1. UVOD U BIHEVIORALNU GENETIKU

Bihevioralna genetika bavi se pitanjima što određuje interindividualne razlike među ljudima. To je znanstvena disciplina koja spada na granicu između bioloških znanosti i psihologije, iako se znatno više psihologa od bilo koje druge struke bavi bihevioralno genetičkim istraživanjima. Bihevioralne karakteristike se formiraju na kompleksan način, interakcijom genotipa postojećih karakteristika pojedinca i iskustva. Ključni problem bihevioralne genetike jest što je genetički utjecaj i kako geni pridonose ponašanju jedinke određene vrste. Ovisno o biološkoj osnovi, različiti su efekti učenja i iskustva i oni su kumulativni. Nije moguće nezavisno procijeniti doprinos gena i okoline u nekoj osobini jer su pomiješani, no nema gena bez okoline. Iako je na nivou pojedinca nemoguće to zaključiti, na nivou populacije moguće je povezati genetski utjecaj na fenotipskoj razini i iskustvene razlike ljudi s fenotipskim razlikama. Ono što se javlja kao snažan genetski efekt ne mora nužno biti u osnovi genetički (iako ga u osnovi može određivati više gena). Istraživanja se bave razlikama na razini populacije. Brojne su nam karakteristike genetski određene, a to se ne tiče bihevioralne genetike (npr. broj ruku, nogu), već se ona bavi onim što se tiče različitosti ljudi. Metodologija koju koristi je tome i prilagođena, tj. prilagođena je procjenjivanju populacijskih parametara te se oni mogu mjeriti,mogu biti genetski određeni, a mogu se i mijenjati. Mnogo se istraživanja krivo interpretiraju te se rezultati individulnih razlika generalizira na grupi, npr. rasne razlike (no, to je krivo razumijevanje osnovnih bihevioralno genetičkih istraživanja).

- distribucija rezultata na testu riječnika za muške ispitanike- distribucija rezultata na testu riječnika za ženske ispitanike Distribucije se poklapaju oko 90%, prosjeci muškaraca su nešto niži od prosijeka žena. No, ovo ne moraju biti rezultati an testu vokabulara.

1

Ako je potpuni genetski efekt to znači da su genetske individualne razlike povezane s genetskim razlikama u populaciji.

Kontroverzno: programi za poboljšanje školskog uspjeha onih s niskim socio-ekonomskim statusom. razlike između grupa, nemaju veze s individualnim razlikama. Bihevioralna genetika se bavi etiologijom individualnih, a ne grupnih razlika po principu: «sada i ovdje».

- KRITIKE:

1. Kako reći da geni nešto određuju kad je čovjek slobodno biće i radi što želi i kad hoće?!

Geni doprinose razvoju bihevioralnih fenotipa, ne uzrokuju pojedinačne reakcije (povezani su s individualnim razlikama). No, ovo je kriva pretpostavka. Npr. pokazan je utjecaj gena na alkoholizam. Geni ne određuju ponašanje na neposredan način. Krajnji uzrok ponašanja može biti na genetskoj konstrukciji pojedinca ili genetskoj konstrukciji vrste. Ovdje se zapravo radi o konfuziji semantičke prirode.

2. Bihevioralno genetička istraživanja bave se realnom situacijom, onim što jest. Potrebno je analizirati pojedina ponašanja i vidjeti što je uzrokovano genima, a što okolinom i to je uvijek konstantno. Uvijek objašnjavamo fenotip. Ako se nešto mijenja u populaciji, onda se i ti odnosi mijenjaju. Da smo svi mi genetski identični, okolina bi činila razlike i obratno.

Mehanizmi djelovanja gena: «Nije to ništa mistično, nekakva sila koja nas tjera da se ponašamo na određeni način.» U osnovi djelovanaj gena jest kemijska struktura s porukom koje omogućuju stanicama da se repliciraju i kontroliraju svoj razvoj, sinteza proteina (doziraju specifičnu sekvencu proteina), neki gen- regulatori aktiviraju druge gene, itd. Na isti način utječu i na psihičke osobine. Prve ideje dali su Darwin i Galton, dokle se iz Mendelovih zakona izvode sve bihevioralno genetičke metode. Mendel je čestice odgovorna za prnošenje 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 identičan komplement gena, osim kod poremećaja. Strašno je velik broj gena, parova DNA. Procjenjuje se da postoji 100 000 gena u našem organizmu te se 1/3 ekspresira u mozgu (u ovom kontekstu, ekspresirati znači odrediti se, izraziti se u nečemu). Upravo zbog toga i nije čudo što genotip čovjeka utječe na njegovo ponašanje. U največoj je mjeri genotip ljudi identičan (kao i bićima na nižem nivou, npr. imamo 98- 99% genetske sličnosti s čimpanzama). Ono što uočavamo kao razlike među pojedincima nije toliko veliko, koliko bi zapravo moglo biti. Razlike se mogu javiti između svake od parova baza jer ih u svakom genu ima po više (3,5 milijardi

2

kod čovjeka). U 1 na svakih 1000 baza postoji razlika među ljudima, no to znači da ih ima 3,5 milijuna (razlika). Prva istraživanja blizanaca i studije usvajanja počela su 20-ih i 30-ih godina 20 st.Zbog biheviorizma, koji proučava isključivo ponašanje ostaje nezapažena. Ponovno se počinje proučavati 60-ih godina, a 80-ih joj raste popularnost.

3

2. OSNOVNI POJMOVI BIHEVIORALNE GENETIKE

1.FENOTIP je opaženo karakteristično ponašenje, dokle u širem smislu označava ukupan izražaj organizma, tj. zbroj njegovih morfoloških i fizioloških svojstava.FENOTIPSKE RAZLIKE čine opažene ponašanjne razlike.

2. GENOTIP se odnosi na genetske karakteristike individue. Ovim se nazivom označuje ukupno nasljeđe organizma, tj. zbroj svih nasljednih faktora, gena, koji ta svojstva određuju. Iskazuje se u fenotipu s time da se čitav genotip ne mora uvijek izraziti u fenotipu. Štoviše, neki geni mogu doći do izražaja tek u osobitim prilikama i u budućim generacijama. Svako je svojstvo organizma ponajprije izraz određenih genski uvjetovanih procesa i djelovanja u njegovu razvitku. No, na oblikovanje organizma, osim toga, utječe i okoliš. Organizam raste na račun neprestanog priljeva nove hranjive tvari uz posebne fizičko-kemijske uvjete u kojima se zs to vrijeme nalazi. Prema tome, organizam u svom konačnom obliku (fenotipu) i stanju nije samo rezultat naslijeđem određenoga biološkog razvitka nego zajedničkog djelovanja naslijeđa i životnog okoliša.

Bihevioralno genetička istraživanja ne bave se genetskim karakteristikama vrste, već se bave interindividualnim razlikama.Ona se ne bave prosječnim razlikama među populacijama (ne mogu objasniti spolne, rasne, etničke i druge razlike). Različite populacije mogu se razlikovati po odnosu utjecaja okolina-genotip te mogu postojati razlike unutar jedne populacije tijekom vremena.

Slika 1. Križanje crnih zamorčića. U oba slučaja (1. i 2) roditelji su crne boje, ali u 2. nose i nasljedni faktor za bijelu boju.

4

2.1. MENDELOVI ZAKONI

- neki ključni pojmovi:

- Križanje ili hibridizacija je proces miješenja naslijeđa dvaju različitih roditelja.- Križanjem nastaju križanci, hibridi ili bastardi.- P- početna (roditeljska, parentalna) generacija- F1, F2, F3,... generacije potomaka (filijalne generacije) prema redoslijedu - monohibridno križanje- praćenje jednog svojstva- dihibridno križanje- praćenje dva svojstva- polihibridno križanje- praćenje više svojstava

- Češki redovnik (odmetnuo se pop u znanstvenike) Gregor Mendel provodio je pokuse sa graškom i na osnovu toga došao do određenih zakona nasljeđivanja. Uvodi pojam jedinice nasljeđa, koji danas nazivao genima.

- Razlikuje dominantne i recesivne faktore, pri čemu je dominantni prevladavajući faktor, a recesivni onaj koji je potisnut.

- Tri su Mendelova zakona:

1. ZAKON JEDNOLIČNOSTI: križaju li se homozigotni roditelji svi su potomci F1 generacije međusobno jednaki.

2. ZAKON CIJEPANJA ILI SEGREGACIJE: križanjem jedinke F1 generacije među sobom nastaju potomci s različitim svojstvima.

a) kod monohibridnog križanja s dominacijom u omjeru 3:1 u korist dominantnog oblika,

b) kod monohibridnog intermedijarnog križanja u omjeru 1:2:1 Intermedijarno označava nasljeđivanje pri kojem nema izrazite dominacije, već se pojavljuje neki srednji, prijelazni tip između roditelja.

3. ZAKON NEZAVISNOSTI NASLJEDNJIH ČIMBENIKA: kad se križaju jedinke s više svojstava pojedina se svojstva nasljeđuju nezavisno.

5

2.2 KROMOSOMI I GENI

GENI su sitne materijalne jedinice molekulskih dimenzija koje se prenose pri umnožavanju stanica pa organizam koji raste postaje tako genetički jedinstvena cjelina. Prenose se pri umnožavanju stanica te organizam koji raste postaje tako genetički jedinstvena cjelina. Na temelju toga zaključujemo da se geni mogu nalaziti samo u onim strukturama koje se podjednako raspoređuju 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 način, tj. na proces transkripcije putem kojeg geni šifriraju specifičnu sekvencu aminokiselina za proizvodnju proteina (stanica, tkiva, mišića). Valja napomenuti da su i enzimi, kemijske supstance koje sudjeluju u većini tjelesnih metaboličkih procesa (anabolitičke i katabolitičke reakcije) isto tako po svojoj kemijskoj osnovi proteini. Molekula DNA određuje šifru za produkciju proteina. Osobe koje imaju različitu gradivnu strukturu DNA, imat će prema tome i različite npr. neurotransmitore, tj. oni će se kod njih proizvoditi u različitoj količini, a to će dovesti do razlika u ličnosti ili u inteligenciji. Prijenos ili transmisija informacija kroz generacije najviše se eksploatira u bihevioralnoj genetici. DNA se mora replicirati prilikom stanične diobe kako bi se prenjele naslijedne informacije, naravno da se ovo odnosi i na replikaciju DNA u spolnim stanicama, tj. gametama, a one sadrže gene, tj. kodirane informacije. Kad dođe do oplodnje vjerojatnost prenošenja gena od roditelja jest 50:50.

Slika2. Građa kromosoma. a) na početku profaze- nit DNA je udvostručena, ali kromatide još nisu jasno oblikovane. b) u metafazi- jasno se primjećuju dvije kromatidekoje su se skratile uslijed jače spiralizacije.

6

KROMOSOMI su tjelešca koja postaju vidljiva u jezgri u složenijim vrstama stanične diobe, mejozi i mitozi. Kromosomi su nosioci gena (to su mjesta gdje se fizički nalaze molekule DNA). Glavni dio kromosoma jest dvostruka središnja nit KROMONEMA.

Slika 3. Vinska mušica (Drosophila melanogaster): A) izgled mužjaka (♂) i ženke (♀), B) diploidne garniture kromosoma (2n= 8), C) spolni kromosomi označeni su sa X i Y.

Kromonema je sastavljena od dvolančanih molekula DNA (deoksiribonukleinska kiselina). Na kromosomu se primjećuje i utanjeno, neobojeno mjesto, CENTROMERA, na koju su za diobe vezane niti diobenog vretena. Za vrijeme mitoze. može se prema osobitom izgledu i gibanju kromosoma razlikovati nekoliko uzastopno povezanih faza. To su :1.profaza2. metafaza3. anafaza4. telofaza5. interfaza- duža faza u kojoj se ne primjećuje nikakvo gibanje jezgrine tvari.

Slika 4. a) Linearni poredak genaostaje uzdužnim cijepanjem kromosoma nepromijenjen.b) Određene promjene na oku vinske mušiceprate i određene promjene na gorostasnom kromosomu: 1. normalne kromomere- normalno oko,2 dvostruke kromomere- smanjeno oko, 3. trostruke kromomere- jačesmanjeno oko. Slika 5. Usporedba mitoze i mejoze:

7

1.) MITOZA. a) Profaza sa 6 kromosoma. Parovi homolognih kromosoma su a1a2, b1b2, c1c2.b) Metafaza- kromosomi su u ekvatorijalnoj ploči. c) Anafaza-kromatide su se odvojile i pomiču se prema polovima.d) Telofaza- nastaju 2 nove diploidne stanice sa po 6 kromosoma. 2.) MEJOZA. Prva mejotička dioba (redukcijska): a) Svršetakprofaze- homologni kromosomi su se približili i tvore bivalente.b) Metafaza- homolognikromosomi su spojeni u bivalente i poredani ekvatorijalno. c) Anafaza- razilaženje homolognih kromosoma. d) Telofaza-nastaju dvije stanice s polovičnimbrojem kromosoma. Druga mejotička dioba: običnom mitozom konačnonastaju 4 haploidne stanice, gametesa po 3 kromosoma. (Kod 1. i kod 2.ekvatorijalni položaj kromosomaprikazan je vertikalno zbog boljejasnoće sheme.)

Kod svih organizama koji su nastali od dvaju roditelja na temelju procesa oplodnje kromosomi u tjelesnim stanicama dolaze uvijek u parovima kojih su članovi s obzirom na vanjske osobine međusobno jednaki. Nejednaki mogu biti samo spolni kromosomi. Takav slog kromosoma u tjelesnim stanicama zove se DIPLOIDNA GARNITURA (2n), a članovi pojedinih parova zovu se HOMOLOGNI KROMOSOMI. U gametama nalazi se od svakog para samo po jedan kromosom, što je posljedica redukcijske diobe u mejozi. Takav sastav, brojčano upola manji, zove se HAPLOIDNA GARNITURA (n). Za haploidnu garnituru, koja je ujedno najmanja moguća cjelina nasljedne tvari neke biološke vrste, primjenjuje se također izraz GENOM. Hipoteza da su spolne razlike u spacijalnoj superiornosti spolno vezane (recesivan gen na X- kromosomu) ispitala se istraživanjem: u slučaju spacijalne superiornosti muškaraca (XY) koji imaju na gen za tu osobinu na X- kromosomu, onda na Y- kromosomu nemaju onaj gen koji supresira izražavanje recesivnog gena na X- kromosomu. Ako žena ima spacijalnu inteligenciju, tada ima gene na oba svoja X- kromosoma. Spacijalno inteligentan muškarac dobio je gen od majke i pokazale su se veće korelacije u spacijalnoj inteligenciji između 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 čovjeka je 46, miševi ih imaju 20, vinska mušica 4). No tijekom mejoze i oplodnje ili neposredno nakon toga mogu nastati iznenadne promjene (mutacije) koje će se nasljeđivati i kroz potomstvo.

8

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 čine autosomi. Kromosom se sastoji od p (manji krak) i q (veći krak), koji su odijeljeni suženim dijelom CENTROMEROM, mjestom na kromosomu gdje nema gena. Prema jednoj tipologii označavanja gena, geni koji se nalaze ispod centromere označavaju se sa q, a iznad centromere sa p. Prema tome, geni za Huntingtonovu bolest nalaze se na 4.-om kromosomu, 1. regiji i šesti je po redu (4p16). 80-ih je počeo projekt HUMAN GENOM PROJECT s ciljem lociranja svih gena ljudskog genoma. Navodno je to do danas učinjeno. Zanimljivo je da su za ovaj projekt najzainteresiranija osiguravajuća društva te su im ujedno bili i glavni sponzori. 90-ih je počelo istraživanje Roberta Plomina (vodeći laboratorij u GB) o genima za inteligenciju i osobine ličnosti. No, pokazalo se da ne postoji samo jedan i jedini gen odgovoran za inteligenciju i nije samo on odgovoran za određivanje inteligencije.Ako se geni na kromosomu nalaze vrlo blizu, onda se nasljeđuju zavisno. Što su fizički bliže na kromosomu, to je veća vjerojatnost da se te fizičke 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 upućuje i to što muške gamete, spermiji, nose gotovo same kromosome, a vrlo malo citoplazme. Ipak, oni isto tako prenose naslijeđe neke biološke 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, što se za citoplazmu i ostale dijelove ne može reći. To znači da se preko kromatida može očekivati najpravilnija raspodijela naslijedne tvari. Na temelju toga može se zaključiti da geni u kromosomima nisu nepravilno razmješteni, nego da su poredani u nizu- LINEARNO. Jer, kako se kromosomi cijepaju uzdužno, jedino linearni poredak može dati sigurnost da će isti broj i iste vrste gena prijeći u novonastale kromatide. Točan položaj gena u kromosomu naziva se LOKUS GENA. Teorija koja počiva na spoznaji da su geni ako ne isključivo, ali ipak sigurno, u golemoj većini smješteni na kromosomima naziva se KROMOSOMSKOM TEORIJOM NASLJEĐIVANJA i čini osnovu suvremene citogenetike. GENOM je broj svih gena neke vrste, a ljudski genom sadrži 100 000 gena od kojih se 1/3 ekspresira u mozgu. Samo 1 od tisuću parova baza uvjetuje individualne razlike. Čovjekov genom je 99% sličan genomu čovjekolikog 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 znači 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 točno zna što se fizički točno nalazi na kojem mjestu. Neki aleli su dominantni, dok su drugi recesivni. Kako bi došlo do iskazivanja recesivne alele, mora biti prisutna na oba kromosoma (aa).

9

Aleli pojedinih svojstava označuju se obično 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 izražena, aleli se mogu označavati 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 što su gamete (spermij i jaje) iz kojih je taj organizam nastao slučajno sadržavali istovrsne alele. To su HOMOZIGOTNI ORGANIZMI. No, ima slučajeva da diploidni organizam nosi za neko svojstvo različite alele, npr. Aa, jer su i gamete bile različite. To su HETEROZIGOTNI ORGANIZMI, tj. križanci, 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 će 50% njegovih potomaka imati ovu bolest. Kod fenilketonurije, koju uzrokuje recesivni gen, ima 25% onih koji imaju poremećaj, 25% onih koji su bez poremećaja i nenosioci tog gena, te 50% nebolesnih nosioca. Sve alele ne funkcioniraju na dominantan način. Vrlo često je fenotipski ishod prosijek genotipske kompozicije svakog roditelja.

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

10

2.3.MOLEKULA DNA

Molekula DNA predstavlja gradivnu jedinicu koromosoma, tj. male nizove gena. Sastoji se od 2 spiralno postavljena lanca deoksiribonukleinske kiseline, koje grade NUKLEOTIDE. Obložena je bjelančevinastom tvari MATRIKSOM. Na toj niti mogu se obično razlikovati mjesta koja jače upijaju histološke boje., a nazivaju se KROMOMERAMA. DNA sadrži 4 vrste dušičnih baza:1. adenin koji se spaja s 2. timinom te 3. guanin koji se spaja s 4. citozinom, čineći stalne komplementarne parove (A-T, G-C). U lančanim molekulama DNA te baze mogu biti nanizane u različitom redosljedu. Dušične baze u 2 lanca DNA povezane su vodikovim mostovima i čine tako dvostruke molekule ljestvičave građe, tzv. «dvostruku zavojnicu». To otkriće znanstvenika Watsona, Cricka i Wilkinsa (1953. Nobelova nagrada) imalo je dalekosežnu važnost za razumjevanje građe i djelovanja gena i smatra se najvažnijjim otkrićem za razvoj biologije u 20. st. Molekula DNA pokazuje svojstvo udvostručenja ili replikacije. Proces udvostručenja započinje tako da se dva nasuprotna niza nukleotida djelovanjem enzima počinju odjeljivati, odnosno «parati» na dva dijela. Na taj način suprotne dušične 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 sintetičkih procesa u stanici. U takvom stanju postoji mogućnost da otvorene dušične baze ljestvičavih molekula vežu za sebe dušične baze slobodnih nukleotida. Novoprivezani nukleotidi spojit će se i međusobno fosfatnim vezama, te će se tako za kratko vrijeme DNA- polimeraze ponovno uspostaviti dvostruka molekula DNA. Pritom će se novi nukleotidi poredati upravo tako da se ponovno uspostave komplementarni parovi. Na taj način nastat će točna kopija one DNA kakva je bila prije cijepanja, samo što će sada umjesto jedne molekule biti dvije.

Slika 7. Udvostručenje(replikacija) molekule DNA. a) Shema procesau tri faze. b) Približan izgled molekule utim fazama.

- DNA ima dvije funkcije:1. translatacijska funkcija: DNA koordinir aprodukciju proteina koji formiraju

stanice našeg tijela.

11

2. transmisijska funkcija: DNA prenosi informacije među generacijama. Dijete dobiva 50% gena od majke, a 50% od oca.

Bihevioralne karakteristike su složene i vrlo je vjerojatno da je za neku bihevioralnu karakteristiku odgovorno više gena, tj. da su neke karakteristike poligenetske te je većina bihevioralnih karakteristika poligenetski uvjetovana. U bihevioralnoj genetici ispituje se karakteristike koje se najvjerojatnije normalno distribuiraju, a upravo je to POLIGENIJA. Postoji mogućnost javljanja fenomena pri kojem isti geni mogu određivati različite karakteristike (pridonijeti različitim fenotipima), što se naziva PLEJOTROPIJA. Npr. gen za fenilketonuriju osim što dovodi do mentalne retardacije uzrokuje i pojavu svjetlije kože i kose. kod miševa su geni povezani s učinkom u labirintu povezani i s albinizmom. Iako bi se po Mendelovom zakonu o nezavisnom nasljeđivanju geni trebali prenositi nezavisno, ponekad ne dođe do potpunog odvajanja pa se oni geni koji se nalaze jedan blizu drugog mogu nasljeđivati zajedno.

2.4 GENETIČKI KOD (ŠIFRA) I SINTEZA BJELANČEVINA

Premda su molekulska građa i svojstvo replikacije nukleinskih kiselina pojave vrijedne osobite pozornosti, jer se time objašnjava materijalna osnova gena, time nije iscrpljeno svo njihovo funkcionalno značenje.O čemu je zapravo riječ? Poznato je da su bjelančevine (proteini) vrlo važni kemijski spojevi u organizmu. One su ponajprije glavni gradivni materijal, ali su i temeljni dijelovi enzima koji obavljaju katalitičke funkcije u stanici, tj. upravljaju dinamikom životnih procesa. Kako bjelančevine nemaju sposobnost samoobnavljanja, za njihov nastanak moraju biti odgovorni neki drugi čimbenici. To su opet nukleinske kiseline. Niz složenih kemijskih procesa kojima nastaju strukturne bjelančevine, enzimi, hormoni i ostali životno važni spojevi, nužno započinje djelovanjem genske tvari, jer su to spojevi određeni naslijeđem i svojstveni za svaku biološku vrstu. Pokazano je da se sinteza bjelančevina obavlja prema osobinama genske DNA, ali posredstvom nekoliko vrsta RNA. Dok je glavnina DNA sastojak kromosoma, RNA koja kod eukariota nastaje u nukleolusu stanične jezgre nalazi se kasnije većinom u citoplazmi, i to najviše u ribosomima, dvostrukim sitnim zrncima koja se vide jedino elektronskim mikroskopom. To je ribosomska RNA (rRNA). No neke druge molekule RNA, koje također nastaju u staničnoj jezgri, posebni su «glasnici» gena. One nastaju od genskih molekula DNA tzv. prepisivanjem (transkripcijom) i zovu se glasnička RNA (messenger RNA ili mRNA). Dakako da pri prepisivanju sa DNA uz pomoć enzima RNA- polimeraze molekule mRNA umjesto timina dobivaju

12

na odgovarajuća mjesta URACIL, dok su im druge dušične baze komplementarne po modelu DNA. Kad je glasnička RNA gotova, odjeljuje se od genske DNA, prelazi u citoplazmu i veže se na površinu ribosoma, Prema tome, ona sada prelazom na ribosom donosi prepisanu gensku «uputu» (informaciju) o rasporedu dušičnih baza u molekulama DNA, a to znači o naravi pojedinih gena. Jedinice takve upute sastavljene su uvijek od tri dušične baze, tzv. TROJKI ili TRIPLETA. Svaka trojka prepisana s DNA na mRNA zove se KODON i čini ŠIFRU koja odgovara pojedinoj vrsti aminokiseline, građevnoj jedinici određenog proteina. Još jedna vrsta RNA malih molekula prihvaća u citoplazmi slobodne molekule aminokiselina i dopremaju ih do mRNA na ribosomima, tj. do mjesta sinteze bjelančevina. Zato se zovu prijenosna ili teansfer- RNA (tRNA). Svaka molekula tRNA ima na kraju također specifičnu trojku dušičnih baza, tzv. ANTIKODON, komplementarnu kodonu mRNA. To znači 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 «čitanju» genske poruke (upute). Uz pomoć RIBOSOMSKIH ENZIMA, pomicanjem koje je slično pomicanju vrpce na pisaćem stroju, molekule mRNA spajaju antikodone tRNA jedan za drugim po redu genskih šifri i tako nižu «ulovljene» aminokiseline u molekulu bjelančevine. To se naziva PREVOĐENJEM (translacijom) genske upute. Ribosomi imaju pri tom veliku ulogu kao skladišta enzima i operativne jedinice pa se zato često nazivaju «tvornicama bjelančevina».

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, što se može ocijeniti kao velik uspjeh elektronskomikroskopske tehnike.

Pitanje koje se postavlja jest je li broj 3- nukleotidnih šifara uopće dostatan za vezivanje svih 20 vrsta aminokiselina. Ako se 4 moguće dušične baze kombiniraju u sastavima po 3 (npr. UCG, CGU, UUC, itd.), dobiva se točno 20 kombinacija. No ako se kombinira ne samo sastav nego i redoslijed baza (npr. UCG, CGU, GUC, itd.). dobiva se 4³= 64 kombinacije, što je dosta da se i na više načina zadovolji vezanje svih vrsta aminokiselina. No, ustanovljeno je osim da su pojedine aminokiseline

13

kodirane sa po nekoliko 3- nukleotidnih šifara, i to da postoje 3 stop- kodona koji ne kodiraju ništa. - Uzevši sve to u obzir, možemo zaključiti:

- Vrste bjelančevina ovise o broju i rasporedu aminokiselina.- taj broj i raspored ovisi o molekulama tRNA. One će djelovati prema

rasporedu kakav je an mRNA, a ova je nastala prema rasporedu baza kakav je na DNA.

- Prateći sintezu bjelančevina, doći ćemo unatrag sve do gena. - Svaka aminokiselina ima već u genskoj molekuli Dna svoju 3-

NUKLEOTIDNU ŠIFRU. Zbog toga se ova teorija naziva TEORIJOM ŠIFRE (koda) ili TEORIJOM GENSKIH UPUTA.

- Budući 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. Glasnička RNA (mRNA) u prevođenju (transakciji). Snimka elektronskim mikroskopom. Tamne kuglice su ribosomi na lancu mRNA(poliribosomi). Uz ribosome zamjećuju se lančići nastalih polipeptida.

2.5 UZROCI VARIJABILNOSTI

14

- Varijabilnost se u živih bića pojavljuje na razne načine i zbog različitih uzroka:- zbog kromosomskih razlika pri nastanku spolnih stanica (tijekom mejoze)- zbog miješenjem gena križanjem (hibridizacijom)- zbog pogreška na kromosomima ili zbog kemijskih promjena na samim genima

(mutacijom)- zbog neposrednog utjecaja okoliša na organizam.

Pojave nejednakosti koje se odnose na neku određenu vrstu organizma postoje u istoj generaciji i između roditelja i potomaka. Bez obzira na to jesu li razlike velike ili male, je li riječ o jednom svojstvu ili više njih i jesu li ta svojstva fizičkog ili nefizičkog karaktera, za osnovu uspoređivanja mogu se uzeti pojedinačni organizmi. Tada se govori o INDIVIDUALNOJ varijabilnosti živih bića. No, ima nejednakosti koje zahvaćaju cijele skupine inače istovrsnih organizama. Pojavljuju se različite podvrste , sorte i rase, kod kojih je poneko svojstvo postalo posebno izrazito ili se gotovo sasvim izgubilo. Prema tome, može se govoriti i o GRUPNOJ varijabilnosti organizma. Kako se međusobni odnosi među jedinkama osnivaju na rasplodnim procesima i genetičkim vezama te životu an istom prostoru i u istim uvjetima, može se reći da grupn avarijabilnost proizlazi iz individualne. Značenje grupne varijabilnosti vrlo je veliko za evoluciju vrsta i pojavu većih skupina organizama.

2.6 VAŽNOST MEJOZE ZA RAZNOLIKOST POTOMAKA

Ovdje vrlo veliku ulogu ima redukcijska dioba u mejozi. Omogućuje mnogobrojne promjene i kombinacije naslijeđa. Pri tome nastaju ne samo nove nego i genetički različite rasplodne stanice. To se ponajprije događa zbog rastavljanja homolognih kromosoma. Od matične stanice s tri para kromosoma mogu nastati četiri kombinacije gameta. Ovdje je broj različitih gameta 8 (2³). Broj mogućih vrsta gameta općenito iznosi 2n, gdje je n= haploidan broj kromosoma. Čovjek s haploidnim brojem 23 može već tako imati 2²³= 8 338 608 genetički različitih gameta. A svaka vrsta gameta je određeni genotip koji se predaje potomstvu, a kako se pri oplodnji sve kombinacije muških gameta mogu spajati sa svim kombinacijama ženskih golema varijabilnost potomaka može nastati već samo na taj način. 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 križaju se i djelomično izmjenjuju. Mjesta križanja imaju oblik sliva X i zovu se HIJAZME, a izmjenjivanje kromosoma zove se KRIŽANJE

15

KROMOSOMA ili CROSSING-OVER. Tako nastaju gamete sa sasvim novim i nepredvidivim kombinacijama gena.

Slika 9. Različite kombinacije gameta nastale raspoređivanjemkromosoma kod mejoze. Od matične stanice s 3 paa kromosomamože nastati 8 vrsta gameta u 4kombinacije (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 nasljeđuju uvijek zajedno, tj. ipak su na neki način povezana. Obješnjenje za ovu pojavu prvi je dao Morgan pokusima na vinskoj mušici. On je zaključio da takva svojstva ovise o genima koji se nalazae na istom kromosomu. Takvi se geni nazivaju VEZANIM GENIMA. Budući 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 križanja ne mogu protumačiti samo vezanim genima. Naime, u malom postotku pojavljuju se i nove kombinacije naslijeđe, a ne samo one koje se prenose čitavim kromosomom. On je to protumačio 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 će se gena, međutim međusobno razilaziti ako su na kromosomu dovoljno udljeni jedan od drugoga, a mnogo rijeđe ako su bliži. Iz toga proizlazi: ako za pojedine gene znamo učestalost krosingovera , znamo ujedno kojim su redom nanizani na kromosomu. Štoviše, njihova je međusobna udaljenost razmjerna postotku krosingovera među njima. Ako je od 100 slučajeva između dva vezana gena samo jedna rekombinacija, tj. 1% krosingovera, onda su ti geni međusobno udaljeni jednu kromosomsku jedinicu ili jedan morgan.

16

Slika 10. Shema rastavljanja bivalenatai rekombinacije kromatida kod mejoze:1. bez krosingovera, 2. s jednostrukimkrosingoverom, 3. s dvostrukim krosingoverom (B- bivalent, h- hijazme). Shema je zbog jasnoće nešto pojednostavljena (gore desno). Krosingover u živim stanicama sjemenika jedne vrste skakavaca. Snimljeno fazno- kontrastnim mikroskopom.

Ustanovljeno je također da je krosingover ponekad moguć i između homolognih gena (alela). To potvrđuje mišljenje da njih čine još manji dijelovi, koji se možda sastoje od samo nekoliko nukleotida DNA. Dok nij edošlo do krosingovera, geni vezani u jednj skupini, tj. u jednom kromosomu bit će nerazdvojivi. Tek krosingoverom stvaraju se, uz već spomenute kromosomske rekombinacije, gamete sa sasvim novim kombinacijama gena. Da se Mendel tako kojim slučajem namjerio u svojim istraživanjima na vezane gene, tko zna bi li tako jasno mogao izraziti genetičke zakone i bi li se tako brzo došlo do svih daljnjih rezultata.

2.8 POJAM I VRSTA MUTACIJA

17

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

Slika 11. Učinak radijacije na kromosome.

1. MUTACIJE GENA. To je promjena u KEMIJSKOM sastavu gena na jednoj ili više dušičnih baza DNA. Budući da promijen anastaje u DNA, jasno je da će se prenositi iz jedne stanice u drugu, odnosno preko gamete u potomstvo. Ako je u jednom nukleotidu nastala zamjena dušične baze drugom bazom, to će se pri sljedećoj replikaciji promijeniti i komplementarna dušična baza na drugom lancu DNA i time cijeli genetički lokus. Genetske mutacije većinom su RECESIVNE.

2. MUTACIJE GRAĐE KROMOSOMA. Tu se na ČITAVIM KROMOSOMIMA zbivaju promijene koje se mogu proučavati mikroskopom.

a) Može se dogoditi da se dio kromosoma otkine i možda raspadne.b) Druga je mogućnost da se dio jednoga kromosoma otkine i zalijepi na

drugi homologni ili nehomologni kromosom.c) Može također nastati unutrašnje premiještanje gena u kromosomu. d) Mogu se udvostručiti pojedini dijelovi kromosoma.

Zapaženo je da pri nekim pojavama znatnu ulogu imaju posebni mali dijelovi DNA, tzv. TRANSPOZONI, koji premještanjem unutar genoma mogu prouzročiti kromosomske promjene.

18

Zašto uopće kromosomskom mutacijom nastaju fenotipske promjene ako su svi geni i dalje ostali prisutni i sami po sebi često nepromijenjeni? Ovdje se vidi koliko je važan položaj gena u kromosomu. Gen ne djeluje izolirano, nego, kako je već rečeno, 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 više parova odu zajedno u jednu od novonastalih stanica, a druga ostane bez tih kromosoma. Tako mogu nastati gamete s dva homologna kromosoma ili uopće bez ijedog, što je nenormalno. Nkon oplodnje stvorit će se, naime zigota i organizam sa po tri homologna kromosoma (trisomija) ili sa op jednim kromosomom (monosomija). Kod čovjeka to može biti uzrok teških genetičkih bolesti.

Prilično se često čitava garnitura kromosoma povišestručuje, što 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 udvostručuje, a ponoviti se može i udvostručenje 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 uopće imala evolucijsko značenje jer je mutacija jedini proces u kojem se geni mijenjaju.

3. ANOMALIJE AUTOSOMNIH (TJELESNIH)

19

KROMOSOMA

3.1 DOWNOV SINDROM: Down (1866.) opisuje sindrom i naziva ga mongoloizam. Proučavao je skupinu djece koja je imala slična obilježja (tjelesne i psihološke poteškoće). Kasnije se naziv “mongoloizam” promijenio u Downov sindrom kako između zdrave djece mongolske rase i one s Downovim sindromom nema nikakve sličnosti, osim kosih očiju. Ovaj je sindrom najčešći od onih koji uzrokuju mentalnu retardaciju. Čestina pojave sindroma pri rođenju iznosi 1,5% (1 na 650 rođenih). No, od svih teško hendikepiranih oko 15% bolesnika ima Downov sindrom. Slučaj Downovog sindroma češći je među malom djecom nego među starijima, iako se to danas mijenja jer mnogi bolesnici dožive staračku dob zbog odgovarajuće zdravstvene brige. Prije su bolesnici umirali u pravilu do osme godine zbog poremećaja s respiratornim i srčanim sustavom, koji su dio sindroma. Ovo je izuzetno dobro proučen sundrom radi dosta slučajeva te zajedničkih karakteristika oboljele djece, što nije slučaj s drugim poremećajima, jer se ovdje oboljela skupina jasno razlikuje od ostale djece. Downov je sindrom uzrokovan trisomijom 21 para kromosoma (oko 7% spontano pobačenih ima tu trisomiju). Poremećaj nije naslijedan, nego do njega dolazi tokom mejoze. Osim ovog, postoje još dva oblika trisomije. Jedan je trisomija na 13. ili 15. paru kromosoma (translokacija). To je nasljedni hendikep Downovog sindroma koji se češće prenosi preko muških nego preko ženskih osoba (no, oboje ga prenose genetskim kodom). Drugi je trisomija na nekim stanicama (tip mozaik). Zavisno od toga koliko je stanica zahvćeno, Downov sindrom bit će više 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% slučajeva Downovog sindroma.

3.2 HUNTINGTONOVA KOREJA:

Dob u kojoj se ova bolest javlja varira, ali obično pogađa ljude između tridesete i četrdesete godine života. Živčani sustav relativno naglo počinje propadati, što rezultira nekontroliranim pokretima mišića i poremećenom funkcijom mozga. U 17. stoljeću u SAD su iz Engleske doputovala trojica braće noseći abnormalan gen za Huntingtonovu koreju (pa se vi blesavi Englezi samo križajte s rođacima). Do 1965. godine više od 1000 ljudi pogođeno ovom bolešću mogli su se neposredno povezati s

20

ovom obitelji. Krajem 1983. znanstvenici su otkrili da se gen za Huntingtonovu bolest nalazi na četvrtom kromosomu, 1993. gen je točno lociran, a danas se može odrediti je li neka osoba naslijedila taj gen.

3.3 TAY- SACHSOVA BOLEST:

Ovu bolest prenose recesivni geni, koji proizvode urođene pogreške metabolizma. Kod osoba s ovim gnetičkim poremećajem živčani se sustav raspada zbog nedostatka enzima koji razgrađuju masti u mozgovnim stanicama. Mozgovne stanice umiru zbog naticanja masnih naslaga. Tay- sachova bolest rijetka je u općoj populaciji jer se pojavljuje samo kod jednog od 300 000 ljudi. Međutim, kod Židova Aškenaza, koji čine 90% židovske populacije u SAD, ova se bolest javlja kod jednog na svakih 3 600 rođene djece. Djeca pogođena ovom bolešću prilikom rođenja i tijekom prvih pola godine života izgledaju normalno. Zatim, u dobi od oko 8 mjeseci, postaju krajnje apatična, a do kraja prve godine često i slijepa. Većina oboljele djece često umire do šeste godine. Za sada ne postoji lijek za ovu bolest.

3.4 FENILKETONURIJA (PKU):

Problem se kod oboljelih od ove bolesti sastoji u metabolizmu bjelančevina. Bolest se javlja kada tijelo ne proizvodi enzim koji razgrađuje aminokiselinu fenilalanin. Kao rezultat toga, u krvi se nakupljaju abnormalne količine te tvari i oštećuju mozgovne stanice koje su u razvoju. Djeca koja boluju od fenilketonurije obično su prilikom rođenja zdrava, ali kako ih se ne liječi, nakon nekoliko mjeseci razina fenilalanina u krvi raste i djeca počinju nazadovati. Mogu se javiti povremeni grčevi i napadaji i bolesnici obično postanu jako retardirani., katkada toliko da im je do kraja života potrebno institucijsko zbrinjavanje. Kada je otkriven mehanizam bolesti, razvijene su posebne dijete koje su snižavale unos fenilalanina i tako sprječavale njegovo nakupljanje u krvotoku. te specijalne dijete počinju ubrzo nakon rođenja i omogućavaju da se dijete normalno razvija. Zbog dobrih rezultata pravovremene intervencije kod ove bolesti, danas s ekao dio rutinskog postupka prilikom poroda jednostavnom provjerom urina novorođenčeta utvrđuje boluje li od fenilketonurije.

21

3.5 ANEMIJA SRPASTIH STANICA (SCA):

Ovo je recesivna genetska anomalija koja ne predstavlja poremećaj u metabolizmu. Ljudi koji su od oba roditelja naslijedili gen za ovu recesivnu osobinu imaju crvene krvne stanice koje ne sadrže normalan hemoglobin, bjelančevinu koj atijelom prenosi kisik. Umjesto toga, one sadrže abnormalni hemoglobin, koji uzrokuje da crvene krvne stanice postanu «srpaste». Prolazeći malim krvnim žilama te se srpaste stanice znaju zalaviti i na taj način sprječavati da krv dopre do pojedinih dijelova tijela. Neuobičajeno velika potreba za kisikom, primjerice zbog tjelesnog napora, može zbog neodgovarajuće opskrbe kisikom kod oboljelih izazvati jake bolove, oštećenje tkiva, pa čak i smrt. Čak i ljudi koji imaju samo jedan gen za anemiju srpastih stanica pokazuju neke značajke ove bolesti. Međutim, ovi ljudi rijetko kad pate od štetnih posljedica ove bolesti budući daje većina njihovih stanica normalna.otprilike 9% Amerikanaca afričkog porijekla nosi recesivni gen za anemiju srpastih stanica. Čestin apojaveove bolesti kod afričkog plemena Bamba doseže čak 39%. znanstvenici su utvrdili da pleme Bamba živi u područjima u kojima je raširena malarija, ali da se kod Bamba djece koja imaju gen za anemiju srpastih stanica upola rjeđe pronalaze paraziti malarije nego kod djece koja nemaju taj gen. Premda je nejasno kako ovaj gen daje otpornost prema malariji, čini se da njegova nazočnost omogućava većem broju nositelja da odrastu i imaju djecu, premda će jedan od četvorice imati anemiju srpastih stanica. Očigledno je da su negativne posljedice parazita malarije po razmnožavanje veće nego posljedice nošenja 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 etiologiji individualnih razlika u ponašanju. Zapravo je vrlo stara teorija, kako se naslanja na rane pretpostavke o etiologiji ljudskih razlika. Ne specificira molekularne mehanizme, već pokušava individualne razlike objasniti na statistički način. Razvila se iz rada većeg broja autora sa početka 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 biometričara koji vide da se osobine u populaciji distribuiraju kontinuirano. (Sukob načina prenošenja nasljednog materijala s roditelja na potomke; ili smo dobili 1 gen ili 2. gen, ili visoka ili niska biljka- kada križamo 2 biljke, čak i u slučaju da dobijemo biljku srednje visine, nema dominacije, već geni funkcioniraju po prosjeku.) Ako je vjerovati Mendelu, onda nema normalne raspodjele ljudskih karakteristika. Problem je razriješen 20- ih, kada su dva statističara, Robert Fisher i S. Wright su nezavisno pokazalii matematički dokazali da je kontinuirana distribucija osobina samo logična poligenetska ekstenzija klasičnih Mendelovih principa. Na pojedine karakteristike djeluje više gena te to uzrokuje normalnu distribuciju u populaciji. Poligenetski= više gena, Mendelov princip treba razmatrati na više gena, koji pridonose jednoj karakteristici. Ako je jedna jedna karakteristika određena parom alela postoje 3 kombinacije, ako je ta karakteristika određena s 2 para alela, 5 kombinacija; ako je pak određena s 3 para alela, tada ej još više kombinacija... Kada se tako Mendelov princip proširi na više gena, dobijemo u populaciji distribuciju koja se statistički en razlikuje značajno od normalne. Većina je karakteristika određena poligenetski, a vrijede i Mendelovi principi. Većina je bolesti uzrokovana monogenetski. taj gen bolesti (npr. Huntington) vodi i do mentalne retardacije, ali to ne znači da on ima veze i s razlikama u inteligenciji. Ako gen određuje neki poremećaj, ne mora značiti da taj gen određuje razlike u normalnoj populaciji (kao npr. inteligenciju). Isto tako, npr, gledamo razlike u automobilima u snazi motora, što uzrokje razlike u brzini, no sa tim nema veze što neki ima probušenu gumu pa je zato spor i da će to utjecati na brzinu ostalih automobila. Do danas je otkriveno 150 aberacija gena povezanih s padom inteligencije, no iz toga ne možemo zaključiti ništa kakva je uloga tih gena u individualnim razlikama normalne populacije. Genotipska vrijednost ne može se direktno opažati, već o njoj zaključujemo preko informacija koje imamo o karakterristikama nasljeđivanja. Naime, krvni srodnici u predvidivoj mjeri imaju slične genotipe. Za svaki lokus na kromosomu dijete ima 50% šanse da naslijedi alelu ili od oca ili od majke. Prema tome, genotip potomaka je 50% sličan svakom roditelju. Braća su si slična 50% , jer su s dobili 50% gena od mame, a isto toliko od tate. Njihovi potomci su 25% slični s bakom i dedom. Ako tata ima s drugom mamom

23

(M29 dijete, onda su to dijete i djeca 1 i 2 slični 25%, a sa onom drugom djecom 12%.

R (M i T) 50% 50%

50%1 2 25%

50% 50% 50% 50%

Ukoliko se pojedina karakteristika nasljeđuje poligenetski, vrijednosti pojedinih gena mogu se zbrajati. Razlikujemo dvije kategorije:

1. aditivna genotipska vrijednost: možemo je predvidjeti na osnovu broja alela koji imaju efekt za određenu karakteristiku. To je vrlo korisno i u agronomiji da bi se dobili potomci željenih karakteristika. To je upravo ona genotipska vrijednost potomaka koju možemo predviđati i odrediti na osnovu genotipa roditelja.

2. neaditivna genotipska vrijednost: odstupanje genetske vrijednosti od predviđanaj na temelju dozaže gena. Ovu genotipsku vrijednost ne možemo predviđati i odrediti na osnovu genotipa roditelja. Najčešće je to dominacija.

DOMINACIJA predstavlja nelinearne interakcije gena na istom lokusu. Kod aditivne i neaditivne genotipske vrijednosti pretpostavka je da se da različito bliski krvni srodnici imaju u različitoj mjeri sličan genotip. Svaki potomak ima 50% vjerojatnosti da će na nekom lokusu naslijediti geen od jednog roditelja. Te postoji još EPISTATIČNA interakcija- interakcija gena s različitih 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 način, naš se fenotip ili genotip može 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 može se predviđati na osnovi pojedinih alela u genotipu, a ne može se prenositi u situacijama kada ta genotipska vrijednost ovisi o kombinaciji različitih gena i o njihovoj interakciji. Ukoliko je, npr. visina određena jednim genom te imamo malu mamu i velikog tatu (ako visina ovisi o aditivnoj

24

vrijednosti→ potomci su prosječni, ako ovisi o interakciji i kombinaciji onda bi mogli biti i mali i veliki i srednji).A)▄ █ ■ ■ ■B)▄ █ ▄ █ ▄ █ ■ ■ ▄ █

Svi se utjecaji gena među sobom zbrajaju kroz genotip, to je aditivni utjecaj i ovisi o prosjeku utjecaja pojedinih alela u genotipu. Više gena može određivati i samo jednu karakteristiku: npr. 1 osobina određena s 1000 gena kod koje bi se radilo o aditivnom genetskom utjecaju ako bi se utjecaj gena zbrajao, ili bi bilo riječi o neaditivnom genetskom utjecaju kada bi osobina ovisila o tome što 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 čistog prijenosa s roditelja na potomstvo.

M T 50% 50%

25% P P

Za svaki lokus na kromosomu možemo dobitijedan alel od jednog roditelja i jedan od drugog. pa nemamo istu kombinaciju kao što ima mama ili tata, no kod nekih potomaka može biti ista kao kod mame ili kao kod tate, ali opet, neće biti kod svih potomaka ista. Kada bi ovi roditelji iz primjera imali 1000 djece, ¼ bi imala genetski slične kombinacije. Imamo 100 000 gena koji se mogu razlikovati, a u neaditivnom utjecaju postoji 25% istih kombinacija u genotipu jednog djeteta koje su slične genotipu drugog djeteta, kako je u pojedinačnom slučaju 50% vjerojatnosti da naslijede gen 1 i gene 2, a da se ovi geni nađu zajedno na jednom mjestu vjerojatnost je 25%. Da se kod roditelja dobije sličnost s tim je 0. Ako je karakteristika pod utjecajem aditivnog genetskog utjecaja, onda možemo predviđati 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% slilčan roditeljima, 25% sličan svojoj genetskoj braći, a 100% sličan jednojajčanim blizancima.

- Do neaditivnosti dolazi jer geni u interakciji doprinose genetskoj karakteristici kroz: a) dominaciju i b) epistatičku interakciju.

Dominacija jest nelinearna kombinacija 2 gena ili alela, koji se nalaze na istom istom lokusu. Epistatička interakcija jest nelinearna kombinacjia 2 gena na različitim mjestima ili na različitim kromosomima. Ukoliko neki genetski efekt ovisi o kombinaciji gena na istom lokusu, riječ je dalkle o dominaciji. U slučaju da genetski efekt ovisi o kombinaciji gena na različitim mjestima, riječ je o epistatičkoj interakciji.

25

Individualne razlike u nekoj karakteristici, povezane su s genetskim razlikama u toj karakteristici i to zanima bihevioralne genetičare.

- Prema kružnicama inteligencije roditelja i potomaka, mi npr. tražimo sličnost u poklapanju genotipa kroz

poklapanja fenotipa. Na nivou pojedinca neki fenotip kombinacija je genotipa i okoline. P- fenotipska vrijednost naPojedinac= Genotip + Fenotip nivou pojedinca.P= Vgaa + Gna + E

Ovu zakovnitost možemo proširiti na genotip i fenotip cijele populacije u kvantitativnoj genetici te ona u razmatranje možemo 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 čemu će detljnije riječi biti kasnije) i proširuje se na:

Vp= Vga + Vgna + Ves + Vens

-TABLICA 1. Roditelji i potomci dijele pola aditivne varijance.

TIPOVI I SRODSTVA

Vga Vgna Ves

roditelji i djeca ½ 0 1braća i sestre ½ ¼ 1

polubraća ¼ 0 1jednojajčani

blizanci1 1 1

dvojajčani blizanci

1/2 ¼ 1

Kada bi neka genetska osobina bila u potpunosti određena, korelacija sličnosti između roditelja i potomaka kod aditivne kombinacije bila bi 0.5, a kod neaditivnog genetičkog 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 pruža više mogućnosti za razvoj inteligencije (npr. više knjiga)

2. aktivna korelacija- npr. čovjek kreira svoju okolinu u skladu sa svojim karakteristikama

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

R

P

26

Korelacija može biti pozitivna i negativna. Na nivou pojedinca fenotip s emože podijeliti na genetski i okolinski dio.

P= G + EVp= Va + Ve(Vg + Ve)

- Ovdjenije nužan multiplikacijski odnos, već se pokušava ostaviti mogućnost kombinacije gena na drugačiji način:

a) korelacijom genotipa i okoline,b) kombinacijom.

Korelacija genotipa i okoline odnosi se na sličnost i kovariranje genetskog ustrojstva pojedinca i okoline kojoj je izložen. Npr. ako geni doprinose inteligenciji, velika je vjerojatnost da visoko inteligentni roditelji imaju visoko inteligentno dijete, tim više što ga najvjerojatnije odgajaju u uvjetima koji mu omogućuju razvoj genetskog pontencijala. (Inteligencija je barem djelomično povezana s socio-ekonomskim statusom, intelektualnim interesima- dostupnost knjiga, te različitim potencijalnim uvjetima za razvoj geentskih predispozicija.) Dakle, genetski i okolinski faktori su međusobno slični te njihov utjecaj može biti opzitivan i negativan.

- Teoretski se mogu razlikovati više različitih vrsta korelacija:a) pasivna korelacija genotipa i okoline,b) reaktivna korelacija genotipa i okoline tec) 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 pruža adekvatnu stimulaciju za razvoj sposobnosti- npr. mnog knjiga, izložbi, 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 odgovarajuću okolinu s obzirom na svoje genetski određene crte ličnosti, a to se naziva biranje kutića, niša.Reaktivna korelacija genotipa i okoline odnosila bi se na primjer kada okolin areagira na genetske karakteristike pojedinca te taj utjecaj pridonosi razvoju te određene osobine. Npr. fizički dominantni, atraktivni imali bi neke drugačije reakcije od fizički manje atraktivnih. O reaktivnoj korelaciji genotipa i okoline govorimo čim reakcija okoline ovisi o genotipu, a koja bi bila drugačija da nije takav genotip. Korelacija genotipa i okoline obično s emiješa s genotipom. Ono što s dobije kao efekt gena često je interakcija genotipa i okoline. Interakcija genotipa i okoline ogleda se u tome da isti okolski faktori ili događaji mogu imati različiti efekt n apojedince različitog genotipa. Npr. roditelj mlati dijete redovito jednom tjedno: ovakvo ponašanje roditelja imat će različite posljedice na emocionalno stabilno i emocionalno nestabilno dijete. Isto tako intelektualno

27

pozitivno stimulirajuća okolina može se nekog primiti, a na nekog nemati nikakvog utjecaja. I za korelacije i za interakcije treba teorija u kojioj se predviđa što je u korelaciji, a što je u interakciji.

- Genetski varijabilitet može 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 može 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 različiti efekt na različite genotipe i veličina te interakcije ne može se znati. Okolinska komponenta može se podijeliti na dijeljenu i nedjeljenu okolinu. Dijeljena okolina (označava se sa ES ili ESH= Environoment Shared) odnosi se na utjecaje koji djeluju na cijelu obitelj i oni doprinose sličnosti ljudi koji žive zajedno, dakle to je okolina koju dijele članovi porodice koji žive zajedno. Još 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 (označava se sa ENS ili ENSH= Environoment Not Shared). Naziva se još within family environoment, unique environoment, E1. To su okolinski faktori specifični za pojedinca koji pridonose razlikama među ljudima koji žive zajedno. Procjenjuje se istraživanjima na jednojajčanim blizancima odraslim odvojeno. Dijeljena okoina čini sličniom osobe koji je dijele i o njoj zaključujemo na osnovi korelacija osoba koje žive zajedno prema nekoj osobini. Ako osobe ne dijele gene, a dije le okolinu (studije usvojenja), onda sva njihova sličnost proizlazi iz efekta dijeljene okoline. Sličnost porodice predstavlja mješavinu genetske sličnosti i sličnosti okoline koju diejle. Nedijeljena okolina; čine je utjecaji koji ne dijele članovi koji žive zajedno, ali pridonose razvoju karakteristika članova koji žive skupa. Pogreška mjerenja smješta se u Vens (nesličnosti i izostanak korelacije može biti posljedica pogreške mjerenja). Izračunavanje 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 veći i manji rezultat na apcisi i ordinati. Iz suma kvadrata unutar parova izračunaju se interklasne korelacije. Ovdje ih možemo izračunati za više članova porodice. Formule koje se pri tome koriste nešto su drugačije premda je interkorelaciaj ista.

28

Vp= Vg + Ve= Vga + Vgna + Vesh + Vensh

Vp- varijanca fenotipaVg- varijanca genotipaVga- varijanca aditivne genotipske vrijednostiVgna- varijanca neaditivne genotipske vrijednostiVe- varijanca okolineVesh- varijanca dijeljene okolineVensh- varijanca ne dijeljene okoline

Niti varijancu genotipa ni varijancu okoline ne možemo mjeriti, ali možemo opažati fenotiop i zaključivati o izvorima varijabiliteta.

- TABLICA2. Ova tablica zove se Alfred, a sadrži prikaz stupanj zajedničkog slaganja fenotipskih elemenata u krvnih srodnika.

krvno srodstvo

aditivna genotipska vrijednost

neaditiovnagenotipska vrijednost

dijeljena okolina

nedijeljena okolina

roditelji i potomci

50% 0 100% 0

braća i sestre

50% 25% 100% 0

polubraća 25% 0 100% 0jednojajčani blizanci

100% 100% 100% 0

dvojajčani blizanci

50% 25% 100% 0

roditelji i usvojena djeca

0 0 100% 0

odvojeni jednojajčani blizanci

100% 100% 0 0

odvojeni dvojajčani blizanci

50% 25% 0 0

Indeks heritabilnosti označava se s h², a varira od 0-1. To je dio fenotipske varijance koji se može objasniti genetskim razlikama.to je matematička tvorevina,

29

smišljena da se kvantitativno izrazi veličina matematičkog efekta. Teoretski, to je omjer varijance genotipa i varijance fenotipa. tj. udio genetske podloge u fenotipu.

h²= Vg/Vp

Indeks heritabilnosti je 1 kada je neka osobina u potpunosti određena genima (Vg=vf), a 0 kada je potpuno određena oklinom. Obično dobiveni omjer pomnožimo sa 100, kako bi ga izrazili u proporciajma. Indeks heritabilnosti u užem smislu odnosi se samo na varijancu genotipske aditivne vrijednosti, dok u širem smislu obuhvaća i varijancu neaditivne genotipske vrijednosti. Indeks heritabilnosti jest populacijski parametar koji ovisi o određenoj populaciji i prema njoj se i mijenja, kao što je slučaj s aritmetičkom sredinom. Indeks heritabilnosti jest procjen genetskih doprinosa individualnih razlika u populaciji. To nije procjena genetskog doprinosa formiranju pojedinih karakteristika pojedinca. Ne govori nam ništa o mogućem mijenjanju pojedinog ponašanja, ali to ne znači da h² nema veze sa promjenjivošću neke karakteristike. H² može biti maksimalna, a da se dvije grupe ipak razlikuju po nekakvim prosječnim vrijednostima, te da su ove dobivene razlike okolinskog, a ne genetskog podrijetla.

- Dva su tipa indeksa heritabilnosti:a) h² u užem smislu ib) h² u širem smislu.

H² u užem smislu predstavlja samo aditivnu geentsku varijancu (Vga). H²u širem smislu predstavlja i Vga i Vgna.Ova se razlika radi jer neke skupine istraživača zanimaju samo Vga efekti (uzgajače konja, npr.).

Vp= h² + e².

- Primjeri izračunavanja:

Roditelji i djeca (50% Vga, 100% Vsh) h²= 0,5kolika je sličnost roditelja i djece u toj osobini?*

Falconerova formula koristi se za izračunavanje heritabilnosti na temelju uspoređivanja jednojajčanih i dvojajčanih blizanacaodraslih zajedno te glasi :

h²= 2(rMz – rDz)

rMz- korelacija među jednojajčanim blizancima (monozigotnim)rDz- korelaciaj među dvojajlčanim (dizigotnim) blizancimaJednojajčani blizanci dijele u potpunosti aditivnu i neaditivnu genetsku varijancu te variajncu dijeljene okoline, dok dvojajčani blizanci dijele 50% genetske aditivne, 25% neaditivne genetske varijancei 100% dijeljenu okolinu. Indeks heritabilnosti nam govori koliki je utjecaj gena te nam nije dovoljna samo korelacija među jednojajčanim blizancima, jer nam ona uključuje i utjecaj okoline. Zbog toga od

30

korelacije među jednojajčanim blizancima oduzimamo korelaciju među dvojajčanim blizancima. Time smo isključili dijelovanje okoline, ali i 50% aditivnih gena pa dobivenu vrijednost množimo sa 2 da bi dobili utjecaj svih gena.

Vm2o- monozigotni blizanci odrasli odvojenoVm2o= h²a + 1/4 h²na

- Ako rastu zajedno:Vd2= h²a + h²na + e²Vd2= 1/2 h²a + 1/4 h²na + e²

-biološki roditelji i od njih odvojeni potomci:Vr-p= 1/2 h²

- U slučaju kada imamo različite korelacije nekog broja ljudi, traži se najbolji model koji te razlike objašnjava. Prvo dobijemo neke empirijske podatke pa gledamo što se s njima slaže. Ovdje se korelacije ne kvadriraju (kod indeksa heritabilnosti), jer korelacija od npr. 0.7 između blizanaca zanči samo da geni doprinose 70%. U bihevioralnogenetičkim istraživanjima dobijemo koji diop varijance neka dva tipa ljudi dijele, a ne koristimo jedan rezultat za predviđenje drugog (npr. predviđanje rezultata potomaka s obzirom na rezultat roditelja).

- H² na jednojajčanim blizancima koji su rasli odvojeno, npr. od 0.7 znači da je efekt gena 70%, a okoline (nedijeljene okoline) je 30%.- H² za dvojajčane koji su rasli odvojeno r=0.35- Vmrd=70 (jednojajčani rasli odvojeno)Vdro=35*2=70 (jer dijele pola gena pa mu treba cijeli)*

- Biološki roditelji i od njih odvojena djeca h²= 70*- vidi tablicu u dodatku

31

5. METODOLOGIJA BIHEVIORALNOGENETIČKIH ISTRAŽIVANJA

- Tri su metode:1. Porodična istraživanja2. Studije usvasjanja3. Studije blizanaca

Za sve tri metode karakteristična je teška dostupnost ispitanika.

5.1 PORODIČNA ISTRAŽIVANJA

To su istraživanja osnovne porodice (roditelji-potomci-braća), ali se mogu raditi istraživanja pedigrrea što je češće u medicini nego u psihologiji. Osnovni problem je taj što članovi osnovne porodice osim gena dijele i okolinu te se dobiva INDEKS FAMILIJARNOSTI, koji osim gena uključuje i dijeljenu okolinu. Indeks familijarnosti računa se preko korelacije između roditelja i potomaka, koja se pomnoži sa 2 jer oni dijele samo 50% gena. Indeks familijarnosti predstavlja gornju granicu heritabilnosti. Ako ispitujemo oba roditelja kao rezultat seuzima njihova aritmetička sredina te se ona korelira sa rezultatom djeteta. poteškoće:

a) Miješanje okolinskih i genetskih utjecaja, o čem smo već govorili, b) genetski i okolinski utjecaji mogu se mijenjati s dobi (neke se

karakteristike iskazuju samo u određenoj životnoj fazi, npr. ćelavost (nešto što će se kod osobe pojaviti tek kasnije razvojem)

c) uključeni su samo aditivni genetski efekti, te ništa ne znamo o neaditivnim efektima

d) problem statističke snage- vezan je uz odnos broja ispitanika i jačine efekta. Inače, za jače je efekte potreban manji broj ispitanika da bi se taj efekt otkrio, ali kod genetičkih je istraživanja suprotno.

32

5.2 METODA USVAJANJA

Idealan slučaj bi bio kada bi se djeca po slučaju oduzela roditeljima i po slučaju dodijelila usvajateljima. U praksi to dakao nije moguće, ali što su djeca ranije odvojena od bioloških roditelja to dobivamo bolje podatke. Da bi se ispitao genetski efekt koreliraju se rezultati bioloških roditelja i djece, dok se korelacijom usvojitelja i djece dobiva efekt dijeljene okoline. Problem je što su biološki roditelji često nedostupni. -Problem reprezentativnosti: ni biološki roditelji, ni usvajkatelji nisu reprezentativan uzorak za populaciju. Biološki roditeljij su obično nižeg ekonomskog i socijalnog statusa, niže inteligencije te specifičnih crta ličnosti. To se kontrolira usporedbom podataka opće populacije i podataka uzorka. - Problem selektivnog smještaja: Djeca se obično smještaju u porodicu iz koje dijete potiče te može postojati korelacija između uasvajatelja i bioloških roditelja. Tada postoji opasnost da se genetski efekti zamijene okolinskim (ako su biološki roditelji i usvajatelji slični to znači da će dijete dijeliti određen broj gena i sa svojim usvajateljima)- Problem prenatalne okoline: polazimo od pretpostavke da biološki roditelji i od njih odvojena djeca dijele samo gene, a ne i okolinu te pri tom zanemarujemo utjecaj prenatalne okoline. Njezin se utjecaj proglašava genetski. To se kontrolira usporedbom korelacija majka- dijete s korelacijama otac- dijete. Ako postoji razlika među tim korelacijama postoji utjecaj prenatalne okline.

5.3 STUDIJA BLIZANACA

To su najčešći nacrti u bihevioralnogenetičkim istraživanjima. Blizanci se rađaju u 1 od 85-90 slučaja (poroda). 1/3 blizanaca su jednojajčani, 1/3 su dvojajčani istospolni i 1/3 su dvojajčani raznospolni.Jednojajkčani blizanci ili monozigotni su genetički identični, dok dvojajčani ili dizigotni blizanci dijele 50% gena.

1. Istraživanje 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 Švedskoj, koju je proveo Pederson. Ovdje problem kontroliranje vremena odvajanja, što su ranije odvojeni, to dobivamo bolje podatke. Korelacija među jednojajčanih bliuzanaca odraslih odvojeno daje nam indeks heeritabilnosti.

2. Istraživanje porodica odraslih blizanaca: sličnost roditelja i potomaka je 50%. Ako su otac i stric jednojajčani blizanci, dijete bi podjednako ličiti ocu i stricu. Ako je veća korelacija s ocem, nego sa stricom postoji utjecaj dijeljene okoline.

3. Istraživanja gdje su identični blizanci eksperimentalno izloženi različitim uvjetima.

33

4. Klasična studija blizanaca: uspoređuju se dvojajčani i jednojajčani blizanci odrasli zajedno. Ako su za neku osobinu odgovorni genetski faktori, jednojajčani će blizanci biti međusobno sličniji od dvojajčanih. Za određivanje indeksa heritabilnosti koristimo se Falconerovom formulom.

- problemi -a) Poteškoća jednake okoline; postoji pretpostavka da se jednojajčani blizanci tretiraju sličnije od dvojajčanih. To se može provjeriti metodom označavanja kada se parovi blizanaca koji su pogrešno proglašeni dvojajčanima uspoređuju s parovima koji su točno proglašeni jednojajčanim blizancima. Ako su ovi drugi međusobno sličniji od prvih okolina ih ne tretira jednako. Jednaki tretman može se proivjeriti i traženjem faktora po kojima se jednojajčani tretiraju sličnioje od dvojajčanih, npr. uspoređujemo jednojajčane blizance koje roditelji oblače jednako i jednojajčane koj eoblače različito te gledamo postoji li među njima razlika u međusobnoj sličnosti. b) problem reprezentativnosti; jesu li blizanci reprezentativni za opću populčaciju? Za najveći su broj varijabli reprezentativni. Iako pri rođenju oni pokazuju određene razlike od druge djece, te se razlike gube do osnovne škole. c) Problem određivanja jajčanosti? Danas postoje mikrobiološke metode koje omogućuju precizno određivanje jajčanosti, ali nekoć je postojao problem cirkularnosti. Slični su se blizanci proglašavali jednojajčanima, a zatim se uspoređivalo jesu li oni sličniji od dvojajčanih. d) Efekt kontrasta: roditelji naglašavaju razlike blizanaca.e) Biranje partnera po sličnosti. Ako postoji biranje partnera po sličnosti, tada će otac i majka dijeliti određen broj gena pa će genetska sličnost djeteta sa svakim roditeljem biti veća od 50%. U tom ćemo slučaju pogrešno procijeniti utjecaj gena. U studijama blizanaca utjecaj gena će se potcijeniti dok će se u studijama usvajanja precijeniti.

34

6. INTELIGENCIJA

Inteligencija je najčešće istraživana varijabla u bihevioralnoj genetici. Proučava se uloga gena i iskustva u nastajanju razlika inteligencije među ljudima. Postavlja se pitanje je li inteligencija jedinstvena sposobnost ili je riječ o skupu sposobnosti? Istraživači se uglavnom slažu da s eoko 50% varijance može pripisati G- faktoru. No, testovi G- faktora mu pridaju veći značaj. Istraživanje Boucharda i McGuea (1987.)- prikupili su sve do tada objavljene rezultate u testovima inteligencije i pronašli su sljedeće. Korelacija među jednojajčanim blizancima bila je 0.86, a među dvojajčanima 0.60; što daje index heritabilnosti od 0.52. Jednojajčani blizanci rasli odvojeno, korelirali su međusobno od 0.70-0.80. Korelacija između usvojitelja i usvojene djece je 0.19, a između usvojene braće 0.32, što ukazuje na mali utjecaj dijeljene okoline.Braća koja ne dijele okolinu korelirala su 0.24, a isto toliko i biološki roditelji i od njih odvojena djeca. Korelacija između roditelja i potomaka je 0.42, a između braće u normalnoj porodici 0.47. Istraživanje Chipnera i sur. (1990.)- nalaze da je index heritabilnosti za inteligenciju 50%. Postavlja se pitanje razlikuju se indexi heritabilnosti na različitim razinama sposobnosti? Detterman (1990.)- utvrdio je da je index heritabilnosti većui na skupinama niže inteligencije. Smatra se da je to zato što su ovdje genotip i okolina u većoj korelaciji.

6.1 RAZVOJNA ISTRAŽIVANJA Indexi heritabilnosti za inteligenciju se u funkciji razvoja povećavaju. McCartney (1993.)- Korelacije se sistemski povećavaju u funkciji dobi za jednojajčane blizance, a za dvojajčane blizance se ili smanjuju ili su konstantne. Plomin i sur. (1988.)- Istraživao je 145 običnih porodica i usvojenih porodica. Obične porodice činile su običnu grupu (longitudinalno istraživanje). 3 kontrolni roditelj- dijete 2 biološki roditelj- odvojeno dijete

usvojitelj- usvojeno dijete 1

0

-1

-2 5 10 15

35

Eksperimentalna i kontrolna skupina izjednačene su po mnogim faktiorima (npr. socio-ekonomskom statusu). Dobiveno je da se sa povećenjem dobi djeteta, povećava i korelacija između bioloških roditelja i djeteta, a smanjuje između usvajatelja i djeteta. to se može objasniti time da se s dobi uključuje sve veći i veći broj gena, ali s godinama imamo i sve veću mogućnost biranja svoje okoline. Wilson (1983.)- napravio je longitudinalno istraživanje blizanaca u kojem je primjetio da su krivulje razvoja nepravilne, ali da se kod oba blizanca pojavljuju slične nepravilnosti. Te nepravilnosti sličnije su za jednojajčane, nego za dvojajčane blizance. Fulker (1993.)- dvije su bitne promjene kada se uključuju novi geni, oko druge godine života (djeca počinju pričati) i u sedmoj godini života (kognitivne sposobnosti omogućuju polazak u školu). Denis Bratko (1999.)- pojedinac korelira sam sa sobom u dvije točke mjerenja, jednako kako korelira sa svojim bratom blizancem u kasnijoj točki. To nije prisutno kod dvojajčanih blizanaca. ©

6.2 ELEMENTARNI KOGNITIVNI PROCESI

Mjere procesiranja informacija: na temelju jednostavnih procesa zaključuje se o složenim. Ti jednostavni procesi su npr. brzina provođenja impulsa kroz sinapse, vrijme reakcije, Dattermanov zadatak, brzina kognitivnih procesa. Petrill i suradnici (1995.)- rade s Dattetmanovom paradigmom, dobili su korelaciju između jednojajčanih 0.61, a između dvojajčanih 0.39. Genetski faktori doprinose razlici u elementarnim konitivnim procesima. Moguće je da geni uvjetuju razlike u elementarnim kognitivnim procesima pa preko njih utjeću na opću inteligenciju ili pak geni uvjetuju opću inteligenciju , a preko nje utječu na elementarne kognitivne procese. Što je neko test više satuiran G- faktorom, veći mu je indeks heritabilnosti. Istraživanje Nancy Pedersen (1992.): Napravila je faktorsku analizu nekolio tastova kognitivne sposobnosti, izračunala je indekse heritabilnosti i korelirala ih sa saturacijama G- faktorom. Dobivena korelacija je r= 0.77. Bakera (1991.)- multivarijantno istraživanje, uzeo je bateriu zadataka brzine procesiranja informacija, test opće inteligencije MAB (paralelna verzija WAIS-a), i proveo ih na blizancima odraslim zajedno. Pretpostavka je ova: ako se na osnovi brzine procesiranaj informacija jednog jednojajčanog blizanca može prognozirati inteligencija drugog jednojajčanog blizanca, onda su ti procesi uzrokovani istim genima. Ta korelacija je rG i to je procjena u kojoj mjeri isti genetski faktori priodonose različitim karakteristikama. To je tzv. genetska korelacija. U Bakerovom istraživanju rG između inteligencije i brzine procesiranja informacija je 1, tj. fenotipska je korelacija u potpunosti genetski određena. Najvjerojatnije je riječ o nekom biološkom mwehanizmu koji doprinosi uspješnosti u obje aktivnosti, a genetski je određen.

36

Istraživanje Thomsona (1991.)- kao varijablu je koristio školsko potignuće.

jednojajčani blizanci dvojajčaničitanje 0.94 0.79materinji jezik 0.87 0.71matematika 0.91 0.81

Indeks heritabilnosti u prosjeku je 0.30. Slična istraživanja radili su i Lochlinn i Nichols.

- Istraživanja specifičnih kognitivnih sposobnosti -

Plomin procjenjuje njihov indeks heritabilnosti na oko 40%, ali istraživanja su nekonzistentna jer postoji veliko broj nespecifičnih kognitivnih sposobnosti. Istraživanje Hawaii family study (1979.)- ima mnogo autora, ali ističe se DeFries. Imali su uzorak Amerikanaca evropskog podrijetla i uzorak Amerikanaca japanskog podrijetla. Proveli su 15 kognitinih testova, koje možemo gupirati u tesove verbalnih, spacijalne sposobnosti, perceptivne brzine i pamćenja.

0.65 Evropljani Japanci

0.60

0.55

0.50

0.45

V S PR P

Postoje velike razlike u subtestovima pojedinih sposobnosti prema indeksu heritabilnosti.

- MULTIVARIJANTNA ISTRAŽIVANJA SPECIFIČNIH KOGNITIVNIH SPOSOBNOSTI -

Pitanje je, da li fenotipske razlike slijede konfiguraciju genetskih korelacije tih testova? Gdje postoje veće fenotipske korelacije među testovima, tamo je veća i genetska korelacija. Što je veća korelacija između dva testa, to će biti veća i korelacija između jednog jednojajčanog blizanca u jednom testu i uspjeha drugog jednojajčanog blizanca u drugom testu.

37

7. PSIHOPATOLOGIJA

Pitanje je, kako geni djeluju na psihopatološke procese, da li se naslijeđuje bolest ili neki simptomi?

1.) Model praga rizičnih faktora : kaže da su psihopatolški fenomeni multigenetski. Genetski faktori za neku psihopatologiju distribuiraju s enornmalno i pojedinci imaju veću ili manju vjerojatnost naslijeđivanja određenog broja alela za tu patološku osobinu. Po ovom modelu, moguća je dihotomizacija na zdrave i bolesne.

2.) Alternativni model pretpostavlja da do poremećaje ne dolazi kada s epostigne određeni prag, već postoje kontinuumi od normalnih do abnormalnih procesa.

- Shizofrenija:

Klasična porodična istraživanja pokazuju da je rizik za srodnike prvog reda 9%. Razlika je 13% ako gledamio potomke shizofreničara, a roditelja shizofrenih je 6%. Studiej blizanaca pokazuju da ej konkordanca između jednojajčanih blizanaca 48%, a između dvojajčanih 17%. Gottesman (1991.) proučio je 14 parova jednojajčanih blizanaca odvojenih do 2 godine života i dobio je konkordancu od 64%. (kod 9 od 14 parova oba blizanca su bila shizofrena). Postotak je uvećan zbog malog broja ispitanika. Gottesman je rekao da je vjerojatnost da će potomak jednojajčanog blizanca imati shizofreniju jednak bilo da je njegov tata imao shizofreniju, ili da je njegov stric imao shizofreniju. Tienari (1994.)ako je jedan biološki roditelj shizofren u 10% slučajeva će i dijete biti shizofreno. Tinenari je inače Skandinavac. Kety (1994.) je Danac i krenuo je od cijele populacije usvojene djece i kod njih dijagnosticirao shizofreniju te je našao 47 malih shizofreničara. U 5% slučajeva su i biološki roditelji bili shizofreni, dok nij u jednom slučju 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 povećanim rizikom dijagnosticiranja te bolesti ili neke druge bolesti. Npr. hoće li neki krvni srodnik paranioidne osobe biti pod povećanim rizikom dobivanja samo paranoidne shizofrenije ili i recimo katatone shizofrenije. Pokazalo se da je rizik jednak za sve tipove shizofrenih poremećaja, bez obzira od kojeg tipa krvni srodnik boluje. postoje dva tipa shizofrenije, onaj s aktivnijim i onaj s pasivnijm simptomima (taj je teži i više je heritabiln).

38

- Afektivni poremećaji (poremećaji raspoloženja):

Razlikujemo unipolarnu depresiju i bipolarni poremećaj. Nešto je veća učestalost unipolarne depresije od bipolarnog poremećaja u populaciji. Ukoliko netko ima krvnog srodnika s unipolarnom depresijom, on nije pod rizikom razvoja bipolarne depresije, ali krvni srodnik nekoga s bipolarnim poremećajem pod povećanim je rizikom unipolarne depresije. To se objašnjava time da je bipolarni oblik teži poremećaj raspoloženja, a teži su poremećaji više heritabilni. Konkordanca između jednojajčanih blizanaca za bipolarni poremećaj je 72%, a za unipolarnu depresiju 40%. Ukoliko netko ima depresiju, on nije pod povećanim rizikom dobivanja shizofrenije što ukazuje na to da su shizofrenija i depresija odvojene kategorije. Potomci shizoafektivno poremećenih nisu pod povećanim rizikom shizofrenije, ali su pod povećanim rizikom shizoafektivnih poremećaja i afektivnih poremećaja.

- OSTALI POREMEĆAJI -

- Anksioznost, anorexija, bulimija, alkoholizam, pušenje -

- Zastupljenost anksioznosti u općoj populacii je 3%, a kod rođaka prvog reda 20%. - - Anorexia, konkordanca kod jednojajčanih blizanaca je 59%, a kod dvojajčnih 8%.- Bulimija, konkordanca između jednojajčanih iznosi 36%, a između dvojajčanih 38%. Očito je da bulimija nij egenetski uvjetovana, aanorexija jest. - Alkoholizam- genetički efekt kod muškaraca je vrlo velik, a kod žena vrlo mali. McGue (1992.); muškarci kod jednojajčanih blizanaca konkordanca je 77%, a kod dvojajčanih 54%. Žene; jednojajčane blizanke su u konkordanci 39%, a dvojajčane 42%. Pedersen (1984); količina popijnog alkohola u općoj populaciji je heritabilna. Jednojajčani blizanci imaju korelaciju u količini popijenog alkohola 0.71, a dvojajčani 0.31. -Pušenje- Heath (1995.); konkordanca između jednojajčanih blizanaca je 75%, a kod dvojajčanih 63%. Postoji snažan efekt djeljene okoline. Početak pušenja pod utjecajem je dijeljene okoline, a perzistiranje i količina popušenih cigareta su pod utjecajem gena.

39

8. LIČNOST

Bouchard je sistematizirao istraživanja na blizancima s obzirom na petfaktorski model ličnosti. Indeksi heritabilnosti su oko 40- 60%. Minessotta studija (1988.); Telegen – procjene heritabilnosti se kreću od 40- 58% za trifaktorski model ličnosti. Pedersen: SATSA- model, 95 jednojajčanih 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 porodičnim istraživanjima indeksi heritabilnosti en bi trebali biti veći od 25%. Razlog je možda u neaditivnoj genetskoj varijanci. Razlika je u porodičnim istraživanjima (roditelji djeca- neznačajni indeksi do 25%), te značajni indeksi među braćom (neaditivni utjecaji ne prenose se s roditelja na djecu). Razlog također može biti u dobi koj ase razlikuje kod djece i kod roditelja pa među njima postoje razlike u manifestaciji ličnosti s obzirom na dob (iste osobine ličnosti se kod starijih i mlađih ne manifestiraju na jednak način). McCartney (1990.)- metaanaliza indeksa heritabilnosti za ispitanike različite dobi. S povećanjem dobi smanjuje se heritabilnost, što je različito nego kod inteligencije, što se može objasniti time da se ličnost ispitivala na adolescentima i odraslima, a inteligencija na djeci.

40

PITANJA IZ KOLOKVIJA

1. Objasniti pojmove : Vga, Vgna, Ves, Vnes.2. Objasniti razlike između pojmova genotipske vrijednosti i genotipsek varijance.3. Što su aditivne, a što neaditivne genotipske vrijednosti.4. H² u užem i širem smislu.5. Kako se h² može procijeniti na temelju podataka:

a) M2 odvojeno rb) D2 odvojeno 2rc) M2 i D2 zajedno Hm2= r + esd) biološki srodna i odvojena djeca 2r

6. rm2 zajedno = 0.8, rdz= 0.60 h²= (rma-rdz)*2= 0.40a) koliko iznose procjene genetske i okolinske varijance?7. Koja je najlogičnija 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 povećanje genetske i okolinske varijance djelovalo na:, ako su svi ostali parametri isti?11. U čemu se sastoji transplantacija i transformacija DNA?12. Zbog čega je biranje partnera po sličnosti važno za bihevioralnu genetiku?

- Genotipska vrijednost je kvantitativna genetika; udio gena u određenju 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 može pripisati geentskim razlikama.

- h² u užem smislu odnosi se samo na aditivni genetski utjecaj, a u širem smislu i na aditivne i neaditivne genetičke utjecaje.

- 6. h²= 0.40 40%es= 0.40ens= 0.20

ostaje 60% za okolinsku varijancu, ako imaju 80% zajedničkog tada na aditivnu V otpada 40$ (80%- 40%)

1. h²= G= 0Es= 0.25Ens= 0.750.5G + Es= 0.250.5G= 0Es= 0.25

2. Es= 00.5G + Es0 0.250.5G= 0.25G= 0.25ili prema studiji blizanaca uvrstiti u Falconerovu formulu.

41

LITERATURA

1. Petrica (1999./2000.): «Bilježnica s predavanja prof. Denisa Bratka». A- 218, FF, Zagreb.

2. Ross Vasta, Marshall M.Haith, Scott A. Miller (1998.): «Dječja psihologija». Naklada Slap, Jastrebarsko.

3. Boris Vrtar, Josip Balabanić, milan Meštrov (1996.): «Genetika, evolucija, ekologija». Školska knjiga, Zagreb.

4. Iva Žegura (2000./2001.): «Bilješke s predavanja prof. Denisa Bratka koje nitko ne može pročitati osim autorice». Malo A-218, malo A- 230, FF, Zagreb.

42

SADRŽAJ

43