Генетические закономерности индивидуальных и групповых различий

Изучение вариативности, индивидуальных межгрупповых различий, причин и факторов, их обусловливающих, было и ос­тается основной проблемой антропологии. В изменчивости ор­ганизма человека можно выделить две стороны единого процес­са — связанные с закономерностями передачи по наследству признаков (наследственная изменчивость) и вызванные средовыми факторами изменения. Под влиянием средовых факторов возникают мутации — изменения отдельных генов и хромосом. Глубокое познание закономерностей изменчивости невозможно без знания законов наследственности. Поэтому в раскрытии эволюционной, расовой, а также индивидуальной изменчивости отмечается тесное взаимодействие антропологии и генетики, в результате которого развивается раздел антропогенетики.

Современная антропогенетика — одновременно фундамен­тальная и прикладная наука. Фундаментальность ее заключается в изучении законов наследственности (изменчивости) у такого сложного существа, как человек. Выявленные при этом законо­мерности имеют как теоретическое, так и практическое значе­ние для диагностики, лечения и предупреждения наследствен­ных заболеваний и предрасположенности к ним. В изучении и понимании закономерностей наследственности генетике отводится роль, аналогичная атомной теории в физике: генетика рас­крыла корпускулярную природу наследственности и накаплива­ет данные о мутациях, об изменчивости хромосом и генов как на уровне локусов, так и на уровне ферментов, что позволяет глуб­же раскрыть явления наследственности.

Отправной точкой в развитии науки о наследственности счи­тают 1866 г., когда была опубликована работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами». В 1900 г. три исследователя — К. Корренс, Де Фриз и Э. Чермак на различных объектах заново открыли закономерности передачи по наследству отдельных признаков. 1900 г. считается официальной датой происхождения новой науки — экспериментальной генетики. Однако попытки изу­чить наследственные болезни человека и закономерности их пе­редачи от поколения к поколению предпринимались намного раньше. Так, в Талмуде есть описание склонности к сильной кровоточивости и содержится совет соблюдать осторожность при обрезании тех младенцев, братья или дядья которых по ма­теринской линии страдали кровоточивостью.

В трудах Аристотеля, Платона и других древнегреческих уче­ных приводятся наивные объяснения вклада мужского и жен­ского организма в характерологические черты потомства. В 1750 г. Мопертюи описал аутосомно-доминантное наследование поли­дактилии, причем его анализ расщепления предвосхищал от­крытие Г. Менделя.

В 1876 г. Ф. Гальтон обосновал близнецовый метод для раз­граничения роли наследственности и среды в формировании ор­ганизма. Для решения вопроса о наследовании таланта и харак­тера он проанализировал множество биографий выдающихся людей. Полученные цифры оказались выше, чем можно было ожидать при случайном распределении. Ф. Гальтон и его ученик К. Пирсон ввели статистические методы в экспериментальные исследования и создали биометрическую генетику.

В свои исследования Ф. Гальтон вложил философскую идею об улучшении биологических качеств человеческого рода за счет устранения наследственных заболеваний. Это направление было названо евгеникой. Многие специалисты, развивая евгенические идеи Ф. Гальтона, пришли к выводу, что для улучшения челове­ческого рода необходимо поддерживать воспроизводство людей, обладающих определенными качествами (позитивная евгеника), и ограничивать воспроизводство больных, умственно отсталых и калек (негативная евгеника).

Первое десятилетие XX в. ознаменовалось развитием евгени­ки в Европе и США. Однако некоторые исследования часто со­держали неверные выводы. Так, например, утверждалось, что та­кие свойства личности, как буйный характер, склонность к бродяжничеству, наследуются в соответствии с законами Г. Мен­деля. Несмотря на низкий научный уровень этих работ, они име­ли важные политические последствия. Во многих штатах Амери­ки были введены евгенические законы, которые разрешали насильственно стерилизовать людей из-за наличия у них пре­ступных наклонностей.

В Германии евгеника стала называться «расовой гигиеной». Она тесно связывалась с представлением о нордической расе и нацистской идеологией. В 1933 г. были приняты законы о на­сильственной стерилизации не только больных, но и представи­телей низших рас.

В Советском Союзе евгеника начала свое существование с ор­ганизации бюро по евгенике и евгенического журнала. В конце 20-х гг. XX в. исследования по евгенике были прекращены.

В работе Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами» (1865) открыт закон о наследовании признаков. Этот закон упро­стил экспериментальный подход в генетике. Выбрав контрасти­рующие признаки для своих опытов, Мендель дал правильную биологическую интерпретацию полученных закономерностей и заложил основу для развития концепции гена.

В 1908 г. Г. Гаррод сформулировав положение о врожденных дефектах обмена. В этом же году Дж. Харди — математик из Кембриджского университета и В. Вайнберг — врач из Штуттгарта независимо друг от друга создали основы популяционной гене­тики, сформулировав закон, который ныне называется законом Харди — Вайнберга. Закон объясняет генетическое равновесие в популяциях, находящихся в условиях экологического равнове­сия, без исторических перемен (завоеваний, ассимиляций). За­кон основан на распределении доминирующих признаков в по­пуляции человека. Открытие закона способствовало развитию популяционных исследований в генетике, обоснованию популяционной концепции расы в антропологии, расширению про­граммы и территориального охвата популяционными исследова­ниями.

С момента становления генетики как науки сложились тра­диционные (классические) методы исследований. К ним отно­сятся анализ родословных, изучение влияния наследственных и средовых факторов на близнецовых парах, изучение распреде­ления генетических маркеров в популяциях. Последнее направ­ление тесно смыкается с современными исследованиями в антро­пологии. Раздел, названный фенетикой, происходит от понятия «фенотип». Если генотип включает набор хромосом и генов ин­дивида, то фенотип относится ко всем проявляющимся призна­кам, запрограммированым хромосомным набором.

По современным представлениям, наследственность — это свойство живых организмов передавать из поколения в поколе­ние особенности морфологии, биохимии и индивидуального развития в определенных условиях среды.

Изменчивость — свойство, заключающееся в способности до­черних организмов отличаться от родителей морфологическими, физиологическими, биохимическими особенностями и отклоне­ниями в индивидуальном развитии.

У человека, как и у других видов животных, наследственное вещество ДНК локализуется в хромосомах. Их у человека 46 (22 па­ры соматических хромосом и 1 пара половых хромосом). Поло­вые хромосомы женщин гомогаметны, т.е. представлены двумя однотипными хромосомами XX, у мужчин половые хромосомы разного типа X и Y, т.е. мужской пол гетерогаметен. Хромосом­ный набор мужчины — 44А + ХY, женщины — 44А + XX.

Пол будущего организма определяется в момент оплодотво­рения и зависит от того, какой из сперматозоидов оплодотворит яйцеклетку. При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом, содержащим Х-хромосому, в зиготе образуются две Х-хромосомы, значит, пол — женский. При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом с Y-хромосомой в зиготе содержатся Х- и Y-хромосомы, и одна даст начало мужскому организму. Образование сперматозоидов с Х- и Y-хромосомами равновероятно. Следова­тельно, механизм гаметогенеза определяет не только пол, но и примерное численное соотнесение полов в каждом поколении.

У всех млекопитающих, человека и мухи-дрозофилы гомогаметным является женский пол, а гетерогаметным — мужской. У птиц и бабочек, наоборот, мужской пол гомогаметен, а жен­ский гетерогаметен. У некоторых насекомых женский пол со­держит две Х-хромосомы, а мужской — одну (ХО), т.е. в кариотипе самцов Y-хромосома отсутствует.

В половых хромосомах помимо генов, определяющих пол ор­ганизма, содержатся и другие, не имеющие отношения к полу. Например, в Х-хромосоме есть гены, определяющие нормаль­ную свертываемость крови (доминантный признак Н) и несвер­тываемость — гемофилию (рецессивный признак h); нормальное цветоощущение (доминантный С) и световую слепоту (рецес­сивный с). Признаки, определяемые генами, локализованными в негомологичных участках Х-хромосомы, называются сцеплен­ными с полом.

Единицей наследственности считается ген — наследуемая частица, определяющая характерные признаки организма. Ген состоит из сотен более мелких единиц — нуклеотидов. По дан­ным различных авторов, общее число генов, содержащихся в хромосомах человека, доходит до 6 000 000. Тот участок, кото­рый ген занимает в хромосоме, называется локусом.

Два гена, занимающих гомологичные локусы в хромосоме, могут заменять друг друга; они называются аллелеморфами, или аллелями. Если в гомологичных локусах находятся одинаковые гены, то такой индивид называется гомозиготным. Если же эти гены различны, то он называется гетерозиготным.

Характерные признаки индивида, такие, например, как агглютиногены, называют генотипом* (набор хромосом и генов). Внешние признаки человека (особенности морфологии, группа крови и др.) называют фенотипом.

В антропогенетических исследованиях используются тради­ционные для генетики методы: генеалогический, близнецовый и популяционный.

Генеалогический метод — исследование родословных. С его по­мощью прослеживается распространение признака или наследст­венной болезни между членами родословной в ряде поколений. Этот метод помогает выявить наследственную предрасположен­ность к определенным заболеваниям. К ним относятся мулътифакториальные заболевания. В их развитии, кроме наследственной предрасположенности, важную роль играют провоцирующие фак­торы: характер питания, переохлаждение, микробная и вирусная инфекция и др. Большинство заболеваний, с которыми встречается в своей практике, например, врач-педиатр (аллергические, инфекционно-аллергические, нервной системы типа неврозов, многие психозы, шизофрения, эпилепсия, заболевания эндокринной сис­темы, сердца, легких, печени, почек, желудочно-кишечного тракта и других систем), относится к мультифакториальным. Выявление предрасположения к мультифакториальным заболеваниям имеет большое значение для профилактики, ибо помогает выяснить фак­торы риска и принять меры по их устранению.

Символика, используемая при построении родословных, про­ста. В родословную важно вносить данные не только о заболева­нии с одинаковыми признаками у ряда родственников, но и о всех других заболеваниях, встречающихся у членов семьи (рис. 4).

Каждый индивидуум в родословной имеет свой цифровой шифр. Поколения обозначают римскими цифрами сверху вниз, от более старшего к младшим. В пределах поколения слева на­право арабскими цифрами обозначают символы всех индивиду­умов. Ниже или на отдельном листе пишут легенду к родослов­ной, в которой дается краткая характеристика состояния здоровья каждого индивидуума и указывается его возраст.

Генеалогический метод позволяет ориентироваться в типе наследования признака (заболевания) — аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой; оп­ределить частоту и вероятность проявления (пенетрантность) ге­нетически детерминированного признака, установить выражен­ность признака (экспрессивность) и другие закономерности.

Так, аутосомно-доминантный тип наследования можно пред­положить в случаях, когда:

♦ заболевание с одинаковой частотой встречается у мужчин и женщин;

♦ отмечается передача заболевания от родителей к сыновьям и дочерям;

♦ заболевание прослеживается в поколениях родословной по вертикали;

♦ нормальные индивидуумы имеют здоровых потомков.

Рис. 4. Генеалогический метод

Аутосомно-рецессивному типу наследования присущи:

♦ одинаковая частота рождения больных мужчин и женщин;

♦ отсутствие признаков заболевания у родителей;

♦ заболевание прослеживается в одном поколении родослов­ной, т.е. по горизонтали.

Рецессивное сцепленное с Х-хромосомой наследование ха­рактеризуется:

♦ поражением в семье только мужчин;

♦ наличием здоровых сестер у больного при появлении такого заболевания у половины братьев;

♦ отсутствием признаков болезни у родителей;

♦ невозможностью передачи дефекта от отца сыновьям;

♦ наличием больных среди сыновей сестер или двоюродных братьев по линии матери.

Принадлежность заболевания к мультифакториальным опре­деляется:

♦ высокой частотой заболеваний у родственников по сравне­нию с другими семьями;

♦ выраженным клиническим полиморфизмом в проявлении заболевания в разных семьях одной родословной;

♦ увеличением риска заболевания при наличии в семье двух пораженных или тяжелобольных;

♦ наличием сходных и промежуточных форм заболевания в семье (клинический континуум) и др. Эти критерии относятся и к некоторым инфекционно-аллергическим заболеваниям, яз­венной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гиперто­нической и гипотонической болезням и др. Близнецовые исследования позволяют проанализировать сте­пень наследственной и средовой обусловленности различных показателей организма. Изучив любой морфофизиологический признак у монозиготных и дизиготных пар близнецов, долю на­следственности обычно определяют по коэффициенту Хольцингера. При проведении популяционных исследований обращают внимание на распределение дискретно варьирующих признаков в популяциях, а также генетически детерминированных призна­ков и генетических маркеров (групповые факторы крови и тка­ней, признаки зубной системы). При исследовании отдельных мономерных (регулируемых одним или небольшим количеством генов) признаков возможно установление близости популяций на основании подсчета генов.