 |
Ф. Гальтон основоположник генетики человека
|
|
|
|
Модуль 1. История от Гальтона до Генома
Комплексная цель:
Дать целостное представления о становлении генетики человека как науки.
Показать роль Ф. Гальтона как автора классических методов исследований генетики человека. Дать представление о позитивной и негативной евгенике, рассмотреть вклад русских ученых в евгеническое движение, и всесторонне оценить историческую роль евгеники в развитие исследований генетики человека.
Содержание:
Глава 1. Оглядываясь назад
Автор: Асланян Марлен Мкртычевич
Глава 2. Евгеника
Автор: Асланян Марлен Мкртычевич
Глава 3. Важные даты
Авторы: Шкурат Татьяна Павловна, Лянгасова Ольга Владиславона
Глава 1. Оглядываясь назад
Ф. Гальтон основоположник генетики человека
| "Он знал математику и физику больше, чем девять биологов из десяти, больше из биологии, чем девятнадцать математиков из двадцати, и больше из патологии и физиологии, чем сорок девять из пятидесяти биологов и математиков его времен". Карл Пирсон |
Френсис Гальтон родился 16 февраля 1822 года, в семье зажиточного английского банкира и активиста секты квакеров Самуэля Гальтона, он был девятый и последний в семье сын. Он рос вудеркиндом. В полтора года Френсис знал алфавит, в два с половиной стал читать, а в три - писать; в четыре года он уже знал наизусть стихи по-латыни, арифметику и немного французский язык, в шесть - всю английскую классическую литературу, включая Шекспира; при этом, прочтя страницу дважды, он повторяет ее слово в слово наизусть. По настоянию отца в 1840 году Френсис поступил в Кембриджский университет, где он учился на врача, но к концу обучения охладел к выбранной профессии, получил естественно-научное образование и занялся географией. Френсис Гальтон прожил долгую жизнь (1822-1911), и с возрастом круг его интересов неизменно расширялся.
|
|
|
Это был, по словам К.А.Тимирязева, “один из оригинальнейших ученых исследователей и мыслителей современной Англии”. Круг интересов Гальтона был чрезвычайно широк: в молодости он много путешествовал, занимался этнографией и географией человека; увлекался метеорологией; после он изучал наследственность человека, талант и способности, разработал методику генеалогического анализа (изучения родословных); впервые использовал метод исследования близнецов в биологии и в психологии (“близнецовый анализ”); внес немалый вклад в теорию статистики, в частности, первым применил статистический анализ в биологии человека и психологии; был одним из основоположников экспериментальной психологии и первым ввел в нее применяемые теперь так широко психологические тесты и опросники; разработал антропометрию - исследование человека путем измерения его внешних анатомических признаков, в частности, занимался дактилоскопией - исследованием кожных пальцевых узоров; он же был основоположником евгеники - учения об улучшении наследственности человека.
Венцом научной работы этого периода творчества стала книга "Наследственный гений"(1869), позднее неоднократно переиздававшаяся. В книге проанализирован обширный материал по так называемым "выдающимся людям". В своих рассуждениях автор подошел к пониманию феномена нормального распределения признаков в человеческой популяции.
Начало близнецовому методу положила статья Ф. Гальтона “История близнецов как критерий относительной силы природы и воспитания”, опубликованная в 1876 г. Теперь эта работа имеет скорее исторический интерес, однако тогда она вызвала к жизни большое количество подобных исследований. Многие известные психологи начала нашего века отдали дань этому увлечению, Однако в подлинно научный метод изучение близнецов превратилось в 20-х годах нашего столетия, когда появилось обоснованное представление о двух типах близнецов и надежные способы диагностики зиготности. В настоящее время логические основания метода выглядят следующим образом.
|
|
|
Начинает пионерские исследования близнецов. Ведь именно Гальтон впервые ввел в науку "близнецовый анализ", в результате которого изменились все представления о факторах, ответственных за формирование характера и способностей людей.
Для доказательства ведущей роли наследственности в формировании личности, Гальтон первым различил два типа близнецов: однояйцовые и двуяйцовые. К тому времени еще не было понятно, почему в однополых парах близнецов, встречались как случаи поразительного сходства, так и полного различия
Гальтон занялся систематическим сравнением 55 пар близнецов. Оказалось, что в 35 парах близнецы были внешне практически неразличимы, а в 20 парах - непохожи. Оказалось также, что сходство в идентичных парах не уменьшалось с возрастом, и похожие близнецы болели одинаковыми болезнями. Так Гальтон открыл существование двух типов близнецов - "однояйцевых" (развившихся из одной оплодотворенной яйцеклетки, расщепившейся на две части) и "разнояйцевых", (развившихся из различных яйцеклеток)
В конце 1870-х гг. приступает к разработке методологии психометрических исследований. Публикует множество статей, изобретает первые приборы для психометрических опытов (в т.ч. – знаменитый "свисток Гальтона").
После публикаций в "Nature" Г. Фулдса и В. Гершеля (1880) начинает интересоваться кожными узорами на пальцах человека. Монография об отпечатках пальцев "Finger prints" (1893) подводит итог исследованиям в этой области и закладывает основные принципы дерматоглифики, утверждая неизменность узоров в течении жизни, их строгую индивидуальность и простую возможность классификации. К этой книге, между прочим, восходит и современная классификация пальцевых узоров на три типа – дуги (арки), петли, завитки. Стоит отметить и тот факт, что Гальтон сумел сыграть в роль примирителя боровшихся за приоритет в дактилоскопии Фулдса и Гершеля.
|
|
|
Ее открытие было переворотом в криминалистике. Но не всем известно, что это открытие было сделано все тем же Френсисом Гальтоном. Правда, поначалу судебные эксперты не оценили его значения. В 1911 году из Лувра была украдена знаменитая “Джоконда” Леонардо да Винчи. На стекле рамы сохранились отпечатки пальцев, по которым был идентифицирован и пойман вор. Только после этого прогремевшего по всему свету удачного расследования метод Гальтона был признан. Гальтон изучил 5000 пальцевых узоров 500 человек; ему удалось показать, что они не меняются в течение жизни и полностью восстанавливаются в случае повреждения, например, обваривания кипятком. Математический расчет вероятности совпадения отпечатков пальцев, сделанный Гальтоном, показал, что отпечаток пальца одного человека может оказаться идентичным отпечатку пальца другого в отношении 1:4. Если же брать отпечатки 10 пальцев, то получалось невероятное число вариантов -1:64 млрд. Гальтон считал, что население Земли составляет 16 млрд., а это означало, что совпадение отпечатков пальцев двух людей невозможно. Но он исходил из того, что сравнивается каждый палец в отдельности. Если же сравнивать два пальца каждого из двух лиц, то 64 млрд. надо возводить в квадрат. При трех пальцах - в куб. А если сравнивать все 10 пальцев (как это обычно и делается), то число вариантов составит 6410 млрд. Впоследствии Гальтон разработал сложнейшие формулы для идентификации отпечатка. Учитывались мельчайшие детали - угол наклона папиллярной линии, коэффициенты ее закругления, форма треугольника, который составляют линии. Криминалисты пользуются этими формулами и по сей день. Открытие произвело эффект разорвавшейся бомбы. В 1892 году Гальтон опубликовал в Лондоне книгу "Finger prints", в которой изложил результаты своих исследований. Все европейские газеты вышли с его фотографией на первой полосе.
Много позже американский генетик Райф (Rife DC) констатировал, что " нет другого количественного вариабельного признака у человека с такой высокой наследуемостью и отсутствием изменений при воздействии постнатальных факторов… менее подчиненного колебанию в частотах, вследствии генетического дрейфа…т.е. обладающего уникальными свойствами в качестве генетических маркеров" (Rife, 1979). Этот исследовательский консенсус генетиков, антропологов, приматологов и клиницистов в отношении признаков дермальной кожи позволил сформулировать ключевые свойства дерматоглифики в изучении морфогенеза человека (Wertelecki, 1993):
|
|
|
1. обеспечение простого измерения качественных и количественных биологических признаков, отражающих размер и форму волярных подушечек плода;
2. сформировавшиеся признаки дерматоглифики не изменяются при дальнейшем росте и развитии плода, ребенка и взрослого человека;
3. дерматоглифика включает в себя наиболее наследуемые характеристики и одновременно отражает эффекты пола, расы, генных мутаций, хромосомных дефектов и тератогенных воздействий;
4. признаки дерматоглифики могут быть использованы в изучении воздействий внешней среды в пренатальном развитии путем изучения различий рисунка у монозиготных, дизиготных близнецов и сибсовых пар одного пола;
5. дерматоглифика может отражать нарушения пренатального развития при отсутствии других клинических симптомов этого нарушения;
6. дерматоглифика обеспечивает измерение соматической симметрии или гемидистрофии ранних стадий развития эмбриона и плода;
7. волярные складки тесно взаимосвязаны в развитии с подлежащими суставами.
Ярким примером диагностических возможностей дерматоглифики является работа Камминса описавшего характерные признаки дермальной кожи пациентов с "монголоидной идиотией" или болезнью Дауна - "так как они показывают необычные характеристики… из чего следует, что идиотия уже существует по крайней мере с третьего или четвертого месяцев жизни плода" (Cummins, 1939; Cummins, Platou, 1946). В итоге Камминс пришел к выводу о единой этиологии синдрома Дауна за 20 лет до выявления трисомии 21.
В начале 60-х годов 19 века Ф. Гальтон занялся генетикой человека и изучением наследственности таланта и способностей. В 1865 г. он опубликовал статью “Наследственный талант и характер”, а четырьмя годами позднее (1869) фундаментальную монографию “Наследственность таланта”. Прежде всего отметим, что уже в первой работе Гальтон делает очень важное обобщение: психические свойства человека наследуются в той же мере, в коей наследуются свойства физические. В то время это правило было еще далеко не очевидным. Далее он пишет о равном вкладе в наследственность детей со стороны и отца и матери; опять же вопрос этот в то время был еще дискуссионным.
|
|
|
Изучая биографии талантливых людей - он проследил родство около четырехсот знаменитых людей, - Гальтон опровергает очень распространенное в то время мнение о том, что одаренные люди имеют “слабое тело”. Он делает вывод, что “большинство больших людей - крепкие животные”. Главный вывод Гальтона - наследование способностей и таланта: “Ровно половина из числа наиболее знаменитых людей, - пишет он, - имеет одного или нескольких выдающихся родственников”. Наследственны, по мнению Гальтона, не только способности и талант, но и другие психические и биологические свойства: склонность к пьянству, к бродяжничеству, к туберкулезу, болезням сердца и к долголетию, а также мораль и религия. Большим достижением Гальтона была “теория корня”. Подобно многолетнему травянистому растению, наследственность которого скрыта в зимующем корне и проявляется снова и снова весной, когда растение всходит, наследственность человека, скрытая в половых клетках, проявляется в период формирования организма. Эта теория предвосхитила идею Вейсмана о “зачатковом пути”, то есть, по сути дела, современные представления о развертывании генетической программы, скрытой в половых клетках. Добавим, что в те времена большинство современников Гальтона, в том числе его друг Герберт Спенсер и его двоюродный брат Чарльз Дарвин, полагали, что в формировании организма большую или даже ведущую роль играют факторы среды.
Для доказательства ведущей роли наследственности в формировании организма Гальтон использовал новый, им разработанный и введенный в науку метод близнецового анализа. Он первым различил два типа близнецов: однояйцовые и двуяйцовые. Первых в его исследовании было 35 пар. Они не различались по внешности, цвету глаз и волос, росту, весу, силе, но различались по почерку. Признаки сходства не ослабевают с возрастом: пожилые однояйцовые близнецы похожи друг на друга, как близнецы в детстве. Они даже заболевают одними и теми же болезнями. Что же касается психологического сходства, то Гальтон приводит в качестве его доказательства один анекдотический пример: два близнеца купили на день рождения друг другу в качестве подарков одинаковые бокалы для шампанского, причем один из них сделал эту покупку в Англии, а другой - в Шотландии.
Изучая наследственную предрасположенность к рождению близнецов, Гальтон пришел к выводу, что у родственников близнецов в два с половиной раза больше шансов стать близнецами, чем у прочих.
Гальтон первым ввел в психологию измерение. Он изучал реакцию кожи на температуру и прикосновение, изучал функции зрения, слуха, обоняния, вкуса и кинестезии (мышечного чувства). Благодаря этим работам его можно считать одним из основоположников экспериментальной психологии. Многие приборы, сконструированные им для измерения сенсорных реакций, с незначительными модификациями используются психологами и физиологами по сей день. Он первым экспериментально установил, что пожилые люди высокие звуки слышат хуже, чем молодые; первым сконструировал прибор для измерения времени реакций. В конце ХIХ века Гальтон стал одним из инициаторов введения в психологию тестовых испытаний, причем сам термин “тест” в применении к психологии был введен им.
Наши сведения о росте, весе, пропорциях и скорости полового созревания людей до начала ХХ века исключительно скудны, главным образом, оттого, что в те времена массовых антропометрических обследований школьников, студентов, новобранцев никто не производил. Впервые о необходимости широкого применения антропометрии в школах и университетах заговорил Френсис Гальтон. Сам проводя такие исследования, он установил, что сельские мальчики четырнадцатилетнего возраста на один и четверть дюйма выше и на семь фунтов тяжелее их городских сверстников. (Отметим, что в наши дни городские школьники, напротив, выше и тяжелее сельских.) Методики антропометрических измерений, разработанные Гальтоном, в наши дни усовершенствованы, но многие введенные им замеры - объем груди при вдохе и выдохе, оценка силы мышц по обхвату предплечья в напряжении и расслабленного и другие - используются антропометристами и в наше время.
Дактилоскопия - исследование отпечатков пальцев - принята в уголовном розыске всего мира. Гальтон был ученым-многоборцем, но более всего он известен как основоположник новой науки - евгеники, что в переводе с древнегреческого означает “наука о благорождении”. Сам Гальтон определял евгенику как науку об “улучшении рода”. По его идее она - часть науки об улучшении видов, она включает в себя и животноводство, и растениеводство. Согласно учению Дарвина, выведение новых сортов растений и пород животных осуществляется методом искусственного отбора, т.е. отбора разумного, направляемого человеком. В дикой природе видообразование осуществляется путем естественного отбора, идущего стихийно и нецеленаправленно. Искусственный отбор намного эффективнее и быстрее естественного: если распространить его принципы на человека, то его, как и сельскохозяйственные растения и домашних животных, можно усовершенствовать и облагородить.
Но животных селекционеры скрещивают насильно, а как быть с человеком? Его надо просвещать! Гальтон подчеркивал важность распространения знаний о наследственности и эволюции. Человек должен сознательно исправлять и ускорять эволюцию своего вида, активно вмешиваясь в ее ход; одна только биологическая эволюция делает это слишком медленно и с ошибками. Человек должен сознавать “моральный долг” влиять на ход своей эволюции; стремление улучшить человеческий род должно стать новой религией человечества. “Если бы одна двадцатая доля стоимости и труда, которые тратятся на улучшение пород лошадей и собак, была затрачена на улучшение человеческой расы, - писал Гальтон, - какую бы галактику гениев мы могли бы создать!” Он переносил на человечество дарвиновскую теорию естественного отбора: “слабые нации” должны исчезать, их вытесняют в процессе естественного отбора “сильные нации”. Однако в современном обществе отбор (стихийный, неразумный) приводит зачастую к более интенсивному размножению и, соответственно, к увеличению пропорций в обществе более слабых.
Гальтон полагал, что помощь общественной элите, создание условий, благоприятствующих ее воспроизведению, важнее помощи нищим; он противопоставлял сентиментальному состраданию бедным “более мужественное желание поддержать одаренных природой и национальную эффективность будущих поколений”.
По инициативе Гальтона в 1904 г. при Лондонском университете была организована Национальная евгеническая лаборатория (или, как ее все называли, “Лаборатория Гальтона”), а через три года в Лондоне возникло “Общество евгенического воспитания”, Гальтон стал почетным его президентом.
Годом рождения клинической генетики считается 1902г когда английский врач А.Гаррод, опубликовал первое сообщение о рецессивно наследуемом заболевании – алкаптонурии (Garrod A. The incidence of alkaptonuria: a study in clinical individuality. - The Lancet, 1902, v. 2, p. 1616-1620.) Алкаптонурия (alkaptonuria; MIM 203500) - наследственное заболевание, характеризующееся расстройством обмена тирозина и экскрецией с мочой большого количества (до 4-8 г и более в сутки) гомогетензиновой кислоты (2,5-дигидрофенилуксусной кислоты). Алкаптонурия или "болезнь черных пеленок" легко распознается сразу после рождения, т.е. в младенческом возрасте из-за характерного окрашивания пленок. На пеленках, смоченных мочей, остаются темные пятна. Для данного заболевания характерно изменение цвета мочи при стоянии, она быстро чернеет вследствие окисления содержащейся в ней гомогетензиновой кислоты. Заболевание было впервые описано Скрибониусом (Scribonius) в 1584 году.
Основоположником клинической генетики в России считается выдающийся врач невропатолог – С.Н. Давиденков (1924г –первая МГК в институте нервной профилактики) С.Н. Давиденков впервые обосновал необходимость применения в медицине генеалогического метода, ввел в неврологию точные методы генетики, сформулировал принцип генетической гетерогенности, предложил классификацию нервных болезней, основанную на генетических закономерностях. Большой вклад в развитие медицинской и клинической генетики в России внесли С.Г. Левит, Л.О. Бадалян, Н.П.Бочков, Е.Ф. Давиденкова, А.Ф. Захаров, А.А. Малиновский, Е.Е. Погосянц, А.А. Прокофьева-Бельговская, Н.В. Тимофеев-Рессовский, В.П. Эфроимсон. Первый институт медицинской генетики был организован в Москве в1932г (директор С.Г. Левит), при этом институте был создан Центр близнецовых исследований. Однако в конце 30-х годов институт был закрыт. Только 1969г в Москве вновь создается институт медицинской генетики, который возглавил Н.П. Бочков; в 1990 году был преобразован в два института – Институт клинической генетики РАМН и Институт генетики человека РАМН.
С начала семидесятых годов медико-генетические кабинеты и центры планирования семьи открыты во всех областных и республиканских больницах Основной целью медико-генетического консультирования является оценка вероятности рождения ребенка с тяжелыми наследственными заболеваниями, а также консультирование по проблемам планирования семьи.
Национальный исследовательский институт генома человека (National Human Genome Research Institute — NHGRI) в США, британский институт Сенгера (Wellcome Trust Sanger Institute) и Пекинский институт геномики в Шэньчжэне (Beijing Genomics Institute-Shenzhen) взялись за реализацию глобального проекта расшифровки геномов 1000 человек со всего мира.
На данный момент установлена полная последовательность генов всего нескольких человек, например доктора Ватсона). Чтобы создать общедоступную полную карту генома человека со всеми возможными вариациями, учёным понадобятся все доступные новые методы и около $30-50 миллионов (проведение всех операций устаревшими способами потребовало бы как минимум $500 млн).
Проект назван незамысловато — " 1000 Genomes Project ".
За первый год устроители надеются провести три первых пробных мероприятия (подробнее читайте в этом пресс-релизе), после которых они решат, как максимально эффективно добиться результата и при этом потратить поменьше денег.
Какова же цель столь масштабного исследования?
Все люди генетически схожи примерно на 99%. Однако тот самый один процент различия генов определяет восприимчивость того или иного человека к разным болезням, побочное действие лекарств и реакцию на условия окружающей среды, что весьма важно не только для учёных, но и для самих людей.
Предыдущие исследования обнаружили примерно 100 регионов мира, в которых наследственность определяла предрасположенность местного населения, например, к диабету или раку молочной железы (а также к заболеванию сердечной артерии, воспалению кишечника или суставному артриту и так далее).
Сейчас из-за недостатка информации учёным приходится проводить дорогостоящее исследование ДНК пациента, чтобы установить, какое именно "отклонение от нормы" в хромосомах вызвало болезнь. Исследователи надеются, что по завершении прочтения тысячи геномов такой анализ будет более дешёвым, быстрым и эффективным – помогут открытые закономерности. Кстати, все полученные данные будут доступны любому пользователю Сети.
Где же биологи возьмут столько образцов ДНК? Планируется, что донорами станут прежде всего люди, участвующие в международном проекте HapMap.
Среди тех, чья ДНК будет расшифрована, уже точно присутствуют: африканец, говорящий на языке йоруба, из Ибадана в Нигерии; японец из Токио; китаец из Пекина; постоянный житель штата Юта, чьи предки приехали в США из северной и Западной Европы; житель итальянской Тосканы; индиец, говорящий на языке гуджарати, из Хьюстона; китаец из Денвера; люди с мексиканскими корнями, проживающие в Лос-Анджелесе, а также жители юго-запада США, чьи предки проживали в Африке (список смотрите на этой странице).
Авторы 1000 Genomes Project пока не решили, насколько тщательно биологи будут исследовать каждую последовательность генов. Из-за этого одни учёные полагают, что установленные временные и денежные рамки негативно скажутся на качестве результатов. Другие же считают результаты "нежизнеспособными" без дополнительных данных о доноре (например, истории болезни и основных параметров, вроде веса и роста).
На все эти "подозрения" организаторы проекта отвечают, что их целью не является определение всех генетических корней тех или иных черт человека (это весьма усложнит исследования и, кроме того, может привести к раскрытию личности доноров).
"Исследование даже тысячи людей не позволит лучшим умам человечества установить точную связь между генотипом и фенотипом людей,- говорит Фрэнсис Коллинз (Francis Collins), директор NHGRI, — оставим это открытие будущим исследованиям".
Глава 2. Евгеника
|
|
|
