семьи на основе обследов ания родственников разными специалистами, анализ данных, гене тическая интерпретация полученных результатов, научно-практичес кие выводы и рекомендации.

Современное изучение наследственности психических свой ств, а также роли средовых факторов в проявлении психических ха рактеристик основано на комплексном применении различных методов ге нетики человека. Традиционно выделяют следующие методы, использ уемые в психогенетике: близнецовый, генеалогический, популяцион ный. В настоящее время используется также биохимический, молек улярногенетический, цитогенетический, моделирование на животн ых. Такое выделение методов включает в себя разделение по объекту исследования (близнецы, семьи, популяции) и методикам иссл едования (биохимические, молекулярно-генетические, цитогенетичес кие и т.д.). По-видимому, более обоснованным является выделение метод ов по объекту исследования, поскольку при изучении родственни ков могут использоваться самые различные методики обследования, н апример, психологические тесты, электроэнцефалография, компьюте рная томография, анализ ДНК и т.д.

Современные психогенетические исследования характериз уются

Современный Гуманитарный Университет

31

комплексным подходом к изучению наследственности психи ческих свойств, при котором разноуровневое, мультидисциплинарн ое обследование позволяет приблизиться к пониманию причин носледственных взаимосвязей при реализации наследственны х факторов

âформировании определенных психических свойств.

3.1.Близнецовый метод и его разновидности

Исследование близнецов, то есть детей, родившихся в резул ьтате одной беременности, является одним из наиболее используе мых методов в психогенетике, начиная с публикации в 1875 г. работы Ф. Гальтона. В большинстве европейских стран примерно 1,1 – 1,2 % в сех родов являются близнецовыми, хотя в некоторых районах Афр ики – частота больше 2%, а в Японии примерно 0,5%. В основном рождаютс я двойни. Тройни рождаются 1 раз на 10–15 тысяч родов, четверня – 1 раз на 100–200 тысяч родов, пятерня – 1 раз на 50 миллионов родов, а шестерня рождается 1 раз на 5 миллиардов родов.

Близнецы бывают двух типов. Монозиготные (МЗ) или однояйцевые близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), которая один или более раз разделилас ь; они генетически идентичны, то есть имеют 100% общих генов. Причин ы развития монозиготных близнецов в общем случае неизвест ны. Все различия между ними объясняются влиянием среды в процесс е развития. Рождение монозиготных близнецов интересно так же тем, что они представляют собой пример бесполого размножения.

Дизиготные (ДЗ) или разнояйцевые близнецы развиваются из разных яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматоз оидами, они имеют 50% общих генов. В генетическом смысле соответству ют обычным братьям-сестрам или сибсам, как их принято называ ть в генетике. Однако близнецы отличаются обычных сибсов влиянием на них общих факторов среды как во время беременности, так и п осле рождения. Считается, что на появление нескольких яйцеклет ок, способных к оплодотворению, влияют такие факторы, как воз раст матери, лечение гонадотропными гормонами, наследственно е предрасположение к рождению близнецов.

Диагностика зиготности близнецов является необходимым условием близнецового исследования. Диагностика зиготн ости включает в себя ряд таких процедур, как знание о числе околоплодных оболочек, сравнение близнецов методом полисимптоматического сход ства по данным о внешнем морфологическом сходстве и различным мо ногенным маркерам, таким как группы крови или генотипирование обра зцов ДНК. В случае дизиготных близнецов обычно развиваются две отд ельные плаценты, связывающие зародыши с матерью, и каждый зароды ш обернут двумя оболочками, из которых внутренняя называет ся амнион, а внешняя – хорион. Таким образом, у дизиготных близнецов и меются две плаценты и две оболочки. У монозиготных близнецов вар ианты могут

Современный Гуманитарный Университет

32

быть различными. Встречаются близнецы, у которых бывают о тдельные плаценты и отдельные хорионы, и близнецы, у которых имеетс я один хорион. Считается, что наличие одного хориона указывает н а то, что близнецы являются монозиготными. Следует иметь в виду, чт о диагноз зиготности основан на различиях. Если обнаружено различи е по маркерам между близнецами, то этих близнецов считают дизи готными. Диагноз монозиготности является вероятностным и чем бол ьше использовано маркеров для диагностики, тем диагноз надеж нее.

Близнецовый метод основан на сравнении психических свой ств или других признаков человека в разных группах близнецов . Основы близнецового метода были сформулированы Г. Сименсом в 1924 г . Методически применение близнецового метода состоит из с ледующих этапов: составление выборки, определение зиготности близ нецов, сопоставление монозиготных и дизиготных близнецов. Обыч ные требования к выборке близнецов заключаются в том, чтобы в ыборка являлась репрезентативной, в том числе по соотношению мон озиготных и дизиготных близнецов и половозрастному распределению .

Интерес генетиков к близнецам обусловлен тем, что посколь ку монозиготные близнецы имеют одинаковые генотипы, то всяк ое различие между ними объясняется влиянием внутриутробно го развития либо окружающей среды после рождения. В то же время сходст во между дизиготными близнецами объясняется как наличием общих г енов, полученных ими от родителей, так и влиянием среды, которое может завышать их сходство. Поэтому близнецовый метод основан н а сопоставлении двух типов близнецов. Если оба близнеца схо дны по изучаемому признаку, то такие близнецы называются конкор дантными, а если они различаются, то дискордантными. Частота конкор дантных и дискордантных пар в группах монозиготных и дизиготных бл изнецов используется для оценки соотносительного вклада наслед ственности и среды в проявлении изучаемого признака.

Имеются следующие основные разновидности близнецового метода: классический близнецовый метод, метод разлученны х близнецов, метод близнецовых семей, метод контрольного бл изнеца, метод близнецовой пары.

Близнецовый метод в его классическом варианте рассмотре н выше. Можно добавить, что имеются допущения, которые принимаютс я в близнецовом методе. Это предположение о равенстве среды к ак в парах монозиготных, так и в парах дизиготных близнецов. Второе предположение связано с тем, что нет систематических разл ичий между близнецами и одиночно рожденными.

Метод разлученных близнецов состоит в том, что оцениваетс я внутрипарное сходство по изучаемому признаку у близнецо в, разлученных после рождения и выросших в разных для каждого из близнец ов условиях среды. В случае монозиготных близнецов, если два генетиче ски одинаковых человека растут в разных условиях среды, то сх одство между ними может быть объяснено только влиянием одинаковых ген ов.

Современный Гуманитарный Университет

33

Метод семей монозиготных близнецов состоит в том, что сопоставляются дети в семьях, где матери или отцы являютс я монозиготными близнецами. Этот вариант близнецового мет ода используется для оценки материнского эффекта и явления ассортативности браков.

Метод контрольного близнеца основан на том, что МЗ близне цы имеют одинаковые гены, в обычных условиях общую среду, и по этому являются контролем по отношению друг у другу. Если МЗ близ нецов разделить на две группы, в каждую из которых включен один и з партнеров близнецовой пары, то воздействуя на одну группу , можно по различию между двумя группами оценить эффективность так ого воздействия. Такая работа проводилась для того, чтобы оце нить эффективность двигательного и речевого обучения, эффект ивность разных методик обучения чтению.

Метод близнецовой пары используется для изучения процес сов индивидуализации, влияния различных факторов среды на формирование тех или иных психологических черт. Вторая за дача связана с проверкой валидности близнецового метода, возм ожности его использования для изучения общих закономерностей.

3.2.Генеалогический метод и метод приемных детей

Âпсихогенетике начало применения генеалогического мет ода (метода родословных) связано с работой Ф. Гальтона “Наслед ственный гений: его законы и последствия” (1869 г.). В родословных прослеживается проявление психических свойств с указан ием родственных связей между членами родословной. Этот метод используется для установления типа наследования призна ка, определения местоположения генов на хромосомах, оценки вероятности проявления психических свойств в семьях. В генеалогическом методе можно выделить этап составления родословных и использование генеалогических данных для генетического анализа.

Составление родословной начинают с индивида, который был обследован первым - его называют пробандом. Обычно это бывает индивид, у которого есть проявления изучаемого признака, но это необязательно. Родословная сопровождается краткой запи сью о каждом члене родословной и указанием его родства по отнош ению к пробанду. Для наглядности родословную представляют граф ически, используя для этого стандартные символы. Поколения обозн ачают римскими цифрами сверху вниз и ставят их слева от родосло вной. Арабскими цифрами обозначают индивидов одного поколени я последовательно слева направо, при этом братья и сестры располагаются в порядке даты их рождения. Все члены родос ловной одного поколения располагаются строго в один ряд и имеют свой шифр, например, II-3.

Современный Гуманитарный Университет

34

По данным о проявлении изучаемого психического свойства у членов родословной с помощью специальных методов генети коматематического анализа решается задача установления наследственного характера признака. Если установлено, чт о изучаемый признак имеет генетическую природу, то на следующем этапе решается задача установления типа наследования. Следует обратить внимание на то, что тип наследования устанавливается на группе род ословных.

Частным случаем генеалогического метода является метод приемных детей. Этот подход позволяет достаточно четко оп ределить влияние как генетических, так и средовых факторов на изучаемый признак. Первая работа с использованием метода приемных д етей была опубликована в 1924 г. По полной схеме изучаются дети, максима льно рано отданные на воспитание приемным родителям, их биолог ические и приемные родители. Сходство таких детей с их биологичес кими родителями обусловлено влиянием общих генов, а сходство с приемными родителями объясняется наличием общей среды. Э тот метод имеет более сложные схемы изучения, которые включают в се бя оценку сходства нескольких приемных детей в одной семье, сходств о между собой разлученных сибсов, сходство между родственниками в пределах обычных семей. Сопоставление между собой таких групп, как биологическая мать – приемный ребенок и биологических от ец – приемный ребенок, позволяет оценить влияние внутриутроб ных факторов на формирование признака.

3.3. Популяционный метод

Законы распространения генов среди населения изучает популяционная генетика. Для ряда генетических методов, с помощью которых анализируется наследование психических свойств в семьях, необходимо сопоставление с распределением таких свойст в в популяции. Под популяцией понимается совокупность индивидов одного вида, длительное время проживающих на определенно й территории и имеющих общий генофонд.

Важным моментом является то, что изучаются группы населен ия с учетом таких факторов, как природно-климатические, эконом ические, социальные и другие условия жизни. Генетическая характер истика популяций позволяет установить генофонд популяции, факт оры и закономерности, обусловливающие сохранение генофонда и ли его изменение в поколениях. Изучение особенностей распростр анения психических свойств в разных популяциях дает возможност ь прогнозировать распространенность этих свойств в после дующих поколениях. Генетическая характеристика популяции начи нается с оценки распространенности изучаемого свойства или приз нака среди населения. По данным о распространенности признака опред еляются частоты генов и соответствующих генотипов в популяции.

Современный Гуманитарный Университет

35

3.4. Закон Харди-Вайнберга

Зависимости между частотами аллелей и частотами генотип ов в поколениях впервые были описаны в 1908 г. независимо друг от д руга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнб ергом. Этот закон определяет взаимоотношения между частотами а ллелей в исходной популяции и частотами генотипов в следующем пок олении. Если в популяции частоты аллелей и генотипов соответству ют теоретически ожидаемым на основании закона Харди-Вайнбе рга, то это означает, что популяция находится в состоянии равновесия , по ХардиВайнбергу, и это равновесие сохраняется в ряде поколений.

Математическое выражение этого закона имеет следующий в ид. Например, для гена А с аллелями А1 и А2 с частотой p и q соответственно сумма частот равна 1.

p(A1) + q(A2) = 1

Поскольку генотип ребенка определяется генотипом отца и матери, то частоты генотипов детей равны квадрату частот аллелей в популяции.

[p(A1) + q(A2)]2 = p2(A1A1) + 2pq(A1A2) + q2(A2A2)

Отсюда следует, что генотипА1А1 встречается с частотойp2, генотип А2А2 с частотой q2, гетерозиготыА1А2 встречаются с частотой2pq. Таким образом, по данным о частоте аллелей можно определить час тоты генотипов, и, наоборот, зная частоту генотипов, – вычислить частоты аллелей.

Закон Харди-Вайнберга описывает популяцию в состоянии по коя. Однако гены в популяции находятся под воздействием проце ссов, которые изменяют частоты генов. Закон Харди-Вайнберга зад ает точку отсчета, по отношению к которой рассматриваются изменени я, вызванные эволюционными процессами. Факторами, влияющим и на изменение частот аллелей в популяции, являются мутации, м играции, дрейф генов, отбор.

Мутации служат основным источником генетической изменч ивости, но их частота мала. Для того, чтобы мутации привели к значит ельному изменению частот аллелей потребуется очень много времен и. Миграцией называется перемещение индивидов из одной поп уляции в другую с последующим образованием брачных связей между мигрантами и членами исходной популяции. Миграция ведет к изменению генетического состава популяции, обусловленн ого поступлением новых генов.

Вследствие ограниченного числа индивидов, образующих популяцию, возможны случайные изменения частот генов, кот орые называются дрейфом генов. В ряду поколений, если не действуют другие факторы, дрейф генов может привести к фиксации одн ого аллеля

Современный Гуманитарный Университет

36

и исчезновению другого. Естественным отбором называется процесс избирательного воспроизводства потомства генетически р азными индивидами в популяции. Дифференциальное воспроизводст во может быть связано с действием разных факторов, среди которых в ыделяют плодовитость, смертность, оплодотворяемость, успешность спаривания, продолжительность репродуктивного периода, выживаемост ь потомства.

Важное значение имеет знание генетических механизмов, ле жащих

âоснове того, что естественный отбор поддерживает альтру изм. В теории известно, что в основе эволюции лежит изменение частот ал лелей. Причем увеличение частоты определенного аллеля происхо дит только

âтом случае, если это ведет к увеличению приспособленнос ти его носителей. Общая приспособленность пропорциональна про изведению жизнеспособности на показатель репродуктивности и оцен ивается числом оставляемых потомков. Если рассматривать родител ьский альтруизм, то известно, что родители, рискуя собой, защищаю т свое потомство. Это означает, что естественный отбор поддержив ает те гены альтруистического поведения, которые повышают вероятно сть преждевременной гибели, и, таким образом, снижают вероятн ость передачи их другому поколению. Рассмотрим условия, при ко торых такие аллели повышают репродуктивность носителей аллелей аль труизма.

Пусть имеется группа индивидов, которые несут аллель А, увеличивающий альтруизм. Примем, что альтруистические по ступки снижают приспособленность этих индивидов на величину В и увеличивают приспособленность реципиента на величину С. Показано, что увеличение частоты аллеля А в ряду поколений зависит от коэффициента родства (Р) между донором (кто совершает альтруистический поступок) и реципиентом (кто используе т этот поступок). Если Р больше В/С, то альтруистические действия приводят к увеличению частоты аллеля А.

Эти расчеты показывают, что эволюция таких важных форм поведения, как альтруизм и сотрудничество, может происход ит на основе внутрипопуляционного разделения на группы, различающие ся по степени генетического родства. Можно считать, что эволюци я различных форм поведения происходит согласно универсальным эволю ционным механизмам путем естественного отбора и закрепления в ге нофонде популяций поведенческих реакций, повышающих их приспособленность.

3.5.Моделирование на животных

Âсвязи с тем, что у человека имеются гены, которые сходны с генами других млекопитающих, а также многие механизмы деятельно сти мозга у человека и животных одинаковы, то ряд генетических экспер иментов проводится на животных. При этом эксперимент проводится т аким образом, чтобы закономерности генетики поведения животных могли объяснить генетические механизмы отдельных аспектов поведения че ловека.

Современный Гуманитарный Университет

37

Например, при изучении генетических причин алкоголизма б ыли получены генетически различающиеся группы (линии) мышей . Животные из одной линии генотипически очень сходны, поскольку их п олучают с помощью близкородственного скрещивания. Таким способом были получены линии мышей, которые различались по предпочтени ю алкоголя. Мыши одних линий избегали алкоголя, а другие предпочитали до 75% жидкости получать в виде 10% раствора алкоголя. Сравнение ко нтрастных линий показало, что они различаются по метаболизму алкого ля и в физиологических реакциях мозга на алкоголь. Эти результа ты были учтены при изучении близнецов. Было подтверждено, что некоторые особенности метаболизма и характер чувствительности нервной систем ы к алкоголю являются генетически обусловленными, и это определяет ра зличия между людьми по склонности к употреблению алкоголя.

Аналогичные подходы были использованы при изучении гене тической обусловленности способности к обучению. Также были получ ены линии мышей, которые различались по скорости выработки условно й реакции избегать неприятных раздражителей. В других исследовани ях изучалось влияние генетических факторов на скорость обучения поис ка крысами кормушки в лабиринте. Были получены линии “умных” и “глуп ых” животных. Затем исследования были проведены таким образом, чтобы оц енить влияния среды в разных линиях крыс на скорость обучения. Было пока зано, что лишение в раннем возрасте факторов среды, которые способс твуют развитию исследовательской деятельности, плохо сказыва лось на животных всех групп, а развитие в условиях сенсорно-обогащенной ср еды благоприятно сказывалось также на всех животных. Межлине йные различия выявлялись у крыс, которые развивались в обычных условиях . Этот эксперимент указывает на возможность развивающего обуч ения у лиц, которые генетически мало к этому склонны. Однако надо учи тывать, что эффекты среды могут повлиять только в рамках нормы реакци и генотипа.

Таким образом, некоторые экспериментальные исследовани я на животных позволяют формулировать и проверять генетичес кие гипотезы относительно человека.

4. ГЕНЕТИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИЗМЕНЧИВОСТИ

Поскольку психогенетика изучает наследственность и изм енчивость поведенческих признаков и психологических функций в поп уляциях, то существенной частью психогенетических исследований является изучение межиндивидуальных различий.

4.1. Изменчивость признаков

Как уже говорилось ранее, изменчивость отражает различия форм существования индивидов. При описании межиндивидуальны х различий в психогенетике используются наборы признаков, характер изующие те

Современный Гуманитарный Университет

38

или иные психические свойства. Эти признаки принято делит ь на группы в зависимости от того, каким образом измеряются межиндиви дуальные различия. Если изменение проявления признака выражается в том, что либо это проявление есть, либо нет, то этот признак характе ризует качество и его называют альтернативным или качественным .

У человека имеется ряд свойств, которые показывают на пря мое соответствие между признаком и геном. Например, имеется о днозначное соответствие между группами крови и аллелями гена. Измере ние таких признаков, то есть приписывание числа проявлениям призна ка, обычно происходит путем обозначения 1 случая, когда имеется изуч аемое качество, и 0 обозначается отсутствие такого качества.

Большинство признаков человека является результатом взаимодействия генов и факторов среды, что приводит к поя влению непрерывного спектра межиндивидуальных различий. В этих случаях либо проводится измерение с помощью специальных инструм ентов, что позволяет иметь непрерывную шкалу для определения межиндивидуальных различий, либо проявление признака оц енивается по степени выраженности с помощью баллов. Такие измерения характеризуют количество выраженности признаков и их на зывают количественными признаками.

4.2. Дисперсия – статистическая мера изменчивости

При описании популяционного распределения признака обы чно используются меры центральной тенденции и меры изменчив ости. Меры центральной тенденции показывают наиболее типичные зна чения

признака. Наиболее часто используется среднее арифметич еское X( ).

X = Σ Xi /N,

ãäå Xi – индивидуальное значение, N – число индивидов.

Меры изменчивости показывают как индивидуальные значен ия признака отличаются от типичного. Статистическая величи на, используемая для характеристики изменчивости признака в популяции, - дисперсия. В психогенетике ее часто называют вариансой (V). Этот показатель оценивает среднюю величину квадрата отклоне ний индивидуальных значений от средней величины.

V= Σ (Xi – X )2/(N-1)

4.3.Фенотипическая, генетическая и средовая

дисперсии

Наблюдаемые значения признака у индивидов являются характеристиками фенотипа. Поэтому дисперсию, вычисленн ую по значениям признака в группе лиц, принято называть фенотипической дисперсией (VP). Когда изменчивость признака обусловлена не только

Современный Гуманитарный Университет

39

ошибками измерения, то возникает вопрос о причинных факто рах межиндивидуальных различий в степени выраженности приз нака. Можно предположить, что фенотипическое значение признак а у каждого индивида является результатом влияния генотипа и тех усл овий среды, в которых происходило развитие индивида. Это можно записа ть следующим образом:

P = G + E,

где P – фенотипическое значение, G – значение признака, обусловленное влиянием генотипа, E – значение признака, обусловленное влиянием среды.

Для отдельного индивида с фенотипическим значением Pi можно записать его отклонение от среднего значения в популяции p(i) â âèäå:

pi = gi +ei

ãäå gi – отклонение от средней величины генотипического значения, ei – отклонение от средней величины, обусловленное факторами среды. Можно записать:

VP = Σ(pi)2/(N-1) = Σ(gi + ei)2/(N-1) = [Σgi2 + Σei2 + 2 Σ(giei)]/(N-1)

Из этой формулы следует, что в фенотипической дисперсии признака выделяются две составляющие. Одна представляет собой генетическую дисперсию, обусловленную влиянием генетических факторов (VG), вторая является средовой дисперсией, обусловленной влиянием факторов среды (VE).

Третье слагаемое Σ(giei)/(N-1) = 0, поскольку отклонения ei имеют случайный характер, то сумма положительных значений giei ожидается примерно равной сумме отрицательных значений. В конечном результате формула фенотипической дисперсии имеет следующий вид:

VP = VG + VE

4.4. Коэффициент наследуемости

Генетические модели, основанные на показателе изменчиво сти признака, не позволяют определить конкретные гены или опр еделить вклад отдельных генов в изменчивость признака. Эти модели решают задачу определения общего вклада генотипа и среды в попул яционную изменчивость признака. При этом возможно выделение отдел ьных эффектов генотипа и среды в межиндивидуальные различия п о признаку. Влияние генетических факторов можно разделить на два основных типа – линейные и нелинейные эффекты.

Линейные эффекты представляют собой суммарный эффект отдельных аллелей, и эта составляющая генетической диспе рсии

Современный Гуманитарный Университет

40