Типы взаимодействий генов. Закономерности передачи наследственных свойств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра социальной психологии и педагогики

Программированное задание по дисциплине

«Психогенетика»

Нижний Новгород

2011 г.

1. Хромосомы

Хромосомы (от хромо... и сома), органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор Х. в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом.

Термин хромосома был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером, который применил его для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, хорошо окрашивающихся основными красителями (от греч. хрома -- цвет, краска, и сома -- тело). К началу XX в. углубленное изучение поведения этих структур в ходе самовоспроизведения клеток, при созревании половых клеток, при оплодотворении и раннем развитии зародыша обнаружило строго закономерные динамические изменения их организации. Это привело немецкого цитолога и эмбриолога Т. Бовери (1902--1907) и американского цитолога У. Сеттона (1902--1903) к утверждению тесной связи наследственного материала с хромосомами, что легло в основу хромосомной теории наследственности. Детальная разработка этой теории была осуществлена в начале XX в. школой американских генетиков, возглавляемой Т. Морганом.

Работы Т. Моргана и его сотрудников не только подтвердили значение хромосом как основных носителей наследственного материала, представленного отдельными генами, но и установили линейность расположения их по длине хромосомы.

Представление о хромосомах как носителях комплексов генов было высказано на основе наблюдения сцепленного наследования ряда родительских признаков друг с другом при передаче их в ряду поколений.

Согласно хромосомной теории наследственности, совокупность генов, входящих в состав одной хромосомы, образует группу сцепления. Каждая хромосома уникальна по набору заключенных в ней генов. Число групп сцепления в наследственном материале организмов данного вида определяется, таким образом, количеством хромосом в гаплоидном наборе их половых клеток. При оплодотворении образуется диплоидный набор, в котором каждая группа сцепления представлена двумя вариантами -- отцовской и материнской хромосомами, несущими оригинальные наборы аллелей соответствующего комплекса генов.

Таким образом, в начале XX в. была неопровержимо доказана роль хромосом как основных носителей наследственного материала в эукариотической клетке. Подтверждение этому было получено при изучении химического состава хромосом.

Организация хромосомы

Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс -- хроматин, получивший свое название за способность окрашиваться основными красителями.

Как было доказано многочисленными исследованиями, ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе биологическую информацию -- программу развития клетки, организма, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В диплоидных соматических клетках организма ее вдвое больше, чем в гаметах. Увеличение числа хромосомных наборов в полипловдных клетках сопровождается пропорциональным увеличением количества ДНК в них.

Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы этих структур. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки.

Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль. Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.

Число фракций негистоновых белков превышает 100. Среди них ферменты синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Кислые белки хромосом выполняют также структурную и регуляторную роль. Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаруживаются также РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов.

РНК хромосом представлена отчасти продуктами транскрипции, еще не покинувшими место синтеза. Некоторым фракциям свойственна регуляторная функция.

Регуляторная роль компонентов хромосом заключается в «запрещении» или «разрешении» списывания информации с молекулы ДНК.

Массовые соотношения ДНК: гистоны: негистоновые белки: РНК: липиды -- равны 1:1:(0,2--0,5):(0,1--0,15):(0,01---0,03). Другие компоненты встречаются в незначительном количестве.

Количество

Каждая клетка тела человека содержит в точности 46 хромосом. Хромосомы всегда парны.

В клетке всегда имеется по 2 хромосомы каждого вида, пары отличаются друг от друга по длине, форме и наличию утолщений или перетяжек. В большинстве случаев хромосомы достаточно разнятся, чтобы цитолог мог отличить пары хромосом (всего 23 пары).

Следует отметить, что во всех соматических клетках (все клетки организма, кроме половых) хромосомы в парах всегда одинаковые по величине, форме, расположению центромер, в то время как половые хромосомы (23-я пара) у мужчин не одинаковые (ХУ), а у женщин одинаковые (ХХ).

Хромосома как комплекс генов представляет собой эволюционно сложившуюся структуру, свойственную всем особям данного вида. Взаимное расположение генов в составе хромосомы играет немаловажную роль в характере их функционирования.

Изменение количества хромосом в кариотипе человека может привести к различным заболеваниям. Люди с изменением числа половых хромосом при наличии У-хромосомы развиваются по мужскому типу. Это является следствием того, что факторы, определяющие мужской тип развития, находятся в У-хромосоме.

2. Первый закон Менделя

Скрещивание двух организмов называется гибридизацией, потомство от скрещивания двух особей с разной наследственностью называют гибридным, а отдельную особь -- гибридом.

Моногибридным называется скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков. Следовательно, при таком скрещивании прослеживаются закономерности наследования только двух признаков, развитие которых обусловлено парой аллельных генов. Все остальные признаки, свойственные данным организмам, во внимание не принимаются.

Если скрестить растения гороха с желтыми и зелеными семенами, то у всех полученных в результате этого скрещивания гибридов семена будут желтыми. Такая же картина наблюдается при скрещивании растений, обладающих гладкой и морщинистой формой семян; все потомство первого поколения будет иметь гладкую форму семян:



Поэтому первый закон Менделя получил название Закон единообразия гибридов первого поколения.

Если пользоваться терминами, появившимися через много лет после работы Менделя, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена только желтой окраски, а гены растений другого сорта - по два гена только зеленой окраски. Гены ответственные за развитие одного признака (например, цвета семян), получили название аллельных генов. Следовательно, у гибрида, первого поколения из каждой пары альтернативных признаков развивается только один. Второй признак как бы исчезает, не проявляется. Явление преобладания у гибрида признака одного из родителей Г. Мендель назвал доминированием. Признак, проявляющийся у гибрида первого поколения и подавляющий развитие другого признака, был назван доминантным, а противоположный, т, е. подавляемый, признак -- рецессивным.

Грегор Мендель решил заменить описание признаков растений абстрактным кодом «А, B, C, D, E, F, G» и «a, b, c, d, e, f, g» и тогда от наблюдения за судьбой одной пары признаков он перешел к наблюдению за двумя, тремя, четырьмя парами одновременно. Большими A, B, C, D, E, F, G он обозначил доминантные признаки; малыми a, b, c, d, e, f, g - рецессивные. Если в генотипе организма (зиготы) два одинаковых аллельных гена -- оба доминантные или оба рецессивные (АА или аа), такой организм называется гомозиготным. Если же из пары аллельных генов один доминантный, а другой рецессивный (Аа), то такой организм носит название гетерозиготного.

3. Закон Г.Харди- В.Вайнберга

Закон Харди-Вайнберга сформулировали в 1908 г. Независимо друг от друга математик Г. Харди в Англии и врач В. Вайнберг в Германии.

Закон Харди-Вайнберга гласит, что процесс наследственной преемственности сам по себе не ведет к изменению частот аллелей и (при случайном скрещивании) частот генотипов по определенному локусу. Более того, при случайном скрещивании равновесные частоты генотипов по данному локусу достигаются за одно поколение, если исходные частоты аллелей одинаковы у обоих полов.

Представьте себе ген, имеющий два варианта -- или, пользуясь научной терминологией, два аллеля. Например, это могут быть гены «низкорослости» и «высокорослости», как в случае менделевского гороха, или наличие или отсутствие предрасположенности к рождению двойни. Харди и Вайнберг показали, что при свободном скрещивании, отсутствии миграции особей и отсутствии мутаций относительная частота индивидуумов с каждым из этих аллелей будет оставаться в популяции постоянной из поколения в поколение. Другими словами, в популяции не будет дрейфа генов.

Равновесные частоты генотипов задаются произведениями частот соответствующих аллелей. Если имеются только два аллеля, А и а, с частотами p и q, то частоты трех возможных генотипов выражаются уравнением:

(р + g)2 = р2 + 2рg + g2

А а АА Аа аа,

где буквам во второй строке, обозначающем аллели и генотипы, соответствуют расположенные над ними частоты в первой строке; в котором:

· р - частота встречаемости аллеля А;

· g - частота встречаемости аллеля а;

· g2 - частота встречаемости генотипа аа;

· р2 - частота встречаемости генотипа АА;

· рg - частота встречаемости генотипа Аа.

Таким образом, если скрещивание случайно, то частоты генотипов связаны с частотами аллелей простым уравнением квадрата суммы. Приведенная выше формула получила название уравнения Харди-Вайнберга.

Предположим, что в популяции р = 0,7А, g = 0,3а, тогда частоты встречаемости генотипов будут равны (0,7 + 0,3)2 = 0,49 + 0,42 + 0,09 = 1.

Интересно, что в следующем поколении гаметы с аллелем А будут вновь возникать с частотой 0,7 (0,49 от АА + 0,21 от Аа), а с аллелем а - с частотой 0,3 (0,09 от аа + 0,21 от Аа), т.е. частоты генов и генотипов остаются неизменными из поколения в поколение - это и есть закон Харди-Вайнберга. [1] Если имеются три аллеля, например, А1, А2 и А3, с частотами p, q и r, то частоты генотипов определяются следующим образом:

(р + q + r)2 = р2 + q2 + r2 + 2рq + 2pr + 2qr

A1 A2 А3 А1А1 А2А2 А3А3 А1А2 А1А3 А2А3.

Чтобы понять смысл закона Харди-Вайнберга, можно привести простой пример.

Предположим, что данный локус содержит один из двух аллелей, А и а, представленных с одинаковыми для самцов и самок частотами: р для А и q для а. Представим себе, что самцы и самки скрещиваются случайным образом, или, что то же самое, гаметы самцов и самок образуют зиготы, встречаясь случайно. Тогда частота любого генотипа будет равна произведению частот соответствующих аллелей.

Вероятность того, что некоторая определенная особь обладает генотипом АА, равна вероятности (р) получить аллель А от матери, умноженной на вероятность (р) получить аллель А от отца, то есть р умножить на р равняется р2 .

Совершенно аналогично вероятность того, что определенная особь обладает генотипом аа, равна g2 . Генотип Аа может возникнуть двумя путями: организм получает аллель А от матери и а от отца, или, наоборот, аллель А от отца и аллель а от матери. Вероятность того и другого события равна рg, а значит суммарная вероятность возникновения Аа равна 2рg.

4. Основные хромосомные абберации и заболевания ,связанные с ними

Под хромосомными аберрациями понимают изменения структуры хромосом, вызванные их разрывами, с последующим перераспределением, утратой или удвоением генетического материала. Они отражают различные виды аномалий хромосом.

У человека среди наиболее часто встречающихся хромосомных аберраций, проявляющихся развитием глубокой патологии, выделяют аномалии, касающиеся числа и структуры хромосом. Нарушения числа хромосом могут быть выражены отсутствием одной из пары гомологичных хромосом (моносомия) или появлением добавочной, третьей, хромосомы (трисомия). Общее количество хромосом в кариотипе в этих случаях отличается от модального числа и равняется 45 или 47. Полиплоидия и анеуплоидия имеют меньшее значение для развития хромосомных синдромов.

Хромосомные болезни обусловлены грубым нарушением наследственного аппарата -- изменением числа и структуры хромосом. Типичная причина, в частности, -- алкогольная интоксикация родителей при зачатии («Алкогольный синдром плода»).

Сюда относятся синдромы Дауна, Клайнфельтера, Шерешевского -- Тернера, Эдвардса, «кошачьего крика» и другие.

Диагностика производится цитогенетическими, молекулярно-цитогенетическими и молекулярно-генетическими методами, а также на основании фенотипических признаков (синдромологический подход).

5. Основные типы взаимодействия генов

На основании изучения взаимодействия разных пар генов, влияющих на один и тот же признак, установлено несколько основных типов их взаимодействия: новообразование, комплементарные, или дополнительные, факторы, эпистаз и гипостаз и полимерия.

Следует отметить, что при всех типах взаимодействия наследование признаком происходит в строгом соответствии с установленными Менделем правилами наследования; меняется лишь характер расщепления по фенотипу, так как в зависимости от типа взаимодействия отдельные генотипы обнаруживают сходство между собой, в результате чего число различных фенотипов уменьшается против обычного по правилам Менделя.

1.Формы взаимодействия аллельных генов: полное и неполное доминирования, кодоминирование

Более пристальное рассмотрение элементарных признаков, т.е. признаков, альтернативные состояния которых наследуются по моногибридной схеме, позволяет подойти к проблеме доминирования, исследовать его механизм. И не только механизм доминирования, но и механизм действия и взаимодействия аллеломорфных пар вообще.

Казалось бы, с точки зрения рассмотрения генетически детерминированной активности фермента (или отсутствия активности), явление доминирования не представляет проблемы. Ферментативная активность должна доминировать над ее отсутствием.

Но явление доминирования не исчерпывает все случаи взаимодействия аллелей. Встречается также явление неполного доминирования. Кроме того, известны случаи отсутствия доминантно-рецессивных отношений или, точнее, случаи кодоминирования. Типичный пример такого взаимодействия аллелей - наследование антигенных групп крови человека: А, В, АВ и О, детерминируемых геном І.

Известны три типа аллелей этого гена: ІА, Ів, і°. При гомозиготности ІАІА эритроциты имеют только поверхностный антиген А (группа крови А, или II). При гомозиготности ІвІв эритроциты несут только поверхностный антиген В (группа В, или III). В случае гомозиготности ІВІВ эритроциты лишены А и В антигенов (группа О или I). В случае гетерозиготности ІАіО или ІВіО группа крови определяется, соответственно, А (II) или В (III). Эритроциты имеют, соответственно, антигены только А или только В. Это уже известный случай полного доминирования.

Если же человек гетерозиготен ІАІв, его эритроциты несут оба антигена: А и В (группа крови АВ, или IV). Это и есть случай кодоминирования. Аллели ІА и Ів работают в гетерозиготе как бы независимо друг от друга, что и определяют с помощью иммунологических методов.

2.Типы взаимодействия неаллельных генов

А.Комплементарность

У популярного генетического объекта плодовой мушки Drosophila melanogaster имеется большое число форм, наследственно различающихся по окраске глаз. У мух так называемого дикого типа или типа, распространенного в природе, глаза темно-красные. Существуют формы с ярко-красными глазами. Этот признак рецессивен по отношению к дикому типу. Он наследуется по моногибридной схеме при скрещивании нормальных мух и мух с ярко-красными глазами.

Если скрестить мух с ярко-красными глазами и мух с коричневыми глазами, то получаются следующие результаты. В Fi все мухи имеют темно-красные глаза (дикий тип), а при скрещивании гибридов первого поколения в F2 появляются четыре класса расщепления: мухи с темно-красными, ярко-красными, коричневыми и белыми глазами в соотношении 9:3:3:1. Для объяснения этого результата обратимся к логике генетического анализа.

Результаты, получившиеся в F1, показывают, что существует некоторый тип взаимодействия. Можно предположить, что это взаимодействие аллелей одного гена при моногибридном скрещивании. Однако в F2 появляются четыре класса в соотношении, характерном для дигибридного скрещивания при полном доминировании по обоим признакам, и среди них формируется самый малочисленный класс - мухи с белыми глазами.

Таким образом, предположение о дигибридном расщеплении в рассмотренном скрещивании подтверждается, а новообразовавшиеся мухи - белоглазые мухи в F2 - результат взаимодействия рецессивных аллелей.

По типу комплементарное™ взаимодействуют гены, контролирующие разные этапы одного и того же метаболического пути. Однако для многих морфологических признаков неизвестен биохимический механизм их реализации, поэтому приходится ограничиваться констатацией формально-генетической схемы их наследования. Так, по типу комплементарности взаимодействуют гены, определяющие форму гребня кур.

Б.Эпистаз

Вернемся к анализу взаимодействия генов рr и st у дрозофилы. Соотношение фенотипических классов в F2 можно представить себе и как следствие того, что рецессивная аллель рr в гомозиготе препятствует проявлению доминантной аллели st+. Точно так же рецессивная аллель st в гомозиготе препятствует проявлению доминантной аллели рr+. Действительно, то, что известно о генетическом контроле синтеза бурого глазного пигмента у дрозофилы, вполне соответствует предложенному здесь объяснению. Такой тип взаимодействия носит название эпистатического, или эпистаза, и условно изображается: рr > st+ и st > pr+.

В данном случае рецессивная аллель рr эпистатична по отношению к доминантной аллели st+, a st эпистатична по отношению к рr+. Данный случай взаимодействия генов называют также двойным рецессивным эпистазом.

Один ген, подавляющий действие другого, называют эпистатическим геном, ингибитором или супрессором. Подавляемый ген носит название гипостатического.

В.Полимерия

Наряду с комплементарным и эпистатическим принято также рассматривать взаимодействие генов по типу полимерии. В этом случае разные гены как бы дублируют действие друг друга, и одной доминантной аллели любого из взаимодействующих генов достаточно для проявления изучаемой фенотипической характеристики.

Так, при скрещивании растений пастушьей сумки с треугольными плодами (стручками) и с овальными плодами в F1 образуются растения с плодами треугольной формы. При их самоопылении в F2 наблюдается расщепление на растения с треугольными и овальными стручками в соотношении 15:1. Это объясняется тем, что существуют два гена, действующих однозначно. В этих случаях их обозначают одинаково (А1 и А2). Тогда все генотипы: А1 - А2 -, А1 - а2а2, а2а2А2- будут иметь одинаковую фенотипическую характеристику - треугольные стручки, и только растения а1а1а2а2 будут отличаться - образовывать овальные стручки. Это случай так называемый некумулятивной полимерии.

Однозначные, или полимерные, гены могут действовать и по типу кумулятивной полимерии. Так, шведский генетик Г. Нильсон-Эле в 1908 г. описал серию однозначно действующих генов, которые определяют окраску эндосперма зерен пшеницы.

По типу кумулятивной полимерии наследуются многие количественные признаки, например цвет кожи у человека; молочность, яйценоскость, масса и другие признаки сельскохозяйственных животных; длина колоса у злаков, содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы и др. Изучением наследования таких признаков занимается специальный раздел генетики - генетика количественных признаков, которая важна прежде всего для селекции и разработки проблем микроэволюции.

6. Основные принципы и закономерности наследования интеллектуальных способностей

Биологический подход стремится понять внутреннюю локализацию способностей либо с точки зрения их функционирования (мозг и центральная нервная система), либо в связи с их наследованием (гены). Выдвигались самые разные биологические теории.

Рассматривалась роль наследственности при определении интеллекта. Этот предмет был тщательно изучен Стернбергом и Григоренко (Sternberg & Grigorenko, 1997b).

Выяснилось, что приблизительно половина всех расхождений в баллах IQ объясняется генетическими факторами (Loehlin, 1989; Plomin, 1997). Процентное соотношение варьируется в зависимости от возраста; однако способность передавать /Q по наследству обычно увеличивается с возрастом. Также важно отметить, что многие исследователи доказывают невозможность четко разделить влияние наследственности и окружающей среды (Bronfenbrenner & Ceci, 1994; Wahlsten & Gottlieb, 1997), отмечая, что нужно сосредоточиться на понимании того, как наследственность и среда совместно обусловливают интеллект или оказывают на него влияние (Jensen, 1997; Scarr, 1997).

Коэффициент интеллектуальности (IQ)

Чтобы понять, как наследуется такой сложный признак, как интеллектуальность, ученые должны были прежде всего предложить хотя бы приблизительные критерии для ее определения. Первой попыткой такого рода стал "коэффициент интеллектуальности" IQ, разработанный французскими учеными Бине и Симоном для того, чтобы помочь парижским учителям правильно распределить учеников по классам школы. Сначала определение IQ проводили по средним показателям детей данного возраста, и если ребенок 12 лет отвечал на вопросы тестов так же, как 9-летний, то его IQ определяли как 9 : 12 = 0,75 или 75. Тогда было решено считать границей нормы показатель IQ равный 69.

За прошедшие годы процедура определения IQ претерпела множество изменений. Сегодня это тест, содержащий более ста разнообразных вопросов, в том числе и вопросы, проверяющие искренность отвечающего.

Однако многие специалисты считают, что умственные способности людей со сниженным интеллектом нельзя определять с помощью IQ - они качественно отличны от способностей нормальных людей и лежат как бы в другой области.

Так или иначе, но наследственность зависит от изменений популяции и условий окружающей среды, так что любые оценки коэффициента наследственности должны рассматриваться в контексте тех условий, в которых они получены.

Интеллект как способность обычно реализуется при помощи других способностей. Таких как: способности познавать, обучаться, мыслить логически, систематизировать информацию путем ее анализа, определять ее применимость (классифицировать), находить в ней связи, закономерности и отличия, ассоциировать ее с подобной и т. д.

Существенными качествами человеческого интеллекта являются пытливость и глубина ума, его гибкость и подвижность, логичность и доказательность:

любопытство -- стремление разносторонне познать то или иное явление в существенных отношениях, лежащее в основе активной познавательной деятельности;

глубина ума -- способность отделять главное от второстепенного, необходимое от случайного;

гибкость и подвижность ума -- способность человека широко использовать имеющийся опыт, оперативно исследовать предметы в новых связях и отношениях, преодолевать шаблонность мышления;

логичность мышления -- способность соблюдения строгой последовательности рассуждений, с учётом всех существенных сторон в исследуемом объекте, всех возможных его взаимосвязей;

доказательность мышления -- способность к использованию в нужный момент фактов и закономерностей, подтверждающих правильность суждений и выводов;

критичность мышления -- способность строгой оценки результатов мыслительной деятельности для отбрасывания неправильных суждений, выводов и решений (способность отказываться от начатых действий, если они противоречат требованиям задачи);

широта мышления -- способность к всестороннему охвату объекта мыслительной деятельности с учётом исходных данных задачи и многовариантности её решений[источник не указан 363 дня].

Различное содержание деятельности требует развития определённых интеллектуальных способностей индивида. Но во всех случаях необходима чувствительность индивида к новому, актуальным проблемам, к тенденциям возможного развития ситуации. Показателем развития интеллекта является несвязанность субъекта внешними ограничениями, отсутствие у него ксенофобии -- боязни нового, непривычного.

Существенное качество ума индивида -- предвидение возможных последствий предпринимаемых им действий, способность предупреждать и избегать ненужных конфликтов. Одной из основных особенностей развитого интеллекта является способность к интуитивному решению сложных проблем.

Развитие отдельных качеств интеллекта определяется как генотипом данного вида, так и широтой его жизненн Введение в науку о человеческом интеллекте: «25 фактов о человеческом интеллекте: заявление ведущих экспертов о состоянии дел в современной науке»

Обратимся к статье Р.Фролова «Введение в науку о человеческом интеллекте: «25 фактов о человеческом интеллекте: заявление ведущих экспертов о состоянии дел в современной науке»(12.01.2010.)Приведём некоторые, важные для нас выдержки из данного текста:

«Индивидуумы различаются в интеллекте из-за различий в окружающей их среде и генетической наследственности. Оценки наследуемости интеллекта варьируют между 0.4 и 0.8 (по шкале от 0 до 1), в большинстве случаев утверждая превосходящую роль генов над влиянием внешней среды в возникновении различий в IQ между людьми. (Величина наследуемости рассчитывается как квадрат коэффициента корреляции между фенотипом и генотипом). Если бы окружающая среда была бы совершенно идентичной для всех людей, то величина наследуемости IQ (и любого другого признака) выросла бы до 100%, поскольку в одинаковой среде все различия между индивидуумами происходили бы из за различий в их генах.»

«Интеллект, как и практически все личностные качества, в значительной степени наследуется. Интеллект полагается полигенным свойством, то есть за него отвечает не один, а некоторое число генов. Однако, несмотря на непрерывные поиски ассоциированных с интеллектом генов, эти исследования пока не увенчались значительными успехами, что скорее всего означает влияние очень большой совокупности генов, каждый из которых оказывает малый эффект (некоторые ученые оценивают что до 40% генов человеческого генома, который включает примерно 30,000 генов, могут в той или иной мере влиять на когнитивные способности). Сегодня исследователи пытаются обнаружить гены, которые по отдельности могли бы объяснить около 1% вариации в интеллекте. С другой стороны, известно большое число генов, мутации в которых вызывают наследственные заболевания, сопровождающиеся тяжелыми дефектами в умственном развитии.

Ожидается, что научный прорыв в исследованиях психогенетики произойдет, когда появится возможность проводить массовый статистический анализ полных человеческих геномов, внутри и между популяциями.

Факт наследуемости интеллекта была впервые научно установлен Фрэнсисом Гальтоном в его фундаментальном труде «Наследственность таланта, ее законы и последствия», опубликованном в 1869 году. Современные исследования с использованием метода близнецов и недавние, более изощренные методы с участием сиблингов, позволили произвести детальный анализ наследуемости интеллекта и множества других свойств личности. Следует понимать важное различие между понятиями «наследственность» и «наследуемость» какого-либо признака. «Наследственность» означает передачу генетической информации, отвечающей за тот или иной признак, от родителей к детям.

«Наследуемость» свойства - это та часть вариации выраженности признака внутри определенной популяции, за которую отвечают гены. За остальную часть вариации признака отвечают разнообразные влияния внешней среды и экспериментальная ошибка.»

Выводы

1. Наследуемость в широком смысле, обозначаемая как h2 помогает описать различия между индивидами в популяции, но не позволяет судить об уровне интеллекта отдельного человека.

2. Существует мнение, что IQ определяется исключительно наследственными особенностями, однако это никогда не было строго доказано. Многие эксперты полагают, что IQ зависит не только от природы, но и от воспитания, социального окружения, уровня жизни, образования и самообразования.

3. Поскольку развитие интеллекта зависит от множества генетических и средовых факторов, неудивительно, что причины различий IQ у разных индивидов и в разных популяциях чаще всего остаются неясными.

4. Для более полного объяснения стойких различий в IQ между группами, выделяемыми по половому признаку, расовому и иными признакам, необходимо продолжать исследования социальных и биологических особенностей таких групп, а также учитывать разницу в получаемом образовании.

7. Принципы наследования синдрома дефицита внимания

В последние годы достигнуты большие успехи в изучении одной из самых актуальных проблем нейропедиатрии - синдрома дефицита внимания/гиперактивности у детей. Актуальность проблемы определяется высокой частотой данного синдрома в детской популяции и его большой социальной значимостью. Дети с синдромом дефицита внимания имеют нормальный или высокий интеллект, однако, как правило, плохо учатся в школе. Помимо трудностей обучения, синдром дефицита внимания проявляется двигательной гиперактивностью, дефектами концентрации внимания, отвлекаемостью, импульсивностью поведения, проблемами во взаимоотношениях с окружающими. Следует отметить, что синдром дефицита внимания наблюдается как у детей, так и у взрослых. В последние годы доказана его генетическая природа. Совершенно очевидно, что в фокусе научных проблем синдрома дефицита внимания/гиперактивности концентрируются интересы различных специалистов - педиатров, педагогов, нейропсихологов, дефектологов, неврологов.

Синдром дефицита внимания/гиперактивности - дисфункция центральной нервной системы (преимущественно ретикулярной формации головного мозга), проявляющаяся трудностями концентрации и поддержания внимания, нарушениями обучения и памяти, а также сложностями обработки экзогенной и эндогенной информации и стимулов.

Термин "синдром дефицита внимания" был выделен в начале 80-х годов из более широкого понятия "минимальной мозговой дисфункции".

Частота синдрома дефицита внимания/гиперактивности, по данным разных авторов, варьирует от 2,2 до 18% у детей школьного возраста. Подобные различия объясняются несоблюдением четких критериев диагноза. Согласно данным Американской ассоциации психиатров, синдромом дефицита внимания/гиперактивности страдают около 5% детей школьного возраста. Практически в каждом школьном классе есть по крайней мере один ребенок с данным заболеванием. В исследовании Н.Н. Заводенко и соавт. [1] частота синдрома дефицита внимания у школьников составила 7,6%. Мальчики страдают в 2 раза чаще девочек.

Классификация. Согласно DSM-IV выделяют 3 варианта течения синдрома дефицита внимания/гиперактивности в зависимости от преобладающих клинических симптомов:

- синдром, сочетающий дефицит внимания и гиперактивность;

- синдром дефицита внимания без гиперактивности;

- синдром гиперактивности без дефицита внимания.

Некоторые исследователи подвергают сомнению объединение синдрома дефицита внимания и синдрома гиперактивности, так как до 40% всех больных страдают только дефицитом внимания без гиперактивности. Дефицит внимания без гиперактивности чаще наблюдается у девочек.

Синдром дефицита внимания может быть как первичным, так и возникать в результате других заболеваний, то есть иметь вторичный или симптоматический характер (генетически детерминированные синдромы, психические заболевания, последствия перинатальных и инфекционных поражений центральной нервной системы).

Этиология изучена недостаточно. Большинство исследователей предполагают генетическую природу синдрома. В семьях детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности нередко имеются близкие родственники, имевшие в школьном возрасте аналогичные нарушения [2]. Для выявления наследственной отягощенности необходим длительный и подробный расспрос, так как трудности обучения в школе взрослыми людьми сознательно или бессознательно "амнезируются". В родословных детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности также часто прослеживается отягощенность по обсессивно-компульсивному синдрому (навязчивые мысли и принудительные ритуалы), тикам и синдрому Жиль де ля Туретта. Вероятно, существует генетически детерминированная взаимосвязь нейромедиаторных нарушений в головном мозге при данных патологических состояниях.

Предполагается, что синдром дефицита внимания/гиперактивности детерминируется мутациями 3 генов, регулирующих дофаминовый обмен - гена D4 рецепторов, гена D2 рецепторов и гена, ответственного за транспорт дофамина ,обсуждается гипотеза, что носителями мутантного гена являются дети с наиболее выраженной гиперактивностью.

Наряду с генетическими, выделяют семейные, пре- и перинатальные факторы риска развития синдрома дефицита внимания/гиперактивности. К семейным факторам относят низкое социальное положение семьи, наличие криминального окружения, тяжелые разногласия между родителями. Особенно значимыми считаются нейропсихиатрические нарушения, алкоголизация и отклонения в сексуальном поведении у матери . Пре- и перинатальные факторы риска развития синдрома дефицита внимания включают асфиксию новорожденных, употребление матерью во время беременности алкоголя, некоторых лекарственных препаратов, курение.

8. Синдром дефицита внимания/гиперактивности

Представлены современные представления об этиологии, патогенезе, критериях диагноза и подходах к терапии синдрома дефицита внимания/гиперактивности. Подчеркивается необходимость четкого соблюдения критериев диагноза синдрома и взвешенного подхода к медикаментозной терапии.

В последние годы достигнуты большие успехи в изучении одной из самых актуальных проблем нейропедиатрии - синдрома дефицита внимания/гиперактивности у детей. Актуальность проблемы определяется высокой частотой данного синдрома в детской популяции и его большой социальной значимостью. Дети с синдромом дефицита внимания имеют нормальный или высокий интеллект, однако, как правило, плохо учатся в школе. Помимо трудностей обучения, синдром дефицита внимания проявляется двигательной гиперактивностью, дефектами концентрации внимания, отвлекаемостью, импульсивностью поведения, проблемами во взаимоотношениях с окружающими. Следует отметить, что синдром дефицита внимания наблюдается как у детей, так и у взрослых. В последние годы доказана его генетическая природа. Совершенно очевидно, что в фокусе научных проблем синдрома дефицита внимания/гиперактивности концентрируются интересы различных специалистов - педиатров, педагогов, нейропсихологов, дефектологов, неврологов.

Синдром дефицита внимания/гиперактивности - дисфункция центральной нервной системы (преимущественно ретикулярной формации головного мозга), проявляющаяся трудностями концентрации и поддержания внимания, нарушениями обучения и памяти, а также сложностями обработки экзогенной и эндогенной информации и стимулов.

Термин "синдром дефицита внимания" был выделен в начале 80-х годов из более широкого понятия "минимальной мозговой дисфункции". История изучения минимальной мозговой дисфункции связана с исследованиями Е. Kahn и соавт. (1934), хотя отдельные исследования проводились и ранее. Наблюдая детей школьного возраста с такими нарушениями поведения, как двигательная расторможенность, отвлекаемость, импульсивность поведения, авторы высказали предположение, что причиной данных изменений является повреждение головного мозга неизвестной этиологии, и предложили термин "минимальное мозговое повреждение". В дальнейшем в понятие "минимальное мозговое повреждение" были включены и нарушения обучения (трудности и специфические нарушения в обучении навыкам письма, чтения, счета; нарушения перцепции и речи). Впоследствии статическая модель "минимального мозгового повреждения" уступила место более динамичной и более гибкой модели "минимальной мозговой дисфункции".

В 1980 г. Американской ассоциацией психиатров была разработана рабочая классификация - DSM-IV (the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fourth Edition), - согласно которой случаи, описанные ранее как минимальная мозговая дисфункция, предложено рассматривать как синдром дефицита внимания и синдром гиперактивности. Основной предпосылкой явился тот факт, что наиболее частые и значимые клинические симптомы минимальной мозговой дисфункции включали нарушение внимания и гиперактивность. В последней классификации DSM-IV данные синдромы объединены под одним названием "синдром дефицита внимания/гиперактивности". В МКБ-10 синдром рассматривается в разделе "Эмоциональные расстройства и расстройства поведения, начинающиеся обычно в детском и подростковом возрасте" в подразделе "Нарушение активности и внимания" (F90.0) и "Гиперкинетическое расстройство поведения" (F90.1).

Частота синдрома дефицита внимания/гиперактивности, по данным разных авторов, варьирует от 2,2 до 18% у детей школьного возраста. Подобные различия объясняются несоблюдением четких критериев диагноза. Согласно данным Американской ассоциации психиатров, синдромом дефицита внимания/гиперактивности страдают около 5% детей школьного возраста. Практически в каждом школьном классе есть по крайней мере один ребенок с данным заболеванием. В исследовании Н.Н. Заводенко и соавт. [1] частота синдрома дефицита внимания у школьников составила 7,6%. Мальчики страдают в 2 раза чаще девочек.

Классификация. Согласно DSM-IV выделяют 3 варианта течения синдрома дефицита внимания/гиперактивности в зависимости от преобладающих клинических симптомов:

- синдром, сочетающий дефицит внимания и гиперактивность;

- синдром дефицита внимания без гиперактивности;

- синдром гиперактивности без дефицита внимания.

Некоторые исследователи подвергают сомнению объединение синдрома дефицита внимания и синдрома гиперактивности, так как до 40% всех больных страдают только дефицитом внимания без гиперактивности. Дефицит внимания без гиперактивности чаще наблюдается у девочек.

Синдром дефицита внимания может быть как первичным, так и возникать в результате других заболеваний, то есть иметь вторичный или симптоматический характер (генетически детерминированные синдромы, психические заболевания, последствия перинатальных и инфекционных поражений центральной нервной системы).

Этиология изучена недостаточно. Большинство исследователей предполагают генетическую природу синдрома. В семьях детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности нередко имеются близкие родственники, имевшие в школьном возрасте аналогичные нарушения [2]. Для выявления наследственной отягощенности необходим длительный и подробный расспрос, так как трудности обучения в школе взрослыми людьми сознательно или бессознательно "амнезируются". В родословных детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности также часто прослеживается отягощенность по обсессивно-компульсивному синдрому (навязчивые мысли и принудительные ритуалы), тикам и синдрому Жиль де ля Туретта. Вероятно, существует генетически детерминированная взаимосвязь нейромедиаторных нарушений в головном мозге при данных патологических состояниях.

Предполагается, что синдром дефицита внимания/гиперактивности детерминируется мутациями 3 генов, регулирующих дофаминовый обмен - гена D4 рецепторов, гена D2 рецепторов и гена, ответственного за транспорт дофамина [3]. S. Faraone, J. Biederman [3] обсуждается гипотеза, что носителями мутантного гена являются дети с наиболее выраженной гиперактивностью.

Наряду с генетическими, выделяют семейные, пре- и перинатальные факторы риска развития синдрома дефицита внимания/гиперактивности. К семейным факторам относят низкое социальное положение семьи, наличие криминального окружения, тяжелые разногласия между родителями. Особенно значимыми считаются нейропсихиатрические нарушения, алкоголизация и отклонения в сексуальном поведении у матери [2]. Пре- и перинатальные факторы риска развития синдрома дефицита внимания включают асфиксию новорожденных, употребление матерью во время беременности алкоголя, некоторых лекарственных препаратов, курение.

Предполагается, что в основе патогенеза синдрома лежат нарушения активирующей системы ретикулярной формации, которая способствует координации обучения и памяти, обработке поступающей информации и спонтанному поддержанию внимания. Нарушения активирующей функции ретикулярной формации, по всей видимости, связаны с недостаточностью в ней норадреналина [3]. Невозможность адекватной обработки информации приводит к тому, что различные зрительные, звуковые, эмоциональные стимулы становятся для ребенка избыточными, вызывая беспокойство, раздражение и агрессивность. Нарушения в функционировании ретикулярной формации предопределяют вторичные нарушения нейромедиаторного обмена головного мозга. Теория о связи гиперактивности с нарушениями обмена дофамина имеет многочисленные подтверждения, в частности, успешность терапии синдрома дефицита внимания/гиперактивности дофаминергическими препаратами. Возможно, что нарушения нейромедиаторного обмена, приводящие к гиперактивности, связаны с мутациями в генах, которые регулируют функции дофаминовых рецепторов. Отдельные биохимические исследования у детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности свидетельствуют, что в головном мозге нарушается обмен не только дофамина, но и других нейромедиаторов - серотонина и норадреналина.

Помимо ретикулярной формации, важное значение в патогенезе синдрома дефицита внимания/гиперактивности имеет, вероятно, дисфункция лобных долей (префронтальной коры), подкорковых ядер и соединяющих их проводящих путей [4]. Одним из подтверждений данного предположения является сходство нейропсихологических нарушений у детей с синдромом дефицита внимания и у взрослых при поражении лобных долей мозга. При спектральной томографии головного мозга у 65% детей с синдромом дефицита внимания/гиперактивности обнаружено снижение кровотока в префронтальной коре головного мозга при интеллектуальных нагрузках, тогда как в контрольной группе - лишь у 5% .

Критерии диагноза и клинические проявления. Адекватная диагностика синдрома дефицита внимания/гиперактивности невозможна без четкого соблюдения критериев диагноза. К ним, согласно DSM-IV, относятся:

- наличие у ребенка дефицита внимания и/или гиперактивности;

- раннее (до 7 лет) появление симптомов и длительность (более 6 мес) их существования;

- некоторые симптомы наблюдаются и дома, и в школе;

- симптомы не являются проявлением других заболеваний;

- нарушение обучения и социальных функций.

Следует отметить, что наличие нарушений обучения и социальных функций является необходимым критерием для установления диагноза "синдром дефицита внимания/гиперактивности". Кроме того, диагноз синдрома дефицита внимания/гиперактивности может быть поставлен только тогда, когда очевидны трудности в обучении (т. е. не ранее 5-6-летнего возраста).

Согласно DSM-IV, диагноз дефицита внимания может быть установлен при наличии по крайней мере 6 из описанных ниже симптомов. Ребенок имеет дефицит внимания, если он:

- не обращает внимания на детали и допускает ошибки в работе;

- с трудом поддерживает внимание в работе и игре;

- не слушает то, что ему говорят;

- не в состоянии следовать инструкциям;

- не может организовать игру или деятельность;

- имеет сложности в выполнении заданий, требующих длительной концентрации внимания;

- часто теряет вещи;

- часто и легко отвлекается;

- бывает забывчив.

Для диагностики гиперактивности необходимо наличие по крайней мере 5 из перечисленных ниже симптомов. Ребенок гиперактивен, если он:

- совершает суетливые движения руками и ногами;

- часто вскакивает со своего места;

- гиперподвижен в ситуациях, когда гиперподвижность неприемлема;

- не может играть в "тихие" игры;

- всегда находится в движении;

- очень много говорит.

Ребенок импульсивен (т.е. не способен остановиться и подумать, прежде чем заговорить или совершить действие), если он:

- отвечает на вопрос, не выслушав его;

- не может дождаться своей очереди;

- вмешивается в разговоры и игры других.

В значительном проценте случаев клинические проявления синдрома возникают в возрасте до 5-6 лет, а иногда уже на 1-м году жизни. Дети 1-го года жизни, у которых впоследствии отмечаются явления гиперактивности, часто страдают нарушениями сна и гипервозбудимостью. В дальнейшем они становятся крайне непослушными и гиперподвижными, их поведение с трудом контролируется родителями. Вместе с тем дети, имеющие в дальнейшем синдром дефицита внимания без гиперактивности, в младенчестве могут умеренно отставать в двигательном (начинают переворачиваться, ползать, ходить на 1-2 мес позднее) и речевом развитии, они инертны, пассивны, не очень эмоциональны. По мере роста ребенка становятся очевидными нарушения внимания, на которые родители, как правило, сначала не обращают внимания.

9. Генетические и средовые компоненты вариативности интеллекта человека в различные возрастные периоды

Коэффициент интеллекта -- показатель весьма чувствительный по отношению к средовым воздействиям, из которых одно из важнейших -- это образование. Логично предположить, что по мере роста образовательного уровня во время активного развития индивида будет изменяться в сторону повышения и IQ. Однако многие исследования показывают, что в период развития индивида успешность выполнения тестов интеллекта остается неизменной. В чем здесь дело?

Наиболее полные данные, касающиеся динамики IQ, представленыв Берклейском лонгитюдном исследовании (Berkeley Growth Study, 1941). Испытуемых обследовали многократно в различные периоды развития. Полученные коэффициенты корреляции очень высоки (0,86 между IQ в возрасте 5, 6 и 7 лет и IQ в 17 и 18 лет). Это значит, что около 80 % вариаций в 17 и 18 лет можно прогнозировать в возрасте 5, 6 и 7 лет. Корреляция возрастает до 0,96 между IQ в 11, 12 и 13 лет и IQ в 17 и 18 лет.

Эти результаты получены на ограниченной и специфической выборке (обследованные--дети из семей с высоким социально-кономическим статусом). Настоящие данные, несмотря на их высокое прогностическое значение, неозначают, что IQ оставался неизменным между исследованиями. Размах этих изменений достаточно велик. Так, для возраста 6 мес. усредненное значение изменений -- 21,6, для 14 лет -- 5,8 (при сравнении с 17-летними). IQ отдельных лиц резко отличаются в разные возрастные периоды. Около 50 % IQ в 6, 7, 8 либо 9 лет на 10 единиц или более отличаются от IQ в 17 лет. Таким образом, IQ сохраняет постоянство в статистическом смысле этого слова (для группы, но не для индивида).

Анализируя данные подобных исследований, необходимо помнить о том, что периоду развития большинства людей присуще относительное постоянство среды.

Увеличение с возрастом стабильности IQ объясняется кумулятивным характером интеллектуального развития, «ведь в каждом возрасте интеллект индивида есть сумма уже имеющихся и вновь приобретенных навыков и знаний. Даже если приобретенное никак не связано с уже имеющимся у индивида, постоянное улучшение уровня выполнения теста можно объяснить пропорциональным увеличением с возрастом общего количества навыков и знаний. Вот почему прогноз относительно IQ на основе результатов 3-летнего ребенка для возраста 16 лет будет более точным, чем прогноз на основе результатов 3-летнего для 9 лет»

Долгое время считалось, что снижение интеллекта начинается в конце третьего -- начале четвертого десятилетия жизни (см. рис.) (строго говоря, вывод о возрастном снижении делается на основе сравнения сумм шкальных оценок в разных возрастных группах). В современных тестах стандартное IQ определяют соотнесением суммарного шкального показателя испытуемого с нормой его возрастной группы. Поэтому, если индивидуальное возрастное снижение соответствует возрастному снижению нормативной группы, IQ будет оставаться постоянным.

Снижение IQ с возрастом

Определяющее значение социальных факторов в наличии или отсутствии возрастного снижения IQ показывает нам ограниченность этого показателя для анализа собственно возрастных изменений в интеллекте. Конечно, интеллект молодых не может быть тождествен интеллекту старых. Если у первых это скорее готовность к решению новых задач, накоплению знаний, то у вторых -- способность решать знакомые задачи на основе прошлого опыта. Происходящая с возрастом перестройка структуры интеллекта, естественно, не находит своего отражения в его количественном показателе.

Первые же исследования подтвердили существенный вклад генотипа в вариативность общего интеллекта. С того времени проведены сотни психогенетических исследований интеллекта, в которых приняли участие более 10 000 пар близнецов, сотни семей с приемными детьми, более 8 000 пар родителей и детей и около 25 000 пар сибсов. Все эти многочисленные работы указывают на значительную наследуемость интеллекта.

Хорошо заметно, что корреляции тем выше, чем больше генов и среды разделяют родственники. Например, МЗ близнецы, выросшие вместе, имеют более высокий коэффициент, чем выросшие врозь. Более высокое сходство близнецов, воспитанных вместе, объясняется общими средовыми условиями. Живущие вместе, но не имеющие общих генов, также демонстрируют положительную, хотя и невысокую корреляцию, очевидно за счет общей среды. Если по приведенным коэффициентам корреляции оценить показатель наследуемости интеллекта, то в среднем он окажется близким к 50%.

Оценки наследуемости в конкретных работах варьируют от 40 до 80%, однако обобщающие работы, в которых применяется процедура мета-анализа, демонстрируют значения наследуемости IQ около 50% (Plomin R., 2003). В настоящее время можно считать установленным, что "мета"-наследуемость общего интеллекта составляет примерно 50%. Основная часть наследственной вариативности общего интеллекта (фактора g) приходится на долю аддитивной составляющей.

Коэффициенты наследуемости интеллекта изменяются с возрастом, составляя в младенчестве примерно 20%, в детстве около - 40% и у взрослых - порядка 60% и выше (рис. 11.3). Влияние общей среды (с2) довольно существенно в детстве (порядка 30% дисперсии) и практически исчезает у взрослых.

Результаты лонгитюдных близнецовых исследований показывают, что динамика возрастных изменений интеллекта в значительной мере совпадает у МЗ близнецов и значительно больше различается у ДЗ близнецов.