Мы узнали, какие гены передаются детям от папы, а какие — от мамы. Психогенетика: как гены влияют на интеллект, характер и психическое здоровье

Генетика - наука не только интересная, но ещё и удобная. Исследования ученых доказали, что очень многое в нас от нас не зависит, а досталось в наследство. Гены, ничего не поделаешь.

Доминант и рецессив

Не секрет, что наша внешность складывается из ряда признаков, которые определяются наследственностью. Можно говорить о цвете кожи, волос, глаз, росте, телосложении и так далее.

Большинство генов имеют две или более вариаций, называемых аллелями. Они могут быть доминантными и рецссивными.

Полное доминирование одной аллели наблюдается крайне редко, в том числе и по причине косвенного воздействия других генов. Также на внешний вид малыша влияет множественный аллелизм, наблюдаемый у ряда генов.
Поэтому ученые говорят только о более высокой вероятности появления у детей внешних признаков, вызванных доминантными аллелями родителей, но не более того.

Например, темный цвет волос является доминирующим над светлым. Если оба родителя имеют черные или русые волосы, то и ребенок будет темноволосый.

Исключения возможны в редких случаях, если в роду со стороны обоих родителей были, например, блондины. Если же оба родителя являются обладателями светлых волос, то вероятность, что малыш будут брюнетом, возрастает. Вьющиеся волосы с большей вероятностью передадутся по наследству, потому что они являются доминирующими. Что касается цвета глаз, то сильными являются также темные цвета: черные, карие, темно зеленые.

Такие особенности внешности, как ямочки на щеках либо подбородке доминируют. В союзе, где хотя бы у одного партнера есть ямочки, они, скорее всего, передадутся младшему поколению. Практически все ярко выделяющиеся особенности внешности являются сильными. Это может быть большой, длинный нос или горбинка на нем, оттопыренные уши, густые брови, пухлые губы.

Будет ли девочка послушной?

Станет ли дочка опрятной девочкой, обожающей куклы, или будет расти, как мальчишка, играя в «казаков-разбойников», во многом определяется материнским инстинктом, который, как выяснилось, зависит от двух генов.

Исследования, проводимые организацией Human Genom Organisation (HUGO), шокировали научное сообщество, когда представили доказательства, что инстинкт материнства передается исключительно по мужской линии. Именно поэтому ученые утверждают, что по поведенческой модели девочки с большей долей вероятности будут похожи на бабушек по отцу, чем на родных матерей.

Наследуемая агрессивность

Российским ученым в проекте Геном Человека ставилась задача определить, являются ли агрессивность, раздражительность, активность и общительность – генетически наследуемыми признаками, или формируются в процессе воспитания. Изучалось поведение детей-близнецов в возрасте от 7 до 12 месяцев и их генетическая связь с типом поведения родителей.

Выяснилось, что три первые черты темперамента имеют наследственную природу, а вот общительность на 90% формируется в общественной среде. Например, если кто-то из родителей склонен к агрессии, то с вероятностью 94% это же повторится в малыше.

Высокогорные гены

Генетикой можно объяснить не только внешние признаки, но даже и национальные особенности разных народов. Так, в геноме шерпов есть аллель гена EPAS1, который увеличивает присутствие гемоглобина в крови, что объясняет их приспособленность к жизни в высокогорных условиях. Этой адаптации нет больше ни у одного народа, но точно такой же аллель найден в геноме денисовцев - людей, не относящихся ни к неандертальцам, ни к виду Homo Sapiens. Вероятно, много тысячелетий назад денисовцы скрещивались с общими предками китайцев и шерпов. Впоследствии китайцы, живущие на равнинах, данный аллель утратили за ненадобностью, а у шерпов он сохранился.

Гены, сера и пот

Гены отвечают даже за то, как сильно человек потеет, и какая у него ушная сера. Существует две версии гена ABCC11, распространённых в человеческой популяции. У тех из нас, кто владеет хотя бы одной из двух копий доминантной версии гена, выделяется жидкая ушная сера, а у обладателей двух копий рецессивного варианта ушная сера твёрдая. Также ген ABCC11 отвечает за выработку протеинов, которые выводят пот из пор в подмышках. У людей с твёрдой ушной серой такой пот не выделяется, поэтому у них нет проблем с запахом и необходимости постоянно пользоваться дезодорантом.

Ген сна

Сон обычного человека составляет 7-8 часов в сутки, однако при наличии мутации в гене hDEC2, регулирующем цикл сон-бодрствование, необходимость во сне может сокращаться до 4 часов. Носители этой мутации за счёт дополнительного времени часто добиваются большего в жизни и карьере.

Ген речи

Ген FOXP2 играет у человека важную роль в формировании речевого аппарата. Когда это выяснилось, генетиками был проведен эксперимент по внедрению гена FOXP2 шимпанзе, в надежде, что обезьяна заговорит. Но ничего подобного не произошло – зона, отвечающая у человека за функции речи, у шимпанзе регулирует вестибулярный аппарат. Умение лазить по деревьям в ходе эволюции для обезьяны оказалось куда важнее, чем развитие навыков речевого общения.

Ген счастья

Вот уже все последнее десятилетие генетика бьется над доказательством, что для счастливой жизни нужны соответствующие гены, а точнее, так называемый ген 5-HTTLPR, который отвечает за транспортировку серотонина («гормона счастья»).

В прошлом столетии эта теория считалась бы безумной, но сегодня, когда уже открыты гены, отвечающие за облысение, долголетие или влюбленность, ничего уже не кажется невозможным.

Чтобы доказать свою гипотезу, ученые Лондонской медицинской школы и школы экономики опросили несколько тысяч человек. По итогам, волонтеры, у которых было две копии гена счастья от обоих родителей, оказались оптимистами и не склонными к какой-либо депрессии людьми. Результаты исследования были опубликованы Ян-Эммануэлем де Неве в журнале Journal of Human Genetics. При этом ученый подчеркнул, что вскоре могут быть найдены и другие «счастливые гены».

Тем не менее, если у вас, по каким-то причинам, долгое время держится плохое настроение, не стоит слишком уповать на свой организм и винить матушку-природу, в том, что она «обделила счастьем». Ученые утверждают – человеческое счастье зависит от многих фактором: «Если вам не везет, вы потеряли работу или, расстались с близкими, то это будет гораздо более сильный источник несчастья, независимо от того какое количество каких генов у вас есть», - заявил де Неве.

Гены и болезни

Гены влияют и на то, к каким болезням у человека может быть склонность. Всего на сегодняшний день описано около 3500 , и для половины из них установлен конкретный виновный ген, известно его строение, типы нарушений и мутации.

Долголетие

Ген долголетия обнаружили учёные из Медицинской школы Гарварда в Массачусетсе ещё в 2001 году. Ген долголетия - это фактически последовательность из 10 генов, которая может хранить в себе секрет долгой жизни.

При реализации проекта были изучены гены 137 100-летних людей, их братьев и сестёр в возрасте от 91 до 109 лет. У всех испытуемых нашли «хромосому 4», и учёные считают, что именно в ней содержится до 10 генов, которые влияют на здоровье и продолжительность жизни.

Эти гены, как полагают учёные, позволяют их носителям успешно бороться с раком, сердечными заболеваниями и слабоумием и ещё некоторыми заболеваниями.

Тип фигуры

Гены отвечают и за тип фигуры. Так, склонность к ожирению часто возникает у людей, имеющих дефект в гене FTO. Данный ген нарушает баланс «гормона голода» грелина, что приводит к нарушению аппетита и врождённому стремлению съедать больше, чем нужно. Понимание данного процесса даёт надежду на создание препарата, уменьшающему концентрацию грелина в организме.

Цвет глаз

Традиционно полагается, что цвет глаз определяется наследственностью. За светлые глаза отвечает мутация гена OCA2. За синий или зелёный цвет отвечает ген EYCL1 хромосомы 19; за коричневый - EYCL2; за коричневый или синий - EYCL3 хромосомы 15. Кроме того, с цветом глаз связаны гены OCA2, SLC24A4, TYR.

Еще в конце XIX века существовала гипотеза, что у предков человека были исключительно темные глаза. Ханс Эйберг, современный датский ученый из Копенгагенского университета, провел научные исследования, подтверждающие и развивающие эту идею. По результатам исследований, отвечающий за светлые оттенки глаз ген ОСА2, мутации которого отключают стандартный окрас, появился лишь в период мезолита (10000-6000 лет до н. э.). Ханс собирал доказательства с 1996 года и сделал выводы, что ОСА2 регулирует выработку меланина в организме, и любые изменения в гене снижают эту способность и нарушают его функционирование, делая глаза голубыми.

Профессор также утверждает, что все голубоглазые обитатели Земли имеют общих предков, т.к. этот ген передается по наследству. Однако разные формы одного и того же гена, аллели, всегда находятся в состоянии конкурентной борьбы, причем более темный цвет всегда «выигрывает», в результате чего у родителей с голубыми и карими глазами дети будут кареглазыми, и только у голубоглазой пары может появиться малыш с глазами холодных оттенков.

Группа крови

Группа крови будущего малыша – это самое предсказуемое из всех наследственных признаков. Все достаточно просто. Зная группу крови родителей, можно сказать какой она будет у ребенка. Так, если у обоих партнеров 1 группа крови, то у их малыша будет аналогичная. При взаимодействии 1 и 2, 2 и 2 групп крови дети могут унаследовать одну из этих двух вариантов. Абсолютно любая группа крови возможна у ребенка, чьи родители 2 и 3 групп.

Последнее обновление: 29/10/2014

Каждый из нас по-своему индивидуален. Можете ли Вы знать наверняка, что продиктовано Вашей генетической наследственностью, а что обусловлено Вашим жизненным опытом? Что вообще предопределяет развитие ребёнка? Невозможно собрать все факторы, влияющие на этот процесс, нам известны только лишь наиболее очевидные из них - генетика, стиль воспитания, опыт, друзья, семейные отношения и успехи в школе.
Давайте подумаем о них как о кирпичиках. Личность большинства из нас строится, как правило, из одних и тех же компонентов-кирпичиков; загадка же заключается в том, каким способом эти компоненты объединяются в единое целое.
Эта загадка волнует философов, психологов и педагогов в течение сотен лет: является ли личность каждого из нас результатом природных факторов (нашего генетического фона) или воспитания (нашей среды)? Сегодня большинство исследователей пришли к тому, что развитие ребенка включает в себя сложное взаимодействие природы и воспитания. На некоторые аспекты развития могут оказывать сильное влияние биология, остальные же обусловливаются влиянием окружающей нас среды. Например, срок наступления половой зрелости во многом зависит от наследственности, но на него могут влиять и другие факторы - например, питание.
С первого момента жизни формирование будущей личности человека идёт при взаимодействии наследственности и окружающей среды. Гены, наследуемые ребёнком от его родителей, можно представить в виде своеобразной дорожной развязки, особенности же среды, в которой происходит становление его личности, направляют этот процесс по той или иной «дороге». Сложное взаимодействие природы и воспитания не просто случается в определённые моменты или периоды; оно носит продолжительный характер и происходит на протяжении всей жизни.

От одной клетки к триллионам

Развитие ребенка начинается, когда мужская половая клетка, или сперматозоид, проникает через мембрану женской клетки - яйцеклетки. Сперматозоид и яйцеклетка содержат хромосомы, которые «программируют» будущего человека. Гены, содержащиеся в этих хромосомах, состоят из химического соединения, известного как ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая как раз и содержит в себе генетический код. Сперматозоиды и яйцеклетки содержат только половину стандартного набора хромосом: если все остальные клетки организма человека содержат по 46 хромосом, в сперматозоиде и яйцеклетке насчитывается лишь по 23 хромосомы. Это гарантирует, что появившийся в результате слияния этих двух клеток новый организм будет иметь правильное количество хромосом.

Генотип и фенотип

То есть, то, какие именно черты передались ребёнку от обоих родителей, влияет на то, как ребенок будет развиваться и каким он станет? Для того, чтобы полностью понять это, важно сначала отделить генетическую наследственность ребёнка и фактическое её выражение - генотип и фенотип. Генотипом называют всю совокупность унаследованных человеком генов. Фактическое проявление генов в чертах человека составляет его фенотип. Фенотип может включать как физические черты, такие как рост или цвет глаз, так и личностные черты - к примеру, застенчивость, темперамент.
Помните сравнение с «кирпичиками», которое мы провели ранее? Давайте теперь его уточним? Генотип - этакий план, по которому будет «строиться» человек. Все люди «строятся» по одному плану, но за счёт того, что мы наследуем разные наборы генов, каждый из нас так непохож на остальных.

Факторы, влияющие на то, как проявляется ген

То, как выражается ген, зависит от двух вещей: взаимодействия гена с другими генами и постоянного взаимодействия между генотипом и окружающей средой.

Взаимодействие генов между собой . Гены могут иногда содержать противоречивую информацию, и в большинстве таких случаев один из генов должен будет уступить другому. Бывает, конечно, что гены дополняют друг друга. Например, если один родитель высокого роста, а другой низкого, ребёнок, в конечном итоге, будет среднего роста. Но гораздо чаще бывает, что гены проявляются в зависимости от своей доминантности/рецессивности. Так, например, бывает в случае с цветом глаз. Карий цвет доминирует над рецессивным голубым. Если один из родителей имеет карие глаза, а другой - голубые, проявится именно доминантный ген, и ребёнок будет иметь карие глаза.
Взаимодействие генов с окружающей средой . Условия, воздействию которых ребёнок подвергается как в утробе матери, так и в течение всей своей жизни, могут также повлиять на то, как проявляются гены. Например, воздействие вредных препаратов на ребёнка в период внутриутробного развития может иметь огромное влияние на его дальнейшее развитие. Хорошим примером признака, обусловленного генетически, но отвечающего на воздействие окружающей среды, может служить рост ребёнка. Даже если совокупность генов ребёнка будет способствовать высокому росту, он может быть существенно ограничен недостаточным пи питанием или хроническими заболеваниями.

Генетические аномалии

Генетические «инструкции» не являются безошибочными, так что развитие ребёнка зачастую сходит с верного пути. Иногда, при образовании сперматозоида или яйцеклетки хромосомы делятся неравномерно, в результате чего в половых клетках может быть больше или меньше нормы - 23 хромосом. Когда одна из таких аномальных клеток соединяется с нормальной, получившаяся зигота будет иметь нечётное число хромосом. Исследователи предполагают, что число всех зигот, которые образуются при слиянии аномальных клеток с нормальными, составляет до половины всех случаев беременности, но большинство таких зигот самопроизвольно разрушается или не развивается до готового к рождению ребёнка.
В некоторых случаях - это происходит в 1 случае из 200 - рождается ребёнок с аномальным числом хромосом. Причём, результатом будет определённый тип синдрома с некоторыми отличительными характеристиками.

Синдром Дауна

Наиболее распространенный тип такой аномалии известен как трисомия по хромосоме 21 или синдром Дауна. В этом случае, ребёнок имеет три хромосомы на участке 21 хромосом вместо нормальных двух. Синдром Дауна проявляется внешне - ребёнок имеет круглые черты лица и раскосые глаза. Люди с синдромом Дауна могут иметь и другие физические проблемы, включая порок сердца и проблемы со слухом. Почти все люди с синдромом Дауна страдают от некоторых умственных нарушений, но точная степень тяжесть может резко варьироваться от случая к случаю. Независимо от тяжести синдрома, раннее вмешательство может привести к гораздо лучшим результатам и позволить многим людям с синдромом Дауна заботиться о себе самостоятельно и менее зависеть от окружающих.

Аномалии половых хромосом

У подавляющего большинства новорожденных - и мальчиков, и девочек - есть, по крайней мере, одна Х-хромосома. В некоторых случаях (примерно 1 случай из 500), дети рождаются либо с отсутствующей Х-хромосомой, либо с дополнительной половой хромосомой. Синдром Клайнфельтера, синдром ломкой Х-хромосомы (Мартина-Белл) и синдром Тернера - как раз примеры нарушений, связанных с половыми хромосомами.

Синдром Клайнфельтера вызывается наличием дополнительной Х-хромосомы и характеризуется отсутствием развитых вторичных половых признаков и нарушением способностей к обучению.
Синдром ломкой Х-хромосомы возникает, когда часть Х-хромосомы прикреплен к другим хромосомам при помощи настолько тонкой цепочки молекул, что кажется, что она вот-вот разорвётся. Это случается и у мужчин, и у женщин, но внешнее проявление синдрома может варьироваться. Некоторые пациенты с ломкой Х-хромосомой не демонстрируют никаких отклонений, в то время как у других развивается умственная отсталость - от лёгкой до тяжёлой степени.
Синдром Тёрнера (в России - синдром Шерешевского - Тёрнера) развивается, когда у человека присутствует только одна половая хромосома (Х-хромосома). Это случается только у женщин и может привести к низкорослости, сутулости, формированию кожных складок на боковой поверхности шеи, похожих на перепонки, и отсутствию вторичных половых признаков. Психологические нарушения, обусловленные синдромом Тёрнера, включают в себя трудности в обучении и сложности с распознаванием эмоций передаваемых при помощи мимики.

В заключение…

…хотелось бы ещё раз отметить, что генетика имеет огромное влияние на развитие ребёнка. Тем не менее, важно помнить, что генетика - лишь часть сложной головоломки, которая определяет жизнь будущего ребёнка. Факторы среды - не только внешние условия, но и воспитание, культура, образование и социальные отношения - также играют в процессе его становления жизненно важную роль.

Есть что сказать? Оставть комментарий!.

В англоязычной литературе для определения психогенетики используется термин «behavioural genetics» - «генетика поведения». Некоторые ученые говорят, что эта дисциплина лежит на стыке психологии, нейробиологии, генетики и статистики; другие считают ее областью психологии, которая просто использует методы генетики для изучения природы и происхождения индивидуальных различий у людей и животных. Последнее определение, кажется, ближе к сути этого научного направления, поскольку в центре его внимания лежит устройство и работа психики, а генетическая составляющая скорее представляется фактором, который на нее влияет.

Психогенетика пола: мальчик, которого растили как девочку

Различия в поведении у людей разного пола - один из вопросов, которыми занимается эта область. Хрестоматийным примером, определившим современные представления о психогенетике пола, считается случай Дэвида Реймера - мальчика, которого вырастили как девочку. Дэвид (у которого был брат-близнец) родился в небогатой канадской семье и в младенческом возрасте пережил несчастный случай, в результате которого потерял пенис. Реймеры долго не могли найти выход из сложившейся ситуации, а затем случайно узнали о теории Джона Мани (создателя термина «гендер»), который был уверен, что гендерная роль определяется воспитанием, а не ДНК. Данных, позволявших опровергнуть это, на тот момент не существовало.

Уровень развития хирургии не позволял провести реконструкционную операцию, и родители Дэвида решились на операцию по перемене пола, надеясь вырастить своего сына как дочь. Ребенку дали новое имя - Бренда. У Бренды были игрушки, одежда и занятия для девочек, брат относился к ней как к сестре, а родители - как к дочери. Однако вскоре стало ясно, что и психологически, и внешне девочка развивается по маскулинному типу. У Бренды не складывались отношения в школе (со сверстницами ей было неинтересно, а мальчики не хотели играть с девчонкой), и в дневнике она писала, что не имеет «ничего общего с матерью». В конце концов девочка стала задумываться о самоубийстве, и тогда родители решили рассказать ей правду. Бренда предприняла три неудачные попытки суицида, после чего решила вновь стать мальчиком. Она прошла гормональную терапию и перенесла операцию по восстановлению первичных половых признаков.

Теория доктора Мани оказалась опровергнута. Дэвиду выплатили значительную компенсацию за перенесенные страдания, однако его психологические проблемы так и не были до конца решены. Во взрослом возрасте Реймер женился и усыновил троих детей, однако вскоре после смерти брата, который погиб от передозировки антидепрессантов, все же покончил с собой. На тот момент ему было 38 лет.

Сегодня мы знаем, что гендер определяется генетически. Человека невозможно сделать мужчиной или женщиной за счет воспитания, давления или манипуляции: заложенные генетикой механизмы несопоставимо сильнее всего этого. Именно поэтому людям с диагнозом «трансгендерность» сегодня назначают операцию по перемене пола, чтобы привести биологический пол в соответствие с психологическим.

Фенилкетонурия: атака на нейроны

Влияние генетических механизмов на работу психики может проявляться не только в фундаментальных вопросах вроде гендера. Еще один пример - фенилкетонурия, наследственное нарушение метаболизма аминокислот, в первую очередь фенилаланина. Это вещество присутствует в белках всех известных живых организмов. В норме ферменты печени должны превращать его в тирозин, который в числе прочего необходим для синтеза нейротрансмиттеров. Но при фенилкетонурии необходимых ферментов нет или не хватает, так что фенилаланин становится фенилпировиноградной кислотой, токсичной для нейронов. Это приводит к тяжелому поражению ЦНС и слабоумию.

Фенилаланин содержится в мясе, птице, морепродуктах, яйцах, в растительной пище (в меньших количествах), а также в газированных напитках, жевательной резинке и других продуктах, так что для нормального умственного развития пациентам с фенилкетонурией в детстве нужно соблюдать диету и пить лекарства, содержащие тирозин.

Фенилкетонурия - яркий пример того, как генетический сбой, на первый взгляд не связанный с функциями мозга, сказывается на его работе критическим образом. При этом в конечном итоге судьба таких пациентов в детстве зависит от внешних факторов: при правильном лечении в интеллектуальном плане они развиваются наравне со сверстниками. Если же ребенок с нарушением обмена фенилаланина не получает лекарств и не соблюдает диету, его ожидает олигофрения, а это уже необратимый диагноз.

Конструктор патологии: как наследуется шизофрения

Сегодня ученые считают, что шизофрения, как и аутизм, передается по наследству. По данным исследований, вероятность заболеть ей составляет:

1%, если в семье диагноз раньше не наблюдался;

6%, если один из родителей страдает шизофренией;

9%, если она наблюдается у брата или сестры;

48%, если речь идет об одном из однояйцевых близнецов.

При этом какого-то конкретного «гена шизофрении» не существует: речь идет о десятках или даже сотнях фрагментов генома, в которых наблюдаются аномалии. Мы все являемся носителями тех или иных мутаций, в том числе и связанных с шизофренией, вот только они не оказывают на нашу жизнь никакого влияния до тех пор, пока не соберутся «все вместе».

Пока ученым не удалось найти аномалии, присутствие которых приводит к шизофрении. Тем не менее несколько проблемных зон в геноме человека им все же удалось обнаружить. Самым знаменитым среди них считается 16-я хромосома: отсутствие ее участка 16p11.2 может быть одним из факторов, лежащих в основе аутизма и умственной отсталости. Удвоение 16p11.2 также, видимо, приводит к аутизму, умственной отсталости, эпилепсии и шизофрении. Есть и другие хромосомные участки (15q13.3 и 1q21.1), мутации в которых могут быть связаны с психическими заболеваниями.

Вероятность унаследовать шизофрению для ребенка падает по мере увеличения возраста его матери. А вот в случае с отцом все наоборот: чем старше папа, тем выше такая вероятность. Причина заключается в том, что с возрастом у мужчин возникает все больше мутаций половых клеток, что ведет к появлению мутаций de novo у детей, тогда как для женщин это не характерно.

Специалистам еще предстоит решить ребус, который представляет собой генетическая архитектура шизофрении. Ведь де-факто эта болезнь передается по наследству много чаще, чем показывают генетические исследования, - даже если родственники оказываются разлучены и ведут совершенно разный образ жизни. Такая же картина, впрочем, наблюдается в случае наследственного ожирения, аномально высокого или аномально низкого роста и других генетически обусловленных параметров, которые отклоняются от нормы.

Ум от бабушки: наследственный IQ

Сегодня мы знаем, что многие параметры мозга передаются по наследству, а не становятся результатом воздействия внешней среды. Например, объем коры больших полушарий наследуется на 83%, а соотношение серой и белой материи у однояйцевых близнецов почти идентично. Уровень IQ, конечно, от величины мозга не зависит, но и он отчасти признается наследственным параметром на 50%.

К сожалению, о механизмах наследования высокого уровня IQ мы сегодня знаем не больше, чем о шизофрении. Сравнительно недавно 200 специалистов изучили фрагменты генома более чем 126 500 участников, но в результате обнаружили лишь то, что связанные с IQ кодирующие элементы находятся в 1-й, 2-й и 6-й хромосоме. Ученые уверены, что картина прояснится, когда в экспериментах будет принимать участие больше людей. Кроме того, в случае с IQ, похоже, нужна новая система вычленения нужных участков генома: искать нужно в Х-хромосоме. Исследователи давно отмечают, что мальчики страдают умственной отсталостью (IQ

Анна Козлова

генетик, специалист лаборатории спортивной фармакологии и питания Республиканского научно-практического центра спорта (Минск)

«Существует ряд наследственных заболеваний, одним из симптомов которых является умственная отсталость: как правило, это нарушения числа или структуры хромосом. Классический пример - синдром Дауна; менее известные - например, синдром Вильямса (синдром „лица эльфа“), синдром Ангельмана и так далее. Но бывают и мутации отдельных генов. Всего генов, в которых мутации могут приводить к умственной отсталости той или иной степени, по последним данным, более тысячи.

Кроме этого, есть ряд нарушений, которые имеют полигенную природу, - их еще называют мультифакториальными. Их появление и развитие обусловлено не только наследственностью, но и влиянием окружающей среды, причем если мы говорим о наследственных факторах, то это всегда результат действия не одного, а множества генов. Сегодня считается, что к таким заболеваниям относятся шизофрения, расстройства аутического спектра, расстройства депрессивного спектра (клиническая депрессия, послеродовая депрессия), биполярное аффективное расстройство (то, что раньше было известно как маниакально-депрессивный психоз), маниакальный синдром и др.

Если не говорить об очевидных хромосомных заболеваниях (скажем, синдром Дауна - трисомия 21-й хромосомы, синдром Вильямса - микроделеция участка хромосомы 7q11.23, и так далее), то существует, например, синдром ломкой Х-хромосомы, при котором происходит мутация конкретного гена в Х-хромосоме, что вызывает помимо всего прочего умственную отсталость. Вообще, с мутациями в Х-хромосоме связано довольно значительное количество таких патологий, и они неплохо изучены.

Относительно влияния наследственных факторов на IQ, насколько мне известно, пока нет точного и однозначного ответа (кроме ситуаций, когда одним из симптомов наследственного заболевания является снижение интеллекта). В целом генетически детерминируется только так называемая „норма реакции“, то есть диапазон вариативности признака, а то, как это реализуется в пределах диапазона, уже связано с условиями среды (воспитанием, тренировками, стрессом, условиями жизни). Считается, что интеллект - это как раз классический пример признака, для которого генетически детерминирован довольно широкий диапазон, а не конкретное значение IQ. Но при этом есть ряд полиморфных аллелей, для которых, например, показана ассоциация с сохранением уровня когнитивных способностей в условиях повышенных физических и психических нагрузок. По разным данным, влияние наследственных факторов на память составляет от 35% до 70%, а на IQ и внимание - от 30% до 85%».

Психогенетика занимается исследованием того, как наследственные факторы влияют на психические качества живого существа. Например, доказано влияние индивидуальных генетических особенностей на темперамент, агрессивность, показатели интроверсии-экстраверсии, поиск новизны, избегание вреда (ущерба), зависимость от вознаграждения (поощрения), IQ, память, внимание, скорость реакции, быстроту дизъюнктивного реагирования (реагирования на ситуации со взаимоисключающим выбором) и другие качества. Но в целом, в отличие от большинства морфологических и биохимических признаков, психические характеристики меньше зависят от генетики. Чем сложнее поведенческая деятельность человека, тем больше роль окружающей среды и меньше - генома. То есть для простых двигательных навыков наследуемость выше, чем для сложных; для показателей интеллекта - выше, чем для свойств личности, и тому подобное. В среднем (разброс данных, к сожалению, довольно большой: это связано с различиями методик, объемов выборок, недостаточным учетом популяционных особенностей) наследуемость психических характеристик редко превышает 50–70%. Для сравнения: вклад генетики в тип конституции достигает 98%.

Почему так? В частности, потому что в формировании этих признаков (сложных и комплексных) участвует огромное количество генов, а чем больше генов вовлечено в какой-либо процесс, тем ниже вклад каждого в отдельности. Например, если у нас есть десять разновидностей рецепторов, восприимчивых к одному нейромедиатору, и каждый кодируется отдельным геном, то снижение экспрессии или даже нокаут по одному из генов не выключат всю систему в целом.

В 1906 году У. Бэтсон и Р. Пеннет, проводя скрещивание растений душистого горошка и анализируя наследование формы пыльцы и окраски цветков, обнаружили, что эти признаки не дают независимого распределения в потомстве, гибриды всегда повторяли признаки родительских форм. Стало ясно, что не для всех признаков характерно независимое распределение в потомстве и свободное комбинирование.

Каждый организм имеет огромное количество признаков, а число хромосом невелико. Следовательно, каждая хромосома несет не один ген, а целую группу генов, отвечающих за развитие разных признаков. Изучением наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме, занимался Т. Морган . Если Мендель проводил свои опыты на горохе, то для Моргана основным объектом стала плодовая мушка дрозофила.

Дрозофила каждые две недели при температуре 25 °С дает многочисленное потомство. Самец и самка внешне хорошо различимы — у самца брюшко меньше и темнее. Они имеют всего 8 хромосом в диплоидном наборе, достаточно легко размножаются в пробирках на недорогой питательной среде.

Скрещивая мушку дрозофилу с серым телом и нормальными крыльями с мушкой, имеющей темную окраску тела и зачаточные крылья, в первом поколении Морган получал гибриды, имеющие серое тело и нормальные крылья (ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над темной окраской, а ген, обусловливающий развитие нормальных крыльев, — над геном недоразвитых). При проведении анализирующего скрещивания самки F 1 с самцом, имевшим рецессивные признаки, теоретически ожидалось получить потомство с комбинациями этих признаков в соотношении 1:1:1:1. Однако в потомстве явно преобладали особи с признаками родительских форм (41,5% — серые длиннокрылые и 41,5% — черные с зачаточными крыльями), и лишь незначительная часть мушек имела иное, чем у родителей, сочетание признаков (8,5% — черные длиннокрылые и 8,5% — серые с зачаточными крыльями). Такие результаты могли быть получены только в том случае, если гены, отвечающие за окраску тела и форму крыльев, находятся в одной хромосоме.

1 — некроссоверные гаметы; 2 — кроссоверные гаметы.

Если гены окраски тела и формы крыльев локализованы в одной хромосоме, то при данном скрещивании должны были получиться две группы особей, повторяющие признаки родительских форм, так как материнский организм должен образовывать гаметы только двух типов — АВ и аb , а отцовский — один тип — аb . Следовательно, в потомстве должны образовываться две группы особей, имеющих генотип ААВВ и ааbb . Однако в потомстве появляются особи (пусть и в незначительном количестве) с перекомбинированными признаками, то есть имеющие генотип Ааbb и ааВb . Для того, чтобы объяснить это, необходимо вспомнить механизм образования половых клеток — мейоз. В профазе первого мейотического деления гомологичные хромосомы конъюгируют, и в этот момент между ними может произойти обмен участками. В результате кроссинговера в некоторых клетках происходит обмен участками хромосом между генами А и В , появляются гаметы Аb и аВ , и, как следствие, в потомстве образуются четыре группы фенотипов, как при свободном комбинировании генов. Но, поскольку кроссинговер происходит при образовании небольшой части гамет, числовое соотношение фенотипов не соответствует соотношению 1:1:1:1.

Группа сцепления — гены, локализованные в одной хромосоме и наследующиеся совместно. Количество групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом.

Сцепленное наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме. Сила сцепления между генами зависит от расстояния между ними: чем дальше гены располагаются друг от друга, тем выше частота кроссинговера и наоборот. Полное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются так близко друг к другу, что кроссинговер между ними становится невозможным. Неполное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что делает возможным кроссинговер между ними.

Независимое наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом.

Некроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых кроссинговер не произошел.

Нерекомбинанты — гибридные особи, у которых такое же сочетание признаков, как и у родителей.

Рекомбинанты — гибридные особи, имеющие иное сочетание признаков, чем у родителей.

Расстояние между генами измеряется в морганидах — условных единицах, соответствующих проценту кроссоверных гамет или проценту рекомбинантов. Например, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (также черной окраски тела и зачаточных крыльев) у дрозофилы равно 17%, или 17 морганидам.

У дигетерозигот доминантные гены могут располагаться или в одной хромосоме (цис-фаза ), или в разных (транс-фаза ).

1 — Механизм цис-фазы (некроссоверные гаметы); 2 — механизм транс-фазы (некроссоверные гаметы).

Результатом исследований Т. Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности :

гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов; набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;
каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;
гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;
гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;
сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера, что приводит к образованию рекомбинантных хромосом; частота кроссинговера зависит от расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера;
каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом — кариотип.

Перейти к лекции №17 «Основные понятия генетики. Законы Менделя»

Наибольший интерес для эмбриологов представляют гены, которые "специально" отвечают за развитие. У таких генов есть несколько признаков. Во-первых, их продукты должны обнаруживаться только на определенных стадиях и (или) в определенных участках зародыша. Во- вторых, их мутации должны приводить к остановке развития на строго определенной стадии или к специфическим изменениям хода развития.

Интенсивное изучение таких мутаций началось уже в начале ХХ века, но прогресс в этой области был связан с успехами молекулярной биологии за последние 25 лет. Благодаря им удалось найти гены, отвечающие за становление пространственной организации - плана строения животных, и многое понять в механизмах их работы. Это было одним из главных достижений в биологии за последние годы, отмеченных Нобелевской премией в области физиологии и медицины за 1995 г. Главным объектом генетиков служили немногие виды животных - нематода Caenorhabditis , плодовая мушка дрозофила и мышь. На дрозофиле были получены наиболее полные результаты, позволяющие понять, как гены регулируют план строения организма. Первыми в действие вступают гены с материнским эффектом (см. " ДРОБЛЕНИЕ ЗИГОТЫ "). Их продукты начинают накапливаться в яйцеклетке еще до оплодотворения, и именно они определяют передне-заднюю и спинно- брюшную полярность зародыша. Таких генов у дрозофилы известно более 20-ти.

Разберем механизм их действия на примере гена bicoid . Его мутация вызывает развитие у гомозиготных самок личинок, у которых отсутствует голова и грудь, а на их месте развивается задний конец брюшка. иРНК этого гена локализована только в самой передней части яйца. Однако его белковый продукт образует на стадии ранней бластулы (когда еще нет клеточных границ) устойчивый градиент с наибольшей концентрацией в передней трети и ее падением в направлении назад. Этот белок вскоре проникает внутрь ядер зародыша. Продукты нескольких других генов отвечают за правильный градиент белка bicoid. Их мутации делают градиент более пологим, и тогда у личинок отсутствуют передние части головы, а челюстной и грудной отделы удлиняются.

Следующая группа генов, которые активируются ходе развития - так называемые gap-гены (от англ. gap - щель, промежуток), один из них - ген hunchback . Его активность необходима для развития ротовых структур и груди. У мутантов по этому гену сразу за передней частью головы начинается брюшко, т.е. на месте большого участка зародыша имеется "щель". Было показано, что продукт гена bicoid связывается с промотором гена hunchback и активирует его на стадии поздней бластулы.

В задней части зародыша другие гены, напротив, ингибируют трансляцию белка гена hunchback. Этот белок, необходимый для развития передних структур, сам подавляет проявление генов, необходимых для развития брюшного отдела.

Следующими вступают в действие гены, которые называются pair-rule-гены . Для их включения необходима нормальная работа генов с материнским эффектом (см. " ДРОБЛЕНИЕ ЗИГОТЫ ") и gap-генов . Картина работы pair-rule-генов наиболее подробно изучена на примере гена fushi tarazu (ftz) . Продукт этого гена выявляется на стадии, когда еще нет клеточных границ, в виде семи полосок, причем ширина каждой из них соответствует всего трем клеточным диаметрам ( рис. 177). Эти полоски соответствуют зачаткам задней половины одного сегмента и передней половины другого (во всех сегментах, начиная с нижнечелюстного). Такие участки из половин двух сегментов, важные для развития сегментации, назвали парасегментами. Если из-за мутации продукт гена ftz не образуется, то клетки, лишенные его, гибнут и у зародыша отсутствуют соответствующие участки сегментов.