Тема 4. Методы психогенетических исследований

Принципы психогенетического анализа. Генетический анализ является методом, позволяющим на основе предыдущего опыта накапливать новые данные о механизмах наследования. Разработаны схемы проведения научного эксперимента, которые позволяют повысить его эффективность путем исключения влияния посторонних факторов. Для этого могут применяться схемы «слепого» и «двойного слепого» опыта, ставиться дополнительные «контрольные» варианты. Все признаки можно подразделить на качественные и количественные. Исследователь работает с группой индивидуумов (выборкой).

Чтобы данная выборка правильно характеризовала генеральную совокупность, она должна быть репрезентативной. Количественные признаки чаще всего распределяются по Гауссу (нормальное распределение), которую характеризуют две величины:  - математическое ожидание и  - среднее квадратичное отклонение. Вычисляются среднее (m) и выборочная дисперсия (S²). В зависимости от степени важности получаемых результатов, выборка будет считаться репрезентативной, если вероятность ошибки прогноза для генеральной совокупности будет меньше 0,05, 0,01 или 0,001.

Основным методом генетического анализа является гибридологический метод (или метод скрещивания). Однако этот метод полностью исключен для изучения наследования признаков у человека. В психогенетических работах широко используют такие методы как: близнецовый, генеалогический, популяционный, метод приемных детей и др.

Близнецовый метод. Мысль о возможности использования близнецов для выявления роли наследственности и среды в развитии признаков принадлежит английскому ученому Фрэнсису Гальтону. Монозиготные близнецы обладают тождественным генотипом, и возникающие между ними различия должны быть приписаны действию среды. Дизиготные близнецы обладают общей средой (внутриутробной и внеутробной), поэтому различия между ними, вероятно, обусловлены наследственными качествами. Сравнивая результаты изучения какого-либо признака в этих двух группах близнецов можно получить информацию о роли генетипа и среды в определении признака. Этот классический вариант близнецового метода был развит в работах Н. Сименса, К. Хольцингера, При этом было доказано, что наследственность оказывает влияние даже на такие признаки, которые казалось бы целиком обусловлены влиянием среды.

Степень генетического родства братьев-сестер равна 50%, а в случайной выборке людей – крайне низка. Сопоставляя изменчивость по анализируемому признаку в группах людей с разной степенью родства в одинаковых и различающихся условиях среды, можно оценить долю наследственной детерминации признака и степень влияния на него окружающей среды. В норме у человека рождается один ребенок, поэтому рождение близнецов может создавать определенные проблемы. Так, неспособность организма матери полностью обеспечить близнецов питательными веществами и кислородом может приводить к «конкуренции» между ними. В результате близнецы могут развиваться крайне неравномерно, например: один из них будет отставать в развитии. Известны случаи срастания близнецов между собой («сиамские» близнецы).

Изучение близнецов у человека позволило получить множество ценных данных. Описаны труднообъяснимые случаи совпадения различных поведенческих особенностей у монозиготных близнецов, разлученных в раннем детстве и не встречавшихся друг с другом. В разных странах (в СССР, США и др.) были созданы институты гемеллологии (науки о близнецах), некоторые продолжают успешно работать и в настоящее время.

Рассмотрим метод анализа качественных признаков. Если качественный признак присутствует у обоих партнеров пары близнецов или отсутствует у обоих, пара называется конкордантной; если один партнер обладает признаком, а другой нет, пара называется дискордантной. Чтобы установить, в какой мере развитие изучаемого признака обусловлено наследственностью и какова роль среды, исследуют порознь выборки монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов и определяют процент конкордантных пар в каждой из этих выборок. Затем вычисляют коэффициенты наследуемости (Н) и влияния среды (Е) по формулам, предложенным немецким генетиком К. Хольцингером: Н=С_мз-С_дз/100-С_дз, Е=100%-Н, где С_мз и С_дз - конкордантность монозиготных и дизиготных близнецов, выраженная в процентах.

Генеалогический метод. Первая работа по генетике психологических признаков «Наследственный гений»(1869) Ф. Гальтона была посвящена анализу родословных выдающихся людей. Она базировалась на простой логике: если какой-либо признак кодируется в генах, то, чем ближе родство (т.е. чем больше одинаковых генов), тем более похожими друг на друга по данному признаку должны быть эти люди. Вот почему обязательное условие использования генеалогического метода — наличие родственников первой степени родства, образующих так называемую нуклеарную («ядерную») семью; к ним относятся пары родитель-потомок и сиблинг-сиблинг. Чем больше поколений включает в себя генеалогическое древо и чем шире круг родственников, т.е. чем оно обширнее, тем надежнее должны быть получаемые результаты. Для составления генеалогических древ существуют определенные правила и символы (рис. 1). Человек, ради которого собирается родословная (например, обладающий какой-либо редкой способностью или, в медицинской генетике, предположительно наследственным заболеванием), называется пробандом. Члены рода обозначаются слева римскими цифрами: от предыдущих поколений — к более поздним; дети в каждой семье — слева направо по порядку рождения, они обозначаются либо номерами, либо годами жизни. Для некоторых задач, например психотерапевтических, кроме родственных отношений важно знать и типы взаимоотношений; тогда на генеалогическом древе можно обозначить и их. Такое изображение называется генограммой. Генограмма — это формат для изображения семейного древа, которое регистрирует информацию о членах семьи и их связях по крайней мере в пределах трех поколений. Генограмма изображает семейную информацию графически таким способом, который дает образ комплексного семейного паттерна и является дополнительным источником для предположения о том, как клиническая проблема может быть связана с семейным контекстом и с динамикой одного и другого по времени. Генограмма фиксирует и структуру семьи, и взаимоотношения внутри нее.

Несмотря на широкое использование генеалогического метода и семейного анализа при изучении наследования различных признаков у человека, для поведенческих признаков гораздо труднее дать определенный ответ из-за их подверженности средовым влияниям.

Популяционный метод. Для популяции характерно длительное (в течение многих поколений) проживание на определенной территории и та или иная степень репродуктивной изоляции от других сообществ своего вида. Поэтому в ней складывается свой генофонд (специфическая совокупность генотипов всех особей популяции). Изменчивость генофонда популяции описывается частотами аллелей или генотипов. В некоторых замкнутых сообществах людей (часто по религиозным мотивам) частоты некоторых заболеваний могут резко отличаться от таковых в более открытых группах. Это составляет предмет изучения популяционной генетики человека. Исследуется влияние мутационного процесса, миграций, дрейфа генов, отбора на генетическую структуру популяций. В том числе, представляет интерес роль поведенческих механизмов в формировании генофонда отдельных сообществ людей, в том числе в становлении расовых геногеографических различий.

Для исследования популяций используют генетическую (V_G) и средовая дисперсии (V_E), которые вместе образуют фенотипическую дисперсию: V_P = V_G + V_E. Помимо двух основных факторов генетического и средового на фенотипическую дисперсию влияют также факторы, обусловленные особенностями их взаимодействия. К компонентам, указывающим на взаимодействие генотипа и среды, относятся генотип-средовое взаимодействие и генотип-средовая ковариация (корреляция). Соответственно значении коэффициента наследуемости вычисляется по формуле: h² = V_G/V_E. Фенотипическая дисперсия в популяции возникает в силу многих причин, каждая из которых вносит свой вклад в наблюдаемое разнообразие признаков.

Закон Харди-Вайнберга: в популяции частоты генотипов остаются неизменными из поколения в поколение; при случайном скрещивании ожидаемые частоты исходных генотипов достигаются за одно поколение.

Данные зависимости впервые были описаны в начале нынешнего века (1908) независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. В их честь эта закономерность была названа законом Харди-Вайнберга

Этот закон описывает взаимоотношения между частотами встречаемости аллелей в исходной популяции и частотой генотипов, включающих эти аллели, в дочерней популяции. Он является одним из краеугольных принципов популяционной генетики и применяется при изучении естественных популяций.

Представим себе, что некий диктатор, не знающий законов попу-

ляционной генетики, но одержимый идеями евгеники, решил избавить свой

народ от умственно отсталых индивидуумов. Согласно закону Харди-Вайнберга даже тотальная стерилизация умственно отсталых приведет к тому, лишь что в дочернем поколении частота умственной отсталости будет примерно такой же, как в исходном поколении. Для того чтобы, существенно снизить частоту встречаемости аллеля диктатору и его потомкам пришлось бы осуществлять подобного рода отбор или стерилизацию на протяжении многих поколений.

Закон Харди-Вайнберга не учитывает воздействия множества внутренних и внешних факторов, определяющих состояние популяции на каждом шагу ее эволюционного развития. Закон Харди-Вайнберга выполняется, когда в популяции: 1) отсутствует мутационный процесс; 2) отсутствует давление отбора; 3) популяция бесконечно велика; 4) популяция изолирована от других популяций.

Случайный дрейф генов. Любая природная популяция характеризуется тем, что она имеет конечное число особей, входящих в ее состав. Этот факт проявляется в чисто случайных, статистических флуктуациях частот генов и генотипов в процессах образования выборки гамет, из которой формируется следующее поколение (поскольку не каждая особь в популяции производит потомство); объединения гамет в зиготы; реализации «социальных» процессов (гибели носителей определенных генотипов в результате войн, бедствий, смертей до репродуктивного возраста); влияния мутационного и миграционного процессов и естественного отбора. Очевидно, что в больших популяциях влияние подобных процессов значительно слабее, чем в маленьких.

Для обозначения роли случайных факторов в изменении частот генов в популяции С. Райт ввел понятие «дрейф генов» (случайный дрейф генов).

Случайным дрейфом генов называется изменение частот аллелей в ряду поколений, являющееся результатом действия случайных причин, например, резким сокращением размера популяции в результате войны или голода.

Общее правило случайных процессов таково: величина стандартного отклонения частот генов в популяции всегда находится в обратной зависимости от величины выборки — чем больше выборка, тем меньше отклонение. В контексте генетики популяций это означает, что, чем меньше число скрещивающихся особей в популяции, тем больше вариативность частот аллелей в поколениях популяции.

Метод приемных детей является теоретически наиболее чистым методом психогенетики, обладающим максимальной разрешающей способностью. Логика его проста: в исследование включаются дети, максимально рано отданные на воспитание чужим людям-усыновителям, их биологические и приемные родители. С первыми дети имеют, как родственники I степени, в среднем 50% общих генов, но не имеют никакой общей среды; со вторыми, наоборот, имеют общую среду, но не имеют общих генов. Тогда, при оценке сходства исследуемого признака в парах ребенок - биологический родитель и ребенок - усыновитель, мы должны получить следующую картину: больший

удельный вес генетических детерминант проявится в большем сходстве ребенка со своим биологическим родителем; если же превалируют средовые воздействия, то, напротив, ребенок будет больше похож на родителя усыновителя. Сходство биологических родителей с их отданными на воспитание детьми дает достаточно надежную оценку наследуемости; сходство же усыновленных детей с приемными родителями оценивает средовый компонент дисперсии. Для контроля желательно включить в исследование обычные семьи — родных родителей и детей, живущих вместе. Один из очень интересных и информативных вариантов метода — исследование так называемых приемных (сводных) сиблингов, т.е. нескольких детей-неродственников, усыновленных одной семьей. Учитывая, что такие дети не имеют общих генов, их сходство (если оно обнаруживается) может быть результатом только действия общесемейной среды.

Необходимым условием использования метода приемных детей является широкий диапазон средовых условий в семьях - усыновительницах либо,

наоборот, уравнивание этих семей по тем или иным характеристикам

(например, по высокому интеллекту приемных родителей или по их

воспитательским стилям) с последующим сопоставлением индиви-

дуальных особенностей усыновленных ими детей от биологических

родителей, имевших полярные значения исследуемого признака. Например, показано, что, во-первых, дети биологических родителей с низким интеллектом, попавшие в хорошую среду, имеют интеллект значительно выше того, который мог быть предсказан по IQ родителей. Иначе говоря, в одинаково хорошей среде распределение оценок IQ приемных детей сдвинуто в сторону высоких значений, если биологические родители имели высокий интеллект, и в сторону низких — если они имели сниженный интеллект.

Вопросы для самоконтроля:

1. Расскажите об исследованиях, приведших к возникновению генетики поведения. Рассмотрите значение работ Дарвина, Гальтона, Торндайка, Павлова и др.

2. Расскажите о психогенетике, предмете её изучения, основных целях и задачах.

3. Охарактеризуйте особое положение человека как объекта психогенетических исследований.

4. Опишите структурный параллелизм основных направлений исследований психологии и генетики поведения.

5. Расскажите о возможных путях возникновения макромолекул, ДНК, РНК и матричных процессов (современные представления).

6. Рассмотрите современные представления о возникновении клетки, перечислите отличительные характеристики поведения живой материи.

7. Дайте определение понятиям «ген», «аллель», «мутация», «генотип» и «геном».

8. Дайте определение понятиям «фен», «фенотип», «генетический код».

9. Что такое «нуклеоид», «хромосома», «гаплоидность» и «диплоидность»?

10. Возникновение нервных клеток как необходимое условие существования многоклеточных организмов.

11. Что такое «репликация»? Опишите.

12. Что такое транскрипция? Опишите.

13. Что такое «транслация? Опишите.

14. Что такое «генетическая информация и как она «реализуется»?

15. Как эволюционировали наши представления о гене?

16. Определите понятия «элементарный» и сложный признак. Как классифицируют признаки?

17. Что такое норма реакции генотипа (на примере какого-либо поведенческого признака)?

18. Что такое «экспрессивность» и «пенетрантность» признака (на примере какого-либо поведенческого признака)?

19. Приведите пример какого-либо «моногенного» и «полигенного» признаков?

20. На каких этапах осуществляется генетический контроль формирования признака?

21. Как осуществляется взаимодействие генотипа и среды в формировании признака?

22. Что такое митоз? Нарисуйте схему.

23. В чем принципиальные отличия мейоза от митоза? Нарисуйте схему.

24. Как связаны между собой мейоз и процесс полового размножения?

25. Что такое кроссинговер и как он связан с изменчивостью организмов, размножающихся половым путем?

26. Как определить моногибридное, дигибридное и скрещивания, анализирующее скрещиванияе?

27. Опишите типы взаимодействия аллелей одного гена.

28. Какие закономерности наследственности и наследования признаков выявил Г. Мендель в своих экспериментах?

29. При каких условиях выполняются закономерности наследования признаков, выявленных Г. Менделем?

30. Какие типы взаимодействий существуют между генами?

31. Что такое «пол» как генетический признак, и чем он детерминируется у человека?

32. Что такое «признаки, сцепленные с полом»? Приведите примеры.

33. Как наследуются признаки, сцепленные с полом?

34. Какие известны численные аномалии по половым хромосомам у человека, и как это связано с особенностями его поведения?

35. Что такое инактивация Х-хромосомы и, связанный с этим «мозаицизм»?

36. Что такое «химеризм», как он возникает и проявляется?

37. Чем занимается онтогенетика и почему это важно для психогенетических исследований?

38. Приведите примеры онтогенетических исследований, имеющих психогенетическую направленность?

39. Как изменение работы генов, контролирующих синтез гипоталамических и гипофизарных гормонов, влияет на поведение человека в процессе онтогенеза?

40. Раскройте содержание термина «наследственная изменчивость». Какие типы «наследственной изменчивости « выделяют в генетике?

41. За счет чего формируется «ненаследственная изменчивость»?

42. Что такое «панмиксия», «популяция», «генофонд»?

43. Напишите уравнение закона Харди-Вайнберга и перечислите условия его выполнения.

44. Приведите примеры расовых геногеографических различий по поведению.

45. Значение гибридологического анализа в психогенетических исследованиях на животных.

46. Анализ качественных и количественных признаков. Различия в методах.

47. Близнецовый метод в психогенетических исследованиях.