рефераты, курсовые

Опубликовать

Продать работу

Загрузка...

Психогенетика Равич-Щербо

Категория: Психология
Тип: Учебное пособие
Размер: 4837.7кб.
скачать
Загрузка...

Учебное издание

Инна Владимировна Равич-Щербо

Татьяна Михайловна Марютина

Елена Леонидовна Григоренко

ПСИХОГЕНЕТИКА

Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности и направлению «Психология»

Москва 2000

УДК 159.9

ББК88

Р12

Федеральная программа книгоиздания России

Рецензенты: канд. психол. наук С.А. Исайчев, доктор биол. наук И.И. Полетаева

Равич-Щербо И. В. и др.

Психогенетика, Учебник/И. В. Равич-Щербо, Т. М. Марютина, Е. Л. Григоренко. Под ред. И. В. Равич-Щербо — М.; Аспект Пресс, 2000,- 447 с.

ISBN 5-7567-0232-6

Первый на русском языке учебник по психогенетике для студентов университетов и пединститутов. В доступной и систематизированной фор­ме излагаются необходимые базовые сведения по общей генетике, эмпи­рическим и математическим методам современной психогенетики, соот­ношению генетических и средовых детерминант в межиндивидуальной ва­риативности когнитивных функций, динамических характеристик психики и движений, психофизиологических признаков, в нормальном и отклоня­ющемся индивидуальном развитии. Коротко излагается история психоге­нетики за рубежом и в России. В приложении дана программа курса лек­ций по психогенетике.

УДК 159.9 ББК88

ISBN 5-7567-0232-6 © «Аспект Пресс», 1999, 2000

ОТ АВТОРОВ

Еще не так давно потребности в учебнике по психогенетике у нас не существовало: такой курс не читали, он не входил в учебные планы. Объяс­нялось это, вероятнее всего, доминировавшим убеждением в «социаль­ной природе психики человека», распространявшимся и на историческое возникновение человеческой психики, и на происхождение индивиду­ально-психологических различий. И если в частых дебатах о «биологичес­ком и социальном в человеке» физиологические основы этих различий все же обсуждались, то постановка вопроса об их наследственных детер­минантах, казалось, в корне противоречила этому убеждению, считалась принципиально неверной. Исключением был лишь факультет психологии МГУ, где с 1982 г. на кафедре общей психологии читается спецкурс «Пси­хогенетика».

Сейчас ситуация принципиально изменилась: расширяется круг ис­следователей, работающих в этой области, и, главное, Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования психогенетика включена и число базовых дисциплин при подготовке про­фессионалов-психологов. Все это говорит о том, что психогенетика как самостоятельная область знаний успешно развивается и, хотелось бы ве­рить, будет привлекать к себе все новые молодые силы. Для них — этот первый на русском языке, учебник.

Создание такого учебника для гуманитариев оказалось гораздо более трудной задачей, чем представлялось авторам вначале. Трудности связаны, прежде всего, с междисциплинарным характером психогенетики; именно это обстоятельство поставило перед нами ряд вопросов,

Можно было идти двумя путями: ограничиться изложением только данных самой психогенетики, вне контекста обшей генетики, нейрофи­зиологии и т.д., либо — за счет некоторого сокращения собственно пси­хологической части — дать и основные сведения по смежным (а точнее — «материнским») дисциплинам, без знания которых эмпирический мате­риал психогенетики не может быть правильно понят. Мы выбрали второй из этих путей.

Еще одна трудность заключалась в выборе материала для изложения. Дело в том, что различные психологические и психофизиологические признаки исследованы в психогенетике с разной полнотой: огромный массив работ по генетике интеллекта несопоставим с очень небольшим, часто измеряемым единицами, количеством исследований, например, моторики, психофизиологических и некоторых других функций. Степень

обобщенности и надежности результатов в этих случаях, конечно, разная. Надо ли излагать в учебнике интересные, но единичные работы, в кото­рых авторы пока могут скорее поставить задачу, чем решить ее?

Таких вопросов было множество, мы обсуждали их и между собой, и с коллегами, работающими в других областях психологии, и в конце кон­цов сочли, что информация, расширяющая научный кругозор, должна быть включена в учебник, став легко доступной каждому, кто захочет вникнуть в проблему чуть глубже стандартной программы.

Учитывая, что учебник предназначается главным образом студентам-психологам, многие собственно психологические вопросы, важные для оценки надежности полученных в психогенетике данных и их адекватной интерпретации, здесь лишь кратко обозначаются. Предполагается, что до курса психогенетики студенты прослушали лекции по общей и возраст­ной психологии, психодиагностике, статистике, знакомы с проблемой психологической индивидуальности.

Нам хотелось, чтобы учебник не только давал знания начинающим психологам, но и побуждал их к размышлению, сопоставлению, анализу данных. Естественно, первый опыт чреват многими недостатками. Мы бу­дем рады получить отклики, замечания, пожелания.

Главы написаны: Е.Л. Григоренко — I-VI, VIII, XIX; Т.М. Марюти-ной — XII-XVIII; И.В. Равич-Щербо — остальные главы. Предисловие, Введение, Заключение, Общая редакция — И.В. Равич-Щербо. Приятный долг авторов учебника — поблагодарить доктора биологических наук В.И. Трубникова за детальную консультацию и редактирование статисти­ческой главы; наших рецензентов доктора биологических паук И. И. Поле­таеву и кандидата психологических паук С.А. Исайчева — за тщательный анализ текста и конструктивные предложения, которые мы постарались учесть при окончательной доработке текста. Авторы признательны Инсти­туту «Открытое общество» за поддержку и включение учебника в про­грамму «Высшее образование».

В качестве приложения к данному учебнику публикуется программа курса «Психогенетика» для вузов. Программа составлена И.В. Равич-Щер­бо с учетом многолетнего опыта преподавания психогенетики в вузах Москвы и других городов России. Она выдержала конкурс, проводивший­ся в 1998 г. Институтом «Открытое общество».

ПРЕДИСЛОВИЕ

Определение области: о чем этот учебник?

Психогенетика — междисциплинарная область знаний, пограничная между психологией (точнее, дифференциальной психологией) и генети­кой; предметом ее исследований являются относительная роль и взаимо­действие факторов наследственности и среды в формировании индивиду­альных различий по психологическим и психофизиологическим призна­кам. В последние годы в сферу психогенетических исследований включается и индивидуальное развитие: и механизмы перехода с этапа на этап, и индивидуальные траектории развития.

В западной литературе для обозначения этой научной дисциплины обычно используется термин «генетика поведения» (behavioral genetics). Однако в русской терминологии он представляется неадекватным (во вся­ком случае, применительно к человеку). И вот почему.

В отечественной психологии понимание термина «поведение» изме­нялось, и достаточно сильно. У Л.С. Выготского «развитие поведения» — фактически синоним «психического развития», и, следовательно, для него справедливы закономерности, установленные для конкретных психичес­ких функций. Однако в последующие годы «поведение» стало пониматься более узко, скорее как обозначение некоторых внешних форм, внешних проявлений человеческой активности, имеющих личностно-обществен-ную мотивацию.

С.Л. Рубинштейн еще в 1946 г. писал, сопоставляя понятия «деятель­ность» и «поведение», что именно тогда, когда мотивация деятельности перемещается из сферы вещной, предметной, в сферу личностно-обще-ственных отношений и получает в действиях человека ведущее значение, «деятельность человека приобретает новый специфический аспект. Она становится поведением в том особом смысле, который это слово имеет, когда по-русски говорят о поведении человека. Оно коренным образом отлично от «поведения» как термина бихевиористской психологии, со­храняющегося в этом значении в зоопсихологии. Поведение человека зак­лючает в себе в качестве определяющего момента отношение к мораль­ным нормам» [133; с. 537].

Б.Г. Ананьев вопрос о соотношении «поведения» и «деятельности» рассматривал в ином аспекте, а именно с точки зрения того, какое из этих двух понятий является более общим, родовым. Он полагал, что его решение может быть разным в зависимости от ракурса изучения челове­ка. Например, при исследовании личности и ее структуры более широ­ким должно приниматься понятие поведения, а деятельность и ее виды

(например, профессиональная и т.д.) в этом случае являются частными понятиями. Тогда личность становится субъектом поведения, «посред­ством которого реализуется потребность в определенных объект-ситуа­циях» [4. Т. 1;с. 160].

Д.Н. Узнадзе предложил классификацию форм поведения, в которую входят такие формы, как труд, игра, художественное творчество и т.д.

В вышедшем совсем недавно «Психологическом словаре» (М., 1996) мы найдем следующее определение: «Поведение — извне наблюдаемая двигательная активность живых существ, включающая моменты непод­вижности, исполнительное звено высшего уровня взаимодействия целос­тного организма с окружающей природой» [129; с. 264]. Столь широкое определение справедливо и для поведения животных. Но дальше читаем: «Поведение человека всегда общественно обусловлено и обретает харак­теристики социальной, коллективной, целеполагающей, произвольной и созидающей деятельности. На уровне общественно-детерминированной деятельности человека термин П. обозначает также действия человека по отношению к обществу, др. людям и предметному миру, рассматривае­мые со стороны их регуляции общественными нормами нравственности и права» [там же].

Наверное, такая жесткая связь поведения именно с двигательной ак­тивностью и ограничение среды природой может вызвать возражения (и справедливые). Обратимся к другому словарю и увидим несколько иное определение: «Поведение — присущее живым существам взаимодействие с окружающей средой, опосредствованное их внешней (двигательной) или внутренней (психической) активностью... П. человека трактуется как имеющая природные предпосылки, но в своей основе социально обус­ловленная, опосредствованная языком и другими знаково-смысловыми системами деятельность, типичной формой которой является труд, а ат­рибутом — общение» [85; с. 244],

Согласно С.Л. Рубинштейну, «единицей» поведения является посту­пок, как «единицей» деятельности вообще — действие. При этом посту­пок — лишь такое действие человека, «в котором ведущее значение имеет сознательное отношение человека к другим людям..., к нормам обще­ственной морали» [133. Т, II; с. 9].

С этим определением согласуются и более поздние, например, имею­щиеся в психологических словарях последних лет: единицы поведения — поступки, под которыми разумеется «социально оцениваемый акт пове­дения, побуждаемый осознанными мотивами... П. как элемент поведения подчинен мотивам и целям человека» [128; с. 269]; «поступок — личност-но-осмысленное, лично сконструированное и лично реализованное по­ведение (действие или бездействие)»... [129; с. 276].

Существуют и другие определения термина «поведение», другие под­ходы к его анализу [96, 171, 179]. Однако никогда в это понятие не вклю­чаются, например, баллы IQ, объем памяти, особенности внимания и т.п. (не говоря уже о психофизиологических признаках), т.е. все те харак­теристики индивидуальности, ее отдельных уровней и подструктур, кото­рые исследует «генетика поведения» (behavioral genetics).

Неопределенность термина хорошо видна в некоторых определениях этой области знаний. Так, в предисловии к книге «Генетика поведения и эволю­ция», в которой есть и большие главы о психических функциях человека, Е.Н. Панов пишет, что генетика поведения — область знаний, оформившаяся «на пересечении таких дисциплин, как собственно генетика, биология разви­тия и комплекс наук о поведении, включающий психологию, этологию и эко­логическую физиологию. Задачей этого нового направления стало изучение онтогенеза обширного класса биологических (курсив наш. — И.Р.-Щ.) функ­ций организма, именуемых «поведением» и обеспечивающих по существу дву­стороннюю связь между индивидуумом и окружающей его экологической и социальной средой, Глобальность этой задачи уже сама по себе явилась причиной того, что в сферу интересов генетики поведения вскоре оказались втянутыми столь далекие друг от друга разделы науки и практики, как эндок­ринология и психиатрия, биохимия и педагогика, нейрофизиология и лингви­стика, антропология и селекция сельскохозяйственных животных» [177; с. 5], Сами авторы пишут: «В качестве поведения мы будем рассматривать любые формы активности, проявляемой организмом как единым целым по отноше­нию к окружающей среде и условиям его существования» [там же; с. 10]. Таким образом, в одну науку — генетику поведения — включаются и педагоги­ка, и сельскохозяйственная селекция, и многое другое. Это возможно в двух случаях; либо когда термин «генетика поведения» трактуется как более ши­рокий, родовой по отношению к «психогенетике», либо когда полагают, что, поскольку механизмы генетической передачи едины для всего живого, изуче­ние генетики признаков, относящихся к столь разным областям, может быть объединено в одну науку.

Это верно, если исследователь решает генетические задачи, такие, напри­мер, как тип наследования признака, локализация генов, ответственных за его проявление, и т.п. Но подобное объединение едва ли правильно, когда реша­ются психологические проблемы, связанные со структурой человеческой ин­дивидуальности, этиологией индивидуальных различий, типологией индиви­дуального развития.

Генетика поведения животных дает убедительную эволюционную ос­нову для постановки вопроса о роли генотипа и среды в изменчивости психологических черт человека. Однако ясно, что простой перенос на че­ловека данных, полученных при изучении животных, невозможен хотя бы по трем основным причинам. Во-первых, высшие психические функ­ции человека имеют совершенно иное содержание, иные механизмы, чем «одноименные» поведенческие признаки у животных; научение, реше­ние задач, адаптивное поведение и т.д. у человека — не то же самое, что у животных. Например, обучение у человека не тождественно образованию простых условно-рефлекторных связей у животного, поэтому возможность выведения «чистых линий» лабораторных животных по обучаемости сама по себе не означает генетическую обусловленность обучения у человека. Во-вторых, наличие у человека социальной преемственности, «програм­мы социального наследования» [50] меняет и способы передачи некото­рых психологических признаков из поколения в поколение. Наконец, в-третьих, для диагностики и измерения многих признаков у человека используются совсем иные, чем у животных, техники, адресованные к другим, иногда вообще отсутствующим у животных системам, уровням

управления и интеграции. Ясно, например, что произвольные движения человека, осуществляемые по речевой инструкции и, соответственно, по законам осознанной произвольной саморегуляции, не имеют полных ана­логов в движениях животного. А это означает, в свою очередь, что даже если будет доказана генетическая обусловленность двигательного науче­ния у человека, она может относиться к иной, по существу, функции, нежели двигательное поведение животных.

Все это говорит о том, что роль наследственных и средовых детерми­нант в фенотипической вариативности психологических и психофизио­логических функций человека должна быть специальным предметом ис­следования, хотя есть целый ряд задач, надежно решаемых только в рабо­те с животными, где возможны любые формы эксперимента. Вот почему, не отрицая необходимости и продуктивности генетических исследований поведения животных, тогда, когда речь идет о человеке, правильнее обо­значать эту область термином «психологическая генетика» («психогенети­ка»)*, т.е. «генетика психологических признаков». Диагностируя те или иные психологические особенности в их внешних, поведенческих прояв­лениях (иного способа просто нет), мы всегда полагаем объектом генети­ческого исследования саму эту особенность как присущую человеку чер­ту, а не разнообразные формы се реализации во внешнем поведении. Тер­мин же «генетика поведения» целесообразно оставить за изучением поведения животных.

В зарубежной литературе этот вопрос тоже вставал. В 1951 г. К. Холл, отмечая, что, как система знаний о наследственности психологических признаков, психогенетика — пока скорее обещание, чем реальность, писал: «Настоящая генетика поведения все же должна возникнуть, поскольку психологи все шире используют в своих исследованиях методы современ­ной генетики, а генетики все более регулярно занимаются проблемами поведения. Эта многообещающая тенденция в конце концов приведет к созданию и определит общие черты промежуточной науки — психогене­тики» [164; с. 405]. Психогенетика, продолжал он, «может оказаться ис­ключительно ценной для освещения динамики поведения» [там же; с. 434], т.е. психогенетические подходы могут быть средством, необходимым для понимания человеческого поведения.

В немецкой литературе, когда речь идет о человеке, чаще использует­ся термин «психогенетика» (Psychogеnetik), а термин «генетика поведе­ния» (Verhaltensgenetik) относится главным образом к исследованию жи­вотных. Как пишет видный немецкий психогенетик Ф. Вайс, несмотря на существование и других обозначений этой области знаний, с конца 70-х го­дов профессиональным психологическим сообществом было принято «короткое и ясное обозначение — "психогенетика"» [448; с. 9].

* Существуют аналогичным способом образованные понятия «медицинская генетика», «фармакогенетика» и т.д. Вместе с тем близкий термин «генетическая психология», прочно связанный с именем Ж. Пиаже, относится к онтогенезу пси­хики и образован от слова«генезис», а не «генетика». Об этом также иногда напо­минают зарубежные исследователи [см., напр., 448].

Перечень работ, в которых так или иначе обсуждается вопрос о тер­минологии, можно продолжить. Однако для нас сейчас важен сам факт его обсуждении, ибо он свидетельствует о профессионально строгом под­ходе к используемой терминологии вообще и о необходимости точного употребления каждого из этих двух понятий — в частности. Правда, суще­ствует и другая точка зрения. Например, В. Томпсон и Г. Уайльд — авторы одного из больших обзоров, принимая термин «генетика поведения» не только в силу личных предпочтений, но и потому, что именно так была озаглавлена первая работа, суммировавшая всю эмпирику этой области исследований (и тем самым давшая термину «права гражданства»), пола­гают, что разница рассматриваемых терминов не столь велика, чтобы ее обсуждать [425]. Так ли это?

Думается, не так. Помимо того, что четкое определение и дифферен­циация терминов в науке необходимы всегда, в данном случае смешение понятий чревато не только методологическими, но и мировоззренчески­ми, нравственными ошибками. Это — не спор о словах. Ведь если мы принимаем термин «генетика поведения», то объектом генетического анализа должен стать поступок, т.е. (как следует из его определения) со­циально оцениваемый акт, Тогда мы неизбежно допускаем возможность наследуемости индивидуальных убеждений, мотивов, ценностных ориен­тации и т.д. — всего того, что движет поступками, т.е. поведением челове­ка. Методологически это неверно: все, что знает психологическая наука о структуре личности, личностных чертах и их генезисе, противоречит та­кой постановке вопроса. Это противоречит и знаниям современной гене­тики, ибо в пределах нормы нет социально «хороших» и социально «пло­хих» генов, но есть индивидуальный генотип, определяющий те или иные (социально индифферентные!) индивидуальные особенности, чьи разви­тие и реализация направляются, канализируются той средой, с которой данный человек взаимодействует. Вот почему одна и та же генетически заданная черта может, в зависимости от мотивов деятельности, получить и положительный, и отрицательный социальный смысл. Именно поэтому обозначение области знаний в данном случае содержательно важно. Пото­му и учебник, который вы держите в руках, называется «Психогенети­ка», и речь в нем будет идти о факторах, формирующих межиндивидуаль­ную вариативность конкретных психологических черт, а не человеческих поступков и поведения.

В связи с этим следует сказать несколько слов о генетической нейро-и психофизиологии. Хотя исследования биоэлектрической активности мозга, функций вегетативной нервной системы, гормональной системы и т.д. непосредственно в систему психологических знаний не входят, они являются необходимым звеном и в понимании человеческой индивиду­альности, и в общей логике психогенетического исследования. Путь от гена к психологическому признаку лежит через морфофункциональный уровень; иначе говоря, в геноме человека закодирован не «интеллект в столько-то баллов», а такие морфофункциональные особенности орга­низма (в большинстве своем нам еще не известные), которые вместе со средовыми влияниями и создают все разнообразие интеллектов, темпе­раментов и т.д. «Поскольку организм и активен, и реактивен, важность

генных элементов в организации поведенческого паттерна покоится па взаимодействии органической структуры и психологической функции в течение жизни индивидуума. Нет поведения без организма; нет организма без генотипа и нет физиологической адаптации без непрерывной и пол­ностью интегрированной генной активности» [302; с. 344].

Несмотря на давность, эти слова верны и сейчас, и именно эта логи­ка определяет особое место генетической психофизиологии в общей струк­туре психогенетических исследований. Парадокс заключается в том, что, несмотря на общепризнанность данного положения, соответствующих исследовательских программ в мире — единицы, количество работ по генетике нейро- и психофизиологических признаков несопоставимо мало по сравнению с психологическими. Имеющиеся в этой области данные изложены в четвертом разделе и главе XVIII пятого раздела.

План учебника продиктован тем, что он предназначается студентам небиологических специальностей — будущим психологам, педагогам. Этим же определяется и некоторая диспропорция частей: детальное изложение общих генетических закономерностей и столь же детальный рассказ о ней­ро- и психофизиологии самих по себе, с одной стороны, и достаточно сжатый анализ собственно психологических признаков — с другой.

Вначале, во Введении, коротко показано место психогенетики в ис­следованиях индивидуальности человека, дана краткая история психоге­нетических исследований, в том числе и РОССИИ. В главах IVI изложены основные сведения современной генетики о механизмах наследственной передачи и наиболее общих правилах, которым она подчиняется. В главе VI приводятся данные относительно воздействия различных компонентой среды — проблемы, которой в последние 10-15 лет генетики уделяют больше внимания. В главах VII-VIII рассматриваются методы психогене­тики и математические способы оценки доли генетических и средовых влияний в общей дисперсии признака. В главах IX-XVI излагаются эмпи­рические данные, касающиеся изменчивости показателей интеллекта и других когнитивных признаков, темперамента, моторики, психофизио­логических функций. Главы XVII-XIX посвящены одной из новых облас­тей — психогенетике индивидуального развития, в том числе его девиан-тных форм.

Наконец, в Заключении подводятся итоги, в частности, формулиру­ются общие выводы о том, что же в целом означают результаты, полу­ченные психогенетикой; что она даст для фундаментальных психологи­ческих исследований и для решения прикладных задач; в чем заключа­ются, по мнению авторов учебника, наиболее актуальные задачи этой отросли знаний.

И последнее. В силу того, что общий список цитируемой и упоминае­мой литературы к данному учебнику достаточно обширен, мы сочли воз­можным не давать списки литературы, рекомендуемой для особого изуче­ния, к каждой главе, а просто выделили ее жирным шрифтом в общем списке.

10

ВВЕДЕНИЕ В ПСИХОГЕНЕТИКУ

1. ПРОБЛЕМА ИНДИВИДУАЛЬНОСТИ В ПСИХОЛОГИИ

Уникальность, неповторимость психологического облика каждо­го человека — один ми тех явных феноменов нашей психики, кото­рые наиболее бурно обсуждаются, исследуются, а иногда отвергают­ся как досадная помеха экспериментальному исследованию. С древ­них времен берут начало и интуитивное понимание того, что люди психологически не одинаковы, и стремление понять истоки этого разнообразия, и представления о существовании некоторой «первич­ной» индивидуальности, предшествующей опыту и знаниям, и даже своеобразный «профессиональный отбор».

B.C. Аванесов [ 1; см. также 23] пишет, что уже в середине III тыся­челетия до н.э. в Древнем Вавилоне существовали испытания для всех, кто готовился стать писцом — одной из главных фигур месопотамской цивилизации; они должны были обладать многими обязательными про­фессионально важными качествами. Подобные, часто весьма жесто­кие, испытания проходили и в Древнем Египте те, кто стремился стать жрецом; и в Древнем Китае — претендовавшие на должность правительственных чиновников; и в средневековом Вьетнаме, у се­верных народов и т.д. Эти испытания включали в себя проверку не только необходимых знаний и умений, но и того, что мы сегодня назвали бы «формально-динамическими» характеристиками индиви­дуальности: эмоциональности, способностей и т.д., диагностируя их по особенностям поведения и реальных или специально моделируе­мых жизненных ситуациях. Например, Пифагор придавал большое значение тому, как ведет себя молодой человек в эмоционально на­пряженные моменты, которые специально создавались для поступав­ших в его школу: как отвечает на насмешки; умеет ли держаться с достоинством и т.п. Характер человека, по мнению Пифагора, прояв­ляется в походке и смехе; манера смеяться, с его точки зрения, — самое хорошее обнаружение особенностей характера. Ему же принад­лежит утверждение, что «не из каждого дерева можно выточить Мер­курия», или, говоря современным языком, представление о суще-

11

ствовании некоторой первичной, «базовой» индивидуальности, в зна­чительной мере определяющей ее дальнейшее развитие.

В древность же уходят корнями и попытки классифицировать ин­дивидуальности, создать их типологию. В трактате «Нравственные ха­рактеры», автором которого был друг и преемник Аристотеля Теоф-раст, описываются 30 ярких характерологических типов и их конкрет­ные проявления. Специалисты по психологической диагностике утверждают, что и в трудах арабских средневековых мыслителей Ави­ценны, Аль Бируни и других, а также в трудах Аристотеля, Гиппокра­та, Галена содержатся описания большого количества информатив­ных психодиагностических показателей.

С античных времен существует физиогномика (от греческих слов, означающих: «природа», «природные задатки» и «сведущий», «про­ницательный») — учение о распознавании природных индивидуаль­ных особенностей, в частности характера, по физическим характери­стикам человека, его внешнему облику.

В середине XVII в. итальянский врач К. Бальдо опубликовал пер­вую работу по графологии «Рассуждения о способе узнавать обычаи и качества писавшего по его письму». Изучение почерка для решения самых разных задач, в том числе психодиагностических, продолжает­ся и теперь.

Перечень доказательств того, что интуитивное понимание психо­логической неодинаковости людей и стремление «угадать», диагнос­тировать индивидуальность уходят корнями в далекое прошлое, мож­но было бы продолжить. Но важно другое: при таком солидном «воз­расте» проблемы ее научная разработка началась, с исторической точки зрения, недавно — во второй половине прошлого века и имеет в пси­хологии весьма непростую судьбу.

Экспериментальная психология, возникшая в середине XIX в., видела свою задачу в познании общих закономерностей человеческо­го поведения. Индивидуальные же особенности, т.е. отклонения от основной закономерности, рассматривались лишь как помеха, источ­ник неточностей в ее описании. Признанный авторитет в области диф­ференциальной психологии и психологической диагностики амери­канская исследовательница А. Анастази считает, что эта установка сказалась даже в статистической терминологии: именно от первых экспериментальных психологов мы унаследовали термин «ошибка», применяемый для обозначения отклонения от средней величины (на­пример, «стандартная ошибка»).

Начало научного изучения индивидуальности связано прежде всего с именами английского ученого Френсиса Гальтона (1822-1911) и немецкого — Вильяма Штерна (1871-1938).

Ф. Гальтон был первым, кто сделал индивидуальные различия между людьми специальным предметом исследования, создал изме­рительные процедуры и начальный статистический аппарат для оцен-

12

ки различий; собрал большой экспериментальный материал, касав­шийся, как мы теперь сказали бы, разных уровней в структуре инди­видуальности — соматического, физиологического, психологическо­го; он даже поставил вопрос о происхождении индивидуальных осо­бенностей и попытался решить его.

В. Штерн, ученик Г. Эббингауза, в 1900 г. в книге «О психологии индивидуальных различий (идеи к дифференциальной психологии)» [414] впервые ввел в употребление сам термин «дифференциальная психология» для обозначения новой области, «эмансипировавшей­ся», по его словам, от материнской науки — обшей психологии. Впос­ледствии книга переиздавалась в 1911, 1921 и 1994 гг. под названием «Дифференциальная психология в ее методических основаниях». В пре­дисловии к изданию 1994 г. А. Анастази назвала ее «книгой эпохально­го значения», а видный немецкий исследователь К. Павлик — «путе­водной для психологической науки». Действительно, сформулирован­ные Штерном методологические и экспериментально-методические подходы, базовые понятия, многие статистические приемы, несмот­ря на прошедшие почти 100 лет, верны и сейчас.

Конечно, реальное существование индивидуально-психологичес­ких особенностей и их значение в жизни стимулировали изучение их с самых разных сторон — в рамках «характерологии», «этологии», «специальной психологии», «индивидуальной психологии» и т.д. По­явились клинические работы Э. Крепелина (1856-1921), работы А. Би-не (1857-1912) и др. В 1897 г. была опубликована первая статья моло­дого врача А.Ф. Лазурского (1874-1917) «Современное состояние ин­дивидуальной психологии», где рассматривались, в частности, складывающиеся «типы душевных свойств», т.е. предлагалась и неко­торая классификация индивидуальностей. Несколько позже была из­дана работа Г.И. Россолимо (1860-1928) «Психологические профи­ли», в которой дано комплексное описание индивидуальности, и многие другие работы*.

Приблизительно в те же годы складывались еще две отрасли на­уки, без которых дифференциальная психология не могла бы разви­ваться: психологическая диагностика (тестология) и статистика, не­обходимая для получения и оценки надежных количестве иных дан­ных в стандартной и систематизированной форме.

Таким образом, в первые десятилетия XX в. дифференциальная психология вполне сформировалась как самостоятельная область зна­ний. Однако и в последующие годы проблема индивидуальности то выдвигалась на передний край науки, то отрицалась вообще. Извест-

* Краткий очерк истории дифференциальной психологии дан в книге М.Г. Ярошевского «История психологии» (1985), а более полный анализ пробле­мы индивидуальности приведен в книге М.С. Егоровой «Психология индивиду­альных различий» (1997).

13

ный американский психогенетик Дж. Хирш образно описывает эту ситуацию: «Экспериментально-психологические исследования психо­логических различий напоминают гамлетовское «Быть или не быть...». Дж. Кеттелл исследовал их, Уотсон хоронил их, Трайон подчеркивал их важность, Халл минимизировал их значение для теории, Хантер приведен ими в недоумение, Скиннер и его коллеги заведены ими в интеллектуальный тупик, а авторы формальных моделей предпочли фиксировать элементарные софизмы, чем знание о них; ...для боль­шого числа экспериментальных психологов игнорировать индивиду­альные различия — почти вопрос чести» [290; с. 7].

Каково же реальное место проблемы индивидуальности в психо­логической науке? Оно определяется значением этой проблемы и для теоретической психологии, и для использования психологических знаний на практике. Разберем оба фактора последовательно.

Любая конкретно-научная теория должна строиться и проверять­ся эмпирически, экспериментальными фактами. В психологии это дан­ные, полученные при измерении, оценке той или иной психологи­ческой черты, реакции, отношения и т.д. в ситуации эксперимента, опроса или наблюдения, но в любом случае психолог имеет дело с индивидуальными данными (или их суммой — при оценке групп). Строго говоря, любую психологическую черту мы можем измерить у человека только в ее индивидуальном выражении, и любая обще­психологическая закономерность реально существует только и инди­видуально-модифицированных формах. Как справедливо утверждает Г. Айзенк, индивидуальные различия встроены в саму субстанцию психологических исследований, никакие общие законы не мыслимы без включения личности как элемента в функциональные уравнения.

Вариативность* же индивидуальных оценок любых признаков (со­матических, физиологических, психологических) имеет широкий диапазон колебаний; она различна у разных признаков и в разных возрастах. Если исключить экстремальные случаи (например, гиган­тов и карликов), чтобы избежать случайных и патологических откло­нений, то в популяции здоровых взрослых людей отношение макси­мального и минимального роста равно 1,3:1; веса 2,4:1; частоты пуль­са — 2,0; 1, простого времени реакции — 2,2:1; длительности запоминания — 2,5:1, баллов интеллекта по Векслеру — 2,9:1. У детей 4 лет (тоже после элиминации крайних значений) максимальные и минимальные оценки интеллекта, по Стенфорд—Бине, соотносятся как 1,6:1. Оценки коммуникативного развития у детей 2 лет, получен­ные по специальному вопроснику, колеблются в пределах 8:1, а в 3 года — 11:1. Общие оценки поведения детей имеют еще более широ­кий размах колебаний: их отношение равно 34:1 — так велико разно­образие детских индивидуальностей [362].

* О терминах «вариативность», «изменчивость» и «дисперсия» см. главу I.

14

Большую или мень­шую индивидуальную вариативность обнару­живают психофизиоло­гические показатели, относящиеся к состоя­нию покоя и к его ре­активным изменениям (подробнее об этом — в гл. XIII, XIV, XV).

Диапазон изменчи­вости одной и той же функции (и статистике он измеряется коэффи­циентом вариативнос­ти, отклонениями от средней, дисперсией) может быть разным и разных возрастах, как мы видели на примере интеллекта и коммуни­кативных способностей. Рис L Коэффициенты вариативности для фи-На рис. 1 представлены зических, психологических и двигательных ха-данные о динамике ва- рактеристик [по 362]. риативности некоторых соматических и психо­логических показателей у детей в первые годы жизни. Обращают на себя внимание три факта: вариативность по психологическим призна­кам выше, чем по соматическим (роста и веса); вариативность по некоторым динамическим характеристикам поведения (активность, аффект-экстраверсия) выше, чем по оценкам интеллекта, и, нако­нец, в 3 года вариативность оценок интеллекта и аффекта-экстравер­сии выше, чем в 2 и 4 года. Последнее особенно интересно: такой всплеск вариативности, т.е. расширение диапазона индивидуальных различий, может быть сигналом существенных психологических (и фи­зиологических) перестроек, происходящих в данном возрасте*. Иначе говоря, сама межиндивидуальная вариативность может служить для психолога своеобразным маркером, указывающим на специфичность, значимость данного возраста для развития и формирования той или иной психологической или нейрофизиологической функции или чер­ты (или их совокупности).

Но отсюда вытекает еще одно следствие. Поскольку разные психо-

* Применительно к данному примеру вспомним постулированный Л.С. Выгот­ским и затем многократно описанный в отечественной психологии кризис 3 лет.

15

логические характеристики имеют разную межиндивидуальную вари­ативность, а вариативность одного и того же признака различна в разных возрастах, характеристика каждого возраста должна включать не только среднюю оценку признака, но и обязательно дисперсию их значений. Иначе говоря, адекватная «возрастная норма» не есть точка на линии развития, она не только средняя величина, но и диапазон оценок, который говорит о существующем в норме в данном возрасте размахе индивидуальных различий исследуемого признака. Это спра­ведливо и для характеристики любой другой группы — профессио­нальной, половой и т.д.

Все сказанное подтверждает тезис о неизбежности индивидуаль­ных различий и их значимости для решения общепсихологических проблем. Повторим еще раз: любые общепсихологические закономер­ности, чего бы они ни касались, не могут быть получены иначе, как через усреднение, обобщение их реально существующих индивиду­альных вариантов. В этом безусловное значение последних для разви­тия теоретической психологии.

Еще одна группа проблем, которые не могут быть решены без учета индивидуальных особенностей, связана с прикладными аспектами пси­хологии. Не нужно особо доказывать, что профессиональный отбор и профконсультация, индивидуализация обучения и воспитания, реше­ние многих медицинских задач (в частности, относящихся к психосо­матике, реакциям на лекарственные препараты и т.д.) предполагают

наличие у психолога не толь­ко знаний об индивидуаль­ности человека, но и спосо­бов диагностировать ее и на этой основе предсказывать дальнейшее развитие, ус-

пешность профессиональной

деятельности и т.п.

Примером может слу-

жить работа немецкого ис­следователя Г. Клауса «Вве­дение в дифференциальную психологию учения» [73].

Клаус выделяет несколько стадий в деятельности уче­ния, результативность кото­рых существенно зависит от индивидуальных характери-

стик ученика. Эти стадии

Рис. 2. Распределение школьных оценок связаны с: восприятием ин-у полезависимых (ПЗ) и поленезависимых формации; ее переработкой (ПН) подростков [по Г. Клаусу; 73]. и хранением; оперативной

16

Рис. 3а. Решение задач различной степени трудности 62 импульсивными (И) и 62 рефлексивными (Р) подростками [по Г. Клаусу].

Рис. 3б. Движение глаз импульсивного (слева) и рефлексивного (справа) ребенка при решении задачи на идентификацию [по Г. Клаусу].

доступностью и применимостью усвоенных знаний. На каждой стадии между учениками обнаруживаются различия, зависящие не просто от имеющихся к этому моменту знаний, но и от когнитивных и личнос­тных особенностей детей. На рис. 2 представлено общее распределение школьных оценок у учащихся с выраженной полезависимостью и по-ленезависимостью: у первых кривая смещена в сторону низких баллов (в Германии высшая оценка — 1, наиболее низкая — 5).

На рис. 3 а, б показано решение задач подростками с импульсивным и рефлексивным когнитивными стилями: у первых короче время реше­ния, но в задачах средней и высокой сложности существенно больше

2 1432

17

ошибок. У обладателей этих когнитивных стилей оказыва­ются разными даже траекто­рии движений глаз при вы­полнении одного и того же задания на идентификацию, требующего выбора образца, аналогичного эталонному. На рисунке хорошо видна раз­ная динамика зрительного поиска, т.е. разные стратегии приема и переработки ин­формации.

В широко известной ра­боте Е.А. Климова [74] было показано, что при одинако­во высокой продуктивности профессионального труда

работницы с разными пси­хофизиологическими осо­бенностями выбирают раз­ные стратегии трудовой де­ятельности.

экстраверсии и нейротицизма за­висит, как показывают некоторые работы, толерантность к фармако­логическим препаратам. На рис. 4 отражены суммарные данные не­скольких исследований седативного порога у лиц, различающихся вы­раженностью двух указанных характеристик индивидуальности. Наиболее высокие пороги наступления седативного эффекта — у лю­дей со средней степенью нейротицизма в сочетании с интровертиро-ванностью. Самыми чувствительными, т.е. обладающими низкими по­рогами, оказались экстраверты с высоким нейротицизмом.

Эти и многие другие данные говорят о том, что, зная зависи­мость учебной, профессиональной успешности от тех или иных ха­рактеристик индивидуальности, непосредственно с данной деятель­ностью не связанных (т.е. не относящихся, например, к знаниям и умениям в данной области), можно оптимизировать деятельность че­ловека, осуществлять профессиональную ориентацию и т.д. Но при одном обязательном условии: если базовые индивидуальные характе­ристики онтогенетически стабильны. Это дает основание полагать, что особенности, на которые опирается психолог при решении тако­го рода задач, будут присущи данному человеку в течение достаточ­но длительного времени. Есть ли доказательства стабильности инди­видуально-психологических особенностей? Ответы на этот вопрос от­ражены на рис. 5 и в табл. 1.

От индивидуального сочетания

18

Рис. 5. Корреляции IQ в 18 лет и более ранних возрастах в двух исследо­ваниях [Р. Пломин и др., 353].

Таблица I

Корреляции между усредненными по возрастным группам тестовыми оценками интеллекта в разных возрастах

[поК Броди; 213].

Возрастные группы

Корреляция с усредненным IQ в 17 и 18 лет

Месяцы


1,2,3

0,05

4,5,6

-0,01

7,8,9

0,20

10,11,12

0,41

13,14,16

0,23

18,21,24

0,56

27,30,36

0,54

42,48,54

0,62

Годы


5,6,7

0,86

8,9,10

0,89

11,12,13

0,96

14,15,16

0,96

За исключением достаточно редких случаев, когда отмечается сни­жение межвозрастных корреляций, остальные данные говорят о су­ществовании отчетливой межвозрастной преемственности в оценках IQ у одного и того же человека, т.е. об онтогенетической устойчивос-

19

ти этого показателя, а точнее — об относительной сохранности ран­гового места каждого индивида в группе.

Обратим внимание на то, что до 1,5-2 лет сходство с IQ в 17-18 лет колеблется, но, начиная с этого возраста, оно неуклонно растет, и корреляции баллов IQ в 5-7 и 17-18 лет достигают уровня надеж­ности теста.

В табл. 2 приведены аналогичные данные по личностным харак­теристикам. Напомним, что многие методики диагностики призна­ков такого типа (вопросники, Q-сортировка и т.д.) имеют более низкую надежность, и уже поэтому межвозрастные корреляции дол­жны быть ниже.

Таблица 2

Межвозрастные корреляции оценок «Я-контроля», полученных методом Q-сортировки в двух когортах

[по Н. Броди; 213].

когорты



Пол



Корреляция в парах возрастов (годы)

14-17

17-37

37-47

14-47

1

муж. жен.

0,58 0,52

0,30 0,26

0,44 0,56

0,48

0,32

2

муж. жен.

0,72 0,67

0,54 0,21

0,45 0,53

0,30 0,36

Конечно, при меньших возрастных интервалах корреляции выше, чем при больших, однако, если с интервалом в 33 года (последний столбец) коэффициенты не только не приближаются к нулю, но имеют значения 0,30-0,48, это говорит хотя и об умеренной, но все-таки стабильности данной черты.

Наконец, последний пример. В Нью-Йоркском лонгитюдном ис­следовании выделен так называемый синдром трудного темперамен­та, включающий пять характеристик поведения детей раннего воз­раста (подробнее о нем — в гл. X). Оказалось, что этот синдром не только устойчив в первые годы жизни, но и имеет некоторую проек­цию в особенностях поведения и адаптации взрослого человека. В те­чение первых четырех лет жизни между возрастами 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 года в двух исследованиях получены соответственно такие корре­ляции: 0,42; 0,37; 0,29 — в одной работе, и 0,54; 0,61; 0,54 — в другой. Оценки трудного темперамента в 1, 2, 3 и 4 года коррелируют с особенностями темперамента взрослого человека: 0,17; 0,09; 0,31; 0,37 соответственно, и с оценками адаптивности (профессиональной, семейной и т.д.) в возрасте ранней взрослости (17-24 г.): 0,08; -0,09; -0,21; -0,32 [362]. Как видим, начиная с 3-4-летнего возраста

20

величины коэффициентов в обоих случаях начинают расти; отрица­тельные значения говорят о том, что, чем выше оценки трудного темперамента (т.е. чем он труднее) в детстве, тем ниже адаптивность взрослого. Несмотря на то что все коэффициенты невелики, учитывая длительность интервала между двумя измерениями (15-20 лет), ран­ний возраст первого измерения и более низкую надежность измери­тельных процедур (по сравнению, например, со стандартизованными тестами), можно полагать, что они свидетельствуют, как и в других случаях, об относительной устойчивости этих характеристик в ходе индивидуального развития.

Вместе с тем очевидно, что индивидуальность существует внутри некоторой общности, причем последняя имеет, условно говоря, раз­ные уровни, разные «объемы»: все мы — дети цивилизации конца XX в.; кроме того, каждый человек — представитель той или иной куль­туры, этноса, профессиональной, возрастной группы, семьи, и одно­временно он — носитель своего собственного, уникального сочетания всех этих факторов и личного, тоже уникального, опыта (см., напр., 131). В главах IVI мы увидим, что человек является обладателем и уникаль­ного, неповторимого набора генов, сосуществующего в нем с инва­риантной, общей для всех представителей вида Homo sapiens, частью генома. «Человек в чем-то похож на всех людей, в чем-то на некото­рых людей, а в чем-то не похож ни на кого другого» [59; с. 23].

Итак, есть доказательства того, что: а) индивидуальные разли­чия — не «ошибка», а неизбежная реальность, способ существования общих психологических закономерностей; б) многие индивидуаль­ные особенности оказываются достаточно устойчивыми в онтогене­зе, в том числе на длительных временных отрезках; устойчивость в данном случае означает не неизменность самого признака, а сохран­ность рангового места испытуемого в данной группе; в) межиндиви­дуальная вариативность оказывается разной у разных признаков и в разных возрастах; последнее обстоятельство может быть использова­но, вероятно, для выделения возрастных периодов, в которых проис­ходят перестройки исследуемой функции.

Иначе говоря, исследование индивидуальных различий представ­ляет собой особую и актуальную научную проблему. Как писал Б.М. Теплов, «...ни в одном разделе психологии нельзя принципиаль­но отвлекаться от вопроса об индивидуальных различиях; такое от­влечение возможно лишь как временное самоограничение, естествен­ное во всяком научном исследовании» [147. Т. II; с. 170].

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАЗЛИЧИЙ В ПСИХИКЕ ЛЮДЕЙ

Подходы к изучению индивидуальных различий в психике людей очень многообразны и зависят от многих условий: от принимаемого исследователем определения самого понятия «индивидуальность»

21

(например, обозначая им просто отдельного человека, или его интег­ральную характеристику, или высший уровень развития личности); от ракурса, под которым должна изучаться индивидуальность (напри­мер, ее принципиальная структура: соотношение биологического и социального, темперамента и когнитивных процессов, динамических и содержательных характеристик и т.д.), наконец, от конкретных за­дач исследования (например, такой задачей может быть изучение ин­дивидуальных особенностей в конкретных видах деятельности — учеб­ной, профессиональной и др.),

Однако есть базовые проблемы, от которых зависит решение ос­тальных. К ним прежде всего относятся: выделение и описание черты, подлежащей исследованию, и создание валидных и надежных мето­дик ее диагностики; оценка ее межиндивидуальной вариативности и интраиндивидуальной (онтогенетической) стабильности; выяснение взаимовлияния черт и, наконец, их происхождения. Все перечислен­ные проблемы, за исключением последней, составляют предмет диф­ференциальной психологии и психологической диагностики; анализ же этиологии индивидуальных особенностей неизбежно приводит нас к психогенетике. Основания к тому — следующие.

И в отечественной, и в зарубежной психологии накоплены мно­гочисленные доказательства важности психологических и социаль­но-психологических факторов для формирования индивидуальнос­ти — от особенностей взаимодействия матери с новорожденным ребенком до положения человека в группе и обществе в целом. Одна­ко наблюдаемые различия в поведении (в реакциях людей на одни и те же воздействия, различия в поведении детей раннего возраста и т.д.) далеко не всегда поддаются объяснению прошлым опытом человека.

Отсюда, а также из общебиологических, эволюционных представ­лений смежных дисциплин (не забудем, что человек — не только об­щественное существо, но и представитель вида Homo sapiens) встает задача поиска иных, а именно биологических, «природных», основ межиндивидуальной вариативности психологических черт: особенно­стей когнитивных процессов, личностных характеристик, моторики и т.д. Конкретно это выражается в поисках нейро- и психофизиологи­ческих коррелятов индивидуально-психологических особенностей, связей последних с соматическими, эндокринными и другими систе­мами человеческого организма. С позиций же общей методологии в любом из этих конкретно-научных подходов выделяются три исследо­вательских парадигмы, в рамках которых и ведется анализ: «биологи­ческое и социальное», «врожденное и приобретенное», «наследствен­ное и средовое».

Наибольшей популярностью, особенно 15-20 лет назад, пользо­валась первая из этих формул; ей было посвящено огромное количе­ство работ, в большинстве своем методологических.

22

По подсчетам К.Е. Тарасова и Е.К. Черненко [145] за 1970-1977 гг. толь­ко в двух журналах — «Вопросы философии» и «Философские науки» — было опубликовано более 250 статей и выступлений на тему «био-социо». На двух конференциях, прошедших в те годы и посвященных той же теме, выступило свыше 170 ученых. Интенсивно обсуждалась она и в литературе, относящейся к отдельным областям знаний и практики: медицине, спорту, психологии, пе­дагогике. Анализ столь обширной литературы обнаруживает весь спектр воз­можных точек зрения: от признания весьма существенных влияний биологи­ческих (в частности, физиологических) факторов до утверждения решающей роли общественных, социальных условий для формирования психики челове­ка. Убедиться в этом несложно: достаточно взять, например, том «Соотноше­ние биологического и социального в человеке» (1975 г.), где собраны статьи 74 авторов, среди которых П.К. Анохин, Л.О. Бадалян, А.В. Брушлинский, И.С. Кон, А.Р. Лурия, В.Н. Мясищев, Я.А. Пономарев и др., т.е. свою точку зрения пред­ставили ведущие психологи, физиологи, медики, философы.

Продуктивна ли в принципе такая постановка вопроса: «биоло­гическое и социальное в человеке»? Есть основания полагать, что ее эвристичность минимальна, и заключаются эти основания в следующем.

Во-первых, понятие «биологическое» излишне широко: оно вклю­чает в себя спектр признаков, относящихся к разным системам орга­низма, разным уровням его организации, к состоянию здоровья, ха­рактеристикам телесной конституции, мозговых структур, и многое другое, имеющее очень разное отношение к человеческой психике.

К.Е. Тарасов и Е.К. Черненко [145], произведя несложные подсчеты в рамках формальной логики (взяв все мыслимые варианты соотношения «био­логического» и «социального») и применив их к некоторым проблемам ме­дицины (теория общей патологии и этиологии отдельных болезней челове­ка, не касаясь разделов нормальной физиологии, анатомии и т.д.), получили впечатляющий результат: на вопрос о соотношении биологического и со­циального в этих областях науки можно получить 23800 вариантов ответа (I). Конечно, такое количество возможных ответов на один вопрос говорит лишь о том, что он поставлен неверно, что «такой подход оказывается не только бесперспективным, непродуктивным, бесконечным, но и ложным в своей осно­ве» [145; с. 74].

Во-вторых, одновременно с излишне широким содержанием по­нятия «биологическое», оказывается суженным (если его понимать буквально) второй член этой пары понятий — «социальное». В подав­ляющем большинстве работ и обсуждается роль собственно социальных (точнее, социально-психологических) факторов: общения, труда, коллектива и т.д. Вместе с тем теперь уже многократно показано не­маловажное значение для психики человека и физических характери­стик среды: пространства, которым он располагает; ландшафта, ко­торый его окружает; городской архитектуры и интерьера собственно­го жилья и школьных помещений и т.п.

23

Скажем, не вызывает сомнений наличие связи между организацией про­странства и поведением людей, в том числе такими его явно социальными аспектами, как общение, дружеские связи и т.д. [напр., 38]. Родился даже специальный термин «архитектурный детерминизм», пределы которого ин­тенсивно обсуждаются. Конечно, физические характеристики среды могут действовать на психику и поведение лишь опосредованно, через многие дру­гие внешние и, главным образом, внутренние факторы: установки, предпочте­ния, эмоциональность и общительность и т.п., но важно иметь в виду, что они небезразличны для психики и поведения человека. Как пишет Дж. Голд, воз­действие, оказываемое тем или другим дизайном пространства, необходимо рассматривать в ряду всех других воздействий, которые совместно и форми­руют поведение. Если же мы поступим иначе, то окажемся в плену у другой крайности, в плену «социального детерминизма» [38; с. 266].

Таким образом, в формуле «биологическое—социальное» объем, содержание первого понятия оказывается излишне широким и нео­пределенным, объем же второго — суженным, включающим лишь часть возможных небиологических влияний на человеческую индиви­дуальность. Вот почему в рамках этой парадигмы конструктивное ре­шение вопроса о происхождении индивидуально-психологических особенностей едва ли возможно.

Второй подход к рассматриваемой проблеме предполагает выде­ление врожденных и приобретенных индивидуальных особенностей (или оценку удельного веса каждой из этих детерминант) и лишь на первый взгляд представляется более точным; в действительности же он тоже имеет очень невысокую разрешающую способность. Два его главных дефекта таковы: во-первых, «врожденное» и «приобретен­ное» — не независимые понятия, «врожденное» может быть и приоб­ретенным во внутриутробном периоде. Если речь идет не о видимом тератогенном (т.е. повреждающем, приводящем к патологии) эффек­те, то выделить эту составляющую практически невозможно, несмот­ря на самые разнообразные свидетельства значимости многих физио­логических и психологических факторов для течения беременности, формирования плода и т.д. Во-вторых, если «врожденное» понимать строго как «имеющееся при рождении» [103], то ясно, что в неона-тальном периоде многие психологические функции либо еще просто отсутствуют, либо имеют совсем иную, по сравнению с будущей, зрелой, форму, потому и получаемые сведения могут относиться лишь к очень краткому периоду постнатального развития. Вследствие этого и данная формула не позволяет надежно решить вопрос о факторах, формирующих межиндивидуальную вариативность психологических и психофизиологических черт здорового человека.

Только третья из перечисленных формул — «наследственное и средовое» — содержит независимые понятия, имеющие в современ­ной науке вполне определенное содержание и четкие методы иссле­дования, понятие же «среда» включает в себя все виды внешних, не­генетических, воздействий, в том числе эмбриональную среду. Имен-

24

но взаимодействие этих факторов создает широкий диапазон челове­ческих индивидуальностей, хотя вклад каждого из них в формирова­ние разных психологических функций, черт, явлений различен. Ко­нечно, содержание человеческой психики в наших генах не кодирует­ся. Оно передается по законам культурной преемственности, которые Н.П. Дубинин назвал «социальной наследственностью». Эта програм­ма имеет решающее значение для прогресса человечества в целом,

Вдумаемся в такие цифры; вид Homo sapiens появился около 40 тыс. лет назад, за это время сменилось около 1600 поколений. Но, поскольку в услови­ях человеческого общества в целом естественный отбор потерял значение фактора, направляющего эволюцию, генофонд человека «практически не из­менился, он сохраняется до сих пор и будет сохраняться в дальнейшем» [50; с. 128]. В то же время произошли и происходят грандиозные по масштабам и глубине процессы развития цивилизации, культуры, техники, науки, искусст­ва и т.д., т.е. всего того, что и определяет содержание психики человека, формирование его собственно личностных свойств и передается из поколе­ния в поколение в порядке социального наследования. «Однако социальная среда, в решающей степени формируя общественное сознание, не отменяет и не может отменить межличностной генетической изменчивости и генети­ческой уникальности индивидуума. Социум не может играть роли абсолют­ного деспота человеческой личности, поскольку его императивы, под дей­ствием которых человек находится независимо от собственного желания, стал­киваются с императивами генов, которые человек также не выбирает по своему желанию», — писал сравнительно недавно один из наших ведущих генетиков Д.К. Беляев [12; с. 158].

Такой подход — с позиций современной генетики — соответству­ет и психологическим представлениям об индивидуальности как уни­кальности психологического облика каждого человека, ибо генотип каждого из нас абсолютно уникален. Как пишет Н.П. Дубинин, на Земле не было, нет и никогда не будет двух людей с полностью иден­тичным набором генов (кроме монозиготных близнецов; см. гл. VII). Уже упоминавшийся известный американский психогенетик Р. Пло-мин сформулировал эту мысль иначе: каждый из нас есть уникальный генетический эксперимент, который никогда больше не повторится.

Очень упрощенные подсчеты, игнорирующие многие генетические зако­номерности и основанные на том, что при слиянии двух половых клеток со­держащиеся в каждой из них 23 хромосомы — носительницы генов — пере­комбинируются независимо друг от друга, дают следующие результаты: ве­роятность получения одинакового набора генов сиблингами (родными братьями и сестрами) равна (1:223)2, т.е. менее одного шанса на более чем 64 триллиона возможностей.

Процессы разделения, перекомбинирования и нового объединения ро­дительских хромосом повторяются из поколения в поколение. По красивому выражению Р. Левонтина, «хореография этого танца хромосом имеет важные последствия для генетического разнообразия» [94; с. 63], поскольку их ре­комбинация приводит к рекомбинации генов, т.е. всякий раз к появлению нового их сочетания, неповторимого генотипа в каждом новом существе.

25

Одна родительская пара имеет потенциальную возможность произвести на свет 2024 генетически различающихся между собой детей, а это больше, чем все количество людей, когда-либо живших на Земле.

Даже на уровне биохимической индивидуальности человека, на котором и генетическая, и средовая детерминанты несравненно проще, чем на уровне психики, поведения, вероятность совпадения нескольких ее признаков у лю­дей-неродственников практически равна нулю (см. табл. 3).

Таблица 3

Вероятность идентичности по различным биохимическим признакам двух случайно выбранных европейцев [94]

Признак

Вероятность


идентичности

Группы крови

0.00029

Антигены НLA

0,000049

Ферменты

0,000037

Гаптоглобины

0,39

у-глобулиновая легкая

0,85

цепь


Р -липопротеины

0,48

Общая вероятность

0,00000000000008

Следовательно, уже биохимические особенности — один из бли­жайших продуктов генной активности — у каждого человека уникальны.

Вторая детерминанта межиндивидуальной вариативности, среда, на первый взгляд не столь очевидно индивидуализирована. Каждый из нас включен в те или иные общности — культурные, профессиональ­ные, учебные, семейные, в которых существуют, казалось бы, еди­нообразные для всех членов данной группы параметры среды. Однако включение в анализ роли среды не только формально-статистических данных, но и сведений, которыми располагают психологи, позволяет утверждать, что, находясь в формально одной и той же среде (напри­мер, в одном классе), человек выбирает в качестве значимых для себя разные элементы ее. Более того, как мы увидим и главах VI и VII, сам выбор этой — индивидуальной — среды в значительной мере направ­ляется генетически заданной индивидуальностью. И именно модели психогенетического исследования позволяют надежно развести раз­ные типы средовых влияний и оценить их удельный вес в формирова­нии вариативности различных психологических признаков, их дина­мику в разных возрастах и т.д.

Таким образом, парадигма «наследственное и средовое», и, по-видимому, только она, удовлетворяет всем условиям, необходимым

26

для экспериментального исследования факторов, формирующих меж­индивидуальную вариативность: она содержит два независимых и вы­соко индивидуализированных фактора.

3. МИРОВОЗЗРЕНИЕ И ПРОБЛЕМА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Признание (или отрицание), даже априорное, самой возможнос­ти наследственных влияний на изменчивость психологических при­знаков в значительной мере определяет конкретно-научную методо­логию. Например, представители классического бихевиоризма счита­ли, что наследственность детерминирует только очень малое число реакций, а именно — некоторые инстинкты, физиологические и эле­ментарные эмоциональные реакции; внешнее же поведение человека они рассматривали как приобретенное, воспитанное в соответствии со схемой «стимул-реакция».

Известные изменения в теоретической концепции, которые пре­терпел бихевиоризм в последние десятилетия, не коснулись этого глав­ного для проблемы индивидуальности вопроса: его сторонники до сих пор утверждают, что любые качества могут быть сформированы при помощи той же простой или более сложной (включающей посред­ствующие звенья) схемы «стимул-реакция».

Однако, как показывают некоторые работы, отношение человека к проблеме «наследственность и среда» связано и с его общим миро­воззрением.

Примером может служить работа, проведенная в Лондонском универси­тете [267]. Авторы опросили 303 человек (198 женщин и 110 мужчин) в возра­сти 16-70 лет. Среди них были люди с разным образованием, разных про­фессий, социально-экономического статуса, политических и религиозных убеж­дений. Всем им предлагалось оценить по 9-балльной шкале влияние наследственности, среды или их комбинаций на 48 черт, относящихся к 6 груп­пам признаков (по 8 в каждой группе): физические характеристики (рост, вес и т.д.); способности и умения (сюда были включены очень разнородные при­знаки: интеллект и память, артистические, музыкальные, математические, спортивные способности, полилингвизм и даже право-леворукость); личнос­тные особенности (экстра-интроверсия, агрессивность, независимость, соци­альные навыки и др.); убеждения (политические, религиозные, мораль, расо­вые предубеждения и др.); психологические проблемы (алкоголизм, крими­нальность, фобии, депрессия, шизофрения и др.); физические проблемы и болезни (рак, сердечные заболевания, диабет, ожирение и др.).

Кроме того, каждый респондент должен был сообщить сведения о себе: возраст, пол, образование, профессиональный и социально-экономический статус и партию, за которую он обычно голосует на выборах. Весь материал был обработан с использованием различных статистических методов. Ре­зультаты (за некоторыми исключениями, касающимися отдельных признаков) показали, что влияние среды оценивают выше, чем влияние наследственнос­ти: мужчины по сравнению с женщинами; молодые (21-40 лет) по сравнению со старшими подгруппами; более образованные. Протестанты больше верят в наследственность, чем агностики и атеисты. Но, пожалуй, самым интерес-

27

—■—*■ левое крыло Предпочтение партии на выборах

Рис. б, Мнения о паследсп-еипой млн средоиоН детермшпфо.шшюстн ха­рактеристик челопекп,

• — физические признаки; &— психические способности; □ -- личность; о— убеждения; *— психологические проблемы; я™ физические проб-лемм |367|. ным оказалось распределение «психогенетических» убеждений у людей раз­ных политических взглядов (рис. 6).

Очевидно, независимо от политических симпатий, все понимают, что на особенности личности, ее убеждения среда влияет сильнее, чем на физичес­кие признаки: оценки, относящиеся к последним, имеют самые низкие орди­наты, т.е. максимальную генетическую обусловленность. Но на этом фоне обнаруживается интересная зависимость от политических убеждений. Вспом­ним, как ставился вопрос о политических взглядах; человек должен был ука­зать, за какую партию он обычно (т.е. с интервалом в несколько лет) голосует на выборах. Иначе говоря, речь шла о достаточно устойчивых особенностях мировоззрения. И оказалось, что, чем левее партия, которой симпатизирует респондент, тем большее значение он придает среде.

Позднее А. Фонем сопоставил представления о «человеческой природе», существовавшие в 1945 и 1956 гг., с представлениями, которые он получил в 1988 г. Задача, естественно, потребовала использования той же методики, поэтому с изложенными выше данными эти несопоставимы. Однако сама по себе динамика мнений весьма интересна. В 80-х годах резко сократилось количество людей, считающих, что: а) есть дети, «хорошие» и «плохие» от рож­дения; б) природа человека не может быть изменена, поскольку базируется на инстинктах; в) люди белой расы от рождения интеллектуально выше лю­дей других рас; г) мужчины в среднем родятся более интеллектуальными, чем

28

женщины (в 1988 г. это утверждение не поддержал ни один респондент); д) все черты, появляющиеся у ребенка после рождения, — результат средовых влияний и т.д. Одновременно уменьшилось количество утверждений типа «все люди родятся с равными возможностями», «из любого ребенка, правильно воспитанного с момента рождения, можно сделать успешного врача, юриста, инженера, журналиста» [266].

Итак, выделение наследственных и средовых детерминант — един­ственный надежный путь для экспериментального исследования эти­ологии индивидуальности. Поскольку же имплицитные (внутренние, субъективные) представления о роли того и другого факторов, хотя и меняются с развитием общества, образования и т.д., тем не менее являются органической частью общего мировоззрения человека, осо­бенно важно профессионально-грамотно понимать, что реально оз­начает то или иное решение этой проблемы.

4. РАЗВИТИЕ ПСИХОГЕНЕТИКИ В МИРОВОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКЕ

Начало психогенетики как науки об этиологии индивидуальных различий больше всего связано с именем английского ученого Ф. Галь-тона, о котором К.А. Тимирязев писал как об «одном из оригиналь­нейших ученых исследователей и мыслителей современной Англии» [148; с. 406].

Ф. Гальтон был двоюродным братом* Ч. Дарвина, разносторонне образованным и одаренным человеком. В молодости он очень много путешествовал, увлекался географией и этнографией. За исследование тропической Южной Африки был награжден золотой медалью Гео­графического общества, избран в Королевское общество (что было равносильно избранию в Академию наук). Он занимался топографи­ей, метеорологией, антропологией, а в 1865 г. опубликовал статью «Наследственный талант и характер», положившую начало серии ра­бот по наследственности у человека. И.И. Канаев отмечает почти сим­волическое обстоятельство: эта статья появилась в том же году, когда Г. Мендель в Брюннском обществе естествоиспытателей доложил об открытых им законах наследственности. А в 1869 г. вышла в свет книга Гальтона «Наследственный гений: исследование его законов и по­следствий». (На русском языке она впервые была издана в 1875 г., правда, в несколько сокращенном варианте, под названием «Наслед­ственность таланта, ее законы и последствия», и теперь, в 1996 г. переиздана вновь.) В этой книге Ф. Гальтон пытался решить проблему наследуемости одаренности, анализируя родословные выдающихся деятелей науки, юриспруденции, спорта, военного дела, искусства,

* Точнее, полукузеном, так как у них был один дед, но разные бабки.

29

«государственных людей» и многих других с помощью, как мы те­перь сказали бы, генеалогического метода психогенетики (см. о нем в гл. VII, VIII).

Выделив три степени даровитости и одновременно использовав экзаменационные оценки, полученные поступавшими в Королевс­кую военную коллегию, он применил к этому материалу уже суще­ствовавший тогда закон Кетле (1796-1874) — «закон уклонения от средних величии». По аналогии с распределением роста людей он пред­положил «существование некоторого постоянного среднего уровня умственных способностей, отклонение от которого как в сторону ге­ниальности, так и в сторону идиотизма должно следовать закону, уп­равляющему уклонением от всякого рода средних величин» [35; с. 29]. Результаты он резюмировал так: «...мы приходим к неоспоримому, хотя, быть может, и неожиданному для нас заключению, что люди выдаю­щейся даровитости по отношению к посредственности стоят настолько же высоко, насколько идиоты стоят ниже ее» [35; с. 33] (т.е. намечено Гауссово распределение людей по «умственным дарованиям»).

Затем Ф. Гальтон перешел к анализу родословных трехсот семейств, насчитывавших до 1000 выдающихся людей, в числе которых 415 зна­менитых. «Если только существует нечто вроде положительного зако­на о распределении гения в семействах, — писал Гальтон, — то он, очевидно, должен обнаружиться при статистическом изучении тако­го значительного числа примеров» [35; с. 208]. И статистика показала, что в 300 семьях, давших более одного «замечательного человека», таковых насчитывалось 977, и они пo-разному распределялись между областями деятельности и разными степенями родства. Первому фак­ту Ф. Гальтон не придал большого значения, поскольку либо видел различные объективные причины, мешавшие, например, полковод­цам иметь детей, либо считал, что некоторые группы, например поэтов, слишком малы. Второй же факт — снижение числа даровитых людей со снижением степени родства — он констатировал вполне отчетливо, как доказательство наследственной природы таланта.

Биологической теорией для объяснения полученных свидетельств наследуемости послужила теория пангенезиса Ч. Дарвина. Согласно дайной теории, человек, как и любой живой организм, состоит из бесчисленного количества независимых частиц — «геммул», которые «управляются исключительно естественным сродством» друг с дру­гом, что и определяет «дивное строение живущей формы» [35; с. 243]. Ф. Гальтон понимал, что эта теория — лишь гипотеза, но считал, что она, тем не менее, «оказывает огромную услугу для всех изучающих законы наследственности», поскольку создает единую базу для объясне­ния многочисленных форм воспроизведения. Эта теоретическая база позволяла ему считать, что «в каждом живом существе находится боль­шее количество задатков, чем мы можем определить, и на каждый яв­ный элемент приходится бесчисленное множество скрытых» [там же;

30

с. 246], т.е. таких, геммулы которых пока вытеснены их антагонистами в борьбе за «точки прикрепления». Она же подвела Ф. Гальтона к мыс­лям о существовании неизменной части наследственности, обеспечи­вающей устойчивое равновесие в органическом мире, и — на этом фоне — «индивидуальной изменчивости». Более того, он в метафори­ческой форме описал и тот феномен, который впоследствии был на­зван в генетике «нормой реакции». В заключительной части книги Ф. Галь-тон поэтически писал: «Мы можем смотреть на каждого индивида как на нечто, не вполне отделившееся от своего источника, как на вол­ну, которая поднялась и приняла известную форму вследствие нор­мальных условий в неизвестном, безграничном океане» [там же; с. 252].

По словам И.И. Канаева, выдающийся английский математик, глава биометрической школы в статистике, ученик и друг Ф. Гальто­на К. Пирсон оценил эту книгу как одну из великих «не столько тем, что она доказывает, сколько тем, к чему она побуждает» [71].

С тех пор проблема наследственности стала центральной в науч­ных интересах Ф. Гальтона. В 1876 г. появилась его статьи «История близнецов как критерий относительной силы природы и воспитания»*, утверждавшая, говоря современным языком, метод близнецов в пси­хогенетике. (На русский язык она не переводилась, но довольно под­робное изложение ее дано в книге И.И. Канаева «Френсис Гальтон».) В статье обсуждаются и вопросы биологии многоплодия, и близнецо­вый метод генетики, и полученные с его помощью данные о роли «природы» и «воспитания» в формировании индивидуальных особен­ностей людей.

К тому времени уже существовали гипотетические представления о том, что близнецы бывают двух типов (в современной терминоло­гии — моно- и дизиготные); эти представления основывались глав­ным образом на изучении эмбриогенеза при многоплодной беремен­ности. Было установлено, что пары близнецов различаются по коли­честву околоплодных оболочек: пары с одним хорионом стали считать однояйцевыми (ОБ), с разными — разнояйцевыми (РБ). Эту точку зрения подтверждали и начавшиеся микроскопические исследования половых клеток и оплодотворения. Однако Ф. Гальтону эти работы были, очевидно, неизвестны, и он самостоятельно сформулировал гипотезу о том, что «туманное слово» «близнецы» объединяет два со­всем разных феномена: развитие детей из разных или из одного яйца. В последнем случае они однополы и имеют одну оболочку. В однопо­лых парах близнецы могут быть очень похожими, мало похожими или

* В некоторых отечественных изданиях использованный Ф. Гальтоном термин nurture переводится как «питание» [напр., 71]. Такой перевод допустим, но в дан­ном контексте более адекватно другое (тоже имеющееся в словарях) значение этого термина — «воспитание», «обучение» и т.п. Поэтому далее будет использо­ваться именно такое его значение.

31

совсем непохожими. Совершенно ясно, что речь идет о современных монозиготных («однояйцевых», МЗ) и дизиготных («разнояйцевых», ДЗ) близнецах. Факт их существования Ф. Гальтон и использовал, впер­вые в науке, как метод для оценки влияния «природы» и «воспитания».

Он разослал определенное количество анкет с просьбой сообщить некоторые сведения о близнецах: их внешнем сходстве, почерке, ха­рактерах, способностях, манере общаться и т.д. Полученные ответы показали, что 35 пар внешне практически неразличимы, 20 — внут-рипарно непохожи и что первая из этих групп (т.е. МЗ) по психологи­ческим характеристикам имеет значительно большее внутрипарное сходство, чем вторая (т.е. ДЗ).

Очень интересно наблюдение Гальтона об увеличении с возрас­том различий в некоторых близнецовых парах, а также его гипотеза, объясняющая этот феномен тем, что не все унаследованные свойства проявляются сразу, многие из них в молодости «спят», Это вполне соответствует современным представлениям о неодновременной ак­тивности всех частей генома, об их последовательном «включении» и «выключении». «Единственный элемент, который варьирует в различ­ных индивидуумах, но постоянен в каждом из них, это природная тенденция» — таков первый в психогенетике вывод, сделанный Галь-тоном по результатам исследования близнецов [цит. по: 71].

Все это позволило В. Томпсону и Г. Уайльду [425] утверждать, что Ф. Гальтон с большим правом, чем кто-либо другой, может быть на­зван основателем генетики поведения, а его работы вместе с работой Ч. Дарвина «Выражение эмоций у человека и животных» отнесены ими к I фазе истории генетики поведения.

II фаза — до конца 30-х годов нашего столетия — замечательна успехами в методологии психогенетического исследования. Главное здесь: во-первых, появление надежных способов диагностики зигот-ности близнецов, благодаря чему стало возможным оформление современного близнецового метода как сопоставления моно- и дизи­готных пар [404], и, во-вторых, развитие статистических способов оценки сходства между родственниками, в частности появление про­дукт-момент корреляции К. Пирсона. Дело в том, что, когда речь идет не об альтернативном признаке (например, шестипалости у людей), а о количественном, т.е. о таком, который присущ всем членам популя­ции, только с разной степенью выраженности (например, баллы IQ), возможность количественно оценить сходство и различие в парах лю­дей с разной степенью родства приобретает решающее значение. Кор­реляции К. Пирсона, а затем работы Р. Фишера и С. Райта обеспечили решение этой задачи.

Их работы вместе с работами Ф. Гальтона положили начало гене­тике количественных признаков (иногда ее называют биометричес­кой генетикой), предполагающей решение генетических проблем ва­риационно-статистическими методами (см. гл. VIII). Это был очень важ-

32

ный момент в истории генетики поведения, ибо нормальные пове­денческие признаки, контролируемые большим числом генов, про­сто не могли изучаться в рамках менделевской генетики, имевшей дело с качественными, альтернативными признаками.

В те же десятилетия появилась и стала развиваться психологичес­кая диагностика. Начало ей положил опять-таки Ф. Гальтон, кото­рый, изучая наследственность таланта, естественно пришел к необ­ходимости измерения психических качеств людей — от сенсорных (в теперешней терминологии) функций до типов мыслительной де­ятельности и характера. Однако основополагающие для психометри­ки понятия «надежность», «валидность» и «шкалирование» были раз­работаны позже, в первые десятилетия нашего века Бине, Спирме-ном, Тестоном и др.

Немецкий психогенетик X. фон Браккен отметил еще один мето­дический успех того периода — появление метода сравнения раздель­но выросших монозиготных близнецов (своеобразного «критического экперимента» психогенетики) [209].

Таким образом, на втором этапе развития психогенетики объеди­нились основные методологические подходы: генетические, психо­метрические и статистические.

В то же время, согласно В. Томпсону и Г. Уайльду, интенсивно шли работы по генетике поведения животных (в том числе лаборатор­ных «чистых линий», специально выведенных по тому или иному по­веденческому признаку). Правда, в основном они преследовали един­ственную цель — установить степень генетической детерминации раз­ных поведенческих признаков (скорости лабиринтного научения, уровня активности, эмоциональности) и мало пытались проникнуть глубже, например, изучить путь от генов к поведению.

В 1958 г. вышла работа «Среда, наследственность и вопрос "как"» американской исследовательницы А. Анастази. Она сыграла важную роль в оформлении самой постановки вопроса: от бытовавшего ранее стремления (хотя не всегда четко формулируемого) выяснить, что в психике человека от наследственности, а что — от среды, А. Анаста­зи предложила перейти к вопросу о том, как взаимодействуют эти два фактора в формировании тех или иных психологических функ­ций [181].

В 1969 г. X. фон Браккен писал: «Прошло время, когда считалось, что индивидуальное «Я» человека определяется исключительно гене­тическими факторами. Чем глубже изучалась проблематика этой обла­сти, тем яснее становилось, что дальнейшее развитие генетической психологии невозможно, если не уделять серьезного внимания усло­виям внешней среды и ее многообразным столкновениям с генети­ческими факторами (то же можно сказать и об изучении воздействий внешней среды)» [209;с. 41]. См. также [30].

Как будет показано дальше, нынешняя генетика подтверждает

33

справедливость такого подхода: сложных психологических признаков, зависящих только от генетических факторов, нет; все они формиру­ются именно во взаимодействии данного генотипа с данной средой — и общей, и индивидуальной, и именно это взаимодействие должно стать основным предметом изучения.

На третьем этапе — до 60-х годов — проводились генетические исследования интеллекта и разных форм умственных дефектов и пси­хиатрических заболеваний, интенсивно изучалась генетика поведе­ния животных. Вышли четыре больших публикации, в том числе уже упоминавшаяся первая сводка работ — книга Фаллера и Томпсона «Генетика поведения» (I960), во многих странах возникли центры, сконцентрировавшие исследования в этой области, психогенетика «стала хорошо определившейся частью биологической психологии» [с. 207].

Работа В. Томпсона и Г. Уайльда, в которой предложена данная периодизация истории психогенетики, была опубликована в 1973 г. [425].

Что же произошло в психогенетике за последние 25 лет? Каково ее состояние сегодня?

Прежде всего, отметим такие тенденции. Как обычно бывает в развитии любой науки, по мере интенсификации исследований не только накапливаются позитивные знания, но и обнаруживаются ограничения экспериментальных и математических методов, проти­воречия в эмпирическом материале, появляются новые объекты изу­чения. Последние десятилетия в психогенетике ознаменовались и стро­гим выявлением дефектов некоторых методов (например, близнецо­вого, так как получены данные, опровергающие постулат о равенстве средовых воздействий в моно- и дизиготных парах, что, в случае подтверждения, делает невозможным само использование метода), и серьезной экспериментальной проверкой этих сомнений (подроб­нее об этом — в гл. VII). Безусловно доминировавший интерес к пси­хогенетическому исследованию интеллекта, измеряемого различны­ми тестами IQ, постепенно вытесняется изучением изменчивости других характеристик индивидуальности: когнитивных стилей, осо­бенностей темперамента и личности, психофизиологических призна­ков, а главное — генетических и средовых детерминант индивиду­ального развития.

Появляются новые генетико-математические методы (метод пу­тей, структурный анализ), которые позволяют объединить в одной модели результаты, полученные у людей разной степени родства и благодаря этому дающие более точные оценки наследуемости. Особое внимание стали уделять средовому компоненту изменчивости, в час­тности, возрастной динамике генотип-средовых соотношений, гене­тической преемственности последовательных этапов онтогенеза, де­терминантам индивидуальных траекторий развития. Продолжаются, и

34

более успешно, чем прежде, давно начавшиеся, но бывшие малопро­дуктивными поиски генетических маркёров* — необходимого усло­вия для перехода от популяционных к индивидуальным оценкам.

В разных странах осуществляются многолетние исследовательские программы, включающие диагностику широкого спектра индивиду­альных особенностей, разные возрасты и разные уровни в структуре индивидуальности.

Существуют два международных научных общества, объединяю­щих исследователей в этой области: Международная ассоциация ге­нетики поведения и Ассоциация близнецовых исследований. Они вы­пускают свои журналы: «Генетика поведения» («Behavior genetics») и «Журнал медицинской генетики и гемеллологии»* * («Acta genetica medica et gemellologia»), проводят международные конгрессы, симпо­зиумы, заседания рабочих групп.

Регулярно, начиная с 1960 г., в одном из наиболее серьезных пе­риодических изданий — «Annual Review of Psychology» — публикуют­ся обзоры психогенетических работ. Интенсивность и широта иссле­дований таковы, что еще в 1978 г. ведущие в этой области исследова­тели Дж. де Фриз и Р. Пломин начали свой очередной обзор примерно такими словами: если успешно развивающиеся области науки — это те, где количество публикаций так велико, что один человек не в состоянии их охватить, то генетика поведения развивается все успеш­нее (еще в 1969 г. в обзорной работе X. фон Браккена библиография насчитывала более 1100 названий).

Так обстоит дело в западной науке. Какова история этой области знаний в нашей стране?

Судьба проблемы наследуемости психологических черт здорового человека в отечественной науке драматична. Как и любая междисцип­линарная область знаний, она зависела и от успехов «материнских» наук, и от их заблуждений, и — в данном случае — от их трагической судьбы.

Согласно А.Е. Гайсиновичу, первое в России исследование на­следуемости психологических качеств принадлежит академику Пе­тербургской Академии наук К.Ф. Вольфу (1834-1894). Он занимался «теорией уродов», в частности, вопросом о передаче дефектов по­томству, но писал и о возможности наследования других особеннос­тей, прежде всего темперамента, который «зависит от раздражимос­ти мышечных волокон... крепости или слабости твердых частей... чув­ствительности нервной системы... правильного или затруднительного

* Маркёром называется полиморфный участок ДНК, координаты которого известны, а функции могут быть как известны, так и неизвестны (подробнее о полиморфизме ДНК — в гл. IV).

** Гемеллология — наука о многоплодии.

3*

35

кровообращения». Более того, «также и добродетели и интеллектуаль­ные качества часто являются наследственными и передаются потом­ству» [34; с. 10*].

Интерес к этой проблеме не угасал в течение всего XIX в., и российская наука активно ассимилировала все, что появлялось в ми­ровой генетике относительно исследования психологических призна­ков. Как уже отмечалось, работа Ф. Гальтона «Наследственность та­ланта» вышла в свет в русском переводе уже в 1875 г.; в 1884 г. была издана книга Т. Рибо «Наследственность душевных свойств», а в 1894 г. в Харькове — его же книга «Различные формы характера», в которой обсуждается дилемма «врожден или приобретен» характер. 1891 г. был отмечен публикациями книги Ф. Гюйо «Воспитание и наследствен­ность» и первой русской работы о близнецах, которая принадлежала перу приват-доцента педиатрии Московского университета Н.Ф. Мил­лера; она так и называлась «О гомологических близнецах».

Одновременно появились переведенные на русский язык работы, положившие начало измерению межиндивидуальной вариативности. В 1869 г. был издан перевод «Социальной физики» А. Кетле, которого наш выдающийся генетик Ю.А. Филипченко [158] считал основате­лем и современной статистики (ему принадлежит учение о средней величине и «уклонениях» от нее, т.е. о распределении величины в вариационном ряду), и учения об индивидуальной изменчивости. А через несколько лет вышла книга ученика Ф. Гальтона, одного из основателей биометрической генетики К. Пирсона «Грамматика на­уки» (к сожалению, в русском издании не обозначен год; второе анг­лийское издание вышло в 1890 г.).

Происхождение индивидуальных особенностей интересовало не только биологов, но и крупных российских антропологов и педагогов. В двухтомнике К.Д. Ушинского [155] есть специальная глава «Наслед­ственность привычек и развитие инстинктов». Он признавал возмож­ность наследования приобретенных «привычек» («особенное значе­ние придается привычке возможностью ее наследственной переда­чи»), под которыми он понимал очень широкий спектр психических явлений [155; с. 215]. Ушинский писал, что «только наследственнос­тью нервных привычек мы и можем сколько-нибудь уяснить себе на­следственность человеческих характеров — факт, который кажется нам совершенно несомненным, хотя, к сожалению, и мало исследован­ным» [там же; с. 220]. К характеру же К.Д. Ушинский относил инди­видуальные особенности «в мыслях, наклонностях, желаниях и по­ступках человека» и считал, что среди них есть и «продукты его соб­ственной жизни», и «продукты наследственных наклонностей и

* Рукопись К. Вольфа «Предметы размышлений в связи с теорией уродов» осталась незавершенной, в таком виде была издана на латинском языке и только в 1973 г. — на русском.

36

особенностей». Эти последние и могут быть переданы только «через унаследование детьми нервной системы родителей со многими ее как наследственными, так и приобретенными посредством привычки на­клонностями» [там же; с. 220]. И далее он отмечал: «Душа беспрестан­но ищет деятельности, и из двух представляющихся ей деятельностей избирает ту, которая легче для организма, к которой организм более подготовлен наследственно». Именно такая деятельность и будет, как полагал автор, сформировать закрепляемые нервные привычки, пере­даваемые затем потомкам, — этим и определяется, очевидно, семей­ное сходство.

Правда, затем К.Д. Ушинский пришел к выводу, что «наследствен­но передается не самая привычка, а нервные задатки привычки», которые могут впоследствии, в зависимости от обстоятельств, либо развиться, либо заглохнуть. Причем эти житейские обстоятельства оказывают «решительное влияние» на обнаружение наследственных задатков, поскольку в сознании последние не представлены и могут выразиться «только в своих действиях, оставаясь сами вне области сознания». Это рождало у автора аналогию с темными представления­ми, или идеями, Лейбница, которые он (К.Д. Ушинский) предлагал называть лучше «скрытыми идеями», т.е. скрытыми за пределами со­знания (хотя не все они относятся к унаследованным).

Если же иметь в виду, что понятием «привычка» К.Д. Ушинский охватывал весьма широкий спектр психических явлений, что он раз­делял привычку-навык и привычку-наклонность, привычку пассив­ную и привычку как принцип действий и согласно именно этой логи­ке анализировал и онтогенез психики, и становление нравственнос­ти, усвоение знаний и т.д., то придется признать, что за всем этим лежит некоторая наследственно заданная «наклонность». Однако фор­мируется она благодаря наследственному закреплению приобретен­ных «привычек».

В знаменитом «Энциклопедическом словаре» Ф.А. Брокгауза и И. А, Ефрона, в большой статье «Психология», написанной проф. Н.Я. Гротом [23. Т. 50; с. 677-683], говорится о наследственности как «родовой памяти, являющейся основой индивидуального опыта: она есть «готовый для индивидуального опыта запас потенциальных пси­хических состояний и их связей» [23; с. 682]. Способности, таланты, гениальность «рассматриваются как продукты родового накопления опытов и потенциальных запасов психической энергии, развивающи­еся и обнаруживающиеся при благоприятных условиях индивидуаль­ной психической и физиологической жизни» [там же]. Кроме того, в этой статье явления памяти и наследственности связываются с воп­росами о соотношении сознательной и бессознательной душевной де­ятельности, о «наследственных задатках», в форме которых живут в человеке психические состояния.

В том же словаре, в статье «Наследственность» есть отдельная часть

37

о наследственности психической. Автор статьи проф. Ф.Ф. Петрушевс-кий констатирует, что физиологическая наследуемость «в известных пределах не подлежит сомнению», что же касается психической, то, в силу трудностей ее доказательства, «мнения о ней еще до сих пор не имеют полной определенности» [23; с. 647]. Однако автор признает вполне убедительными статистические доказательства Гальтона и, вслед за ним, Декандоля во Франции, доказавшего, тоже статистическим путем, существование психической наследственности.

Энциклопедическая статья, по определению, отражает наиболее устоявшиеся в данной области взгляды; это максимально справедливо для такого авторитетного издания, каким стала для своего времени 80-томная энциклопедия Брокгауза и Ефрона. Вместе с изложенными выше работами конца XIX в., типичными для рассматриваемой темы, эти энциклопедические статьи говорят о том, что проблема наследу­емости психологических черт была одной из тех, на которых фикси­ровалось внимание российских исследователей. Однако, в соответствии с состоянием современной им генетики, когда экспериментальных доказательств «за» и «против» практически не было, ученые опира­лись на сформировавшиеся к этому времени гипотетические пред­ставления о существовании неких материальных частиц, передающих признаки из поколения в поколение, и на жизненные наблюдения, главным образом, семейного сходства.

Как самостоятельная экспериментальная научная дисциплина ге­нетика в России стала развиваться после 1917 г., когда появились первые научные учреждения, специализированные журналы, фунда­ментальные труды российских генетиков [34]. К 1919 г. в Петроградс­ком университете была создана первая в России кафедра эксперимен­тальной зоологии и генетики, руководителем которой стал Ю.А. Фи-липченко (1882-1930) — один из основоположников отечественной генетики.

Изучение наследственности психологических особенностей чело­века проводилось в двух исследовательских учреждениях: в созданном в 1921 г. Бюро по евгенике* (Петроград) и в Медико-биологическом институте, организованном в Москве в 1924 г. Руководителем Бюро по евгенике также был Ю.А. Филипченко.

В 1922 г. вышел первый номер «Известий Бюро по евгенике», по­священный 100-летию Ф. Гальтона. В нем Ю.А. Филипченко сформули­ровал следующие задачи Бюро: изучение вопросов наследственности

* Представители евгеники, начало которой положил Ф. Гальтон, полагали, что при «правильном» подборе супружеских пар и ограничении воспроизводства больных, умственно отсталых и т.п. людей можно «улучшить» всю человеческую популяцию. Евгеника послужила «научной» основой расизма. Но одновременно в ее рамках развивались и медицинская генетика и генетика человека. (Об этом см. [34, 159] и мн. др.)

38

(специально в приложении к человеку) с помощью анкет, обследо­ваний, экспедиций; распространение в широких народных массах све­дений о законах наследственности у человека и о целях и задачах евге­ники; советы евгенического характера желающим вступить в брак и вообще всем интересующимся своей наследственностью. Сотрудники Бюро разработали анкеты для сбора генеалогических сведений у раз­ных групп населения.

Статистические результаты анкетирования ученых Петербурга, данные о распределении у них специальных способностей и о сочета­нии последних, математические приемы оценки корреляции между альтернативными признаками, отдельное описание генеалогии 50 выдающихся ученых и даже несколько генеалогических древ — вот общее содержание первого выпуска журнала. Кроме того, в нем дано распределение специальных способностей у ученых разных областей знания; отмечена связь музыкальных способностей с полом при на­следовании и многое другое.

Во втором номере журнала (1924 г.) содержатся результаты такого же анкетирования ленинградских представителей искусства и студен­тов; проанализирована (тоже генеалогическим методом) наследуемость роста и телосложения, близорукости; опубликована и генетико-мате-матическая работа.

В 1925 г. в третьем, и последнем, выпуске журнала с этим названи­ем в статье Т.К. Лепина и соавторов анализируются генеалогия, гео­графия, СЭС и т.д. ста действительных членов Российской Академии наук за 80 лет (1846-1924). В этом же номере опубликована работа Ю.А. Филипченко «Интеллигенция и таланты», смысл которой зак­лючается в следующем. Со времени появления работ Ф. Гальтона не может быть сомнения в том, что таланты не «делаются», а родятся, т.е. в процессе их возникновения «наследственность важнее среды...» [с. 85]. «Пирамида» классов одаренности Гальтона, к сожалению, час­то воспринимается как классовая структура общества, что неверно. Причина одаренности — наследственность. Так называемые «одно­значные» факторы (наследственные), накапливаясь у одной особи, усиливают эффект каждого из них — так наследуются некоторые при­знаки, в том числе и одаренность, разные степени которой обуслов­ливаются количеством «скопившихся» в зародыше подобных одно­значных факторов. Распределение же последних в популяции подчи­няется закону Кетле, т.е. нормальному распределению, поэтому «поставщиками» одаренности являются все классы общества, и, сле­довательно, интеллигенция есть производное всех классов «прежде всего благодаря счастливому сочетанию наследственных зачатков» [там же; с. 95]. Но она слабо размножается и потому нуждается в притоке извне, благодаря чему далее возможен и возврат в положение пред­ков, и сохранение существующего положения. Вероятность того, что «факторы» совпадут второй раз (у потомков), очень низка, поэтому

39

«выдающиеся таланты ценны для государства сами по себе, а отнюдь не как производители» [там же; с. 94]. Соответственно, считал Ю.А. Фи-липченко, необходимы государственные меры для формирования и поддержания слоя интеллигенции.

Как видим, в те годы деятельность Бюро по евгенике реально представляла собой исследования наследственности психологических признаков, выполненные с использованием генеалогического метода. Вероятно, эти работы могли стать весьма плодотворным руслом, не­избежно войдя в контакт с психологией (возрастной, познавательных процессов и т.д., которые в то время развивались вполне успешно). Однако уже в конце 20-х годов Бюро было преобразовано в Бюро по генетике и переключилось на исследование генетики сельскохозяй­ственных животных и растений. Евгеника как наука скомпрометиро­вала себя из-за экстремизма отдельных ее последователей, и эта ли­ния исследований, по-видимому, прекратилась.

Второе дыхание психогенетика* получила в Медико-биологичес­ком (позднее — Медико-генетическом) институте, но, несмотря на некоторые весьма интересные направления исследований, судьба этого учреждения, а вместе с ним и этой науки в целом сложилась тогда трагически.

В 1928 г. в Медико-биологическом институте была организована Кабинет-лаборатория наследственности и конституции человека, ко­торую возглавил С.Г. Левит. В 1935 г. институт был преобразован в Медико-генетический институт им. A.M. Горького, С.Г. Левит стал его директором, но в 1937 г. был арестован, а институт расформирован (подробно об этом см. [34, 140]).

За время существования лаборатории в институте были выпуще­ны четыре сборника трудов. Первый из них вышел в виде выпуска «Медико-биологического журнала» в 1930 г. с программной статьей С.Г. Левита «Человек как генетический объект и изучение близнецов как метод антропогенетики» [92]. Практически в институте был разра­ботан, на наш взгляд, совершенно новый и впервые истинно науч­ный подход к генетике человека вообще и его психологических осо­бенностей в частности.

С.Г. Левит начал с утверждения о том, что антропогенетику не­правильно отождествлять с евгеникой, а равно неверно считать ее лишь прикладной областью, т.е. наукой «питаемой», основывающей­ся на теоретических предпосылках, которые установлены «экспери­ментальной генетикой», и не способной быть «питающей». Наоборот, генетика человека, как и другие частные главы генетики, способна обогатить общую генетику.

* Термина «психогенетика» еще не существовало, но, думается, то русло работ, о котором пойдет речь, вполне может быть названо именно так.

40

Достоинства человека как генетического объекта автор усматри­вал в следующем:

в почти полном отсутствии естественного отбора, что должно привести к «огромному накоплению» менделирующих признаков;

в возможности относительно точно изучать генетику психичес­ких особенностей, главным образом психических аномалий;

в гораздо большей изученности физиологии и морфологии; поскольку даже «идеальное фенотипическое сходство признаков не гарантирует их генетической идентичности», такая изученность по­зволяет более надежно идентифицировать изучаемые признаки. Более того, «физиологические и морфологические различия могут получить подтверждение со стороны этого (генетического. — И. Р.-Щ.) анали­за, и таким образом дифференциация признаков в значительной мере облегчается» [92; с. 275]*. Хорошее знание физиологии объекта «под­сказывает и курс искания механики развития признака, его феноге-неза», т.е. решается «проблема осуществления признака» [там же].

Помимо всего этого, такие исследования имеют большое значе­ние для новой главы биологии — геногеографии. Есть и многие другие преимущества антропогенетики, но особо автор остановился на од­ном, а именно на «тех возможностях, которые доставляет изучение близнячества» [92; с. 277].

Далее С.Г. Левит проанализировал преимущества близнецового метода по сравнению с генеалогическим и статистическим. Они зак­лючаются, в частности, в том, что близнецы — своего рода «чистая линия»**, и потому исследование их имеет «чрезвычайно важное» зна­чение при изучении характера реакции организма на внешние воз­действия (т.е. намечен метод контрольного близнеца). Понятно, что генеалогический метод для таких задач непригоден.

Дальнейшие исследования, по мнению автора, могут касаться та­ких кардинальной важности проблем, как воспитание, психогенети­ка и т.д. «В первую очередь, — подчеркивает он, — надлежит при этом поставить вопрос о соотносительной роли в соответствующей реак­ции организма генотипа и среды и о тех воздействиях, которые по­требуется применить для получения желательного эффекта» [92; с. 280]. Примером таких задач может служить тестирование в психотехнике: что оно вскрывает — природную одаренность или приобретенный опыт испытуемого? Другой пример. Испытание разных педагогических при­емов: если обучать близнецов разными методами, то можно узнать,

* Здесь впервые высказана мысль о том, что генетическое исследование мо­жет стать инструментом анализа структуры изучаемого признака. Для психологии это особенно продуктивный, а иногда и единственный способ познания некото­рых психологических закономерностей.

** Линии лабораторных животных, получаемые путем скрещивания близко­родственных особей.

41

какой из них эффективнее. Поэтому одну из задач института С. Г. Ле­вит видел во всестороннем развитии близнецового метода, предпола­гая при этом, что работа с близнецами будет «бессрочной» — от рож­дения до смерти, и изучаться будут все доступные исследованию при­знаки. Согласно С.Г. Левиту, такая работа началась в 1929 г.*.

К моменту написания статьи «в активе» были 124 пары близне­цов**, работал коллектив из врачей всех специальностей; в перспек­тиве имелось в виду включение в работу психологов, антропологов, психотехников, педагогов, педологов, создание близнецовых ясель и детского сада. Была разработана регистрационная карта, которая рас­сылалась по роддомам (она приведена в статье). Отмечался и недоста­ток близнецового метода — трудность накопления большого материала.

Близнецовым исследованиям анатомии, физиологии, патологии и — меньше — психологии полностью посвящен том III «Трудов» института (1934). К тому времени обследованием было охвачено около 700 пар близнецов. Возник вопрос: как должно развиваться исследова­ние дальше, после того как установлена соотносительная роль на­следственности и среды в изменчивости признака? Данному вопросу была посвящена статья С.Г. Левита, открывавшая том [93]. Ее основ­ной смысл заключался в следующем.

Первое, чего не хватает существующим исследованиям, — это учета возрастных различий, поскольку одна и та же внутрипарная раз­ность в различных возрастах должна расцениваться по-разному. Реше­ние данной проблемы может быть статистическим (но с довольно большой ошибкой) и экспериментальным, при котором один и тот же признак изучается для каждой возрастной группы отдельно. Разли­чия возрастов по соотношению гено- и паратипических факторов могут определяться двумя причинами: различиями в генном комплексе, обусловливающем данный признак, и большими возможностями па­ратипических воздействий в более старшем возрасте. Поэтому в ин-

* Первое в России исследование методом близнецов провел д-р В.Н. Вайн-берг в Детской профилактической амбулатории Московско-Курской железной дороги в 1927/28 и 1928/29 учебных годах. Оно было посвящено поиску причин именно индивидуальных различий (а не родовых характеристик) интеллекта, содержало достаточно полный и детальный разбор зарубежных исследований и отражало вполне соответствующий сегодняшним воззрениям взгляд на механиз­мы передачи генетических влияний на поведение (только через субстратный, морфофункциональный уровень). Однако собственно экспериментальная часть базировалась на изучении всего 2 пар близнецов — сирот из детских домов, причем за первой из них наблюдения велись в течение 3 лет (6-7—8 лет), за второй — 2 года (8-9 лет). Вызывает удивление результат наблюдений — абсо­лютное внутрипарное тождество всех полученных величин. В перспективе, по словам автора, предполагалось исследование разлученных близнецов, но даль­нейших публикаций, очевидно, не было.

* * В 1936 г. изучались уже 1350 пар; как заметил С.Г. Левит, «это, по-видимо­му, рекордное число».

42

ституте были начаты исследования близнецов двух возрастных групп — 1-3 года и 8—10 лет.

Второе, на что следует обратить внимание, — это фактор среды, т.е. необходимо учитывать конкретные среды, социальный статус, суб­культуру и т.д., поскольку соотносительная роль двух факторов в этих случаях может быть различной. Кроме того, близнецовый метод по­зволяет установить, какие именно факторы среды ответственны за появление того или иного признака.

Наконец, близнецовый метод может быть использован «и для диф­ференциации внешне сходных, но биологически различно детерми­нированных признаков» [с. 9]. Применительно к качественным, аль­тернативным признакам эту задачу успешно решает генеалогический метод; близнецовый дает возможность изучать и количественные при­знаки. По признанию С.Г. Левита, особенно многообещающими по­добного рода исследования должны были стать для психологии [с. 10], и тогда же по инициативе А. Р. Лурия такие исследования начались (работа А.Н. Миреновой в том же томе).

Но и этим не исчерпываются возможности близнецового метода. Он позволяет экономно изучить корреляцию признаков и функций, получить сведения о сравнительной эффективности разных типов воз­действий (в том числе педагогических) и, что особенно ценно, о длительности эффекта того или иного воздействия.

В институте к тому времени была начата работа по всем этим на­правлениям. Основные ее результаты были опубликованы в 1936 г. в четвертом, последнем томе «Трудов», теперь уже Медико-генетичес­кого института им. A.M. Горького. Судя по данным, содержащимся, в частности, в статье С.Г. Левита, исследованиями, проводившимися в институте, были охвачены уже 1350 пар близнецов; использовались и развивались три основных метода: клинико-генеалогический, патоло­гический, близнецовый, и соответственно три основных области ис­следований: патология, биология и психология. Близнецы использо­вались — «впервые в науке» — для изучения физиологической корре­ляции признаков у человека и для оценки целесообразности того или иного терапевтического или педагогического воздействия.

Но одновременно, по мере накопления экспериментальных дан­ных, использования новых генетико-статистических методов*, росло

* Правда, С.Г. Левит одновременно отметил отставание «по линии математи­ческой генетики». В какой-то степени это замечание было правильным, а в какой-то — нет. Действительно, работы Р. Фишера, оказавшие огромное влияние па развитие генетики, у нас не были достаточно ассимилированы (во всяком случае, в исследованиях психологических признаков). Но вместе с тем разработанный в том же институте М.В. Игнатьевым (с учетом работ Р. Фишера) статистический аппарат для оценки доли наследственности и двух типов средовых воздействий используется в почти неизменном виде и по сей день. В частности, он предложил различать «сводящую» и «разводящую» среду вместо терминологически неудачных

43

и понимание ограничений этого метода (и способов обработки полу­чаемых результатов), преодолеть которые можно привлечением дру­гих категорий родственников, каких-либо групп населения, живущих в одних и тех же условиях, и т.д. Эти суммировавшие и обозначавшие перспективу работы С.Г. Левита существенно отличны от всего пре­дыдущего. Думается, не будет преувеличением сказать, что именно они, вместе с экспериментальными исследованиями этого институ­та, положили начало науки психогенетики в России.

Обратимся к экспериментальным исследованиям. Наиболее систе­матических и психологически содержательных исследований было два: одно — начатое по инициативе А.Р. Лурия (о чем писал С.Г. Левит) и представленное в то время четырьмя публикациями — А.Н. Миреновой; ее и В.Н. Колбановского [116], А.Р. Лурия и А.Н. Миреновой [100, 101], а также примыкавшей к ним по общей исследовательской идеологии работой А.Н. Миреновой [115], и еще одной поздней публикацией А.Р. Лурия [99]; второе — работой М.С. Лебединского [91], тоже вы­полненной в кабинете психологии Медико-биологического института.

Целью первой группы работ было выяснение тренируемости ком­бинаторных функций ребенка, влияние их тренировки на другие пси­хические процессы, устойчивость полученных эффектов.

В экспериментах участвовали 5 пар МЗ близнецов 5-5,5 лет. Использо­вался метод контрольного близнеца, при котором близнецы одной пары ре­шали одну и ту же задачу в несколько разных условиях. Конкретно детям предлагалось воспроизвести постройку из кубиков, сделанную эксперимен­татором, но одному из них эта постройка предъявлялась, оклеенная бумагой. В результате один близнец видел все кубики, из которых состоит образец, и мог просто копировать его (элементный метод), второй же должен был сам понять, из каких частей состоит заданная постройка, и методом проб и оши­бок воспроизвести ее (метод моделей).

Каждому ребенку давалось 12 заданий возрастающей сложности, трени­ровка длилась 2 месяца. Затем экспериментаторы проверяли, насколько и как меняются и сама конструктивная (точнее, «конструкторская») деятель­ность ребенка, и стоящие за ней перцептивные и мыслительные (сейчас мы бы сказали — регуляторные) функции, и, кроме того, насколько стабильны полученные изменения. Повторная диагностика производилась дважды — через 3 месяца после конца обучения и через 1,5 года (в этом контроле участвовали только три пары).

К сожалению, здесь нет возможности детально пересказывать со­держание этих работ, хотя они заслуживают большого внимания имен-

«внутрисемейных» и «межсемейных» факторов среды [64]. Однако в литературе, в том числе психогенетической, надолго укоренилась именно вторая пара понятий, психологически бессодержательная. И только в последние годы появились терми­ны «общая» и «индивидуальная» среда, «разделенная» и «неразделенная» и т.д., по смыслу идентичные предложенным М.В. Игнатьевым. К сожалению, все это происходит фактически без упоминания его имени.

44

но потому, что они очень психологичны: речь в них идет не просто о констатации генетических и средовых влияний в отдельном признаке (не это было основной задачей), а обо всей психологической структу­ре некоторой деятельности и даже о поведении ребенка [напр., 115]. Общие же результаты суммированы в последнем сообщении [101] и сводятся к следующему:

тренировка методом поэлементного копирования не давала за­метного развития конструктивной деятельности ребенка и мало пере­страивала его перцептивные процессы;

противоположный метод, метод моделей, наоборот, существен­но менял и конструктивные операции, и воспринимающую деятель­ность. При этом шла перестройка не только тех перцептивных дей­ствий, которые были включены в тренируемую деятельность, но и тех, которым дети непосредственно не обучались;

изменилось даже понимание «речевых и логических отноше­ний».

Иначе говоря, «в результате обучения у детей был вызван не толь­ко навык к конструктивной деятельности, но и глубокая перестройка лежащих за этим навыком психологических функций» [101; с. 488].

Контроль, проводившийся через 1,5 года, дал особенно интерес­ные результаты.

Сами по себе конструктивные навыки обнаружили тенденцию к угасанию, различие же в «скрытых за этим навыком психологических операциях обнаруживает значительно большую устойчивость» [с. 504]*. Отсюда следовал практический вывод о необходимости изменения существовавших в детских садах того времени конструктивных игр.

Дополнительно к этому в работе А.Н. Миреновой [115] было пока­зано, что элементарные двигательные действия и более сложные, име­ющие дело со сложными координациями, протекающими либо в на­глядном поле, либо по внутренней схеме, имеют и разную степень гено- и паратипической обусловленности, и разную податливость тре­нировке**.

Последняя работа (хронологически одна из первых, 1932), на ко­торой необходимо остановиться, — работа М.С. Лебединского [91], сопровожденная комментарием редакции журнала о том, что ряд его положений и выводов она считает спорными. По существу же это, по-видимому, первая отечественная работа с определенным психологи­ческим контекстом, содержащая анализ и общей методологии, и конк-

* Интересно, что одна пара, которая квалифицировалась как особо одарен­ная и для которой все обучение было слишком легким, не дала заметных разли­чий нигде.

** В этой работе использован обычный вариант близнецового метода — срав­нение внутрипарного сходства ОБ (4 пары) и ДБ (6 пар) 4-4,5 лет.

45

ретных методов психологического исследования. Только в ней мы нахо­дим и обзор проведенных к тому времени близнецовых исследований.

Эта работа имеет вполне очевидную направленность, ибо в ней продемонстрированы все ограничения близнецового метода вообще и применительно к психологическим признакам в частности. Автор дей­ствительно подметил многие существенные моменты, обсуждаемые и сейчас.

В первом же параграфе статьи «Наследственность в психологии» автор пишет, что это — один из наиболее серьезных вопросов науч­ной психологии и, не имея четкого ответа на него, «нельзя всерьез решать многих других вопросов теоретической или прикладной пси­хологии»; что «редко можно встретить работу, более или менее широ­ко ставящую проблемы идеологии, где мельком, походя, не встреча­лась бы и попытка ответа на вопрос, которому посвящена настоя­щая... статья» [91; с. 163].

Его собственное исследование охватывает довольно большую вы­борку — 52 пары ОБ и 38 пар ДБ; возрастной диапазон, по-видимо­му, — от 6 до 47 лет*. Диагностировался очень широкий спектр психо­логических признаков — интеллектуальных, характерологических, дви­гательных, непосредственных и опосредованных. Среди методик есть и стандартизованные тесты, и клиническое наблюдение. Не все 90 пар изучались с помощью всех методик — в каждой возрастной подгруппе использовались диагностические приемы, адекватные возрасту,

Общие выводы делятся на две части; одна — о разрешающей спо­собности близнецового метода, другая — о гено- и паратипической обусловленности психологических признаков. Коротко эти выводы таковы:

при использовании близнецового метода надо иметь в виду, что внутриутробное развитие может создать различия у ОБ**. Впро­чем, то же справедливо и для ДЗ близнецов;

обстоятельства внутриутробной жизни отражаются и на после­дующем развитии, что осложняет использование метода;

для членов одной пары, особенно ДБ, средовые влияния не настолько одинаковы, как постулируется методом, что осложняет его применение еще больше;

однако все это не означает, что для психологии исследования близнецов нецелесообразны; возникают новые задачи: задача иссле-

* Автор не сообщает формальные характеристики выборки; возрастной диа­пазон «вычисляется» по описанным случаям и субгруппам.

* * М.С. Лебединский противопоставляет это обычным утверждениям об иден­тичности ОБ, что неправильно, так как в последнем случае речь идет о генетичес­кой идентичности, которую внутриутробная (и любая другая обычная) среда не изменяет. Неравные условия эмбрионального развития могут создавать у МЗ близ­нецов физиологическое, но не генетическое несходство.

46

дования гено- и паратипических влияний остается, только в несколь­ко иной постановке. Эта постановка заключается в переходе к вопросу «о роли биологического (в более широком смысле слова) вообще в развитии психики и его взаимоотношениях с социальным» [91; с. 202]. Изучение наследственных влияний возможно «при правильном пони­мании генотипа» [там же]. В некоторых случаях полезно объединение с другими методами, прежде всего — с семейным;

для генетического исследования целесообразно брать наиболее четко очерченные индивидуальные черты, в частности специальную одаренность;

вместе с тем исследование близнецов дает исключительно бла­гоприятную возможность для изучения других важных психологичес­ких проблем.

Относительно же гено- и паратипических влияний на признаки, исследованных в данной работе, выводы, как пишет автор, лишь «скромные и предварительные»:

в целом сходство ОБ выше, чем ДБ, но не настолько, как во многих других исследованиях;

близнецы (и ОБ, и ДБ) вообще внутрипарно очень похожи, что говорит в основном о решающей роли социальной среды в фор­мировании психики;

исследование, не охватывающее широкий спектр психических функций, в частности тех, которые возникают лишь в процессе раз­вития, «не обнаруживает и вовсе» большего сходства ОБ*, что в свою очередь «показывает, как вооружает социальная среда психику чело­века» [91; с. 204];

с возрастом по одним функциям близнецы сближаются, по другим их различие увеличивается. Более благоприятные условия спо­собствуют повышению сходства близнецов, особенно по интеллекту, по которому меняется и сравнительное сходство ОБ и РБ: у малень­ких (особенно трехлетних) различия между ними выражены сильнее;

по соотношению гено- и паратипических влияний характер и историка не отличаются от интеллекта. Двигательный тренаж под­твердил эффективность даже кратковременного педагогического вме­шательства.

И, наконец, общий вывод о том, что все сказанное «полезно для научной критики тех заблуждений и извращений», которые есть в научной литературе.

Вероятно, правильно будет сказать, что эта работа М.С. Лебединс­кого вместе с другими, упоминавшимися нами ранее исследованиями Медико-генетического института были очень хорошим началом со­держательных психогенетических исследований в России. Трагические

* Вывод сформулирован нечетко и в принципе даже противоречит подходу автора.

47

30-е годы оборвали их на много лет, и второе дыхание генетика поведе­ния получила в нашей стране только в конце 60-х — начале 70-х годов,

Однако нельзя не обратить внимание и на своеобразные ограни­ченности научного мировоззрения исследователей того времени. В этом смысле бросаются в глаза две особенности: во-первых, не рефлекси-ровалось различие двух проблем — причин межиндивидуальной вари­ативности и формирования функции как таковой, и, во-вторых, им­плицитно предполагалось, что изменяемость функции (особенно в результате целенаправленных педагогических воздействий) свидетель­ствует в пользу ее средового происхождения. С этим связано и убежде­ние в том, что функции более высокого (по психологической струк­туре) порядка, появляющиеся в онтогенезе относительно поздно, должны сильнее зависеть от средовых влияний, т.е. опять-таки лучше поддаваться тренировке, изменению, чем более «простые» функции.

Очень четко это обнаруживается, например, даже в позиции Л.С. Выготского, который в 1931 г. писал: «Самые высокие моторные функции наиболее воспитуемые, потому что (курсив наш. — И. Р.-Щ.) они не являются филогенетическими, а приобретаются в онтогенезе» [31. Т. V; с. 133], «... функции «А» (высшие психические функции)... мало зависят от наследственности, а, следовательно, зависят от опре­деленных условий воспитания, от социальной среды». Они же оказы­ваются и «более воспитуемыми» по сравнению с функциями «В», т.е. элементарными, которые «наследственно более обусловлены» [там же]. Или: «...чем элементарнее и, следовательно, биологически более не­посредственно обусловлена данная функция, тем больше она усколь­зает от направляющего воздействия воспитания» [там же; с. 291].

Однако у Л.С. Выготского мы находим и мысли, весьма созвучные современным, относящимся, в частности, к проблеме темперамента и характера [там же; с. 137-150] и, главное, к индивидуальному раз­витию. «Развитие — не простая функция, полностью определяемая икс-единицами наследственности плюс игрек-единицами среды. Это исторический комплекс, отображающий на каждой данной ступени заключенное в нем прошлое. Другими словами, искусственный дуа­лизм среды и наследственности уводит нас на ложный путь, он засло­няет от нас тот факт, что развитие есть непрерывный самообусловли­вающий процесс, а не марионетка, управляемая дерганием двух ни­ток» [там же; с. 308]. При этом он подчеркивал, что генотипические факторы должны исследоваться в единстве со средовыми, но после­дние «не могут быть просто свалены в кучу путем беспорядочного перечисления, исследователь должен представить их как структурное целое, сконструированное с точки зрения развития ребенка» [там же; с. 307-308].

Трагические события 30-х годов — ликвидация педологии, прида­вавшей наследственности немалое значение, разгром генетики — пре­рвали в нашей стране так интересно начинавшиеся психогенетичес-

48

кие исследования. Сама постановка вопроса о генетическом контроле высших психических функций стала считаться не только неверной, но и «реакционной». На несколько десятилетий отечественная психо­генетика практически перестала существовать [125; 170; 280]. Правда, появлялись отдельные работы, посвященные либо соматическим и физиологическим признакам, либо патологии, либо самим близне­цам. Среди них выделяется серия работ И.И. Канаева по генетике выс­шей нервной деятельности, завершившаяся книгой «Близнецы» [69], которая, как пишет в предисловии сам автор, явилась первой попыт­кой «составить на русском языке краткий обзор огромного материала по изучению близнецов»; книга А.Р. Лурия и Ф.Я. Юдович «Речь и развитие психических процессов у ребенка» [102]. В 1962 г. в журнале «Вопросы психологии» была опубликована статья А.Р. Лурия «Об из­менчивости психических функций в процессе развития ребенка», на­писанная по материалам, полученным им еще в 30-х годах в Медико-генетическом институте. Опираясь на концепцию Л.С. Выготского, он формулировал эвристичную гипотезу о том, что по мере развития психические функции меняют механизмы своей реализации и тем самым — свою связь с генотипом.

Этим почти исчерпывается перечень работ, посвященных генети­ке индивидуально-психологических особенностей человека и опубли­кованных у нас с конца 30-х до начала 70-х годов. Восстановление систематических исследований по психогенетике можно датировать концом 1972 г. Тогда в Институте общей и педагогической психоло­гии Академии педагогических наук СССР на базе лаборатории диф­ференциальной психофизиологии, которой многие годы руководил выдающийся отечественный ученый Б.М. Теплов, а после его смер­ти — его талантливый ученик В.Д. Небылицын, была создана первая лаборатория, специальной задачей которой стало изучение наслед­ственных основ индивидуально-психологических и психофизиологи­ческих различий (до 1993 г. ею заведовала И.В. Равич-Щербо)*. В пер­вые годы в центре внимания лаборатории находилась проблема этио­логии свойств нервной системы [97], в дальнейшем основными объектами исследования стали психофизиологические признаки (ЭЭГ, ВП разных модальностей) и психогенетика индивидуального разви­тия. Этим коллективом была издана, впервые на русском языке, дос­таточно полная сводка современных работ по психогенетике [132], опубликовано много статей в ведущих научных журналах, издан но­вый сборник экспериментальных работ под названием «Генетика по­ведения: количественный анализ психологических и психофизиоло­гических признаков в онтогенезе» (ред. С.Б. Малых, 1995), вышла книга

* Название лаборатории, как и название института, менялось. Сейчас это лаборатория возрастной психогенетики Психологического института Российской Академии Образования.

4-1432

49

М.С. Егоровой «Генетика поведения: психологический аспект» [57], в которой, тоже впервые на русском языке, дан анализ современных подходов к исследованию среды; недавно вышел труд С.Б. Малыха, М.С. Егоровой, Т.А. Мешковой «Основы психогенетики» [106).

Ассимилируя содержательные подходы, которые, как уже отме­чалось, сложились в отечественной науке в 30-х годах, эта группа исследователей старается не просто регистрировать те или иные ста­тичные феномены и затем выяснять причины их вариативности, а пытается вскрыть те общие закономерности, которым подчиняется динамика генотип-средовых соотношений. Выясняется это и в лабо­раторном эксперименте (регистрируются, главным образом, психо­физиологические характеристики), и в лонгитюдном исследовании когнитивных и динамических характеристик. Оказалось, что межин­дивидуальная вариативность фенотипически одного и того же при­знака (например, одного и того же движения) может, как и предпо­лагал А.Р. Лурия, иметь разные детерминанты при разных психологи­ческих механизмах реализации признака. Очевидно, этот феномен проявляется даже в признаках, принадлежащих к так называемому биологическому уровню в структуре индивидуальности, который ап­риорно полагается весьма ригидным, генетически заданным: гено-тип-средовые соотношения в изменчивости зрительных ВП существен­но меняются в зависимости от семантической структуры стимулов (при равенстве физических характеристик!). Вероятно, смена механиз­мов реализации «одноименных» функций, происходящая в онтогене­зе, ответственна и за возрастную динамику генотип-средовых соотно­шений (речь об этом пойдет далее).

Все это ставит очень существенный для психогенетики вопрос: что же представляет собой психологический «признак» как объект генетического изучения? Очевидно, психолог не может ограничиться регистрацией только его фенотипического значения (например, ско­рости реакции), но должен включить в это понятие и те механизмы, при помощи которых данный «признак» реализуется. Иными слова­ми, психологический признак — это «событие, а не структура», «опе­рация, а не свойство». Понимание данной стороны дела необходимо прежде всего в исследованиях по возрастной психогенетике, посколь­ку именно с возрастом связано естественное изменение психологи­ческих механизмов фенотипически неизменной функции. И, кроме того, может быть, связанные с этим трудности являются причиной многих расхождений в результатах психогенетических работ?

Вероятно, многое помогли бы понять психогенетические иссле­дования, выполненные в русле определенной психологической кон­цепции, которая позволяет содержательно интерпретировать изучае­мый признак. Одна из очень немногих работ такого рода принадлежит Н.Ф. Талызиной с сотрудниками [144]. Объектом их исследования стал внутренний план мыслительной деятельности по П.Я. Гальперину.

50

Наиболее отчетливо генетические детерминанты выявились в нагляд­но-действенном плане, преобладание средовых факторов — в словес­но-логическом. Хотя из-за малого количества близнецовых пар эти результаты могут приниматься только как «разведка», она, по-види­мому, показала перспективность такого пути, поскольку опирается на определенное понимание содержания признака, его возрастных качественных преобразований и т.д.

В эти же годы с близнецами начал работать еще один коллектив, руководимый докторами медицинских наук Т.К. Ушаковым и Д.Н. Кры­ловым (Институт гигиены детей и подростков Министерства здраво­охранения СССР). Главное направление его работ — скорее медико-биологическое, связанное с проблемами многоплодия, физического и психологического развития близнецов, их нейрофизиологических особенностей, — в сравнении их развития с развитием одиночнорож-денных детей [154]. По характеристикам биоэлектрической мозговой активности, кожно-гальванической реакции у близнецов констатиру­ется некоторая задержка функционального созревания, которая, прав­да, с возрастом сглаживается (по разным показателям в разном возра­сте). Это — важные результаты, так как для того, чтобы переносить данные, полученные при исследовании близнецов, на популяцию оди-ночнорожденных, необходима проверка принадлежности этих двух групп к одной генеральной совокупности, т.е. доказательство того, что близнецы репрезентативны всей популяции своих сверстников.

Единственные в отечественной психогенетике популяционные исследования (на изолятах Дагестана и в аулах Туркмении) проведе­ны под руководством академика Н.П. Дубинина. К.Б. Булаева [24, 51] исследовала широкий спектр признаков (соматических, психофизио­логических и т.д.) в девяти селениях Дагестана, принадлежащих к пяти этническим группам с разной степенью изолированности, раз­ной этнокультурной и эколого-географической средой. Наиболее су­щественны, очевидно, два полученных ею факта: а) повышение и фенотипической, и генетической изменчивости в наиболее изолиро­ванных и аутбредных* популяциях и снижение того и другого в уме­ренно изолированных; б) в общей дисперсии всех исследованных признаков доля внутрипопуляционной изменчивости существенно выше, чем межпопуляционной.

Популяционный метод был использован и А.П. Анохиным для исследования электроэнцефалограммы (подробнее об этом — в гл. XIII).

В необычайно интересных работах Ю.Г. Рычкова [135, 136] показа­но, как в генофонде популяции отражается ее история, т.е. фактичес­ки сформулирована оригинальная генетико-историческая концепция

* Аутбредными называют популяции, в которых отсутствуют браки между родственниками.

4* 51

формирования генетического полиморфизма населения. Единство био­логического и социального реализуется в этом подходе на уровне по­пуляций, а не индивидуумов. «В интердисциплинарной проблеме че­ловека, — резюмировал автор, — обозначился таким образом новый, до сего времени скрытый аспект генетических последствий для чело­века общественно-исторического процесса» [136; с. 170].

Перечень психогенетических работ последних 10-15 лет можно продолжить; среди них есть и экспериментальные, и генетико-мате-матические, в некоторых рассматриваются и важные методологичес­кие проблемы [50; 161; 12].

Совсем недавно (1995), к сожалению, уже после смерти автора, вышла книга В.П. Эфроимсона «Генетика этики и эстетики», напи­санная в конце 70-х годов и явившаяся своеобразным продолжением его статьи «Родословная альтруизма», которая была опубликована в «Новом мире» еще в 1971 г. (№ 2) и вызвала тогда бурный интерес. Он был оправдан, поскольку автор доказывал, что в генофонде челове­чества кодируются не только «биологические», но и такие «соци­альные» признаки, как доброта, альтруизм, нравственное чувство, В том же номере журнала позицию В.П. Эфроимсона поддержал один из ведущих отечественных биологов Б.Л. Астауров, а ее критический разбор, «размышления по поводу», дан в статье другого яркого био­лога А.А. Любищева «Генетика и этика», включенной в упомянутую книгу В.П. Эфроимсона.

Этот беглый обзор психогенетического поля, конечно, говорит о возрождении и строгих исследований, и живой мысли, и полемики вокруг одной из вечных проблем человечества — соотношения на­следственности и среды.

52

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СОВРЕМЕННОЙ ГЕНЕТИКИ

Глава I

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Нет на свете двух одинаковых людей. Это разнооб­разие описывается понятиями «вариативность», «дис­персия», «индивидуальные различия» и др.; в генетике принято, в частности, понятие изменчивость, которое говорит о свойстве живых организмов существовать в раз­личных формах (вариантах). Изменчивость обусловлена как средовыми, так и наследственными механизмами.

Изучение наследования различных признаков и свойств человека весьма затруднительно. Во-первых, на людях не­возможно проводить прямые генетические и психогенети­ческие эксперименты; во-вторых, люди относятся к числу мед­ленно размножающихся организмов, среди которых много­плодие встречается относительно редко. Однако, несмотря на эти непреодолимые ограничения, науке известно уже очень многое о наследственности человека, а наиболее существенно то, что все общие закономерности наследования, подробно изученные на животных, растениях и других организмах, от­носятся и к человеку — они справедливы для всего живого. В главах II-IV содержится краткое изложение этих общих за­кономерностей наследования.

Наследованием называется передача генетической информации от одного поколения организмов к друго­му. На основе этой информации происходит развитие признаков организма, поэтому говорят и о наследова­нии признаков, хотя наследуются, строго говоря, не признаки, а гены. В основе наследования лежат процес­сы удвоения, объединения и распределения генетичес­кого материала.

53

Обычно наследование подразделяют на аутосомное (наследуемые гены располагаются на аутосомных хромосомах*) и сцепленное с полом (наследуемые гены располагаются на половых хромосомах). Кроме того, различают доминантное (полное и промежуточное) и рецессивное наследование; наследование, зависимое от пола, и наследование, контролируемое (ограниченное) полом; наследование моногенное (наблюдаемые различия между особями обусловлены аллелями одно­го гена) и наследование полигенное (наблюдаемые различия между особями обусловлены аллелями нескольких генов).

Общие закономерности наследования систематизированы в рам­ках так называемой хромосомной теории наследственности — учении о локализации наследственных факторов в хромосомах клеток. Главным положением этой теории является утверждение о том, что преемствен­ность свойств организмов в ряду поколений определяется преемствен­ностью их хромосом. Центральными являются понятия «генотип», «хро­мосома», «ген» и «аллель». Коротко рассмотрим их.

1. ГЕНОТИП И ФЕНОТИП

Понятия «генотип» и «фенотип» интимным образом связаны с понятиями «наследственность» и «среда», но не идентичны им. Эти понятия ввел В. Иоганнсен в 1909 г. Понятием «генотип» обозначается сумма всех генов организма, наследственная конституция организма, совокупность всех наследственных задатков данной клетки или орга­низма, т.е. набор генов, состоящих из молекул дезоксирибонуклеино-вой кислоты (ДНК) и организованных в хромосомный ряд. Генотип организма является результатом слияния двух гамет (яйцеклетки и оплодотворяющего ее спермия). Понятием «фенотип» обозначаются любые проявления живущего организма — его морфологические, физиологические, психологические и поведенческие особенности. Фе­нотипы не наследуются, а формируются в течение жизни; они — про­дукт чрезвычайно сложного взаимодействия генотипа и среды.

Важно отметить, что существуют единичные признаки, фенотип которых полностью определяется их генетическими механизмами. Примеры таких признаков — полидактилия (наличие добавочного пальца) или группа крови человека. Однако подобных признаков со­всем немного, и за очень редким исключением фенотип признака определяется совместным влиянием генотипа и среды, в которой этот генотип существует.

Для любого генотипа существует диапазон сред, в котором он может проявить себя «максимально»; среду, одинаково благоприят-

* Хромосомы (греч. chroma — цвет и somaтело) — линейные структуры, и которые организованы гены в ядре клетки; хромосомы можно окрашивать, и вслед­ствие этого они становятся видимыми под микроскопом.

54

ную для всех генотипов, найти нельзя. Дело не в обогащенности сред, а в их качественном разнообразии. Сред должно быть много, чтобы у каждого генотипа была возможность найти «свою» среду и реализо­ваться. Однообразная среда, какой бы обогащенной она ни была, бу­дет благоприятствовать развитию только определенных, а не всех ге­нотипов.

2. ГЕНОТИП, ГЕН, АЛЛЕЛЬ

До сих пор мы использовали широкое определение генотипа, а теперь обратимся к его узкому определению. В узком смысле генотип есть совокупность аллелей гена или группа генов, контролирующих развитие и проявление анализируемого признака у данного организма.

Ген (греч. genos — род, происхождение) представляет собой еди­ницу генетического материала. Гены выполняют несколько функций, одна из которых заключается в кодировании первичной структуры полипептида (белка) (гл. IV).

В основе формирования молекулы любого белка лежат всего четы­ре химических вещества, а именно четыре азотистых основания (аде-нин — А, гуанин — G, тимин — Т и цитозин — С). В организме эти азотистые основания — нуклеотиды — образуют дезоксирибонуклеи-новую кислоту (ДНК), а гены представляют собой участки ДНК, раз­личающиеся порядком расположения этих оснований.

У всех живых организмов сходные системы осуществляют сначала транскрипцию (переписывание), а затем трансляцию (перевод) гене­тической информации, хранящейся в генах. Результатом этих двух процессов является производство белков, состоящих из разных ком­бинаций 20 главных аминокислот. Изменение структуры даже одного-единственного гена (мутация) может привести к синтезу видоизме­ненного белка, который во многих случаях утрачивает или меняет свою биологическую функцию. Последствия подобных явлений обна­руживаются как определенный фенотип. Кроме того, часто бывает так, что изменение одного белка вызывает цепную реакцию в орга­низме, приводя к изменению множества фенотипических признаков (так называемый феномен плейотропии).

Мутации (лат. mutatio — изменение) — это внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных фенотипических признаков организ­ма. Основы учения о мутациях были заложены голландским ботаником Де Фризом в 1901-1903 гг. Согласно его мутационной теории, мутация возника­ет внезапно, без всяких переходов; мутантные формы представляют собой вполне устойчивые качественные изменения; они действуют в разных на­правлениях и могут быть полезными или вредными; одни и те же мутации могут возникать повторно. Мутации присущи всем живым организмам. Мо­лекулярные механизмы мутаций (гл. IV) стали выясняться с развитием моле­кулярной биологии с середины XX в.

55

Мутации называются прямыми, если их проявление приводит к отклоне­нию признаков от дикого типа (см. далее), и обратными (реверсивными), если их проявление приводит к полному или частичному восстановлению дикого типа.

Существует несколько классификаций мутаций. Нередко мутации разде­ляют на генные (гл. IV и V), хромосомные (гл. I и III) и геномные (гл. Ill) в соответствии с уровнями носителей генетической информации. К генным относятся все мутации, происходящие на уровне нуклеотидов ДНК (или РНК). В такие мутации обычно вовлечен один ген. К хромосомным мутациям отно­сятся хромосомные перестройки, вовлекающие участки хромосом (т.е. не­сколько генов). Наконец, к геномным мутациям относят изменение числа хро­мосом. В зависимости от природы мутаций, их разделяют на спонтанные и индуцированные (гл. III). Кроме того, мутации подразделяют на морфологи­ческие, биохимические, летальные и т.п. (в зависимости от фенотипического проявления мутаций); на доминантные и рецессивные (в зависимости от типа наследования мутантных признаков); на гаметные (генеративные, т.е. проис­ходящие в половых клетках), соматические (происходящие в соматических, т.е. любых неполовых, клетках), ядерные (затрагивающие хромосомы ядра) и цитоплазматические (затрагивающие генетический материал митохондрий, пластид и других цито плазматических органоидов клетки).

Ген может существовать в нескольких структурных состояниях (ал­лелях).

Аллели (греч. allenon — различные формы) — это альтернативные формы гена, определяющие альтернативные формы одного и того же признака. Они возникают в результате изменений структуры гена за счет таких генных процессов, как мутация и рекомбинация (гл. IV, V). Аллели, обусловливающие развитие признаков, типичных для вида, называют аллелями дикого типа, а происходящие от них аллели — мутантными. Качественное отличие аллелей друг от друга проявляет­ся, в частности, на биохимическом уровне. Иными словами, если провести сравнительный биохимический анализ белков, формируе­мых разными аллелями одного гена, то они будут отличаться друг от друга по каким-нибудь признакам, например по составу нуклеотидов (гл. IV). Несколько неточной, но тем не менее иллюстративной анало­гией соотношения понятий «ген» и «аллель» может служить аналогия из ботаники: понятие «ген» в этой аналогии соответствует понятию «семейство», а понятие «аллель» — понятию «конкретное растение, относящееся к этому семейству». Иначе говоря, ген — понятие соби­рательное, «родовое», а его конкретным воплощением является ал­лель, т.е. реально гены существуют только в форме аллелей.

В норме у каждого человека имеется два аллеля каждого гена — по одному аллелю на каждой из хромосом. Но в популяциях (гл. V) каждый ген может встречаться в виде множества аллелей. Наличие нескольких аллелей каждого гена в популяциях обеспечивает определенный уро­вень генетического полиморфизма (например, три аллеля обусловливают существование четырех групп крови у человека) и комбинативной из­менчивости (закон независимого наследования признаков; см.: гл. II).

56

Даже из одной пары аллелей (А, а) можно составить несколько комбинаций (АА, аа, Аа). Когда организм является носителем двух аллелей дикого типа АА или двух мутантных аллелей аа, то говорят, что этот организм гомозиготен* по аллелю А или по аллелю а. Если же организм содержит один аллель А и один аллель а, то его называют гетерозиготным *.

Существует несколько типов взаимодействия аллелей, ведущими среди которых являются доминантность и рецессивность.

Доминантностью называют участие только одного аллеля в опре­делении фенотипического признака у гетерозиготной особи. Этот тип взаимодействия аллелей был открыт еще Г. Менделем в его первых классических опытах (гл. II). Доминантные аллели обозначаются заг­лавными буквами А, В и т.д. При отсутствии доминирования в строгом смысле этого слова (т.е. когда признак, исследуемый у гибрида, не повторяет признак, имеющийся у родителей, при любом сочетании аллелей) обычно различают проявление следующих вариантов фено­типа: неполное доминирование, сверхдоминирование и кодоминант-ность. Типы доминантности отличаются друг от друга по степени вы­раженности фенотипов гомозигот и гетерозигот. При доминантности фенотип гетерозиготы (Аа) повторяет фенотип гомозиготы по доми­нантному аллелю (АА); при неполном доминировании фенотип гете­розиготы Аа по своей выраженности занимает промежуточное поло­жение между фенотипами АА и Аа; при сверхдоминировании наибо­лее сильно фенотипический признак выражается у Аа (сильнее, чем у любой из гомозигот АА и аа); наконец, при кодоминантности в детер­минации признака у гетерозиготы Аа участвуют оба аллеля.

Рецессивностью называют отсутствие фенотипического проявле­ния одного аллеля у гетерозиготной особи, Рецессивные аллели обо­значаются малыми буквами а, в и т.д.

Человек является носителем пары аллелей каждого гена, а по на­следству своим потомкам он передает только один аллель, поскольку половые клетки (яйцеклетка или спермий) содержат по одной хромо­соме каждой пары. Этот механизм обеспечивает случайное переком­бинирование аллелей в каждом последующем поколении, в результа­те чего ни один потомок не воспроизводит полностью генетическую индивидуальность своего родителя. Таким образом, разные аллели со­четаются у конкретного человека только на исторически короткий временной промежуток — на период существования этого человека как организма.

Для нормального развития и функционирования человеческого организма необходима координация усилий, по крайней мере, 100 000 генов. Упрощая ситуацию, представим, что каждый из этих генов имеет, по крайней мере, один вариант, встречающийся только у

* От греческих слов, обозначающих соответственно «подобный» и «непохожий».

57

одного человека из тысячи (т.е. каждый ген имеет два аллеля, один из которых встречается часто, а другой редко). Вероятность того, что у случайно взятого человека не будет найдено редких вариантов ни од­ного из генов, составит (1 - 0,001)100000 = 3,54е-44, т.е. бесконечно малую величину. Отсюда можно с определенной уверенностью ска­зать, что каждый из нас наверняка отличается от всех своих нерод­ственников по крайней мере одним геном. Обратите внимание на то, что данные расчеты были проделаны при весьма консервативном пред­положении о том, что все гены представлены только двумя альтерна­тивными формами (т.е. каждый ген имеет лишь два аллеля). Однако существует множество генов, для которых сегодня известно множе­ство (иногда до 40) аллелей; большинство из 100 000 генов, необхо­димых для развития человеческого организма, отличаются удивитель­ным богатством альтернативных форм. Если же мы проведем расчеты, подобные проведенным выше, для генов с большим количеством алле­лей, то станет понятно, что вероятность появления двух генетически одинаковых людей, даже родственников, практически нулевая. Можно смело утверждать, что за исключением однояйцевых близнецов, разви­вающихся из одной оплодотворенной яйцеклетки и потому являющих­ся генетически идентичными индивидуумами, мы генетически непов­торимы; генетическая индивидуальность каждого из нас уникальна.

3. ХРОМОСОМЫ

Каким же образом осуществляются хранение и передача по на­следству такого невероятно большого количества генов, вовлеченных в развитие и формирование человеческого организма? В ядре клетки

гены не «свалены в кучу», а организованы в линейные структуры — хромосомы, UII у u t/u и*/ у* у у XX которые представляют со-ЙЦ о й Oft fljl ПО б0Й продолговатые вытяну-

тые тельца (рис. 1.1). По сво-

МАЛ AAltVXJt JfX еи структуре все хромосомы

||И 1111 Oft ПО Л А человека трехчленны, т.е.

ХМ VV хм MA HJL содержат короткое плечо,

" длинное плечо и центроме-ХУ ру (рис. 1.2). Гены человека

Рис. 1.1. Хромосомы человека. 22 пары ауто- распределены в строго уни-сом, одинаковых у обоих полов, и по одной паре версальном порядке по половых хромосом: XXу женщин, XY— у 23 парам хромосом; хромо-мужчин (фотография сделана при увеличении сомы, составляющие пару, примерно в 2000 раз). называются гомологичными

хромосомами. Каждая хромо­сома из пары получена от

58

X!! И П Ш U П П

Рис. 1.2. 23 пары хромосом человека.

Короткое плечо (вверх от центромеры) — плечо р, длинное плечо (вниз от центроме­ры) — плечо q. Окрашенные с помощью специальных химических веществ диски на хромосомах используются для опознания хромосом и описания хромосомных коорди­нат генов. Хромосомные координаты задаются посредством упоминания номера хро­мосомы, ее плеча и номера диска. Например, символ 6р25 означает: диск 5 на локусе 2 короткого плеча хромосомы 6. XY— половые хромосомы

59

одного из родителей, т.е. одна хромосома в организм человека прихо­дит от отца, вторая — от матери. Двадцать две пары хромосом называ­ются аутосомами, их набор одинаков для особей мужского и женско­го полов. Двадцать третья пара — это пара, которая определяет пол и соответственно различается по своей структуре у мужчин и женщин: женщины являются носителями двух Х-хромосом, а мужчины — од­ной Х- и одной Y-хромосомы (рис, 1.2).

Число хромосом в клетках тела человека в два раза больше, чем в его половых клетках — гаметах. Следовательно, в гамете каждый ген представлен только одной копией; иначе говоря, каждая гамета со­держит лишь один аллель данного гена. В процессе формирования га­мет хромосомный набор делится случайным образом надвое, хромо­сомы каждой пары расходятся по разным половым клеткам, и каждая гамета получает, таким образом, случайный набор хромосом, а сле­довательно, случайный набор генов.

При слиянии гамет образуется зигота — оплодотворенная яйце­клетка, в которой оказывается по две хромосомы каждого типа, обра­зующие пары гомологичных хромосом — по одной от мужской и жен­ской гаметы. Оплодотворенное яйцо диплоидно, как и подавляющее большинство клеток организма, которому (путем клеточного деле­ния, или митоза) оно дает начало; диплоидны, в частности, и те клетки, из которых затем образуются гаметы. Каждая из таких гамето-образующих клеток претерпевает особое деление — мейоз. В процессе мейоза гомологичные хромосомы обмениваются участками (кроссин-говер), так что четыре гаметы, происходящие от клетки-прародите­ля, могут содержать разные комбинации генов. Этот обмен — одна из многих «лотерей» наследственности, разыгрываемых природой (под­робнее об этом — в гл. IV). Еще одна «лотерея» разыгрывается, напри­мер, в момент встречи мужской и женской клеток. Если не принимать в расчет кроссинговер, то теоретически может возникнуть 223 , т.е. при­мерно 8 миллионов, различных равновероятных комбинаций хромо­сом. Следовательно, при оплодотворении число равновероятных ком­бинаций может достигать 8-10х 8-10= 64' 1012 (64 триллиона комби­наций). Кто из нас может представить себе такое число? Таков еще один «прием» природы, обеспечивающий нашу неповторимость: каж­дый из нас, как и наши родители, дедушки, бабушки и их предки, является продуктом уникальной генетической комбинации.

Митоз (греч. mitos — нить) происходит следующим образом: в процессе деления клетки делятся на две «дочерние клетки», каждая из которых, в свою очередь, еще раз делится на две клетки, и т.д. Биологическое значение мито­за состоит в строго одинаковом распределении редуплицированных (точно скопированных) хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает об­разование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Большинство клеток нашего организма проходят типичный клеточный цикл, длящийся в среднем примерно 24 часа (примерно 8 часов занимает стадия

60

начального роста клетки; примерно 6 часов — репликация хромосом, во вре­мя которой активно синтезируется ДНК; примерно 5 часов — вторичный рост клетки, и, наконец, непосредственный процесс образования двух дочерних клеток занимает примерно час). Другие клетки делятся только в ограничен­ный период времени (например, нейробласты, предшественники нервных кле­ток) или только вследствие повреждения (например, клетки печени).

Мейоз (греч. meiosis — уменьшение) представляет собой особый способ деления клеток, приводящий к редукции числа хромосом и к переходу клетки из диплоидного состояния в гаплоидное. В результате мейоза формируются половые клетки — гаметы. Как и в митозе, этот процесс начинается с удво­ения количества хромосом, но каждая клетка при мейозе делится дважды, поэтому исходная диплоидная (т.е. создающая парные хромосомы) клетка производит 4 гаметы, каждая из которых содержит гаплоидное число хромо­сом (по одной хромосоме из каждой пары). Один из членов каждой гомологи­ческой хромосомной пары попадает в одну из производимых гаметных клеток.

Хромосомный набор (число, размер, форма хромосом) человека называется его кариотипом. Обычно описание хромосомного набора проводится на определенных стадиях митоза. В это время их фиксиру­ют, окрашивают, и тогда каждая хромосома становится отчетливо видимой. На рис. 1.3 изображена микрофотография хромосом челове­ка (мужчины): их 46, или 23 пары, включая одну пару половых хромо­сом (Х- и Y-хромосомы).

Несмотря на то что мейоз и митоз - процессы чрезвычайно точ­ные, в ходе деления клетки возможны ошибки. Хромосомные ошибки называются хромосомными аберрациями (или хромосомными перестрой­ками), они ведут к искажению нормального кариотипа человека. По­добные ошибки возникают спонтанно, но чаще под влиянием опре-

деленных средовых факторов (так называемых мутагенов). Различают два вида хромосом­ных перестроек: а) перестрой­ки, затрагивающие одну хро­мосому, это — делеции, дефи-шенсы (концевые нехватки хромосом), дупликации, ин­версии, и б) перестройки, зат­рагивающие две хромосомы — транслокации, в основе кото­рых лежит обмен участками между негомологичными хро­мосомами.

В некоторых случаях в ходе мейоза хромосомы не расхо­дятся, и одна из гамет полу­чает две копии одной хромосомы, а другая — ни одной.

6

При слиянии гаметы, содержа­щей «лишнюю» хромосому, с нормальной гаметой развивает­ся организм, содержащий три копии одной хромосомы. Этот феномен известен под названи­ем трисомия (подробнее о нем см. гл. II, IV). Рис. 1.4 воспроиз­водит микрофотографию кари­отипа человека с трисомией хромосомы 15. При слиянии же нормальной гаметы с гаметой, потерявшей в мейозе одну из хромосом, развивается орга­низм, содержащий только одну копию данной хромосомы. Это явление называется моносомией.

Хромосомы имеют очень сложное строение, но уже в

1924 г., не зная об этих сложностях, биолог Р. Фёльген показал, что в них содержится ДНК. Однако ученым понадобилось еще несколько десятилетий, чтобы соотнести ДНК с так называемыми «единицами наследственности» и прийти к выводу, что ДНК организована и гены (о структуре ДНК — в гл. IV), которые, в свою очередь, располагают­ся в линейном порядке на хромосомах. Распределение генов по хро­мосомам неравномерно: на некоторых хромосомных участках концен­трация генов высока, на других - относительно низка.

Каждый ген имеет свои хромосомные координаты. Для удобства обозначения этих координат хромосомы поделены на специальные единицы, называемые локусами. Локусы неодинаковы по своей дли­не, но, тем не менее, они используются как специальные «дорожные столбы», обозначающие дистанции, пройденные по хромосоме. Если принять длину всех хромосом генома человека за 100%, то гены, кон­тролирующие синтез белков (так называемые структурные гены), со­ставят примерно 5% всего хромосомного материала. Среди остальных 95% относительно небольшая часть его организована в гены-регуля­торы, т.е. гены, управляющие активностью других генов. Насколько сегодня известно, большая часть хромосом состоит из последователь­ностей нуклеотидов, вообще ничего не кодирующих.

4. НОРМА РЕАКЦИИ И ДИАПАЗОН РЕАКЦИИ

Еще два понятия, овладение которыми чрезвычайно важно для правильного понимания отношений между генотипом и фенотипом, — это «норма реакции» и «диапазон реакции». Семантические поля этих

62

двух понятий близки, однако между ними существуют весьма значи­мые различия. Описывая далее взаимоотношения между этими поня­тиями, мы сначала остановимся на том, что является для них общим, а затем — на их отличительных признаках.

Общее в понятиях нормы и диапазона реакции заключается в сле­дующем. Нормой (диапазоном) реакции данного генотипа называется система, описывающая множество фенотипов, существование кото­рых потенциально возможно в том случае, если данный генотип будет находиться во взаимодействии с определенными средами. Понятия и нормы, и диапазона реакции предполагают, что каждый генотип ас­социируется с определенным, характерным для него, рядом феноти­пов, формирующихся в разных средах. Упрощенно понятие нормы (диапазона) реакции можно представить следующим образом:

Различия в понятиях нормы и диапазона реакции состоят в следу­ющем. Рассмотрим гипотетический пример, касающийся фенотипи-ческого признака, который отражает какие-то специфические спо­собности. Предположим, существует 4 генотипа (1, 2, 3, 4), и все эти генотипы могут быть одновременно помещены в разные типы сред, отличающиеся друг от друга по уровню разнообразия и обогащеннос-ти. Схематически эта ситуация отражена на рис. \.5а. По оси абсцисс отложены «уровни» среды, а по оси ординат — условные фенотипи-ческие значения. Согласно рисунку, в обедненной среде разброс фе-нотипических значений относительно мал, и четыре генотипа прояв-

63

Рис. 1.5. Схематическое изображение зависимости фенотипических зна­чений от типов генотипа и среды, в которой данный генотип развивается.

а— Схематическая иллюстрация понятия «диапазон реакции» (ДР). Диапазон реакции обозначает разницу между фенотипическими значениями определенного генотипа в разных типах сред [по: Gottesman, 1963]. б — Схематическая иллюстрация понятия «норма реакции». Один и тот же генотип (Генотип5 и Генотип6) в разной среде дает разные фенотипы.

ляются в фенотипах, мало отличающихся друг от друга. Разброс фе­нотипических значений существенно возрастает в типичной среде и достигает максимума в среде обогащенной. Разница между значения­ми данного генотипа в обедненной и обогащенной средах называется диапазоном реакции этого генотипа.

Обратите внимание: понятие диапазона реакции подразумевает сохранение рангов фенотипических значений генотипов в разных сре-довых условиях. Например, Генотип1 ассоциируется с низкими фено­типическими значениями и в обедненной, и в обогащенной средах, в то время как Генотип4 является наиболее «процветающим» в любой среде. Соответственно, диапазон реакции Генотипа1 — наименьший,

64

а диапазон реакции Генотипа4 — наибольший. Иными словами, ос­новным допущением при интерпретации понятия «диапазон реакции» служит следующее предположение: существующие генотипы отлича­ются друг от друга таким образом, что фенотипические преимуще­ства каждого из этих генотипов постоянны, а фенотипические разли­чия, ассоциируемые с каждым из генотипов, становятся все более заметны по мере того, как среда становится все более благоприятной для развития данного фенотипического признака. Если взять в каче­стве примера математические способности, то носители Генотипа4 будут демонстрировать наивысшие значения как в обедненной, так и в обогащенной среде, причем чем благоприятнее среда, тем выше уровень математических достижений. Напротив, носители Генотипа1 будут иметь наименьшие фенотипические значения в любой среде, а фенотипические изменения, характеризующие этот фенотип при пе­реходе из одних средовых условий в другие, будут незначительны.

Добавим к изучаемым нами генотипам два новых — Генотип5 и Генотип6 (рис. 1.5б). Оказывается, что поведение этих двух генотипов в разных средах не соответствует ожиданиям о сохранении ранговых мест фенотипических выражений разных генотипов в варьирующих средовых условиях. Как показано на рис. 1.5б, максимальное феноти-пическое значение Генотипа5 наблюдается в типичной среде, в то время как обогащенная среда не является благоприятной для этого геноти­па — его фенотипическое значение уменьшается. В качестве возмож­ной иллюстрации данного феномена может быть использован хорошо известный из психологии развития факт: излишняя когнитивная сти­муляция многих (но не всех) младенцев часто приводит не к оптими­зации, а к расстройству их познавательной деятельности.

Генотип6, напротив, на переход от обедненной к типичной среде никак не реагирует, его фенотипическое значение остается неизмен­ным. Однако ситуация существенно меняется при изменении средо­вых условий на обогащенные: фенотипическое значение Генотипа6 резко и линейно возрастает. Примером подобной ситуации может слу­жить развитие музыкальных способностей, поскольку ребенок, осно­вываясь на своих природных задатках, должен овладеть мастерством, для обучения которому ему необходимо находиться в обогащенной среде, в то время как и обедненная, и типичная среды таких условий не дают.

Таким образом, несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что понятие нормы реакции — более общее понятие, поскольку, ис­пользуя его, исследователь не должен делать никаких предположений о сохранении рангов фенотипов в разных средах. Для понятия же ди­апазона реакции допущение об определенном ранговом порядке фе­нотипов (и, соответственно, генотипов) в контексте разных средовых условий является критическим. В силу большей широты понятия нормы реакции далее в учебнике будет использоваться именно это понятие.

5-1432 65

Сегодня мы не располагаем аналитическими средствами, которые позволили бы нам предположить, что произойдет с индивидуумом, являющимся носителем определенного генотипа, если он будет по­мещен в среду, отличающуюся от любой предыдущей; поэтому опре­деление нормы реакции — задача экспериментальная. Каким образом норма реакции генотипа определяется в эксперименте? С этой целью генетически одинаковые организмы помещаются в разные среды, а фенотипы, развивающиеся в результате взаимодействия генотипа и различных сред, тщательно измеряются и описываются. В процессе генетического экспериментирования исследователь старается выделить для анализа ограниченное количество генов, детерминирующих оп­ределенные признаки. Исследователь также старается застраховаться от случайных влияний среды, работая в максимально контролируе­мых условиях. Понятно, что этот тип эксперимента возможен только с растениями или животными.

Задача определения набора сред, приводящих к проявлению од­ного и того же генотипа в разных фенотипах у человека (или опреде­ление нормы реакции данного генотипа), чрезвычайно сложна. Для изучения нормы реакции необходимо некоторое количество генети­чески идентичных особей, т.е. необходимы группы идентичных близ­нецов (пятерняшек, шестерняшек или, того лучше, двадцатерняшек), родители которых согласились бы разлучить детей при рождении и растить их в разных средовых условиях. Биологически задача создания генетически идентичных человеческих организмов очень трудна, но осуществима; с точки же зрения этики такой эксперимент в цивили­зованном обществе принципиально невозможен.

Не менее сложна задача определения параметров среды, существен­ных для развития изучаемого признака человека. Например, что являет­ся оптимальной средой для формирования интеллектуальной активнос­ти ребенка? Или уже: что в семейной среде стимулирует интеллектуаль­ную активность ребенка — количество книг, наличие компьютера или чтение сказок перед сном? Решая данные задачи, психогенетика нахо­дится в прямом и непосредственном контакте с психологией и, более того, зависит от нее, поскольку именно из психологии психогенетика должна получать сведения о том, какие конкретные средовые условия существенны для развития того или иного психологического признака.

«Норма реакции» является понятием по своей природе интерак-ционистским, т.е. подчеркивающим идею взаимодействия вовлечен­ных в развитие факторов генотипа и среды. Конкретный фенотип пред­ставляет собой реализацию конкретного генотипа в конкретных сре­довых условиях в соответствии с его нормой реакции, и процесс этого взаимодействия чрезвычайно сложен. Любое искусственное расчлене­ние и квалификация генотипических и средовых влияний на форми­рующийся организм является его упрощением, и это необходимо по­мнить при интерпретации психогенетических данных.

66

5. ДВА ПОДХОДА К АНАЛИЗУ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ГЕНОТИПОМ И ФЕНОТИПОМ

Между генотипом и фенотипом нет неопосредованной зависимо­сти. Между геном и первичным биохимическим проявлением его дей­ствия (например, синтезом какого-либо белка), с одной стороны, и влиянием этого гена на поведение — с другой, прямого соответствия не существует. Влияние генов на поведение имеет опосредованный характер. В той мере, в какой индивидуальные различия в психике и поведении передаются по наследству, они представляют собой ре­зультат сложнейших биохимических процессов. Непосредственное био­химическое проявление гена и его влияние на психологические осо­бенности разделены «горным хребтом» промежуточных биомолеку­лярных событий.

Для изучения зависимости между геном (или генотипом) и поведе­нием (или фенотипом) исследователи располагают двумя подходами. Разница этих подходов определяется начальной точкой движения: пер­вый подход предполагает движение от фенотипа к генотипу, второй — от генотипа к фенотипу. Отправляясь от наблюдаемого (от фенотипа), исследователь должен прежде всего удостовериться в том, что анали­зируемый признак действительно подвержен влиянию со стороны дан­ного гена, и только затем переходить к изучению последнего. В рамках этого подхода сначала изучаются законы передачи анализируемого признака по наследству, затем картируют* ген, детерминирующий развитие этого признака, а потом изучают генный продукт (белок).

Второй подход предполагает противоположное направление дви­жения — от гена (генов) к фенотипу. Данная аналитическая стратегия заключается в локализации изучаемого гена, определении его струк­туры и описании его нуклеотидов. Знание последовательности нукле-отидов на участке ДНК, функция которого неизвестна, позволяет сделать вывод о последовательности аминокислот в белке, за синтез которого этот участок отвечает. Зная такую последовательность, мож­но синтезировать искомый белок, а затем ввести его животному с целью изучения его функций. Инъекция «чужого» белка вызывает об­разование у животного специфических антител, которые дают воз­можность выяснить, в клетках какого типа производится изучаемый белок и какова его функция. Более того, зная нуклеотидную структуру гена, ответственного за производство изучаемого белка, исследова­тель может вызвать искусственные мутации гена. Изменив структуру данного белка, можно изучать изменения в фенотипе, вызываемые такими мутациями.

Психогенетика как наука, развивающаяся на стыке генетики и психологии, характеризуется двойственностью своих исследовательс-

* Картирование — составление генетических карт хромосом.

5* 67

ких задач: они пересекаются с задачами собственно генетическими и собственно психологическими. Конечной целью генетического иссле­дования человеческого организма, общей с целями генетических ис­следований других живых организмов, является идентификация гена (генов), ответственного за формирование тех или иных поведенчес­ких признаков, его положения на хромосомной карте и описание гена и его продуктов. Отсутствие продуктов этого гена — носителя опреде­ленного поведенческого признака — в организме человека или обна­ружение корреляции между мутацией гена и анализируемым призна­ком служат свидетельством того, что найденный ген вовлечен в фор­мирование и(или) проявление анализируемого признака.

После того как ген картирован и его продукт описан, изучение белка, синтез которого контролируется исследуемым геном, может привести к пониманию физиологического механизма изучаемого при­знака. Исследование физиологического механизма признака, в свою очередь, может помочь разработке профилактических программ (как биологических, так и небиологических), целью которых является уменьшение или полная остановка неблагоприятного влияния бел­ков, синтезируемых в результате вредоносных мутаций исследуемого гена. В конце концов, поняв систему, в которую вовлечен изучаемый ген, исследователи, возможно, смогут разработать программы, по­зволяющие заменять вредоносные аллели-мутанты новыми, «здоро­выми» вариантами гена.

Конечной целью психологического исследования является понима­ние этиологии и структуры анализируемого признака, обнаружение факторов, влияющих на его индивидуальное развитие, и тех характе­ристик среды (культурной, социальной, групповой, семейной или индивидуальной), которые позволяют влиять на развитие, а также макро- и микрофункционирование данного признака.

Психогенетические исследования подчиняются обеим целям, изу­чая генотип и среду в их непрерывном взаимодействии, объединяя в себе методологию и инструментарий обеих наук.

* * *

Изменчивость, межиндивидуальная вариативность — неизбежная форма существования живых организмов. Она формируется в резуль­тате взаимодействия наследственных и средовых факторов, комбина­ция которых уникальна для каждого живого организма.

Общие закономерности наследования признаков систематизиро­ваны в рамках хромосомной теории наследственности, центральные понятия которой — «хромосома», «генотип», «ген» и «аллель».

Продуктом реализации данного генотипа в данной среде является фенотип — наблюдаемые морфологические, физиологические, пси-

68

хологические характеристики организма. Фенотипы не наследуются, а формируются в течение жизни в результате взаимодействия геноти­па и среды. Одним из центральных понятий при описании этого взаи­модействия служит понятие «норма (диапазон) реакции».

Глава II

КЛАССИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ Г.МЕНДЕЛЯ

1. ГЕНИАЛЬНОЕ ПРЕДВИДЕНИЕ ИЛИ ТВОРЧЕСКАЯ УДАЧА?

Основные законы наследуемости были описаны более века назад чешским монахом Грегором Менделем (1822-1884), преподававшим физику и естественную историю в средней школе г. Брюнна (г. Брно). Мендель занимался селекционированием гороха, и именно гороху, научной удаче и строгости опытов Менделя мы обязаны открытием основных законов наследуемости*: закона единообразия гибридов пер­вого поколения, закона расщепления и закона независимого комби­нирования.

Г. Мендель не был пионером в области изучения результатов скрещива­ния растений. Такие эксперименты проводились и до него, с той лишь разни­цей, что скрещивались растения разных видов. Потомки подобного скрещи­вания (поколение F1) были стерильны, и, следовательно, оплодотворения и развития гибридов второго поколения (при описании селекционных экспе­риментов второе поколение обозначается F2) не происходило. Другой осо­бенностью доменделевских работ было то, что большинство признаков, ис­следуемых в разных экспериментах по скрещиванию, были сложны как по типу наследования, так и с точки зрения их фенотипического выражения.

Гениальность (или удача?) Менделя заключалась в том, что в своих экс­периментах он не повторил ошибок предшественников. Как писала английс­кая исследовательница Ш. Ауэрбах, «успех работы Менделя по сравнению с исследованиями его предшественников объясняется тем, что он обладал двумя существенными качествами, необходимыми для ученого: способностью за­давать природе нужный вопрос и способностью правильно истолковывать ответ природы» [9]. Во-первых, в качестве экспериментальных растений Мен-

* Надо сказать, что некоторые исследователи выделяют не три, а два закона Менделя. Например, в руководстве «Генетика человека» Ф. Фогеля и А. Мотульс-ки (рус. изд. — 1989 г.) излагаются три закона, а в книге Л. Эрман и П. Парсонса «Генетика поведения и эволюция» (рус. изд. — 1984 г.) — два. При этом некоторые ученые объединяют первый и второй законы, считая, что первый закон является частью второго и описывает генотипы и фенотипы потомков первого поколения (F1). Другие исследователи объединяют в один второй и третий законы, полагая, что «закон независимого комбинирования» есть в сущности «закон независимости расщепления», протекающего одновременно по разным парам аллелей. Однако в отечественной литературе речь идет обычно о трех законах Менделя. Эту точку зрения принимаем и мы.

69

хологические характеристики организма. Фенотипы не наследуются, а формируются в течение жизни в результате взаимодействия геноти­па и среды. Одним из центральных понятий при описании этого взаи­модействия служит понятие «норма (диапазон) реакции».

Глава II

КЛАССИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ Г.МЕНДЕЛЯ

1. ГЕНИАЛЬНОЕ ПРЕДВИДЕНИЕ ИЛИ ТВОРЧЕСКАЯ УДАЧА?

Основные законы наследуемости были описаны более века назад чешским монахом Грегором Менделем (1822-1884), преподававшим физику и естественную историю в средней школе г. Брюнна (г. Брно). Мендель занимался селекционированием гороха, и именно гороху, научной удаче и строгости опытов Менделя мы обязаны открытием основных законов наследуемости*: закона единообразия гибридов пер­вого поколения, закона расщепления и закона независимого комби­нирования.

Г. Мендель не был пионером в области изучения результатов скрещива­ния растений. Такие эксперименты проводились и до него, с той лишь разни­цей, что скрещивались растения разных видов. Потомки подобного скрещи­вания (поколение F1) были стерильны, и, следовательно, оплодотворения и развития гибридов второго поколения (при описании селекционных экспе­риментов второе поколение обозначается F2) не происходило. Другой осо­бенностью доменделевских работ было то, что большинство признаков, ис­следуемых в разных экспериментах по скрещиванию, были сложны как по типу наследования, так и с точки зрения их фенотипического выражения.

Гениальность (или удача?) Менделя заключалась в том, что в своих экс­периментах он не повторил ошибок предшественников. Как писала английс­кая исследовательница Ш. Ауэрбах, «успех работы Менделя по сравнению с исследованиями его предшественников объясняется тем, что он обладал двумя существенными качествами, необходимыми для ученого: способностью за­давать природе нужный вопрос и способностью правильно истолковывать ответ природы» [9]. Во-первых, в качестве экспериментальных растений Мен-

* Надо сказать, что некоторые исследователи выделяют не три, а два закона Менделя. Например, в руководстве «Генетика человека» Ф. Фогеля и А. Мотульс-ки (рус. изд. — 1989 г.) излагаются три закона, а в книге Л. Эрман и П. Парсонса «Генетика поведения и эволюция» (рус. изд. — 1984 г.) — два. При этом некоторые ученые объединяют первый и второй законы, считая, что первый закон является частью второго и описывает генотипы и фенотипы потомков первого поколения (F1). Другие исследователи объединяют в один второй и третий законы, полагая, что «закон независимого комбинирования» есть в сущности «закон независимости расщепления», протекающего одновременно по разным парам аллелей. Однако в отечественной литературе речь идет обычно о трех законах Менделя. Эту точку зрения принимаем и мы.

69

дель использовал разные сорта декоративного гороха внутри одного рода Pisum. Поэтому растения, развившиеся в результате подобного скрещивания, были способны к воспроизводству. Во-вторых, в качестве эксперименталь­ных признаков Мендель выбрал простые качественные признаки типа «или/ или» (например, кожура горошины может быть либо гладкой, либо сморщен­ной), которые, как потом выяснилось, контролируются одним геном. В-третьих, подлинная удача (или гениальное предвидение?) Менделя заключалось в том, что выбранные им признаки контролировались генами, содержавшими ис­тинно доминантные аллели, И наконец, интуиция подсказала Менделю, что все категории семян всех гибридных поколений следует точно, вплоть до пос­ледней горошины, пересчитывать, не ограничиваясь общими утверждениями, суммирующими только наиболее характерные результаты (скажем, таких-то семян больше, чем таких-то).

Мендель экспериментировал с 22 разновидностями гороха, отличавши­мися друг от друга по 7 признакам (цвет, текстура семян). Свою работу Мен­дель вел восемь лет, изучил 10 000 растений гороха. Все формы гороха, кото­рые он исследовал, были представителями чистых линий; результаты скре­щивания таких растений между собой всегда были одинаковы. Результаты работы Мендель привел в статье 1865 г., которая стала краеугольным камнем генетики. Трудно сказать, что заслуживает большего восхищения в нем и его работе — строгость проведения экспериментов, четкость изложения резуль­татов, совершенное знание экспериментального материала или знание ра­бот его предшественников.

Коллеги и современники Менделя не смогли оценить важности сделан­ных им выводов. По свидетельству А.Е. Гайсиновича [34], до конца XIX в, ее цитировали всего пять раз, и только один ученый — русский ботаник И.О. Шмальгаузен — оценил всю важность этой работы. Однако в начале XX столетия законы, открытые им, были переоткрыты практически одновре­менно и независимо друг от друга учеными К. Корренсом, Э. Чермаком и К. де Фризом. Значимость этих открытий сразу стала очевидна научному со­обществу начала 1900-х годов; их признание было связано с определенными успехами цитологии и формированием гипотезы ядерной наследственности*.

2. ЗАКОН ЕДИНООБРАЗИЯ ГИБРИДОВ

ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ (ПЕРВЫЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ)

Данный закон утверждает, что скрещивание особей, различаю­щихся по данному признаку (гомозиготных по разным аллелям), дает генетически однородное потомство (поколение F1), все особи кото­рого гетерозиготны. Все гибриды F1 могут иметь при этом либо фенотип одного из родителей (полное доминирование), как в опытах Менде­ля, либо, как было обнаружено позднее, промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первого поколения F1, могут проявить признаки обоих родителей (кодо-минирование). Этот закон основан на том, что при скрещивании двух гомозиготных по разным аллелям форм (АА и aа) все их потомки оди­наковы по генотипу (гетерозиготны — Аа), а значит, и по фенотипу.

* Интересующимся историей генетики можно посоветовать прекрасное изло­жение ее в книге А.Е. Гайсиновича «Зарождение и развитие генетики» (М., 1988).

70

3. ЗАКОН РАСЩЕПЛЕНИЯ (ВТОРОЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ)

Этот закон называют законом (независимого) расщепления. Суть его состоит в следующем. Когда у организма, гетерозиготного по ис­следуемому признаку, формируются половые клетки — гаметы, то одна их половина несет один аллель данного гена, а вторая — другой. Поэтому при скрещивании таких гибридов F1 между собой среди гиб­ридов второго поколения F2 в определенных соотношениях появляют­ся особи с фенотипами как исходных родительских форм, так и F1

В основе этого закона лежит закономерное поведение пары гомо­логичных хромосом (с аллелями А и а), которое обеспечивает образо­вание у гибридов F1 гамет двух типов, в результате чего среди гибри­дов F2 выявляются особи трех возможных генотипов в соотношении 1АА : 2Аа : 1аа. Иными словами, «внуки» исходных форм - двух гомо­зигот, фенотипически отличных друг от друга, дают расщепление по фенотипу в соответствии со вторым законом Менделя.

Однако это соотношение может меняться в зависимости от типа наследования. Так, в случае полного доминирования выделяются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т.е. два фе­нотипа в отношении 3:1. При неполном доминировании и кодомини-ровании 50% гибридов второго поколения (F2) имеют фенотип гиб­ридов первого поколения и по 25% — фенотипы исходных родитель­ских форм, т.е. наблюдается расщепление 1:2:1.

Приведем некоторые примеры этих типов наследования.

ДОМИНАНТНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ: БОЛЕЗНЬ ГЕНТИНГТОНА (ХОРЕЯ ГЕНТННГТОНА)

Хорея Гентингтона (ХГ) — дегенеративное заболевание нервных клеток в базальных структурах переднего мозга. Оно начинается с из­менений личности больного и сопровождается прогрессирующей за­бывчивостью, слабоумием и появлением непроизвольных движений. Обычно заболевание диагностируется в зрелом возрасте (45-60 лет), и в течение последующих 15-20 лет пациент полностью теряет конт­роль над моторикой и когнитивной сферой. Способ лечения этого за­болевания пока неизвестен. Частота встречаемости ХГ составляет при­мерно 1 на 20 000 человек, т.е. примерно четверть миллиона человек на земном шаре сегодня больны или в скором времени заболеют ХГ.

При изучении родственников больных ХГ выяснилось, что это заболевание может быть прослежено в семьях пациентов на много поколений назад и что ХГ наследуется согласно определенному меха­низму: по крайней мере один из родителей каждого пациента страдал этим заболеванием и примерно половина детей этих больных также страдают им. Рис. 2.1 представляет собой иллюстрацию родословной семьи пробанда — носителя заболевания, страдающего ХГ.

71

ХГ передается по наследству как доминантный признак. Инди­видуум, страдающий ХГ, являет­ся носителем одного доминантно­го аллеля (X), вызывающего раз­витие заболевания, и одного нормального (рецессивного) ал­леля (х). Крайне редки случаи,

Рис, 2.1, Пример родословной ее- когда пациент имеет два доминан-мьи, в которой хорея Гентингтона тных аллеля _ эта ситуация пред-передается по наследству (один из полагает, что оба родителя тако-родитеяей пробанда также страдает го пациента страдают ХГ. Люди, этим заболеванием). н£ страдающие хг обладают дву-

D -мужчина; о -Женщина; П-О- мя рецессивными аллелями (хх). супружеская пара; l-g3 - супружеская Родитель, страдающий ХГ, чаще пара и их ребенок; ♦ или ■-носитель всег0 является носителем геноти-заболсвания; или ^М — пробонд - Па Хх и в момент скрещивания носитель заболевания, через которого порождает гамету (яйцо или спер-были собраны сведения о родословной. мий\ либо с х, либо с х аллелем. (Подробнее о правилах составления гс- г

Фактических Древ см. гл. VII.) Гаметы нормального родителя

всегда содержат рецессивные ал­лели х. Четыре возможных комби­нации этих аллелей показаны на рис. 2.2. Дети таких родителей всегда наследуют один здоровый аллель, передаваемый по наследству нор­мальным родителем. Однако, поскольку при зачатии аллели родите­лей комбинируются по случайному закону, для каждого из потомков вероятность наследования аллеля X от родителя, страдающего ХГ,

Рис. 2.2. Схема скрещивания: аллельный механизм наследования хореи Гентингтона (пример доминантного наследования).

[Х] — доминантный аллель, вызывающий развитие ХГ; [х] — рецессивный аллель (здоровый).

72

составляет 50%. Этим и объясняется тот факт, что у родителей, пора­женных ХГ, только 50% детей страдают тем же заболеванием.

Для ХГ характерна одна особенность: первые симптомы этого за­болевания проявляются лишь в зрелом возрасте, т.е. тогда, когда боль­шинство людей уже создали семью и обзавелись детьми. В ином случае пациенты, страдающие ХГ, вообще не могли бы иметь потомков, так как умирали бы до наступления половой зрелости. Передача по на­следству доминантного аллеля X возможна именно потому, что его летальный эффект не проявляется до начала репродуктивного периода.

Эта особенность развития ХГ создает чрезвычайно щепетильную психо­логическую ситуацию. В 1993 г. ученые открыли ген на хромосоме 4, вызы­вающий ХГ, и разработали молекулярно-генетический метод, позволяющий тестировать каждого человека с тем, чтобы определить, является ли данный индивидуум носителем патологического аллеля-мутанта (аллеля X).

Представьте себе следующую ситуацию. Ваши бабушка и дедушка по материнской линии умерли достаточно рано, и в семье не сохранилось ника­ких свидетельств того, что один из них, возможно, был носителем гена ХГ. Вашей матери 53, она больна ХГ. Вам 30, и у Вас есть возможность обратить­ся в лабораторию клинической генетики с тем, чтобы Вам сказали, являетесь Вы носителем гена X или нет. Вероятность того, что Вы — носитель этого гена, достаточно велика и составляет приблизительно 50%. Захотите ли Вы пройти подобный тест?

Исследования показывают, что большинство взрослых людей, для кото­рых риск развития ХГ высок (поскольку один из родителей болен), предпочи­тают подобный тест не проходить. Этот тест, однако, имеет принципиально другое значение в пренатальной диагностике, когда заранее можно опреде­лить, является ли развивающийся организм носителем аллеля X. Ранняя пре-натальная диагностика позволяет родителям сделать осмысленный выбор относительно жизни их будущего ребенка, а также создает возможность ран­него пренатального клинического вмешательства.

РЕЦЕССИВНОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ: ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ

Закон расщепления объясняет и наследование фенилкетонурии (ФКУ) — заболевания, развивающегося в результате избытка важной аминокислотыфенилаланина (Phe) в организме человека. Избыток фенилаланина приводит к развитию умственной отсталости. Частота встречаемости ФКУ относительно низка (примерно 1 на 10 000 ново­рожденных), тем не менее около 1% умственно отсталых индивидуу­мов страдают ФКУ, составляя, таким образом, сравнительно боль­шую группу пациентов, умственная отсталость которых объясняется однородным генетическим механизмом.

Как и в случае ХГ, исследователи изучали частоту встречаемости ФКУ в семьях пробандов. Оказалось, что пациенты, страдающие ФКУ, обычно имеют здоровых родителей. Кроме того, было замечено, что ФКУ чаще встречается в семьях, в которых родители являются кров­ными родственниками. Пример семьи пробанда, страдающего ФКУ,

73

оказан на рис. 2.3: больной ребенок родился у фенотипи­чески здоровых родителей-кровных родственников (дво­юродных брата и сестры), но сестра отца ребенка страдает ФКУ.

ФКУ передается по рецес­сивному типу наследования, т.е. генотип больного содержит два аллеля ФКУ, полученные от обоих родителей. Потомки,

Рис. 2.3. Пример родословной семьи, в которой ФКУ передается по наследству (тетя пробанда страдает этим заболеванием).

Двойная линия между супругами обозначает кровнородственный брак. Остальные

обозначения те же, что и на рис. 2. 1

которые имеют только один такой аллель, не страдают за­болеванием, но являются но­сителями аллеля ФКУ и могут передать его своим детям. На рис. 2.4 показаны пути насле­дования аллелей ФКУ от двух фенотипически нормальных

родителей. Каждый из родите­лей имеет один аллель ФКУ и один нормальный аллель. Вероятность того, что каждый ребенок может унаследовать аллель ФКУ от каждо­го из родителей, составляет 50%. Вероятность того, что ребенок унас­ледует аллели ФКУ от обоих родителей одновременно, составляет 25% (0,5 х 0,5 = 0,25; вероятности умножаются, поскольку события насле­дования аллелей от каждого из родителей независимы друг от друга). Ген ФКУ и его структурные варианты, встречающиеся в разных популяциях, хорошо изучены. Знания, имеющиеся в нашем распоря-

Родители

Гаметы

Потомки

Рис. 2.4. Схема скрещивания: аллельный механизм наследования ФКУ.

Ф доминантный аллель («здоровый»); [ф]рецессивный аллель, вызывающий развитие заболевания. ФФ, Фф фенотипически нормальные дети (их 75%); толь­ко 25% имеют нормальный генотип (ФФ); еще 50% фенотипически здоровы, но являются носителями аллеля ФКУ (Фф). Оставшиеся 25% потомков больны (1Ф11Ф1)-

74

жении, позволяют проводить своевременную пренатальную диагнос­тику с тем, чтобы определить, унаследовал ли развивающийся заро­дыш две копии аллеля ФКУ от обоих родителей (факт такого наследо­вания резко повышает вероятность заболевания). В некоторых странах, например в Италии, где частота встречаемости ФКУ достаточно вы­сока, такая диагностика проводится в обязательном порядке для каж­дой беременной женщины.

Как уже отмечалось, ФКУ чаще встречается среди тех, кто всту­пает в брак с кровными родственниками. Несмотря на то что встреча­емость ФКУ сравнительно низка, примерно 1 человек из 50 является носителем аллеля ФКУ. Вероятность того, что один носитель аллеля ФКУ вступит в брак с другим носителем такого аллеля, составляет примерно 2%. Однако при заключении брака между кровными род­ственниками (т.е. если супруги принадлежат к одной родословной, в которой аллель ФКУ передается по наследству) вероятность того, что оба супруга окажутся носителями аллеля ФКУ и одновременно пере­дадут два аллеля будущему ребенку, станет значительно выше 2%.

4. ЗАКОН НЕЗАВИСИМОГО КОМБИНИРОВАНИЯ (НАСЛЕДОВАНИЯ) ПРИЗНАКОВ (ТРЕТИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ)

Этот закон говорит о том, что каждая пара альтернативных при­знаков ведет себя в ряду поколений независимо друг от друга, в ре­зультате чего среди потомков первого поколения (т.е. в поколении F2) в определенном соотношении появляются особи с новыми (по срав­нению с родительскими) комбинациями признаков. Например, в слу­чае полного доминирования при скрещивании исходных форм, раз­личающихся по двум признакам, в следующем поколении (F2) выяв­ляются особи с четырьмя фенотипами в соотношении 9:3:3:1. При этом два фенотипа имеют «родительские» сочетания признаков, а оставшиеся два - новые. Данный закон основан на независимом по­ведении (расщеплении) нескольких пар гомологичных хромосом. Так, при дигибридном скрещивании это приводит к образованию у гибри­дов первого поколения (F1) 4 типов гамет (АВ, Ав, аВ, ав), а после образования зигот - к закономерному расщеплению по генотипу и, соответственно, по фенотипу в следующем поколении (F2).

Парадоксально, но в современной науке огромное внимание уде­ляется не столько самому третьему закону Менделя в его исходной формулировке, сколько исключениям из него. Закон независимого комбинирования не соблюдается в том случае, если гены, контроли­рующие изучаемые признаки, сцеплены, т.е. располагаются по сосед­ству друг с другом на одной и той же хромосоме и передаются по наследству как связанная пара элементов, а не как отдельные элемен­ты. Научная интуиция Менделя подсказала ему, какие признаки дол-

75

жны быть выбраны для его дигибридных экспериментов, — он выб­рал несцепленные признаки. Если бы он случайно выбрал признаки, контролируемые сцепленными генами, то его результаты были бы иными, поскольку сцепленные признаки наследуются не независимо друг от друга.

С чем же связана важность исключений из закона Менделя о неза­висимом комбинировании? Дело в том, что именно эти исключения позволяют определять хромосомные координаты генов (так называе­мый локус*).

В случаях когда наследуемость определенной пары генов не подчи­няется третьему закону Менделя, вероятнее всего эти гены наследу­ются вместе и, следовательно, располагаются на хромосе в непосред­ственной близости друг от друга. Зависимое наследование генов назы­вается сцеплением, а статистический метод, используемый для анализа такого наследования, называется методом сцепления. Однако при оп­ределенных условиях закономерности наследования сцепленных ге­нов нарушаются. Основная причина этих нарушений - явление крос-синговера, приводящего к перекомбинации (рекомбинации) генов. Био­логическая основа рекомбинации заключается в том, что в процессе образования гамет гомологичные хромосомы, прежде чем разъеди­ниться, обмениваются своими участками (подробнее о рекомбина­ции — в гл. I и IV).

Кроссинговер - процесс вероятностный, а вероятность того, про­изойдет или не произойдет разрыв хромосомы на данном конкретном участке, определяется рядом факторов, в частности физическим рас­стоянием между двумя локусами одной и той же хромосомы. Кроссин­говер может произойти и между соседними локусами, однако его веро­ятность значительно меньше вероятности разрыва (приводящего к об­мену участками) между локусами с большим расстоянием между ними.

Данная закономерность используется при составлении генетичес­ких карт хромосом (картировании). Расстояние между двумя локусами оценивается путем подсчета количества рекомбинаций на 100 гамет. Это расстояние считается единицей измерения длины гена и называ­ется сентиморганом в честь генетика Т. Моргана, впервые описавшего группы сцепленных генов у плодовой мушки дрозофилы — любимого объекта генетиков. Если два локуса находятся на значительном рас­стоянии друг от друга, то разрыв между ними будет происходить так же часто, как при расположении этих локусов на разных хромосомах.

Используя закономерности реорганизации генетического матери-

* Напомним, что локусом (лат. locus - место) называется местоположение определенного гена или маркёра (полиморфного участка ДНК) на генетической карте хромосомы. Иногда термин «локус» неоправданно используют как синоним понятия «ген». Такое применение его неточно, поскольку речь может идти о поло­жении не только гена, но и маркёра, находящегося в межгенном пространстве.

76

ала в процессе рекомбинации, ученые разработали статистический метод анализа, называемый анализом сцепления.

* * *

Законы Менделя в их классической форме действуют при нали­чии определенных условий. К ним относятся:

1) гомозиготность исходных скрещиваемых форм;

2) образование гамет гибридов всех возможных типов в равных соотношениях (обеспечивается правильным течением мейоза; одина­ковой жизнеспособностью гамет всех типов; равной вероятностью встречи любых гамет при оплодотворении);

3) одинаковая жизнеспособность зигот всех типов.

Нарушение этих условий может приводить либо к отсутствию рас­щепления во втором поколении, либо к расщеплению в первом поко­лении; либо к искажению соотношения различных генотипов и фено­типов. Законы Менделя имеют универсальный характер для всех дип­лоидных организмов, размножающихся половым способом. В целом они справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью (т.е. 100-процентной частотой проявления анализируемого признака; 100% пенетрантность подразумевает, что признак выражен у всех носи­телей аллеля, детерминирующего развитие этого признака) и постоян­ной экспрессивностью (т.е. постоянной степенью выраженности при­знака); постоянная экспрессивность подразумевает, что фенотипичес-кая выраженность признака одинакова или примерно одинакова у всех носителей аллеля, детерминирующего развитие этого признака.

Знание и применение законов Менделя имеет огромное значение в медико-генетическом консультировании и определении генотипа фенотипически «здоровых» людей, родственники которых страдали наследственными заболеваниями, а также в выяснении степени рис­ка развития этих заболеваний у родственников больных.

Глава III

НЕМЕНДЕЛЕВСКАЯ ГЕНЕТИКА

Гениальность законов Менделя заключается в их простоте. Стро­гая и элегантная модель, построенная на основе этих законов, служи­ла генетикам точкой отчета на протяжении многих лет. Однако в ходе дальнейших исследований выяснилось, что законам Менделя подчи­няются только относительно немногие генетически контролируемые признаки. Оказалось, что у человека большинство и нормальных, и патологических признаков детерминируются иными генетическими

77

ала в процессе рекомбинации, ученые разработали статистический метод анализа, называемый анализом сцепления.

* * *

Законы Менделя в их классической форме действуют при нали­чии определенных условий. К ним относятся:

1) гомозиготность исходных скрещиваемых форм;

2) образование гамет гибридов всех возможных типов в равных соотношениях (обеспечивается правильным течением мейоза; одина­ковой жизнеспособностью гамет всех типов; равной вероятностью встречи любых гамет при оплодотворении);

3) одинаковая жизнеспособность зигот всех типов.

Нарушение этих условий может приводить либо к отсутствию рас­щепления во втором поколении, либо к расщеплению в первом поко­лении; либо к искажению соотношения различных генотипов и фено­типов. Законы Менделя имеют универсальный характер для всех дип­лоидных организмов, размножающихся половым способом. В целом они справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью (т.е. 100-процентной частотой проявления анализируемого признака; 100% пенетрантность подразумевает, что признак выражен у всех носи­телей аллеля, детерминирующего развитие этого признака) и постоян­ной экспрессивностью (т.е. постоянной степенью выраженности при­знака); постоянная экспрессивность подразумевает, что фенотипичес-кая выраженность признака одинакова или примерно одинакова у всех носителей аллеля, детерминирующего развитие этого признака.

Знание и применение законов Менделя имеет огромное значение в медико-генетическом консультировании и определении генотипа фенотипически «здоровых» людей, родственники которых страдали наследственными заболеваниями, а также в выяснении степени рис­ка развития этих заболеваний у родственников больных.

Глава III

НЕМЕНДЕЛЕВСКАЯ ГЕНЕТИКА

Гениальность законов Менделя заключается в их простоте. Стро­гая и элегантная модель, построенная на основе этих законов, служи­ла генетикам точкой отчета на протяжении многих лет. Однако в ходе дальнейших исследований выяснилось, что законам Менделя подчи­няются только относительно немногие генетически контролируемые признаки. Оказалось, что у человека большинство и нормальных, и патологических признаков детерминируются иными генетическими

77

механизмами, которые стали обозначать термином «неменделевская генетика». Таких механизмов существует множество, но в этой главе мы рассмотрим лишь некоторые из них, обратившись к соответствую­щим примерам, а именно: хромосомные аберрации (синдром Дауна); наследование, сцепленное с полом (цветовая слепота); импринтинг (син­дромы Прадера-Вилли, Энгельмана); появление новых мутации (раз­витие раковых заболеваний); экспансия (инсерция) повторяющихся нук-леотидных последовательностей (миотоническая дистрофия Дюшенна); на­следование количественных признаков (сложные поведенческие характеристики).

1. ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ: СИНДРОМ ДАУНА

Синдром Дауна (СД) - одно из весьма ограниченного числа на­следуемых заболеваний, фенотип которого хорошо известен даже не­специалистам. Его «известность» является результатом того, что, во-первых, частота встречаемости СД достаточно высока и, во-вторых, фенотип этого заболевания легко узнаваем: больным СД свойственны характерные внешние черты, выражение лица и умственная отста­лость.

Первые клинические и научные описания СД появились в сере­дине прошлого века, а его точное определение было дано в 1866 г. Дж. Дауном, описавшим несколько таких пациентов. Гипотезы о том, что СД контролируется генетически, были сформулированы в начале XX в. К 30-м годам было высказано предположение, что это заболева­ние развивается в результате аберрации хромосом (структурных от­клонений в хромосомном наборе), причиной которой служит их не­расхождение в процессе мейоза. В 1959 г. было обнаружено, что СД вызывается трисомией хромосомы 21, т.е. наличием в клетках трех, а не двух, как обычно, хромосом. Сегодня известно, что примерно 1 из 600 новорожденных является носителем этой аномалии. Кроме того, по современным оценкам, примерно 1 из 150 оплодотворенных яй­цеклеток человека является носительницей трисомии 21 (большин­ство яйцеклеток с трисомиями гибнет). Пациенты с СД составляют около 25% всех умственно отсталых, формируя самую большую этио­логически однородную группу умственно отсталых.

Генетический механизм СД представляет собой иллюстрацию яв­ления хромосомных аберраций. О них уже шла речь в гл. I. Коротко повторим сказанное там. Во время формирования половых клеток — гамет — все 23 пары хромосом делятся, и каждая гамета становится носителем одной хромосомы из каждой пары. Когда спермий опло­дотворяет яйцеклетку, хромосомные пары восстанавливаются, при­чем в каждой паре одна хромосома приходит от матери, вторая — от отца. Несмотря на отлаженность процесса образования гамет, в нем случаются ошибки, и тогда разделение хромосомных пар нарушает-

78

ся — появляется гамета, которая содержит не одну хромосому, а их пару. Это нарушение называется нерасхождением хромосом. Когда та­кая гамета при оплодотворении сливается с нормальной гаметой, об­разуется клетка с тремя одинаковыми хромосомами; подобное явле­ние и называется трисомией (см. рис. 1.7). Нерасхождение хромосом служит главной причиной спонтанных абортов в течение первых не­скольких недель жизни плода. Тем не менее существует некоторая ве­роятность того, что зародыш с аномальным хромосомным набором продолжит развитие.

Точная причина нерасхождения неизвестна. Надежным корреля­том трисомии-21 является возраст матери: согласно исследованиям, у 56% матерей старше 35 лет плоды оказываются носителями трисо­мии-21, и в таких случаях примерно 90% диагностированных женщин предпочитают искусственно прервать беременность. Поскольку СД появляется «заново» в каждом поколении (нерасхождение — единич­ное событие, вероятность появления которого увеличивается с возра­стом матери), постольку СД нельзя рассматривать как заболевание, передающееся по наследству.

2. НАСЛЕДОВАНИЕ, СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ

(Х-ХРОМОСОМОЙ): ЦВЕТОВАЯ СЛЕПОТА

Наиболее часто встречающийся пример цветовой слепоты — не­различение красного и зеленого цветов (синдром, развивающийся в

результате недостатка соответ-

ствующего цвето-поглощаю-

щего пигмента в сетчатке гла­за). Цветовая слепота встреча­ется чаще у мужчин, чем у женщин. При изучении насле­дования цветовой слепоты были описаны два типа родос­ловных: а) мать страдает цве­товой слепотой, отец — нет, и все их сыновья (но ни одна из дочерей!) также имеют это

заболевание (рис. 3.1а), б) отец страдает цветовой слепотой,

мать и все дети имеют нор­мальное цветовое зрение, но один из внуков также цвето-слепой (рис. 3.16).

Феномен, объясняющий

тип наследования цветовой

слепоты, называется наследо-

79

Рис. 3.1. Родословные пробандов, стра­дающих цветовой слепотой (признак наследуется по поло-сцепленному ме­ханизму).

В случае а основателем родословной, в которой цветовая слепота передается по наследству, является мать; в случае б — отец Обозначения те же, что и на рис. 2. 1

ванием, сцепленным с полом, — гены, ответственные за данную анома­лию, локализованы в половых хромосомах. Поскольку особи разного пола несут разные половые хромосомы (XX у женщин и XY у муж­чин), это приводит к определенным отклонениям от менделевских закономерностей наследования.

Цветовая слепота вызывается рецессивным аллелем с на Х-хро-мосоме. В результате того, что мужчины получают свою единствен­ную Х-хромосому от матери, даже одного аллеля, вызывающего цве-тослепоту, достаточно, чтобы у мужчины, унаследовавшего аллель с на Х-хромосоме матери, развилось это заболевание. Для женщин же одной копии аллеля с недостаточно, они должны унаследовать две Х-хромосомы, несущие гены цветовой слепоты. Именно этим объяс­няется то, что у мужчин цветовая слепота встречается чаше, чем у женщин.

У человека существует пара хромосом, которая различается у муж­чин и женщин. Женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины несут одну Х- и одну Y-хромосому. Y-хромосома значительно меньше по размеру, чем любая другая хромосома в геноме человека, и содержит «мужские гены», а также относительно небольшое количество генов, отвечающих за другие признаки. Сын и дочь наследуют одну хромосо­му X от матери; от отца дочери наследуют вторую Х-хромосому, а сыновья — Y-хромосому. Сыновья не могут унаследовать отцовскую Х-хромосому (если в зародыше сольются две Х-хромосомы — одна от матери, другая от отца, то это слияние и определит пол ребенка, т.е. разовьется женская особь). Дочери наследуют одну Х-хромосому от своих отцов, но для проявления рецессивных признаков они должны получить идентичную копию рецессивного аллеля от своих матерей.

Механизмы наследования цветовой слепоты показаны на рис. 3.2. Если семья состоит из цвето-слепой матери и нормального отца (рис. 3.2а), то это означает, что мать несет два аллеля с (по одному на каждой из Х-хромосом), а на Х-хромосоме отца располагается нор­мальный аллель С. Поэтому каждый из сыновей неизбежно унаследует одну из Х-хромосом матери, несущую с-аллель, и, соответственно, будет страдать цветовой слепотой. Все дочери тоже унаследуют одну из Х-хромосом матери, несущую аллель с, однако в результате того, что они получают Х-хромосому отца с нормальным аллелем С, фено-типически они будут нормальны, но будут носителями рецессивного признака (для обозначения фенотипически нормального носителя патологического аллеля символ этого индивидуума штрихуется напо­ловину). В случае, когда семья состоит из цвето-слепого отца и здоро­вой матери, не являющейся носителем рецессивного аллеля, феноти­пически все дети здоровы (рис. 3.2б, первое поколение), но все доче­ри окажутся носителями аллеля цветовой слепоты, поскольку унаследовали отцовскую Х-хромосому, содержащую аллель с. Если же одна из дочерей образует семью с мужчиной, нормально различаю-

80

Рнс. 3.2. Схема скрещивания: механизм наследования цветовой слепоты.

В случае о основателем родословной, в которой цветовая слепота передается по наследству, является мать; в случае 6 — отец.

Обозначения: -» передача по наследству Jf-хромосомы; -■*■ передача по наследству Г-хромосомы; Э фенотипически здоровый носитель аллеля цветовой слепоты; остальные обозначения те же, что К на рис. 3,1.

щим цвета, то половина ее сыновей (но ни одна из дочерей!) будут страдать цветовой слепотой (рис. 3.2б, второе поколение). Половина дочерей такой женщины будет нести аллель с, который может про­явиться в следующем поколении.

З. ИМПРИНТИНГ: И ЭНГЕЛЬМАНА

СИНДРОМЫ

ПРАДЕРА-ВИЛЛИ

Клиническая картина синдрома Прадера-Вилли (СПВ) включает широкий спектр поведенческих (например, переедание, несдержан­ный темперамент, подавленное состояние, депрессия) и физических (ожирение, низкий рост) признаков. Среди симптомов синдрома Эн-гельмана (СЭ) называются умственная отсталость, неуклюжая по­ходка и частый неадекватный смех. Примечательно, что в развитие этих двух фенотипически разных заболеваний вовлечен один и тот же участок хромосомы 15; разница состоит в том, от кого эта хромосома наследуется — от отца или от матери. Такой генетический механизм называется эффектом запечатления (гаметного/генного запечатления

6-1432

81

или импринтинга) — зависимостью проявления (экспрессии) гена от того, от кого (отца или матери) наследуется данный ген.

Механизм, по которому метится (запечатлевается) один из алле­лей, неизвестен. Если мутантная хромосома 15 наследуется от отца, то ребенок страдает СПВ; если от матери, то у ребенка развивается СЭ.

4. ПОЯВЛЕНИЕ НОВЫХ МУТАЦИЙ: РАКОВЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Рак груди представляет собой одно из самых часто встречающихся онкологических заболеваний среди женщин, совокупный риск кото­рого, по современным оценкам, составит к возрасту 85 лет для дево­чек, родившихся в 1990 г., около 12,6% (иначе говоря, заболеть мо­жет 1 из 8 девочек). Предположение о существовании гена (генов), от­ветственного за наследственную предрасположенность к раку груди, впервые было высказано более 100 лет назад. Когда оно было подтверж­дено, то оказалось, что примерно 5-10% всех случаев рака груди конт­ролируются мутациями определенных генов (к настоящему моменту были картированы два таких гена — по одному на хромосомах 17 и 13).

Мутации, т.е. изменения наследственного аппарата клетки, затра­гивающие целые хромосомы или их части, — наиболее часто встреча­ющиеся примеры механизмов неменделевской генетики. Рассмотрим кратко одну из классификаций мутаций, разделяющую два их типа: гаметные (генеративные) и соматические. Первые изменяют гены, находящиеся в половых клетках; вторые — в клетках тела.

Гаметные мутации не влияют на фенотип родителей, поскольку они происходят во время формирования гаметы, т.е. когда фенотип родителя уже сформировался. Но с момента возникновения новой мутации она передается из поколения в поколение по законам Мен­деля. В результате таких мутаций, возникающих в поколении F0 (поко­ление родителей), фенотипически не проявляющих признаков болез­ни, а затем передающихся из поколения F1 в последующие поколения (F2, F3, ...Fn) по законам Менделя, развиваются многие наследствен­ные заболевания. Если мутация не детальна и не ведет к серьезному повреждению репродуктивной способности, процесс передачи мути­ровавшего гена из поколения в поколение приводит к появлению ро­дословных со многими носителями мутации, начавшейся только в одном аллеле (на одной из хромосом представителя поколения F0). Так, одна из мутаций гена на хромосоме 17, приводящая к развитию раковых заболеваний, вызывает примерно 57% всех наследуемых слу­чаев рака груди. Механизм возникновения вредоносных мутаций не­известен. Предполагается, что в большинстве случаев это спонтанные мутации. Не установлено также, происходят они в одном аллеле (у од­ного индивидуума) и затем распространяются в популяции или оди­наковые мутации происходят у нескольких индивидуумов.

82

До сих пор мы говорили о гаметных мутациях. Однако примерно 90% случаев заболевания рака груди развивается в результате возник­новения соматических мутаций.

Соматическими мутациями называются мутации в клетках, не связанных с формированием гамет. Они воздействуют только на само­го носителя мутации (определяют его фенотип). Наиболее широко известные соматические мутации связаны с развитием рака. Сомати­ческие мутации приводят к исчезновению исходных аллелей и замене их аллелями-мутантами. Если клетка с таким аллелем-мутантом начи­нает делиться, то во всех ее дочерних клетках появляются аллели-мутанты. Вот почему у индивида-носителя соматических мутаций со­существуют разные клеточные популяции — и та, которая развивает­ся из «нормальных» клеток (неповрежденных влиянием мутагена), и та, которая развивается из клеток, содержащих аллели-мутанты и яв­ляющихся причиной заболевания. Таких индивидов-носителей сме­шанных клеточных популяций называют «мозаиками».

Индуцированные мутации. До сих пор речь шла о спонтанных мута­циях, т.е. происходящих без какой-либо известной причины. Возник­новение мутаций — процесс вероятностный, и, соответственно, су­ществует набор факторов, которые на эти вероятности влияют и из­меняют их. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами, а процесс изменения вероятностей появления мутации — индуциро­ванном. Мутации, возникающие под влиянием мутагенов, называют индуцированными мутациями.

В современном технологически сложном обществе люди подверга­ются воздействию самых разных мутагенов, поэтому изучение инду­цированных мутаций приобретает все большее значение.

К физическим мутагенам относятся все виды ионизирующих из­лучений (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и др.), ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры; к хи­мическим — многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, некоторые биополимеры (например, чужеродные ДНК и РНК), алкалоиды и многие другие химические аген­ты. Некоторые мутагены увеличивают частоту мутаций в сотни раз.

К числу наиболее изученных мутагенов относятся радиация высо­ких энергий и некоторые химические вещества. Радиация вызывает такие изменения в геноме человека, как хромосомные аберрации и потерю нуклеотидных оснований (гл. IV). Частота встречаемости мута­ций половых клеток, индуцированных радиацией, зависит от пола и стадии развития половых клеток. Незрелые половые клетки мутируют чаще, чем зрелые; женские половые клетки — реже, чем мужские. Кроме того, частота мутаций, индуцированных радиацией, зависит от условий и дозы облучения.

Соматические мутации, возникающие в результате радиации, пред­ставляют собой основную угрозу населению, поскольку часто появле-

6* 83

ние таких мутаций служит первым шагом на пути образования рако­вых опухолей. Так, одно из наиболее драматических последствий Чер­нобыльской аварии связано с возрастанием частоты встречаемости разных типов онкологических заболеваний. Например, в Гомельской области было обнаружено резкое увеличение числа детей, больных раком щитовидной железы. По некоторым данным, частота этого за­болевания сегодня по сравнению с доаварийной ситуацией увеличи­лась в 20 раз.

5. ЭКСПАНСИЯ (ИНСЕРЦИЯ) ПОВТОРЯЮЩИХСЯ

НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ:

МИОТОНИЧЕСКАЯ ДИСТРОФИЯ (МД)

Встречаемость миотонической дистрофии составляет 1 на 8000. Это заболевание наследуется как аутосомное доминантное заболева­ние и представляет собой наиболее часто встречающуюся форму мы­шечной дистрофии у взрослых. Клинически это заболевание крайне разнообразно; его симптомы включают: миотонию, прогрессирую­щую слабость, атрофию мышц, расстройства сердечно-дыхательной системы, катаракты, раннее облысение, умственную отсталость и ат­рофию половых органов. Обычно первые клинические проявления МД наблюдаются в 30-40 лет, однако в некоторых случаях она раз­вивается с момента рождения, и тогда ее симптоматика намного тя­желее. Врожденная МД отличается высокой смертностью, у выжив­ших же детей классическая симптоматика МД обнаруживается уже к 10-летнему возрасту.

Мутация, вызывающая развитие МД, была выявлена, описана и картирована. Биологический механизм этой мутации связан с неста­бильной природой повторяющейся последовательности азотистых ос­нований (о структуре ДНК — гл. IV) на участке гена, расположенном на длинном плече хромосомы 19 (гл. I). Генетический механизм неста­бильных повторяющихся последовательностей был открыт сравнитель­но недавно. По неизвестной до сих пор причине короткие сегменты ДНК, состоящие из 2, 3 и 4 нуклеотидов (гл. I), выстраивают повто­ряющиеся последовательности, которые включают от двух до несколь­ких сотен таких сегментов, Повторяющуюся последовательность мож­но представить следующим образом:

АСАСТ— сегмент повторяющейся последовательности;

АСАСТ АСАСТ АСАСТ АСАСТ АСАСТ- повторяющаяся последова­тельность из 5 сегментов;

(А) АСАСТ АСАСТ, (а) АСАСТ АСАСТ АСАСТ АСАСТ - 2 разных аллеля (А и а) локуса, содержащего повторяющуюся последовательность. На языке генетики это означает, аллель А содержит 2 повтора (2 сегмента нуклеотидов), а аллель а содержит 4 повтора (4 сегмента нуклеотидов),

84

Сегодня эти повторяющиеся последовательности найдены более чем в 50 000 локусов человеческого генома. Каждый локус содержит несколько (иногда до 20 и более) аллелей, включающих разное коли­чество таких повторяющихся последовательностей. Эти аллели обыч­но наследуются по законам Менделя, однако были обнаружены и отклоняющиеся от них случаи, когда при переходе от одного поколе­ния к другому количество повторяющихся сегментов меняется. Благо­даря этому, а также высокой вариативности аллелей в каждом локу-се, повторяющиеся последовательности привлекают особое внима­ние генетиков, занимающихся картированием и локализацией генов в геноме человека.

Было замечено, что чем больше количество повторяющихся после­довательностей (т.е. чем длиннее вся повторяющаяся последовательность) у больных с МД, тем тяжелее протекает заболевание (табл. 3.1).

Как правило, здоровые люди являются носителями повторяющихся последовательностей длиной в 5—35 сегментов. Аллели больных, страда­ющих легкой формой МД, содержат 50-150 повторов. Аллели больных с классическим МД фенотипом (обычно это больные, у которых кли­нические симптомы появляются в 30-40-летнем возрасте) содержат от 100 до 1000 повторов, а аллели больных МД, симптоматика которых проявляется при рождении, могут содержать более 2000 повторов. В це­лом, чем длиннее повторяющаяся последовательность (чем больше по­второв она содержит), тем раньше обнаруживает себя заболевание и тем тяжелее оно протекает, Это явление известно под названием «гене­тическая антиципация». Генетическая антиципация характерна не толь­ко для МД, но и для ряда других заболеваний (например, хореи Ген-тингтона и синдрома «ломкой» Х-хромосомы — второго, после синдро­ма Дауна, по частоте встречаемости среди умственно отсталых).

Таблица 3.1

Фенотипические проявления МД в зависимости от количества сегментов нуклеотидных повторяющихся последовательностей

Фенотип

Клинические симптомы

Количество повто­ряющихся сегментов

Легкая форма МД

катаракты

50-150

Классическая форма МД

миотония мышечная атрофия преждевременное облысение атрофия половых органов

100-1000

Врожденная МД

гипотония умственная отсталость дисплегия

> 1000

85

6. НАСЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ

До сих пор мы говорили о наследовании качественных признаков (формы и цвета семян гороха, половых различий, определенных забо­леваний). При классификации этих признаков никаких трудностей не возникает — мы легко различаем гладкие и шероховатые семена ду­шистого горошка, четко разбиваем людей на группы страдающих и не страдающих цветовой слепотой и т.д. Однако существует целый ряд признаков человека, подобная классификация которых или вообще невозможна, или возможна только со специальными оговорками. Та­кие признаки называются количественными (или континуальными) (например, рост, вес, баллы IQ и др.). Распределить людей на альтер­нативные группы по таким признакам (высокие и низкие, «умные» и «глупые») можно только условно.

Большинство признаков, изучаемых психогенетикой, характери­зуется тем, что в середине вариационного ряда (ряда значений) тако­го признака располагаются одна или две максимальные частоты, а справа и слева от них располагаются убывающие к концам ряда часто­ты, причем правые и левые частоты, одинаково удаленные от средне­го, примерно равны. Оно относится к классу количественных и имеет нормальное (или приближающееся к нему) распределение. Его свой­ства описаны в любом руководстве по статистике, поэтому излагать их здесь мы не будем. Отметим только, что кривая нормального рас­пределения имеет чрезвычайно важное значение для психологии. Дело в том, что каждый психологический признак в своем развитии зави­сит от очень большого количества факторов (и многих генов, и мно­гих средовых обстоятельств), действующих в благоприятном или не­благоприятном направлении. И именно нормальное распределение от­ражает фенотипическое разнообразие, возникающее в результате воздействия множественных факторов на исследуемый признак.

Предваряя изложение того, что известно о наследовании количе­ственных признаков, приведем более развернутый пример психогене­тических исследований изменчивости сложных фенотипов человека.

Коэффициент интеллекта, а точнее, его оценки (баллы и т.п., полученные в результате выполнения испытуемым набора различных субтестов, а затем усредненные с тем, чтобы получить обобщенную переменную, описывающую познавательные признаки человека), рас­пределен континуально, т.е. является примером количественного при­знака. При исследовании континуальных характеристик невозможно определить количество «больных» и «здоровых», т.е. нельзя приме­нить законы Менделя, описывающие механизмы исследования дис­кретных признаков. Тем не менее многочисленные психогенетичес­кие исследования интеллекта показали, что они передаются по на­следству (гл. IX). Например, родители с высокими показателями по

86

интеллекту обычно имеют детей, чьи интеллектуальные способности выше среднего (об ограничениях, связанных с такой интерпретаци­ей семейных данных, — в гл. VI, VII, VIII). Однако механизм переда­чи по наследству интеллектуальных способностей не соответствует законам Менделя.

С целью описания механизмов передачи по наследству континуальных признаков Ф. Гальтон предложил статистический аппарат, который до сих пор широко используется учеными. Он создал статистику, которую назвал «ко-реляция» (англ. co-relation — со-отношение) и которая затем преврати­лась в известный всем коэффициент корреляции. В статистической литера­туре этот тип корреляции (а всего разных видов корреляции — около дюжи­ны) называется Пирсоновской корреляцией, названной так в честь К. Пирсо­на, одного из учеников Ф. Гальтона, детально разработавшего технику получения корреляции. Корреляция представляет собой индекс сходства, из­меняющийся от нуля (r = 0), который обозначает отсутствие какого-либо сход­ства, до единицы (r = ±1,0), обозначающей абсолютное сходство (или абсо­лютную противоположность, если имеет отрицательный знак).

Корреляции, описывающие сходство родственников по тестам интеллек­та, также зависят от степени их кровного родства. Только супруги, в отличие от других неродственников, коррелируют между собой по интеллекту с коэф­фициентом г = 0,30-0,40. Это — весьма примечательная находка, имеющая особое значение для интерпретации сиблинговых и близнецовых корреля­ций (подробнее — в гл. VII, IX).

Что же известно сегодня о механизмах передачи по наследству сложных поведенческих, т.е. количественных, континуальных, при­знаков? Каковы генетические модели, описывающие механизмы этой передачи?

Для менделирующих признаков и таких состояний, как болезнь Гентингтона и фенилкетонурия, наличие одного гена-мутанта — не­обходимое и достаточное условие формирования соответствующего признака: наличие в генотипе вредоносного аллеля (одной или двух его копий в зависимости от типа наследования) с неизбежностью вызовет у его носителя развитие болезни. При этом другие генотипи-ческие и средовые факторы роли практически не играют. В подобных случаях фенотипические проявления признаков дихотомичны: гено­тип — или носитель вредоносного аллеля, или нет; фенотип — или характеризуется определенным признаком, или нет. Сегодня известно примерно 3000 моногенных (т.е. вызываемых одним геном) заболева­ний, наследуемых по правилу «или—или».

Наследуемость сложных поведенческих признаков обеспечивает­ся, очевидно, многими генами. Такие признаки называются поли­генными.

Когда законы Менделя были переоткрыты в начале XX столетия, серьез­ные теоретические баталии развернулись между теми, кто считал, что все признаки наследуются согласно закону Менделя (так называемые мендели-

87

сты), и теми, кто утверждал, что законы Менделя неверны (так называемые биометристы), поскольку они не могут объяснить передачу по наследству сложных поведенческих признаков.

Как выяснилось, обе стороны были одновременно и правы, и неправы, Менделисты были правы в том, что признаки, контролируемые одним геном, наследуются по законам Менделя. Ошибочность их позиции заключалась в том, что они считали законы Менделя универсальными, применимыми ко всем, в том числе сложным, признакам. Биометристы были правы в том, что многие сложные признаки распределены непрерывно, а не альтернативно, но заблуждались, утверждая, что законы Менделя справедливы только для растений.

Противоречие этих двух позиций разрешилось само собой, когда выясни­лось, что законы Менделя применимы к наследованию полигенных признаков при отдельном рассмотрении каждого из генов, вовлеченных в генетический контроль исследуемого признака.

Кроме того, на функционирование каждого гена оказывают вли­яние характеристики среды. Предположим, что некоторый ген А чув­ствителен к изменению температуры в окружающей его клеточной среде (т.е. экспрессия гена зависит от характеристик окружающей сре­ды). Тогда можно предположить существование следующей причин­ной цепочки: температура клеточной среды повышается (в ответ на какие-то внешние средовые воздействия или на внутреннюю реак­цию организма, например, на инфекцию); в измененных темпера­турных условиях аллель А2 производит больше белка (вероятнее все­го, в какой-то своей измененной форме), который оказывает влия­ние на изучаемый нами признак, и признак проявляется сильнее. Рассуждение о подобных цепочках событий привело к возникнове­нию еще одной модели наследования, называемой мультифакторной. Согласно этой модели, формирование признака контролируется слож­ным взаимодействием многих и генных, и средовых факторов.

Итак, в ситуации, когда рассматриваемый признак чувствителен к средовым влияниям, когда аллелей у каждого гена больше двух и когда каждый из этих аллелей может иметь или не иметь отличные по величине вклады в фенотип, все эти факторы приводят к формиро­ванию континуальных (непрерывных) распределений. Поэтому не уди­вительно, что часто в природе наблюдается континуальность, даже в тех случаях, когда сами аллели генов, контролирующих исследуемый признак, наследуются в соответствии с законами Менделя.

Представление о том, что количественные признаки формиру­ются в результате действия множества генов, является краеугольным в разделе генетики, называемом генетикой количественных признаков. Эта область науки была разработана Р. Фишером и С. Райтом. Гене­тика количественных признаков представляет собой основу для об­щей теории происхождения (этиологии) индивидуальных различий, будучи междисциплинарной наукой. Ее междисциплинарность опре­деляется как знаниями, создающими ее основу (общая биология,

генетика, психология и статистика), так и используемыми ею мето­дологическими и концептуальными аппаратами разных наук (гене­тики, психологии, психофизиологии и т.д.). В данном случае имеет место двухстороннее движение, поскольку, обогащаясь от различ­ных наук, генетика количественных признаков сама обогащает эти науки. Центральной догмой генетики количественных признаков является утверждение о том, что внутри популяции существуют кон­тинуально (непрерывно) распределенные количественные оценки ин­дивидуально-психологических особенностей. Генетика количествен­ных признаков систематизирует межиндивидуальные различия и рассматривает их не как «шум в системе» (как это свойственно, например, наукам, внимание которых сосредоточено на межгруппо­вых различиях), а как закономерную изменчивость внутри изучаемой группы. Кроме того, генетика количественных признаков указывает на источники появления изменчивости и определяет вклад каждого из этих источников.

Основные понятия генетики количественных признаков представ­лены в гл. VI, VIII. Не останавливаясь здесь подробно на генных моде­лях, лежащих в основе генетики количественных признаков, укажем только, что полигенная модель, приведенная и обсуждаемая в этих главах, является базой для объяснения сходства родственников раз­ной степени по фенотипическим признакам. Если генетические фак­торы влияют на формирование индивидуальных различий по како­му-то признаку, то степень фенотипического сходства родственни­ков должна изменяться в зависимости от степени их генетического родства (подробнее о разных методах психогенетики — в гл. VII, VIII). Например, родственники первой степени родства (родители — дети и родные сиблинги) в среднем имеют 50% общих генов. Иными сло­вами, ребенок наследует примерно по 50% генов от каждого из роди­телей (но это — средняя величина; в каждом конкретном случае мо­жет быть и больше, и меньше). Если один из сиблингов унаследует какой-то аллель от одного родителя, то вероятность наследования того же аллеля другим сиблингом составит в среднем 50%.

В случае познавательных способностей (и некоторых заболеваний, например, шизофрении) степень фенотипического сходства между родственниками увеличивается по мере увеличения их генетической близости. Например, вероятность того, что отдельно взятый в популя­ции человек заболеет шизофренией, составляет 1%. Если же в семье есть больной, то риск заболевания шизофренией для его родственни­ков второй степени (внуков и племянников) составит примерно 4%. Однако для родственников первой степени родства (родителей, сиб­лингов, детей) этот риск увеличивается до 9%. Наконец, риск разви­тия шизофрении стремительно возрастает до 48% для монозиготных близнецов-шизофреников. Эта цифра намного больше цифры, полу­ченной для дизиготных пар (17%).

89

Но на каком основании мы предполагаем, что шизофрения пред­ставляет собой континуальный признак? Мы привыкли рассуждать о шизофрении в терминах дихотомии (человек или болен, или здоров), а здесь почему-то предполагаем, что это заболевание возникает в ре­зультате действия множества генов в сочетании с неблагоприятной средой. Оказывается, что даже в случае, когда на признак оказывает влияние множество генов, проявляться он может в альтернативной форме (больной — здоровый). Для объяснения данного факта предло­жены понятия «подверженность» («предрасположенность») и «порог». Предрасположенность проявляется в том, что в случае наследствен­ных заболеваний риск заболеть у родственников выше, чем у нерод­ственников, причем сам по себе этот риск представляет континуум возрастающей восприимчивости к заболеванию (чем выше степень родства, тем выше риск). Порог проявляется в том, что на условной шкале подверженности за этим порогом оказываются носители дан­ного признака, т.е. больные.

«Подверженность» («предрасположенность») и «порог» — гипо­тетические понятия. Используя их и основанные на них модели, мож­но, тем не менее, получить много полезной статистической инфор­мации о том, как осуществляется передача того или иного признака по наследству. Например, если корреляция по признаку шизофрении для кровных родственников первой степени родства равняется 0,45, то, основываясь на оценках частоты встречаемости шизофрении в по­пуляции (1%), можно подсчитать, что риск заболевания для таких родственников составляет 9%.

Альтернативная гипотеза наследования сложных поведенческих признаков утверждает, что порогов, разделяющих различные состоя­ния организма (например, состояния «больной» и «здоровый»), не существует. Согласно этой гипотезе, симптоматика заболевания плав­но возрастает, создавая непрерывный континуум между нормальным и патологическим. В последнее время широкую поддержку получает гипотеза о том, что, например, алкоголизм и депрессия являются именно такими признаками без четких границ между нормой и пато­логией.

Когда же речь идет о нормальных психологических признаках (бал­лах IQ, скорости двигательных реакций, особенностях памяти, вни­мания и т.д.), деление на альтернативные группы (например, «быст­рых» и «медленных») возможно лишь условно, в пределах исследо­ванной выборки («медленный» в данной выборке может оказаться «быстрым» в другой). Поэтому для психогенетики модели количествен­ной генетики оказываются наиболее адекватными.

Сходство родственников по анализируемым признакам позволяет утверждать, что генетические факторы влияют на количественные признаки, примером которых может служить как патология (напри­мер, шизофрения), так и норма (например, когнитивные способнос-

90

ти). Однако неоспоримым доказательством генетической этиологии анализируемых признаков сходство родственников считаться не мо­жет. Дело в том, что большинство пар родственников живут под од­ной крышей и проводят вместе много времени. Это сходство семей­ной среды также может играть существенную роль в формировании сходства родственников по фенотипическим признакам. Для того что­бы разделить вклады среды и генов, исследователи применяют специ­альные статистические модели или изучают несколько типов родствен­ников одновременно (см. гл. VI-VIII).

Многие генетически контролируемые заболевания и поведенчес­кие признаки развиваются в результате действия генетических меха­низмов, не подчиняющихся законам Менделя. Среди таких механиз­мов обычно называют хромосомные аберрации, сцепленное с полом наследование, импринтинг, появление новых мутаций, экспансии повторяющихся нуклеотидных последовательностей, наследование сложных континуально распределенных поведенческих признаков. На­копление новой информации, касающейся наследования немен-делирующих признаков, не опровергло законы Менделя. Выяснилось, что противоречия снимаются, когда все наследуемые признаки де­лятся на моногенные, в развитие которых вовлечен только один ген, и полигенные, в развитие которых вовлечено множество генов. Мен-делевские принципы сохраняют свою значимость при наследовании моногенных признаков, а также при наследовании каждого отдельно взятого гена, включенного в полигенную систему.

Наследование континуально распределенных признаков не под­чиняется законам Менделя. Эти признаки, в категорию которых по­падает большинство сложных поведенческих характеристик человека, наследуются согласно мультифакторным моделям — моделям, учиты­вающим совместное влияние многих генов и многих факторов среды; при этом гены и среда взаимодействуют между собой. Одна из таких моделей строится вокруг понятия «подверженность» («предрасполо­женность»). Генетическая предрасположенность — не достаточное ус­ловие для развития признака, однако она определяет вероятность его появления. Это понятие чаще используется в медицинской генетике, но можно полагать, что концепция генетической предрасположенно­сти применима и к нормальным психологическим признакам, по­скольку они также являются признаками мультифакторными; сегод­ня это предположение — только гипотеза.

91

Глава IV

ДНК КАК ОСНОВА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Для психогенетики, главным объектом исследования которой яв­ляется природа индивидуальных различий, ознакомление со структу­рой и механизмами функционирования ДНК важно для понимания того, как гены влияют на человеческое поведение. Гены само поведе­ние не кодируют. Они определяют последовательности аминокислот в белках, которые направляют и создают основу химических процессов клетки. Между геном и поведением лежат многочисленные биохими­ческие события, открытие и понимание которых — интереснейшая задача, решаемая разными науками. Вариативность гена, тот факт, что он существует во множественных формах (аллелях), создает осно­ву для формирования индивидуальных различий — соматических, фи­зиологических, психологических. Именно в этом смысле говорят, что ДНК и есть материальная основа наследственности: вариативность генетическая создает, в контексте средовой вариативности, вариа­тивность фенотипическую.

1. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты являются непериодическими полимерами. Различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК). ДНК содержится главным обра­зом в составе хромосом клеточного ядра; РНК находится и в ядре, и в цитоплазме.

ДНК

Во всех живых организмах (за исключением некоторых вирусов) наследственная информация передается из поколения в поколение с помощью молекул ДНК. Каждая клетка организма человека содержит примерно 2 метра ДНК. Обычно ДНК состоит из двух комплементар­ных цепей, формирующих двойную правостороннюю спираль (рис. 4. 1a, б). Напомним, что каждая цепь представляет собой линейный полинуклеотид, состоящий из четырех азотистых оснований: аденина (А), гуанина (G), тимина (Т) и цитозина (С)*. При формировании двойной спирали ДНК А одной цепи всегда спаривается с Т другой, а G — с С. Эти основания называются комплементарными. Принцип селективности этой связи чрезвычайно прост и определяется принци-

* Азотистые основания в соединении с сахаром и фосфатом называются нук-леотидами.

92

а б

Рве. 4.1 aпространственная модель молекулы ДНК, б — схема строения молекулы ДНК (по 94]

пом наличия свободного пространства. Дело в том, что спиральная лестница ДНК зажата с двух сторон в ограничивающие ее «перила», состоящие из сахара (дезоксирибозы) и фосфатных групп. Пары А-Т и G-С вписываются в «межперильное» пространство безукоризненно, а вот любые другие пары вписаться просто не могут— не помещаются. Так, по своим геометрическим размерам аденин и гуанин (длиной 12 ангстрем* каждый) значительно крупнее тимина и цитозина, длина каждого из которых составляет 8 ангстрем. Расстояние же между «пе­рилами» всюду одинаково и равно 20 ангстремам. Так что пары А-Т и Gнеслучайны: их структура определяется как размером (одно ос­нование должно быть маленьким, а другое — большим), так и хими­ческим строением азотистых оснований. Очевидно, что две цепи ДНК комплементарны друг другу.

Две цепи ДНК соединены друг с другом водородными связями, объединяющими пары нуклеотидов. А спаривается с Т двойной водо­родной связью, a G с С — тройной. Водородные связи относительно непрочны; под воздействием определенных химических агентов они легко как разрушаются, так и восстанавливаются. Американский гене­тик Р. Левонтин, описывая природу связей в молекуле ДНК, предло­жил удачный образ застежки-молнии, которая многократно расстеги­вается и застегивается без каких-либо повреждений самой молекулы.

Особенности макромолекулярной структуры ДНК были открыты американскими учеными Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Согласно разработанной ими трехмерной модели структуры ДНК, шаг спирали ДНК составляет примерно 34 ангстрема, а каждый ее виток содержит 10 нуклеотидов, расположенных на расстоянии 18 ангстремов друг от друга.

ДНК обладает свойством ковариантной редупликации, т.е. ее мо­лекулы способны копировать сами себя с сохранением возникших в них изменений. Это удвоение происходит в ходе процессов, которые называются митозом и мейозом (см. гл. I). В процессе удвоения (репли­кации) ДНК, который осуществляется с участием ферментов, двой­ная спираль ДНК временно раскручивается, и происходит построе­ние новой цепи ДНК (комплементарной старой).

Структура ДНК динамична: двойная спираль находится в посто­янном движении. Самые быстрые из известных нам процессов, разво­рачивающихся в ДНК, связаны с деформацией связей в каждой из ее цепей; эти процессы занимают пикосекунды (10 " с). Разрушение и создание связей между комплементарными основаниями — процессы более медленные; они занимают от тысячной доли секунды до часа.

Одной из поразительных особенностей ядерной (хромосомной) ДНК является то, что она — не простой набор множества генов. В ДНК

* Ангстрем — десятимиллионная доля миллиметра.

94

высших организмов много последовательностей, которые ничего не кодируют. В организме человека эти последовательности составляют примерно 80-90% всей ядерной ДНК, так что кодирующие последо­вательности — скорее исключение, чем правило. Некодирующие пос­ледовательности ДНК служат удобным источником так называемых полиморфных маркёров.

Малые ДНК. В клетках ядро является не единственным «местом» в орга­низме, где можно найти ДНК. Митохондрии — органеллы, находящиеся не в ядре клетки, как хромосомы, а в цитоплазме, тоже имеют собственную ДНК, но в целом митохондриальной ДНК в клетке значительно меньше, чем ядерной.

В разных организмах количество митохондриальной ДНК не одинаково, оно изменяется от организма к организму. Например, митохондриальная ДНК человека содержит 16 569 пар нуклеотидов. Несмотря на то что в каждой клетке имеется несколько тысяч митохондрий, а организм высших животных построен из миллиардов клеток, митохондриальный геном каждой конкрет­ной особи, по-видимому, одинаков во всех ее митохондриях. Это позволяет использовать митохондриальную ДНК в популяционных и эволюционных ге­нетических исследованиях.

РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) содержится как в одно-, так и в двуцепочечных молекулах. РНК отличается от ДНК тем, что она со­держит рибозу вместо дезоксирибозы и урацил (U) вместо тимина.

В соответствии с функцией и структурными особенностями разли­чают несколько видов молекул РНК, два из которых — матричная, или информационная, РНК (мРНК, или иРНК) и транспортная РНК (тРНК). Матричная РНК принимает участие в транскрипции гена, транспортная — в его трансляции. Правильная «сборка» последова­тельности аминокислот в белковую цепь происходит с помощью ри­босом — специальных частиц в цитоплазме клеток; они содержат тре­тью форму РНК — рибосомную РНК (рис. 4.2).

днк:гршскршщи^ мрнк трансляция,

Рис. 4.2. Этапы синтеза белка.

ТРАНСКРИПЦИЯ

При самокопировании ДНК каждая из ее цепочек играет роль образца для создания дополнительной к ней цепочки. Подобным же образом при образовании молекулы матричной РНК одна из цепочек ДНК служит образцом для построения дополнительной к ней цепоч­ки, но уже не из нуклеотидов ДНК, а из нуклеотидов РНК. Иными

95

ыышыш

AT

Л С С А

иРНК

ДНК

Рис. 4.3. Транскрипция — копирование ДНК молекулой матричной РНК.

словами, последовательность нуклеотидов строящейся цепочки РНК определяется последовательностью нуклеотидов молекулы ДНК.

Синтез молекулы мРНК по матрице ДНК называется процессом транскрипции.

Молекула мРНК имеет одноцепочечную структуру. Механизм ее образования подобен тому, который используется при репликации (самокопировании) ДНК (рис. 4.3). После окончания транскрипции мРНК покидает ядро и выходит в цитоплазму клетки, перемещаясь к рибосомам — «фабрикам» по производству белков. На рибосомах и осуществляется синтез белков.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Молекула белка представляет собой цепочку аминокислот. Ами­нокислотами называются органические (карбоновые) кислоты, со­держащие, как правило, одну или две аминогруппы (-NH2) и кис­лотную группу СООН (отсюда и название — аминокислоты). Друг от друга аминокислоты отличаются химической группой, называемой радикалом (R).

В табл. 4.1 перечислены двадцать аминокислот, являющихся ос­новным «строительным материалом» при создании белков. (Главные аминокислоты распадаются на три класса в зависимости от природы группы R: нейтральные (полярные и неполярные), т.е. не несущие заряда в растворе; основные, положительно заряженные в растворе; и кислотные, отрицательно заряженные в растворе.)

Белки синтезируются с помощью ферментов путем соединения аминокислот так называемой пептидной связью: СООН-группа одной молекулы аминокислоты присоединяется к NH2-группе другой (при этом выделяется молекула воды). Данный процесс чрезвычайно сло­жен, но его скорость удивительна — аминокислоты строятся в цепоч-

96

Таблица 4.1

Названия аминокислот и их краткое обозначение

Нейтральные

Основные (+)



Кислотные (-)



Неполярные

Полярные

Триптофан (Тrр) Фенилаланин (Phe) Глицин (Gly) Аланин (Ala) Валин (Val) Изолейцин (Ilе) Лейцин (Leu) Метионин (Met) Пролин (Pro)

Тирозин (Туr) Серин (Ser) Треонин (Thr) Аспарагин (Asn) Глутамин (Gln) Цистеин (Cys)

Лизин (Lys) Аргинин (Arg) Гистидин (His)

Глутаминовая кислота(Glu) Аспарагиновая кислота (Asp)

ки полипептидов (белков) со скоростью примерно 100 аминокислот в секунду. В среднем белки содержат 100-1000 аминокислот, и от того, какова последовательность аминокислот в этих длинных цепях, зави­сят структура и функция данного белка. Любая аминокислота одина­ково хорошо соединяется с любой другой (в том числе и с такой же); при этом взаимодействуют между собой одинаковые у всех аминокис­лот группы атомов NH2 и СООН. Благодаря этой способности амино­кислот могут образовываться длиннейшие цепи.

Как же осуществляется синтез белков? Оказывается, что для опи­сания строения конкретного белка достаточно указать последователь­ность аминокислот: какая из них занимает первое место, какая — второе, третье и т.д. Например, строение белка инсулина таково:

аланин — лизин — пролин -

- лейцин -

аланин...

Последовательность нуклеотидов в ДНК, а затем и в мРНК опре­деляет, какой должна быть последовательность аминокислот, т.е. ка­ким будет строение данного белка. Одна цепь ДНК содержит инфор­мацию о химическом строении значительного числа различных бел­ков. Таким образом, последовательность оснований мРНК кодирует последовательность аминокислот. Сведения о строении белков — это «зерно» информации, передаваемой потомкам из поколения в поко­ление; кодирование аминокислот нуклеотидами и называется коди­рованием наследственной информации.

Всего существует 64 возможных тройки нуклеотидов (4 = 64), ко­дирующих 20 аминокислот. Некоторые из нуклеотидных комбинаций играют роль «дорожных знаков», регулирующих синтез белка (напри-

7-1432

97

Рибосомы

-----)Метионии)] Лейцин

Рис. 4.4. Трансляция мРНК (синтез белка).

1-4 — кодоны: метионина, лейцина, валина, тирозина; тРНК: 5 — отделилась от

аминокислоты (лейцина), присоединив ее к белковой цепи; б — молекула тРНК, несущая валин, готова присоединить его к растущей белковой цепи; 7 — молекула

тРНК, несущая тирозин, подходит к мРНК, определяя кодом тирозина, мер, кодируя стоп-сигнал — сигнал окончания транскрибированной последовательности). При этом излишние комбинации нуклеотидов могут либо вообще не использоваться при кодировании наследствен­ной информации, либо служить дополнительными (синонимически­ми) способами записи тех же самых аминокислот.

«Сборка» молекулы белка из аминокислот обеспечивается весьма сложным механизмом, главным образом в рибосомах — особых орга-неллах клетки, находящихся в цитоплазме. Рибосомы примерно напо­ловину состоят из рибонуклеиновой кислоты (отсюда и их название).

Напомним, что в процессе транскрипции формируется мРНК, которая комплементарна определенному участку ДНК. В ходе трансля­ции нуклеотидная последовательность мРНК выступает как основа, матрица для синтеза белка. «Считывание» последовательности мРНК происходит группами по 3 нуклеотида. Каждая аминокислота соответ­ствует определенному сочетанию трех оснований — так называемому триплету (отсюда — триплетный код), или кодону.

«Сырье» (аминокислоты), необходимое для синтеза белка, нахо­дится в цитоплазме. Доставка аминокислот к рибосомам (рис. 4.4) про­изводится с помощью сравнительно небольших специальных молекул транспортной РНК (тРНК). Небольшими эти молекулы, состоящие примерно из сотни нуклеотидов, можно считать только по сравнению с матричной РНК, состоящей из тысяч нуклеотидов.

98

Для каждой из двадцати аминокислот имеется свой тип молекулы тРНК, которая обеспечивает доставку данной аминокислоты в рибо­сому. Синтез белка происходит при движении рибосомы вдоль цепоч­ки мРНК. При этом молекулы тРНК, несущие аминокислоты, выст­раиваются, согласно коду молекул мРНК, в цепочку, параллельную матричной РНК. На рис. 4.4 показано, что молекула мРНК начала синтез белка, включающего, в частности, последовательность амино­кислот ...«метионин—лейцин—валин—тирозин»... Валин был только что добавлен к белковой цепочке, к которой перед этим были присо­единены метионин и лейцин. Кодон мРНК, представляющий собой триплет GUA, соединяется с молекулой тРНК, несущей аминокисло­ту валин. Молекула тРНК доставляет эту аминокислоту к концу расту­щей белковой цепочки и присоединяет валин к лейцину. Следующий кодон мРНК, UAC, привлекает молекулу тРНК, несущую аминокис­лоту тирозин.

Процессы транскрипции и трансляции можно описать, использо­вав метафору французского ученого проф. К. Эле на. На «фабрике» (в клетке) чертежи хранятся в «библиотеке» (в ядре), а для «выпуска продукции» (белков) используются не сами «чертежи» (ДНК), а их «фотокопии» (мРНК). «Копировальная машина» (РНК — полимера-за) выпускает или по одной «страничке фотокопии» (ген), или сразу целую «главу» (набор генов с близкими функциями). Изготовленные «копии» выдаются через специальные «окошки» (поры ядерной мем­браны). Затем их используют на «монтажных линиях» (рибосомы) с «дешифратором» (генетический код) для получения из «заготовок» (аминокислот) окончательной «продукции» (белка).

2. БИОХИМИЧЕСКИЙ КОД НАСЛЕДСТВЕННОСТИ РАЗНООБРАЗИЕ БЕЛКОВ

Белки выполняют в организме самые различные функции. В каче­стве ферментов они служат катализаторами химических реакций; в роли гормонов они, наряду с нервной системой, управляют работой различных органов, передавая химические сигналы. Белки использу­ются в организме и как строительный материал (например, в мышеч­ной ткани), и как транспортные средства (гемоглобин крови перено­сит кислород).

Размах синтеза белка, происходящего в клетке, огромен. Геном человека (набор последовательностей ДНК, определяющих генети­ческую индивидуальность человека) содержит порядка 6 биллионов нуклеотидов, из которых сформировано примерно 100 000 генов, чьи размеры варьируют в пределах от 1000 до 2 миллионов нуклеотидных пар. Если бы мы захотели описать эти 6 биллионов азотистых основа­ний и предположили, что на одной странице можно уместить около

7* 99

3000 нуклеотидов, то нам понадобилось бы примерно 2 000 000 стра­ниц — «многотомное собрание» нуклеотидов (и это для генома только одного человека)!

Описание всех генов человека и расшифровки соответствующих последовательностей ДНК — основная задача международного иссле­довательского проекта «Геном Человека», который является самым крупным генетическим проектом в мире. Благодаря усилиям многих генетических лабораторий мира ученые будут иметь в своем распоря­жении полное описание генома человека.

ТИПЫ И СТРУКТУРА ГЕНОВ

До конца 80-х — начала 90-х годов геном называли сегмент ДНК, кодирующий полипептидную цепочку или определяющий функцио­нальную молекулу РНК. Однако современные молекулярные исследо­вания коренным образом изменили наше представление о структуре гена. Сегодня понятием «ген» обозначается сегмент геномной ДНК или РНК, выполняющий определенную функцию (причем выполне­ние этой функции вовсе не означает, что ген должен быть транскри­бирован и транслирован).

В настоящее время разделяют три типа генов: гены, кодирующие белки, которые транскрибируются в РНК и затем транслируются в белки; гены, кодирующие РНК; и регуляторные гены, которые со­держат нетранскрибируемые последовательности. Гены, кодирующие белки и РНК, называются структурными генами; их активность, «вклю­чение» и «выключение» определяются генами-регуляторами.

По мере проникновения в молекулярную структуру генетического материала все труднее становится находить в молекулах ДНК границы того, что обозначается понятием «ген». Это связано с тем, что про­цессы транскрипции (на ДНК) и трансляции (на мРНК) прямо не совпадают ни по локализации, ни по составу нуклеотидов. Наконец, постоянно увеличивается число открываемых генетических единиц. Так, наряду со структурными и регуляторными генами обнаружены, на­пример, участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, функции которых мы только начинаем понимать, и мигрирующие нуклеотидные последовательности (мобильные гены).

Структура гена сложна, и в данном учебнике она подробно рас­сматриваться не будет. Отметим только наиболее важные моменты. В основном гены высших организмов имеют прерывистую структуру, Обычно они состоят из блоков (экзонов) — транслируемых участков, которые копируются в мРНК, переносимую в цитоплазму, и других блоков (нитронов) — нетранслируемых участков, которых в мРНК нет. На начальном этапе транскрипции ген копируется полностью в пре-мРНК вместе с нитронами, которые затем «вырезаются», обра­зуя зрелую мРНК. Так, некодирующая ДНК присутствует даже внут­ри самих генов.

100

РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ

В каждый конкретный момент клетка не использует всю содержа­щуюся в ее хромосомах генетическую информацию. Например, клет­ки печени вырабатывают специфические ферменты, которые не син­тезируются, скажем, клетками почек, хотя те и другие содержат в своих ядрах одну и ту же ДНК. Кроме того, гены включаются и вык­лючаются на разных стадиях онтогенеза: например, организм челове­ка производит разные типы белка гемоглобина на разных этапах со­зревания организма (ранний эмбриогенез, развитие плода, детство, взрослый возраст). Синтез этих белков контролируется разными гена­ми, которые включаются и выключаются на разных этапах онтогенеза.

Регуляция генной экспрессии осуществляется на нескольких уров­нях при помощи целого набора клеточных механизмов. Общая задача процесса регуляции — избежать напрасных затрат энергии и создать условия для того, чтобы клетка производила наиболее эффективным образом все, в чем она нуждается. Процесс регуляции разворачивает­ся в соответствии с заданной генетической программой или в ответ на изменения как во внутренней, так и во внешней среде организма. Считается, что в геноме человека количество регуляторных генов при­мерно соответствует количеству структурных генов.

3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ НА УРОВНЕ ДНК

До сих пор мы преимущественно говорили об изменчивости гено­типа в его широком определении. В последних разделах этой главы речь пойдет об изменчивости на уровне ДНК.

МУТАЦИИ ДНК

В главах I и III были даны определение мутаций и их классифика­ции. Здесь мы рассмотрим только один из видов мутаций — так назы­ваемые точковые мутации, т.е. мутации, вовлекающие отдельно взя­тые нуклеотиды. Точковые мутации представляют собой вставки или выпадения, а также изменения (разные типы замен одного азотистого основания на другое) пары нуклеотидов ДНК (или нуклеотида РНК). В результате мутирования возникают альтернативные формы генов (аллели) — ген становится полиморфным. Одни из этих мутаций явля­ются вредоносными, т.е. вызывающими развитие наследуемых заболе­ваний (главы II, III), а другие — нейтральными, не вызывающими никаких существенных изменений в синтезируемых белках.

Точковые мутации можно разделить на два больших класса. К пер­вому классу относятся те, которые связаны с заменой основания. Мутации второго класса обусловлены так называемым сдвигом рамки считывания.

101

ТИП МУТАЦИОННОГО СОБЫТИЯ: ЗАМЕНА ОСНОВАНИЯ

Замена одного основания в цепи ДНК может привести к тому, что в синтезируемый белок будет встроена «неправильная» аминокис­лота (пример такой трансформации: Мама мыла раму => Мама рыла раму). В результате функция белка может быть нарушена. Например, если первый кодон мРНК (рис. 4.4) скопирован неправильно и вмес­то AUG в последовательности мРНК записана последовательность AGG, то вместо метионина будет синтезирован аргинин. Подобная замена единственной аминокислоты в цепочке сотен аминокислот, состав­ляющих белок, может проявиться по-разному. Спектр этих проявле­ний — от нулевых до летальных — зависит от структуры и функции синтезируемого белка.

ТИП МУТАЦИОННОГО СОБЫТИЯ: СДВИГ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ

Мутации, которые приводят к выпадению или вставке одного и более нуклеотидов, вызывают так называемый сдвиг рамки считыва­ния. В среднем они более вредоносны, чем мутации замены нуклеоти-да. Примеры подобных трансформаций: Мама мыла раму => Ммам ылар аму — выпадение нуклеотида; Мама мыла раму => Мама мыла драму — вставка основания. Сдвигом рамки этот тип мутаций называ­ется потому, что в результате выпадения (или случайного добавле­ния) одного нуклеотида изменяется считывание (трансляция) кодо-нов в молекуле мРНК и, начиная с точки, соответствующей положе­нию мутации, синтезируется искаженная последовательность аминокислот. Например, если в результате мутации теряется второй нуклеотид в последовательности ТАС-ААС-САТ, то эта цепочка счи-тывается как ТСА-АСС-АТ. В результате произведенный белок будет содержать не метионин (ТАС) и лейцин (ААС), а серии (ТСА) и трип­тофан (АСС), что приведет к нарушениям последующих биохимичес­ких процессов.

Часто мутации оказываются гораздо сложнее описанных выше. Один и тот же ген может мутировать в нескольких местах. Например, известно более 60 разных мутаций одного гена ФКУ, каждая из которых приво­дит к развитию фенилкетонурии (гл. II), причем некоторые из этих му­таций соответствуют разным степеням тяжести заболевания. Мутации, происходящие в экзонах (кодирующих участках гена), как правило, вре­доносны. К счастью, большинство мутаций в организме происходит в интронах (некодирующих участках гена). Эти мутации не транскрибиру­ются мРНК и, следовательно, фенотипически не проявляются.

Замечательная особенность мутаций состоит в том, что их дей­ствие может быть различным в разных организмах и фенотипические проявления одной и той же мутации у разных особей могут быть очень разнообразными. Так, обладание мутантным аллелем у одной особи

102

может фенотипически проявиться в форме тяжелого заболевания, а у другой — в форме легкой симптоматики или даже полного ее отсут­ствия. Два ключевых понятия, описывающих изменчивость проявле­ния одной и той же мутации в популяции как совокупности организ­мов (подробнее о генетике популяций в гл. V), — упоминавшиеся (гл. II) понятия пенетрантности и экспрессивности.

Пенетрантностью называется частота проявления аллеля опреде­ленного гена у особей данной популяции. Различают пенетрантность полную (аллель проявляется у всех особей) и неполную (аллель не проявляется у части особей). Количественно ее выражают в процентах особей, у которых данный аллель фенотипически проявляется (100% — полная пенетрантность).

Приведем пример. Известно, что не все носители мутации гена ФКУ стра­дают фенилкетонурией. Пенетрантность мутантного аллеля ФКУ высока и составляет примерно 99%. Это означает, что среди каждых 100 носителей аллеля-мутанта в среднем будет один носитель, не имеющий фенотипичес-ких признаков заболевания — среди 100 мутировавших генов один ген-му­тант не проявится, т.е. не вызовет развитие заболевания.

Экспрессивностью называется степень фенотипической выражен­ности одного и того же аллеля определенного гена у разных особей. Если фенотипический признак, контролируемый данным аллелем, в популяции не варьирует, то говорят о постоянной экспрессивности, в противоположном случае — об изменчивой (вариабельной) экс­прессивности.

Различия экспрессивности означают, во-первых, разную степень пораженности носителей мутации (например, больные ФКУ — носи­тели одной и той же мутации — могут страдать умственной отсталос­тью разной степени), а во-вторых, разные формы фенотипического проявления одной и той же мутации (например, предполагается, что один и тот же ген-мутант вызывает один тип психического расстрой­ства — синдром Туретта — у мужчин и другой тип — синдром навяз­чивых идей — у женщин).

Новые мутации — важнейший источник генетической изменчи­вости, являющейся основой биологической эволюции. Частота мути­рования отдельного гена чрезвычайно мала, но генов в организме много, а каждый биологический вид представлен множеством особей. Так что, когда организм или биологический вид рассматривается как целое, мутация выглядит не как редкое, а как вполне регулярное со­бытие. Предположим, что геном человека насчитывает 100 000 пар генов, а средняя частота мутации на один ген составляет 10-5 . Тогда среднее число мутаций в одном поколении составит (2-105 генов) х х (10-5 мутаций на ген) = 2 мутации на зиготу человека. На Земле живет около 4-109 людей. Если у каждого человека возникает по 2 му­тации, то общее число новых мутаций у ныне живущего населения земного шара составляет 8-109.

103

генетический полиморфизм

Мутации — основной источник генетического полиморфизма, т.е. наличия в популяции нескольких аллелей одного локуса. Полиморф­ная природа ДНК позволила разработать системы методов генетичес­кого и психогенетического анализа, которые позволяют определить и картировать целый ряд генов, вовлеченных в формирование индиви­дуальных различий по исследуемым поведенческим признакам. Так, например, использование полиморфных маркёров ДНК позволило картировать ген на коротком плече хромосомы 4, ответственный за развитие хореи Гентингтона.

В качестве примера рассмотрим два типа ДНК маркёров: поли­морфизм длины рестрикционных фрагментов (RFLP-полиморфизм) и полиморфизм повторяющихся комбинаций нуклеотидов (STR-пo-лиморфизм). Для изучения полиморфности (этот процесс также назы­вается тайпингом ДНК) ДНК выделяется из клеток крови или любых других клеток организма, содержащих ДНК (например, берется со-скоб с внутренней стороны щеки). При использовании технологии RFLP, ДНК, под воздействием ферментов, распознающих специфи­ческие последовательности нуклеотидов в ДНК и избирательно раз­рушающих ее цепь в определенных местах, разрезается на куски-фраг­менты. Такие ферменты впервые были найдены в бактериях, которые производят их с целью защиты от вирусной инфекции.

Существуют сотни таких «рестрицирующих» ферментов, каждый из которых разрезает ДНК в определенном месте, распознавая опре­деленную последовательность оснований; этот процесс называется рестрикцией. Например, один из часто используемых ферментов, EcoRI, распознает последовательность GAATTC и разрезает молекулу ДНК между основаниями G и А. Последовательность GAATTC может быть представлена в геноме несколько тысяч раз. Если в определен­ном локусе эта последовательность различна у разных людей, то у тех из них, которые являются носителями измененной последовательно­сти, фермент в данном локусе ее не разрежет. В результате ДНК гено­мов, несущих нестандартные последовательности, разрезана в дан­ном локусе не будет и, следовательно, образует более длинный фраг­мент. Таким способом распознается разница в структуре ДНК. В результате разреза «рестрицирующими» ферментами могут полу­читься два типа фрагментов, соответствующих данному локусу, — длинный и короткий. Их также называют аллелями. По аналогии с «обычными» генами полиморфизмы могут быть гомозиготными по короткому фрагменту, гомозиготными по длинному фрагменту или гетерозиготными по длинному и короткому фрагментам.

Несмотря на то что существуют сотни «рестрицирующих» фер­ментов, распознающих различные последовательности ДНК, они, как выяснилось, способны отыскать только примерно 20% полиморфных

104

участков ДНК. Были разработаны несколько других типов ДНК-мар­кёров, распознающих полиморфизмы других типов. Широко исполь­зуется, например, полиморфизм повторяющихся комбинаций нукле-отидов (SТR-полиморфизм). Как уже упоминалось, по неизвестной пока причине в ДНК присутствуют повторяющиеся последовательно­сти, состоящие из 2, 3 или более нуклеотидов. Количество таких по­второв варьирует от генотипа к генотипу, и в этом смысле они также обнаруживают полиморфизм. Например, один генотип может быть носителем двух аллелей, содержащих по 5 повторов, другой — носи­телем двух аллелей, содержащих по 7 повторов. Предполагается, что геном человека содержит примерно 50 000 локусов, включающих по­добные повторяющиеся последовательности. Хромосомные координаты многих локусов, обнаруживающих STR-полиморфизм, установлены и теперь используются для картирования структурных генов, служа ко­ординатами на хромосомных картах.

Таким образом, генетический полиморфизм, связанный с при­сутствием так называемых нейтральных (не изменяющих синтезируе­мый белок) мутаций, плодотворно используется в молекулярно-гене-тических, в том числе психогенетических, исследованиях, поскольку генетическую изменчивость, выявленную молекулярными методами, можно сопоставлять с изменчивостью фенотипов. Пока этот перспек­тивный путь используется в подавляющем большинстве случаев для исследования разных форм патологии, дающих четко очерченные фенотипы. Однако есть все основания надеяться, что он будет вклю­чен и в изучение изменчивости нормальных психических функций.

* * *

Одним из наиболее замечательных биологических открытий XX сто­летия стало определение структуры ДНК. Расшифровка генетического кода, открытие механизмов транскрипции, трансляции и некоторых других процессов на уровне ДНК являются фундаментом в строящем­ся здании психогенетики — науки, одна из задач которой состоит в раскрытии секретов соотношения генов и психики. Современные пред­ставления о структуре и функциях ДНК коренным образом изменили наши представления о структуре и функционировании генов. Сегодня гены определяются не как абстрактные «факторы наследственности», а как функциональные отрезки ДНК, контролирующие синтез белка и регулирующие активность других генов.

Одним из основных источников изменчивости являются генные мутации. Своими успехами современная молекулярная генетика обя­зана открытию и использованию закономерностей мутирования ДНК с целью обнаружения и картирования генетических маркёров. Имен­но они позволят психогенетике перейти от популяционных характе­ристик к индивидуальным.

105

Глава V

ДИНАМИКА ГЕНОВ В ПОПУЛЯЦИЯХ

Подобно тому, как становление личности находится под влиянием той культуры, в которой она формируется, так и генотип индивида несет на себе отпечатки той генетической популяции, в которой этот генотип существует. Законы существования генов в популяциях изуча­ет популяционная генетика. Специальный интерес для нее представ­ляет эволюция генотипа человека вообще и эволюция генотипов, спе­цифичных для тех или иных популяций. Популяционная генетика тес­но связана с эволюционной теорией Ч. Дарвина.

Термин «популяция» имеет разговорно-бытовое хождение, упот­ребляясь при обозначении не групп особей в биологическом смысле, а населения страны, ее частей, населенного пункта или даже фор­мальной организационной структуры. Научное же эволюционно-гене-тическое определение популяции предложено Н.В. Тимофеевым-Ре­совским, который под популяцией понимал совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени (боль­шого числа поколений) населяющих определенное пространство, внутри которого практически осуществляется та или иная степень панмиксии* и нет заметных изоляционных барьеров; эта совокупность особей отделена от соседних таких же совокупностей особей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции**. Такое понимание популяции принято в современной генетике.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ ПОПУЛЯЦИИ

АЛЛЕЛИ И ГЕНОТИПЫ: ЧАСТОТА ВСТРЕЧАЕМОСТИ И ДИНАМИКА В ПОПУЛЯЦИЯХ

Для психогенетики понятия и теории популяционной генетики чрезвычайно важны потому, что индивидуумы, осуществляющие пе­редачу генетического материала из поколения в поколение, не явля­ются изолированными особями; они отражают особенности генети­ческой структуры той популяции, к которой принадлежат.

Рассмотрим следующий пример. Уже упоминавшаяся фенилкетонурия (ФКУ) представляет собой врожденную ошибку метаболизма, которая вызы­вает постнатальное поражение мозга, приводящее, при отсутствии необхо-

* Панмиксия — случайное, не зависящее от генотипа и фенотипа особей об­разование родительских пар (случайное скрещивание).

** Изоляция — существование каких-либо барьеров, нарушающих панмик-сию; изоляция является основной границей, разделяющей соседние популяции в любой группе организмов.

106

димого вмешательства, к тяжелым формам умственной отсталости. Частота встречаемости этого заболевания варьирует от 1:2600 в Турции до 1:119000 в Японии, что свидетельствует о разной частоте аллелей-мутантов в разных популяциях.

В 1985 г. ген, мутации которого вызывают развитие ФКУ (ген Phe), был картирован; оказалось, что он локализован на коротком плече 12-й хромосо­мы. Изучая структуру этого гена у здоровых и больных ФКУ индивидуумов, ученые обнаружили 31 мутацию в разных участках гена Phe. Тот факт, что частоты встречаемости и характер этих мутаций в разных популяциях раз­личны, позволяет формулировать гипотезы о том, что большинство их про­изошло независимо друг от друга, в разные моменты времени и, вероятнее всего, после разделения человечества на популяции.

Результаты популяционных исследований имеют огромное практическое значение. В Италии, например, частота встречаемости определенных алле­лей-мутантов в гетерозиготном состоянии достаточно велика, поэтому там проводится пренатальная диагностика ФКУ для своевременного медицинс­кого вмешательства. В азиатских популяциях частота встречаемости мутант-ных аллелей в 10-20 раз ниже, чем в европейских, поэтому в странах этого региона осуществление пренатального скрининга не является первоочеред­ной задачей.

Таким образом, генетическая структура популяций — один из важ­нейших факторов, определяющих особенности передачи по наслед­ству различных признаков. Пример ФКУ (как и многие другие факты) показывает, что специфика изучаемой популяции должна учитывать­ся при исследовании механизмов передачи по наследству любого при­знака человека.

Популяции человека подобны живым организмам, которые тонко реагируют на все изменения своего внутреннего состояния и находят­ся под постоянным влиянием внешних факторов. Мы начнем наше краткое знакомство с основными понятиями популяционной генети­ки с определенного упрощения: мы как бы на некоторое время вык­лючим все многочисленные внешние и внутренние факторы, влияю­щие на естественные популяции, и представим себе некоторую попу­ляцию в состоянии покоя. Затем мы будем «включать» один фактор за другим, добавляя их в сложную систему, определяющую состояние естественных популяций, и рассматривать характер их специфических влияний. Это позволит нам получить представление о многомерной реальности существования популяций человека.

ПОПУЛЯЦИИ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ (ЗАКОН ХАРДИ-ВАЙНБЕРГА)

На первый взгляд, доминантное наследование, когда при встрече двух аллелей один подавляет действие другого, должно приводить к тому, что частота встречаемости доминантных генов от поколения к поколению будет увеличиваться. Однако этого не происходит; наблю­даемая закономерность объясняется законом Харди-Вайнберга.

Представим себе, что мы играем в компьютерную игру, програм­ма которой написана таким образом, что в ней полностью отсутству-

107

ет элемент случайности, т.е. события развиваются в полном соответ­ствии с программой. Смысл игры состоит в том, чтобы создать попу­ляцию диплоидных (т.е. содержащих удвоенный набор хромосом) орга­низмов, задать закон их скрещивания и проследить, что произойдет с этой популяцией через несколько поколений. Представим также, что создаваемые нами организмы генетически чрезвычайно просты: у каж­дого из них только по одному гену (гену А). Для начала определим, что в популяции существует лишь две альтернативных формы гена А — аллели а и а. Поскольку мы имеем дело с диплоидными организ­мами, генетическое разнообразие популяции может быть описано пе­речислением следующих генотипов: аа, аа и аа. Определим частоту встречаемости а как р, а частоту встречаемости а как q, причем р и q одинаковы у обоих полов. Теперь определим характер скрещивания созданных нами организмов: установим, что вероятность формирова­ния брачной пары между особями не зависит от их генетического строения, т.е. частота скрещивания определенных генов пропорцио­нальна доле, в которой эти генотипы представлены в популяции. По­добное скрещивание называется случайным скрещиванием. Начнем иг­рать и пересчитаем частоту встречаемости исходных генотипов (аа, аа и аа) в дочерней популяции. Мы обнаружим, что

(p + q)2 =p2+2pq + q2

а а aa аа аа (5.1)

где буквам в нижней строке, обозначающим аллели и генотипы, со­ответствуют их частоты, расположенные в верхней строке. Теперь сыг­раем в игру 10 раз подряд и пересчитаем частоту встречаемости гено­типов в 10-м поколении. Полученный результат подтвердится: часто­ты встречаемости будут такими же, как и в формуле 5.1.

Повторим игру с начала, только теперь определим условия ина­че, а именно: р и q не равны у особей мужского и женского полов. Определив частоты встречаемости исходных генотипов в первом по­колении потомков, мы обнаружим, что найденные частоты не соот­ветствуют формуле 5.1. Создадим еще одно поколение, опять пере­считаем генотипы и обнаружим, что во втором поколении частоты встречаемости исходных генотипов вновь соответствуют этой формуле. Повторим игру еще раз, но теперь вместо двух альтернативных форм гена А зададим три - а, а и а0 , частоты встречаемости которых равны соответственно р, q и z и примерно одинаковы у особей муж­ского и женского полов. Пересчитав частоты встречаемости исходных генотипов во втором поколении, обнаружим, что

(p + q + z)2 = p2 +q2 +z2 + 2pq + 2pz + 2qz 0 00 0 0

а а a aa аа a a аа a a аа (5.2)

108

Создадим еще несколько поколений и пересчитаем опять — часто­ты встречаемости исходных генотипов не изменятся.

Итак, подведем итоги. На основании проведенного нами исследо­вания в рамках компьютерной игры-симуляции, мы обнаружили, что:

ожидаемые частоты исходных генотипов в производных поко­лениях описываются путем возведения в квадрат многочлена, являющегося суммой частот аллелей в популяции (иными сло­вами, частоты генотипов связаны с частотами генов квадратичными соотношениями);

частоты генотипов остаются неизменными из поколения в поколение;

при случайном скрещивании ожидаемые частоты исходных генотипов достигаются за одно поколение, если частоты алле­лей у двух полов одинаковы, и за два поколения, если у двух полов в первом поколении частоты различны.

Воспроизведенные нами зависимости впервые были описаны в начале нынешнего века (1908) независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. В их честь эта закономерность была названа законом Харди-Вайнберга (иногда ис­пользуются и другие термины: равновесие Харди-Вайнберга, соотно­шение Харди-Вайнберга).

Этот закон описывает взаимоотношения между частотами встре­чаемости аллелей в исходной популяции и частотой генотипов, вклю­чающих эти аллели, в дочерней популяции. Он является одним из краеугольных принципов популяционной генетики и применяется при изучении естественных популяций. Если в естественной популяции наблюдаемые частоты встречаемости определенных генов соответствуют частотам, теоретически ожидаемым на основании закона Харди-Вайн­берга, то о такой популяции говорят, что она находится в состоянии равновесия по Харди-Вайнбергу.

Закон Харди-Вайнберга дает возможность рассчитать частоты генов и генотипов в ситуациях, когда не все генотипы могут быть выделены феноти-пически в результате доминантности некоторых аллелей. В качестве приме­ра опять обратимся к ФКУ. Предположим, что частота встречаемости гена ФКУ (т.е. частота встречаемости аллеля-мутанта) в некой популяции состав­ляет q = 0,006. Из этого следует, что частота встречаемости нормального аллеля равна р = 1 - 0,006 = 0,994. Частоты генотипов людей, не страдающих умственной отсталостью в результате ФКУ, составляют р2= 0,9942= 0,988 для генотипа аа и 2pq =2'0,994-0,006 = 0,012 для генотипа аа.

Теперь представим себе, что некий диктатор, не знающий законов попу­ляционной генетики, но одержимый идеями евгеники, решил избавить свой народ от умственно отсталых индивидуумов. В силу того, что гетерозиготы фенотипически неотличимы от гомозигот, программа диктатора должна стро­иться исключительно на уничтожении или стерилизации рецессивных гомо-

109

зигот. Однако, как мы уже определили, большинство аллелей-мутантов встре­чаются не у гомозигот (q2= 0,000036), а у гетерозигот (2pq = 0,012). Следо­вательно, даже тотальная стерилизация умственно отсталых приведет лишь к незначительному снижению частоты аллеля-мутанта в популяции: в дочернем поколении частота умственной отсталости будет примерно такой же, как в исходном поколении. Для того чтобы существенно снизить частоту встречае­мости аллеля-мутанта, диктатору и его потомкам пришлось бы осуществлять подобного рода отбор или стерилизацию на протяжении многих поколений.

Как уже отмечалось, закон Харди-Вайнберга имеет две составля­ющие, из которых одна говорит о том, что происходит в популяции с частотами аллелей, а другая - с частотами генотипов, содержащих данные гены, при переходе от поколения к поколению. Напомним, что равенство Харди-Вайнберга не учитывает воздействия множества внутренних и внешних факторов, определяющих состояние популя­ции на каждом шагу ее эволюционного развития. Закон Харди-Вайн­берга выполняется, когда в популяции: 1) отсутствует мутационный процесс; 2) отсутствует давление отбора; 3) популяция бесконечно велика; 4) популяция изолирована от других популяций и в ней имеет место панмиксия*. Обычно процессы, определяющие состояние по­пуляции, разбиваются на две большие категории — те, которые вли­яют на генетический профиль популяции путем изменения в ней ча­стот генов (естественный отбор, мутирование, случайный дрейф ге­нов, миграция), и те, которые влияют на генетический профиль популяции путем изменения в ней частот встречаемости определен­ных генотипов (ассортативный подбор супружеских пар и инбридинг), Что же происходит с частотами аллелей и генотипов при условии активизации процессов, выступающих в роли «природных нарушите­лей» покоя популяций?

ЭВОЛЮЦИОНИРУЮЩИЕ ПОПУЛЯЦИИ

Любое описание явлений природы - словесное, графическое или математическое — это всегда упрощение. Иногда подобное описание концентрируется преимущественно на каком-то одном, по каким-то соображениям наиболее важном, аспекте рассматриваемого явления. Так, мы считаем удобным и графически выразительным изображение атомов в форме миниатюрных планетарных систем, а ДНК — в форме

* Существуют и некоторые другие условия, при которых этот закон адекватно описывает состояние популяции. Они проанализированы Ф. Фогелем и А. Мотуль-ски [151]. Для психогенетических исследований особенно важно несоблюдение условия 4: хорошо известен феномен ассортативности, т.е. неслучайного подбора супружеских пар по психологическим признакам; например, корреляция между супругами по баллам IQ достигает 0,3-0,4. Иначе говоря, панмиксия в этом случае отсутствует. Равным образом интенсивная миграция населения в наше время сни­мает условие изолированности популяций.

ПО

витой лестницы. В популяционной генетике также существует множе­ство подобных упрощающих моделей. Например, генетические изме­нения на популяционном уровне принято анализировать в рамках двух основных математических подходов - детерминистического и стохас­тического. Согласно детерминистической модели, изменения частот аллелей в популяциях при переходе от поколения к поколению про­исходят по определенной схеме и могут быть предсказаны, если: 1) раз­меры популяции неограниченны; 2) среда неизменна во времени или средовые изменения происходят согласно определенным законам. Су­ществование популяций человека не вмещается в рамки данных усло­вий, поэтому детерминистическая модель в своей крайней форме пред­ставляет абстракцию. В реальности частоты аллелей в популяциях из­меняются и под действием случайных процессов.

Изучение случайных процессов требует применения другого мате­матического подхода — стохастического. Согласно стохастической модели, изменение частот аллелей в популяциях происходит по веро­ятностным законам, т.е. даже если исходные условия популяции пра­родителей известны, частоты встречаемости аллелей в дочерней по­пуляции однозначно предсказать нельзя. Могут быть предсказаны толь­ко вероятности появления определенных аллелей с определенной частотой.

Очевидно, что стохастические модели ближе к реальности и, с этой точки зрения, являются более адекватными. Однако математи­ческие операции намного легче производить в рамках детерминисти­ческих моделей, кроме того, в определенных ситуациях они представ­ляют собой все-таки достаточно точное приближение к реальным про­цессам. Поэтому популяционная теория естественного отбора, которую мы рассмотрим далее, изложена в рамках детерминистической модели.

2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЧАСТОТ АЛЛЕЛЕЙ В ПОПУЛЯЦИИ

Как уже говорилось, закон Харди-Вайнберга описывает популя­ции в состоянии покоя. В этом смысле он аналогичен первому закону Ньютона в механике, согласно которому любое тело сохраняет состо­яние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока дей­ствующие на него силы не изменят это состояние.

Закон Харди-Вайнберга гласит: при отсутствии возмущающих про­цессов частоты генов в популяции не изменяются. Однако в реальной жизни гены постоянно находятся под воздействием процессов, изме­няющих их частоты. Без таких процессов эволюция просто не проис­ходила бы. Именно в этом смысле закон Харди-Вайнберга аналогичен первому закону Ньютона — он задает точку отсчета, по отношению к которой анализируются изменения, вызванные эволюционными про­цессами. К последним относятся мутации, миграции и дрейф генов.

111

МУТАЦИИ КАК ИСТОЧНИК ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

Мутации служат основным источником генетической изменчиво­сти, но их частота крайне низка. Мутирование — процесс чрезвычай­но медленный, поэтому если мутирование происходило бы само по себе, а не в контексте действия других популяционных факторов (на­пример, дрейфа генов или миграции), то эволюция протекала бы не­вообразимо медленно. Приведем пример.

Предположим, существуют два аллеля одного локуса (т.е. два ва­рианта одного гена) — а и а. Допустим, что в результате мутации а превращается в а, а частота этого явления — и на одну гамету за одно поколение. Допустим также, что в начальный момент времени (до нача­ла процесса мутации) частота аллеля а равнялась р0. Соответственно, в следующем поколении и аллелей типа а превратятся в аллели типа а, а частота аллеля а будет равна р1 = р0 - и" р0 = р0 (1 - v). Во втором поколении доля и оставшихся аллелей а (частота встречаемости кото­рых в популяции теперь составляет р1) снова мутирует в а, а частота а будет равна р2 = р1 (1 - и) = р0 (1 - и) х (1 - и) = р0 (l - и) . По проше­ствии t поколений частота аллеля а будет равна р0 (1 - и)t.

Поскольку величина (1 — и) < 1, то очевидно, что с течением времени частота встречаемости аллеля а уменьшается. Если этот про­цесс продолжается бесконечно долго, то она стремится к нулю. Инту­итивно эта закономерность достаточно прозрачна: если в каждом по­колении какая-то часть аллелей а превращается в аллели а, то рано или поздно от аллелей типа а ничего не останется — они все превра­тятся в аллели а.

Однако вопрос о том, как скоро это произойдет, остается откры­тым - все определяется величиной и. В естественных условиях она чрезвычайно мала и составляет примерно 10-5 . В таком темпе, для того чтобы изменить частоту аллеля а от 1 до 0,99, потребуется примерно 1000 поколений; для того чтобы изменить его частоту от 0,50 до 0,49 — 2000 поколений, а от 0,10 до 0,09 — 10 000 поколений. Вообще, чем меньше исходная частота аллеля, тем больше времени требуется на ее снижение. (Переведем поколения в годы: принято считать, что у че­ловека смена поколений происходит каждые 25 лет.)

Разбирая этот пример, мы сделали предположение о том, что про­цесс мутирования односторонен - а превращается в а, но обратного движения (а в а) не происходит. На самом деле мутации бывают как односторонние (а -> а), так и двухсторонние (а -> а и а -> а), при этом мутации типа а -> а называются прямыми, а мутации типа а -> а называются обратными. Это обстоятельство, конечно же, несколько осложняет подсчет частот встречаемости аллелей в популяции.

Отметим, что частоты аллелей в естественных популяциях обычно не находятся в состоянии равновесия между прямыми и обратными мутациями. В частности, естественный отбор может благоприятство-

112

вать одному аллелю в ущерб другому, и в этом случае частоты аллелей определяются взаимодействием между мутациями и отбором. Кроме того, при наличии двухстороннего мутационного процесса (прямых и обратных мутаций) изменение частот аллелей происходит медленнее, чем в случае, когда мутации частично компенсируют снижение час­тоты встречаемости исходного дикого аллеля (аллеля а). Это еще раз подтверждает сказанное выше: для того чтобы мутации сами по себе привели к сколько-нибудь значительному изменению частот аллелей, требуется чрезвычайно много времени.

МИГРАЦИЯ

Миграцией называется процесс перемещения особей из одной по­пуляции в другую и последующее скрещивание представителей этих двух популяций. Миграция обеспечивает «поток генов», т.е. изменение генетического состава популяции, обусловленное поступлением но­вых генов. Миграция не влияет на частоту аллелей у вида в целом, однако в локальных популяциях поток генов может существенно из­менить относительные частоты аллелей при условии, что у «старожи­лов» и «мигрантов» исходные частоты аллелей различны.

В качестве примера рассмотрим некоторую локальную популяцию А, членов которой будем называть старожилами, и популяцию Б, членов которой назовем мигрантами. Допустим, что доля последних в популяции равна ц, так что в следующем поколении потомство полу­чает от старожилов долю генов, равную (1 - ц), а от мигрантов — долю, равную ц. Сделаем еще одно допущение, предположив, что в популяции, из которой происходит миграция, средняя частота аллеля а составляет Р,ав локальной популяции, принимающей мигрантов, его исходная частота равна р0. Частота встречаемости аллеля а в следу­ющем (смешанном) поколении в локальной популяции (популяции-реципиенте) составит:

А =(\-^)Ро+^Р = Ро-^(Ро-Р)-

Другими словами, новая частота аллеля равна исходной частоте аллеля (р0), умноженной на долю старожилов (1 - ц) плюс доля при­шельцев (ц) , умноженная на частоту их аллеля (Р). Применив эле­ментарные алгебраические приемы и перегруппировав члены уравне­ния, находим, что новая частота аллеля равна исходной частоте (р0) минус доля пришельцев М(ц), умноженная на разность частот алле­лей у старожилов и пришельцев 0Р).

За одно поколение частота аллеля а изменяется на величину АР, рассчитываемую по формуле: АР = p1 - p0. Подставив в это уравнение полученное выше значение р1, получим: АР = р0 - ju(p0 - Р) - р0 = = - /л (р0 - Р). Говоря иначе, чем больше доля пришельцев в популяции и чем больше различия в частотах аллеля а у представителей популя-

8-1432

113

ции, в которую иммигрируют особи, и популяции, из которой они эмигрируют, тем выше скорость изменения частоты этого аллеля. От­метим, что АР = 0 только тогда, когда нулю равны либо ц, т.е. мигра­ция отсутствует, либо (р0 — Р), т.е. частоты аллеля а совпадают в обеих популяциях. Следовательно, если миграция не останавливается и по­пуляции продолжают смешиваться, то частота аллеля в популяции-реципиенте будет изменяться до тех пор, пока р0 не будет равняться Р, т.е. пока частоты встречаемости а не станут одинаковыми в обеих популяциях.

Как разница в частоте встречаемости аллеля в двух соседних попу­ляциях изменяется во времени?

Допустим, что мы наблюдаем миграцию в течение двух поколе­ний. Тогда после второго поколения различие в частотах встречаемос­ти аллеля а в обеих популяциях будет равно

-P), (5.4)

а после t поколений

Pl-P = (l-i)(p0-P). (5.5)

Эта формула чрезвычайно полезна. Во-первых, она позволяет рас­считать частоту аллеля а в локальной популяции (популяция старожи­лов) по прошествии t поколений миграции с известной скоростью ц (при условии, что исследователю известны исходные частоты аллелей р0 и р1). И во-вторых, зная исходные частоты аллеля а в популяции, из которой мигрируют особи, и в популяции, в которую они мигриру­ют, конечные (послемиграционные) частоты аллеля а в популяции-реципиенте и продолжительность процесса миграции (t), можно рас­считать интенсивность потока генов pi.

Генетический след миграции. В США потомство от смешанных браков между белыми и черными принято относить к черному населению. Следова­тельно, смешанные браки можно рассматривать как поток генов из белой популяции в черную. Частота аллеля R°, контролирующего резус-фактор кро­ви, составляет среди белых примерно Р= 0,028. В африканских популяциях, отдаленными потомками которых являются современные члены черной по­пуляции США, частота этого аллеля равна р0 = 0,630. Предки современного черного населения США были вывезены из Африки примерно 300 лет назад (т.е. прошло примерно 10-12 поколений); для простоты примем, что t = 10. Частота аллеля R° современного черного населения США составляет рt = 0,446.

р -Р Переписав уравнение 5,5 в виде (1 — 1) = p------- и

Р

подставив значения

)10

соответствующих величин, получим (1 - ц)10 = 0,694, ц= 0,036. Таким образом, поток генов от белого населения США к черному шел со средней интенсив­ностью 3,6% за одно поколение. В результате через 10 поколений доля генов африканских предков составляет примерно 60% общего числа генов совре­менного черного населения США и около 30% генов (1 - 0,694 = 0,306) унаследовано от белых.

114

случайный дрейф генов

Любая природная популяция характеризуется тем, что она имеет конечное (ограниченное) число особей, входящих в ее состав. Этот факт проявляется в чисто случайных, статистических флуктуациях частот генов и генотипов в процессах образования выборки гамет, из которой формируется следующее поколение (поскольку не каждая особь в популяции производит потомство); объединения гамет в зиго­ты; реализации «социальных» процессов (гибели носителей опреде­ленных генотипов в результате войн, бедствий, смертей до репродук­тивного возраста); влияния мутационного и миграционного процес­сов и естественного отбора. Очевидно, что в больших популяциях влияние подобных процессов значительно слабее, чем в маленьких. Случайные, статистические флуктуации частот генов и генотипов на­зываются популяционными волнами. Для обозначения роли случай­ных факторов в изменении частот генов в популяции С. Райт ввел понятие «дрейф генов» (случайный дрейф генов), а Н.П. Дубинин и Д.Д. Ромашов — понятие «генетико-автоматические процессы». Мы будем использовать понятие «случайный дрейф генов».

Случайным дрейфом генов называется изменение частот аллелей в ряду поколений, являющееся результатом действия случайных при­чин, например, резким сокращением размера популяции в результате войны или голода. Предположим, что в некоторой популяции частоты двух аллелей а и а равны 0,3 и 0,7 соответственно. Тогда в следующем поколении частота аллеля а может быть больше или меньше, чем 0,3, просто в результате того, что в наборе зигот, из которых формируется следующее поколение, его частота в силу каких-то причин оказалась отличной от ожидавшейся.

Общее правило случайных процессов таково: величина стандарт­ного отклонения частот генов в популяции всегда находится в обрат­ной зависимости от величины выборки — чем больше выборка, тем меньше отклонение. В контексте генетики популяций это означает, что, чем меньше число скрещивающихся особей в популяции, тем больше вариативность частот аллелей в поколениях популяции. В не­больших популяциях частота одного гена может случайно оказаться очень высокой. Так, в небольшом изоляте (дункеры в штате Пенсиль­вания, США, выходцы из Германии) частота генов групп крови АВО значительно выше, чем в исходной популяции в Германии [103]. И нап­ротив, чем больше число особей, участвующих в создании следующе­го поколения, тем ближе теоретически ожидаемая частота аллелей (в родительском поколении) к частоте, наблюдаемой в следующем поколении (в поколении потомков).

Важным моментом является то, что численность популяции опре­деляется не общим числом особей в популяции, а ее так называемой эффективной численностью, которая определяется числом скрещива­ющихся особей, дающих начало следующему поколению. Именно эти

8' 115

особи (а не вся популяция в целом), становясь родителями, вносят генный вклад в следующее поколение.

Если популяция не слишком мала, то обусловленные дрейфом генов изменения частот аллелей, происходящие за одно поколение, также относительно малы, однако, накопившись в ряду поколений, они могут стать весьма значительными. В том случае, если на частоты аллелей в данном локусе не оказывают влияния никакие другие про­цессы (мутации, миграции или отбор), эволюция, определяемая слу­чайным дрейфом генов, в конечном счете приведет к фиксации одно­го из аллелей и уничтожению другого. В популяции, в которой дей­ствует только дрейф генов, вероятность того, что данный аллель будет фиксирован, равна исходной частоте его встречаемости. Иными сло­вами, если аллель гена А в популяции встречается с частотой 0,1, то вероятность того, что в какой-то момент развития популяции этот аллель станет в ней единственной формой гена А, составляет 0,1. Со­ответственно, вероятность того, что в какой-то момент развития по­пуляции зафиксируется аллель, встречающийся в ней с частотой 0,9, составляет 0,9. Однако для того, чтобы фиксация произошла, требу­ется достаточно много времени, поскольку среднее число поколе­ний, необходимых для фиксации аллеля, примерно в 4 раза больше, чем число родителей в каждом поколении.

Предельный случай дрейфа генов представляет собой процесс возник­новения новой популяции, происходящей всего от нескольких особей. Этот феномен известен под названием эффекта основателя (или «эффекта родо­начальника»).

В. Маккьюсик описал эффект основателя у секты меннонитов (штат Пен­сильвания, США). В середине 60-х этот популяционный изолят насчитывал 8000 чел., и почти все они произошли от трех супружеских пар, прибывших в Америку до 1770 г. Для них была характерна необычно высокая частота гена, вызывающего особую форму карликовости с полидактилией (наличием лиш­них пальцев). Это настолько редкая патология, что к моменту выхода книги Маккьюсика во всей медицинской литературе было описано не более 50 по­добных случаев; в изоляте же меннонитов было обнаружено 55 случаев дан­ной аномалии. Очевидно, случайно сложилось так, что один из носителей это­го редкого гена и стал «основателем» повышенной его частоты у меннони­тов. Но в тех их группах, которые живут в других районах США и ведут свое начало от других предков, эта аномалия не обнаружена [103].

Случайное изменение частот аллелей, являющихся разновиднос­тью случайного дрейфа генов, — феномен, возникающий в случае, если популяция в процессе эволюции проходит сквозь «бутылочное горлышко». Когда климатические или какие-то другие условия суще­ствования популяции становятся неблагоприятными, ее численность резко сокращается и возникает опасность ее полного исчезновения. Если же ситуация изменяется в благоприятную сторону, то популя­ция восстанавливает свою численность, однако в результате дрейфа генов в момент прохождения через «бутылочное горлышко» в ней су-

116

щественно изменяются частоты аллелей, и затем эти изменения со­храняются на протяжении последующих поколений. Так, на первых ступенях эволюционного развития человека многие племена неоднок­ратно оказывались на грани полного вымирания. Одни из них исчеза­ли, а другие, пройдя стадию резкого сокращения численности, раз­растались — иногда за счет мигрантов из других племен, а иногда благодаря увеличению рождаемости. Наблюдаемые в современном мире различия частот встречаемости одних и тех же аллелей в разных попу­ляциях могут в определенной степени объясняться влиянием разных вариантов процесса генетического дрейфа.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР

Естественным отбором называется процесс дифференциального воспроизводства потомства генетически различными организмами в популяции. Фактически это означает, что носители определенных ге­нетических вариантов (т.е. определенных генотипов) имеют больше шансов выжить и оставить потомство, чем носители других вариантов (генотипов). Дифференциальное воспроизводство может быть связано с действием разных факторов, среди которых называются смертность, плодовитость, оплодотворяемость, успешность спаривания и продол­жительность репродуктивного периода, выживаемость потомства (иног­да ее называют жизнеспособностью).

Мерой способности особи к выживанию и размножению является приспособленность. Однако, поскольку размер популяции обычно ог­раничен особенностями среды, в которой она существует, эволюци­онная результативность особи определяется не абсолютной, а отно­сительной приспособленностью, т.е. ее способностью к выживанию и размножению по сравнению с носителями других генотипов в данной популяции. В природе приспособленность генотипов не постоянна, а подвержена изменению. Тем не менее в математических моделях зна­чение приспособленности принимается за константу, что помогает при разработке теорий популяционной генетики. Например, в одной из наиболее простых моделей предполагается, что приспособленность организма полностью определяется структурой его генотипа. Кроме того, при оценке приспособленности допускается, что все локусы осуществляют независимые вклады, т.е. каждый локус может анали­зироваться независимо от других.

Выделяются три основных типа мутаций: вредоносные, нейтраль­ные и благоприятствующие. Большинство новых мутаций, возникаю­щих в популяции, являются вредоносными, так как снижают приспо­собленность их носителей. Отбор обычно действует против таких му­тантов, и через некоторое время они исчезают из популяции. Данный тип отбора называется отрицательным (стабилизирующим). Однако существуют мутации, появление которых не нарушает функциониро-

117

вание организма. Приспособленность таких мутантов может быть так же высока, как и приспособленность аллелей-немутантов (исходных аллелей) в популяции. Эти мутации являются нейтральными, и есте­ственный отбор остается равнодушным к ним, не действуя против них (дизруптивный отбор). При действии дизруптивного отбора внутри популяции обычно возникает полиморфизм — несколько отчетливо различающихся форм гена (см. гл. IV). Третий тип мутантов появляется крайне редко: такие мутации могут повысить приспособленность орга­низма. В этом случае отбор может действовать так, что частота встре­чаемости аллелей-мутантов может повыситься. Данный тип отбора на­зывается положительным (движущим) отбором.

ПОДСТАНОВКА ГЕНОВ

Предельным случаем эволюционирования популяции является полное исчезновение из нее исходных аллелей. Подстановкой генов (полной заменой одного аллеля на другой) называется процесс, в ре­зультате которого аллель-мутант вытесняет исходно доминировавший аллель «дикого типа». Иными словами, в результате действия различ­ных популяционных процессов (например, мутационного процесса, случайного дрейфа генов, отбора) в популяции обнаруживаются только аллели-мутанты: аллель-мутант появляется в популяции в единствен­ном числе в результате единичной мутации, а затем, после смены достаточного количества поколений, его частота достигает 100%, т.е. он фиксируется в популяции. Время, требующееся аллелю для дости­жения 100% частоты встречаемости, называется временем фиксации. Очевидно, что не все аллели-мутанты достигают 100% встречаемости и фиксируются в популяции. Обычно бывает наоборот; большинство аллелей-мутантов в течение нескольких поколений элиминируется. Вероятность того, что данный аллель-мутант зафиксируется в попу­ляции, обозначается величиной, называемой вероятностью фиксации.

Новые мутанты возникают в популяциях постоянно, при этом в качестве одного из сопровождающих мутацию процессов разворачи­вается процесс подстановки генов, в которых аллель А заменяется новым аллелем Б, а тот в свою очередь заменяется аллелем В и т.д. Динамика этого процесса описывается понятием «скорость процессов подстановки генов», отражающим количество подстановок и фикса­ций в единицу времени.

3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДИНАМИКУ

ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТ ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ

Мутации, миграция, отбор и дрейф генов влияют на динамику частот как конкретных аллелей, так и целостных генотипов. Опреде­ленные типы скрещивания влияют только на частоты генотипов. Сре­ди этих процессов - инбридинг и ассортативное скрещивание.

118

ИНБРИДИНГ

Закон Харди-Вайнберга действует лишь тогда, когда скрещивание случайно и вероятность скрещивания двух генотипов равна произве­дению их частот. Инбридинг же представляет собой один из вариантов неслучайного скрещивания, когда потомство производится особями, являющимися генетическими родственниками друг другу. Поскольку родственные особи в генетическом отношении более сходны между собой, чем не состоящие в родстве организмы, постольку инбридинг ведет к повышению частоты гомозигот и снижению частоты гетеро-зигот по сравнению с теоретически ожидаемой при случайном скре­щивании (хотя частоты аллелей при этом не меняются). Крайним слу­чаем инбридинга является самооплодотворение или самоопыление — формы размножения, которые широко распространены у некоторых видов растений. Общая закономерность заключается в том, что в по­пуляциях инбридинг повышает частоту фенотипического проявления вредных рецессивных аллелей, поскольку повышает вероятность «встре­чи» двух рецессивных генов, определяющих то или иное отклонение от нормы.

Мерой генетических последствий инбридинга служит коэффици­ент инбридинга, представляющий собой вероятность того, что у ка­кой-либо особи в данном локусе окажутся два аллеля, идентичные по происхождению, т.е. точные копии аллеля, имевшегося в генотипе одного из прародителей этой особи в каком-то из предшествующих поколений. Коэффициент инбридинга обычно обозначается буквой F (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Коэффициент инбридинга (F) в потомстве от родственных скрещиваний

Тип скрещивания

Степень родства

F

Сиблинги

I

1/4

Дядя-племянница, тетя-племянник Двоюродные брат— сестра

II

1/8

Двоюродные дядя-племянница или двоюродные тетя-племянник

Троюродные брат— сестра

Троюродные дядя— племянница или троюродные тетя-племянник

III

1/32

1/64 1/128

Четвероюродные брат— сестра

IV

1/256

119

Ряс. 5.1. Результаты выполнения теста Векслера детьми от кровосмсшан-ных браков [по 363].

«—• — результаты выполнения тестон детьми от кровосмешанпых (двоюродных

братьев и сестер) браков; —- — результаты выполнения тестов детьми из контрольной выборки.

У растений при самоопылении коэффициент самый большой (F= 1/2). У человека супружеские от