Генетика поведения область знания, исследующая генетические и средовые детерминанты в изменчивости поведения животных и психологических особенностей человека. - презентация

1 Генетика поведения область знания, исследующая генетические и средовые детерминанты в изменчивости поведения животных и психологических особенностей человека

2 психогенетика Термин, используемый в русском языке, поскольку поведение понимается как совокупность внешних действий и поступков человека, и в объем этого понятия не входят, например, сенсорные пороги, психофизиологические особенности, формальные характеристики когнитивных процессов

3 задача генетики поведения - выяснение роли генетических факторов в определении особенностей поведения; Данное положение включает ряд проблем: - определение относительной роли и взаимодействия генетических и средовых влияний при формировании поведения в онтогенезе; - исследование механизмов действия генов, определяющих формирование нервной системы; - изучение механизмов реализации действия мутантных генов, затрагивающих функцию ЦНС, которые могут служить моделями заболеваний нервной системы человека; - изучение генетико-популяционных механизмов формирования поведения и его изменений в процессе микроэволюции

4 История развития психогенетики 1913 г. - американская исследовательница Ада Иеркс изучила наследование комплекса злобности, пугливости и дикости у крыс (первая экспериментальная работа по генетике поведения);. 20-е годы - М.П.Садовникова-Кольцова сделала попытку селекции крыс на скорость побежки в экспериментальной установке; 20-е годы - организована лаборатория генетики высшей нервной деятельности, задачей которой должно было стать изучение генетических основ индивидуальных особенностей условнорефлекторной деятельности (т.е. типов ВНД) собак (Колтуши)

5 История развития психогенетики - 30-е годы Л.В.Крушинский начал исследования генетики поведения собак. По своему содержанию и методологии они практически не имеют себе равных и по сей день; - Р.А.Мазинг - изучала проявление некоторых морфологических мутаций дрозофилы (Bar, eyeless, white и др.). Поведение мух, а именно их реакция на свет и выбор места для откладки яиц, при этих мутациях зависели от генетического фона линии, несущей мутации; - в 60-е годы была начата селекционная работа по созданию доместицированной линии серебристо-черных лисиц. Отбор на спокойное и на агрессивное отношение к человеку вызвал к жизни сложнейшие перестройки эндокринной и нейромедиаторной систем организма, которые широко исследуются в настоящее время (Д.К. Беляев, Трут, 1987);

6 генетические модели - группы животных, состоящие из генетически идентичных (или почти идентичных) особей, имеющих определенные физиологические или биохимические особенности. С этой целью используют инбредные или селекционные линии животных

7 Понятие признака в генетике поведения В 30-е годы сформировалась так называемая феногенетика направление, анализирующее пути и правила становления признака в процессе развития. Если ранее наибольшее распространение имела лишь гипотеза "один ген один фермент", то развитие феногенетики дополнило эти представления. Были сформулированы новые положения, каждое из которых имеет солидное экспериментальное обоснование (Б.Л.Астауров, П.Ф.Рокицкий, Н.В.Тимофеев-Ресовский)

8 Понятие признака в генетике поведения В этот период были установлены два общих принципа отношений между генами и признаками: 1) каждый ген влияет на все признаки в организме, хотя его влияние на некоторые из них может быть исчезающе мало; 2) любой признак организма зависит от всех генов фенотипа в целом, даже если зависимость от некоторых незаметна. Иными словами, развитие каждого признака представляет собой цепь последовательных генных взаимодействий, проявляющихся в определенных условиях среды

9 плейотропия Когда признак отдален от первичного эффекта гена несколькими "ярусами" биохимических процессов, то обнаруживается влияние некоего гена не только на исследуемый признак, но и на многие другие стороны строения, функций и поведенческих реакций организма. Описано множество генов со сложными плейотропными эффектами.

10 Классический пример плейотропии обнаружен А.Стертевантом (1915) и подробно описан в 1956 г. М.Бэсток – это влияние мутации yellow на уровень половой активности мух плейотропный эффект мутации yellow: у самцов достоверно снижается способность к ухаживанию: у них сильно укорочена во времени фаза "вибрации". Эти особи проигрывают в ситуации конкуренции с самцами других генотипов

11 Стадии ритуала ухаживания у дрозофилы (с черным кончиком брюшка самец): а ориентация; б отставление крыла и вибрация; в "облизывание" гениталий; г садка; д копуляция; е невосприимчивая самка отталкивает самца (оттягивает яйцеклад, поворачивая конец брюшка вбок)

12 Гены, которые в мутантной форме вызывают изменения показанных на рисунке поведенческих реакций; их экспрессия в ЦНС

13 Генетический контроль некоторых аспектов поведения у дрозофил (гены зрительной системы) Ген sevenless - Мутанты по гену не обнаруживают нормального восприятия УФ-света. Ген optomotor-blind - гомозиготы по мутациям этого гена не реагируют на вращающиеся вертикальные полосы, особенно во время ходьбы, в полете действие мутаций проявляется слабее; Ген small-optik-lobes - у мутантных клеток дегенерирует около 50% клеток в оптической доле головного мозга. В результате нарушается система ориентировки и правильность поведения во время посадки после полета.

14 Генетический контроль некоторых аспектов поведения у дрозофил (Гены, контролирующие способность к обучению) К настоящему времени открыты как минимум 3 гена, влияющие на эффективность обучения: Ген dunce - не способны обучаться, «тупицы». Этот ген имеет огромные размеры и функционирует в грибовидном теле в головном мозге; Ген rutabaga экспрессируется в головном мозге имаго и вовлечен в процессы запоминания и памяти. Аналогичные гены были найдены в геномах мыши, коровы и человека, значит. Некоторые этапы обучения у насекомых и млекопитающих имеют общие черты; Ген agnostic кодирует кальмодулин – ингибирующий белок. Мутанты по гену полностью утрачивают способность к обучению.

15 Генетический контроль некоторых аспектов поведения у дрозофил (Брачное поведение) Сложные движения перед спариванием – брачные танцы. Инициатива при этом принадлежит самцу, он исполняет «песнь любви» - это вибрация крыльев продолжительностью 55 с., состоящая из импульсов в мсек., с промежутком в мсек., с частотой 160 Гц. Мутация cacophony резко увеличивает амплитуду колебаний во время импульса; Мутация dissonance – вместо правильного чередования импульсов и промежутков идет один мощный импульс; Мутация slowloke - нормальная вначале песня сменяется полициклическим импульсом с большой амплитудой. Мутации clock меняют продолжительность одного цикла песни любви: либо уменьшают до 40 сек., либо увеличивают до 80 сек., что изменяет и процесс ухаживания ха самкой.

16 Генетический контроль некоторых аспектов поведения у дрозофил (Брачное поведение) Мутации, изменяющие весь процесс ухаживания и дальнейшего спаривания: Мутации hni не обнаруживают признаков ухаживания; Мутанты platonic ухаживают нормально, но не копулируют. Мутации гена fruitless полностью изменяют половое поведение самцов они не делают попыток ухаживать за самками; ухаживают только за самцами; стимулируют нормальных самцов ухаживать за собой. ( это самцы-гомосексуалисты) Мутанты fru выделяют вещество, запахом привлекающее других самцов Ген lesbian - мутантные самки ухаживают за другими самками, демонстрируя поведение, характерное для самцов, н-р, изменение положения крыльев. Ген voila – бисексуальное поведение – самцы ухаживаю как за виргинными самками, так и за зрелыми самцами.

17 Положение самки и самца во время ухаживания (а) и акустическая картина песни у особей дикого типа (б), у мутантов dissonance (в,г) и cacophony

18 Биохимические «блоки» при наследственных нарушениях обмена аминокислот: 1. фенилкетонурии; 2. альбинизме; 3. алкаптонурии; врожденной недостаточности тироксина (дисгормоногенезе).

19 Некоординированные действия неразлучника- гибрида по фиксации гнездового материала

20 ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОВЕДЕНИЯ, СВЯЗАННАЯ С РАЗЛИЧНОЙ ЭКСПРЕССИВНОСТЬЮ ПРИЗНАКОВ Экспрессивность - степень фенотипического проявления эффектов аллеля определенного гена у разных генетически сходных между собой особей. Пенетрантность - частота проявления аллеля определенного гена у разных особей группы родственных организмов

21 Внутрилинейная изменчивость поведения определяется очень многими факторами: 1 - это влияние соседства сородичей в жилой клетке, что редко учитывается исследователями 2 - различия в экспрессивности такого признака, как агрессивность

22 различия в экспрессивности такого признака, как агрессивность К моменту рождения у эмбрионов мыши мужского пола уровень тестостерона в крови втрое выше, чем у самок, что связано со скачкообразным началом функционирования у них семенников. В проведенном эксперименте эмбрионов непосредственно перед родами извлекали методом кесарева сечения. При этом определялось относительное расположение в матке каждого из них и устанавливалось, кто были "соседями" данного плода; Выросшие взрослые самцы, соседями которых в матке также были самцы, оказались более агрессивными, чем те, которые в эмбриональном периоде располагались рядом с самками; В дальнейшем сравнили поведение и ряд морфологических характеристик самок, имевших соседями по матке двух самцов, с самками, соседками которых были две самки: - У первых отмечались некоторые черты "маскулинизации" поведения и повышенный уровень тестостерона в крови.

23 Расположение эмбрионов в двурогой матке грызуна: а интактная матка; б эмбрионы, извлеченные из нее; 1 плацента; 2 эмбрион, 3 пуповина Вполне вероятно влияние на данный плод состава крови "соседа" по матке. Повышенным пренатальным уровнем тестостерона в крови эмбрионов-самок и объясняют повышение уровня агрессивности у взрослых животных. Значит, животные с одинаковым генотипом могут отличаться вариабельностью поведения, причина которой кроется исключительно в средовых, т.е. внешних по отношению к геному факторах.

24 В оценке соотношения генотипа и среды для формирования поведения наиболее важным является определение степени лабильности или, наоборот, ригидности любого изучаемого признака поведения поведение животного формируется при взаимодействии продуктов экспрессии генов (т.е. генотипа) со средой, которая в свою очередь порождается работой генов на предшествующей стадии и констелляцией внешних условий. Различный "удельный вес" вклада генотипа и среды в формирование признаков поведения зависит от типа генетической программы поисковый компонент инстинктивного акта включает в себя значительное число пластичных, модифицируемых реакций, тогда как завершающий акт жестко детерминирован и лишь изредка обнаруживает изменчивость Разные уровни "пластичности" или "ригидности" одной и той же формы поведения иногда встречаются у животных близких видов (особенности пищевого поведения разных подвидов оленьей мыши)

25 поведение как объект исследования генетики крайне сложен Путь "от гена к признаку", который бывает достаточно короток у примитивных организмов, оказывается сложным и многоступенчатым при формировании нервной системы и поведения Оценка этого пути у животных, организм которых состоит из одной клетки, а также у животных с относительно просто устроенной нервной системой, вносит некоторую упорядоченность в наши знания о генетическом контроле функций нервной системы.

26 Биохимические «блоки» при наследственных нарушениях обмена аминокислот: 1. фенилкетонурии; 2. альбинизме; 3. алкаптонурии; врожденной недостаточности тироксина (дисгормоногенезе).

27

28

29

30

31

32

33

34 Согласно новой гипотезе, причины многих психических заболеваний кроются в своеобразном «перетягивании каната», в которое вовлечены в человеческом организме гены, наследованные от отца и матери

35 В основе многих психических заболеваний, включая аутизм, паранойю и депрессию, может лежать конфликт между генами, унаследованными от отца и матери Самцы млекопитающих «отключают» в своих сперматозоидах многие гены, активная работа которых выгодна матери, но невыгодна эмбриону Самки отключают в своих яйцеклетках гены с противоположным эффектом Ряд фактов свидетельствует о том, что смещение баланса активности генов в «отцовскую» сторону может приводить к аутизму, в «материнскую» к паранойе, депрессии и психозам

36 Импринтинг - это пример так называемой «эпигенетической», или надгенетической, наследственности, то есть наследственных свойств, не связанных с изменением основной структуры генов последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК.

37 геномный импринтинг развивается из-за конфликта интересов между полами; У млекопитающих между самкой и ее детенышем во время внутриутробного развития складываются отчасти антагонистические отношения Самец в этом конфликте в общем случае на стороне детеныша. Других детей самка еще неизвестно от кого родит, а этот свой Самцы отключают в своих сперматозоидах те гены, которые защищают мать от чрезмерных притязаний эмбриона, а самки, напротив, отключают в своих яйцеклетках те гены, которые могут эти притязания усилить. Действительно, большинство генов, подвергающихся родительскому импринтингу, так или иначе связаны с внутриутробным развитием, строением плаценты

38 геномный импринтинг человеческий зародыш получает и от отца, и от матери по одной копии гена IGF2, который кодирует белок, способствующий быстрому росту. В норме отцовская копия этого гена активна, а материнская отключена Мать, отключая в своих яйцеклетках ген IGF2, старается притормозить рост ребенка и тем самым облегчить себе жизнь во время беременности, родов и грудного вскармливания. Отец, снабжая ребенка активной копией гена, напротив, старается ускорить рост эмбриона вопреки «корыстным» интересам матери.

39 геномный импринтинг если у человеческого зародыша активными оказываются обе копии гена IGF2 (то есть происходит сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону), ребенок будет страдать так называемым синдромом Беквита–Видемана синдромом Беквита–Видемана (Beckwith–Wiedemann syndrome),Beckwith–Wiedemann syndrome для которого характерен резко увеличенный вес ребенка при рождении и чрезмерно быстрый рост некоторых органов.

40 геномный импринтинг Дети, у которых баланс смещен в «материнскую» сторону (отключены обе копии гена IGF2), страдают синдромом Сильвера–Рассела (Silver–Russell syndrome),Silver–Russell syndrome характерным признаком которого является замедленный рост

41 геномный импринтинг Особенно часто подвергаются импринтингу гены, от которых зависит работа плаценты органа, отвечающего за изъятие эмбрионом ресурсов из материнского организма. Кроме того, импринтингу подвергается ряд генов, связанных с развитием мозга. Это значит, что генетическое «перетягивание каната» в принципе может влиять на поведение, мышление, память

42 геномный импринтинг Уильям Гамильтон (William Donald Hamilton) - автор концепции «эгоистичного гена»William Donald Hamilton Гамильтон первым предположил, что важнейшей движущей силой эволюции может быть конфликт между генами, в том числе и между генами одного и того же организма. Гамильтон допускал, что внутренний генетический конфликт может иметь психологические последствия. Он отмечал, что людей можно подразделить на две группы: «people–people» и «things–people» Психический склад «things–people» чреват асоциальностью

43 Генетическая основа аутизма Ярко выраженная склонность к «вещевому» мышлению это не что иное, как аутизм. Аутичные дети в раннем возрасте отличаются замкнутостью на себе и крайним эгоизмом и доставляют очень много хлопот своим воспитателям (в первую очередь, конечно, матери). Предположение: некоторые случаи аутизма могут объясняться сдвигом в «отцовскую» сторону баланса активности генов, связанных с развитием мозга. Фактическое подтверждение: оказалось, что у людей с синдромом Беквита–Видемана риск развития аутизма резко повышен. Для многих аутистов характерна повышенная активность гена IGF2. Эти данные показывают, что между аутизмом и геномным импринтингом действительно может существовать какая-то связь

44 Если сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону ведет к аутизму, то его сдвиг в «материнскую» сторону, по идее, должен давать некий противоположный эффект. Какое же психическое состояние можно считать противоположным аутизму? По мнению, авторов, подлинным «антиподом» аутизма является паранойя, а также ряд других психических отклонений со сходными симптомами

45 геномный импринтинг На 15-й хромосоме человека обнаружен участок, содержащий несколько генов, подвергающихся импринтингу. Дети, у которых баланс активности этих генов сдвинут в «отцовскую» сторону, страдают синдромом Ангельмана. Такие дети в раннем возрасте отличаются гиперактивностью и постоянно требуют внимания к себе. Среди них очень высок процент аутистов. синдромом Ангельмана

46 Дети, у которых баланс сдвинут в «материнскую» сторону, страдают синдромом Прадера–Вилли. синдромом Прадера–Вилли Они отличаются сонливостью, исключительным спокойствием и нетребовательностью в раннем возрасте; в дальнейшем большинство из них начинает страдать различными психозами и депрессиями

47 хотя женщины страдают аутизмом реже мужчин, заболевание у них обычно протекает в более тяжелой форме. Напротив, шизофрения и депрессия у мужчин обычно протекают тяжелее, чем у женщин. Возможно, психическое заболевание потекает в более легкой форме, когда направление действия двух факторов половой принадлежности и баланса импринтинга совпадают, как у мужчин в случае аутизма или у женщин при депрессии. Когда же сбой геномного импринтинга направляет психическое развитие человека в сторону, противоположную той, к которой он предрасположен в силу своей половой принадлежности, заболевание развивается реже, но протекает в более тяжелой форме, как у женщин-аутистов и мужчин, страдающих психозами.