Е. Л. Григоренко психогенетика под редакцией И. В. Равич-Щербо Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебник
| Вид материала | Учебник |
- Г. В. Плеханова И. Н. Смирнов, В. Ф. Титов философия издание 2-е, исправленное и дополненное, 4810.28kb.
- К. Э. Фабри Основы зоопсихологии 3-е издание Рекомендовано Министерством общего и профессионального, 5154.41kb.
- Е. А. Климов введение в психологию труда рекомендовано Министерством общего и профессионального, 4594.17kb.
- Н. Ф. Самсонова Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования, 6152.94kb.
- Е. К. Пугачев Объектно-ориентированное программирование Под общей редакцией Ивановой, 3922.01kb.
- Ю. Г. Волков И. В. Мостовая социология под редакцией проф. В. И. Добренькова Рекомендовано, 6915.59kb.
- Е. Ф. Жукова Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской, 6286.83kb.
- О. А. Кривцун эстетика Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования, 6381.8kb.
- В. И. Рудой классическая буддийская философия рекомендовано Министерством, общего, 6771.74kb.
- В. И. Ильинича Рекомендовано Министерством общего и профессионального Образования Российской, 6751.75kb.
Образно говоря, статистика является «правой рукой» психогене-
тики. Как уже отмечалось, психогенетика изучает вопросы наследова-
ния поведенческих признаков и психологических функций в популя-
циях, и по определению эта наука озабочена не отдельными индиви-
дуальностями, а их разнообразием, т.е. популяционной изменчивостью
(вариативностью, дисперсией) изучаемого признака. Иными слова-
ми, психогенетику интересуют вопросы, касающиеся характеристик
распределений (среднего, дисперсии и других моментов распределе-
ния) индивидуальных значений по изучаемому признаку в популя-
ции, а также вопросы о том, влиянием каких факторов — генетичес-
ких или средовых — можно объяснить наблюдаемую изменчивость.
Статистики, описывающие параметры популяции (выборки), приво-
дятся в любом руководстве по статистике, поэтому здесь мы их ка-
саться не будем, а перейдем сразу к статистическим решениям соб-
ственно психогенетических задач.
Как уже говорилось, психологические признаки принадлежат к
классу количественных признаков, законы наследования которых су-
щественно отличаются от менделевских. Особая здесь и статистика.
Последовательно рассмотрим связанные с этим вопросы.
183
1. ГЕНЕТИКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ
И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ПСИХОГЕНЕТИКИ
Генетика количественных признаков предоставляет психогенети-
ке общую теорию, на базе которой строится методологический аппа-
рат изучения природы индивидуальных психологических различий.
В самом общем виде генетика количественных признаков — при-
менительно к психологическим задачам — исходит из того, что люди
отличаются друг от друга по ряду сложных психологических призна-
ков, и предлагает модель, в рамках которой межиндивидуальные раз-
личия по этим признакам могут быть описаны в терминах фенотипи-
ческой дисперсии признака в популяции, а сама стенотипическая дис-
персия может быть разложена на составляющие ее генетические и
средовые компоненты.
МОДЕЛЬ ОДНОГО ГЕНА
Количественные генетические модели позволяют описать измеря-
емые эффекты различных генотипов, возможных в отдельно взятом
локусе, и суммировать эффекты всех локусов, контролирующих тот
или иной поведенческий признак. Причем количество локусов, конт-
ролирующих данный признак, обычно неизвестно, и чаще всего уче-
ные делают допущение о том, что генетический контроль большин-
ства поведенческих признаков осуществляется большим количеством
генов, вклад которых в дисперсию изучаемого признака примерно
одинаков. Одним из характерных признаков количественных генети-
ческих моделей является то, что они предполагают существование
нормально распределенных фенотипических значений признаков,
контролируемых множеством генов, эффекты которых, в свою оче-
редь, опосредованы средовыми влияниями. Многолетние психологи-
ческие исследования показали, что распределение большинства по-
веденческих признаков действительно соответствует нормальной кри-
вой. Поэтому допущение о нормальности распределения признака,
контролируемого большим количеством генов и значимых средовых
влияний (т.е. являющегося мультифакторным), — психологически адек-
ватная и статистически удобная модель для психогенетики. Важно за-
метить, что ожидаемая от полигенной системы нормальность распре-
деления, будучи статистически удобной и эмпирически оправданной,
не зависит от количества генов, контролирующих эту систему. Как
статистические характеристики, так и теоретические положения, ле-
жащие в основе моделей количественной генетики, одинаково пра-
вомерны для моделей, содержащих 1, 2, 25 или более генов. Именно
поэтому мы начнем изложение основных признаков количественной
генетики с рассмотрения модели одного гена и только потом перейдем
к модели множественных генов (так называемой полигенной модели).
184
Рис. 8.1. Соотношение трех генотипов, возможных для двуаллельной сис-
темы.
Параметры d и h представляют собой разницы эффектов генов А-а. Аа может нахо-
диться на любой из сторон от т, что, соответственно, будет влиять на знак h.
В примере, показанном па рисунке, значение h положительно [253, 342].
Генотипическое значение. Генотипическим значением называется
некоторое количественное значение, приписываемое определенному
генотипу. Так, в рамках простейшей двуаллельной системы (А и а)
существуют два параметра, определяющие измеряемые эффекты трех
возможных генотипов (АА, Аа и аа). Этими параметрами являются
параметр d, представляющий собой удвоенную разницу между гомо-
зиготами АА и аа, и параметр h, определяющий измеряемый эффект
гетерозиготы Аа таким образом, что он не является точным усреднен-
ным эффектом двух гомозигот, Средняя точка между двумя гомозиго-
тами, точка т, отражает среднее эффектов двух гомозиготных геноти-
пов. Параметры d и h называются эффектами генотипов. Графически
соотношение трех генотипов показано на рис. 8.1. Если в локусе отсут-
ствует доминантность, то h будет равняться нулю, а значение геноти-
па Аа будет соответствовать значению в точке т. При полной доми-
нантности значение Аа будет равняться значению АА. Если же доми-
нантность А частичка, то Аа будет находиться ближе к точке АА (или
аа, в зависимости от направления доминантности) и значение h бу-
дет положительным.
Приведем пример. Предположим, что известны гены, которые влияют на
вес человека. Предположим также, что нормальный вес женщин среднего ро-
ста составляет 48-70 кг, т.е. разница между максимальным и минимальным
значениями по весу равна 22 кг. Теперь предположим, что гены, контролирую-
щие вариативность веса человека, расположены на каждой из 22 аутосомных
хромосом (по одному на каждой), причем все гены вызывают примерно одина-
ковые эффекты. Тогда в рамках нашей гипотетической системы гомозиготы по
каждому из изучаемых генов вкладывают примерно ± 1/2 кг (от средней точки),
в зависимости оттого, являются они гомозиготами по аллелям, обозначаемым
заглавной буквой (АА, ВВ, СС и т.д. - обладание этими генотипами повышает
рост), или гомозиготами по аллелям, обозначаемым строчными буквами (аа, bb,
cc и т.д. - обладание этими генотипами понижает рост). Рассмотренный при-
мер, однако, невероятен по крайней мере по двум причинам: во-первых, генов,
контролирующих вариативность веса человека, мы не знаем и, во-вторых, в ре-
альной ситуации вклады генотипов, скорее всего, будут меньше или больше,
чем 1/2 кг, затрудняя подсчет генотипического значения.
185
Модели генетики количественных признаков, во всяком случае в
их классическом варианте, не являются ни средством идентификации
конкретных генов, контролирующих вариативность признака, ни сред-
ством точного определения вклада каждого генотипа. Эти модели ре-
шают другую задачу, а именно задачу определения общего вклада
генотипа в вариативность изучаемого признака в популяции.
Аддитивное генотипическое значение. «Аддитивное генотипическое
значение» представляет собой фундаментальное понятие количествен-
ной генетики, поскольку оно отражает, насколько генотип «истинно
наследуется». Аддитивный (суммарный) эффект генов представляет
собой не что иное, как сумму эффектов отдельных аллелей. Более
точно, аддитивное генотипическое значение есть генотипическое зна-
чение, обусловленное действием отдельных аллелей данного локуса.
Генная доза генотипа подсчитывается на основе того, сколько алле-
лей определенного типа (например, аллелей А) присутствует в дан-
ном генотипе. Если наличие определенного аллеля в генотипе увели-
чивается на 1 (как это происходит, например, в случае перехода от
генотипа аа к генотипу Aа), то аддитивное значение увеличивается
на некоторую определенную величину. На рис. 8.2 дана графическая
иллюстрация аддитивного генотипического значения при отсутствии
доминантности. Эффект генотипа аа = -d, поэтому эффект аллеля
(гена) а = 1/2(—d); эффект генотипа АА = d, поэтому эффект аллеля
А = 1/2(d); соответственно, эффект генотипа Аа = 1/2(d) + 1/2(-d) = 0.
Заметим, что аддитивные генные значения зависят от частоты
встречаемости аллелей в популяции. При отсутствии доминирования
аддитивный эффект полностью определяет генотипическое значение.
Доминантность, однако, вносит самые разные отклонения от ожида-
емых значений, — об этом пойдет речь ниже.
Теперь допустим, что каждый аллель генотипа имеет некоторый
средний эффект. В этом смысле аддитивное генотипическое значение
представляет собой сумму сред-
них эффектов каждого аллеля для
всех аллелей, входящих в гено-
тип. Каждый аллель характеризу-
ется определенным аддитивным
эффектом, соответственно, при
унаследовании определенного ал-
леля от родителя ребенок насле-
дует и аддитивный эффект этого
аллеля, т.е. вклад аллеля в гено-
тип ребенка будет таким же, ка-
ким был его (аллеля) вклад в ге-
нотип родителя. И неважно,
сколько (много или мало) алле-
лей присутствует в данном локу-
186
Рис. 8.2. При отсутствии доминант-
ности (h = 0) аддитивное генотипи
ческое значение определяется генной
дозой.
Рис. 8.3. Графическое изображение доминантных отклонений.
Наличие доминантности вносит разного рода изменения в аддитивное гепотипи-
ческое значение.
Обозначения: • — аддитивные генотипические значения при условии полной до-
минантности; * — наблюдаемые аддитивные значения, определяемые на основе
генных доз; D — доминантные отклонения, которые представляют собой разницу
между ожидаемыми аддитивными значениями, соответствующими ситуации пол-
ной доминантности, и значениями, наблюдаемыми для определенных генных доз.
се или сколько локусов вовлечено в контроль вариативности по тому
или другому признаку. Иными словами, аддитивное генотипическое
значение представляет собой не что иное, как сумму вкладов каждого
аллеля в генотип.
Доминантные отклонения. Доминантные отклонения есть мера того,
насколько генотип отличается от своего ожидаемого аддитивного зна-
чения.
Доминантные отклонения (рис. 8.3) — это разница между ожида-
емыми и наблюдаемыми значениями генотипов. Феномен доминант-
ности допускает, что два аллеля одного локуса могут взаимодейство-
вать друг с другом и тем самым менять генотипическое значение,
которое наблюдалось бы в том случае, если бы они были независимы
друг от друга и делали независимые вклады в генотипическое значе-
ние. Так, в результате взаимодействия аллелей Аа наблюдаемое гено-
типическое значение меньше того, которое ожидалось бы при усло-
вии полной доминантности. Напротив, значения АА и аа выше ожи-
даемых при допущении, что аллель А полностью доминантен по
отношению к аллелю а.
Доминантность обязана своим возникновением уникальному со-
четанию аллелей в данном локусе. Очевидно, что генотип потомка,
наследующего только один аллель от каждого из родителей, в подав-
ляющем большинстве случаев не может воспроизвести уникальность
генотипа одного из них. Поэтому потомки будут отличаться от своих
родителей в той мере, в какой аллели данного локуса не суммируются
линейным образом при определении генотипического значения.
187
Рассмотрев типы генетических влияний, определим, как частоты
встречаемости аллелей, определяющие эти типы, задают среднее зна-
чение генотипа в популяции. Допустим, что в популяции аллели А и а
встречаются с частотами р и q, соответственно. Тогда первая колонка в
табл. 8.1 показывает три возможных генотипа, вторая — частоты их встре-
чаемости в популяции (при допущении, что особи в этой популяции
образуют родительские пары случайным образом) и третья — значение
генотипа. Популяционное среднее получается путем умножения значений
генотипа на частоту встречаемости тех аллелей, которые этот генотип
составляют, и последующего суммирования значений все трех генотипов.
Таблица 8.1
Определение среднего значения генотипа в популяции
Генотип Частота Значение Частота X
значение
АА Р2 +d p2d
Аа 2pq h 2pqh
Аа q2 -d -q2d
∑ = d ( p2 — q2) +2hpq
Значение М = d (p2 — q2) + 2hpq представляет собой одновременно
и фенотипическое и генотипическое значения среднего в популяции
при допущении, что средовая дисперсия в популяции равна 0. Таким
образом, вклад любого локуса в популяционное среднее определяет-
ся двумя величинами: величиной d(р2 - q2), приписываемой влиянию
гомозиготности, и 2hpq, приписываемой влиянию гетерозиготности.
При отсутствии доминантности (h = 0) значение второго термина
равно 0 и, соответственно, популяционное среднее пропорционально
генной частоте М = d(1 — 2q). В случае полной доминантности (h = d)
популяционное среднее пропорционально квадрату генной частоты
М = d(1 — 2q2). При отсутствии сверхдоминантности разброс значе-
ний, приписываемых локусу, равняется 2d (иначе говоря, если аллель
А фиксирован в популяции, т.е. р = 1, то популяционное среднее
будет равно d; если же в популяции фиксирован аллель а, т.е. q = 1,
популяционное среднее будет равно -d). Однако при сверхдоминант-
ности локуса среднее в популяции с отсутствием фиксации может
лежать за пределами этого спектра.
ПОЛИГЕННЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Одним из центральных допущений генетики количественных при-
знаков, в том числе и психологических, является допущение о воз-
можности суммирования генетических эффектов каждого локуса внутри
188
генетической системы, включающей несколько локусов. Иными сло-
вами, если генетическая система состоит из двух локусов, А и В, то
при определении генетического эффекта всей системы генетические
эффекты А (аддитивные и доминантные) суммируются с генетичес-
кими эффектами В (аддитивными и доминантными). Кроме того, при
характеристике общего генетического эффекта этой системы необхо-
димо учитывать эффекты, возникающие в результате взаимодействия
между локусами А и В. Эти эффекты называются эпистатическими
эффектами.
Эпистатические эффекты. Напомним, что доминантность возни-
кает в результате неаддитивных взаимодействий аллелей в одном ло-
кусе. Подобным же образом аллели разных локусов, функционируя в
рамках одной генетической системы, могут взаимодействовать, при-
водя к возникновению так называемого эпистаза. Таким образом, в
отличие от доминантности, возникающей в результате взаимодействия
аллелей внутри одного локуса, эпистаз есть результат взаимодействия
аллелей разных локусов.
Итак, генетические эффекты, возникающие в рамках полигенной
модели, бывают трех типов: аддитивные (А), доминантные (D) и эпи-
статические (I). Представим это заключение символически:
G = А + D + I.
Соответственно сказанному выше, G представляет собой сумму
всех генетических влияний в рамках полигенной системы; А — сумму
всех аддитивных влияний для всех локусов, входящих в данную сис-
тему; D отражает все доминантные влияния в данной системе, и I
характеризует генетические влияния, которые возникают в результа-
те взаимодействия аллелей разных локусов, включенных в данную
систему.
Фенотипическое значение. Мы рассмотрели представления генети-
ки количественных признаков о генетических влияниях на формиро-
вание межиндивидуальной вариативности непрерывно распределен-
ных признаков. Однако совершенно очевидно, что на поведенческие
признаки оказывает влияние и среда. Количественная генетическая
модель предполагает, что межиндивидуальная вариативность по при-
знаку в популяции определяется как генетическими, так и средовыми
факторами. Иными словами,
Р= G+ Е+ (G x Е),
где Р — наблюдаемые (фенотипические) значения признака в неко-
торой популяции. Р — функция генетических (G) и средовых (Е)
отклонений от, соответственно, генотипического и средового сред-
них, и некоего интеракционистского члена G x E, который отражает
влияния, возникающие в результате взаимодействия генотипа и сре-
ды (ГС-взаимодействия и ГС-корреляции).
189
Как уже было сказано (гл. V), популяцией называется группа ин-
дивидов, проживающих на определенной территории, имеющих общий
язык, общую историю и культуру и характерный генофонд, сформи-
рованный и сохранившийся в результате того, что члены популяции
вступают в браки между собой намного чаще, чем с представителями
других популяций. Члены популяции похожи друг на друга (или отли-
чаются друг от друга) по набору морфологических, физиологичес-
ких, психологических и других характеристик, называемых в генетике
признаками. Напомним, что измеряемое значение любого признака
называется фенотипом (гл. I), он является результатом реализации
данного генотипа в данной среде. Популяционный разброс по изуча-
емому признаку (популяционная вариативность признака) называет-
ся фенотипической дисперсией ( Vp ) и вычисляется по формуле:
,
1
) ( 2
1
N
X X Vp
где N— количество индивидов в исследуемой популяции, Хi— значе-
ние исследуемого признака у i-го члена популяции (т.е. его фенотип),
а X — популяционное среднее по исследуемому признаку.
Теперь запишем обе полученные формулы (для G и для Р) в тер-
минах дисперсии:
) )( ( 2 ) ( ) )( ( I A Cov V V V I D A Cov G G Cov V I D A G
). )( ( 2 ) )( ( 2 D A Cov I D Cov
При допущении независимости (т.е. отсутствия корреляции между
ними) A, D и /, члены уравнения, отражающие ковариации между
этими составляющими генотипической дисперсии, могут быть сокра-
щены, Тогда
VG = VА + VD+ VI .
Иными словами, наблюдаемая генотипическая вариативность в
популяции есть результат суммирования вариативности аддитивной,
доминантной и эпистатической.
Подобным же образом в терминах дисперсии может быть записа-
но фенотипическое разнообразие людей в популяции:
)] ( )][ ( [ ) )( ( E G E G E G E G Cov P P Cov Vp
. ) )( ( 2 E G E G V E G Cov V V
Иначе говоря, количественные психогенетические модели основа-
ны на допущении, что популяционная фенотипическая вариативность
может быть объяснена влиянием генетических (VG) и средовых факто-
ров (VE ), а также гено-средовых эффектов, возникающих в результате
соприсутствия этих двух факторов [генотип-средовой ковариации
190
Cov(G)(E) и генотип-средового взаимодействия (VGxE)]. Если всю фе-
нотипическую изменчивость принять за 100%, то вклады генотипа,
среды и генотип-средовых эффектов тоже могут быть выражены в
процентах. Иными словами, когда говорят, что вклад генотипа в фор-
мирование межиндивидуальной вариативности признака составляет
60%, это означает, что на все остальные составляющие приходится 40%,
Распределение фенотипических значений признака в популяции
может быть представлено в качестве суммы разбросов определенных
значений (см. табл. 8.2).
Таблица 8.2