Лекція 8. Тема: «Генетика популяцій та медична генетика»

Питання:

1. Поняття про популяцію. Успадкування в популяціях. Закон Харді-Вайнберга.

2. Фактори генетичної динаміки популяцій: інбридинг, мутаційний тягар, неспрямованість мутацій, дрейф генів.

3. Адаптивна цінність генотипів, коефіцієнт відбору.

4. Значення генетики для розуміння еволюційного процесу. Заходи по збереженню генофонду

5. Проблеми медичної генетики: спадкові хвороби та їх поширення.

6. Причини виникнення вроджених і спадкових захворювань, фактори, що їх провокують, значення ранньої діагностики.

7. Задачі медико-генетичних консультацій.

Кожний таксономічний вид тваринних, рослинних та мікроорганізмів розділяється на складові частини — популяції. Нагадаємо, що термін "популяція" (від лат. populus - народ) означає сукупність певного виду організмів, які здатні до вільного схрещування, населяють певну територію і деякою ізольовані зід сусідніх популяцій. Спостереження показали, що особини кожної з популяцій організмів виявляються дуже добре пристосованими до умов зовнішнього середовища тієї прир кліматичної зони, яку вони заселяють. Таку зону називають ареалом розповсюдження популяції.

Встановлено, що в межах будь-якого таксономічного виду організмів не існує двох популяцій, коних за своїми генотипоеими та фенотиповими характеристиками. Цей факт пояснюється мінлі умов зовнішнього середовища в ареалах, де під впливом природного добору формуються генотиі фенотипові параметри відповідних популяцій. Зайнявши певний ареал розповсюдження, особин входять до складу даної популяції, освоюють простір цього ареалу, створюючи власну екологічну нішу. Створення власних екологічних ніш сприяє виникненню ізоляції між популяціями виду. Механізми бувають досить різноманітними. Наприклад, біологічні форми ізоляції обумовлені мутаціями генів, які обмежують можливості панміксії. Це мутації, які зміщують терміни дозрівання пилку відносно зародкових мішків; мутації гаметофітної несумісності, за якої пилок втрачає здатність проростати пилковими тромбами в тканинах маточки; мутації несумісності гамет; нездатність утворених гібридів до відтворення у них нащадків тощо. Крім того, існує територіально-географічна, або просторова, ізоляція, за якої види роз'єднанні, скажімо, гірськими хребтами, водними перепонами тощо. Ізоляція може здійснюватись також за допомогою часу. Наприклад, личинка хруща росте в грунті протягом трьох років, і на четвертий рік на поверхню виходять жуки, які спарюються і відкладають у грунт яйця. Отже, у тому ж ареалі розповсюдження існують чотири популяції хрущів, розділених між собою часом.

Ще у 1926 p. С. Четвериков показав, що в генотипах популяцій еукаріотів під дією спонтанног тагенезу та природного добору безперестанно накопичуються рецесивні мутації. "Ховаючись" за алелями дикого типу, ці мутації не спричиняють до раптових змін у фенотипових характеристиках ляцій. Внаслідок цього генотипи популяцій виявляються високогетерогенними. Вони утворюють ск генетичні системи. В межах цих систем відбувається протистояння двох протилежно діючих прої спонтанного мутагенезу, який є єдиним джерелом усіх форм генотипової та фенотипової мінливості; природного добору, який має тенденцію до вирівнювання фенотипових змін ознак, котрі виникають у популяціях під впливом спонтанного мутагенезу та рекомбінації мутантних генів у складі генотипів популяції.

Найхарактернішою рисою популяцій є їхня постійна спадкова гетерогенність та внутрішня генетична єдність. Така єдність проявляється в здатності особин будь-якої популяції до панміксії в межах своєї сукупності. Здатність до панміксії систематично відновлює високу гетерогенність і генотипову пластику популяцій у пристосувальному плані.

В просторі і в часі популяція виступає у ролі цілісної генетичної системи, здатної спадковості заховатись у поколіннях, пристосовуючись до певних умов середовища. При цьому будь-які спадкові зміни генетичній системі популяції можуть розглядатись як елементи еволюційних подій. Отже популяції характеризуються рядом описаних ознак, які надають їм рангу елементарних еволюційних одиниць. Зауважимо, що елементарною еволюційною одиницею не може бути окремий організм, бо з віком він гине функцію не можуть виконувати лінії, біотипи, підвиди або види, оскільки вони не мають рангу елементарної еволюційної одиниці.

З викладеного вище випливає, що популяція — це найменша самовідновлювальна сукупністі ганізмів виду з самостійною генетичною системою, котра заселяє територію певної природно-штучної зони, утворюючи на ній свою екологічну нішу.

Якщо розглядати окремий таксономічний вид, то між його популяціями панміксія, або вільне існування, пригнічується механізмами ізоляції. Але оскільки частоти мутування генів напрямки природного добору в різних популяціях не збігаються, то й за генетичною конституцією кожна з них відрізняється від усіх інших. Отже, ізоляція є першопричиною різних напрямків генетичного розвитку популяцій і дивергенції (розходження ознаку організмів однієї систематичної групи в процесі еволюції). Саме дивергенція в популяціях приводить до виникнення нових видів. Все описане вище дає підстави вважати п ляції функціональними еволюційними одиницями.

Закон Харді-Вайнберга. Відомо, що в рослинному світі є чимало видів, які розмножуються шляхом самозапліднення спорідненого запліднення. Разом з тим з дослідів Г.Менделя (1866) відомо, що споріднене розмножі обумовлює активний перехід генів з гетерозиготного в гомозиготний стан. Нагадаємо, що схрещування між гетерозиготами однакового генотипу вже в першому поколінні обумовлює народження половини мозиготних і половини гетерозиготних нащадків по відповідній парі алельних генів, У другому поколінні гетерозигот залишається лише одна четверта частина всіх нащадків, в третьому — восьма частина і так далі. Звідси легко зрозуміти, що частоту гетерозигот у сукупності нащадків n-ного покоління можна вирахувати за формулою 1/2", де п — номер покоління нащадків, які походять від гетерозиготних особин. Таким чином, споріднене розмноження протягом тривалого часу наближує частоту гетерозиготних особин серед нащадків гібрида до зникаюче малих розмірів. Наприклад, серед нащадків від споріднено-множення особин, за даними М.П.Дубиніна (1986), за Н кількість генів генотипу оцінюється в 10 000 одиниць, а в гаплоїдному наборі хромосом статевої й людини, за оцінкою О.А.Прокоф'євої-Бельговської (1969), локалізовано понад 300 000 генів. За іншими даними кількість генів у геномі людини біля 30 000. Всі ці гени у складі генотипу кожної клітини організму здатні мутувати, вони можуть по-різному перекомбіновуватись і створювати безліч генетичних комбінацій з іншими неалельними генами. Однак при спорідненому розмноженні всі ці гени досить часто переходять із гетерозиготного в гомозиготний стан, після чого стабільно успадковуються в поколіннях до нового мутування та комбінування.

Оскільки спонтанне мутування кожного гена відбувається в поколіннях безперестанно, з певною ча­сі, то в генотипах популяцій організмів завжди існують домінантні й рецесивні алельні гени. Залежно від адаптивної цінності рецесивних мутацій, темпів перекомбінації їх з іншими генами генотипу та у природного добору співвідношення домінантних та рецесивних генів можуть змінюватись у іннях.

Безперервні процеси виникнення нових комбінацій генів у популяціях зовсім не означають безладдя мінливості ознак особин, які входять до складу популяцій. Навпаки, в генотипах цих популяцій створюється певний стан рівноваги між сумами домінантних і рецесивних генів. У 1908 р. англійський вчений Харді і незалежно від нього німецький вчений В.Вайнберг знайшли, що стан рівноваги між відношенням домінантних і рецесивних генів залишається незмінним у поколіннях за відсутності тиску на генотип популяції процесів спонтанного мутування генів, природного добору, міграції генетичного матеріалу.

І хоча в природі таких ідеальних популяцій не існує, але встановлені для них закономірності піддаються чіткому статистичному аналізу.

Припустимо, в особин будь-якої популяції встановлена наявність гена А, який проявляється в домінантному та рецесивному станах. Очевидно, що сума всіх екземплярів А-домінантних та а-рецесивних генів, які входять до складу популяції, складає одиницю, або 100%, тобто

U + І а= 1 =1 і=1

Розглядаючи відміни у фенотиповому прояві домінантного та рецесивного А- і а-генів, можна зробтти висновок, що до складу популяції мають входити особини АА-, Аа- та аа-генотипів. Проте співвідношення частот цих генотипів у складі популяції можуть бути досить різними. Наприклад, у сукупності гетерозиготних за А-геном особин до складу їхніх Аа-генотипів входить 50% домінантного А- та 50% рецесивного а-генів. Розмноження особин цієї сукупності може відбуватись лише за такою схемою: Аа х Аа => АА + 2Аа + аа .

З наведеної схеми видно, що хоч в генотипах нащадків змінились комбінації домінантного та рецесивного А-генів, але (і це легко підрахувати) сумарна кількість домінантних А- і рецесивних а-генів залишились рівновеликою. Фактично в новому поколінні збереглось вихідне співвідношення домінантного цесивного алельних генів. Все це дає підстави записати, що

АА + 2Аа + аа = 1, або А2 + 2Аа + а2 = 1.

Зрозуміло, що аналогічне рівняння можна написати для будь-якого гена. Тому будь-який домінантний ген умовимося позначати через Р, а його рецесивний алель— через q. Це дає можливість вивести узагальнену формулу такого вигляду: Р2 + 2Pq + q2 = 1.

Ця формула і є формулою закону Харді-Вайнберга, який формулюється так: в теоретично можливій іктичній популяції, всі особини якої не зазнають впливу процесів мутагенезу, дії добору та міграцій і зберігають здатність до вільного розмноження, співвідношення частот домінантних і рецесивних алельних генів залишається незмінним у ряду наступних поколінь.

Незважаючи на те, що в природі ідеальних популяцій не існує, відкритий для таких популяцій закон зажливе значення в плані наукового пізнання. За рівнянням закону Харді-Вайнберга легко визначити структуру генотипу певної сукупності організмів за домінантними та рецесивними алельними генами. На­приклад, серед багатьох спадкових хвороб людини є хвороба Менкеса. У хворих на неї сеча має запах сиропу, що обумовлено порушенням амінокислотного обміну в організмі. У таких хворих уражена функція нервової системи. Хвороба Менкеса успадковується за аутосомно-рецесивним типом. Виявляється в середньому в одного з кожних 50 000 чоловік. З'ясувалось, що за допомогою формули закону Харді-Вайнберга можна визначити структуру генотипів обстеженої сукупності людей з наявністю відповідного мутантного гена. Якщо умовно позначити рецесивний мутантний ген хвороби Менкес через а, а домінантний алель через А, то, спираючись на формулу Харді-Вайнберга, можна записати:

PSAA + 2PqAa+ qjaa= I

або ж Аг + 2Аа + а'' = 1

З 50 000 чоловік лише один виявляється гомозиготним за рецесивним а-геном. Тому можна записати: аа = а' = 1/50000. Звідси

а = V1/50000 = 1/224.

Неважко зрозуміти, що в даній сукупності людей частота нормального, немутантного гена має

1/224 = 223/224, а частота гетерозигот — 2Аа = 2 х 223/224 х 1/224. Виконавши відповідні розрахунки, знаходимо, що в обмеженій сукупності людей на гомозиготи за нормальним, домінантним станом припадає 99,109%, на гомозиготи за мутантним геном — 0,002%, на гетерозиготи — 0,889%.

Проведені розрахунки показали, що частота особин, які хворіють на хворобу Менкеса досить незначна, всього 0,002%. Але частота гетерозигот 0,89% є істотною, а отже, нею не можна нехтувати. Таким способом можна обрахувати структуру генотипів обстеженої сукупності організмів виду за вмістом гомозигот та гетерозигот за будь-якою парою алельних генів. Знаючи частоту гетерозигот по певному аутосомному гену, дослідник може прогнозувати ймовірність шлюбних зустрічей та народження гомозиготних за мутантним геном нащадків. Наприклад, у сукупності людей виявлено 1,43% гетерозигот за мутацією альбінізму. Ймовірність зустрічі в шлюбі двох гетерозиготних особин дорівнює добуткові цих гетерозигот. Оскільки ген альбінізму рецесивний, то в такого подружжя очікується лише 1/44 дітей, які будуть гомозиготними альбіносами.

Проведені розрахунки показали, що ймовірність зустрічі двох гетерозигот за геном альбіній новить 0,02%, а ймовірність народження альбіноса у відповідній сукупності людей — 0,005%.

Неалельні гени у панміктичних популяціях. Вище було розглянуто характер закономірностей успадкування окремих пар алельних генів згідно із законом Харді-Вайнберга. Проте генотип кожної панміктичної популяції є гетерогенним. Це означає, що у складі генотипів особин популяцій кожний ген може бути представлений будь-якими одиницями зі своїх множинних Алеломорфів. Гетерогенність у поєднанні з панміксією є механізмом забезпеченню герозиготності популяцій за безліччю неалельних генів, котрі вільно комбінуються між собою в процесі розмноження. Так, якщо популяція дигетерозиготна за АВ-генами, то комбінативна мінливість наступного покоління за цими генами буде визначатись:

(Р'АА + 2PqAa+ q'aa) х (Р'ВВ + 2PqBe + q'^s).

Наприклад, в експедиції зібрано 3200 рослин гороху. При вивченні фенотипових ознак виявил що 307 рослин мають листя з вусиками, а 128 особин без вусиків. За ознакою форми насіння в 64 особин воно було гладеньке, а в 32 особин — зморшкувате. У попередніх спостереженнях встанові що наявність вусиків на листях та гладеньке насіння проявляються як домінантні, а відсутність вусиків зморшкувате насіння — як рецесивні ознаки. Ознаку наявність-відсутність вусиків позначили символ А-а, а гладеньке-зморшкувате насіння — В-в. Згідно з законом Харді-Вайнберга частота АА-генотипів зібраних особин гороху становила 64%, гетерозиготних Аа-генотипів — 32% і рецесивних аа-генотипів — 4%. Аналогічне обчислення частот було зроблено і для В-в-генів. Вписавши ці частоти у формулу закону Харді-Вайнберга, можна визначити, з якими частотами мають з'явитись нащадки з різними комбінаціями А-а-і В-в-генів: (0.64АА +- 0,32Аа + 0,04аа) х (0.81ВВ + 0,18Ва + 0,01вв) -»0,5184ААВІ + 0,1152ААВв + 0,0064ААвв + 0,2592АаВВ + 0,0576АаВв + 0,0032Аавв + 0,0324ааВВ + 0,0072ааВ + 0,0004аавв.

Аналогічні розрахунки можна провести для гетерозиготних популяцій з трьох, чотирьох, п'яти генів тощо.

Аналіз комбінативної мінливості в генотипах особин панміктичних популяцій показує, що за кількі фенотипоаих груп та генотипових комбінацій нащадків вона підпорядковується другому і третьому законам Менделя, Справді, з наведених розрахунків видно, що від зібраних 3200 рослин гороху (за умови їхньої однакової плодючості), мало б народитися 9 груп нащадків, кожна з яких характеризувалася б ше їй властивою комбінацією АВ-генів. Ці гєнотипово різноманітні 9 груп нащадків за фенотипом p поділу згруповуються в 4 групи, а саме:

0,9504А_В_+ 0,0396ааВ_+ 0,0096А_вв+ 0,0004аавв. ,

Неважко зрозуміти, що у 9 генотипових комбінацій виникли згідно з менделівською формулою фенотипові групи — згідно з менделівською формулою 2". В цих формулах символом п позначають кількість пар генів, які вільно комбінуються між собою. В нашому прикладі кількість пар генів дорівнює 2. Отже, 3" = 9, а 2" = 4, що підтверджує закономірності комбінування неалельних генів згідно з закон; Менделя. Проте частоти, з якими утворюються різні комбінації неалельних генів не збігаються з частотами, описаними в законах Менделя. Пояснюється це тим, що в популяціях нащадки будь-якого покоління не лише від гетерозиготних, але і від гомозиготних за домінантними та рецесивними генами особин. Як наслідок цього в межах популяції утворюються неоднакові кількості гамети з домінантними і рецесивними алелями. Однак у сукупності лише гетерозиготних організмів, або в окремої гетерозиготної особини, як правило, утворюється однакова кількість гамет з домінантними і рецесивними алелями. Завдяки чому й забезпечується сталість кількісних співвідношень різних комбінацій альтернативних ознак, описаних законами Менделя.

Порушення генетичної рівноваги у популяціях. Розглядаючи закон Харді-Вайнберга, ми дійшли висновку, що в поколіннях ідеально мислимих порядок співвідношення між частотами домінантних і рецесивних алельних генів залишається незмінним, і у природі не існує ідеальних популяцій, що пояснюється безперервним тиском на популяції мутаційного процесу, природного добору, міграцій, генетико-автоматичних процесів. Під впливом цих факторів відбувається невпинний процес рекомбінації та перебудови спадкових структур популяцій, сортів тощо, порушується генетична рівновага в популяціях. Якщо популяція відносно будь-якої пари їх генів не перебуває в стані рівноваги, вона намагається відновити втрачену рівновагу. Генетична рівновага в популяціях порушується внаслідок мутацій, природного добору серед заново шх комбінацій неалельних генів, під впливом різних неочікуваних природних факторів, котрі сприяють зміну співвідношень частот алельних генів. Однак у популяції починають діяти фактори, які наводять її до встановлення нової рівноваги. Такі процеси супроводжуються реорганізацією генетичного матеріалу. Якщо при цьому виникають нові ізоляційні бар'єри між сукупностями особин даної популяції, цим започатковуються процеси дивергенції. Поєднання процесів реорганізації генетичного матеріалу в генотипах популяцій з виникненням ізоляційних бар'єрів між сукупностями, які належали до вихідної популяції, є одним з провідних механізмів еволюції. Це легко зрозуміти, якщо взяти до уваги, що перебудова спадкових структур організмів можлива лише за мутаційного процесу. Без мутацій і мінливості неможлива будь-яка інша форма мінливості ознак. Без неї не може відбуватися природний добір, оскільки для нього не буде необхідного матеріалу. Таким чином, навіть якби між сукупностями особин популяції і виникла, скажімо, просторова ізоляція, то без мінливості природний добір не проходив би. Не могли б відбуватись і процеси еволюції.

З іншого боку, і за найактивніших процесів мутаційної мінливості еволюція видів не могла би відбуватись без бар'єрів ізоляції між сукупностями. Добір нівелював би мінливість ознак до їхніх узагальнених іх значень. Але в такій ситуації виникнення ізоляційних бар'єрів започатковує процеси дивергенції. Поєднання процесів мутаційної мінливості і природного добору з процесами утворення ізоляційних в між сукупностями організмів виду є рушійною силою еволюції.

Тиск мутацій. Згідно із законом Харді-Вайнберга, генотипи популяцій мають бути врівноваженими у співвідношеннях домінантних і рецесивних генів по кожній окремій ознаці, яку вони формують. Проте, генетична рівновага в популяціях порушується під впливом низки процесів, які своєю дією повільно, але невпинно спричиняють зміну у співвідношенні частот домінантних та рецесивних алельних Серед цих факторів однією з провідних є мутаційна мінливість.

Мабуть, неважко зрозуміти, що в разі, коли мутаційний процес йде лише в одному напрямку, наприклад, від домінантного до рецесивного стану, то за повної відсутності природного добору домінантний ген буде замінений своїм рецесивним алелем. Насправді ж кожний ген мутує не тільки в прямому, а й у зворотному напрямку. Частіше буває так, що швидкість мутування алельних генів у прямому та зворотному напрямках не збігається. За цих умов концентрації домінантного А- і рецесивного а-генів будуть наближатись до таких співвідношень, які забезпечуватимуть рівновагу між частотою мутацій у прямо-зворотному напрямках. Нехай р — концентрація домінантного гена А;

концентрація рецесивного гена а;

частота прямих мутацій А->а;

частота зворотних мутацій а->А.

Тоді можна записати, що пp — кількість генів а, які утворились внаслідок прямих мутацій від А до а,

кількість генів А, які утворились внаслідок зворотних мутацій від а до А. Процеси мутації алельних генів, котрі відбуваються з неоднаковими швидкостями, у протилежних напрямах змінюють концентрацію домінантних і рецесивних алельних генів у генотипі популяції.

Припустимо, що частота мутацій домінантного А- до рецесивного а-гена перевищує частоту зворотних мутацій від а до А. Тоді збільшення числа рецесивних а-генів у генотипі популяції буде:

1 = up — vq,

ї Aq — величина, на яку змінилась концентрація рецесивного а-гена.

Проте в нашому прикладі концентрація рецесивного а-гена не може досягти 100%. Цьому перешкоджають зворотні мутації від а- до А-гена. І хоч частота мутацій домінантного гена А вища, ніж у рецесивного а-гена, зниження його концентрації на користь рецесивного а-гена, супроводжується зменшенням утворення сумарної кількості рецесивних а-мутацій, а зростання концентрації а-гена буде супроводжуватись збільшенням кількості зворотних А-мутацій. Цей процес йтиме доти, доки не врівноважиться кількість прямих і зворотних мутацій. При цьому частота прямих мутацій у сумі дорівнюватиме частоті зворотних мутацій. Тоді Aq = up — vq = 0. Це означає, що up = vq. Якщо q виразити через р, то одержимо up = vq =v(1 — р} = v — up або u- up — vq. Звідси

P"u+V'aq~u+v1

де р* — рівноважна концентрація гена А при частоті мутацій u,

q*— рівноважна концентрація гена а при частоті мутацій v.

Отже, врівноважена концентрація домінантного гена в популяці — це відношення частоти зворотних мутацій до суми частот прямих та зворотних мутацій цього гена, а врівноважна концентрація реципрокного гена — це відношення частоти прямих мутацій до тієї ж суми частот прямих та зворотних мутацій.

Неважко зрозуміти, що за допомогою рівноважної концентрації одного алоля можна визначити ри важну концентрацію другого алеля даного гена. Наприклад, якщо рівноважна домінантного А-І дорівнює 0,2 частки одиниці, або 20%, то врівноважна альтернативного алеля становитиме одиницю, а врівноважна попереднього алеля, наприклад, q" = 1 — р'.

Ефективність природного відбору. Створена Ч.Дарвіном (1859) теорія природного добору грунтується на визнанні того незаперечі факту, що сукупності нащадків нових поколінь характеризуються великою мінливістю ознак. Між н завжди трапляються особини, краще або гірше пристосовані до умов зовнішнього середовища. Між ми крайніми проявами пристосованості є велика кількість особин, з проміжним рівнем такої пристосі ності. Тепер встановлено, що в основі цих явищ лежать генетичні особливості кожного організму, обумовлені мутаційною, комбінаційною та модифікаційною формами мінливості. Тому нащадки кожного нового покоління виживають диференційовано. В цьому і полягає суть природного добору.

Залежно від характеру мінливості ознак та змін умов середовища природний добір може д сильніше чи слабкіше. Інтенсивність його можна визначити за допомогою коефіцієнта добору, або коефіцієнта селекції, який позначають символом S. Наприклад, у популяції на кожну 1 000 новонароджених особин з АА- та Аа-генотипами народжується 11 особин аа-генотипу. Проти останніх діє добір інтенсивністю елімінації (видалення) однієї особини з кожної 1000 нащадків аа-генотипу, тобто в даному разі коефіцієнт селекції S = 1/1000. Отже під коефіцієнтом селекції ми розуміємо відношення кількості елімійованих під впливом природного добору особин певного генотипу до загальної кількості особин цього генотипу протягом одного покоління. З наведеного прикладу видно, що всі 1000 ocoбин АА- та Аа-генотипів братимуть участь у відтворенні нащадків наступного покоління. Проте з народжених 1000 особин аа-генотипу лише 999 приймуть участь у відтворенні нового покоління. За таких умов частка домінантного А-гена в популяції зростатиме в ряду поколінь, а частота його рецесивного алеля буде зменшуватись. При цьому адаптивна цінність АА- та Аа-генотипів проявляється як така, що дорівню а адаптивна цінність аа-генотипів дорівнює 0,999.

Під адаптивною цінністю, або пристосованістю, розуміють систему фенотипових ознак організму, які обумовлюють його здатність до стійкого виживання в несприятливих умовах середови та до збереження оптимального рівня плодючості. Показник пристосованості більшість авторів позначають символом W.

Візьмемо до уваги, що в разі, коли пристосованість, або адаптивна цінність, генотипів АА, Аа, аа ВА, Вв, вв і так далі дорівнює одиниці (w = 1), то коефіцієнт селекції S — О. І навпаки, якщо аа-гомо; готи стерильні чи летальні, то їхня адаптивна цінність w - 0, a S = 1.

Зазначимо, що в генотипах популяцій завжди проявляються ознаки з коефіцієнтами селекції проміжними між своїми крайніми значеннями з усіма переходами від нуля до одиниці.

Найефективнішим є природний добір, який діє проти домінантної мутації. Якщо така мутація неіи адаптивної цінності, а Ті фенотиповий прояв формується до того, як організм встиг відтворити нащадків, то в такому разі коефіцієнт селекції 3 = 1. Популяція відразу позбавляється відповідних мутацій.

Іноді прояв шкідливої домінантної мутації настає лише тоді, як фенотипово здоровий органі відтворить нащадків. Наочним прикладом такої ситуації може бути така хвороба, як хвороба Хантингтона, описана ним ще в 1872 р. Ця мутація успадковується за аутосомно-домінантним типом. Вона зустрічається в популяціях людей з частотою 2,3-6,7 випадків на кожних 100 000 чоловік. З'ясувалось, що у віці 45 років у мутантних особин починають спостерігатись дегенеративні зміни мозку, відбувається його атрофія. Прогресивно дегенерує нервова система, вражаються фізичні і психічні функції організму. Хвороба розвивається протягом 15 років, після чого хворий гине. Оскільки хвороба успадковується лише половиною нащадків, це свідчить про те, що цей мутантний ген у хворих зустрічається лише в гетерозиготному стані. Боротись з хворобою Хантингтона можна лише шляхом відмови носіїв відповідного гена від відтворення потомства.

На відміну від домінантних, рецесивні мутації фенотипово проявляються лише в гомозиготному стані, зтерозиготних генотипах функція рецесивних генів прикривається функцією алельних генів дикого типу. Тому в популяціях рецесивні мутації обумовлюють утворення великої кількості гетерозигот. Якщо рецесивна мутація в гомозиготному стані повністю елімінується дією добору, то нащадки кожного наступного покоління будуть народжуватись лише від особин АА- та Аа-генотипів. Унаслідок цього в популяції буде істотно зменшуватись частота рецесивних гомозигот відносно частот гетерозиготних особин кожного наступного покоління.

Щоб зрозуміти механізм реалізації описаних процесів, розглянемо такий приклад. Нехай частота особин аа-генотипу в популяції складає 0,4 частки одиниці, або 40%, тоді частота особин АА- та Аа-генотипів становитиме 1 — 0,4 - 0,6 часток одиниці, або 60%. Це можна виразити таким рівнянням:

АА + 2Аа + аа = 1

0,6 частки одиниці 0,4 частки одиниці

Припустимо, що добір діє лише на особин аа-генотипу з інтенсивністю елімінації їх 0,2 частки одиниці, або 20% за покоління. Тому попереднє рівняння, з урахуванням дії добору (Saa = 0,2) та з обчисленими частотами домінантних гомозигот і гетерозигот, можна записати у вигляді:

АА + 2Аа + аа = 1 — 0,4 х 0,2

0,135 0,405 0,4 (1 — 0,2)

Отже, з дією добору концентрацій аа-рецесивних особин у наступному поколінні зміниться від 0,4 частки одиниці до 0,4 (1 — 0,2) = 0,32 частки одиниці. Згідно з розрахунками, проведеними за законом Харді-Вайнберга можна підрахувати, що концентрація рецесивного гена а = 1 - 0,32 =0,5656 частки одиниці, а домінантного гена — А= 1 — 0,5656 =0,4344 частки одиниці. Звідси концентрація домінантних гомозигот АА та гетерозигот Аа становитиме:

АА — 0,4344' = 0,1867 частки одиниці,

2Аа= 2 х 0,4344 х 0,5656 = 0,4913 частки одиниці

Таким чином, у наступному поколінні відношення концентрацій генотипів з домінантними та рецесивними генами матимуть такий вигляд:

АА + 2Аа + аа =1

0,1887 0,4913 0,32.

З наведеного прикладу видно, що внаслідок добору на елімінацію рецесивного гена з інтенсивністю частки одиниці, частота появи особин з домінантним А-геном у новому поколінні збільшилась, а частка появи особин, гомозиготних за рецесивним а-геном зменшилась на 0,08 частки одиниці, або на 8%. Якщо під впливом добору і далі елімінуватимуть особини аа-генотипів з інтенсивністю 0,2 частки одиниці, то в наступних поколіннях концентрація рецесивного а-гена зменшуватиметься при збільшенні концентрації домінантного А-гена. Проте з'ясувалось, що в панміктичних популяціях навіть за повної елімінації аа-мутанта з генотипу повністю не вилучається рецесивний ген, який приховується від дії добору за своїм домінантним алеломорфом дикого типу.

Процеси спонтанної мутації генів супроводжуються залученням цих мутацій до комбінування з інишими, неалельними до них генами. Крім того, деяка частина рецесивних мутацій у процесі розмноження переходить в гомозиготний стан. Комбінативна мінливість будь-якого мутантного гена та його гомозиготи стан створюють матеріал для дії природного добору. Зрозуміло, що добір діє проти ознак, обумовлених функцією мутантних генів. Отже оскільки процеси спонтанного мутагенезу є безперервними, генотипи популяцій стають ареною боротьби двох протилежних сил — мутагенезу та природного добору. Внаслідок цього в популяціях безупинно відбуваються процеси, які спрямовані на врівноваження припливу відпливу мутантних генів.

Припустимо, що частота будь-якого гена С мутує в напрямку С => с або навпаки. Нехай у кожне поколінні під впливом добору елімінується половина мутантних особин. Тоді, позначивши частоту, наприклад, домінантних мутацій через И, можна записати, скільки в поколінні цього року народження з'явилось И мутацій. Але в цьому поколінні збереглась половина минулорічних мутацій, тобто и/2, позаминулорічних — и/4 і так далі. Це дає підстави записати, що u + 1/2u + 1/4u + 1/8u + ... + 1/nu = 2u.

Але оскільки половина мутантних особин у кожному поколінні елімінується, кількість мутантних генів у популяції на кожний момент буде становитиме: 2И х 1/2 = И. Отже, настає стан рівноваги, коли частота домінантних мутацій дорівнює частоті елімінації цих мутацій під впливом добору.

З іншого боку, величину 2И можна записати і так як И/0,5, тобто 2И = И/0,5. Але величина 0,5 — коефіцієнт добору S. Тому точку рівноваги частот надходження та елімінації домінантних мутацій мох записати як відношення частоти цих мутацій до коефіцієнта селекції, тобто И/S.

Що ж до рецесивних мутацій, то, спираючись на рівняння р2 + 2pq + q2 = 1, можна вважати, що частота мутантних особин за рецесивними генами И = q2. В разі, коли адаптивна цінність рецесивної мутації дорівнює 0, а коефіцієнт добору 8 = 1, можна записати, що q2 = И/S, a q = Vu/S. Це і буде той стану рівноваги між частотами надходження й елімінації рецесивних генів.

Якщо порівняти між собою показники рівня точок рівноваги, які настають для рецесивних і домінаї них генів за умови, що вони мають однакову адаптивну цінність та однаковий коефіцієнт селекції, то виявляється, що негативні рецесивні мутації накопичуються в генотипі популяції у суттєво вищих концентраціях, ніж домінантні мутації. В цьому можна переконатися на такому прикладі. Припустимо, що часі та мутації гена в прямому і зворотному напрямках u = 0,0016 частки одийиці, а під впливом добс елімінуються відповідні мутанти з однаковою частотою, S = 0,4. В такій ситуації точка стану рівнове домінантного гена буде u/S = 0,0016/0,4 = 0,004, а рецесивного — u/S = -у/О,0016/0,4 = 0,067 частки о/ ниці. Отже, концентрація рецесивних мутацій популяції виявилась в 16,6 раз більшою, ніж концентрації домінантних мутацій.

Підсумовуючи викладене слід зазначити, що яку природі, так і в практиці селекційної роботи доі відбувається на рівні цілих генотипів, носіями яких є організми, котрі входять до складу відповідних г пуляцій. При цьому в межах популяції природний добір елімінує не окремі рецесивні гени, а лише їх комбінації з іншими неалельними генами. Відомо, що на характер фенотипового прояву ознаки суттєво впливають умови зовнішнього середовища (своєю модифікуючою дією). Це особливо стосується поліме них генів, які в гетерозиготному стані завжди характеризуються проміжним домінуванням і досить чутлі до зміни умов зовнішнього середовища.

Модифікуюча дія цих умов істотно впливає на інтенсивність природного добору і обумовлює мінливість. Це означає, що за одних умов зовнішнього середовища інтенсивність добору є високою, інших — вона знижується, а то й повністю зникає. Це слід мати на увазі при проведені теоретичн дослідженнях та в селекційній роботі.

Дрейф генів. Згідно із законом Харді-Вайнберга існування популяції зі сталими відношеннями концентраї домінантних і рецесивних генів у поколіннях могло б стати реальним.за повної відсутності тиску на ЇЇІ нотип мутаційного процесу та дії природного добору. Тим часом працями М.П.Дубиніна і Д.Д.Ромашова (1930) та С.Райта (1931) було показано, що навіть за повної відсутності впливу на генофонд популяції пр цесів спонтанного мутагенезу та дії природного добору в наступних поколіннях концентрації домінанти і рецесивних алельних генів змінюються між собою.

Було встановлено, що причиною цієї форми мінливості концентрацій алельних генів є випадковіс розподілу їх у процесі вільного комбінування гамет протилежної статі при розмноженні. Рівновага співвідношеннях між домінантними і рецесивними алельними генами порушується внаслідок стихійного комбінування гамет, що особливо чітко проявляється в невеликих за чисельністю популяціях.

Розглянемо такий приклад. Нехай модельна популяція складається ч чотирьох особин самозапи; них рос/іин АА-, 2Аа- і аа-генотипів. Припустимо, що кожна з них має однакову можливість відтвори потомство лише з двох особин. Тоді кожна з чотирьох вихідних рослин має утворити по дві яйцеклпш які започаткують по дві життєздатні зиготи. При цьому рослини АА- і аа-генотипів можуть утворити дві А- та по дві а-яйцеклітини, а кожна з двох рослин має утворити по одній і по одній а-яйцеклітині. У малій за чисельністю сукупності випадкове відхилення від рівноного розподілу домінантних і рецесивних алельних генів у мейозі може істотно вплинути на відношення частот цих генів. У нашому прикладі ці співвідношення в новому поколінні становлять, як і передбачалось 1:2:1. Разом з цим при відхиленні від теоретично очікуваного розподілу ці співвідношення становили 5:8:3. Отже, випадкове відхилення від теоретично очікуваного шоділу алельних генів є ще одним фактором, під впливом якого порушується співвідношення частот домінантних і рецесивних алельних генів у поколіннях.

У наведеному прикладі було розглянуто модель досить малої сукупності. Насправді ж, в живій при-U, популяції представлені великими сукупностями, в яких окремі відхилення від теоретично очікуваного розподілу домінантних і рецесивних генів у мейозі або ж відхилення від очікуваних частот утворення алельних комбінацій генів проявляються незначними частками відсотка. Проте ці відхилення завжди зть місце і вносять свою частку в мінливість співвідношень концентрацій алельних генів у складі гено-ів панміктичних популяцій. Таким чином, створюється враження, що концентрації алельних генів у популяціях змінюються від покоління до покоління автоматично, без будь-якого впливу умов середовища. Тому мінливість співвідношень частот алельних генів у поколіннях популяцій, обумовлена випадковими відхиленнями від рівномірного розподілу їх у мейозі або випадковими відхиленнями від частот суваних генотипових комбінацій, дістала назву генетико-автоматичних процесів або дрейфу генів. Генетико-автоматичні процеси виявляються досить значущими в чисельно обмежених популяціях, виникають при заселені обмеженою сукупністю особин виду невеликих територій свого розповсюдження, ізольованих від аналогічних територій. Наприклад, на Гавайських островах від вершин вулканічних гір у радіальних напрямках розходяться долини, які різко розділені між собою хребтами. В цих долинах, крім інших видів організмів, розповсюджені молюски. З'ясувалось, що в кожній долині мешкає популяція молюсків, яка хоч чимось та відрізняється від популяцій сусідніх долин, незважаючи на те, що вони належать до складу одного і того ж виду. Оскільки природні умови (рельєф, клімат, рослинність, тваринний світ тощо) на таких обмежених територіях практично однакові, то відміни в характері фенотипого прояву ознак у кожній з цих чисельно обмежених популяцій спричинені перш за все генетико-автолітичними процесами.

Відомо, що в природі чисельність особин у складі популяцій періодично істотно змінюється. В деяких видів комах, риб, гризунів чисельність популяцій може змінюватисьу десятки, сотні, а в багатьох видів рослин (водорості, гриби) і в тисячі разів. Це явище С.С.Четвериков (1915) назвав хвилями життя. Різкі коливання чисельності особин у популяціях здатні спричиняти тимчасове розширення ареалу розповсюдження виду. Внаслідок цього, після спаду максимальної чисельності населення популяцій, на нових терит­оріях залишаються малочисленні сукупності, до складу генотипів яких входять незбалансовані концентрації домінантних і рецесивних алельних генів, а також міжалельні комбінації генетичного матеріалу, які .кісно не збігаються з відповідними генетичними структурами вихідних популяцій. Зрозуміло, що в ево-Іії утворених ізолятів суттєву роль відіграє дрейф генетичного матеріалу.

На генетичну структуру популяцій можуть впливати і міграції. Міграції особин одних популяцій в геологічні ніші інших споріднених популяцій створюють умови для обміну генами між ними. Тому міграції с мовлюють зміни частот алельних генів, привнесених особинами-іммігрантами. Наслідки таких міграцій подібні до наслідків спонтанного мутагенезу. Проте, на відміну від останнього, міграції здатні суп збільшити темпи мінливості концентрацій алельних генів та міжалельних комбінацій генетичного теріалу, що прискорює процеси еволюції. Особливістю міграцій є те, що вони можуть періодично поі рюватись і тим самим згладжувати межі між популяціями, обумовлюючи суттєве зростання генотип різноманітності. Це пояснюється тим, що міграції здатні привносити в популяції алельні гени із серій к жинних алелів, котрих до приходу іммігрантів могло не бути в тій чи іншій популяції.

До порушення генетичної рівноваги в популяціях може спричинитися явище селективного запліднення в межах видів рослинного світу. Ми з'ясуємо лише зміст поняття "селективне запліднення в рослин". Суть цього явища полягає в тому, що в природі на приймочку маточки квітки одночасно може потрапити декілька штук (а частіше — декілька десятків і навіть сотень) пилкових зерен свого таксономічного виду. Всі вони намагаються прорости в тканину маточки пилковими трубками. Оскільки генотипи пилкових зерен, які потрапили на приймочку окремої маточки квітки, неоднакові, то і швидкість росту їхніх пилкі трубок також буде різною. Запліднення яйцеклітини відбудеться за рахунок сперміїв того пилкового зерна, пилкова трубка якого першою ввійшла в мікропіле і перекрила можливість проникнення сюди інших пилкових трубок. Отже, якщо на приймочку маточки одночасно потрапляє декілька пилкових зерен, а першою проникає в мікропіле пилкова трубка лише одного з них, то це означає, що функції генотипу тканин маточки сприяють швидкому росту пилкової трубки певного генотипу порівняно з іншими. В цьому криється механізм селективності.

Крім селективного запліднення у рослин, досить широко розповсюджене вибіркове спаровуван тварин. Воно проявляється у формі чітко скоординованих поведінкових реакцій особин протилежної і зокрема у формі шлюбних ігор. Часто майбутні партнери виявляються "одягненими" в яскраве шлк вбрання (риби, птахи) або відрізняються певними фенотиповими ознаками, такими, наприклад, яскраво забарвлена пляма у хвостовій частині оленів, яку ще називають дзеркальцем. Самці і самки більи видів комах виявляють один одного за допомогою певних ароматичних речовин, притаманних особі виду в період розмноження. Все це синхронізує статеві цикли в особин протилежної статі та виклі можливість участі у відтворенні потомства генетичне неповноцінних представників популяцій.

Отже, разом з дією процесів спонтанного мутагенезу, природного добору та генетико-автомати процесів, на мінливість генотипових структур популяцій можуть суттєво впливати міграції, селект запліднення та вибіркове спаровування організмів у процесі розмноження.

Гетерогенність у популяціях. С.С.Четвериков (1926), один з основоположників генетики популяцій, зсумував основні положення цього напрямку генетичної науки. Він показав, що генотипи популяцій визначені великою кількістю мутацій, які зберігаються в гетерозиготному стані, прикриваючись більш вйо функціональною активністю своїх алеломорфів дикого типу. У великих за чисельністю популяціях рецесивні мутації розподіляються по всіх територіях, зайнятих відповідними популяціями. Ймовірність переходу їх у гомозиготний стан обернено пропорційна загальній чисельності особин, які входять до склад пуляції. Було встановлено, що переважна більшість генів здатна мутувати в декілька або в багато аі них станів, створюючи серії множинних алелів. З'ясовано, що до складу генофонду популяції входяї правило, всі представники серії множинних алелів по кожному гену. Звідси присутність у складі генофонду популяції всіх алеломорфів із серії множинних алелів по кожному гену дістала назву гетерозиготності.

Те, що популяції видів рослинного світу є гетерогенними, вже само собою випливало з дослідів В.Йогансена (1903), який встановив, що популяції самозапильних рослин, зокрема квасолі, предста великою кількістю чистих лініях. Відомо, що утворення чистих ліній у самозапильних рослин обумовлено переходом у гомозиготний стан рецесивних мутацій та їхнім комбінуванням з неалельними до них лініями. В свою чергу, число ліній, які можуть утворитись у межах популяції, дорівнює 2", де п — числі генів, за якими гетерозиготна популяція.

Слідом за Йогансеном дослідження були проведені Дж. Шеллом і Є.Істом (1908). Протягом кількох років вони проводили примусові самозапилення в кукурудзи. Оскільки самозапліднення або споріднене запліднення супроводжується активним переходом генів із гетерозиготного в гомозиготний стан, вважалось, що рослини кукурудзи, залучені до спорідненого розмноження (інбридингу), розщеплюють безліч фенотипових груп нащадків, більшість яких виявляються слабожиттєздатними або й зовсім нежиттєздатними. Всі ці фенотипові ознаки з'явились у інбредних нащадків кукурудзи внаслідок гомозиготації рецесивних мутантних генів, які фенотипово не проявлялись у гетерозиготному стані.

У спеціальних дослідженнях по вивченню генотипів популяцій дрозофіл, чорних хом'яків, проведених Четвериковим, а також у дослідженнях, проведених іншими авторами на популяціях риб, комах, птахів, ссавців, рослин, було встановлено, що всі обстежені природні популяції мають досить високу гетерогенність генотипів своїх особин. При цьому в усіх популяціях була виявлена величезна кількість рецесивних мутацій, наявність яких прикривалася генами дикого типу.

З'ясувалось, що в генотипах окремих особин популяцій мутації, прикриті домінантними алеломорфами, торкаються найрізноманітніших фенотипових ознак, котрі проявляються морфологічно або на рівні фізіологічних і біохімічних реакцій. При переході таких мутацій у гомозиготний стан вони виявляються ду-з різнонаправленими в плані пристосування. Переважна більшість їх носить летальний та напівлетальний характер. Наприклад, у дрозофіл рецесивні мутації при переході в гомозиготний стан, крім леталь­но ефекту, проявлялись повною або частковою втратою плодючості, змінами характеру жилкування крил та обрисів їхніх контурів, забарвленням та розмірами очей, забарвленням тіла, відсутністю щетинок І окремих частинах організму, відсутністю або спотворенням крил тощо.

Поява рецесивних різнонаправлених, у плані пристосування, мутацій свідчить про повну випадковість Іникнення їх та про неспрямованість спонтанного мутаційного процесу.

Генетичний аналіз показує, що висока насиченість популяцій мутантними рецесивними генами не проявляється фенотипово, бо насправді з багатьох тисяч неалельних генів, що входять до складу генотипів, наприклад, вищих рослин, кожна особина популяції виявляється гетерозиготною лише за декількома рецесив-ними неалельними мутаціями. При цьому в кожної такої мутації частота гомозигот, у яких фенотипово про­ївся мутантний ефект, зустрічається з низькою частотою — один мутант на 1000-3000 особин.

Такі частоти на перший погляд здаються незначними,

Проте якщо до складу генотипу кожної особини таксономічного виду входять тисячі, а то й десятки сяч різних генів і кожний з них може мутувати до рецесивного стану і приховуватись в генотипах 1-4% особин, то стає зрозумілим, що генотип кожної особини, яка входить до складу популяції, має бути гете-розиготним за декількома неалельними генами. А це означатиме всеосяжну насиченість генотипу популяції рецесивними мутаціями.

Вивчення закономірностей спонтанного мутагенезу в популяціях видів показало, що набори мутантних генів, а також співвідношення домінантних і рецесивних генів у різних популяціях окремого виду до­їть різноманітне. Все це свідчить про неспрямованість процесів спонтанного мутагенезу.

Процеси спонтанного мутагенезу в популяціях обумовлюють виникнення не тільки рецесивних, але і домінантних мутацій. Останні відрізняються від рецесивних мутацій тим, що їхнє виникнення супровод­иться негайним фенотиповим проявом. Проте за низької пенетрантності (частоти прояву гена) Імінантної мутації, вона може не зразу проявитись фенотипово. В такому разі домінантна мутація може розмножуватисьу прихованому стані доти, поки не припн­іться пригнічення ЇЇ функції генами-модифікаторами або зю інших умов середовища.

Фенотиповий прояв домінантних мутацій негайно підпадає під дію природного добору, в результаті якого елімінуються ті з них, що обумовлюють формування фенотипової ознаки з послабленою адаптивною цінністю. Саме негайна дія добору і спричиняється до того, що насиченість популяцій домінантними мутаціями дуже незначна, переважна більшість тих, що виживають, не впливає на аптивну здатність генотипів. Усе викладене вище дозволяє зробити висновок, що сока гетерогенність популяцій забезпечується:

• спонтанним мутуванням генів, унаслідок чого виникають домінантні та рецесивні алеломорфи;

• повним або неповним домінуванням мутантних генів, завдяки чому рецесивні мутації прикручуються від негайного впливу на них природного добору, що дає їм можливість розмножуватись та комбінуватись з неалельними генами;

• неповною пенетрантністю, яка прикриває домінантні мутації від негайної дії природного добору, що дозволяє їм розмножуватись та комбінуватись з неалельними до них генами;

• властивістю домінантних і напівдомінантних мутантних генів не впливати на адаптивну здатність відповідних генотипів, що робить природний добір байдужим до таких мутацій. Це дозволяє останнім також вільно розмножуватись та комбінуватись з неалельними до них генами.

Розмноження та залучення мутацій до утворення різноманітних генетичних комбінацій створює багатий матеріал для природного добору, під дією якого відбувається еволюція видів.

Генетичний гомеостаз у популяціях. Гомеостаз (від грец. homios — подібний, однаковий та stasis — стояння, нерухомість) у генеї пояснюється як здатність живої системи (організму, популяції) підтримувати сталий рівень се функціональної активності та відновлювати його при мінливості умов зовнішнього середовища. Було з'ясовано, що в популяціях проявляється дивовижна стабільність генетичного поліморфізму. Під термії "поліморфізм" (від грец. polymorphos — різноманітний) розуміють існування в межах популяції двох декількох генотипово різних форм, співвідношення між якими протягом тривалого часу перебуває в стані рівноваги.

Джерелом поліморфізму ознак у популяціях є висока гетерозиготність, гетерогенність, комбінаці та модифікаційна мінливість. Стабільність поліморфізму забезпечується дією природного добору.

Висока сталість поліморфізму в популяціях за їхніми фенотиповими ознаками забезпечується балансом відповідних генних систем. Класичним прикладом тут може бути гетеростилія. Наприклад, у примули (Primula vulgahs) існує два типи квіток, які відрізняються між собою довжиною тичинок та стовпчіків маточок. У популяціях цього виду рослин приблизно одна половина квіток має високі тичинки і низькі стовпчики (Ss-генотип), а друга — низькі тичинки і високі стовпчики (ss-генотип). Це явище гетерост (різностовпчастості) обумовлює обов'язкове перехресне запилення. Воно забезпечується тим, що у високостовпчастих квіток порівняно великі лопаті приймочок, які вловлюють крупний пилок, утворений ляками на довгих тичинках. Крупні пилкові зерна утворюють довгі, високо життєздатні пилкові трубки, конкурують за проникнення до яйцеклітини. В свою чергу, приймочки низькостовпчастих маточок мають порівняно невеликі лопасті й ефективно запилюються дрібним пилком, який утворюється низькотичинковими пилками. Таке перехресне запилення називають легітимним (законним). Шляхом штучного за лення можна здійснити іллегітимне (незаконне) запилення, для чого на приймочки низькостовпчастих точок наносять пилок з високих тичинок, а на високостовпчасті приймочки — з низьких тичинок. Але такого схрещування насіння зав'язується слабо.

Таким чином, при гетеростилії перехресне запилення відбувається за типом аналізуючого схреї вання в обох напрямках, тобто Ss x ss і ss x Ss, з рівновеликими частотами.

Те, що природний добір сприяє стабілізації поліморфізму ознак у поколіннях, підтверджується да ми досліджень Ю.П.Алтухова і Б.А.Калабушкіна (1974). Вони встановили, що співвідношення частот незабарвлених та смугастих молюсків виду Littorina squalida, виявлених у розкопках лагуни Бусе на Південному Сахаліні, змінились протягом останніх 5-6 тисячоліть, тобто за часом, протягом якого змінилось 2000 поколінь молюсків названого виду.

З наведених прикладів видно, що поліморфізм ознак, всу реч очікуванню, не порушує у просторі і часі стійкості популяцій єдиних генетичних систем. При цьому поліморфізм ознак, обумовлюючи високу пристосовчу пластичність популяцій, проявляєтьс формі генетичного гомеостазу. Провідним фактором або меха мом, який забезпечує прояв генетичного гомеостазу в популяї виду, є міграція. Саме завдяки міграційним процесам елементе популяції виду об'єднуються в системи вищих таксономічних рядків, у межах яких стираються мутантні ознаки. Таке нівелювання відбувається за рахунок переходу рецесивних мутацій з гомозиготного стану в елементарних популяціях у гетерозиготний стан у межах генотипу сукупності вищого порядку.

Форми природного відбору. Існує багато (більш 30) форм природного добору, з яких основними вважається три — це стабілізуючий, рушійний (направлений) та дизруптивний добір.

Стабілізуючий добір — це форма добору, за якої до умов зовнішнього середовища пристосовуються особини, які характеризуються середніми значеннями адаптивних ознак. Це найбільш розповсюджена форма добору.

Рушійний, або направлений, добір є однією з форм стабілізуючого добору, яка обумовлює селекційний зсув середнього значення ознаки від попередньої до нової форми її фенотипового прояву. Рушійною силою цієї форми добору є зміни умов середовища, котрі спричиняють зміни в становищі популяції в системі існуючого біогеоценозу. Природний добір чутливо реагує на такі зміни тим, що під його впливом починається адаптація незначних відхилень від попереднього середнього значення ознаки до з наступного нового значення. Як наслідок поступово змінюється генетична структура популяції.

Дизруптивний добір — це форма природного добору, що сприяє розвитку двох або декількох різних нетипових груп особин у межах одної і тієї ж популяції. Отже, дизруптивний добір являє собою одну з їм дестабілізуючого добору, котрий діє проти середніх значень ознаки в популяції. Тому його ще можна називати розчленувальним добором, оскільки він розділяє популяцію на різні фенотипові групи.

Матеріальною основою дизруптивного добору є генетичний поліморфізм у популяціях. Зокрема, як-на одній і тій самій території протягом життєвого циклу організмів популяції періодично змінюються ви середовища або ж ці різні умови одночасно проявляються в даній екологічній ніші, то це може супроводжуватись періодичними змінами напрямків дії природного добору. Наприклад, у слимаків (Сераеа Іогаїіз), які мешкають у лісах з грунтами брунатного кольору, смуги на черепашках також' набувають натного або рожевого забарвлення, а слимаки, які мешкають на ділянках, покритих жовтими травами— мають на своїх черепашках жовту пігментацію смуг. Отже, в даному разі проявляється своєрідна зчість у пристосовчій дії добору.

Творча роль добору полягає в тому, що один і той же генетичний матеріал сукупності певного виду інізмів залежно від напрямків добору може дати дуже різні наслідки. Добір у протилежних напрямках у межах одного і того ж генетичного матеріалу дає різні фенотипові ефекти.

Творча роль розчленувального добору особливо чітко проявляється в селекційній роботі людини. Бо справді, величезна кількість сортів сільськогосподарських рослин та порід свійських тварин, створених у процесі виробничої діяльності людини, є результатом творчого застосування штучного добору.

Зауважимо, що під терміном добір ми розуміємо процес виживання протягом свого життєвого циклу організмів, найкраще пристосованих до умов навколишнього середовища і здатних відтворювати якомога більшу кількість генетичне здорових нащадків. Добір буває природний і штучний. Практично результат штучного і природного добору не різняться між собою. Різниця полягає лише в тому, що, знаючи закони генетики, людина може суттєво поискорити процеси створення нових популяцій.

Значення генетики популяцій. Вивчення генетики популяцій дозволяє встановити ряд закономірностей процесу еволюції пидіе на розглядає закономірності прояву провідних факторів еволюції — мінливості, спадковості та прирі го добору, котрі тісно пов'язані між собою взаємозалежними процесами. З раніше названих фак еволюції мутаційна та комбінаційна форми мінливості лежать в основі поліморфізму популяцій. ПІдІ ючи під дію природного добору, поліморфізм популяцій не тільки виконує пристосовну функцію, і важливим механізмом внутрішньовидової дивергенції.

Закономірності генетики популяцій ефективно використовуються в практиці селекційної роботи (створенні нових порід свійських тварин, сортів сільськогосподарських рослин, штамів мікроорганізмів гощо). Знання цих закономірностей відкривають широкі можливості системного підходу для вирішення Господарських завдань, пов'язаних з акліматизацією та окультурюванням нових видів рослин, одомашненням нових видів тварин. Крім того, організація, .наприклад, утримання тварин на великих фермах з ^рахуванням законів популяційної генетики, забезпечує в два-три рази більший економічний ефект, ніж (тримання тварин без врахування вимог цих законів.

Знання та застосовування законів генетики популяцій у виробничій діяльності людини допомагає рвідомити необхідність дбайливого ставлення до природи, лише за умови якого можливі її всебічний розвиток та збагачення.

Медична генетика. Поки що немає єдиної думки про кількість генів у геномі людини. Вважають, що їх може бути до 100 000. Досить авторитетний російський генетик М.П.Дубінін називає, як найбільш реальне число приблизно 100 000 генів на геном.

Раніше зазначалось, що майже четверта частина всіх зачать у людини спонтанно абортується на різних, але особливо на ранніх стадіях ембріонального розвитку. Крім того, 4% народжених дітей виявиться генетичне дефективними. Таким чином, майже 29% зигот, які утворюються в процесі розмноження людини, мають генетичні дефекти, обумовлені впливом генетичного тягаря.

В людини, які в інших видів організмів, вроджені дефекти спричинені генними й хромосомними мутаціями. Дані, одержані на рослинах та лабораторних тваринах (дрозофіли, миші, пацюки, кролики, мавпи) свідчать, що загальна сукупність усіх спадкових змін, які спонтанно виникають в генотипах організмів, уставлена приблизно половиною генних І половиною хромосомних мутацій. При цьому переважна більшість генних та хромосомних мутацій носить летальний та напівлетальний характер. Разом з цим мутантні особини, що народились з генетичними дефектами, мають різноманітні розлади здоров'я. Нерідко трапляються досить важкі хвороби, котрі спричиняють порушення обміну речовин в організмі, деформації у процесі ембріонального розвитку тощо. Як наслідок переважна більшість генетичне деструктивних зигот абортується, а менша частина їх започатковує розвиток з аномальним формуванням окремих ознак або цілих комплексів їх. І

У значної частини дітей, що народилися з генетичними аномаліями, порушене число хромосом, кращого розуміння цих явищ розглянемо морфологію каріотипу людини.

Обстеження каріотипу розумове відсталого хлопчика віком 2,5 роки, в якого проявились флексс-контрактура пальців та поперечна складка на долоні, показало, що в групі С-хромосом у нього міститься зайва хромосома. Це означає, що в клітинах його організму якась із 6-12-ї хромосом представлений трьома гомологами замість очікуваних двох гомологів. Отже трисомія по одній з С-хромосом обумовлює аномальний розвиток ембріона.

В популяціях людини з частотою 1 /14500 трапляються хворі на синдром Д1. Через трисомію по одній з хромосом групи Д в дітей формуються роздвоєні верхня губа та піднебіння, природжена глухота.

Трисомією в групі хромосом Е — а насправді по 18-й хромосомі — обумовлений синдром Е,. Хворі ким синдромом характеризуються низько розміщеними деформованими вухами, аномальним розвитком кистей рук та ступень ніг, відхиленнями в будові внутрішніх органів тощо.

У популяціях людини з досить високою частотою (в середньому 2,5 на кожну 1000 новонароджених), ляються діти з хворобою Дауна. Ця хвороба у 94% випадків обумовлюється трисоміею по 21-й хро-омі, а в 6% — транслокаціями або іншими перебудовами хромосом. Із загальної сукупності особин з хворобою Дауна 75% — імбецильні (недоумкуваті), 20% — мають ідіотію і в 5% проявляється дебільність розумове недорозвинення).

Аналогічні аномалії в процесі ембріогенезу розвиваються й особин, гомозиготних за хромосомними перебудовами. Наприклад, делеція в одній з хромосом групи В обумовлює синдром котячого крику. Реципрокна транслокація між двома хромосомами групи С та групи Д, виявлена при обстеженні 7-річного хлопчика спричинила формування сплюснутого носа, невеликого епікантуса, косоокості, м'язової атрофії, затримки розумового розвитку та інших дефектів. Аномалії у формуванні фенотипових ознак обличчя і голови, а також затримка росту і розвитку, дефекти у формуванні внутрішніх органів тощо, обумов­иться інверсіями.

Вище вже відзначалося, що порушення балансу статевих хромосом також обумовлює аномалії розвитку. Хворі бувають досить низького зросту, безплідні, з порушеннями розвитку первинних та вторинних статевих ознак, в них проявляються аномалії у розвитку різних відділів кісток та розумова відсталість. В разі зайвих Х-хромосом за наявності У-хромосоми (наприклад, у каріот ХХУ, ХХХУ, ХХУУ, ХХХХУ) розвивається синдром Клайнфельтера. Ці хворі характеризує відсутністю сперматогенезу, справжньою пнекомастією, підвищеним виділенням із сечею фолікулостимулюючого гормону, євнухоподібністю тощо.

Потужним джерелом спадкових хвороб є генні мутації. Як і хромосомні мутації, вони спричиняють порушення обміну речовин, аномалій у формуванні фенотимових ознак тощо. Як приклад наведено фо­тографію І рентгенограму кисті руки, формування якої відбувалось під впливом домінантної мутації брахідактилії.

Деякі домінантні та рецесивні мутантні гени обумовлюють важкі спадкові хвороби. Підсумовуючи викладене, можна зробити вис­новок, що відкриття хромосомної та генної патології мас величезне значення для охорони здоров'я, ос­кільки розроблені методи вивчення ци­тогенетики людини дають змогу безпомилково ста­вити діагноз спадкових хвороб. Крім того, знаючи механізми виникнення, можна природжених каліцтв, потворностей, дефектів розвитку, порушень в обміні речовин тощо можна ефективніше розробляти засоби їх лікування. Медична генетика покликана вирішувати зазначені проблеми.

Проблеми медичної генетики. В середовищі, яке оточує людину, відбуваються відчутні зміни, спричинені Інтенсивним впровадженням у виробництво численних технічних розробок. Унаслідок цього навколишнє середовище забруднюється шкідливими для здоров'я людини продуктами хімічної та фармакологічної промисловості, металургії, ґірничовидобувної галузі, суттєво підвищується фон іонизуючої радіації тощо. Наприклад, у процесі лікування мієлолейкозу Іа злоякісних пухлин застосування лікувальних препаратів, які пригнічується синтез ДНК (цигозинарабіноза, 6-дізауридин тощо), супроводжується індукуванням хромосомних аберацій у клітинах організму хворих. Мутагенну дію спричиняють і такі лікувальні препарати, як кофеїн, нікотин, паральдегід, теофілін, теобромін, хлоралгідрат, сульфаніламіди, нітрофуран тощо.

Величезним забруднювачем середовища є промисловість. Так, у хімічній промисловості як проміжні продукти синтезу використовуються епоксидні смоли, лактони, алкілсульфати, етиленаміни та інші речовини, які мають високу мутагенну активність. Мутагенною дією характеризуються й такі відходи промисловості, як триметилфосфат, хлоридбензофуран, солі важких металів, зокрема хрому, ртуті, кадмію тощо.

Мутагенну дію виявляють деякі харчові консерванти. Наприклад, консервант АГ-2 (Японія) або нітрат натрію тощо. Щорічно в умовах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва на поля вносяться у великій кількості мінеральні добрива та пестициди, котрі не тільки порушують створені еволюційним процесом ланцюги живлення живих систем, але й суттєво знижують якість продукції та чистоту стічних і підземних. Зокрема, дуже небезпечними для здоров'я людини є такі хлорорганічні інсектициди, як ДДТ. Широке застосування інсектицидів у боротьбі із шкідливими комахами спричинилося до того, що ці досить стійкі препарати, накопичуючись у біосфері, розносяться по всій земній кулі, включаються у ланцюги живлення. Наприклад, для знищення комарів у Каліфорнії (США) препаратом ДДТ обробили озеро Клір-Лейк. Після внесення препарату його концентрація у воді, становила 0,02 частки на 10см³, у планктоні — 10 на 10см³, у планктоноїдних рибах — 903 на 10см³, у птахів, які живляться рибою, — 2134 на 10см³. Отже, концентрація ДДТ в ланцюгах живлення по ходу зростання рівня організації організмів, які складають ланки цих ланцюгів, збільшується в сотні тисяч разів. Унаслідок цього суттєво зменшилася кількість птахів, що жили на цьому озері. Зрозуміло, що виловлена в озері риба або відстріляна птиця забруднені пестицидами, а тому непридатні (небезпечні) для використання в їжу. Пестициди небезпечні для живих організмів не тільки через свою токсичність, а Й тому, що вони характеризуються мутагенними властивостями і обумовлюють порушення генетичного та хромосомного матеріалу в клітинах організмів.

Надлишок внесених на поля азотних добрив стає джерелом нітратів, які внаслідок мікробного віднов­лення перетворюються в нітрити. Надмірне надходження їх у рослини знижує харчову якість рослинних продуктів (картоплі, зерна, овочів), а внаслідок вимивання цих сполук з ґрунтів суттєво забруднюються навколишні водоймища.

Значним забруднювачем стічних та підземних вод в Україні є тваринницькі ферми. Підрахунки пока­зали, що в 1992 р. в цілому по Україні на них було вироблено майже 104 мли. тонн гною та 100 млн. тонн сечі і гноївки. Для нормального забезпечення рослинництва добривами, Україні в середньому треба вне­сти на поля по 810 000 т (за діючого речовиною) азоту, фосфору і калію на рік. Вироблений гній містить у середньому (за діючою речовиною) 520 000 т азоту, 260 000 т фосфору і 570 000 т калію. Крім того в сечі і гноївці міститься (за діючою речовиною) понад 1,15 млн. т азоту та 1,47 млн. т калію. Але саме се­ча і гноївка втрачаються господарствами майже повністю, забруднюючи водоймища, а господарства зму­шені щорічно купувати по 300-400 тис. т (за діючою речовиною) азотних і калійних добрив. Зрозуміло, що давно настав час на всіх тваринницьких фермах України побудувати довговічні бетонні гноєсховища з підземними ямами для сечі І гноївки. Це дасть можливість уникнути втрати цих добрив (а отже, й за­бруднення навколишнього середовища) і використовувати їх тільки за призначенням, не витрачаючи ко­шти на придбання азотних та калійних добрив.

Існує багато доказів того, що опромінення людей у процесі діагностичного обстеження їх чи прове­дення променевої терапії, або внаслідок аварій на атомних реакторах, випробувань атомної зброї на полігонах тощо супроводжується індукуванням хромосомних та генних мутацій, які стійко успадковують­ся в поколіннях. У людини ряд вивчених генів спонтанно мутує з частотою від 0,5-10 ^s—80-10 ⁶ на одну га­мету. М.П.ДубинІн показав, що експозиційна доза іонізуючого опромінення в 10 Р подвоює ці спонтанні частоти мутацій. Звідси випливає, що від збільшення існуючого фону іонізуючої радіації на 1 Р у новому поколінні на кожні 200 млн. новонароджених з'явиться 800000 чоловік з хворобами, спричиненими успад­кованими хромосомними перебудовами. Це становить 0,4% всієї сукупності новонароджених. Приблиз­но стільки ж має з'явитись новонароджених — генних мутантів. Якщо взяти до відома, що а людини ге­нетичний тягар обумовлює 25% абортивних зигот та 4% генетичне дефективних новонароджених, то підвищення фону радіації на 1 Р збільшує цей тягар на 0,8%.

Отже, зростання фону Іонізуючої радіації навіть на частку 1 Р загрожує виникненням великої кількості спотворених людських (і не тільки людських) особин.

Досвід людства показує, що іонізуюче опромінення та хімічні мутагени характеризуються високою тератогенною (від грец. tras (tratos) — потвора, виродок) дією, тобто пошкоджуючого зародок дією з ви­никненням аномалій та вад розвитку.

В 50-х pp. нашого століття Ж.Вільсон, опромінюючи самок пацюків рентгенівськими променями че­рез 9,7-10,7 доби після запліднення дозою 25 Р, виявив негативний вплив радіації на розвиток очей, а опромінення дозою 100 Р, обумовлювало 90% народжень зі скаліченими очима опромінення ембріонів пацюків через 9,2-9,75 год, після запліднення дозою 100 Р, за даними О.ҐІікса, спричиняються до роз­витку важких дефектів голови. Дози до 100 Р через 6,5-8,5 доби після запліднення обумовлюють народ­ження нащадків з роздвоєним піднебінням.

Дещо стійкішими до опромінення в утробі матері є плоди. Однак після опромінення а дозах 200-300 Р пацюків на стадії сформованих плодів народжувалися хворі нащадки з високою частотою смертності, а в тих, що вижили, мали місце: атрофія сім'яників, спотвореність кришталика очей, деформований мо­зок, спотворений скелет, вовча паща та інші дефекти.

У 1951 р. Ж.Ямлзакі та С.Райт обстежили дітей, що народилися від матерів які були вагітні ними і в період бомбардування Нагасакі знаходились від епіцентру вибуху атомної бомби (на відстані до 2000 м], а також самих матерів. Було обстежено 98 жінок. У процесі обстеження їх розділили на дві групи. До од­ної групи віднесли жінок з чіткими ознаками променевих пошкоджень, до другої — з незначними пошко­дженнями.

З'ясувалось, що в жінок першої групи загальна смертність дітей в утробному і постнатальному періодах становила 43%, а в жінок другої групи — 9%. Крім того, серед дітей, що народилися від жінок першої групи, 25% виявились розумово відсталими, 12% — у п'ятирічному віці так і не навчилися роз­мовляти, а в решти дітей цієї сукупності проявились інші важкі променеві пошкодження.

В 1952 р. Ґ.Плуммер обстежив 205 японських дітей віком 4-5 років, які зазнали опромінення від ви­буху атомної бомби в перші 1-3 місяці свого внутрішньоутробного життя. В підгрупі з 11 дітей, матер. яких під час вибуху були на відстані 1250 м від епіцентру, сім характеризувались суттєвою розумовою відсталістю, в одної дитини проявився монголоїдизм та Ідіотизм. У 24 дітей із 205 проявились дефекти очей. Переважна більшість дітей мала порушення в пігментації шкіри, мікроцефалію (зменшені розміри голови) та інші дефекти.

Узагальнюючи викладене, можна зробити висновок про те, що організм на ембріональній стадії роз­витку значно чутливіший до руйнівної дії радіації, ніж у дорослому стані. Розрізняють три стадії внутрішньоутробного розвитку, на яких організм неоднаково реагує на енергію іонізуючої радіації.

До першої стадії відносять період від початку дроблення зиготи до завершення формування трьох зародкових листків. Ця стадія характеризується дуже високою чутливістю ембріонів до радіації, яка про­являється надто високою їхньою смертністю.

До другої стадії відносять період органогенезу. На цій стадії формуються всі органи організму, а та­кож відбуваються процеси активної диференціації клітин, які поєднуються з процесами органотворення. На цій стадії зародок також досить чутливий до радіації, енергія якої сильно деформує напрямки процесів диференціації та органогенезу. Тому на дію енергії іонізуючого опромінення зародок відповідає форму­ванням великої кількості виродливостей. Зберігається високий рівень внутрішньоутробної та постнатальної смертності.

До третьої стадії відносять плідний період. Плід у вигляді сформованого організму виявляється більш стійким до радіації. Суттєво зменшується утворення виродків і знижується частота загибелі від дії радіації. Проте зростає частота аномалій тонких гістологічних структур. Новонароджені, віддані іонізуючому оп­роміненню в цей період, хворіли на променеву хворобу, мали аномалії пігментації шкіри, ламкість крово­носних судин, мікроцефалію, розумову відсталість та інші дефекти.

Зауважимо, що в основі молекулярних механізмів тератогенної дії іонизуючого опромінення лежать мутації, які індукуються поглинутою клітинами енергією радіації.

Крім іонізуючої радіації, здатна викликати мутації в генотипах живих організмів велика група хімічних речовин. За даними Й.Рапопорта та Й.Зоз деякі хімічні речовини за мутагенною дією суттєво перевершують іонізуюче опромінення. До них відносяться нітрозосечовини, нітрозогуанідин, деякі похідні іприту тощо. Сильними мутагенами є алкільні сполуки, вільні радикали та ін.

Висока тератогенна дія цих мутагенів безсумнівна. Вони надто небезпечні при застосуванні їх як хімічної зброї. Це наочно було продемонстровано в американо-в'єтнамській війні (1965-1973), коли для боротьби з в'єтнамськими партизанами в джунглях був застосований дефоліант "Оріндж", який містить сильний хімічний мутаген діоксин. (Дефоліанти —хімічні сполуки, які спричиняють опадання листя з рос­лин). Приблизно через п'ять років стало відомо, що в деяких американських та австралійських ветеранів цієї війни, котрим довелося стикатися з цим дефоліантом, незважаючи на те, що вони повернулися до дому здоровими, народилися діти, аномальні за деякими ознаками.

Як зазначалося, організм людини протягом року поглинає 0,95 мГр енергії іонізуючого опромінення, що еквівалентно експозиційній дозі 0,1145 Р. Ця енергія разом зі шкідливими метаболітами, які утворю­ються в організмі внаслідок обміну речовин, температурними шоками та іншими факторами середовища обумовлює спонтанне утворення генних і хромосомних мутацій. Щоб подвоїти рівень таких мутацій до­сить підвищити радіаційний фон на 10 Р. Якщо енергію цих 10 Р порівняти з природними факторами спонтанного мутагенезу, енергія яких становить лише 0,1145 Р, то легко зрозуміти, що природні хімічні речовини відіграють велику роль в індукуванні спонтанних мутацій. Звідси неважко дійти висновку, що за­бруднення середовища мутагенними факторами, зокрема пестицидами (ДДТ, гексахлораном, граноза­ном, 2,4-Д тощо) та відходами промислового виробництва, таїть у собі небезпеки відчутного зростання частоти хромосомних і генних мутацій у генофондах популяцій людини.

Ось чому настав час категорично заборонити застосування пестицидів, хімікатів, лікувальних препа­ратів, харчових добавок тощо, які характеризуються властивостями мутагенів, а також відмовитися від будь-якого виробництва, відходи якого забруднюють середовище токсичними мутагенними речовинами.

Однією з проблем генетичної безпеки людини є малігнізація (від лат. malignus — шкідливий, згуб­ний) — перетворення вихідно незлоякісної клітини в клітину злоякісної пухлини. При вивчені цього явища з'ясувалось, що спонтанні процеси малігнізації частіше не пов'язані з абераціями хромосом і не зале­жать від них. Виняток становить делеція, що проявилась у формі нестачі в районі великого плеча 21 -ї хро­мосоми людини. Така делеція була виявлена у хворого на хронічний мієлоїдний лейкоз в Філадельфії (США), тому її назвали філадельфійською хромосомою і позначили символом Ph. Однак не можна кате­горично стверджувати, що Ph-делеція причетна до малігнізації, оскільки вона проявляється не в усіх хво­рих на зазначену форму лейкозу.

Існує багато доказів відносно того, що злоякісний ріст обумовлюється генними мутаціями, дією онкогенів та антионкогенів. Разом з цим встановлено, що тварини інбредних ліній одного і того ж виду уражу­ються хворобами злоякісного росту з різною частотою, тобто в одних лініях тварини хворіють дуже часто, в інших — дуже рідко. Звідси стає зрозумілим, що такі факти спричинені певними спадковими факторами.

Наприкінці першого та на початку другого десятиліть XX ст. з'явилися докази на користь того, що існують віруси, які обумовлюють захворювання курей на лейкози та саркоми. Відкритий у 1936 р. Дж.Бітнером у мишей так званий фактор молока, який обумовлював рак молочних залоз, виявився віру­сом. Розгорнуті в цьому напрямку дослідження показали, що вірусна інфекція кору, вітряної віспи, гепа­титу, менінгіту, свинки та інших хвороб спричиняється до розривів хромосом в інфікованих клітинах тва­рин та людини. З'ясувалось, що вірусні пошкодження хромосомного матеріалу обумовлюють явища міто­тичної нестабільності й стимулюють процеси становлення хромосомних мутацій. Внаслідок цього з'явля­ються клони мутантних клітин, серед яких нерідко трапляються клони, в котрих започатковуються проце­си малігнізації.

У численних дослідженнях, проведених у 50-70-х pp. XX ст., було виявлене існування онкогенних вірусів, які індукують злоякісний ріст клітин у тварин і здатні трансформувати нормальні клітини людини in vitro в злоякісні. Онкогенні віруси відрізняються від Інфекційних тим, що, проникнувши у клітину твари­ни чи людини, вони, на відміну від Інфекційних вірусів, не вбивають цієї клітини, але змінюють її власти­вості. Така клітина починає бурхливо розмножуватись. Клітини-нащадки успадковують цю властивість, що спричиняються до їхнього активного злоякісного росту, який не підпорядковується регуляторним ме­ханізмам відповідного організму. На відміну від звичайних інфекційних вірусів, які можна легко виділити з Інфікованих ними тканин, онкогенні віруси важко виявити в пухлинах і ще важче виділити з них.

Ще в 1945 р. Л.Зільбер сформулював вірусну теорію злоякісного росту. В 1953 р. А.Львов показав, що ДНК фага здатна вбудовуватись у хромосому бактерії. Саме вбудовування та інтеграція ДНК онкоген­них вірусів з ДНК хромосом інфікованих клітин І передбачались вірусною теорією. Присутність вірусних геномів у хромосомах клітин змінює процеси обміну речовин у відповідних клітинах так, Ідо вони почина­ють активно ділитись,

Проте, за даними М.Коллета І Р.Ерsксона, трансформацію нормальних клітин у злоякісні здійснює не сам по собі геном онковірусу, а Src-ген. З'ясувалось, що Src-білок, який кодується цим ге­ном, індукує процеси малігнізації. В 1979-1981 рр. Г.Оперман та інші вчені виявили в клітинах курчат, па­цюків, людини білок Src-гена. Було встановлено, що в генотипах цих видів є нуклеотидні послідовності Src-гена, тобто в генотипах тварин і людини є онкогени, вірніше протоонкогени, які переносяться онковірусами від одних клітин до інших шляхом трансдукції.

Локалізуючись у геномах людини чи тварини, Src-протоонкогени не проявляють своєї функціональ­ної активності, оскільки в нормі вона залишається пригніченою. На відміну від генів еукарютів, гени вірусів характеризуються надто високоактивними промоторами. За даними Г.П.Георгієва (1969, 1981), онковірус, включаючись у хромосомну ДНК клітини по сусідству з її протоонкогеном, може трансформува­ти його в активний онкоген своїм промотором. Наприклад, вірус лейкозу крові, вбудовуючись у клітину ДНК по сусідству з протоонкогеном, саме своїм промотором трансформує його в активно функціонуючий онкоген. При цьому з'ясовано, що вбудовування та інтеграція ДНК вірусу з ДНК хромосоми не направ­ляється жодним вектором. Цей процес підпорядкований закону ймовірностей. Тому не кожне вбудову­вання ДНК онковіруоу в ДНК клітини індукує злоякісний ріст. Це трапляється лише тоді, коли геном вірус­ної частки переносить з собою онкоген з попередньої клітини або коли він несподівано вбудується в ДНК клітини по сусідству з її протоонкогеном.

Вірусна теорія злоякісного росту виявилась придатною для ДНК-вірусів, але здавалось, що вона не­застосовна для РНК-вірусІв. Ця складність була усунута завдяки дослідженням, виконаним у 1 970 р, в ла­бораторіях Г.ТьомІна І Т.Балтімора (CLUA). В цих лабораторіях було показано, що РНК-онковІруси під впливом ферментів, названих РНК-залежними ДНК-полімеразами, здатні на своїх молекулах РНК синте­зувати молекули ДНК, тобто передавати інформацію з молекул РНК на молекули ДНК.

З відкриттям зворотної транскрипції в онковірусів стало ясно, що РНК-онковіруси можуть вбудову­вати в ДНК інфікованих ними клітин свої ДНК-копії, зняті з геномів РНК. Так онкогеннІ віруси були на­звані ретровірусами

Отже, в процесі вивчення закономірностей виникнення хвороб злоякісного росту були одержані до­кази відносно того, що ДНК-копії РНК-вірусів вбудовуються в ДНК хромосом тварин і людини. Встанов­лено також, що вбудовані ДНК-копії РНК-вірусІв, перокомбіновуючись з ДНК хромосом, залучають до складу своїх геномів гени клітин-господарів і трансдукують їх в інші клітини. Зважаючи на це, вірусну те­орію злоякісного росту ще почали називати вірусогенетичною теорією.

Підсумовуючи викладене, неважко дійти висновку, що забруднення середовища виробничими І по­бутовими хімічними відходами та іонізуючою радіацією становить небезпеку для генофонду популяцій лю­дини, для її спадкових структур, в яких індукуються процеси суттєво прискореного зростання генетич­ного тягаря.

Безпека існування людства в XXI ст. вимагає;

• роботи промислових підприємств лише за такими технологічними схемами, які не допускають можливості забруднення навколишнього середовища;

• категоричної заборони використання пестицидів та лікувальних препаратів, які характеризуються мутагенними властивостями;

• використання синтетичних хімічних сполук у формі пестицидів та добрив лише в таких науково обґрунтованих дозах за такими правилами техніки безпеки, які б унеможливлювали забруднення підземних та стічних вод;

• спорудження на всіх тваринницьких фермах України бетонних гноєсховищ з ямами для збору гною. Це повністю захистить підземні та стічні води від забруднення і забезпечить господарства ор­ганічними добривами;

• переходу від хімічних методів боротьби з хворобами рослин, тварин та шкідниками сільського господарства до екологічно чистих біологічних методів;

• створення і впровадження таких технологічних схем використання атомної енергії, котрі в будь-яких (навіть аварійних) ситуаціях виключали б необхідність прямого контакту людини з енергією іонізуючого опромінення;

• впровадження системних підходів до виховання в кожної людини відповідальності за власне здоров'я.

Еволюція генетичної програми людини сформувала м інтелект шляхом добору особин, найздатніших до пізнання навколишнього світу, здійснення пристосовної діяльності, доцільної колективної взаємодії в межах сім'ї, роду, племені. Отже, добір особин, що характеризувались найрозвиненішим інтелектом, за­початкував еволюцію розуму як вищої форми діяльності людини. Позитивні і негативні досягнення в цій діяльності закріплювались у пам'яті людей як життєвий досвід, котрий збільшувався внаслідок накопичен­ня знань і навичок, набутих людиною в боротьбі за існування. Проте збереження в пам'яті людей знань та навичок без передачі їх нащадкам є неможливим. Тому в процесі еволюції людини така передача здійснювалась не тільки шляхом демонстрації певних засобів праці одними або прикладів поведінки і по­вторенням їхніх дій іншими, а й шляхом супровідного вимовляння дискретних звукових сигналів, які на­бували певних смислових значень. Таким чином у трудовій діяльності людей зі збільшенням досвіду зро­стала кількість осмислених звукових сигналів, якими поступово стали обмінюватись люди, що входили до складу відповідних етнічних спільнот. Започатковувались процеси мовотворення.

Трудова діяльність людей вимагала інтенсифікації передачі окремими індивідами своїм нащадкам на­копиченого досвіду з життєво важливих питань (наприклад, добування їжі, виготовлення одежі, споруджен­ня житла та захисту свого племені від нападу ворогів тощо. Зростало і зміцнювалось усвідомлення того, що накопичена в пам'яті система знань, вироблена суспільно-трудовою діяльністю людей, має система­тично реалізовуватись в їхні матеріальні достатки. Усвідомлення цього факту стало рушійною силою фан­тастично швидкої духовної еволюції людини. Про це свідчить наскельне мистецтво, яке виникло 40-50 тис. років тому в процесі духовного становлення людини як істоти розумної (Homo sapiens). Майже 10 тис. років тому людина почала свідомо одомашнювати різних тварин і вводити в культуру деякі види рослин, доби­раючи вихідний матеріал з дикої природи. Протягом останніх 2000 років активно накопичувались наукові знання в галузі гуманітарних та природничих наук, які протягом останніх 300-400 років були покладені в ос­нову науково-технічного прогресу (в матеріальному виробництві) та духовного збагачення людства.

Накопичення знань, навичок, традицій, набутих людиною в процесі суспільно-трудової діяльності і відкладених у пам'яті людей, не втрачається, а задовго до їхньої смерті передається кожному новому по­колінню шляхом виховування дітей. Так сформувалося соціальне спадкування людини.

Дослідження з питань індивідуального розвитку людини показали, Ідо особистість будь-якого індивіда в процесі його становлення залежить від реалізації двох програм: генетичної та соціальної,

Генетична програма представлена сукупністю всіх генів, які входять до складу геному та плазмону, повторюючись у кожній клітині організму. Якщо взяти до уваги, що в гаметогенезі та при заплідненні ор­ганізму відбувається перекомбінація генів з частотою Зn (де n — число пар генів у гетерозиготному стані, а воно може дорівнювати сотням і навіть тисячам), то стає зрозумілим, що ймовірність утворення двох од­накових генотипів наближається до нуля. Тому генотип кожної людини є неповторним, унікальним. А це означає, що І кожна людина є унікальною особистістю, зі своїм неповторним "я". Від покоління до по­коління генетична програма передається через статеві клітини. На початку даного розділу вже зазнача­лось, що людина у своєму рості, розвитку та розмноженні підпорядкована тим самим біологічним законам, що й асі інші диплоїдні види організмів, тобто в цьому відношенні людина не відрізняється від них.

Однак генотип людини суттєво відрізняється від генотипу тварин запрограмованим у ньому високим рівнем природженого інтелекту. Завдяки цьому в процесі виховування в дітей швидко розвивається ро­зумова активність, яка згодом переростає у творчу діяльність, тим часом найвитонченіше виховування тварин, у тому числі й антропоїдів, виявляє в них лише незначні зачатки інтелекту, котрих не досить для розвитку розумової" діяльності.

Реалізація генетичної програми людини йде від утворення зиготи, якою започатковується ембріональний розвиток майбутнього організму. При цьому включення в роботу та виключення з роботи генів, які на різних етапах розвитку забезпечують формотворення і ріст організму, відбувається під кон­тролем його генотипу.

В сучасному суспільстві соціальна програма складається з таких соціальних надбудов, як наука, гура, релігія, асі форми соціальної поведінки людей тощо. На відміну від генетичної, соціальна про передається кожному новому поколінню шляхом його виховування. При цьому вона кожного разу посилюється за рахунок удосконалення раніше набутих та заново опанованих знань.

Природна здатність людини не тільки відкладати І зберігати в пам'яті знання та досвід, набуті І цесі її трудової діяльності, але й шляхом виховування передавати все це новим поколінням у соціальної спадковості, і обумовила можливість становлення розуму і виділення людини з тваринного світу. Досвід показує, що за обмеження процесу виховування дитини лише засвоєнням нею елементарних побутових знань і навичок, без ознайомлення її із здобутками культури, науки, релігії, із закріпленням її свідомості форми поведінки в суспільстві тощо, уявлення такої дитини (а згодом і людини) навколишній світ залишаються на рівні наших предків, які жили десятки тисяч років тому. Прикладом цього можуть служити деякі племена бушменів у пустелі Калахарі або деякі племена в Південній та Південно-Східній Азії, ізольовані від основних популяцій людей гірськими хребтами. Але досить таким л особливо з дитинства, надати інформацію про досягнення сучасної науки, культури та про інші суспільства, як ці нащадки, здавалось би, "примітивних" людей, відразу підіймаються до культури науково-освітнього рівня сучасної цивілізованої людини.

В наш час соціальна програма людства характеризується надто високим рівнем розвитку культури, науки та виробництва. Суспільством створюються умови для повного розкриття здібностей кожної мої людини. Генетична унікальність у поєднанні з соціальними характеристиками людини створює черпну різноманітність творчих індивідів у сукупностях людей. Цим прискорюється прогрес культури, науки і виробництва. Розширюється й удосконалюється соціальна програма. Разом з цим ретельні антропологічні та археологічні дослідження показали, що протягом останніх десятків тисяч років не відбулося ніяких видимих змін у фізичній будові організму людини. Між колишніми кроманьйонцями і суча людьми не виявлено помітних змін у фенотиповому прояві ознак. Це свідчить, що еволюція людини вийшла з-під провідного контролю біологічних факторів і направляється дією соціальних факторів.