1. UVOD U BIHEVIORALNU GENETIKU

Bihevioralna genetika bavi se pitanjima to odreuje interindividualne razlike meu ljudima. To je znanstvena disciplina koja spada na granicu izmeu biolokih znanosti i psihologije, iako se znatno vie psihologa od bilo koje druge struke bavi bihevioralno genetikim istraivanjima. Bihevioralne karakteristike se formiraju na kompleksan nain, interakcijom genotipa postojeih karakteristika pojedinca i iskustva. Kljuni problem bihevioralne genetike jest to je genetiki utjecaj i kako geni pridonose ponaanju jedinke odreene vrste. Ovisno o biolokoj osnovi, razliiti su efekti uenja i iskustva i oni su kumulativni. Nije mogue nezavisno procijeniti doprinos gena i okoline u nekoj osobini jer su pomijeani, no nema gena bez okoline. Iako je na nivou pojedinca nemogue to zakljuiti, na nivou populacije mogue je povezati genetski utjecaj na fenotipskoj razini i iskustvene razlike ljudi s fenotipskim razlikama. Ono to se javlja kao snaan genetski efekt ne mora nuno biti u osnovi genetiki (iako ga u osnovi moe odreivati vie gena). Istraivanja se bave razlikama na razini populacije. Brojne su nam karakteristike genetski odreene, a to se ne tie bihevioralne genetike (npr. broj ruku, nogu), ve se ona bavi onim to se tie razliitosti ljudi. Metodologija koju koristi je tome i prilagoena, tj. prilagoena je procjenjivanju populacijskih parametara te se oni mogu mjeriti,mogu biti genetski odreeni, a mogu se i mijenjati. Mnogo se istraivanja krivo interpretiraju te se rezultati individulnih razlika generalizira na grupi, npr. rasne razlike (no, to je krivo razumijevanje osnovnih bihevioralno genetikih istraivanja).

- distribucija rezultata na testu rijenika za muke ispitanike - distribucija rezultata na testu rijenika za enske ispitanike Distribucije se poklapaju oko 90%, prosjeci mukaraca su neto nii od prosijeka ena. No, ovo ne moraju biti rezultati an testu vokabulara.1

Ako je potpuni genetski efekt to znai da su genetske individualne razlike povezane s genetskim razlikama u populaciji. Kontroverzno: programi za poboljanje kolskog uspjeha onih s niskim socioekonomskim statusom. razlike izmeu grupa, nemaju veze s individualnim razlikama. Bihevioralna genetika se bavi etiologijom individualnih, a ne grupnih razlika po principu: sada i ovdje. - KRITIKE : 1. Kako rei da geni neto odreuju kad je ovjek slobodno bie i radi to eli i kad hoe?! Geni doprinose razvoju bihevioralnih fenotipa, ne uzrokuju pojedinane reakcije (povezani su s individualnim razlikama). No, ovo je kriva pretpostavka. Npr. pokazan je utjecaj gena na alkoholizam. Geni ne odreuju ponaanje na neposredan nain. Krajnji uzrok ponaanja moe biti na genetskoj konstrukciji pojedinca ili genetskoj konstrukciji vrste. Ovdje se zapravo radi o konfuziji semantike prirode. 2. Bihevioralno genetika istraivanja bave se realnom situacijom, onim to jest. Potrebno je analizirati pojedina ponaanja i vidjeti to je uzrokovano genima, a to okolinom i to je uvijek konstantno. Uvijek objanjavamo fenotip. Ako se neto mijenja u populaciji, onda se i ti odnosi mijenjaju. Da smo svi mi genetski identini, okolina bi inila razlike i obratno. Mehanizmi djelovanja gena: Nije to nita mistino, nekakva sila koja nas tjera da se ponaamo na odreeni nain. U osnovi djelovanaj gena jest kemijska struktura s porukom koje omoguuju stanicama da se repliciraju i kontroliraju svoj razvoj, sinteza proteina (doziraju specifinu sekvencu proteina), neki gen- regulatori aktiviraju druge gene, itd. Na isti nain utjeu i na psihike osobine. Prve ideje dali su Darwin i Galton, dokle se iz Mendelovih zakona izvode sve bihevioralno genetike metode. Mendel je estice odgovorna za prnoenje nasljednih osobina nazivao nasljednim elementima, a danas se zna da je to molekula DNA zaslugom Watsona i Creaka (1953.), koji su otkrili njezinu strukturu. Novonastala stanica uvijek ima istu genetku sliku kao i prethodne stanice. Sve ljudske stanice imaju identian komplement gena, osim kod poremeaja. Strano je velik broj gena, parova DNA. Procjenjuje se da postoji 100 000 gena u naem organizmu te se 1/3 ekspresira u mozgu (u ovom kontekstu, ekspresirati znai odrediti se, izraziti se u neemu). Upravo zbog toga i nije udo to genotip ovjeka utjee na njegovo ponaanje. U najveoj je mjeri genotip ljudi identian (kao i biima na niem nivou, npr. imamo 98- 99% genetske slinosti s impanzama). Ono to uoavamo kao razlike meu pojedincima nije toliko veliko, koliko bi zapravo moglo biti. Razlike se mogu javiti izmeu svake od parova baza jer ih u svakom genu ima po vie (3,5 milijardi2

kod ovjeka). U 1 na svakih 1000 baza postoji razlika meu ljudima, no to znai da ih ima 3,5 milijuna (razlika). Prva istraivanja blizanaca i studije usvajanja poela su 20-ih i 30-ih godina 20 st. Zbog biheviorizma, koji prouava iskljuivo ponaanje ostaje nezapaena. Ponovno se poinje prouavati 60-ih godina, a 80-ih joj raste popularnost.

3

2. OSNOVNI GENETIKE

POJMOVI

BIHEVIORALNE

1.FENOTIP je opaeno karakteristino ponaenje, dokle u irem smislu oznaava ukupan izraaj organizma, tj. zbroj njegovih morfolokih i fiziolokih svojstava. FENOTIPSKE RAZLIKE ine opaene ponaanjne razlike. 2. GENOTIP se odnosi na genetske karakteristike individue. Ovim se nazivom oznauje ukupno nasljee organizma, tj. zbroj svih nasljednih faktora, gena, koji ta svojstva odreuju. Iskazuje se u fenotipu s time da se itav genotip ne mora uvijek izraziti u fenotipu. tovie, neki geni mogu doi do izraaja tek u osobitim prilikama i u buduim generacijama. Svako je svojstvo organizma ponajprije izraz odreenih genski uvjetovanih procesa i djelovanja u njegovu razvitku. No, na oblikovanje organizma, osim toga, utjee i okoli. Organizam raste na raun neprestanog priljeva nove hranjive tvari uz posebne fiziko-kemijske uvjete u kojima se zs to vrijeme nalazi. Prema tome, organizam u svom konanom obliku (fenotipu) i stanju nije samo rezultat naslijeem odreenoga biolokog razvitka nego zajednikog djelovanja naslijea i ivotnog okolia. Bihevioralno genetika istraivanja ne bave se genetskim karakteristikama vrste, ve se bave interindividualnim razlikama.Ona se ne bave prosjenim razlikama meu populacijama (ne mogu objasniti spolne, rasne, etnike i druge razlike). Razliite populacije mogu se razlikovati po odnosu utjecaja okolina-genotip te mogu postojati razlike unutar jedne populacije tijekom vremena.

Slika 1. Krianje crnih zamoria. U oba sluaja (1. i 2) roditelji su crne boje, ali u 2. nose i nasljedni faktor za bijelu boju.4

2.1.

MENDELOVI ZAKONI

- neki kljuni pojmovi:- Krianje ili hibridizacija je proces mijeenja naslijea dvaju razliitih roditelja. - Krianjem nastaju krianci, hibridi ili bastardi. - P- poetna (roditeljska, parentalna) generacija - F1, F2, F3,... generacije potomaka (filijalne generacije) prema redoslijedu - monohibridno krianje- praenje jednog svojstva - dihibridno krianje- praenje dva svojstva - polihibridno krianje- praenje vie svojstava-

-

eki redovnik (odmetnuo se pop u znanstvenike) Gregor Mendel provodio je pokuse sa grakom i na osnovu toga doao do odreenih zakona nasljeivanja. Uvodi pojam jedinice nasljea, koji danas nazivao genima. Razlikuje dominantne i recesivne faktore, pri emu je dominantni prevladavajui faktor, a recesivni onaj koji je potisnut.

- Tri su Mendelova zakona: ZAKON JEDNOLINOSTI: kriaju li se homozigotni roditelji svi su potomci F1 generacije meusobno jednaki. 2. ZAKON CIJEPANJA ILI SEGREGACIJE: krianjem jedinke F1 generacije meu sobom nastaju potomci s razliitim svojstvima. a) kod monohibridnog krianja s dominacijom u omjeru 3:1 u korist dominantnog oblika, b) kod monohibridnog intermedijarnog krianja u omjeru 1:2:1 Intermedijarno oznaava nasljeivanje pri kojem nema izrazite dominacije, ve se pojavljuje neki srednji, prijelazni tip izmeu roditelja. 3. ZAKON NEZAVISNOSTI NASLJEDNJIH IMBENIKA: kad se kriaju jedinke s vie svojstava pojedina se svojstva nasljeuju nezavisno.1.

5

2.2

KROMOSOMI I GENI

GENI su sitne materijalne jedinice molekulskih dimenzija koje se prenose priumnoavanju stanica pa organizam koji raste postaje tako genetiki jedinstvena cjelina. Prenose se pri umnoavanju stanica te organizam koji raste postaje tako genetiki jedinstvena cjelina. Na temelju toga zakljuujemo da se geni mogu nalaziti samo u onim strukturama koje se podjednako rasporeuju u novonastalim stanicama, a to su prije svega kromosomi. - Dvije su osnovne funkcije gena: a) transplatacijska funkcija, b) transmisijska funkcija. Transplatacijska funkcija odnosi se na prepisivanj egenetske upute na isti nain, tj. na proces transkripcije putem kojeg geni ifriraju specifinu sekvencu aminokiselina za proizvodnju proteina (stanica, tkiva, miia). Valja napomenuti da su i enzimi, kemijske supstance koje sudjeluju u veini tjelesnih metabolikih procesa (anabolitike i katabolitike reakcije) isto tako po svojoj kemijskoj osnovi proteini. Molekula DNA odreuje ifru za produkciju proteina. Osobe koje imaju razliitu gradivnu strukturu DNA, imat e prema tome i razliite npr. neurotransmitore, tj. oni e se kod njih proizvoditi u razliitoj koliini, a to e dovesti do razlika u linosti ili u inteligenciji. Prijenos ili transmisija informacija kroz generacije najvie se eksploatira u bihevioralnoj genetici. DNA se mora replicirati prilikom stanine diobe kako bi se prenjele naslijedne informacije, naravno da se ovo odnosi i na replikaciju DNA u spolnim stanicama, tj. gametama, a one sadre gene, tj. kodirane informacije. Kad doe do oplodnje vjerojatnost prenoenja gena od roditelja jest 50:50.Slika2. Graa kromosoma. a) na poetku profaze- nit DNA je udvostruena, ali kromatide jo nisu jasno oblikovane. b) u metafazi- jasno se primjeuju dvije kromatide koje su se skratile uslijed jae spiralizacije.

6

KROMOSOMI su tjeleca koja postaju vidljiva u jezgri u sloenijim vrstamastanine diobe, mejozi i mitozi. Kromosomi su nosioci gena (to su mjesta gdje se fiziki nalaze molekule DNA). Glavni dio kromosoma jest dvostruka sredinja nit KROMONEMA.

Slika 3. Vinska muica (Drosophila melanogaster): A) izgled mujaka () i enke (), B) diploidne garniture kromosoma (2n= 8), C) spolni kromosomi oznaeni su sa X i Y.

Kromonema je sastavljena od dvolananih molekula DNA (deoksiribonukleinska kiselina). Na kromosomu se primjeuje i utanjeno, neobojeno mjesto, CENTROMERA, na koju su za diobe vezane niti diobenog vretena. Za vrijeme mitoze. moe se prema osobitom izgledu i gibanju kromosoma razlikovati nekoliko uzastopno povezanih faza. To su : 1.profaza 2. metafaza 3. anafaza 4. telofaza 5. interfaza- dua faza u kojoj se ne primjeuje nikakvo gibanje jezgrine tvari.

Slika 4. a) Linearni poredak gena ostaje uzdunim cijepanjem kromosoma nepromijenjen. b) Odreene promjene na oku vinske muiceprate i odreene promjene na gorostasnom kromosomu: 1. normalne kromomere- normalno oko, 2 dvostruke kromomere- smanjeno oko, 3. trostruke kromomere- jae smanjeno oko.7

Slika 5. Usporedba mitoze i mejoze: 1.) MITOZA. a) Profaza sa 6 kromosoma. Parovi homolognih kromosoma su a1a2, b1b2, c1c2. b) Metafaza- kromosomi su u ekvatorijalnoj ploi. c) Anafazakromatide su se odvojile i pomiu se prema polovima. d) Telofaza- nastaju 2 nove diploidne stanice sa po 6 kromosoma. 2.) MEJOZA. Prva mejotika dioba (redukcijska): a) Svretak profaze- homologni kromosomi su se pribliili i tvore bivalente. b) Metafaza- homologni kromosomi su spojeni u bivalente i poredani ekvatorijalno. c) Anafazarazilaenje homolognih kromosoma. d) Telofazanastaju dvije stanice s polovinim brojem kromosoma. Druga mejotika dioba: obinom mitozom konano nastaju 4 haploidne stanice, gamete sa po 3 kromosoma. (Kod 1. i kod 2. ekvatorijalni poloaj kromosoma prikazan je vertikalno zbog bolje jasnoe sheme.)

Kod svih organizama koji su nastali od dvaju roditelja na temelju procesa oplodnje kromosomi u tjelesnim stanicama dolaze uvijek u parovima kojih su lanovi s obzirom na vanjske osobine meusobno jednaki. Nejednaki mogu biti samo spolni kromosomi. Takav slog kromosoma u tjelesnim stanicama zove se DIPLOIDNA GARNITURA (2n), a lanovi pojedinih parova zovu se HOMOLOGNI KROMOSOMI. U gametama nalazi se od svakog para samo po jedan kromosom, to je posljedica redukcijske diobe u mejozi. Takav sastav, brojano upola manji, zove se HAPLOIDNA GARNITURA (n). Za haploidnu garnituru, koja je ujedno najmanja mogua cjelina nasljedne tvari neke bioloke vrste, primjenjuje se takoer izraz GENOM. Hipoteza da su spolne razlike u spacijalnoj superiornosti spolno vezane (recesivan gen na X- kromosomu) ispitala se istraivanjem: u sluaju spacijalne superiornosti mukaraca (XY) koji imaju na gen za tu osobinu na X- kromosomu, onda na Ykromosomu nemaju onaj gen koji supresira izraavanje recesivnog gena na Xkromosomu. Ako ena ima spacijalnu inteligenciju, tada ima gene na oba svoja Xkromosoma. Spacijalno inteligentan mukarac dobio je gen od majke i pokazale su se vee korelacije u spacijalnoj inteligenciji izmeu majki i sinova. No, metaanalize pokazale su da ova pretpostavka ne stoji. Broj i raspored kromosoma u slogovima za svaku je vrstu u osnovi stalan (npr. broj kromosoma ovjeka je 46, mievi ih imaju 20, vinska muica 4). No tijekom8

mejoze i oplodnje ili neposredno nakon toga mogu nastati iznenadne promjene (mutacije) koje e se nasljeivati i kroz potomstvo. Broj kromosoma pojedine vrste naziva se KARIOTIP. Kariotip ljudske vrste ima 23 para kromosoma, gdje 1 par kromosoma otpada na spolne kromosome, a preostala 22 para ine autosomi. Kromosom se sastoji od p (manji krak) i q (vei krak), koji su odijeljeni suenim dijelom CENTROMEROM, mjestom na kromosomu gdje nema gena. Prema jednoj tipologii oznaavanja gena, geni koji se nalaze ispod centromere oznaavaju se sa q, a iznad centromere sa p. Prema tome, geni za Huntingtonovu bolest nalaze se na 4.-om kromosomu, 1. regiji i esti je po redu (4p16). 80-ih je poeo projekt HUMAN GENOM PROJECT s ciljem lociranja svih gena ljudskog genoma. Navodno je to do danas uinjeno. Zanimljivo je da su za ovaj projekt najzainteresiranija osiguravajua drutva te su im ujedno bili i glavni sponzori. 90-ih je poelo istraivanje Roberta Plomina (vodei laboratorij u GB) o genima za inteligenciju i osobine linosti. No, pokazalo se da ne postoji samo jedan i jedini gen odgovoran za inteligenciju i nije samo on odgovoran za odreivanje inteligencije. Ako se geni na kromosomu nalaze vrlo blizu, onda se nasljeuju zavisno. to su fiziki blie na kromosomu, to je vea vjerojatnost da se te fizike karakteristike jave zajedno kod potomaka. Kromosomi se u mejozi tijekom redukcijske diobe samo raspadaju, a nakon oplodnje u tjelesnim stanicama novog organizma opet se pojavljuju u parovima. Na povezanost kromosoma i gena upuuje i to to muke gamete, spermiji, nose gotovo same kromosome, a vrlo malo citoplazme. Ipak, oni isto tako prenose naslijee neke bioloke vrste kao i jajna stanica, koja ima mnogo citoplazme. Za vrijeme mitoze jednak broj i jednaka masa kromatida prelazi u svaku od dviju novonastale stanice, to se za citoplazmu i ostale dijelove ne moe rei. To znai da se preko kromatida moe oekivati najpravilnija raspodijela naslijedne tvari. Na temelju toga moe se zakljuiti da geni u kromosomima nisu nepravilno razmjeteni, nego da su poredani u nizu- LINEARNO. Jer, kako se kromosomi cijepaju uzduno, jedino linearni poredak moe dati sigurnost da e isti broj i iste vrste gena prijei u novonastale kromatide. Toan poloaj gena u kromosomu naziva se LOKUS GENA. Teorija koja poiva na spoznaji da su geni ako ne iskljuivo, ali ipak sigurno, u golemoj veini smjeteni na kromosomima naziva se KROMOSOMSKOM TEORIJOM NASLJEIVANJA i ini osnovu suvremene citogenetike. GENOM je broj svih gena neke vrste, a ljudski genom sadri 100 000 gena od kojih se 1/3 ekspresira u mozgu. Samo 1 od tisuu parova baza uvjetuje individualne razlike. ovjekov genom je 99% slian genomu ovjekolikog majmuna. Mendel je mislio da za svaku karakteristiku imamo 2 hereditarna elementa (od majke i oca). Danas se zna da za to imamo ALELE. Kako u svakoj diploidnoj (2n) kromosomskoj garnituri, tj. u tjelesnim stanicama dolaze u parovima homologni kromosomi to znai da i za svako svojstvo postoje homologni geni (1 gen od oca i 1 gen od majke), a oni se nazivaju ALELIMA. Kod alela se tono zna to se fiziki tono nalazi na kojem mjestu. Neki aleli su9

dominantni, dok su drugi recesivni. Kako bi dolo do iskazivanja recesivne alele, mora biti prisutna na oba kromosoma (aa). Aleli pojedinih svojstava oznauju se obino slovima abecede, i to dominantni velikim, a recesivni malim slovima, npr., za jedno svojstvo A i a, za drugo B i b itd. Ako dominantnost nije izraena, aleli se mogu oznaavati sa a1, a2, b1, b2 ili nekim drugim diferencijalnim oznakama. Ako diploidni organizam ima u svojim stanicama za jedno svojstvo oba alelna gena potpuno jednaka, npr. AA ili aa, to je stoga to su gamete (spermij i jaje) iz kojih je taj organizam nastao sluajno sadravali istovrsne alele. To su HOMOZIGOTNI ORGANIZMI. No, ima sluajeva da diploidni organizam nosi za neko svojstvo razliite alele, npr. Aa, jer su i gamete bile razliite. To su HETEROZIGOTNI ORGANIZMI, tj. krianci, koji u svom vanjskom izgledu (fenotipu) nose izraz dominantnog gena (A), ali ipak u sebi nose i prikriveni recesivni gen (a). Npr. kod Huntingtonove bolesti, koja vodi demenciji i progresivnom slabljenju motorike, 50% spolnih stanica nosi taj gen i ako jedan roditelj ima ovaj gen , onda je vjerojatno da e 50% njegovih potomaka imati ovu bolest. Kod fenilketonurije, koju uzrokuje recesivni gen, ima 25% onih koji imaju poremeaj, 25% onih koji su bez poremeaja i nenosioci tog gena, te 50% nebolesnih nosioca. Sve alele ne funkcioniraju na dominantan nain. Vrlo esto je fenotipski ishod prosijek genotipske kompozicije svakog roditelja.

Slika 6. a) Kemijska struktura adenin- nukleotida. b) Shema kemijskog sastava molekule DNA. c) Spiralna graa molekule DNA s komplementarnim parovima nukleotida.10

2.3.MOLEKULA

DNA

Molekula DNA predstavlja gradivnu jedinicu koromosoma, tj. male nizovegena. Sastoji se od 2 spiralno postavljena lanca deoksiribonukleinske kiseline, koje grade NUKLEOTIDE. Obloena je bjelanevinastom tvari MATRIKSOM. Na toj niti mogu se obino razlikovati mjesta koja jae upijaju histoloke boje., a nazivaju se KROMOMERAMA. DNA sadri 4 vrste duinih baza: 1. adenin koji se spaja s 2. timinom te 3. guanin koji se spaja s 4. citozinom, inei stalne komplementarne parove (A-T, G-C). U lananim molekulama DNA te baze mogu biti nanizane u razliitom redosljedu. Duine baze u 2 lanca DNA povezane su vodikovim mostovima i ine tako dvostruke molekule ljestviave grae, tzv. dvostruku zavojnicu. To otkrie znanstvenika Watsona, Cricka i Wilkinsa (1953. Nobelova nagrada) imalo je dalekosenu vanost za razumjevanje grae i djelovanja gena i smatra se najvanijjim otkriem za razvoj biologije u 20. st. Molekula DNA pokazuje svojstvo udvostruenja ili replikacije. Proces udvostruenja zapoinje tako da se dva nasuprotna niza nukleotida djelovanjem enzima poinju odjeljivati, odnosno parati na dva dijela. Na taj nain suprotne duine baze jednoga i drugoga niza budu otvorene i razmaknute. Istodobno se u jezgrinom soku nalaze i slobodne molekule raznih vrsta nukleotida. One su nastale kao rezultat prehrane i sintetikih procesa u stanici. U takvom stanju postoji mogunost da otvorene duine baze ljestviavih molekula veu za sebe duine baze slobodnih nukleotida. Novoprivezani nukleotidi spojit e se i meusobno fosfatnim vezama, te e se tako za kratko vrijeme DNA- polimeraze ponovno uspostaviti dvostruka molekula DNA. Pritom e se novi nukleotidi poredati upravo tako da se ponovno uspostave komplementarni parovi. Na taj nain nastat e tona kopija one DNA kakva je bila prije cijepanja, samo to e sada umjesto jedne molekule biti dvije.

Slika 7. Udvostruenje (replikacija) molekule DNA. a) Shema procesa u tri faze. b) Priblian izgled molekule u tim fazama.

- DNA ima dvije funkcije:11

1. 2.

translatacijska funkcija: DNA koordinir aprodukciju proteina koji formiraju stanice naeg tijela. transmisijska funkcija: DNA prenosi informacije meu generacijama. Dijete dobiva 50% gena od majke, a 50% od oca.

Bihevioralne karakteristike su sloene i vrlo je vjerojatno da je za neku bihevioralnu karakteristiku odgovorno vie gena, tj. da su neke karakteristike poligenetske te je veina bihevioralnih karakteristika poligenetski uvjetovana. U bihevioralnoj genetici ispituje se karakteristike koje se najvjerojatnije normalno distribuiraju, a upravo je to POLIGENIJA. Postoji mogunost javljanja fenomena pri kojem isti geni mogu odreivati razliite karakteristike (pridonijeti razliitim fenotipima), to se naziva PLEJOTROPIJA. Npr. gen za fenilketonuriju osim to dovodi do mentalne retardacije uzrokuje i pojavu svjetlije koe i kose. kod mieva su geni povezani s uinkom u labirintu povezani i s albinizmom. Iako bi se po Mendelovom zakonu o nezavisnom nasljeivanju geni trebali prenositi nezavisno, ponekad ne doe do potpunog odvajanja pa se oni geni koji se nalaze jedan blizu drugog mogu nasljeivati zajedno.

2.4 GENETIKI KOD (IFRA) I SINTEZA

BJELANEVINAPremda su molekulska graa i svojstvo replikacije nukleinskih kiselina pojave vrijedne osobite pozornosti, jer se time objanjava materijalna osnova gena, time nije iscrpljeno svo njihovo funkcionalno znaenje. O emu je zapravo rije? Poznato je da su bjelanevine (proteini) vrlo vani kemijski spojevi u organizmu. One su ponajprije glavni gradivni materijal, ali su i temeljni dijelovi enzima koji obavljaju katalitike funkcije u stanici, tj. upravljaju dinamikom ivotnih procesa. Kako bjelanevine nemaju sposobnost samoobnavljanja, za njihov nastanak moraju biti odgovorni neki drugi imbenici. To su opet nukleinske kiseline. Niz sloenih kemijskih procesa kojima nastaju strukturne bjelanevine, enzimi, hormoni i ostali ivotno vani spojevi, nuno zapoinje djelovanjem genske tvari, jer su to spojevi odreeni naslijeem i svojstveni za svaku bioloku vrstu. Pokazano je da se sinteza bjelanevina obavlja prema osobinama genske DNA, ali posredstvom nekoliko vrsta RNA. Dok je glavnina DNA sastojak kromosoma, RNA koja kod eukariota nastaje u nukleolusu stanine jezgre nalazi se kasnije veinom u citoplazmi, i to najvie u ribosomima, dvostrukim sitnim zrncima koja se vide jedino elektronskim mikroskopom. To je ribosomska RNA (rRNA). No neke druge molekule RNA, koje takoer nastaju u staninoj jezgri, posebni su glasnici gena. One nastaju od genskih molekula DNA tzv. prepisivanjem (transkripcijom) i12

zovu se glasnika RNA (messenger RNA ili mRNA). Dakako da pri prepisivanju sa DNA uz pomo enzima RNA- polimeraze molekule mRNA umjesto timina dobivaju na odgovarajua mjesta URACIL, dok su im druge duine baze komplementarne po modelu DNA. Kad je glasnika RNA gotova, odjeljuje se od genske DNA, prelazi u citoplazmu i vee se na povrinu ribosoma, Prema tome, ona sada prelazom na ribosom donosi prepisanu gensku uputu (informaciju) o rasporedu duinih baza u molekulama DNA, a to znai o naravi pojedinih gena. Jedinice takve upute sastavljene su uvijek od tri duine baze, tzv. TROJKI ili TRIPLETA. Svaka trojka prepisana s DNA na mRNA zove se KODON i ini IFRU koja odgovara pojedinoj vrsti aminokiseline, graevnoj jedinici odreenog proteina. Jo jedna vrsta RNA malih molekula prihvaa u citoplazmi slobodne molekule aminokiselina i dopremaju ih do mRNA na ribosomima, tj. do mjesta sinteze bjelanevina. Zato se zovu prijenosna ili teansfer- RNA (tRNA). Svaka molekula tRNA ima na kraju takoer specifinu trojku duinih baza, tzv. ANTIKODON, komplementarnu kodonu mRNA. To znai da su kodon mRNA i antikodon tRNA u usporedbi kao negativ i pozitiv neke fotografije, a odnose se na istu aminokiselinu. Ribosomi pritom posreduju u prepoznavanju kodona i antikodona, odnosno u itanju genske poruke (upute). Uz pomo RIBOSOMSKIH ENZIMA, pomicanjem koje je slino pomicanju vrpce na pisaem stroju, molekule mRNA spajaju antikodone tRNA jedan za drugim po redu genskih ifri i tako niu ulovljene aminokiseline u molekulu bjelanevine. To se naziva PREVOENJEM (translacijom) genske upute. Ribosomi imaju pri tom veliku ulogu kao skladita enzima i operativne jedinice pa se zato esto nazivaju tvornicama bjelanevina.

Slika7. Prikazano je kako mRNA s kodonom ACC na ribosomu i tRNA s antikodonom UGG, koja prenosi jednu aminokiselinu (triptofan), dok je na slici xy2 prikazana prva fotosnimka jedna faze procesa translacije, to se moe ocijeniti kao velik uspjeh elektronskomikroskopske tehnike.

Pitanje koje se postavlja jest je li broj 3- nukleotidnih ifara uope dostatan za vezivanje svih 20 vrsta aminokiselina. Ako se 4 mogue duine baze kombiniraju u sastavima po 3 (npr. UCG, CGU, UUC, itd.), dobiva se tono 20 kombinacija. No ako se kombinira ne samo sastav nego i redoslijed baza (npr. UCG, CGU, GUC, itd.).13

dobiva se 4= 64 kombinacije, to je dosta da se i na vie naina zadovolji vezanje svih vrsta aminokiselina. No, ustanovljeno je osim da su pojedine aminokiseline kodirane sa po nekoliko 3- nukleotidnih ifara, i to da postoje 3 stop- kodona koji ne kodiraju nita. - Uzevi sve to u obzir, moemo zakljuiti: - Vrste bjelanevina ovise o broju i rasporedu aminokiselina. - taj broj i raspored ovisi o molekulama tRNA. One e djelovati prema rasporedu kakav je an mRNA, a ova je nastala prema rasporedu baza kakav je na DNA. - Pratei sintezu bjelanevina, doi emo unatrag sve do gena. - Svaka aminokiselina ima ve u genskoj molekuli Dna svoju 3NUKLEOTIDNU IFRU. Zbog toga se ova teorija naziva TEORIJOM IFRE (koda) ili TEORIJOM GENSKIH UPUTA. - Budui da je svaka aminokiselina kodirana sa 3 nukleotida, to bi jedan gen od npr. 3 000 nukleotida mogao upravljati povezivanjem 1000 aminokiselina i time sintezom velike proteinske molekule. npr. nekog enzima. Ovu su teoriju 1 gen- 1 enzim potvrdili 1941. Beadle i Tatum.

Slika 8. Glasnika RNA (mRNA) u prevoenju (transakciji). Snimka elektronskim mikroskopom. Tamne kuglice su ribosomi na lancu mRNA(poliribosomi). Uz ribosome zamjeuju se lanii nastalih polipeptida.

2.5

UZROCI VARIJABILNOSTI14

- Varijabilnost se u ivih bia pojavljuje na razne naine i zbog razliitih uzroka: - zbog kromosomskih razlika pri nastanku spolnih stanica (tijekom mejoze) - zbog mijeenjem gena krianjem (hibridizacijom) - zbog pogreka na kromosomima ili zbog kemijskih promjena na samim genima (mutacijom) - zbog neposrednog utjecaja okolia na organizam. Pojave nejednakosti koje se odnose na neku odreenu vrstu organizma postoje u istoj generaciji i izmeu roditelja i potomaka. Bez obzira na to jesu li razlike velike ili male, je li rije o jednom svojstvu ili vie njih i jesu li ta svojstva fizikog ili nefizikog karaktera, za osnovu usporeivanja mogu se uzeti pojedinani organizmi. Tada se govori o INDIVIDUALNOJ varijabilnosti ivih bia. No, ima nejednakosti koje zahvaaju cijele skupine inae istovrsnih organizama. Pojavljuju se razliite podvrste , sorte i rase, kod kojih je poneko svojstvo postalo posebno izrazito ili se gotovo sasvim izgubilo. Prema tome, moe se govoriti i o GRUPNOJ varijabilnosti organizma. Kako se meusobni odnosi meu jedinkama osnivaju na rasplodnim procesima i genetikim vezama te ivotu an istom prostoru i u istim uvjetima, moe se rei da grupn avarijabilnost proizlazi iz individualne. Znaenje grupne varijabilnosti vrlo je veliko za evoluciju vrsta i pojavu veih skupina organizama.

VANOST POTOMAKA2.6

MEJOZE

ZA

RAZNOLIKOST

Ovdje vrlo veliku ulogu ima redukcijska dioba u mejozi. Omoguuje mnogobrojne promjene i kombinacije naslijea. Pri tome nastaju ne samo nove nego i genetiki razliite rasplodne stanice. To se ponajprije dogaa zbog rastavljanja homolognih kromosoma. Od matine stanice s tri para kromosoma mogu nastati etiri kombinacije gameta. Ovdje je broj razliitih gameta 8 (2). Broj moguih vrsta gameta openito iznosi 2n, gdje je n= haploidan broj kromosoma. ovjek s haploidnim brojem 23 moe ve tako imati 2= 8 338 608 genetiki razliitih gameta. A svaka vrsta gameta je odreeni genotip koji se predaje potomstvu, a kako se pri oplodnji sve kombinacije mukih gameta mogu spajati sa svim kombinacijama enskih golema varijabilnost potomaka moe nastati ve samo na taj nain. Varijabilnost koja proizlazi iz mejoze ima podlogu i u pojavi koja se naziva KROSINGOVER. U profazi mejoze homologni kromosomi prislanjaju se jedan uz drugiog i tvore bivalente. U tom stadiju kromatide homolognih i sada slijepljenih kromosoma kriaju se i djelomino izmjenjuju. Mjesta krianja imaju oblik sliva X i15

zovu se HIJAZME, a izmjenjivanje kromosoma zove se KRIANJE KROMOSOMA ili CROSSING-OVER. Tako nastaju gamete sa sasvim novim i nepredvidivim kombinacijama gena.

Slika 9. Razliite kombinacije gameta nastale rasporeivanjem kromosoma kod mejoze. Od matine stanice s 3 paa kromosoma moe nastati 8 vrsta gameta u 4 kombinacije (a,b,c,d).

2.7

VEZANI GENI I KROSINGOVER

Premda je nezavisnost nasljednih faktora osnova Mendelovih zakon, ona ipak nije apsolutna. Neka se svojstva nasljeuju uvijek zajedno, tj. ipak su na neki nain povezana. Objenjenje za ovu pojavu prvi je dao Morgan pokusima na vinskoj muici. On je zakljuio da takva svojstva ovise o genima koji se nalazae na istom kromosomu. Takvi se geni nazivaju VEZANIM GENIMA. Budui da se u mejozi ne razilaze homologni geni (aleli), nego homologni kromosomi, postoji toliko skupina vezanih gena koliki je haploidan broj kromosoma. Morgan je u svojim daljnjim pokusima primjetio da se neka krianja ne mogu protumaiti samo vezanim genima. Naime, u malom postotku pojavljuju se i nove kombinacije naslijee, a ne samo one koje se prenose itavim kromosomom. On je to protumaio tako da se dijelovi homolognih kromosoma ponekad unakrsno zamjenjuju, tzv. krosingoverom. Time se i homologni geni prebacuju s jednoga kromosoma na drugi i mogu se dalje nezavisno rekombinirati. Dva e se gena, meutim meusobno razilaziti ako su na kromosomu dovoljno udljeni jedan od drugoga, a mnogo rijee ako su blii. Iz toga proizlazi: ako za pojedine gene znamo uestalost krosingovera , znamo ujedno kojim su redom nanizani na kromosomu. tovie, njihova je meusobna udaljenost razmjerna postotku krosingovera meu njima. Ako je od 100 sluajeva izmeu dva vezana gena samo jedna rekombinacija,16

tj. 1% krosingovera, onda su ti geni meusobno udaljeni jednu kromosomsku jedinicu ili jedan morgan.

Slika 10. Shema rastavljanja bivalenata i rekombinacije kromatida kod mejoze: 1. bez krosingovera, 2. s jednostrukim krosingoverom, 3. s dvostrukim krosingoverom (B- bivalent, h- hijazme). Shema je zbog jasnoe neto pojednostavljena (gore desno). Krosingover u ivim stanicama sjemenika jedne vrste skakavaca. Snimljeno fazno- kontrastnim mikroskopom.

Ustanovljeno je takoer da je krosingover ponekad mogu i izmeu homolognih gena (alela). To potvruje miljenje da njih ine jo manji dijelovi, koji se moda sastoje od samo nekoliko nukleotida DNA. Dok nij edolo do krosingovera, geni vezani u jednj skupini, tj. u jednom kromosomu bit e nerazdvojivi. Tek krosingoverom stvaraju se, uz ve spomenute kromosomske rekombinacije, gamete sa sasvim novim kombinacijama gena. Da se Mendel tako kojim sluajem namjerio u svojim istraivanjima na vezane gene, tko zna bi li tako jasno mogao izraziti genetike zakone i bi li se tako brzo dolo do svih daljnjih rezultata.

17

2.8

POJAM I VRSTA MUTACIJA

MUTACIJE predstavljaju nasljedne promjene koje nisu posljedica krianja,nego se pojavljuju naglo i neoekivano. Mutacija se moe shvatiti kao i proces nasljedne promjenjivosti genotipa. No, ta se promjena ne mora odmah jae izraziti na fenotipu. Vidljive promjene mogu nastati tek sumacijom razliitih ili uzastopnih malih mutacija gena. Organizam koji iskazuje takvu pojavu naziva se MUTANTOM. Mutacija se dogaa gotovo uvijek samo u jednoj stanici organizma: tjelesnoj ili spolnoj. Ako je u spolnoj stanici, nasljeuje se na potomke. No, mutacijom tjelesne stanice promijenit e se samo onaj dio tijela ili tkiva koji nastaje od te stanice. Takva s emutacija zove SOMATSKA MUTACIJA. Osnova mutacija jest morfoloka ili kemijska promijena gena. U vezi s tim poznate su tri vrste mutacija:

Slika 11. Uinak radijacije na kromosome.1.

2.

MUTACIJE GENA. To je promjena u KEMIJSKOM sastavu gena na jednoj ili vie duinih baza DNA. Budui da promijen anastaje u DNA, jasno je da e se prenositi iz jedne stanice u drugu, odnosno preko gamete u potomstvo. Ako je u jednom nukleotidu nastala zamjena duine baze drugom bazom, to e se pri sljedeoj replikaciji promijeniti i komplementarna duina baza na drugom lancu DNA i time cijeli genetiki lokus. Genetske mutacije veinom su RECESIVNE. MUTACIJE GRAE KROMOSOMA. Tu se na ITAVIM KROMOSOMIMA zbivaju promijene koje se mogu prouavati mikroskopom. a) Moe se dogoditi da se dio kromosoma otkine i moda raspadne. b) Druga je mogunost da se dio jednoga kromosoma otkine i zalijepi na drugi homologni ili nehomologni kromosom. c) Moe takoer nastati unutranje premijetanje gena u kromosomu. d) Mogu se udvostruiti pojedini dijelovi kromosoma.

18

Zapaeno je da pri nekim pojavama znatnu ulogu imaju posebni mali dijelovi DNA, tzv. TRANSPOZONI, koji premjetanjem unutar genoma mogu prouzroiti kromosomske promjene. Zato uope kromosomskom mutacijom nastaju fenotipske promjene ako su svi geni i dalje ostali prisutni i sami po sebi esto nepromijenjeni? Ovdje se vidi koliko je vaan poloaj gena u kromosomu. Gen ne djeluje izolirano, nego, kako je ve reeno, u sastavu s drugim genima. 3. MUTACIJE BROJA KROMOSOMA. Najjednostavniji uzrok takve promjene jest NERASTAVLJANJE KROMOSOMA u mejozi. Umjesto da odu svaki na svoju stranu, oba homologna kromosoma jednog ili vie parova odu zajedno u jednu od novonastalih stanica, a druga ostane bez tih kromosoma. Tako mogu nastati gamete s dva homologna kromosoma ili uope bez ijedog, to je nenormalno. Nkon oplodnje stvorit e se, naime zigota i organizam sa po tri homologna kromosoma (trisomija) ili sa op jednim kromosomom (monosomija). Kod ovjeka to moe biti uzrok tekih genetikih bolesti. Prilino se esto itava garnitura kromosoma poviestruuje, to se zove POLIPLOIDIJA. Poliploidne stanice nastaju tako da se udvoje kromosomi, ali nema diobe citoplazme, odnosno u mitozi ne funkcionira diobeno vreteno, nego svi kromosomi ostanu na gomili u istoj stanici. Ako se to ponovi broj se opet udvostruuje, a ponoviti se moe i udvostruenje samo pola garniture. Tako mjesto diploidne 2n- garniture nastaju 4n- (tetraploidi), 6n- (heksaploidi), 8n- (oktoploidi), a mogu nastati i neparni poliploidi. Da nema mutacija, varijabilnost organizama ne bi uope imala evolucijsko znaenje jer je mutacija jedini proces u kojem se geni mijenjaju.

19

3.

ANOMALIJE AUTOSOMNIH (TJELESNIH) KROMOSOMA

3.1 DOWNOV SINDROM: Down (1866.) opisuje sindrom i naziva ga mongoloizam. Prouavao je skupinu djece koja je imala slina obiljeja (tjelesne i psiholoke potekoe). Kasnije se naziv mongoloizam promijenio u Downov sindrom kako izmeu zdrave djece mongolske rase i one s Downovim sindromom nema nikakve slinosti, osim kosih oiju. Ovaj je sindrom najei od onih koji uzrokuju mentalnu retardaciju. estina pojave sindroma pri roenju iznosi 1,5% (1 na 650 roenih). No, od svih teko hendikepiranih oko 15% bolesnika ima Downov sindrom. Sluaj Downovog sindroma ei je meu malom djecom nego meu starijima, iako se to danas mijenja jer mnogi bolesnici doive staraku dob zbog odgovarajue zdravstvene brige. Prije su bolesnici umirali u pravilu do osme godine zbog poremeaja s respiratornim i sranim sustavom, koji su dio sindroma. Ovo je izuzetno dobro prouen sundrom radi dosta sluajeva te zajednikih karakteristika oboljele djece, to nije sluaj s drugim poremeajima, jer se ovdje oboljela skupina jasno razlikuje od ostale djece. Downov je sindrom uzrokovan trisomijom 21 para kromosoma (oko 7% spontano pobaenih ima tu trisomiju). Poremeaj nije naslijedan, nego do njega dolazi tokom mejoze. Osim ovog, postoje jo dva oblika trisomije. Jedan je trisomija na 13. ili 15. paru kromosoma (translokacija). To je nasljedni hendikep Downovog sindroma koji se ee prenosi preko mukih nego preko enskih osoba (no, oboje ga prenose genetskim kodom). Drugi je trisomija na nekim stanicama (tip mozaik). Zavisno od toga koliko je stanica zahveno, Downov sindrom bit e vie ili manje intenzivan. Ova trisomija nije vezana uz dob majke kao trisomija 21, koja nije naslijedna. Druge dvije vrste trisomije (tip mozaik i translokacija) uzrokuju 4% sluajeva Downovog sindroma.

3.2 HUNTINGTONOVA KOREJA: Dob u kojoj se ova bolest javlja varira, ali obino pogaa ljude izmeu tridesete i etrdesete godine ivota. ivani sustav relativno naglo poinje propadati, to rezultira nekontroliranim pokretima miia i poremeenom funkcijom mozga. U 17. stoljeu u SAD su iz Engleske doputovala trojica brae nosei abnormalan gen za20

Huntingtonovu koreju (pa se vi blesavi Englezi samo kriajte s roacima). Do 1965. godine vie od 1000 ljudi pogoeno ovom boleu mogli su se neposredno povezati s ovom obitelji. Krajem 1983. znanstvenici su otkrili da se gen za Huntingtonovu bolest nalazi na etvrtom kromosomu, 1993. gen je tono lociran, a danas se moe odrediti je li neka osoba naslijedila taj gen.

3.3 TAY- SACHSOVA BOLEST: Ovu bolest prenose recesivni geni, koji proizvode uroene pogreke metabolizma. Kod osoba s ovim gnetikim poremeajem ivani se sustav raspada zbog nedostatka enzima koji razgrauju masti u mozgovnim stanicama. Mozgovne stanice umiru zbog naticanja masnih naslaga. Tay- sachova bolest rijetka je u opoj populaciji jer se pojavljuje samo kod jednog od 300 000 ljudi. Meutim, kod idova Akenaza, koji ine 90% idovske populacije u SAD, ova se bolest javlja kod jednog na svakih 3 600 roene djece. Djeca pogoena ovom boleu prilikom roenja i tijekom prvih pola godine ivota izgledaju normalno. Zatim, u dobi od oko 8 mjeseci, postaju krajnje apatina, a do kraja prve godine esto i slijepa. Veina oboljele djece esto umire do este godine. Za sada ne postoji lijek za ovu bolest.

3.4 FENILKETONURIJA (PKU): Problem se kod oboljelih od ove bolesti sastoji u metabolizmu bjelanevina. Bolest se javlja kada tijelo ne proizvodi enzim koji razgrauje aminokiselinu fenilalanin. Kao rezultat toga, u krvi se nakupljaju abnormalne koliine te tvari i oteuju mozgovne stanice koje su u razvoju. Djeca koja boluju od fenilketonurije obino su prilikom roenja zdrava, ali kako ih se ne lijei, nakon nekoliko mjeseci razina fenilalanina u krvi raste i djeca poinju nazadovati. Mogu se javiti povremeni grevi i napadaji i bolesnici obino postanu jako retardirani., katkada toliko da im je do kraja ivota potrebno institucijsko zbrinjavanje. Kada je otkriven mehanizam bolesti, razvijene su posebne dijete koje su sniavale unos fenilalanina i tako sprjeavale njegovo nakupljanje u krvotoku. te specijalne dijete poinju ubrzo nakon roenja i omoguavaju da se dijete normalno razvija. Zbog dobrih rezultata pravovremene intervencije kod ove bolesti, danas s ekao dio rutinskog postupka prilikom poroda jednostavnom provjerom urina novoroeneta utvruje boluje li od fenilketonurije.

21

3.5 ANEMIJA SRPASTIH STANICA (SCA): Ovo je recesivna genetska anomalija koja ne predstavlja poremeaj u metabolizmu. Ljudi koji su od oba roditelja naslijedili gen za ovu recesivnu osobinu imaju crvene krvne stanice koje ne sadre normalan hemoglobin, bjelanevinu koj atijelom prenosi kisik. Umjesto toga, one sadre abnormalni hemoglobin, koji uzrokuje da crvene krvne stanice postanu srpaste. Prolazei malim krvnim ilama te se srpaste stanice znaju zalaviti i na taj nain sprjeavati da krv dopre do pojedinih dijelova tijela. Neuobiajeno velika potreba za kisikom, primjerice zbog tjelesnog napora, moe zbog neodgovarajue opskrbe kisikom kod oboljelih izazvati jake bolove, oteenje tkiva, pa ak i smrt. ak i ljudi koji imaju samo jedan gen za anemiju srpastih stanica pokazuju neke znaajke ove bolesti. Meutim, ovi ljudi rijetko kad pate od tetnih posljedica ove bolesti budui daje veina njihovih stanica normalna. otprilike 9% Amerikanaca afrikog porijekla nosi recesivni gen za anemiju srpastih stanica. estin apojaveove bolesti kod afrikog plemena Bamba dosee ak 39%. znanstvenici su utvrdili da pleme Bamba ivi u podrujima u kojima je rairena malarija, ali da se kod Bamba djece koja imaju gen za anemiju srpastih stanica upola rjee pronalaze paraziti malarije nego kod djece koja nemaju taj gen. Premda je nejasno kako ovaj gen daje otpornost prema malariji, ini se da njegova nazonost omoguava veem broju nositelja da odrastu i imaju djecu, premda e jedan od etvorice imati anemiju srpastih stanica. Oigledno je da su negativne posljedice parazita malarije po razmnoavanje vee nego posljedice noenja gena za anemiju srpastih stanica.

Slika 12. Elektronskim mikroskopom snimljene crvene krvne stanice normalne osobe (lijevo) i osobe s anemijom srpastih stanica (desno).

22

4.TEORIJA KVANTITATIVNE GENETIKE

TEORIJA KVANTITATIVNE GENETIKE jest teorija o etiologijiindividualnih razlika u ponaanju. Zapravo je vrlo stara teorija, kako se naslanja na rane pretpostavke o etiologiji ljudskih razlika. Ne specificira molekularne mehanizme, ve pokuava individualne razlike objasniti na statistiki nain. Razvila se iz rada veeg broja autora sa poetka 20. st. te iz sukoba Mendeljeovaca, koji misle da se geni prenose po principu ili ili (djeluje ili gen od oca ili gen od majke) i biometriara koji vide da se osobine u populaciji distribuiraju kontinuirano. (Sukob naina prenoenja nasljednog materijala s roditelja na potomke; ili smo dobili 1 gen ili 2. gen, ili visoka ili niska biljka- kada kriamo 2 biljke, ak i u sluaju da dobijemo biljku srednje visine, nema dominacije, ve geni funkcioniraju po prosjeku.) Ako je vjerovati Mendelu, onda nema normalne raspodjele ljudskih karakteristika. Problem je razrijeen 20- ih, kada su dva statistiara, Robert Fisher i S. Wright su nezavisno pokazalii matematiki dokazali da je kontinuirana distribucija osobina samo logina poligenetska ekstenzija klasinih Mendelovih principa. Na pojedine karakteristike djeluje vie gena te to uzrokuje normalnu distribuciju u populaciji. Poligenetski= vie gena, Mendelov princip treba razmatrati na vie gena, koji pridonose jednoj karakteristici. Ako je jedna jedna karakteristika odreena parom alela postoje 3 kombinacije, ako je ta karakteristika odreena s 2 para alela, 5 kombinacija; ako je pak odreena s 3 para alela, tada ej jo vie kombinacija... Kada se tako Mendelov princip proiri na vie gena, dobijemo u populaciji distribuciju koja se statistiki en razlikuje znaajno od normalne. Veina je karakteristika odreena poligenetski, a vrijede i Mendelovi principi. Veina je bolesti uzrokovana monogenetski. taj gen bolesti (npr. Huntington) vodi i do mentalne retardacije, ali to ne znai da on ima veze i s razlikama u inteligenciji. Ako gen odreuje neki poremeaj, ne mora znaiti da taj gen odreuje razlike u normalnoj populaciji (kao npr. inteligenciju). Isto tako, npr, gledamo razlike u automobilima u snazi motora, to uzrokje razlike u brzini, no sa tim nema veze to neki ima probuenu gumu pa je zato spor i da e to utjecati na brzinu ostalih automobila. Do danas je otkriveno 150 aberacija gena povezanih s padom inteligencije, no iz toga ne moemo zakljuiti nita kakva je uloga tih gena u individualnim razlikama normalne populacije. Genotipska vrijednost ne moe se direktno opaati, ve o njoj zakljuujemo preko informacija koje imamo o karakterristikama nasljeivanja. Naime, krvni srodnici u predvidivoj mjeri imaju sline genotipe. Za svaki lokus na kromosomu dijete ima 50% anse da naslijedi alelu ili od oca ili od majke. Prema tome, genotip potomaka je 50% slian svakom roditelju.

23

Braa su si slina 50% , jer su s dobili 50% gena od mame, a isto toliko od tate. Njihovi potomci su 25% slini s bakom i dedom. Ako tata ima s drugom mamom (M29 dijete, onda su to dijete i djeca 1 i 2 slini 25%, a sa onom drugom djecom 12%. R (M i T) 50% 50% 1 50% 50% 50% 2 25% 50% 50%

Ukoliko se pojedina karakteristika nasljeuje poligenetski, vrijednosti pojedinih gena mogu se zbrajati. Razlikujemo dvije kategorije: 1. aditivna genotipska vrijednost: moemo je predvidjeti na osnovu broja alela koji imaju efekt za odreenu karakteristiku. To je vrlo korisno i u agronomiji da bi se dobili potomci eljenih karakteristika. To je upravo ona genotipska vrijednost potomaka koju moemo predviati i odrediti na osnovu genotipa roditelja. 2. neaditivna genotipska vrijednost: odstupanje genetske vrijednosti od predvianaj na temelju dozae gena. Ovu genotipsku vrijednost ne moemo predviati i odrediti na osnovu genotipa roditelja. Najee je to dominacija. DOMINACIJA predstavlja nelinearne interakcije gena na istom lokusu. Kod aditivne i neaditivne genotipske vrijednosti pretpostavka je da se da razliito bliski krvni srodnici imaju u razliitoj mjeri slian genotip. Svaki potomak ima 50% vjerojatnosti da e na nekom lokusu naslijediti geen od jednog roditelja. Te postoji jo EPISTATINA interakcija- interakcija gena s razliitih lokusa. Na potomke se prenose samo aitivne genotipske vrijednosti, jer se ne mogu prenositi cijeli kompleksi u interakciji. Ako dobijemo jedan alel od jednog, a drugi od drugog roditelja te imamo istu vrijednost (genotip=fenotip) i ako geni operiraju na isti nain, na se fenotip ili genotip moe u potpunosti predviditi na osnovu genotip ili fenotipa roditelja, a to je aditivna vrijednost. N, sve je to teoretski i nema primjera, ali recimo, mogli bi ove principe ilustrirati na primjeru s konjima: uzgajaju se kvalitetni potomci i dobro s uzgajaju ukoliko se geni prenose s roditelja na potomke, ali samo aditivno. Neaditivna genotipska vrijednost ne moe se predviati na osnovi pojedinih alela u genotipu, a ne moe se prenositi u situacijama kada ta genotipska vrijednost ovisi o kombinaciji razliitih gena i o njihovoj interakciji. Ukoliko je, npr. visina odreena24

jednim genom te imamo malu mamu i velikog tatu (ako visina ovisi o aditivnoj vrijednosti potomci su prosjeni, ako ovisi o interakciji i kombinaciji onda bi mogli biti i mali i veliki i srednji). A) B) Svi se utjecaji gena meu sobom zbrajaju kroz genotip, to je aditivni utjecaj i ovisi o prosjeku utjecaja pojedinih alela u genotipu. Vie gena moe odreivati i samo jednu karakteristiku: npr. 1 osobina odreena s 1000 gena kod koje bi se radilo o aditivnom genetskom utjecaju ako bi se utjecaj gena zbrajao, ili bi bilo rijei o neaditivnom genetskom utjecaju kada bi osobina ovisila o tome to je na jednom genu i o interakciji. Aditivni je utjecaj prema tome prijenos osobina kroz porodice, dokle je neadiivni genetski utjecaj onaj kod kojeg nema istog prijenosa s roditelja na potomstvo. M 50% P T 50% 25% P Za svaki lokus na kromosomu moemo dobitijedan alel od jednog roditelja i jedan od drugog. pa nemamo istu kombinaciju kao to ima mama ili tata, no kod nekih potomaka moe biti ista kao kod mame ili kao kod tate, ali opet, nee biti kod svih potomaka ista. Kada bi ovi roditelji iz primjera imali 1000 djece, bi imala genetski sline kombinacije. Imamo 100 000 gena koji se mogu razlikovati, a u neaditivnom utjecaju postoji 25% istih kombinacija u genotipu jednog djeteta koje su sline genotipu drugog djeteta, kako je u pojedinanom sluaju 50% vjerojatnosti da naslijede gen 1 i gene 2, a da se ovi geni nau zajedno na jednom mjestu vjerojatnost je 25%. Da se kod roditelja dobije slinost s tim je 0. Ako je karakteristika pod utjecajem aditivnog genetskog utjecaja, onda moemo predviati o potomcima prema roditeljima, jer se taj utjecaj prenosi. Kod neaditivnog utjecaja nema prijenosa s roditelja na potomke, no to je opet genetski uvjetovano. Da je inteligencija nasljedna, tada bi potomak bio 0% slilan roditeljima, 25% slian svojoj genetskoj brai, a 100% slian jednojajanim blizancima. - Do neaditivnosti dolazi jer geni u interakciji doprinose genetskoj karakteristici kroz: a) dominaciju i b) epistatiku interakciju. Dominacija jest nelinearna kombinacija 2 gena ili alela, koji se nalaze na istom istom lokusu. Epistatika interakcija jest nelinearna kombinacjia 2 gena na razliitim mjestima ili na razliitim kromosomima. Ukoliko neki genetski efekt ovisi o kombinaciji gena na istom lokusu, rije je dalkle o dominaciji. U sluaju da genetski

25

efekt ovisi o kombinaciji gena na razliitim mjestima, rije je o epistatikoj interakciji. Individualne razlike u nekoj karakteristici, povezane su s genetskim razlikama u toj karakteristici i to zanima bihevioralne genetiare. - Prema krunicama inteligencije roditelja i potomaka, mi R npr. traimo slinost u poklapanju genotipa kroz poklapanja fenotipa. Na nivou pojedinca neki fenotip P kombinacija je genotipa i okoline. P- fenotipska vrijednost na Pojedinac= Genotip + Fenotip nivou pojedinca. P= Vgaa + Gna + E Ovu zakovnitost moemo proiriti na genotip i fenotip cijele populacije u kvantitativnoj genetici te ona u razmatranje moemo uzeti i varijancu. Vp= Vg + Ve Ove dvije varijance se mogu zbrajati, tj. na njih se razdvaja varijanca fenotipa. Ovo je osnovni model teorije kvantitativne genetike (o emu e detljnije rijei biti kasnije) i proiruje se na: Vp= Vga + Vgna + Ves + Vens -TABLICA 1. Roditelji i potomci dijele pola aditivne varijance. TIPOVI I SRODSTVA roditelji i djeca braa i sestre polubraa jednojajani blizanci dvojajani blizanci Vga 1 1/2 Vgna 0 0 1 Ves 1 1 1 1 1

Kada bi neka genetska osobina bila u potpunosti odreena, korelacija slinosti izmeu roditelja i potomaka kod aditivne kombinacije bila bi 0.5, a kod neaditivnog genetikog utjecaj abila bi 0. - Genetski i okolinski faktori mogu biti u korelaciji, postoje 3 tipa korelacija: 1. pasivna korelacija- npr. inteligentni roditelji prenose svoje gene, ali osim toga ta djeca rastu i u okolini koja prua vie mogunosti za razvoj inteligencije (npr. vie knjiga) 2. aktivna korelacija- npr. ovjek kreira svoju okolinu u skladu sa svojim karakteristikama26

3.

evokativna korelacija- pojedinac izaziva od svoje okoline reakcije koje su u skladu sa njegovim genotipom

Korelacija moe biti pozitivna i negativna. Na nivou pojedinca fenotip s emoe podijeliti na genetski i okolinski dio. P= G + E Vp= Va + Ve(Vg + Ve) - Ovdjenije nuan multiplikacijski odnos, ve se pokuava ostaviti mogunost kombinacije gena na drugaiji nain: a) korelacijom genotipa i okoline, b) kombinacijom. Korelacija genotipa i okoline odnosi se na slinost i kovariranje genetskog ustrojstva pojedinca i okoline kojoj je izloen. Npr. ako geni doprinose inteligenciji, velika je vjerojatnost da visoko inteligentni roditelji imaju visoko inteligentno dijete, tim vie to ga najvjerojatnije odgajaju u uvjetima koji mu omoguuju razvoj genetskog pontencijala. (Inteligencija je barem djelomino povezana s socioekonomskim statusom, intelektualnim interesima- dostupnost knjiga, te razliitim potencijalnim uvjetima za razvoj geentskih predispozicija.) Dakle, genetski i okolinski faktori su meusobno slini te njihov utjecaj moe biti opzitivan i negativan. - Teoretski se mogu razlikovati vie razliitih vrsta korelacija: a) pasivna korelacija genotipa i okoline, b) reaktivna korelacija genotipa i okoline te c) aktivna korelaciaj genotipa i okoline. Iz prethodnog primjera o inteligenciji djeteta pasivna korelaciaj bi se odnosila na okolinu koja je stimulativna za dijete, neovisna je o njemu i ono nije aktivno jer mu ona prua adekvatnu stimulaciju za razvoj sposobnosti- npr. mnog knjiga, izlobi, koncerata te je dijete ovdje pasivni primatelj. Primjer aktivne korelacije bio bi kada neka osoba npr. ima genetske predispozicije za ekstraverziju pa aktivno bira okolinu koja odgovara njezinim genetskim predispozicijama. Takav pojedinac aktivno bira odgovarajuu okolinu s obzirom na svoje genetski odreene crte linosti, a to se naziva biranje kutia, nia. Reaktivna korelacija genotipa i okoline odnosila bi se na primjer kada okolin areagira na genetske karakteristike pojedinca te taj utjecaj pridonosi razvoju te odreene osobine. Npr. fiziki dominantni, atraktivni imali bi neke drugaije reakcije od fiziki manje atraktivnih. O reaktivnoj korelaciji genotipa i okoline govorimo im reakcija okoline ovisi o genotipu, a koja bi bila drugaija da nije takav genotip. Korelacija genotipa i okoline obino s emijea s genotipom. Ono to s dobije kao efekt gena esto je interakcija genotipa i okoline. Interakcija genotipa i okoline ogleda se u tome da isti okolski faktori ili dogaaji mogu imati razliiti efekt n apojedince razliitog genotipa. Npr. roditelj mlati dijete27

redovito jednom tjedno: ovakvo ponaanje roditelja imat e razliite posljedice na emocionalno stabilno i emocionalno nestabilno dijete. Isto tako intelektualno pozitivno stimulirajua okolina moe se nekog primiti, a na nekog nemati nikakvog utjecaja. I za korelacije i za interakcije treba teorija u kojioj se predvia to je u korelaciji, a to je u interakciji. - Genetski varijabilitet moe se podijeliti na dva dijela: 1.) aditivnu genetsku varijancu i 2.) neaditivnu genetsku varijancu. Aditivna genetska varijanca je onaj dio varijance u populaciji koji se moe pripisati aditivnim genetskim utjecajima. Vp= Vg + Ve(Vd +Ve)= Vga + Vna + Ves + Vns. Prvo se pozbraja sve na nivou pojedinca, ap zatim sve na razini populacije (tzv. breading value). Varijanca aditivne genotipske vrijednosti jesu oni genetski utjecaji koji se prenose s roditelja na potomke, a varijanca neaditivnih genotipskih vrijednosti posljedica je nelinearne kombinacije, tj. interakcije gena. Genotip i okolina mogu biti i u interakciji. To je situacija kada objektivno ista okolina ima razliiti efekt na razliite genotipe i veliina te interakcije ne moe se znati. Okolinska komponenta moe se podijeliti na dijeljenu i nedjeljenu okolinu. Dijeljena okolina (oznaava se sa ES ili ESH= Environoment Shared) odnosi se na utjecaje koji djeluju na cijelu obitelj i oni doprinose slinosti ljudi koji ive zajedno, dakle to je okolina koju dijele lanovi porodice koji ive zajedno. Jo se naziva twin family environoment, common environoment, shared environoment, E2). Ispituje se na ljudima koji dijele okolinu, ali ne i gene (npr. studije usvajanja). Nedijeljena okolina (oznaava se sa ENS ili ENSH= Environoment Not Shared). Naziva se jo within family environoment, unique environoment, E1. To su okolinski faktori specifini za pojedinca koji pridonose razlikama meu ljudima koji ive zajedno. Procjenjuje se istraivanjima na jednojajanim blizancima odraslim odvojeno. Dijeljena okoina ini sliniom osobe koji je dijele i o njoj zakljuujemo na osnovi korelacija osoba koje ive zajedno prema nekoj osobini. Ako osobe ne dijele gene, a dije le okolinu (studije usvojenja), onda sva njihova slinost proizlazi iz efekta dijeljene okoline. Slinost porodice predstavlja mjeavinu genetske slinosti i slinosti okoline koju diejle. Nedijeljena okolina; ine je utjecaji koji ne dijele lanovi koji ive zajedno, ali pridonose razvoju karakteristika lanova koji ive skupa. Pogreka mjerenja smjeta se u Vens (neslinosti i izostanak korelacije moe biti posljedica pogreke mjerenja). Izraunavanje korelaciaj bi se otprilike moglo opisati ovako: Npr. kod blizanaca podatke jednog stavimo na apcisu, a drugog na ordinatu. Koristimo interklasnu korelaciju te sistematski variramo vei i manji rezultat na apcisi i ordinati. Iz suma kvadrata unutar parova izraunaju se interklasne28

korelacije. Ovdje ih moemo izraunati za vie lanova porodice. Formule koje se pri tome koriste neto su drugaije premda je interkorelaciaj ista. Vp= Vg + Ve= Vga + Vgna + Vesh + Vensh Vp- varijanca fenotipa Vg- varijanca genotipa Vga- varijanca aditivne genotipske vrijednosti Vgna- varijanca neaditivne genotipske vrijednosti Ve- varijanca okoline Vesh- varijanca dijeljene okoline Vensh- varijanca ne dijeljene okoline Niti varijancu genotipa ni varijancu okoline ne moemo mjeriti, ali moemo opaati fenotiop i zakljuivati o izvorima varijabiliteta.

- TABLICA2. Ova tablica zove se Alfred, a sadri prikaz stupanj zajednikog slaganja fenotipskih elemenata u krvnih srodnika. krvno srodstvo aditivna genotipska vrijednost i 50% 50% 25% 100% 50% 0 100% 50% neaditiovna genotipska vrijednost 0 25% 0 100% 25% 0 100% 25% dijeljena okolina 100% 100% 100% 100% 100% 100% 0 0 nedijeljena okolina 0 0 0 0 0 0 0 0

roditelji potomci braa i sestre polubraa jednojajani blizanci dvojajani blizanci roditelji i usvojena djeca odvojeni jednojajani blizanci odvojeni dvojajani blizanci

29

Indeks heritabilnosti oznaava se s h, a varira od 0-1. To je dio fenotipskevarijance koji se moe objasniti genetskim razlikama.to je matematika tvorevina, smiljena da se kvantitativno izrazi veliina matematikog efekta. Teoretski, to je omjer varijance genotipa i varijance fenotipa. tj. udio genetske podloge u fenotipu. h= Vg/Vp Indeks heritabilnosti je 1 kada je neka osobina u potpunosti odreena genima (Vg=vf), a 0 kada je potpuno odreena oklinom. Obino dobiveni omjer pomnoimo sa 100, kako bi ga izrazili u proporciajma. Indeks heritabilnosti u uem smislu odnosi se samo na varijancu genotipske aditivne vrijednosti, dok u irem smislu obuhvaa i varijancu neaditivne genotipske vrijednosti. Indeks heritabilnosti jest populacijski parametar koji ovisi o odreenoj populaciji i prema njoj se i mijenja, kao to je sluaj s aritmetikom sredinom. Indeks heritabilnosti jest procjen genetskih doprinosa individualnih razlika u populaciji. To nije procjena genetskog doprinosa formiranju pojedinih karakteristika pojedinca. Ne govori nam nita o moguem mijenjanju pojedinog ponaanja, ali to ne znai da h nema veze sa promjenjivou neke karakteristike. H moe biti maksimalna, a da se dvije grupe ipak razlikuju po nekakvim prosjenim vrijednostima, te da su ove dobivene razlike okolinskog, a ne genetskog podrijetla. - Dva su tipa indeksa heritabilnosti: a) h u uem smislu i b) h u irem smislu. H u uem smislu predstavlja samo aditivnu geentsku varijancu (Vga). H u irem smislu predstavlja i Vga i Vgna. Ova se razlika radi jer neke skupine istraivaa zanimaju samo Vga efekti (uzgajae konja, npr.). Vp= h + e. - Primjeri izraunavanja: Roditelji i djeca (50% Vga, 100% Vsh) h= 0,5 kolika je slinost roditelja i djece u toj osobini?*

Falconerova formula koristi se za izraunavanje heritabilnosti na temeljuusporeivanja jednojajanih i dvojajanih blizanacaodraslih zajedno te glasi : h= 2(rMz rDz) rMz- korelacija meu jednojajanim blizancima (monozigotnim) rDz- korelaciaj meu dvojajlanim (dizigotnim) blizancima Jednojajani blizanci dijele u potpunosti aditivnu i neaditivnu genetsku varijancu te variajncu dijeljene okoline, dok dvojajani blizanci dijele 50% genetske aditivne,30

25% neaditivne genetske varijancei 100% dijeljenu okolinu. Indeks heritabilnosti nam govori koliki je utjecaj gena te nam nije dovoljna samo korelacija meu jednojajanim blizancima, jer nam ona ukljuuje i utjecaj okoline. Zbog toga od korelacije meu jednojajanim blizancima oduzimamo korelaciju meu dvojajanim blizancima. Time smo iskljuili dijelovanje okoline, ali i 50% aditivnih gena pa dobivenu vrijednost mnoimo sa 2 da bi dobili utjecaj svih gena. Vm2o- monozigotni blizanci odrasli odvojeno Vm2o= ha + 1/4 hna - Ako rastu zajedno: Vd2= ha + hna + e Vd2= 1/2 ha + 1/4 hna + e -bioloki roditelji i od njih odvojeni potomci: Vr-p= 1/2 h - U sluaju kada imamo razliite korelacije nekog broja ljudi, trai se najbolji model koji te razlike objanjava. Prvo dobijemo neke empirijske podatke pa gledamo to se s njima slae. Ovdje se korelacije ne kvadriraju (kod indeksa heritabilnosti), jer korelacija od npr. 0.7 izmeu blizanaca zani samo da geni doprinose 70%. U bihevioralnogenetikim istraivanjima dobijemo koji diop varijance neka dva tipa ljudi dijele, a ne koristimo jedan rezultat za predvienje drugog (npr. predvianje rezultata potomaka s obzirom na rezultat roditelja). - H na jednojajanim blizancima koji su rasli odvojeno, npr. od 0.7 znai da je efekt gena 70%, a okoline (nedijeljene okoline) je 30%. - H za dvojajane koji su rasli odvojeno r=0.35 - Vmrd=70 (jednojajani rasli odvojeno) Vdro=35*2=70 (jer dijele pola gena pa mu treba cijeli)* - Bioloki roditelji i od njih odvojena djeca h= 70 *- vidi tablicu u dodatku

31

5. METODOLOGIJA BIHEVIORALNOGENETIKIH

ISTRAIVANJA

- Tri su metode: 1. Porodina istraivanja 2. Studije usvasjanja 3. Studije blizanaca Za sve tri metode karakteristina je teka dostupnost ispitanika.

5.1 PORODINA ISTRAIVANJATo su istraivanja osnovne porodice (roditelji-potomci-braa), ali se mogu raditi istraivanja pedigrrea to je ee u medicini nego u psihologiji. Osnovni problem je taj to lanovi osnovne porodice osim gena dijele i okolinu te se dobiva INDEKS FAMILIJARNOSTI, koji osim gena ukljuuje i dijeljenu okolinu. Indeks familijarnosti rauna se preko korelacije izmeu roditelja i potomaka, koja se pomnoi sa 2 jer oni dijele samo 50% gena. Indeks familijarnosti predstavlja gornju granicu heritabilnosti. Ako ispitujemo oba roditelja kao rezultat seuzima njihova aritmetika sredina te se ona korelira sa rezultatom djeteta. potekoe: a) Mijeanje okolinskih i genetskih utjecaja, o em smo ve govorili, b) genetski i okolinski utjecaji mogu se mijenjati s dobi (neke se karakteristike iskazuju samo u odreenoj ivotnoj fazi, npr. elavost (neto to e se kod osobe pojaviti tek kasnije razvojem) c) ukljueni su samo aditivni genetski efekti, te nita ne znamo o neaditivnim efektima d) problem statistike snage- vezan je uz odnos broja ispitanika i jaine efekta. Inae, za jae je efekte potreban manji broj ispitanika da bi se taj efekt otkrio, ali kod genetikih je istraivanja suprotno.

32

5.2 METODA USVAJANJA Idealan sluaj bi bio kada bi se djeca po sluaju oduzela roditeljima i po sluaju dodijelila usvajateljima. U praksi to dakao nije mogue, ali to su djeca ranije odvojena od biolokih roditelja to dobivamo bolje podatke. Da bi se ispitao genetski efekt koreliraju se rezultati biolokih roditelja i djece, dok se korelacijom usvojitelja i djece dobiva efekt dijeljene okoline. Problem je to su bioloki roditelji esto nedostupni. -Problem reprezentativnosti: ni bioloki roditelji, ni usvajkatelji nisu reprezentativan uzorak za populaciju. Bioloki roditeljij su obino nieg ekonomskog i socijalnog statusa, nie inteligencije te specifinih crta linosti. To se kontrolira usporedbom podataka ope populacije i podataka uzorka. - Problem selektivnog smjetaja: Djeca se obino smjetaju u porodicu iz koje dijete potie te moe postojati korelacija izmeu uasvajatelja i biolokih roditelja. Tada postoji opasnost da se genetski efekti zamijene okolinskim (ako su bioloki roditelji i usvajatelji slini to znai da e dijete dijeliti odreen broj gena i sa svojim usvajateljima) - Problem prenatalne okoline: polazimo od pretpostavke da bioloki roditelji i od njih odvojena djeca dijele samo gene, a ne i okolinu te pri tom zanemarujemo utjecaj prenatalne okoline. Njezin se utjecaj proglaava genetski. To se kontrolira usporedbom korelacija majka- dijete s korelacijama otac- dijete. Ako postoji razlika meu tim korelacijama postoji utjecaj prenatalne okline. 5.3 STUDIJA BLIZANACA To su najei nacrti u bihevioralnogenetikim istraivanjima. Blizanci se raaju u 1 od 85-90 sluaja (poroda). 1/3 blizanaca su jednojajani, 1/3 su dvojajani istospolni i 1/3 su dvojajani raznospolni. Jednojajkani blizanci ili monozigotni su genetiki identini, dok dvojajani ili dizigotni blizanci dijele 50% gena. 1. Istraivanje monozigotnih blizanaca odraslih odvojeno. - Provedene su 4 takve studije 60-ih godina u engleskoj, 80-ih u Finskoj, 80-ih u Minesotti proveo ju je Tom Bouchard te u vedskoj, koju je proveo Pederson. Ovdje problem kontroliranje vremena odvajanja, to su ranije odvojeni, to dobivamo bolje podatke. Korelacija meu jednojajanih bliuzanaca odraslih odvojeno daje nam indeks heeritabilnosti. 2. Istraivanje porodica odraslih blizanaca: slinost roditelja i potomaka je 50%. Ako su otac i stric jednojajani blizanci, dijete bi podjednako liiti ocu i stricu. Ako je vea korelacija s ocem, nego sa stricom postoji utjecaj dijeljene okoline. 3. Istraivanja gdje su identini blizanci eksperimentalno izloeni razliitim uvjetima.33

4. Klasina studija blizanaca: usporeuju se dvojajani i jednojajani blizanci odrasli zajedno. Ako su za neku osobinu odgovorni genetski faktori, jednojajani e blizanci biti meusobno sliniji od dvojajanih. Za odreivanje indeksa heritabilnosti koristimo se Falconerovom formulom. problemi a) Potekoa jednake okoline; postoji pretpostavka da se jednojajani blizanci tretiraju slinije od dvojajanih. To se moe provjeriti metodom oznaavanja kada se parovi blizanaca koji su pogreno proglaeni dvojajanima usporeuju s parovima koji su tono proglaeni jednojajanim blizancima. Ako su ovi drugi meusobno sliniji od prvih okolina ih ne tretira jednako. Jednaki tretman moe se proivjeriti i traenjem faktora po kojima se jednojajani tretiraju slinioje od dvojajanih, npr. usporeujemo jednojajane blizance koje roditelji oblae jednako i jednojajane koj eoblae razliito te gledamo postoji li meu njima razlika u meusobnoj slinosti. b) problem reprezentativnosti; jesu li blizanci reprezentativni za opu populaciju? Za najvei su broj varijabli reprezentativni. Iako pri roenju oni pokazuju odreene razlike od druge djece, te se razlike gube do osnovne kole. c) Problem odreivanja jajanosti? Danas postoje mikrobioloke metode koje omoguuju precizno odreivanje jajanosti, ali neko je postojao problem cirkularnosti. Slini su se blizanci proglaavali jednojajanima, a zatim se usporeivalo jesu li oni sliniji od dvojajanih. d) Efekt kontrasta: roditelji naglaavaju razlike blizanaca. e) Biranje partnera po slinosti. Ako postoji biranje partnera po slinosti, tada e otac i majka dijeliti odreen broj gena pa e genetska slinost djeteta sa svakim roditeljem biti vea od 50%. U tom emo sluaju pogreno procijeniti utjecaj gena. U studijama blizanaca utjecaj gena e se potcijeniti dok e se u studijama usvajanja precijeniti.-

34

6. INTELIGENCIJA

Inteligencija je najee istraivana varijabla u bihevioralnoj genetici. Prouava se uloga gena i iskustva u nastajanju razlika inteligencije meu ljudima. Postavlja se pitanje je li inteligencija jedinstvena sposobnost ili je rije o skupu sposobnosti? Istraivai se uglavnom slau da s eoko 50% varijance moe pripisati G- faktoru. No, testovi G- faktora mu pridaju vei znaaj. Istraivanje Boucharda i McGuea (1987.)- prikupili su sve do tada objavljene rezultate u testovima inteligencije i pronali su sljedee. Korelacija meu jednojajanim blizancima bila je 0.86, a meu dvojajanima 0.60; to daje index heritabilnosti od 0.52. Jednojajani blizanci rasli odvojeno, korelirali su meusobno od 0.70-0.80. Korelacija izmeu usvojitelja i usvojene djece je 0.19, a izmeu usvojene brae 0.32, to ukazuje na mali utjecaj dijeljene okoline. Braa koja ne dijele okolinu korelirala su 0.24, a isto toliko i bioloki roditelji i od njih odvojena djeca. Korelacija izmeu roditelja i potomaka je 0.42, a izmeu brae u normalnoj porodici 0.47. Istraivanje Chipnera i sur. (1990.)- nalaze da je index heritabilnosti za inteligenciju 50%. Postavlja se pitanje razlikuju se indexi heritabilnosti na razliitim razinama sposobnosti? Detterman (1990.)- utvrdio je da je index heritabilnosti veui na skupinama nie inteligencije. Smatra se da je to zato to su ovdje genotip i okolina u veoj korelaciji. 6.1 RAZVOJNA ISTRAIVANJA Indexi heritabilnosti za inteligenciju se u funkciji razvoja poveavaju. McCartney (1993.)- Korelacije se sistemski poveavaju u funkciji dobi za jednojajane blizance, a za dvojajane blizance se ili smanjuju ili su konstantne. Plomin i sur. (1988.)- Istraivao je 145 obinih porodica i usvojenih porodica. Obine porodice inile su obinu grupu (longitudinalno istraivanje).3 2 1 0 -1 -235

kontrolni roditelj- dijete bioloki roditelj- odvojeno dijete usvojitelj- usvojeno dijete

5

10

15

Eksperimentalna i kontrolna skupina izjednaene su po mnogim faktiorima (npr. socio-ekonomskom statusu). Dobiveno je da se sa poveenjem dobi djeteta, poveava i korelacija izmeu biolokih roditelja i djeteta, a smanjuje izmeu usvajatelja i djeteta. to se moe objasniti time da se s dobi ukljuuje sve vei i vei broj gena, ali s godinama imamo i sve veu mogunost biranja svoje okoline. Wilson (1983.)- napravio je longitudinalno istraivanje blizanaca u kojem je primjetio da su krivulje razvoja nepravilne, ali da se kod oba blizanca pojavljuju sline nepravilnosti. Te nepravilnosti slinije su za jednojajane, nego za dvojajane blizance. Fulker (1993.)- dvije su bitne promjene kada se ukljuuju novi geni, oko druge godine ivota (djeca poinju priati) i u sedmoj godini ivota (kognitivne sposobnosti omoguuju polazak u kolu). Denis Bratko (1999.)- pojedinac korelira sam sa sobom u dvije toke mjerenja, jednako kako korelira sa svojim bratom blizancem u kasnijoj toki. To nije prisutno kod dvojajanih blizanaca.

6.2 ELEMENTARNI KOGNITIVNI PROCESI Mjere procesiranja informacija: na temelju jednostavnih procesa zakljuuje se o sloenim. Ti jednostavni procesi su npr. brzina provoenja impulsa kroz sinapse, vrijme reakcije, Dattermanov zadatak, brzina kognitivnih procesa. Petrill i suradnici (1995.)- rade s Dattetmanovom paradigmom, dobili su korelaciju izmeu jednojajanih 0.61, a izmeu dvojajanih 0.39. Genetski faktori doprinose razlici u elementarnim konitivnim procesima. Mogue je da geni uvjetuju razlike u elementarnim kognitivnim procesima pa preko njih utjeu na opu inteligenciju ili pak geni uvjetuju opu inteligenciju , a preko nje utjeu na elementarne kognitivne procese. to je neko test vie satuiran Gfaktorom, vei mu je indeks heritabilnosti. Istraivanje Nancy Pedersen (1992.): Napravila je faktorsku analizu nekolio tastova kognitivne sposobnosti, izraunala je indekse heritabilnosti i korelirala ih sa saturacijama G- faktorom. Dobivena korelacija je r= 0.77. Bakera (1991.)- multivarijantno istraivanje, uzeo je bateriu zadataka brzine procesiranja informacija, test ope inteligencije MAB (paralelna verzija WAIS-a), i proveo ih na blizancima odraslim zajedno. Pretpostavka je ova: ako se na osnovi brzine procesiranaj informacija jednog jednojajanog blizanca moe prognozirati inteligencija drugog jednojajanog blizanca, onda su ti procesi uzrokovani istim genima. Ta korelacija je rG i to je procjena u kojoj mjeri isti genetski faktori priodonose razliitim karakteristikama. To je tzv. genetska korelacija. U Bakerovom istraivanju rG izmeu inteligencije i brzine procesiranja informacija je 1, tj. fenotipska je korelacija u potpunosti genetski odreena. Najvjerojatnije je rije o nekom biolokom mwehanizmu koji doprinosi uspjenosti u obje aktivnosti, a genetski je odreen.36

Istraivanje Thomsona (1991.)- kao varijablu je koristio kolsko potignue. itanje materinji jezik matematika jednojajani blizanci 0.94 0.87 0.91 dvojajani 0.79 0.71 0.81

Indeks heritabilnosti u prosjeku je 0.30. Slina istraivanja radili su i Lochlinn i Nichols. - Istraivanja specifinih kognitivnih sposobnosti Plomin procjenjuje njihov indeks heritabilnosti na oko 40%, ali istraivanja su nekonzistentna jer postoji veliko broj nespecifinih kognitivnih sposobnosti. Istraivanje Hawaii family study (1979.)- ima mnogo autora, ali istie se DeFries. Imali su uzorak Amerikanaca evropskog podrijetla i uzorak Amerikanaca japanskog podrijetla. Proveli su 15 kognitinih testova, koje moemo gupirati u tesove verbalnih, spacijalne sposobnosti, perceptivne brzine i pamenja. 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 V S PR P Evropljani Japanci

Postoje velike razlike u subtestovima pojedinih sposobnosti prema indeksu heritabilnosti.

-

MULTIVARIJANTNA ISTRAIVANJA SPECIFINIH KOGNITIVNIH SPOSOBNOSTI -

Pitanje je, da li fenotipske razlike slijede konfiguraciju genetskih korelacije tih testova? Gdje postoje vee fenotipske korelacije meu testovima, tamo je vea i genetska korelacija. to je vea korelacija izmeu dva testa, to e biti vea i korelacija izmeu jednog jednojajanog blizanca u jednom testu i uspjeha drugog jednojajanog blizanca u drugom testu.37

7. PSIHOPATOLOGIJA

Pitanje je, kako geni djeluju na psihopatoloke procese, da li se naslijeuje bolest ili neki simptomi? 1.) Model praga rizinih faktora : kae da su psihopatolki fenomeni multigenetski. Genetski faktori za neku psihopatologiju distribuiraju s enornmalno i pojedinci imaju veu ili manju vjerojatnost naslijeivanja odreenog broja alela za tu patoloku osobinu. Po ovom modelu, mogua je dihotomizacija na zdrave i bolesne. 2.) Alternativni model pretpostavlja da do poremeaje ne dolazi kada s epostigne odreeni prag, ve postoje kontinuumi od normalnih do abnormalnih procesa. - Shizofrenija: Klasina porodina istraivanja pokazuju da je rizik za srodnike prvog reda 9%. Razlika je 13% ako gledamio potomke shizofreniara, a roditelja shizofrenih je 6%. Studiej blizanaca pokazuju da ej konkordanca izmeu jednojajanih blizanaca 48%, a izmeu dvojajanih 17%. Gottesman (1991.) prouio je 14 parova jednojajanih blizanaca odvojenih do 2 godine ivota i dobio je konkordancu od 64%. (kod 9 od 14 parova oba blizanca su bila shizofrena). Postotak je uvean zbog malog broja ispitanika. Gottesman je rekao da je vjerojatnost da e potomak jednojajanog blizanca imati shizofreniju jednak bilo da je njegov tata imao shizofreniju, ili da je njegov stric imao shizofreniju. Tienari (1994.)ako je jedan bioloki roditelj shizofren u 10% sluajeva e i dijete biti shizofreno. Tinenari je inae Skandinavac. Kety (1994.) je Danac i krenuo je od cijele populacije usvojene djece i kod njih dijagnosticirao shizofreniju te je naao 47 malih shizofreniara. U 5% sluajeva su i bioloki roditelji bili shizofreni, dok nij u jednom sluju usvajatelj nioje bio shizofren. Kod kontrolne skupine neshizofrenih usvohjenika nije bilo ni shizofrenih roditelja ni shizofrenih usvajatelja. Problem je mali uzorak. MULTIVARIJANTNI PRISTUP- Da li su krvni srodnici nekog sa dijagnozom pod poveanim rizikom dijagnosticiranja te bolesti ili neke druge bolesti. Npr. hoe li neki krvni srodnik paranioidne osobe biti pod poveanim rizikom dobivanja samo paranoidne shizofrenije ili i recimo katatone shizofrenije. Pokazalo se da je rizik jednak za sve tipove shizofrenih poremeaja, bez obzira od kojeg tipa krvni srodnik boluje. postoje dva tipa shizofrenije, onaj s aktivnijim i onaj s pasivnijm simptomima (taj je tei i vie je heritabiln).

38

- Afektivni poremeaji (poremeaji raspoloenja): Razlikujemo unipolarnu depresiju i bipolarni poremeaj. Neto je vea uestalost unipolarne depresije od bipolarnog poremeaja u populaciji. Ukoliko netko ima krvnog srodnika s unipolarnom depresijom, on nije pod rizikom razvoja bipolarne depresije, ali krvni srodnik nekoga s bipolarnim poremeajem pod poveanim je rizikom unipolarne depresije. To se objanjava time da je bipolarni oblik tei poremeaj raspoloenja, a tei su poremeaji vie heritabilni. Konkordanca izmeu jednojajanih blizanaca za bipolarni poremeaj je 72%, a za unipolarnu depresiju 40%. Ukoliko netko ima depresiju, on nije pod poveanim rizikom dobivanja shizofrenije to ukazuje na to da su shizofrenija i depresija odvojene kategorije. Potomci shizoafektivno poremeenih nisu pod poveanim rizikom shizofrenije, ali su pod poveanim rizikom shizoafektivnih poremeaja i afektivnih poremeaja. - OSTALI POREMEAJI - Anksioznost, anorexija, bulimija, alkoholizam, puenje - Zastupljenost anksioznosti u opoj populacii je 3%, a kod roaka prvog reda 20%. - Anorexia, konkordanca kod jednojajanih blizanaca je 59%, a kod dvojajnih 8%. - Bulimija, konkordanca izmeu jednojajanih iznosi 36%, a izmeu dvojajanih 38%. Oito je da bulimija nij egenetski uvjetovana, aanorexija jest. - Alkoholizam- genetiki efekt kod mukaraca je vrlo velik, a kod ena vrlo mali. McGue (1992.); mukarci kod jednojajanih blizanaca konkordanca je 77%, a kod dvojajanih 54%. ene; jednojajane blizanke su u konkordanci 39%, a dvojajane 42%. Pedersen (1984); koliina popijnog alkohola u opoj populaciji je heritabilna. Jednojajani blizanci imaju korelaciju u koliini popijenog alkohola 0.71, a dvojajani 0.31. -PuenjeHeath (1995.); konkordanca izmeu jednojajanih blizanaca je 75%, a kod dvojajanih 63%. Postoji snaan efekt djeljene okoline. Poetak puenja pod utjecajem je dijeljene okoline, a perzistiranje i koliina popuenih cigareta su pod utjecajem gena.

39

8. LINOST

Bouchard je sistematizirao istraivanja na blizancima s obzirom na petfaktorski model linosti. Indeksi heritabilnosti su oko 40- 60%. Minessotta studija (1988.); Telegen procjene heritabilnosti se kreu od 4058% za trifaktorski model linosti. Pedersen: SATSA- model, 95 jednojajanih lizanaca odraslih odvojeno. Indeksi heritabilnosti za ekstraverziju i neuroticizam= 0.41 do 0. Otvorenost ka iskustvima- ugodnosti i savjesnost od 0.12 do 0.29. Po porodinim istraivanjima indeksi heritabilnosti en bi trebali biti vei od 25%. Razlog je moda u neaditivnoj genetskoj varijanci. Razlika je u porodinim istraivanjima (roditelji djeca- neznaajni indeksi do 25%), te znaajni indeksi meu braom (neaditivni utjecaji ne prenose se s roditelja na djecu). Razlog takoer moe biti u dobi koj ase razlikuje kod djece i kod roditelja pa meu njima postoje razlike u manifestaciji linosti s obzirom na dob (iste osobine linosti se kod starijih i mlaih ne manifestiraju na jednak nain). McCartney (1990.)- metaanaliza indeksa heritabilnosti za ispitanike razliite dobi. S poveanjem dobi smanjuje se heritabilnost, to je razliito nego kod inteligencije, to se moe objasniti time da se linost ispitivala na adolescentima i odraslima, a inteligencija na djeci.

40

PITANJA IZ KOLOKVIJA1. Objasniti pojmove : Vga, Vgna, Ves, Vnes. 2. Objasniti razlike izmeu pojmova genotipske vrijednosti i genotipsek varijance. 3. to su aditivne, a to neaditivne genotipske vrijednosti. 4. H u uem i irem smislu. 5. Kako se h moe procijeniti na temelju podataka: a) M2 odvojeno r b) D2 odvojeno 2r c) M2 i D2 zajedno Hm2= r + es d) bioloki srodna i odvojena djeca 2r 6. rm2 zajedno = 0.8, rdz= 0.60 h= (rma-rdz)*2= 0.40 a) koliko iznose procjene genetske i okolinske varijance? 7. Koja je najloginija provjera heredibiliteta, ako su korealcije rm20 0.80 i rdz0 0.20! 8.Ukoliko za neku karakteristiku aditivni genetski efekt iznosi 50%, a efekt dijeljene okoline 20%, kolika je korealcija roditelja i potomaka? 9. Definiraj pojam interakcije i korelacije genotipa i okoline (primjeri) 10. Kako bi poveanje genetske i okolinske varijance djelovalo na: , ako su svi ostali parametri isti? 11. U emu se sastoji transplantacija i transformacija DNA? 12. Zbog ega je biranje partnera po slinosti vano za bihevioralnu genetiku? Genotipska vrijednost je kvantitativna genetika; udio gena u odreenju neke karakteristike na nivou pojedinca. Teoretski pojama jer je fenotip ekspresija genotipa u okolini, tj. okolinskoj devijaciji. - Genetska varijanca je ekstenzija toga na individualne varijance u populaciji, koja se moe pripisati geentskim razlikama. - h u uem smislu odnosi se samo na aditivni genetski utjecaj, a u irem smislu i na aditivne i neaditivne genetike utjecaje. - 6. h= 0.40 40% es= 0.40 ens= 0.20 ostaje 60% za okolinsku varijancu, ako imaju 80% zajednikog tada na aditivnu V otpada 40$ (80%- 40%)-

1. h= G= 0 Es= 0.25 Ens= 0.75 0.5G + Es= 0.25 0.5G= 0 Es= 0.25 2. Es= 0 0.5G + Es0 0.25 0.5G= 0.25 G= 0.25 ili prema studiji blizanaca uvrstiti u Falconerovu formulu.41

LITERATURA

1. 2. 3. 4.

Petrica (1999./2000.): Biljenica s predavanja prof. Denisa Bratka. A- 218, FF, Zagreb. Ross Vasta, Marshall M.Haith, Scott A. Miller (1998.): Djeja psihologija. Naklada Slap, Jastrebarsko. Boris Vrtar, Josip Balabani, milan Metrov (1996.): Genetika, evolucija, ekologija. kolska knjiga, Zagreb. Iva egura (2000./2001.): Biljeke s predavanja prof. Denisa Bratka koje nitko ne moe proitati osim autorice. Malo A-218, malo A- 230, FF, Zagreb.

42

SADRAJ

43