Каминская Э.А. Общая генетика

Подождите немного. Документ загружается.

обладающей необыкновенным телосложением. Она передала указан-

ный признак своему сыну Фридриху III (XV в.). Последним носителем

данного признака был испанский король Альфонс XIII (XX в.).

Интересная родословная была составлена по наследованию гемофи-

лии у европейских царствующий фамилий, ведущих род от англий-

ской королевы Виктории (рис. 144).

В настоящее время генеалогический метод используется в прак-

тике медико-генетического консультирования. С его помощью уста-

навливается главным образом тип наследования признака (доми-

нантный или рецессивный, аутосомный или сцепленный с полом) и

определяется, если это возможно, примерный генотип особей, особен-

но пробанда (лицо, на которое составляется родословная), а также

его близких родственников, и, самое главное, рассчитывается вероят-

ность проявления признака в потомстве пробанда. Для клинических

исследований большое значение имеет выявление «скрытого носи-

теля» наследственной болезни, что возможно только при тщательном

анализе родословной. Это довольно сложный метод, поскольку при

составлении родословных зачастую по тем или иным причинам при-

ходится ограничиваться отрывочными, неточными, неполными сведе-

ниями. Следует отметить, что родословную должен составлять

человек, имеющий генетическое и медицинское образование, способ-

ный правильно диагностировать наследственные заболевания и

описать тот или иной признак.

С помощью близнецового метода на основании данных о

сходстве и различии близнецов проводится анализ характера взаимо-

действия генетических и средовых факторов в процессе развития

человека. Известно, что формирование фенотипа индивидуума в

целом определяется генотипом. Он контролирует развитие не только

биологических признаков человека, но и его психических свойств.

Однако проявление этих признаков и свойств в фенотипе во многом

зависит от условий развития. Иногда признак, имеющий исключи-

тельно генетическую природу (например, группы крови), в опре-

'277

деленных условиях может изменить свое фенотипическое выражение.

Так, у лиц с генотипом второй группы крови в силу каких-то причин

проявляются свойства первой группы (так называемый Бомбейский

синдром).

Рождение близнецов, их чрезвычайное сходство всегда поражало

воображение людей. У народов Востока близнецов отождествляли

с божествами, в Элладе существовали мифы о близнецах Аполлоне

и Артемиде, Касторе и Поллуксе (братья Диоскуры — сыновья

Зевса и Леды), Ромуле и Реме (по преданию, вскормленных волчицей

и признанных основателями великого Рима). Это явление привлекло

внимание и ученых, но тогда еще не было предметом научного

исследования.

Лишь в 1876 г. Ф. Гальтон предложил использовать близнецов

для изучения роли наследственности и среды в формировании орга-

низма. Однако он еще не различал однояйцевых и двуяйцевых близ-

нецов и считал, что их несхожесть обусловлена только влиянием

факторов внешней среды.

В 1914 г. Г. Пол предпринял попытку использовать близнецовый

метод для анализа наследственной детерминации признаков, но она

не увенчалась успехом из-за отсутствия надежного критерия в опре-

делении типа близнецов. И только в 1924 г. Г. Сименс разработал

методику определения зиготности близнецов и предложил различать

монозиготных — однояйцевых и дизиготных — двуяйцевых близ-

нецов.

Однояйцевые близнецы (ОБ) формируются при дроблении одной

оплодотворенной яйцеклетки (рис. 145) и являются генетически тож-

дественными в том случае, если только в одном из зародышей

после их разделения не возникнет соматическая мутация. Они имеют

'278

одинаковый генотип, однородны по полу и обнаруживают огромное

фенотипическое сходство (рис. 146, а). Поэтому их еще называют

идентичными близнецами. Для них характерны не только чрезвы-

чайное внешнее сходство, но и однотипные особенности обмена

веществ, предрасположенность к одинаковым заболеваниям и т. д.

Различия между ними обусловлены только внешними факторами.

Однояйцевые близнецы, несмотря на различие в условиях жизни,

часто в значительной степени сходны по фенотипу и даже имеют

одинаковые признаки старости (облысение, старческие психозы и

др.). Поразительное сходство, например, обнаруживали музыканты

Иоганн Христофор Бах и его брат Иоганн Амбросиус — отец Иоган-

на Себастьяна Баха. Оба брата были однояйцевыми близнецами

(см. рис. 142, б) и отличались одинаковым типом мышления, оди-

наково исполняли музыкальные произведения. Они болели одновре-

менно и почти одновременно умерли.

Двуяйцевые близнецы (ДБ) формируются в результате незави-

симого оплодотворения двух или нескольких различных яйцеклеток

и генетически сходны между собой не более чем обыкновенные сибсы

(родные братья и сестры), в связи с чем их называют неидентичными

близнецами. Они наследственно столь же различны, как и дети

одной супружеской пары, родившиеся в разное время (рис. 146, б).

ДБ могут быть одно- или разнополыми. Различия между ними

обусловлены как наследственными, так и внешними факторами.

Вследствие полной генетической идентичности реакция ОБ на воз-

действия среды более однородна, чем у ДБ. В случаях, когда ОБ с

'279

самого детства оказываются в различных условиях, создается

идеальная возможность определения доли участия факторов внешней

среды в возникновении фенотипических различий.

Способность к рождению однояйцевых и двуяйцевых близнецов

является наследственным признаком и встречается (по данным

некоторых авторов) примерно в 1,9 % случаев. Причем

/з всех

близнецов бывают однояйцевыми. Закон о частоте рождаемости

близнецов был сформулирован французским биологом Г. Эллином

(1895). Он пришел к выводу, что на 87 детей-одиночек рождается

одна пара двоен, на 87 двоен — одна тройня, на 87 троен — одна

четверня и т. д., т. е. чем многоплоднее роды, тем реже они встре-

чаются.

Частота рождения близнецов зависит также от возраста матери.

На этом основании Дж. Дункан (1863) сформулировал следующий

закон. У женщины в возрасте 35 лет шансы рождения близнецов

выше, чем у более молодых матерей, и вероятность рождения

близнецов увеличивается в зависимости от количества предыдущих

родов. Если женщина в возрасте 35 лет имеет 8 детей, то вероятность

рождения у нее двойни выше, чем у женщин того же возраста, но

имеющих 7, 6, 5 и т. д. детей. У женщин в возрасте после 45 лет

вероятность рождения близнецов снижается.

Частота многоплодных беременностей зависит и от гормональ-

ного влияния, что подтверждается практикой животноводства. Не-

одинакова она и у разных народов, например, близнецов больше

всего у американских негров и меньше всего у японцев.

Способность рождать близнецов наследуется, как правило, по

женской линии. Но И. И. Канаев (1959) приводит случаи влияния

на наследуемость ее по линии отца. Так, в конце XVIII в. русский

крестьянин Ф. Васильев имел от одной жены 4 четверни, 7 троен,

16 двоен, а от второй — 2 тройни и 6 двоен. Всего у него было 87

детей.

На физическое и психическое развитие близнецов влияют особен-

ности их внутриутробного развития. Судьба близнецов в значитель-

ной мере зависит от их положения в матке. Если один из них распо-

лагается невыгодно для нормального развития, то другой может

обогнать его в развитии и вызвать его истощение и даже гибель.

Нередко между близнецами в процессе эмбрионального развития

возникают сосудистые анастомозы, что способствует гормональному

влиянию одного плода на другой через кровь. В результате один или

оба близнеца могут оказаться недоразвитыми в физическом и поло-

вом отношении (аналогично фримартинам) и могут стать также

химерами по группам крови. Нередко у ОБ с общей плацентой

сосудистые анастомозы создают как бы третий круг кровообраще-

ния, который может использоваться преимущественно одним из близ-

нецов. Это может явиться причиной аномалии развития или гибели

одного либо даже обоих близнецов. Поскольку один из близнецов

использует большую часть плаценты, у него может создаться

избыток кровенаполнения сосудов. Это вызывает гипертрофию мыш-

цы сердца, печени, повышение артериального давления, что нередко

'280

приводит к гибели плода. Другой же близнец из-за недостатка

крови может резко отставать в развитии, у него возможна атрофия

мышцы сердца, что в итоге также может закончиться его смертью

внутриутробно или сразу после рождения.

Очень редко (примерно один случай на 10 млн нормальных ро-

дов) близнецы рождаются сросшимися (сиамские близнецы). Сра-

стание близнецов происходит в результате либо вторичного их соеди-

нения, либо вследствие неполного раздвоения единого зачатка.

Сиамские близнецы всегда одинаковы по полу и чаще встречаются

среди девочек. Они также представляют интерес для генетиков, но

встречаются редко, в связи с чем изучение их носит фрагментарный

характер.

До настоящего времени не существует единого мнения относи-

тельно целесообразности использования близнецового метода, по-

скольку точно не выяснены его реальные возможности и, кроме того,

применять его можно только в условиях институтов близнецовости,

располагающих специализированными дошкольными и школьными

детскими учреждениями. Однако близнецовый метод предоставляет

безграничные возможности для решения проблем взаимодействия

генов и среды в процессе формирования нормальных и аномальных

признаков человека.

Близнецовый метод дает возможность выявить наследствен-

ную обусловленность в развитии многих признаков и свойств и

предрасположенность к большинству заболеваний. Такие признаки

человека, как группа крови, цвет волос и глаз, ладонно-пальцевой

рисунок, контролируются в основном наследственными факторами.

Однако в большинстве случаев наследственные свойства организма

легко поддаются изменениям под влиянием среды. Это относится

главным образом к психической сфере человека, особенностям раз-

вития его интеллекта, творческих способностей, таланта.

Хорошей моделью для изучения роли наследственности в форми-

ровании признаков у человека являются двуяйцевые близнецы, по-

скольку они различаются фенотипически даже при относительно рав-

ных внешних условиях. В то же время генетическая тождествен-

ность однояйцевых близнецов позволяет установить влияние на раз-

витие признаков и свойств организма и генотипа, и факторов среды.

Применение близнецового метода осуществляется в два этапа.

Вначале производится подбор близнецовых пар, являющихся носи-

телями изучаемого признака, а затем — статистический анализ ре-

зультатов наблюдения и исследования. Подбор близнецовых пар в

популяции основывается на данных загсов, поликлиник, детских

учреждений при обязательном наличии возможности вести наблюде-

ние за обоими партнерами. Важным моментом близнецового метода

является установление зиготности близнецов, так как в генетических

исследованиях чаще используются только монозиготные близнецы.

Монозиготность устанавливается по комплексу признаков: пол, груп-

пы крови, резус-принадлежность и др.

Существует несколько вариантов близнецового метода.

Метод разлученных однояйцевых близнецов используют для ре-

'281

шения вопроса об относительной роли генотипа и среды в формиро-

вании того или иного признака. С этой целью случайно разлученных

близнецов через определенные промежутки времени подвергают

тщательному медицинскому и психологическому обследованию. С по-

мощью данного метода установлено, что разлученные близнецы по

ряду признаков, в том числе и психических, обнаруживают высокую

степень внутрипарного сходства, или конкордантности, значительно

большую, чем у двуяйцевых близнецов, но меньшую, чем у одно-

яйцевых близнецов, выросших вместе (табл. 7).

Однояйцевые близнецы в отличие от двуяйцевых обладают высо-

кой конкордантностью в отношении как наследственных (шизо-

френия, эпилепсия, многие формы умственной отсталости), так и не-

наследственных заболеваний.

Описан случай одновременного заболевания тяжелой формой туберкулеза с

одинаковой локализацией процесса в левом легком под ключицей у двух однояйце-

вых близнецов. Сестры в течение 9 лет жили в разных условиях: одна в Берлине

работала продавцом, другая — в сельской местности — швеей. Обе сестры умерли

от туберкулеза, но берлинскую начали лечить на 3 месяца раньше, и она пережила

сестру на 5 месяцев.

У однояйцевых близнецов обнаруживается сходство в предрасположенности

и к заболеванию раком, причем с одинаковой локализацией опухоли, хотя в возник-

новении и развитии этой болезни наследственные структуры играют незначительную

роль.

Е. Т. Лильин (1975) описывает случай, произошедший в Московской больнице,

когда случайно в разных отделениях были обнаружены абсолютно одинаковые,

похожие, как две капли воды, девочки, ничего не знающие друг о друге. Оказалось,

что это однояйцевые близнецы. В раннем детстве они потеряли родителей и были

удочерены разными семьями. В 12 лет они с одинаковыми хроническими заболева-

ниями с разницей в несколько дней случайно попали в одну и ту же больницу.

Наблюдения за однояйцевыми близнецами, воспитанными врозь,

позволили подметить также разницу в уровне их физического и пси-

хического развития, обусловленную такими факторами среды, как пи-

тание, воспитание, обучение. При изучении влияния факторов среды

на постнатальное развитие близнецов необходимо учитывать, что в

основе внутрипарных различий лежит влияние разных внутриутроб-

ных условий развития, о которых речь шла выше. Последние

могут быть причиной как мелких различий, так и весьма существен-

ных (разница в массе тела, росте, форме черепа, общей жизне-

способности).

Метод контрольного близнеца (контроль по партнеру) приме-

'282

няется для подтверждения влияния на развитие признака внешних

воздействий. С этой целью подбирают особенно похожие пары

близнецов, страдающих одинаковыми недугами. Затем одного из них

в зависимости от характера недуга подвергают медикаментозному,

гормональному или психологическому воздействию, а другой служит

контролем.

Примером может служить раздельное воспитание пятилетних однояйцевых

близнецов, описанных Канаевым (1968). Леша и Юра при сохранности у них умствен-

ных способностей отставали в развитии речи. Их воспитывали в разных группах

детского сада, причем Юру специально обучали говорить, а с Лешей таких занятий

не проводили. Через 10 месяцев речь у обоих мальчиков исправилась. Однако

у Юры она оказалась более дифференцированной, с развернутыми фразами.

Подобные наблюдения позволяют сделать вывод о том, что ребе-

нок потенциально богат по своим интеллектуальным и психическим

возможностям, однако для их реализации требуются оптимальные

адекватные условия. Об этом необходимо помнить педагогу, посколь-

ку он обязан создать условия для всестороннего развития ребенка.

Метод близнецовой пары сводится к углубленному изучению

специфики психологических взаимоотношений в группе близнецов.

Это наиболее удобно исследовать на тройне, четверне, пятерне. Среди

близнецов обычно создается собственный микромир, так называе-

мый микрокосм, для которого характерна резко выраженная поля-

ризация во взаимоотношениях при сохранении очень большой

дружбы.

Канаев (1959) описывает взаимоотношения пары близнецов — Наташи и Эмы Б.

Различия в их характере стали проявляться с первых месяцев жизни. Наташа стала

лидером — она была более активна, самостоятельно принимала решения и выполняла

их. Эма же, наоборот, была пассивна, спокойно наблюдала за действиями Наташи.

Однажды во время обследования в лаборатории Эма уронила гайку и Наташа сразу

бросилась ее искать. На вопрос исследователя, почему это делает Наташа, Эма отве-

тила: «Такие дела у нас делает Наташа».

Психическая индивидуальность человека выражается в таких

чертах, как личность, темперамент, характер. Личность проявляется

с момента рождения человека и окончательно формируется в воз-

расте, когда развитие индивидуума определяется главным образом

социальными факторами. Темперамент — это врожденные биологи-

ческие особенности центральной нервной системы, тип нервной

деятельности; он определяется генотипом. Характер — индивидуаль-

ные особенности психических реакций на внешние воздействия; по

сути он представляет собой фенотип. Проследить за формированием

этих черт индивидуума, определить степень генетической обуслов-

ленности высших психических функций, познавательной способности,

поведенческих реакций личности легче в близнецовом коллективе.

Г. Ньюмен (1940) описал случай рождения пятерни, массой от 0,595 до 1,304 кг.

Это были зеркально похожие друг на друга близнецы — сестры Диони. Они роди-

лись в семье канадского фермера в 1934 г. и все достигли взрослого возраста.

Ньюмен предложил примерную схему образования пятерни (рис. 147), в соответст-

'283

Рис. 147. Схема внутриутробного образова-

ния пятерни Диони (по И. И. Канаеву,

1959).

вии с которой предположил существование у одной из сестер — Цецилии «парт-

нерши», погибшей на ранних сроках беременности. Разница в весе у детей быстро

исчезла, но речь их отставала — в 3 года они говорили как двухлетние. Сестры

разговаривали между собой на каком-то своеобразном жаргоне, непонятном для

окружающих (речевая изоляция обычно свойственна близнецам), и представляли

собой коллектив, где каждая из них была личностью. Среди них был «лидер»,

а самая младшая — Мери выполняла функцию «бэби». У других сестер были не

столь постоянные обязанности. У близнецов наблюдалась корреляция между пока-

зателями роста, массы и степени умственного развития, что, возможно, и лежит в

основе распределения их функций.

В нашей отечественной литературе описана однояйцевая тройня — три сестры.

С детства они были неразлучны, не имели близких подруг, так как их вполне устраи-

вал свой маленький коллектив, где царили полное взаимопонимание, общность

вкусов, желаний, интересов. В то же время девочки различались по характеру: Вера

была деловитая, обстоятельная, хозяйственная; Надя/— уверенная в себе, проявляла

склонность к точным наукам, в коллективе ее называли философом; младшая

Люба отличалась застенчивостью, женственностью. Все три сестры любили музыку,

но играли на разных инструментах (фортепиано, скрипка, виолончель) и вместе орга-

низовали ансамбль.

С помощью близнецового метода исследуют соотношение ролей

наследственности и среды в возникновении и развитии олигофрении

(слабоумия). Причиной умственной неполноценности близнецов

иногда являются неблагоприятные условия внутриутробного разви-

тия. Высказывается также мысль, что патология заложена уже в

самих механизмах возникновения близнецов, что и обусловливает

большой процент среди них олигофренов: в нормальной популяции,

как уже отмечалось, одна двойня рождается на 87 одиночных родов

(2 %), а в популяции олигофренов — одна двойня на 42 одиночки

(4,7%).

Примером близнецов-олигофренов могут служить однояйцевые близнецы Ла-

риса и Света, описанные И. Я. Гурвичем (1966). Девочки родились с низким весом.

Мать их умерла от туберкулеза легких, а отец страдал алкоголизмом. С пятилетнего

возраста сестры воспитывались без родителей, в детских учреждениях. В школе у них

сразу выявилась разница в интеллектуальном развитии. Света была несколько

более слабая при рождении, память у нее была плохая, речь недоразвита. Со школь-

ной программой она не справлялась, дублировала первый и третий классы, а затем

'284

была переведена в школу для умственно отсталых детей. Лариса училась лучше,

но в 7-м классе была самой слабой ученицей в школе. Света же стала лучшей учени-

цей 7-го класса вспомогательной школы.

Следует отметить, что по умственной отсталости однояйцевые

близнецы конкордантны (сходны) примерно в 94,5 % случаев, а

двуяйцевые — лишь в 42,6 % (см. табл. 7).

С помощью цитогенетического метода изучают кариотип

человека в норме и патологии. Обычно этот метод применяется в

сочетании с другими методами (генеалогическим, близнецовым и

др.) и широко используется в медико-генетическом консультиро-

вании.

Как установили Тио и Леван, у человека диплоидное число хро-

мосом равно 46. Его нормальный хромосомный комплекс включает

22 пары аутосом и 2 половые хромосомы (XY у мужчин, XX у жен-

щин). Хромосомы человека в зависимости от размеров и положения

центромерного района подразделяются на 7 групп (см. рис. 14).

Изучение хромосом человека обычно проводится в культуре

клеток крови, костного мозга, кожи, мышц. При этом используется

так называемый метафазный метод. Он сводится к следующему.

Особым способом готовятся препараты клеток, выращенных в тер-

мостате в специальной среде и зафиксированных на стадии метафазы,

когда хорошо видны все хромосомы. Препарат просматривают под

микроскопом, проводят идентификацию хромосом и анализ карио-

типа. В процессе кариотипирования могут обнаружиться количест-

венные и структурные повреждения хромосом. Иногда для детальной

идентификации хромосом применяется метод радиоавтографии

(включение в ДНК меченного тритием пиримидина).

В настоящее время культура клеток человека используется для

диагностики хромосомных болезней и для изучения влияния на гене-

тические структуры некоторых вредных воздействий: облучения,

химических веществ, лекарственных препаратов.

Полученные результаты с большой достоверностью можно пере-

носить на человека. Однако при этом нужно учитывать, что репари-

рующие системы целостного организма отличаются от таковых

в культуре клеток и поэтому расхождения в характере и частоте

индуцированных повреждений не исключаются.

Онтогенетический метод используется для выяснения

механизмов развития наследственных заболеваний в онтогенезе, что

немаловажно для проведения их профилактики и лечения.

При оценке характера наследования признака необходимо учи-

тывать то, что действие генов может проявляться на разных этапах

развития организма. Так, хорея Гентингтона (судорожные припадки,

параличи со снижением интеллекта) развивается у людей в возрасте

40—50 лет, по сути дела по завершении репродуктивного периода;

катаракта и карцинома кожи — в пожилом и старческом возрасте;

эпилепсия — в возрасте 15—16 лет; фенилкетонурия — с самых пер-

вых дней после рождения. При этом степень выраженности признака

зависит от влияния условий среды. Наблюдения за процессами раз-

'285

вития индивидуума позволяют выявить гетерозиготное носительство

каких-либо заболеваний. Например, у гетерозигот по фенилкетону-

рии, внешне здоровых, обнаруживается повышенное содержание в

крови фенилаланина, по сахарному диабету — некоторые сдвиги в

показателях функциональной способности печени. В настоящее

время разрабатываются специальные тесты для диагностики гете-

розиготного носительства.

Популяционный метод позволяет изучить распростране-

ние отдельных генов в человеческой популяции,- предвидеть по-

следствия родственных браков, выяснить историю человеческой

популяции в целом. Для популяции человека свойственны те же

основные закономерности распределения генов и генотипов и фак-

торы динамики (мутации, отбор, миграция, изоляция, дрейф генов),

что и для популяций животных и растений. Поэтому с помощью за-

кона Харди — Вайнберга (он и был впервые выведен для характе-

ристики частот генотипов в человеческой популяции) можно

определить частоту распространения в популяциях разных аномалий.

Например, амавротическая идиотия в Европе встречается с частотой

25 человек на 1 млн жителей, а альбинизм— 1 на 20 000. Однако

большинство мутаций рецессивны и находятся в гетерозиготном

состоянии, а частота гетерозигот выше, чем частота гомозигот. Так,

каждый сотый житель Европы гетерозиготен по гену амавротической

идиотии и каждый семидесятый — гетерозиготен по гену альбинизма.

Новый наследственный признак может появиться в популяции

в результате выщепления рецессивной мутации, возникшей давно и

скрыто накапливавшейся в популяции. Фенотипическое проявление

такой мутации может быть спровоцировано либо значительным

увеличением ее концентрации в популяции, либо изменением числен-

ности популяции, либо высокой степенью изоляции определенной

группы населения.

Человечество в недавнем прошлом (в некоторой степени и в на-

стоящее время) представляло собой не панмиктическую популяцию,

а огромную совокупность чрезвычайно многочисленных, почти пол-

ностью замкнутых в брачном отношении групп. Кроме географиче-

ских, у человека действуют специфические социальные изолирую-

щие факторы: расовые, религиозные, сословные, кастовые, клас-

совые, имущественные, профессиональные, обычаи, родственные

браки. По мере роста цивилизации число изолированных популя-

ций, так называемых изолятов, уменьшалось и их значение для попу-

ляции в целом падало. Однако в некоторых местах изоляты

продолжают существовать довольно широко и поныне (Индия,

Средняя Азия, Африка, Япония и др.). Изолированные популяции

при их небольшой численности приводят к кровному родству, что в

свою очередь увеличивает вероятность проявления в гомозиготном

состоянии рецессивных аллелей. Так, японские исследователи ука-

зали на высокий уровень (44,8 %) микроцефалов (недоразвитие

мозгового черепа и умственная отсталость) от общего числа боль-

ных в браках кузенов. У нидерландцев этот показатель достигает

54 %. В одной из савойских деревушек, насчитывающей около 300

'286